DE10048156A1

DE10048156A1 - Turbinendeckbandsegmentbefestigung

Info

Publication number: DE10048156A1
Application number: DE2000148156
Authority: DE
Inventors: Alexander Boeck
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Turbinendeckbandsegmentbefestigung mit einem Gehäuse 1, mit mehreren in dem Gehäuse 1 angeordneten Deckbandsegmenten 2 mit Dichtungsbereichen 3 für Laufschaufeln 4, wobei die Deckbandsegmente 2 an ihrem stromaufwärtigen Endbereich 5 an dem Gehäuse 1 gelagert sind und an ihrem stromabwärtigen Endbereich 6 an Leitschaufeln 7 gehaltert sind, dadurch gekennzeichnet, dass radial außen zu dem stromabwärtigen Endbereich 6 der Deckbandsegmente 2 zumindest ein Ringsegment 8 montiert ist, dessen vorderer Bereich an dem Gehäuse 1 verankert ist und dessen hinterer Bereich von den Leitschaufeln gehalten wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbinendeckbandsegmentbe festigung mit einem Gehäuse, mit mehreren in dem Gehäuse ange ordneten Deckbandsegmenten mit Dichtungsbereichen für Lauf schaufeln, wobei die Deckbandsegmente an ihrem stromaufwärti gen Endbereich an dem Gehäuse gelagert sind und an ihrem stromabwärtigen Endbereich an Leitschaufeln gehaltert sind.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass bei zweistufi gen Hochdruckturbinen der so genannte Annulus, das heißt die Durchmesservergrößerung zwischen dem Bereich der ersten Leit schaufel und dem Bereich der zweiten Leitschaufel sehr flach war. Durch diese Konstruktion war es möglich, die Deckbandseg mente von der stromabwärtigen Seite einzuschieben, über den Laufschaufeln zu positionieren und zu montieren.

Bei zweistufigen Hochdruckturbinen mit stark nach außen gewin keltem Annulus gestaltet sich jedoch die Montage der Deckband segmente der Stufe 2 relativ schwierig, da nur ein sehr gerin ger Einbauraum verfügbar ist. Da der Rotor stets zusammen mit den Leitschaufeln für die Stufe 2 eingebaut werden muss, ist es notwendig, dass nach dem Einbau noch ein Zugang zu den Leitschaufelelementen besteht, um diese zu befestigen. Aus diesem Grund müssen die Deckbandsegmente nachträglich einge baut werden. Dieses gestaltet sich hinsichtlich der Leitschau feln der zweiten Stufe als sehr aufwendig.

Bekannte Konstruktionen zeigen beispielsweise die US-Patente 5,188,507 und 5,145,316. Aus diesen Konstruktionen ist er sichtlich, wie gering der zur Verfügung stehende Einbauraum ist und wie kompliziert sich die Montage darstellt.

Je stärker der Annulus gewinkelt ist, desto stärker treten die beschriebenen Probleme zutage.

Um bei stark nach außen gewinkeltem Annulus trotzdem die Mon tage der Deckbandelemente bewirken zu können, sind konstrukti ve Kompromisse erforderlich, die die Aerodynamik beeinflussen und zu einem verschlechterten Wirkungsgrad der Fluggasturbine führen.

Weitere Probleme ergeben sich hinsichtlich der Kühlung des Ge häuses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbinendeck bandsegmentbefestigung zu schaffen, welche bei einfachem Auf bau und einfacher Montierbarkeit die Probleme des Standes der Technik vermeidet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vor teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Somit ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass radial außen zu dem stromabwärtigen Endbereich der Deckbandsegmente Ringelemente montiert sind, deren vorderer Bereich an dem Gehäuse verankert ist und deren hinterer Bereich von den Leitschaufeln gehalten wird.

Die erfindungsgemäße Konstruktion zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Durch die zusätzliche Verwen dung von Ringelementen ist es möglich, in dem Gehäuse auch bei einem stark nach außen gewinkelten Annulus einen ausreichenden Freiraum zu schaffen, um die Deckbandsegmente bei der Montage einführen und positionieren zu können. Nach erfolgter Montage der Deckbandsegmente können dann die erfindungsgemäßen Ringsegmente montiert werden, die zu einer sicheren und zuverlässigen Positionierung der Deckbandsegmente führen. Die ge samte Konstruktion ist somit sehr montagefreundlich. Sie ist einfach aufgebaut und besteht aus einfach herzustellenden Ein zelelementen.

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Turbinendeckbandseg mentbefestigung ist es möglich, eine Konstruktion mit einem stark gewinkelten Annulus im Bereich der Stufe 2 der Hoch druckturbine zu realisieren, ohne dass dabei die Gefahr be steht, dass bei starker Außenkühlung des Gehäuses Bauteile me chanisch überlastet werden. Diese mechanische Überlastung re sultiert bei bestehenden Konstruktionen daraus, dass die ent sprechenden Elemente durch die thermische Kontraktion des Ge häuses bei starker Kühlung gestaucht werden können und/oder klemmen.

