DE102016208154A1

DE102016208154A1 - Eintrittsleitgitter für einen Verdichter, Verdichter und Verfahren zur Herstellung eines Eintrittleitgitters

Info

Publication number: DE102016208154A1
Application number: DE102016208154.3A
Authority: DE
Inventors: Werner Humhauser
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2017-11-16

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Eintrittsleitgitter (10) für einen Verdichter umfasst eine Haltestrebe (100) zur Verbindung eines Innenteilelementes (30) für eine Rotorwelle (22) mit einem Gehäuseelement (40), eine verschwenkbare Klappe (110) sowie eine Dichtung zum Abdichten eines Spalts (S) zwischen der Haltestrebe und der verschwenkbaren Klappe. Die Dichtung weist mindestens eine Bürste (120) mit Borsten (122) auf, die mindestens teilweise in den Spalt (S) hineinragen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dem Herstellen eines Eintrittsleitgitters (10). Es umfasst ein Herstellen mindestens einer Haltestrebe (100) mit mindestens einer Nut (104), ein Einziehen oder Einschieben mindestens einer Einspannvorrichtung (121) einer Bürstendichtung (120) in die mindestens eine Nut durch eine im Gehäuseelement (40) angeordnete Aufnahme (41) für einen Verstellzapfen (111) einer Klappe (110) und ein Einsetzen des Verstellzapfens der Klappe in die Aufnahme (41).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Eintrittsleitgitter für einen Verdichter, insbesondere für einen Verdichter einer Strömungsmaschine. Die Erfindung betrifft ferner einen Verdichter mit Eintrittsleitgitter und ein Verfahren zur Herstellung eines Eintrittsleitgitters.
Verdichter werden in Strömungsmaschinen dazu eingesetzt, ein durch sie hindurchströmendes Gas zu komprimieren und dadurch in einen höheren Energiezustand zu bringen. Insbesondere in Flugzeugtriebwerken wird Luft vor der Zündung in mehreren Stufen verdichtet; beispielsweise in einer ersten Stufe können dabei Niederdruckverdichter und in einer weiteren Stufe Mittel- und/oder Hochdruckverdichter verwendet werden.
Die Verdichter besitzen in einem Lufteinlassbereich häufig ein Eintrittsleitgitter, das bezüglich einer vorgesehenen Durchströmungsrichtung vor einer ersten Laufschaufelreihe angeordnet ist.
Ein derartiges Eintrittsleitgitter kann insbesondere mehrere speichenartig angeordnete Haltestreben aufweisen, die ein ringförmiges Gehäuse und ein Innenteil, das eine Rotorwelle und eine zugehörige Wellenlagerung mindestens teilweise umgibt, miteinander verbindet.
In vorgesehener Durchströmungsrichtung hinter einer solchen Haltestrebe ist häufig eine bewegliche Klappe angeordnet. Sie ist um ihre – vorzugsweise radial verlaufende – Längsachse verschwenkbar und kann so eintretende Luft in einem jeweils geeigneten Winkel auf die dahinter angeordneten Laufschaufeln lenken; die Angabe „radial” bezieht dabei sich in dieser Schrift ebenso wie „axial” und „in Umfangsrichtung” – sofern nichts anderes angegeben ist – stets auf eine (vorgesehene) Rotationsachse eines Rotors, dem das Eintrittsleitgitter vorgeschaltet bzw. vorzuschalten ist.
Ein sich zwischen Haltestrebe und Klappe erstreckender Spalt führt zu Verlusten und Turbulenzen, weil Luft von der Druckseite der Klappe zu ihrer Saugseite überströmen kann. Daher werden in der Regel Dichtungen vorgesehen, die das Strömen von Luft durch den Spalt verringern oder sogar verhindern sollen.
