DE102009003422A1

DE102009003422A1 - Stopfenvorrichtungen für Inspektionsöffnungen

Info

Publication number: DE102009003422A1
Application number: DE102009003422A
Authority: DE
Inventors: Henry Grady Ballard Jr.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2029-02-04
Also published as: US8047769B2; CH698468A2; CH698468B1; CN101503970B; US20090202340A1; JP2009185812A; DE102009003422B4; CN101503970A; JP5132591B2

Abstract

Es wird eine Inspektionsöffnungsstopfenvorrichtung (100) zum Verschließen von drei und mehr gegenüberliegend angeordneten Inspektionsöffnungen in einem Mehrkammer-Gasturbinentriebwerk bereitgestellt. Eine Ausführungsform der Inspektionsöffnungsstopfenvorrichtung (100) enthält eine Kappe (126) und wenigstens zwei Ende-an-Ende aneinander gekoppelte Schäfte. Ein erster Schaft (102) enthält ein erstes Ende (102a), das mit der Kappe (126) gekoppelt ist, und ein zweites Ende (102b) mit einem ersten Verschlussstopfen (106), wobei der erste Verschlussstopfen (106) eine Vertiefung enthält. Ein zweiter Schaft (104) enthält ein drittes Ende (104a), das mit dem ersten Verschlussstopfen (106) in einer Vertiefung gekoppelt ist, und ein viertes Ende (104b) mit einem zweiten Verschlussstopfen (108). Der erste Schaft (102) und der zweite Schaft (104) enthalten auch einen ersten Vorspannmechanismus (114) und einen zweiten Vorspannmechanismus (116), um die Verschlüsse bei dem ersten (106) und zweiten (108) Verschlussstopfen aufrechtzuerhalten, wenn die Inspektionsöffnungsstopfenvorrichtung (100) eingebaut ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Erfindungsgegenstand betrifft im Wesentlichen das Verschließen gegenüberliegender Öffnungen in räumlich beabstandeten Wänden mehrerer Hohlräume, und insbesondere das Verschließen von Inspektionszugangsöffnungen in Gasturbinentriebwerken.
Gasturbinentriebwerke arbeiten in einer Umgebung mit sehr hoher Temperatur und sehr hohem Druck. Diese Triebwerke haben typischerweise mehrere Gehäuse mit voneinander räumlich beabstandeten Wänden mit gegenüberliegend angeordneten Öffnungen zur Einführung irgendeiner Art von Inspektionsvorrichtungen, wie z. B. Endoskopen, Näherungssonden oder Lasersonden zur Inspektion, oder für einen vorübergehenden Zugriff auf die Gaspfadkomponenten und zur Überwachung des Triebwerks. Diese Inspektionsöffnungen müssen nach Abschluss der Inspektion abgedichtet oder verschlossen werden, um eine Leckage durch die Öffnungen zu verhindern, wenn das Triebwerk in Betrieb ist. In der Vergangenheit waren die Verschluss bzw. Abdichtungsflächen auf eine oder zwei Abdichtungsflächen mit einem Maximum von drei Betriebsdrücken beispielsweise Außen-, Zwischen- und Gaspfadbetriebsdrücken begrenzt. Jedoch kann in neueren Triebwerken die Anzahl von gleichzeitig abzudichtenden Flächen drei oder mehr Abdichtungsflächen umfassen.
Ferner weisen Gasturbinentriebwerke unterschiedliche Temperaturen in unterschiedlichen Gehäusen auf, die zu unterschiedlicher Wärmeausdehnung der Gehäuse führen, was zu einem Fluchtungsfehler von gegenüberliegend angeordneten Öffnungen in den räumlich beabstandeten Wänden der Gehäuse führt. Ein weiterer Faktor, der zu dem Fluchtungsfehler von Löchern beiträgt, ist die Radial-, Axial- und Umfangsbewegung von verschiedenen Oberflächen aufgrund von Druck, mechanischen Belastungen und Temperaturveränderungen in den unterschiedlichen Kammern in Bezug zueinander. Der Fluchtungsfehler der mehreren Öffnungen in den räumlich beabstandeten Wänden kann zu einer Leckage führen, wenn die Öffnungen nicht korrekt verschlossen sind, was zu einer Verringerung des Gesamtwirkungsgrades des Triebwerks, einer Verschlechterung oder Beschädigung der Triebwerkskomponenten führen kann, und möglicherweise eine Sicherheitsgefährdung für das Personal darstellen kann, wenn heiße Gase auf die Außenseite des Triebwerks austreten.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme wird eine Inspektionsöffnungsstopfenvorrichtung zum Verschließen von Öffnungen zwischen gegenüberliegenden Wänden in einem Gasturbinentriebwerk bereitgestellt.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Inspektionsöffnungsstopfenvorrichtung, welche eine entfernbare Stopfenvorrichtung ist, eine Kappe enthalten, die eine erste Vertiefung enthält. Ein erster Schaft mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden ist in der ersten Vertiefung der Kappe an ihrem ersten Ende aufgenommen. Das zweite Ende des ersten Schaftes enthält einen ersten Verschlussstopfen, der eine zweite Vertiefung hat. Ein erster Vorspannmechanismus ist mit dem ersten Ende des ersten Schaftes gekoppelt und spannt den ersten Schaft vor, so dass er sich in einer radialen Richtung von der ersten Vertiefung erstreckt. Ein zweiter Schaft mit gegenüberliegenden dritten und vierten Enden ist in der zweiten Vertiefung des ersten Verschlussstopfens an seinem dritten Ende aufgenommen. Das vierte Ende des zweiten Schaftes enthält einen zweiten Verschlussstopfen. Ein zweiter Vorspannmechanismus ist