Innenring-Dichtungsträgeranordnung eines verstellbaren Leitschaufelgitters einer Strömungsmaschine

Abstract

 Offenbart ist eine Innenring-Dichtungsträgeranordnung (1) eines verstellbaren Leitschaufelgitters einer Strömungsmaschine, deren in zwei Ringteilen (10a, 10b) unterteilter Innenring (2) und deren in zwei Trägerteilen (22a, 22b) unterteilter Dichtungsträger (4) in Umfangsrichtung der Anordnung verdreht zueinander angeordnet sind, sowie eine Strömungsmaschine. Durch die Verdehung der Trennebenen (8, 20) gegeneinander werden die Stoßfugen des Innenrings und des Dichtungsträgers zueinander versetzt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Innenring-Dichtungsträgeranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Strömungsmaschine.

[0002] Innenring-Dichtungsträgeranordnungen für verstellbare Leitschaufelgitter einer Strömungsmaschine wie ein Flugtriebwerk oder eine stationäre Gasturbine haben jeweils einen Innenring zur radial inneren Leitschaufellagerung, der häufig zwei in einer Maschinengehäusetrennebene zusammenfügbare Ringhälften aufweist, und einen auf den Innenring bzw. dessen Ringhälften aufgeschobenen Dichtungsträger zur Abdichtung eines Radialspaltes zum Rotor mit zwei in der gleichen Trennebene zusammenfügbaren Trägerhälften. Eine derartige Innenring-Dichtungsträgeranordnung ist beispielsweise in der der DE 10 2006 024 085 A1 und WO 2010/081468 A1. Um eine relative Bewegung der Ringhälften im Bereich der Trennebene und somit im Bereich von Stoßfugen der Ringhälften zu verhindern, sind die beiden Ringhälften herkömmlicherweise in Umfangsrichtung miteinander verstiftet. Dabei ragt jeweils zumindest ein Stift von der einen Ringhälfte über die Trennebene hinaus und taucht in eine Stiftaufnahme der anderen Ringhälfte ein. Die Ausbildung der Stiftverbindungen ist jedoch verhältnismäßig aufwendig. Insbesondere können die als lose Einzelteile ausgebildete Stifte vor und bei der Montage verloren gehen.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Innenring-Dichtungsträgeranordnung eines verstellbaren Leitschaufelgitters einer Strömungsmaschine zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine relative Bewegung von Ringteilen und Trägerteilen im montierten Zustand verhindert. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Strömungsmaschine mit einem verbesserten Wirkungsgrad zu schaffen.

[0004] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Innenring-Dichtungsträgeranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.

[0005] Eine erfindungsgemäße Innenring-Dichtungsträgeranordnung eines verstellbaren Leitschaufelgitters einer Strömungsmaschine hat einen Innenring zur radial inneren Leitschaufellagerung, der zwei zumindest in einer ersten Trennebene getrennte Ringteile aufweist. Des Weiteren hat die Innenring-Dichtungsträgeranordnung einen auf den Innenring aufgeschobenen Dichtungsträger zur Abdichtung eines Radialspaltes zum Rotor der zwei zumindest in einer zweiten Trennebene getrennte Trägerteile aufweist. Erfindungsgemäß sind die Trennebenen im montierten Zustand in Umfangsrichtung des Leitschaufelgitters gegeneinander verdreht bzw. versetzt.

[0006] Durch die Verdrehung der Trennebenen gegeneinander werden die Stoßfugen des Innenrings und des Dichtungsträgers zueinander versetzt, wodurch eine endseitige Überlappung der Ringteile mit den Trägerteilen bzw. umgekehrt erfolgt. Hierdurch fixieren sich die Ringteile und Trägerteile im Bereich ihrer Stoßfugen gegenseitig, wodurch relative Bewegungen der Ringteile und der Trägerteile zueinander und untereinander verhindert werden. Eine separate Verstiftung der Ringteile und/oder der Trägerteile ist nicht notwendig. Durch die Fixierung der beiden Ringteile und der Trägerteile bzw. durch den Wegfall derer relativer Beweglichkeit im montierten Zustand lässt sich zudem ein Radialspalt bzw. ein Laufspalt zwischen Rotordichtspitzen zu gegenüberliegenden, an den Trägerteilen innenumfangsseitig angeordneten statischen Dichtelementen oder zu einem entsprechenden auf die Trägerteile innenumfangsseitig aufgebrachten Beschichtungssystem präzise einstellen. Des Weiteren schließt der Dichtungsträger durch die versetzte Montage die sonst üblichen Trennspalte zwischen den sich gegenüberliegenden Ringteilen, wodurch Leckageströme durch die Innenring-Dichtungsträgeranordnung in den Stoßfugen zumindest stark reduziert bzw. vollständig verhindert werden.