In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die vorderen Bereiche der Ringsegmentelemente an Haken des Gehäuses eingehängt sind. Durch diese Konstruktion ist ein Zugang zu diesem vorderen Lagerbereich der Ringsegmente nicht erforderlich, vielmehr können diese in einfacher Weise einge schoben und verhakt werden.

Um ein Wandern der Ringelemente in Umfangsrichtung zu vermei den, ist es besonders günstig, wenn die Festlegung der Um fangslage der Ringsegmente formschlüssig im Bereich der Haken erfolgt. Diese formschlüssige Festlegung kann bevorzugterweise dadurch erfolgen, dass die Haken mit Nuten versehen sind, in welche Vorsprünge der Ringsegmente eingreifen. Zusätzliche Si cherungselemente oder Sicherungsmaßnahmen können somit entfal len.

Der hintere Bereich der Ringsegmente weist bevorzugterweise eine Nut auf, in welche ein Finger einer Leitschaufel eingreift. Auf diese Weise wird ein Kippen der Ringsegmente ver mieden.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ist sichergestellt, dass die radiale Position der Deckbandsegmente nur von der Ge häusedehnung abhängig ist, sodass der Dichtungsspalt zwischen dem Deckbandsegment und der Laufschaufel in gewünschter Weise eingestellt werden kann. Es treten erfindungsgemäß keine Zwangskräfte durch unterschiedliche thermische Dehnungen ver schiedener Bauteile auf, die zu einem Stauchen der Bauteile, zu einer Beschädigung der Laufschaufel oder zu ähnlichen Pro blemen führen könnten. Weiterhin ist die Konstruktion auch bei einem stark gewinkelten Annulus vorteilhaft einsetzbar.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass am hinteren Bereich des Ringsegments eine Nase ausgebildet ist, welche zur Kippsicherung gegen die Leitschaufel anliegt. Durch die Nase ergibt sich eine zusätzliche Stabilisierung der Lage des Ringsegments.

Um eine axiale Positionierung und Halterung zu gewährleisten, kann es besonders günstig sein, wenn zwischen der Leitschaufel und dem hinteren Ende des Ringsegments ein Kolbenring angeord net ist.

Zur Abdichtung ist bevorzugterweise vorgesehen, dass am radia len Außenbereich des Ringsegments ein Dichtungselement ange ordnet ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische axiale Teil-Schnittansicht eines er findungsgemäßen Deckbandsegments sowie des erfindungs gemäßen Ringsegments.

Die Fig. 1 zeigt eine Teilansicht eines Gehäuses 1 einer zwei stufigen Hochdruckturbine. In dem Gehäuse 1 sind über den Um fang verteilt mehrere Deckbandsegmente 2 angeordnet, welche jeweils Dichtungsbereiche 3 umfassen.

Radial innerhalb der Deckbandsegmente 2 sind in üblicher Weise Laufschaufeln 4 angeordnet.

Vor und nach der Laufschaufel 4 ist schematisch jeweils ein Teilbereich einer Leitschaufel 7 dargestellt.

Ein stromaufwärtiger Endbereich 5 des Deckbandsegments 2 ist an der vorderen Leitschaufel 7 gelagert, mittels Stiften 17 erfolgt eine Fixierung und Halterung des stromaufwärtigen End bereichs 5.

Radial außerhalb des Deckbandsegments 2 ist ein Hitzeschild 18 angeordnet. Die Ausgestaltung und Befestigung des Hitzeschilds 18 entspricht dem Stand der Technik, sodass auf eine detail lierte Beschreibung an dieser Stelle verzichtet werden kann.

Der stromabwärtige Endbereich 6 des Deckbandsegments 2 wird von einem Finger 19 der Leitschaufel 7 gehalten.

Die Leitschaufel 7 weist radial außen liegend einen weiteren Finger 13 auf, welcher in eine Nut 12 eines Ringsegments 8 eingeführt ist. Das vordere, stromaufwärtige Ende des Ringseg ments 8 ist mit einem Ansatz 20 versehen, welcher auf Haken 9 des Gehäuses 1 aufgesteckt und somit gehaltert ist.

Eine Abdichtung gegenüber dem Gehäuse 1 erfolgt mittels eines Dichtungselements 16.