mit dem dritten Ende des zweiten Schaftes gekoppelt und spannt den zweiten Schaft vor, so dass er sich in einer radialen Richtung von der zweiten Vertiefung erstreckt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Turbinentriebwerk eine entfernbare Stopfenvorrichtung enthalten, die wenigstens eine erste Inspektionsöffnung in einer Außenwand des Triebwerks, eine zweite Inspektionsöffnung in einer Zwischenwand des Triebwerks im Wesentlichen gegenüber der ersten Inspektionsöffnung und eine dritte Inspektionsöffnung in einer innersten Wand des Triebwerks im Wesentlichen gegenüber der zweiten Inspektionsöffnung verschließt, und wobei die zweiten und dritten Inspektionsöffnungen eine konische Abdichtungsfläche enthalten. Die Stopfenvorrichtung kann eine Kappe aufweisen, die die erste Inspektionsöffnung verschließt, wobei die Kappe einen kreisringförmigen Bund, der eine erste Vertiefung definiert, wenigstens einen ersten Schaft und einen zweiten Schaft enthält. Ein erster Schaft mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden ist in der ersten Vertiefung der Kappe an seinem ersten Ende aufgenommen. Das zweite End enthält einen ersten Verschlusstopfen, der eine zweite Vertiefung definiert. Ein erster Vorspannmechanismus ist mit dem ersten Ende des ersten Schaftes gekoppelt und spannt das erste Ende vor, so dass es sich aus der ersten Vertiefung nach außen erstreckt, so dass der erste Verschlussstopfen in eine Dichtungsbeziehung mit der zweiten Inspektionsöffnung vorgespannt wird. Der zweite Schaft mit gegenüberliegenden dritten und vierten Enden ist in der zweiten Vertiefung des ersten Verschlussstopfens an seinem dritten Ende aufgenommen. Das zweite Ende des zweiten Schaftes enthält einen zweiten Verschlussstopfen. Ein zweiter Vorspannmechanismus ist mit dem dritten Ende der zweiten Schaft gekoppelt und spannt den zweiten Schaft so vor, dass er sich aus der zweiten Vertiefung so nach außen erstreckt, dass der zweite Verschlusstopfen in eine Dichtungsbeziehung mit der dritten Inspektionsöffnung vorgespannt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weiteren Vorteile der Erfindung werden bei Betrachtung der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen gleiche Bezugszeichen durchgängig gleiche Teile bezeichnen, und in welchen:
1 eine Querschnittsansicht einer Inspektionsöffnungsstopfenvorrichtung in einer ausgefahrenen Konfiguration gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2–4 eine Querschnittsansicht eines Inspektionsöffnungsstopfens darstellen, der in ein Gasturbinentriebwerk eingebaut ist, das unterschiedliche Arten möglicher Verschiebungen, wie z. B. Radial-, Axial- und Umfangsverschiebungen, um die Mittellinie des Gasturbinentriebwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfährt; und
5 eine Querschnittsansicht eines Abschnittes einer Inspektionsöffnungsstopfenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Zeichnungen stellen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar und daher wird die Erfindung im angesichts derselben beschrieben.
1 stellt eine Querschnittsansicht eine Vorrichtung eines Inspektionsöffnungsstopfens 100 mit zwei axialen Schäften, einem ersten Schaft 102 und einem zweiten Schaft 104 dar. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Inspektionsöffnungsstopfen 100 eine entfernbare Stopfenvorrichtung. Jeder von den zwei Schäften, der erste Schaft 102 und der zweite Schaft 104 hat gegenüberliegende Enden: ein erstes Ende 102a und ein zweites Ende 102B; und ein drittes Ende 104a bzw. ein viertes Ende 104B. Der Inspektionsöffnungsstopfen 100 enthält eine Kappe 126 mit einem ringförmigen Bund 126a, und eine erste Halterung 122 im Inneren des ringförmigen Bundes 126a. Der ringförmige Bund 126a der Kappe 126 bildet zusammen mit der ersten Halterung 122 eine erste Vertiefung 128 zum Aufnehmen des ersten Endes 102a des ersten Schaftes 102. Das zweite Ende 102B des ersten Schaftes enthält einen ersten Verschlussstopfen 106. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Verschlussstopfen 106 ein halbkugelförmiger Verschlussstopfen. Der erste Verschlussstopfen 106 bildet einen Dichtungseingriff in der Form eines ersten Linienkontaktes mit der durch eine konische Oberfläche in der entsprechenden Wand der Gasturbine ausgebildeten Öffnung.
Der erste Verschlusstopfen 106 enthält einen zweiten Halter 124, wobei der erste Verschlusstopfen 106 und der zweite Halter 124 eine zweite Vertiefung 130 bilden, um das dritte Ende 104a des zweiten Schaftes 104 aufzunehmen. Ähnlich dem zweiten Ende 102b des ersten Schaftes 102 enthält das vierte Ende 104b des zweiten Schaftes 104 einen zweiten Verschlusstopfen 108. In einem Aspekt der Erfindung kann der zweite Verschlusstopfen 108 ein halbkugelförmiger Verschlusstopfen sein. Der zweite Verschlusstopfen 108 erzeugt einen Dichtungseingriff in der Form eines zweiten Linienkontaktes mit der durch eine konische Oberfläche ausgebildeten Öffnung in der entsprechenden Wand des Gasturbinentriebwerks.