[0007] Bei einem Ausführungsbeispiel umspannen die Ringteile und die Trägerteile jeweils einen Winkel von 180°, wobei die Trägerteile und die Ringteile verdreht zueinander sind. Hierdurch weist der Innenring und der Dichtungsträger jeweils zwei identische bzw. symmetrische Ringteile und zwei identische bzw. symmetrische Trägerteile auf, was eine bequeme Herstellung und besonders einfache Montage ermöglicht.

[0008] Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umspannen die beiden Ringteile jeweils einen Winkel von 180°, wobei zur Bildung der versetzen Trennebenen die Trägerteile unterschiedliche Winkel umspannen. Dabei hat das eine Trägerteile einen Winkel, der um eine bestimmte Winkeländerung verkleinert ist, und das andere Trägerteile hat einen Winkel, der um diese Winkeländerung vergrößert ist. Die Ringteile sind somit bei diesem Ausführungsbeispiel symmetrisch, was eine bequeme Herstellung dieser Teile ermöglicht. Die Trägerteile sind jedoch asymmetrisch.

[0009] Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Trägerteile symmetrisch und die Ringteile umspannen jeweils unterschiedliche Winkel. Insbesondere umspannen die beiden Trägerteile jeweils einen Winkel von 180° und das eine Ringteile hat einen Winkel, der um eine bestimmte Winkeländerung verkleinert ist, und das andere Ringteile hat einen Winkel, der um diese Winkeländerung vergrößert ist. Somit sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Trägerteile herkömmlich herstellbar.

[0010] Bei einem Ausführungsbeispiel sind die beiden Ringteile und die beiden Trägerteile jeweils asymmetrisch ausgebildet. Dabei umspannen jeweils das eine Ringteile und das eine Trägerteile einen Winkel, der um einen bestimmte Winkeländerung verkleinert ist, und das andere Ringteile und das andere Trägerteile umspannen jeweils einen Winkel, der um diese Winkeländerung vergrößert ist.

[0011] Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispiels sind die Winkeländerungen der Ringteile und der Trägerteile identisch. Die ermöglicht eine einfache Herstellung und eine einfache verdrehte Positionierung der Teile zueinander.

[0012] Bei einer alternativen Variante dieses Ausführungsbeispiels sind die Winkeländerungen der Ringteile und der Trägerteile unterschiedlich.Hierdurch wird eine größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der Ring- und Trägerteilewinkel geschaffen.

[0013] Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine hat ein verstellbares Leitschaufelgitter, das eine erfindungsgemäße Innenring-Dichtungsträgeranordnung hat. Aufgrund der verdrehten Anordnung der Trennebenen des Innenrings und des Dichtungsträgers werden Leckageströme durch Stoßfugen des Innenrings zumindest stark reduziert. Zudem sind die Ringteile des Innenrings fixiert, wodurch ein präziser Laufspalt zu Rotordichtspitzen eingestellt werden kann. Dies führt zu reduzierten Leckageströmen durch den Laufspalt hindurch. Eine derartige Strömungsmaschine hat somit im Vergleich zu einer Strömungsmaschine mit einem herkömmlichen Leitschaufelgitter einen höheren Wirkungsgrad und insbesondere einen höheren Verdichterwirkungsgrad.

[0014] Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

[0015] Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

eine Vorderansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Innenring-Dichtungsträgeranordnung,

Figur 2

eine Detaildarstellung der Innenring-Dichtungsträgeranordnung im Bereich einer Stoßfuge,

Figur 3

eine schematische Vorderansicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße Innenring-Dichtungsträgeranordnung,

Figur 4

eine schematische Vorderansicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße Innenring-Dichtungsträgeranordnung, und

Figur 5

eine schematische Vorderansicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße Innenring-Dichtungsträgeranordnung.

[0016] In Figur 1 ist eine Sicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Innenring-Dichtungsträgeranordnung 1 in Strömungsrichtung eines Heißgasstromes gezeigt. Die Innenring-Dichtungsträgeranordnung 1 ist Teil eines verstellbaren Leitschaufelgitters einer Strömungsmaschine wie eine Flugtriebwerk oder eine stationäre Gasturbine. Das Leitschaufelgitter ist statorseitig im Verdichter der Strömungsmaschine angeordnet und umgreift eine Rotortrommel eines Rotors, der um eine Rotorachse m rotiert. Es hat eine Vielzahl von gleichmäßig über seinen Umfang verteilte und in Figur 1 nicht gezeigte Leitschaufeln, die jeweils um ihre sich radial zur Rotorachse m erstreckende Hochachse verstellbar sind.