Die Druckschrift EP 0 924 389 A2 offenbart eine Strömungsmaschinen-Einlassführungsleitschaufel mit einer Dichtung, die einen schlauch- oder rohrförmigen Bereich und einen Schwalbenschwanzbereich umfasst. Der rohrförmige Bereich umfasst dabei eine Oberfläche, die mit einem selbstschmierenden Material oder Gleitmaterial bedeckt ist.
Die EP 0 633 392 A1 offenbart eine Turbomaschinenschaufel mit variabler Krümmung, bei der eine Eintrittskante und eine Austrittskante durch eine einstückige Verbindung aus einem elastischen Material verbunden sind.
Aus der Druckschrift US 399 0 810 A ist eine Leitschaufel mit einem feststehenden und einem beweglichen Teil bekannt. Die einander zugewandten Oberflächen von feststehendem und beweglichem Teil sind aneinander angepasst (konkav bzw. konvex). Dazwischen ist eine Dichtung in eine Rille im feststehenden Teil eingefasst. Die Dichtung hat eine aus der Rille hervorstehende Oberfläche, die an die konvexe Fläche des beweglichen Teils angreift.
Aus der EP 2 905 425 A1 ist ein Schaufelblatt mit einem feststehenden und einem beweglichen Teil sowie mit einer zwischen diesen Teilen angeordneten, separaten Dichtung bekannt. Die Dichtung ist dabei beweglich. Sie kann insbesondere aus einer Legierung oder einem keramischen Material gebildet sein.
Die Dichtungen gemäß dem Stand der Technik haben den Nachteil, dass sie verschleißanfällig sind und/oder im Verstellsystem der Klappe die Reibungskräfte verstärken. Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Eintrittsleitgitter und einen Verdichter für eine Strömungsmaschine bereitzustellen, die eine alternative Dichtung zwischen einer Haltestrebe und einer Klappe aufweisen. Die Erfindung hat weiterhin die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen eines Eintrittsleitgitters vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Eintrittsleitgitter gemäß Anspruch 1, einen Verdichter gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
Ein erfindungsgemäßes Eintrittsleitgitter für einen Verdichter umfasst (mindestens) eine Haltestrebe zur Verbindung eines Innenteilelementes für eine Rotorwelle mit einem Gehäuseelement des Verdichters.
Das Innenteilelement ist vorzugsweise mindestens ein Teil eines Innenteils, das (im montierten Zustand) die Rotorwelle des Rotors zumindest teilweise umgibt und der eine Lagerungseinrichtung für sie umfasst. Das Gehäuseelement ist vorzugsweise mindestens ein Teil eines die Rotorwelle bzw. den Rotor (nach vorgesehener Montage) ringartig umgebenden Gehäuses. Innenteilelement und/oder Gehäuseelement können einteilig (monolithisch) mit der Haltestrebe ausgebildet sein oder als separate, mit der Haltestrebe zusammenzusetzende oder zusammengesetzte Bauteile.
Insbesondere ist die Haltestrebe dazu vorgesehen, im Gebrauch des Eintrittsleitgitters die Lagerungseinrichtung gegenüber dem Gehäuse abzustützen. Sie dient vorzugsweise einer Fixierung der Lagerungseinrichtung bzw. einer Übertragung von Kräften aus der Lagerungseinrichtung auf das Gehäuse.
Ein erfindungsgemäßes Eintrittsleitgitter weist ferner eine Klappe auf, die um eine Verschwenkachse verschwenkbar ist; im bestimmungsgemäßen Gebrauch und ggf. nach einem Anschluss an eine geeignete Verstelleinrichtung für die Verschwenkung dient die Klappe dazu, in den Verdichter eintretende Luft in einem geeigneten Winkel auf (in Durchstromrichtung) hinter dem Eintrittsleitgitter angeordnete Laufschaufeln mindestens eines Rotors zu lenken.
Die Verschwenkachse verläuft vorzugsweise radial (bezogen auf die (vorgesehene) Rotationsachse des Rotors des Verdichters). Die Klappe kann beispielsweise aus einer Grundstellung nach beiden Seiten um je 90° oder um je mindestens 45° um die Verschwenkachse verschwenkbar sein.