Ferner ist eine erste Schulter 118 an dem ersten Ende 102a ausgebildet, um einen Verriegelungsmechanismus für den ersten Schaft 102 in der ersten Vertiefung 128 zu erzeugen. Die erste Schulter 118 kann einen sich teilweise aus dem ersten Schaft 102 heraus erstreckenden und diesen wenigstens teilweise umgebenden Kreisring aufweisen. Der erste Halter 122 der Kappe 126 verhindert, dass sich der erste Schaft 102 aus der ersten Vertiefung 128 bewegt, indem er die Anordnung mit der ersten Schulter 118 verriegelt. In ähnlicher Weise hat das dritte Ende 104a des zweiten Schaftes 104 eine zweite Schulter 120, welche einen Verriegelungsmechanismus bereitstellt, indem sie mit dem zweiten Halter 124 des ersten Stopfens 106 in Eingriff steht, um zu verhindern, dass sich der zweite Schaft 104 aus der zweiten Vertiefung 130 heraus bewegt. In ähnlicher Weise zu der ersten Schulter 118 kann die zweite Schulter 120 einen sich aus dem zweiten Schaft 104 heraus erstreckenden und wenigstens teilweise diesen umgebenden Kreisring aufweisen. In einer Ausführungsform der Erfindung haben die erste Schulter 118 und die zweite Schulter 120 eine gekrümmte Oberfläche an ihren distalen Enden, um eine außeraxiale oder radiale Bewegung des ersten Schaftes 102 in Bezug auf die Kappe 126 zu ermöglichen. Der Spalt lässt eine Bewegung zu, aber die Form der Verbindungsstelle hält den ersten Schaft 102 zu dem ersten Halter 122 innerhalb der Grenzwerte des Spaltes konzentrisch. Der erste Schaft 102 kann sich um den Mittelpunkt dieser Verbindungsstelle drehen. Das erste Ende 102a des ersten Schaftes 102 enthält ferner einen ersten Hals 110, welcher sich aus der ersten Schulter 118 heraus erstreckt. In gleicher Weise enthält das dritte Ende 104a des zweiten Schaftes 104 einen zweiten Hals 112, welcher sich aus der zweiten Schulter 120 heraus erstreckt, um die außeraxiale Bewegung des zweiten Schaftes 104 in Bezug auf den ersten Schaft 102 zu ermöglichen. In einer Ausführungsform der Erfindung haben der erste Hals 110 und der zweite Hals 112 eine kegelstumpfförmige Form, welche die außeraxiale Bewegung der Schafte 102 und 104 in Bezug auf die Kappe 126 bzw. zueinander ermöglicht. Die kegelstumpfförmige Form bezieht sich auf die Form eines Kegelstumpfes eines Konus, d. h., eine allmähliche Verjüngung zu dem Ende des Schaftes hin.
Ein erster Vorspannmechanismus 114 kann mit der ersten Schulter 118 und/oder dem ersten Hals 110 des ersten Endes 102a des ersten Schaftes 102 gekoppelt sein, dass er die erste Schulter 118 in einer radialen Auswärtsrichtung von der ersten Vertiefung 128 schiebt. In gleicher Weise kann ein zweiter Vorspannmechanismus 116 mit der zweiten Schulter 120 und/oder dem zweiten Hals 112 des dritten Endes 104a des zweiten Schaftes 104 gekoppelt sein, dass er die zweite Schulter 120 des zweiten Schaftes 104 in einer radialen Auswärtsrichtung von der zweiten Vertiefung 130 schiebt. In einer Ausführungsform der Erfindung können der erste Vorspannmechanismus 114 und der zweite Vorspannmechanismus 116 wenigstens eines von einer Feder, Balgen, Zahnscheiben- oder Wellenfeder oder irgendeiner anderen geeigneten Vorspannvorrichtung, wie z. B. einer Kraftauslenkungsvorrichtung oder Konstantkraftvorrichtung beispielsweise einen pneumatischen Kolben, aufweisen. Wenn der Stopfen 100 nicht eingebaut ist, arbeiten der Vorspannmechanismus 114 und 116 so, dass sie die ersten und zweiten Schäfte 102, 104 teleskopartig in einer langgestreckten koaxialen Weise ausfahren. Zusätzlich kann der erste Vorspannmechanismus 114 eine größere Steifigkeit als der zweite Vorspannmechanismus 116 enthalten, um zu verhindern, dass der zweite Vorspannmechanismus 116 die Abdichtung zwischen dem ersten Verschlussstopfen 106 und dessen entsprechender Öffnung beeinträchtigt.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Inspektionsöffnungsstopfen 100 mehrere Schäfte in einer Anordnung auf, um die in einem Gasturbinentriebwerk mit mehr als drei in Abstand angeordneten gegenüberliegenden Wänden ausgebildeten Öffnungen zu verschließen. Jeder von den mehreren Schäften hat axial gegenüberliegende Enden ähnlich dem ersten Schaft 102 und dem zweiten Schaft 104, wobei ein Ende von jedem von den mehreren Schäften einen Verschlussstopfen hat und das andere Ende von jedem von den mehreren Schäften in einer Vertiefung aufgenommen ist, die durch den Verschlussstopfen des vorhergehenden Schaftes ausgebildet ist. Die Halter, Schultern und die Vorspannanordnung für die mehreren Schäfte ist ähnlich denen des ersten Schaftes 102 und des zweiten Schaftes 104, wie sie in 2 erläutert sind.