[0017] Die Innenring-Dichtungsträgeranordnung 1 hat einen Innenring 2 und einen Dichtungsträger 4, der auf den Innenring 2 in Umfangsrichtung oder Axialrichtung der Anordnung 1 und somit des Leitschaufelgitters aufgeschoben ist und radial innen zu diesem angeordnet ist.

[0018] Der Innenring 2 dient zur radial inneren Lagerung der Leitschaufeln. Er hat hierzu eine Vielzahl von Lagerbohrungen 6, die gleichmäßig über seinen Umfang verteilt sind und in denen die Leitschaufeln mittels jeweils einer nicht gezeigten Lagerbuchse geführt sind. Er besteht aus zwei in einer ersten umfangsseitigen Trennebene 8 getrennten Ringteilen 10a, 10b, die über eine elastische Verformung über Leitschaufelzapfen montiert werden. Selbstverständlich können die Ringteile 10a, 10b zusätzlich entlang einer axialen Trennebene in Ringviertel unterteilt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umspannen die Ringteile 10a, 10b jeweils einen Winkel α = 180° und sind somit symmetrisch ausgebildet. Im montierten Zustand liegen die Ringteile 10a, 10b jeweils mit ihren gegenüberliegenden Seitenflächen 12a, 12b flächig aneinander an.

[0019] Wie in Figur 2 gezeigt, haben die Ringteile 10a, 10b zur Aufnahme des Dichtungsträgers 4 in Strömungsrichtung der Heißgasstroms betrachtet vordere und hintere Führungselemente 14, 16, die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als eine vordere Führungsnut 14 und ein hinterer Führungsvorsprung 16 ausgebildet sind.

[0020] Der Dichtungsträger 4 dient zur Abdichtung eines Radialspaltes zum Rotor und insbesondere zur Abdichtung eines Laufspaltes zu gegenüberliegenden umlaufenden Rotordichtspitzen. Wie in Figur 1 gezeigt, hat der Dichtungsträger 4 hierzu eine Innenumfangsfläche 18 zur Aufnahme von nicht gezeigten entsprechenden Dichtelementen wie Wabendichtplatten oder zum Auftragen eines Beschichtungssystems. Der Dichtungsträger 4 besteht aus zwei in einer zweiten Trennebene 20 getrennten Trägerteilen 22a, 22b. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umspannen die Trägerteilen 22a, 22b jeweils einen Winkel β = 180° und sind somit symmetrisch ausgebildet. Im montierten Zustand liegen sie mit ihren Seitenflächen 24a, 24b flächig aneinander an.

[0021] Zum Aufschieben auf die Ringteilen 10a, 10b weisen die Trägerteile 22a, 22b mit den Führungselementen 14, 16 korrespondierende Gegenelemente 26, 28 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das vordere Gegenelement 26 als ein hakenartiger Vorsprung zum Eingriff in die Führungsnut 14 und das hintere Gegenelement 28 als eine hintere Umfangsnut zur Aufnahme des hinteren Führungsvorsprungs 16 ausgebildet.

[0022] In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ringteile 10a, 10b und die Trägerteile 22a, 22b derart zueinander orientiert, dass die Ringtrennebene 8 in Umfangsrichtung versetzt zur Trägertrennebene 20 angeordnet ist. Hierdurch sind die beiden Stoßbereiche 30, 32 der Innenring-Dichtungsträgeranordnung 1 als Überlappstöße ausgebildet, in denen, wie in Figur 2 gezeigt, jeweils ein endseitiger Trägerteilabschnitt 34 einen endseitigen Ringteilabschnitt 36 in Umfangsrichtung überlappt. Die jeweiligen Stoßfugen der Ringteilen 10a, 10b und der Trägerteile 22a, 22b sind somit stufenartig versetzt zueinander, wodurch die Stoßfugen der Ringteile 10a, 10b durch die Trägerteile 22a, 22b verschlossen werden. Hierdurch werden Leckageströme zwischen den Seitenflächen 12a, 12b der Ringteile 10a, 10b hindurch verhindert bzw. zumindest stark reduziert werden. Gleichzeitig wird durch die Überlappung zum einen der Innenring 2 und zum anderen der Dichtungsträger 4 fixiert, so dass relative Bewegungen der Ringteile 10a, 10b und der Trägerteile 22a, 22b unterbunden werden. Durch diese Fixierung sind die Laufspalte zu den Rotordichtspitzen präzise einstellbar.