Zwischen der Haltestrebe und der Klappe ist in einem erfindungsgemäßen Eintrittsleitgitter ein Spalt ausgebildet, der durch eine (vom Eintrittsleitgitter umfasste) Dichtung abgedichtet wird; als „Abdichten” ist dabei in dieser Schrift ein Verringern eines Luftdurchlasses zu verstehen, der nicht unbedingt ein vollständiger Abschluss sein muss.
Die Dichtung eines erfindungsgemäßen Eintrittsleitgitters weist mindestens eine Bürste mit Borsten auf, die mindestens teilweise in den Spalt hineinragen. Die Bürste kann beispielsweise in mindestens einem Abschnitt eine Rund- und/oder eine Streifenbürste umfassen. Vorzugsweise erstreckt sich die Bürste über mindestens 80%, bevorzugter mindestens 90% oder sogar zu 100% einer Längsausdehnung des Spalts (die vorzugsweise in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Haltestrebe von dem Innenteilelement zum Gehäuseelement verläuft).
Ein erfindungsgemäßer Verdichter einer Strömungsmaschine (bzw. für eine Strömungsmaschine) umfasst einen Strömungskanal, mindestens einen im Strömungskanal rotierbaren Rotor und an einem Eingang (durch den also bei bestimmungsgemäßem Gebrauch Luft einströmt) des Strömungskanals ein Eintrittsleitgitter gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen.
Ein erfindungsgemäßes Eintrittsleitgitter und ein erfindungsgemäßer Verdichter bieten den Vorteil, dass die Dichtung mit der Bürste auf einfache Weise eine besonders gute Abdichtung und damit geringe Verluste und Turbulenzen ermöglicht.
Der Verdichter kann insbesondere ein Niederdruckverdichter einer ersten Stufe eines Flugtriebwerks sein, beispielsweise eines militärischen Flugtriebwerks.
Eine Einspannvorrichtung der mindestens einen Bürste, in die die Borsten eingespannt sind (z. B. ein Bürstenkern oder Bürstenrücken) kann beispielsweise einen Drilldraht und/oder eine Falz umfassen.
Die Bürste kann an einer der Haltestrebe zugewandten Oberfläche der Klappe befestigt sein oder (an ihren Enden) an dem Gehäuseteil und dem Innenteilelement. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bürste an der Haltestrebe befestigt. Beispielsweise kann eine Einspannvorrichtung der Bürste auf die Haltestrebe aufgeklebt oder entlang einer Naht oder punktuell an sie angeschweißt oder mit Befestigungselementen (wie z. B. Ösen) befestigt sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Teil der Haltestrebe (integral) als eine Einspannvorrichtung oder Teil einer solchen Einspannvorrichtung der Bürste ausgebildet sein, beispielsweise – wenn die Bürste eine Streifenbürste ist – als zugehörige Falz.
Eine Befestigung der Bürste an der Haltestrebe ermöglicht eine Borstenausrichtung, die im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Eintrittsleitgitters im Wesentlichen mit einer Durchströmungsrichtung übereinstimmt. Die Borsten können dadurch vom Luftstrom zusammengedrückt werden, womit die Abdichtung verbessert werden kann.
Insbesondere kann die Haltestrebe vorzugsweise eine Nut, insbesondere eine sich in radialer Richtung erstreckende Längsnut aufweisen, in die eine Einspannvorrichtung der mindestens einen Bürste eingesetzt (z. B. eingezogen oder eingeschoben) sein kann. Die Tiefe einer derartigen Nut kann beispielsweise mindestens ein Viertel oder mindestens ein Drittel einer Ausdehnung der Haltestrebe in axialer Richtung (also parallel zur (vorgesehenen) Rotationsachse) betragen. Eine derartige Nut ermöglicht die Verwendung entsprechend langer und damit flexibler Borsten.