2 stellt einen Querschnitt des Inspektionsöffnungsstopfens 100 von 1, eingebaut in einem Gasturbinentriebwerk dar. Typischerweise können in Gasturbinentriebwerken mehrere gegenüberliegende parallele und nicht parallele Wände und entsprechende Kammern vorhanden sein. Inspektionsvorrichtungen, wie z. B. Endoskope oder Lasersonden, müssen durch die Öffnungen zwischen den Wänden hindurchgeführt werden, so dass sie sich zwischen den Kammern erstrecken. Die Wände können beispielsweise für den inneren Verdichter, die Brennkammer, das Turbinengehäuse, den Gebläsekanal oder dergleichen sein. Sobald die Inspektionsvorrichtungen entfernt sind, müssen die Inspektionsöffnungen zwischen diesen Wänden verschlossen werden, um jede Leckage von einer Kammer in die andere zu verhindern, wenn sich das Triebwerk in Betrieb befindet.
2 stellt eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit drei derartigen räumlich beabstandet angeordneten gegenüberliegenden Wänden dar: einer Außenwand 202, einer Zwischenwand 204 und einer Innenwand 206. Der Inspektionsöffnungsstopfen 100 von 1 wird dazu verwendet, gleichzeitig eine erste Öffnung 208, eine zweite Öffnung 210 und eine drit te Öffnung 212 zu verschließen, welche durch die Außenwand 202, die Zwischenwand 204 bzw. die innerste Wand 206 gebildet werden.
Die Kappe 126 sitzt auf der Außenwand 202, um die erste Öffnung 208 mittels irgendeiner geeigneten Einrichtung, wie z. B. einem verschraubten Flansch, O-Ring, Schraube usw. zu verschließen. Der erste Verschlussstopfen 106 bildet einen ersten Linienkontakt 214 mit einer zweiten Öffnung 210, welche eine konische Form hat. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Verschlussstopfen 106 ein halbkugelförmiger Verschlussstopfen. Der zwischen dem ersten Verschlussstopfen 106 und der Zwischenwand 204 ausgebildete erste Linienkontakt 214, verschließt die zweite Öffnung 210. Um eine Linienabdichtung zu erzeugen, enthält der erste Verschlussstopfen 106 einen männlichen Körper, der eine halbkugelförmige Gestalt hat und die erste Öffnung 208 enthält einen weiblichen Körper, der eine konische Oberfläche hat. Auf diese Weise kann sich bei einem Kontakt die kugelförmige Gestalt um ihren Mittelpunkt drehen und trotzdem in Linienkontakt bleiben. Der zweite Verschlussstopfen 108 bildet einen zweiten Linienkontakt 216 mit der dritten Öffnung 212 aus, welche eine konische Form hat. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Verschlussstopfen 108 ein halbkugelförmiger Verschlussstopfen. Der durch den zweiten Verschlussstopfen 108 und die innerste Wand 206 ausgebildete zweite Linienkontakt 216 verschließt die dritte Öffnung 212.
In 3 wird bezüglich der Triebwerksmittellinie die Triebwerksradialrichtung als die von der Triebwerksmittellinie ausgehende Richtung, die Triebwerksumfangsrichtung als die Richtung entlang dem Umfang gemäß Darstellung in 3, und die Triebwerksaxialrichtung als die Richtung entlang der Triebwerksmittellinienachse gemäß Darstellung in 4 be zeichnet. Im Wesentlichen wird der Inspektionsöffnungsstopfen 100 in einer Triebwerksradialrichtung eingeführt, kann aber Richtungskomponenten in der Triebwerksumfangs- und Triebwerksachsenrichtung enthalten. Die Grunddichtung ist eine Kugel in einer konischen Fassung; die Kugel kann der erste Verschlussstopfen 106 oder der zweite Verschlussstopfen 108 sein, und die konische Fassung kann die erste Öffnung 210 bzw. die zweite Öffnung 212 sein, wie es vorstehend in 2 dargestellt ist. Eine Druckdifferenz über der Dichtung könnte dazu beitragen, die Dichtkraft zu liefern, wenn sich der größere Druck auf der Seite mit der Kugel und der größeren Öffnung der konischen Fassung befindet. Umgekehrt sollte, wenn der Druck auf der kleineren Seite der konischen Fassung größer wäre, eine ausreichende Kraft auf die Kugel aufgebracht werden, um eine Abdichtung aufrechtzuerhalten. Daher ist eine ausreichende Federkraft zusammen mit einem ausreichenden radialen Weg des Triebwerks erforderlich, um den Linienkontakt gegenüber den radialen Verschiebungen der Wände aufrechtzuerhalten. Mit ausreichender Kraft wird die Abdichtung im Falle von relativen radialen axialen oder Umfangsverschiebungen des Triebwerks zwischen den Wänden aufrechterhalten. Derartige Verschiebungen können das Ergebnis von Änderungen in der Temperatur (beispielsweise kalt bei der Abschaltung bis heiß während des Betriebs) in jeder Wand 202, 204 und 206 und aufgrund von Änderungen von Drücken in jedem Hohlraum oder der Aufbringung von variierenden mechanischen Belastungen auf jede Wand 202, 204 und 206 aufgrund von Drehmomentreaktionen, Scherungskräften, Kraftkopplungen, Rohrleitungsbelastung, Statorrohrunterstützungsbelastung oder irgendwelche Kombinationen von diesen Belastungen auftreten.