Am hinteren, stromabwärtigen Endbereich weist das Ringsegment 8 eine Nase 14 auf, welche sich gegen den Finger 13 der Leit schaufel 7 abstützt. Durch die Anlage der Nase 14 und die ra dial innen liegende Wandung der Nut 12 an dem Finger 13 der Leitschaufel 7 wird verhindert, dass sich das Ringsegment 8 bei einer nach innen gerichteten Radialkraft des Fingers 13 lösen kann. Die Anlagefläche der Nase 14 soll dabei axial mög lichst weit hinter der Anlage in der Nut 12 liegen, um günsti ge Hebelverhältnisse zu erzielen (im Hinblick auf die Hebel verhältnisse zwischen der Anlage des Fingers 13 in der Nut 12 und des Ansatzes 20 an dem Haken 9). Dieser Aspekt ist erfin dungsgemäß besonders wichtig, da er zur sicheren Positionie rung des Ringsegments 8 beiträgt.

Zur Festlegung der Umfangslage des Ringsegments 8 sind im Be reich der Haken 9 Nuten 10 ausgebildet, zwischen welche Vor sprünge 11 des Ringsegments 8 greifen. Diese Vorsprünge 11 können beispielsweise von angeschweißten Klötzchen hergestellt werden.

Erfindungsgemäß können die Ringsegmente aus beliebig vielen am Umfang angeordneten Segmenten bestehen. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, nur einen einzigen geschlitzten Ring als Ringsegment zu verwenden. Falls mehrere Ringsegmente vorgese hen sind, sollten die Vorsprünge 11 bevorzugterweise mittig zu den einzelnen Ringsegmenten positioniert werden.

Die axiale Fixierung der Ringsegmente erfolgt erfindungsgemäß über einen Kolbenring 15, wobei der Kolben 15 zusätzlich durch Nasen 21 der Leitschaufel 7 gesichert wird.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten.

Zusammenfassend ist Folgendes festzustellen:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbinendeckbandsegmentbe festigung mit einem Gehäuse 1, mit mehreren in dem Gehäuse 1 angeordneten Deckbandsegmenten 2 mit Dichtungsbereichen 3 für Laufschaufeln 4, wobei die Deckbandsegmente 2 an ihrem strom aufwärtigen Endbereich 5 an dem Gehäuse 1 gelagert sind und an ihrem stromabwärtigen Endbereich 6 an Leitschaufeln 7 gehal tert sind, dadurch gekennzeichnet, dass radial außen zu dem stromabwärtigen Endbereich 6 der Deckbandsegmente 2 zumindest ein Ringsegment 8 montiert ist, dessen vorderer Bereich an dem Gehäuse 1 verankert ist und dessen hinterer Bereich von den Leitschaufeln gehalten wird.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Deckbandsegment

3

Dichtungsbereich

2

4

Laufschaufel

5

stromaufwärtiger Endbereich

2

6

stromabwärtiger Endbereich

2

7

Leitschaufel

8

Ringsegment

9

Haken

1

10

Nut

9

11

Vorsprung

8

12

Nut

8

13

Finger

7

14

Nase

8

15

Kolbenring

16

Dichtungselement

17

Stift

18

Hitzeschild

19

Finger

20

Ansatz

21

Nase

Claims

1. Turbinendeckbandsegmentbefestigung mit einem Gehäuse (1), mit mehreren in dem Gehäuse (1) angeordneten Deckbandseg menten (2) mit Dichtungsbereichen (3) für Laufschaufeln (4), wobei die Deckbandsegmente (2) an ihrem stromaufwärti gen Endbereich (5) an dem Gehäuse (1) gelagert sind und an ihrem stromabwärtigen Endbereich (6) an Leitschaufeln (7) gehaltert sind, dadurch gekennzeichnet, dass radial außen zu dem stromabwärtigen Endbereich (6) der Deckbandsegmente (2) zumindest ein Ringsegment (8) montiert ist, dessen vor derer Bereich an dem Gehäuse (1) verankert ist und dessen hinterer Bereich von den Leitschaufeln gehalten wird.

2. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen Bereiche des Ringseg ments (8) an Haken (9) des Gehäuses (1) eingehängt sind.

3. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Umfangslage des Ringsegments (8) formschlüssig im Bereich der Haken (9) er folgt.

4. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haken (9) mit Nuten (10) versehen sind, in welche Vorsprünge (11) des Ringsegments (8) ein greifen.

5. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am hinteren Bereich des Ringsegments (8) eine Nut (12) eingebracht ist, in welche ein Finger (13) einer Leitschaufel (7) eingreift.

6. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am hinteren Bereich des Ringsegments (8) eine Nase (14) ausgebildet ist, welche zur Kippsicherung gegen die Leitschaufel (7) anliegt.

7. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Leit schaufel (7) und dem hinteren Ende des Ringsegments (8) ein Kolbenring (15) angeordnet ist.

8. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am radialen Außenbe reich des Ringsegments (8) ein Dichtungselement (16) ange ordnet ist.