[0023] Wie bereits vorstehend erwähnt, sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 die beiden Ringteile 10a, 10b symmetrisch und die beiden Trägerteile 22a, 22b symmetrisch ausgebildet. Zur Bildung der verdrehten Anordnung der Trennebenen 8, 20 schließen die Ringteilen 10a, 10 bündig mit einer Gehäusetrennebene 38 der Strömungsmaschine ab, wohingegen die Trägerteile 22a, 22b jeweils mit ihrem Trägerteileabschnitt 34 über die Gehäusetrennebene 38 hinausragen. Die Ringtrennebene 8 befindet sich somit bei diesem Ausführungsbeispiel in der Gehäusetrennebene 38 und die Trägertrennebene 20 ist ebenfalls zur Gehäusetrennebene 38 in Umfangsrichtung verdreht. Selbstverständlich kann jedoch auch die Trägertrennebene 20 in der Gehäusetrennebene 38 positioniert und die Ringtrennebene 8 zur Gehäusetrennebene 36 versetzt angeordnet sein. Ebenso selbstverständlich können sowohl der Innenring 8 als auch der Dichtungsträger 4 mit seiner Trennebene 8, 20 zur Gehäusetrennebene 34 verdreht sein.

[0024] In Figur 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Innenring-Dichtungsträgeranordnung 1 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ringteile 10a, 10b symmetrisch und die Trägerteilen 22a, 22b asymmetrisch. Die Ringteile 10a, 10b umspannen jeweils einen Winkel α = 180°. Das eine Trägerteil 22a umspannt hingegen einen Winkel β' < 180° und das andere Trägerteil 22b einen Winkel β" > 180°. Eine Winkeländerung Δ gegenüber 180° ist dabei konstant, so dass der Dichtungsträger 4 im montierten Zustand über 360° geschlossen ist. Insbesondere gilt: β' = 180° - Δ und β"= 180° + Δ. Die Trägerteile 22a, 22b sind somit durch Trennen des Dichtungsträgers 4 entlang von zwei zueinander um die Winkeländerung Δ angestellte Trennebenen 20', 20" gebildet. Im montierten Zustand liegt beispielsweise die eine Trägertrennebene 20' in der Gehäusetrennebene 38, wohingegen die andere Trägertrennebene 20" um die Winkeländerung Δ zur Gehäusetrennebene 38 angestellt ist. Zudem sind beispielsweise die Ringteile 10a, 10b derart angeordnet, dass die Ringtrennebene 8 zur Gehäusetrennebene 38 versetzt ist.

[0025] In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Innenring-Dichtungsträgeranordnung 1 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Trägerteilen 22a, 22b symmetrisch und die Ringteilen 10a, 10b asymmetrisch. Die Trägerteile 22a, 22b umspannen jeweils einen Winkel β = 180°. Das eine Ringteil 10a umspannt hingegen einen Winkel α' < 180° und das andere Ringteil 10b einen Winkel α" > 180°. Eine Winkeländerung Δ gegenüber 180° ist dabei konstant, so dass der Innenträger 2 im montierten Zustand über 360° geschlossen ist. Insbesondere gilt: α' = 180° - Δ und α"= 180° + Δ. Die Ringteile 10a, 10b sind somit durch Trennen des Innenträgers 2 entlang von zwei zueinander um die Winkeländerung Δ angestellte Trennebenen 8', 8" gebildet. Im montierten Zustand liegt beispielsweise die eine Ringtrennebene 8' in der Gehäusetrennebene 38, wohingegen die andere Ringtrennebene 8" um die Winkeländerung Δ zur Gehäusetrennebene 38 angestellt ist. Zudem sind beispielsweise die Trägerteile 22a, 22b derart angeordnet, dass die Trägertrennebene 20 zur Gehäusetrennebene 38 versetzt ist.

[0026] In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Innenring-Dichtungsträgeranordnung 1 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ringteile 10a, 10b asymmetrisch und die Trägerteile 22a, 22b sind asymmetrisch. Sowohl der Innenring 2 als auch der Dichtungsträger 4 ist entlang von zwei zueinander angestellte Trennebenen 8', 8", 20', 20" in zwei Ringteile 10a, 10b und in zwei Trägerteile 22a, 22b unterteilt, die jeweils einen Winkel ungleich 180° umspannen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Winkeländerung Δr der Ringteile 10a, 10b gleich einer Winkeländerung Δt der Trägerteile 22a, 22b. Allerdings können die Ringteile 10a, 10b und die Trägerteile 22a, 22b auch unterschiedliche Winkeländerungen Δr, Δt aufweisen. Die Ausrichtung der Ringteile 10a, 10b und der Trägerteile 22a, 22b ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel derart, dass jeweils eine der Ringtrennebenen 8' und einer der Trägertrennebenen 20' in einer Gehäusetrennebene 38 liegen und sich die jeweils andere Ringtrennebene 8" und die andere Trägertrennebene 20" versetzt zur Gehäusetrennebene 38 befinden. Selbstverständlich können auch beide Trennebenen 8', 8", 20', 20"des Innenrings 2 und des Dichtungsträgers 4 zur Gehäusetrennebene 38 versetzt sein.