Gemäß nochmaliger Bezugnahme auf 2 stellt diese eine Ausführungsform der Erfindung dar, in welcher die Zwischenwand 204 und die innerste Wand 206 Auslenkungen in der radialen Richtung des Triebwerks aufgrund der in 3 und 4 beschriebenen verschiedenen Belastungen erfahren können. Um den ersten Linienkontakt 214 im Falle einer radialen Verschiebung des Triebwerks aufrechtzuerhalten, hält der erste Vorspannmechanismus 114 den ersten Schaft 102 an einer Aufwärtsbewegung innerhalb einer vorbestimmten Distanz ab. Die vorbestimmte Distanz hängt von der Steifigkeit des ersten Vorspannelementes 114 in Bezug auf die Steifigkeit des zweiten Vorspannelementes 116 ab. Beispielsweise kann es erwünscht sein, dass die Steifigkeit des ersten Vorspannmechanismus 114 größer als die des zweiten Vorspannmechanismus 116 ist, um sich an die gegenseitige radiale Bewegung der innersten Wand 206 des Triebwerks und der Zwischenwand 204 anzupassen.
Der Grad der Umfangsverschiebung des Triebwerks sowie der axialen Verschiebung des Triebwerks zwischen den Wänden 202, 204 und 206, welcher ausgeglichen werden kann, ist durch den vorhandenen Abstand zwischen den ersten Haltern 122 und der Anfangsposition der ersten Schulter 116 des ersten Schaftes 102 bestimmt. In gleicher Weise bestimmt der vorhandene Spalt zwischen den zweiten Haltern 124 und der Anfangsposition der zweiten Schulter 120 des zweiten Schaftes 104 den relativen Fluchtungsfehler, der zwischen der zweiten Öffnung 210 und der dritten Öffnung 212 aufgenommen werden kann. Der Grad der Axial- und Umfangsbewegung des Triebwerks, der ausgeglichen werden kann, hängt auch von der Länge des ersten Schaftes 102 und des zweiten Schaftes 104 ab. Je größer die Länge des ersten Schaftes 102 und des zweiten Schaftes 104 ist, desto größer ist der Fluchtungsfehler in axialer und Umfangsrichtung des Triebwerks, der ausgeglichen werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Inspektionsöffnungsstopfen 100 gemäß Darstellung eine entfernbare Stopfenvorrichtung. Im Falle einer entfernbaren Stopfenvor richtung sollte der Gesamtdurchmesser des zweiten Verschlussstopfens 108 kleiner als der Gesamtdurchmesser der minimalen Wandöffnung der zweiten Öffnung 210 sein, und der Gesamtdurchmesser des ersten Verschlussstopfens 106 muss kleiner als der Gesamtdurchmesser der minimalen Wandöffnung der ersten Öffnung 208 sein. Somit kann der Inspektionsöffnungsstopfen 100 ohne Behinderung eingeführt und entnommen werden.
5 stellt eine Querschnittsansicht eines Abschnittes einer Inspektionsöffnungsstopfenvorrichtung 300 dar. In Gasturbinentriebwerken können mehrere gegenüberliegende Wände und entsprechende Kammern vorhanden sein. 5 stellt eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei derartigen gegenüberliegenden Wänden dar: einer innersten Wand 320 und einer anschließenden Wand 322. Der Inspektionsöffnungsstopfen 300 enthält mehrere Schäfte, wovon zwei Schäfte ein innerster Schaft 302 und ein anschließender Schaft 304 in 5 dargestellt sind. Der innerste Schaft hat ein erstes Ende 302a und ein zweites Ende 302b. Zur Vereinfachung stellt die Querschnittsansicht des Inspektionsöffnungsstopfens 300 nur ein drittes Ende 304a des anschließenden Schaftes 304 dar. Das erste Ende 302a des innersten Schaftes 302 enthält einen innersten Verschlussstopfen 306. Der innerste Verschlussstopfen 306 bildet einen Linienkontakt 334 mit einer innersten Öffnung 310, welche eine konische Form hat und durch die innerste Wand 320 gebildet wird. In einer Ausführungsform der Erfindung kann der innerste Verschlussstopfen 306 ein halbkugelförmiger Verschlussstopfen sein. Der durch den innersten Verschlussstopfen 306 gebildete Linienkontakt 334 verschließt die innerste Öffnung 310.
In gleicher Weise enthält das dritte Ende 304a des anschließenden Schaftes 304 einen anschließenden Verschlusstopfen 308. Der anschließende Verschlussstopfen 308 bildet eine Oberflächenkontakt 336 mit einer anschließenden Öffnung 312, welche eine konische Form hat und durch die anschließende Wand 322 gebildet wird. In einer Ausführungsform der Erfindung kann der anschließende Verschlusstopfen 308 den vorgezogenen Oberflächenkontaktbereich aufgrund einer den Verschlussstopfen 308 bildenden halbkugelförmigen Gestalt haben. Diese Kontaktkonfiguration kann einen größeren Verschleiß aufgrund der relativen Bewegung des anschließenden Verschlussstopfens 308 und der anschließenden Wand 322 bereitstellen.
Ferner nehmen eine erste Vertiefung 316, die von dem anschließenden Verschlusstopfen 308 des anschließenden Schaftes 304 gebildet wird, und ein geteilter Block 314 das zweite Ende 302b des innersten Schaftes 302 auf. Das zweite Ende 302b des innersten Schaftes 302 kann an einem unteren Ende 342 angrenzend an einen obersten Abschnitt 340 des zweiten Endes 302b so abgeschrägt sein, dass der oberste Abschnitt 340 einen größeren Radius als der Radius eines unteren Abschnittes 338 des inneren Schaftes 302 hat. Der oberste Abschnitt 340 des zweiten Endes 302b ist in der ersten Vertiefung 316 untergebracht, während der untere Abschnitt 338 des ersten Schaftes 302 in dem geteilten Block 314 untergebracht ist. Der geteilte Block 314 ist in einem Schlitz 344 angeordnet, der durch die Innenoberfläche des anschließenden Verschlussstopfens 308 gebildet wird. Der geteilte Block 314 hat einen runden Querschnitt, der den unteren Abschnitt 338 des innersten Schaftes 302 einschließt. Der als ein zylindrisches Teil ausgebildete geteilte Block 314 könnte nicht auf den innersten Schaft 302 montiert werden, sollte er nicht wenigstens hälftig zur Montage an seiner axialen Mittellinien durchgeschnitten sein. Sobald er auf den innersten Schaft 302 montiert ist, wird der geteilte Block 314 in dem Ende der ersten Vertiefung 316 durch ein Halteteil 324 festgehalten. Der geteilte Block 314 ermöglicht eine Verriegelungsanordnung, welche verhindert, dass der innerste Schaft 302 aus der ersten Vertiefung 316 austritt. Ferner hat das zweite Ende 302b des innersten Schaftes 302 eine Schulter 330, welche einen Kreisring aufweist, der sich radial aus dem innersten Schaft 302 heraus und wenigstens teilweise um diesen herum erstreckt. Wenn sich der innerste Schaft 302 nach außen bewegt, kommt der abgeschrägte Abschnitt des unteren Endes 342 des zweiten Endes 302b mit dem abgeschrägten Ende 345 des geteilten Blockes 314 in Eingriff.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Vorspannmechanismus 328 mit dem innersten Schaft 302 bei der Schulter 330 und/oder einem Hals 332 des zweiten Endes 302b des innersten Schaftes 302 gekoppelt sein. In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Vorspannmechanismus wenigstens eines von einer Feder, einem Balgen, Zahnscheiben- oder Wellenfeder oder irgendeiner anderen geeigneten Vorspannvorrichtung, wie z. B. einer Kraftauslenkungsvorrichtung oder Konstantkraftvorrichtung beispielsweise einen pneumatischen Kolben, aufweisen. Gemäß nochmaliger Bezugnahme auf 5 kommt, wenn die Anordnung des Inspektionsöffnungsstopfens 300 von dem Triebwerk entfernt wird und der Vorspannmechanismus 328 vollständig den innersten Schaft 302 ausfährt, der abgeschrägte Teil 345 des geteilten Blockes 314 mit dem abgeschrägten Abschnitt des unteren Endes 342 in Eingriff und der Toleranzbereich, welcher durch das Halterungsteil 324 zwischen dem geteilten Block 314 und dem innersten Schaft 302 vorgesehen ist, wird ebenfalls geschlossen oder im Wesentlichen geschlossen, was bewirkt, dass der innerste Schaft 302 und der anschließende Schaft 304 in Bezug auf die Mittellinien mit Ausnahme einer gewissen Umfangstoleranz 326, die für die Montage des Mechanismus erforderlich ist, konzentrisch sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Vorspannmechanismus eine Feder, die in einem Anfangszustand komprimiert ist, wenn die Vorrichtung des Inspektionsöffnungsstopfens eingebaut ist und sich das Triebwerk nicht in Betrieb befindet. Die innerste Wand 320 und die anschließende Wand 322 werden zu Beginn in Bezug zueinander fixiert und wenigstens danach während des Betriebs des Triebwerks in Bezug zueinander verschoben. Derartige Verschiebungen sind das Ergebnis von Änderungen in der Temperatur (beispielsweise kalt bei der Abschaltung bis heiß während des Betriebs) in jeder Wand und aufgrund von Änderungen von Drücken in jedem Hohlraum oder der Aufbringung von variierenden mechanischen Belastungen auf jede Wand aufgrund von Drehmomentreaktionen, Scherungskräften, Kraftkopplungen, Rohrleitungsbelastung, Statorrohrunterstützungsbelastung oder irgendwelche Kombinationen von diesen Belastungen. Diese Verschiebungen können bewirken, dass die innerste Wand 320 und die anschließende Wand 322 radiale Verschiebungen des Triebwerks wie unter Bezugnahme auf die 3 und 4 in derselben oder gegenüberliegenden Richtung erfahren. Um den Oberflächenkontakt 336 beizubehalten, verschiebt der Vorspannmechanismus 328 den innersten Schaft 302 nach außen, um den durch die radiale Verschiebung des Triebwerks bewirkten Fluchtungsfehler auszugleichen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aufgrund einer oder mehrerer von den vorstehend erwähnten Verschiebungen können die anschließende Wand 312 und die innerste Wand 310 von 5 eine radiale Verschiebung des Triebwerks erfahren. Um den Oberflächenkontakt 336 aufrechtzuerhalten, beendet im Falle der radialen Verschiebung des Triebwerks der Vorspannmechanismus 328 die Aufwärtsbewegung der innersten Schaft 302 innerhalb einer vorbestimmten Distanz. Die vorbestimmte Distanz kann von der Steifigkeit des Vorspannmechanismus 328 in Bezug auf den Grad der radialen Verschiebung des Triebwerks abhängen.