[0027] Offenbart ist eine Innenring-Dichtungsträgeranordnung eines verstellbaren Leitschaufelgitters einer Strömungsmaschine, deren in zwei Ringteilen unterteilter Innenring und deren in zwei Trägerteilen unterteilter Dichtungsträger in Umfangsrichtung der Anordnung verdreht zueinander angeordnet sind, sowie eine Strömungsmaschine.

Bezugszeichenliste

[0028] 

1

Innenring-Dichtungsträgeranordnung

2

Innenring

4

Dichtungsträger

6

Lagerbohrung

8, 8', 8"

Trennebene / Ringtrennebene

10a, 10b

Ringteile

12a, 12b

Seitenfläche

14

Führungselement

16

Führungselement

18

Innenumfangsfläche

20, 20', 20"

Trennebene / Trägertrennebene

22a, 22b

Trägerteile

24a, 24b

Seitenfläche

26

Gegenelement

28

Gegenelement

30

Stoßbereich

32

Stoßbereich

34

Trägerteileabschnitt

36

Ringteileabschnitt

38

Gehäusetrennebene

α, α', α"

Winkel

β, β' β"

Winkel

Δ, Δr, Δt

Winkeländerung

m

Rotorachse

Ansprüche

1. Innenring-Dichtungsträgeranordnung (1) eines verstellbaren Leitschaufelgitters einer Strömungsmaschine, mit einem Innenring (2) zur radial inneren Leitschaufellagerung, der zwei in zumindest einer ersten Trennnebene (8, 8', 8") getrennte Ringteile (10a, 10b) hat, und einen auf den Innenring (2) aufgeschobenen Dichtungsträger (4) zur Abdichtung eines Radialspaltes zum Rotor mit zwei zumindest in einer zweiten Trennebene (20, 20', 20") getrennten Trägerteilen (22a, 22b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennebenen (8, 8', 8", 20, 20', 20") im montierten Zustand in Umfangsrichtung des Leitschaufelgitters gegeneinander verdreht sind.

2. Innenring nach Anspruch 1, wobei die Ringteile (10a, 10b) und die Trägerteile (22a, 22b) jeweils einen Winkel (α, β) von 180° umspannen und die Trägerteile (22a, 22b) zu den Ringteilen (10a, 10b) verdreht sind.

3. Innenring nach Anspruch 1, wobei die beiden Ringteile (10a, 10b) jeweils einen Winkel (α) von 180° umspannen und das eine Trägerteil (22a) einen Winkel (β') hat, der um eine bestimmte Winkeländerung (Δ) verkleinert ist, und das andere Trägerteil (22b,) einen Winkel (β") hat, der um die Winkeländerung (Δ) vergrößert ist.

4. Innenring nach Anspruch 1, wobei die beiden Trägerteile (22a, 22b) jeweils einen Winkel (β) von 180° umspannen und das eine Ringteil (10a,) einen Winkel (α') hat, der um eine bestimmte Winkeländerung (Δ) verkleinert ist, und das andere Ringteil (10b) einen Winkel (α") hat, der um die Winkeländerung (Δ) vergrößert ist.

5. Innenring nach Anspruch 1, wobei das eine Ringteil (10b) und das eine Trägerteil (22b) Winkel haben, der um eine bestimmte Winkeländerung (Δr, Δt) verkleinert ist, und das andere Ringteil (10a) und das andere Trägerteil (22a) jeweils einen Winkel haben, der um die Winkeländerung (Δr, Δt) vergrößert ist.

6. Innenring nach Anspruch 5, wobei die Winkeländerungen (Δr, Δt) der Ringteile (10a, 10b) und der Trägerteile(22a, 22b) gleich sind.

7. Innenring nach Anspruch 5, wobei die Winkeländerungen (Δr, Δt) der Ringteile (10a, 10b) und der Trägerteile (22a, 22b) unterschiedlich sind.

8. Strömungsmaschine mit einem verstellbaren Leitschaufelgitter, der eine Innenring- Dichtungsträgeranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche hat.

Zeichnung