In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung können Verschiebungen aus der Ebene, die sich aus den beschriebenen kombinierten Effekten ergeben, die innerste Öffnung 310 in Bezug auf die anschließende Öffnung 312 verschieben. Solche Verschiebungen in axialer oder Umfangsrichtung oder Kombinationen beider können wenigstens teilweise mit dem Vorspannmechanismus 328 in Verbindung mit der Länge des innersten Schaftes 302 ausgeglichen werden.
Die niedergeschriebene Beschreibung nutzt Beispiele zum Offenbaren der Erfindung und auch, um jedem Fachmann auf diesem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Vorrichtungen oder Systeme und Durchführung aller enthaltenen Verfahren praktisch auszuführen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die dem Fachmann auf diesem Gebiet möglich erscheinen. Derartige weitere Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche enthalten sein, wenn sie Strukturelemente enthalten, die sich nicht von der wörtlichen Beschreibung der Ansprüche unterscheiden oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber den wörtlichen Beschreibungen der Ansprüche enthalten.
Es wird eine Inspektionsöffnungsstopfenvorrichtung 100 zum Verschließen von drei oder mehr gegenüberliegend angeordneten Inspektionsöffnungen in einem Mehrkammer-Gasturbinentriebwerk bereitgestellt. Eine Ausführungsform der Inspektionsöffnungsstopfenvorrichtung 100 enthält eine Kappe 126 und wenigstens zwei Ende-an-Ende aneinander gekoppelte Schäfte. Ein erster Schaft 102 enthält ein erstes Ende 102a, das mit der Kappe 126 gekoppelt ist und ein zweites Ende 102b mit einem ersten Verschlussstopfen 106, wobei der erste Verschlussstopfen 106 eine Vertiefung enthält. Ein zweiter Schaft 104 enthält ein drittes Ende 104a, das mit dem ersten Verschlussstopfen 106 in einer Vertiefung gekoppelt ist, und ein viertes Ende 104b mit einem zweiten Verschlussstopfen 108. Der erste Schaft 102 und der zweite Schaft 104 enthalten auch einen ersten Vorspannmechanismus 114 und einen zweiten Vorspannmechanismus 116, um die Verschlüsse bei dem ersten 106 und zweiten 108 Verschlussstopfen aufrechtzuerhalten, wenn die Inspektionsöffnungsstopfenvorrichtung 100 eingebaut ist.

100: Inspektionsöffnungsstopfen
102: Erster Schaft
102a: Erstes Ende
102b: Zweites Ende
104: Zweiter Schaft
104a: Drittes Ende
104b: Viertes Ende
106: Erster Verschlussstopfen
108: Zweiter Verschlussstopfen
110: Erster Hals
112: Zweiter Hals
114: Erster Vorspannmechanismus
116: Zweiter Vorspannmechanismus
118: Erste Schulter
120: Zweiter Schulter
122: Erster Halter
124: Zweiter Halter
126: Kappe
126a: Kreisringförmiger Bund
128: Erste Vertiefung
130: Zweite Vertiefung
202: Außenwand
204: Zwischenwand
206: Innerste Wand
208: Erste Öffnung
210: Zweite Öffnung
212: Dritte Öffnung
214: Erster Linienkontakt
216: Zweiter Linienkontakt
300: Inspektionsöffnungsstopfen
302: Innerster Schaft
302a: Erstes Ende
302b: Zweites Ende
304: Anschließender Schaft
304a: Drittes Ende
306: Innerster Verschlussstopfen
308: Anschließender Verschlussstopfen
310: Innerste Öffnung
312: Anschließende Öffnung
314: Geteilter Block
316: Erste Vertiefung
320: Innerste Wand
322: Anschließende Wand
324: Halterungsteil
326: Umfangstoleranz
328: Vorspannmechanismus
330: Schulter
332: Hals
334: Linienkontakt
336: Oberflächenkontakt
338: Unterer Abschnitt
340: Oberster Abschnitt
342: Unteres Ende
344: Schlitz
345: Abgeschrägtes Teil

Claims

Inspektionsöffnungs-Stopfenvorrichtung (100) zum Verschließen mehrerer im Wesentlichen gegenüberliegender Inspektionsöffnungen auf einem Triebwerk, aufweisend: eine Kappe (126), die eine erste Vertiefung enthält; einen ersten Schaft (102) mit gegenüberliegenden ersten (102a) und zweiten (102b) Enden, wobei das erste Ende (102a) in der ersten Vertiefung (128) der Kappe (126) aufgenommen ist und das zweite Ende (102b) einen ersten Verschlussstopfen (106) hat, der eine zweite Vertiefung (130) enthält; einen ersten Vorspannmechanismus (114), der mit dem ersten Ende (102a) des ersten Schaftes (102) gekoppelt ist und der den ersten Schaft (102) vorspannt, dass er sich in einer radialen Richtung von der ersten Vertiefung (128) nach außen erstreckt; einen zweiten Schaft (104) mit gegenüberliegenden dritten (104a) und vierten (104b) Enden, wobei das dritte Ende (104a) in der zweiten Vertiefung (130) des ersten Verschlussstopfens (106) aufgenommen ist und das vierte Ende (104b) einen zweiten Verschlussstopfen (108) hat; und einen zweiten Vorspannmechanismus (116), der mit dem dritten Ende (104a) des zweiten Schaftes (104) gekoppelt ist und der den zweiten Schaft (104) vorspannt, dass er sich in einer radialen Richtung von der zweiten Vertiefung (130) nach außen erstreckt;
Stopfenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Verschlussstopfen (108) eine dritte Vertiefung enthält, und die Vorrichtung ferner einen dritten Schaft mit gegenüberliegenden fünften und sechsten Enden, wobei das fünfte Ende in der dritten Vertiefung des zweiten Verschlussstopfens (108) aufgenommen ist und das sechste Ende einen dritten Verschlussstopfen enthält, und einen dritten Vorspannmechanismus enthält, der mit dem fünften Ende des dritten Schaftes gekoppelt ist, und der den dritten Schaft vorspannt, dass er sich in radialer Richtung von der dritten Vertiefung nach außen erstreckt.
Stopfenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Vorspannmechanismus (114) eine größere Vorspannkraft als der zweite Vorspannmechanismus (116) erzeugt.
Stopfenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Ende (102a) des ersten Schaftes (102) einen ersten Hals (110) und eine sich radial erstreckende erste Schulter (118) enthält, und wobei der erste Vorspannmechanismus (114) mit dem ersten Schaft (102) bei dem ersten Hals (110) und der ersten Schulter (118) in Eingriff steht.
Stopfenvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste Schulter (118) eine gekrümmte Oberfläche an ihrem distalen Ende enthält.
Stopfenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das dritte Ende (104a) des zweiten Schaftes (104) einen zweiten Hals (112) und eine sich radial erstreckende zweite Schulter (120) enthält, und wobei der zweite Vorspannmechanismus (116) mit dem zweiten Schaft (104) bei dem zweiten Hals (112) und der zweiten Schulter (120) in Eingriff steht.
Stopfenvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der zweite Hals (112) des zweiten Schaftes (104) eine kegelstumpfförmige Gestalt hat, um eine außeraxiale Bewegung des zweiten Schaftes (104) in Bezug auf den ersten Schaft (102) zu ermöglichen.
Stopfenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Verschlussstopfen (106) und der zweite Verschlussstopfen (108) eine halbkugelförmige Gestalt haben.
Stopfenvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Verschlussstopfen (106) einen größeren Durchmesser als der zweite Verschlussstopfen (108) hat.
Turbinentriebwerk, aufweisend: eine erste Inspektionsöffnung (208) in einer Außenwand (202) des Triebwerks, eine zweite Inspektionsöffnung (210) in einer Zwischenwand (204) des Triebwerks im Wesentlichen gegenüber der ersten Inspektionsöffnung (208), und eine dritte Inspektionsöffnung (212) in einer innersten Wand (206) des Triebwerks im Wesentlichen gegenüber der zweiten Inspektionsöffnung (210), und wobei die zweite (210) und dritte (212) Inspektionsöffnung eine konische Abdichtungsfläche enthalten; eine entfernbare Stopfenvorrichtung (100), die die erste (208), zweite (210) und dritte (212) Inspektionsöffnung verschließt, wobei die Stopfenvorrichtung aufweist: eine Kappe (126), die die erste Inspektionsöffnung (208) verschließt, wobei die Kappe (128) einen kreisringförmigen Bund (126a) enthält, der eine erste Vertiefung (128) definiert, einen ersten Schaft (102) mit gegenüberliegenden ersten (102a) und zweiten (102b) Enden, wobei das erste Ende (102a) in der ersten Vertiefung (128) der Kappe (126) aufgenommen ist und das zweite Ende (102b) einen ersten Verschlussstopfen (106) hat, der eine zweite Vertiefung (130) enthält, einen ersten Vorspannmechanismus (114), der mit dem ersten Ende (102a) des ersten Schaftes (102) gekoppelt ist, und der den ersten Schaft (102) vorspannt, dass er sich von der ersten Vertiefung (128) nach außen erstreckt, so dass der erste Verschlussstopfen (106) in eine Verschlussbeziehung mit der zweiten Inspektionsöffnung (210) vorgespannt wird, einen zweiten Schaft (104) mit gegenüberliegenden dritten (104a) und vierten (104b) Enden, wobei das dritte Ende (104a) in der zweiten Vertiefung (130) des ersten Verschlussstopfens (106) aufgenommen ist und das vierte Ende (104b) einen zweiten Verschlussstopfen (108) hat, und einen zweiten Vorspannmechanismus (116), der mit dem dritten Ende (104a) des zweiten Schaftes (102) gekoppelt ist und der den zweiten Schaft (104) vorspannt, dass er sich in einer radialen Richtung von der zweiten Vertiefung (130) nach außen erstreckt, so dass der zweite Verschlussstopfen (108) in eine Verschlussbeziehung mit der dritten Inspektionsöffnung (212) vorgespannt wird.