Entlang mindestens eines in radialer Richtung sich erstreckenden Abschnitts der Bürste kann dabei vorzugsweise im Inneren der Haltestrebe mindestens ein Hohlraum ausgebildet sein. Der Hohlraum, der vorzugsweise frei von Borsten ist, kann dabei ein nicht durch eine Bürste ausgefüllter Teil einer Aushöhlung in der Haltestrebe sein, mittels der ein geringes Gewicht der Haltestrebe realisiert werden kann; die Nut kann an einer inneren Wandung der Aushöhlung ausgebildet sein, so dass die Borsten der eingesetzten Bürste die Aushöhlung durchkreuzen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemäßes Eintrittsleitgitter eine von einer Einspannvorrichtung der mindestens einen Bürste beabstandete Klemmeinrichtung, die mindestens einen Teil der Borsten gegeneinander drückt. So können die Borsten verdichtet und damit die Dichtwirkung verbessert werden. Die Klemmeinrichtung kann insbesondere eine die Borsten umgreifende Spange umfassen und/oder eine an einer Austrittsseite aus der Haltestrebe angeordnete Verengung einer Nut oder einer Austrittsöffnung für die Borsten aus einer Aushöhlung, in der die mindestens eine Bürste jeweils eingefasst sein kann.
In einer Grundstellung der Klappe (in der einströmende Luft bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Eintrittsleitgitters minimal (vorzugsweise nicht) ausgelenkt wird) berührt bei mindestens einem Teil der Borsten deren freies (also nicht in einer Einspannvorrichtung eingebundenes) Ende bevorzugtermaßen eine (dem Spalt zugewandte) Oberfläche der Klappe. Die Borsten können z. B. genau mit ihren Spitzen an der Oberfläche anstoßen, oder das jeweilige Ende kann durch Kontakt mit der Oberfläche der Klappe umgebogen werden. Zwischen der Bürste und der ihr zugewandten Oberfläche der Klappe bleibt so vorzugsweise kein Zwischenraum, so dass eine besonders gute Abdichtung erzielt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Dichtungen verursachen die Borsten bei einer Verschwenkung der Klappe nur eine sehr geringe Reibung, woraus ein vereinfachtes Verschwenken und ein geringer Verschleiß resultieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Klappe in wenigstens einer Schwenkstellung (vorzugsweise in einer Grundstellung wie oben angegeben) mindestens einen Abschnitt auf, in dem eine der Haltestrebe zugewandte Oberfläche der Klappe im Wesentlichen entlang einer Zylindermantelfläche (eines Kreiszylinders) verläuft. Die zugehörige Zylinderachse und die entlang der Zylindermantelfläche verlaufende Oberfläche bilden dabei vorzugsweise einen Zylindersektor. Insbesondere kann der Zentrumswinkel des Zylindersektors (also der Mittelpunktswinkel eines Querschnitts-Kreissektors des Zylindersektors) vorzugsweise mindestens 120°, bevorzugter mindestens 160° oder sogar mindestens 180° betragen, und/oder die Zylinderachse kann entlang der Verschwenkachse der Klappe verlaufen.
Eine derart geformte Oberfläche (die im Querschnitt einen Kreisbogen beschreibt) gewährleistet auch bei einer Verschwenkung einen vorteilhaften, gleichbleibenden Abstand bzw. Kontakt zu den Borsten der Bürste. Der solchermaßen geformte Abschnitt umfasst vorzugsweise mindestens zwei Drittel oder sogar mindestens drei Viertel der (bezogen auf die Rotationsachse des vorgesehenen Rotors) radialen Ausdehnung der Klappe. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Oberfläche über die gesamte Länge der Bürste derart geformt ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die freien Enden mindestens eines Teils der Borsten eine derartige Oberfläche berühren. Eine durch den Kontakt definierte Kontaktfläche auf der Zylindermantelfläche bestimmt dabei bevorzugtermaßen zusammen mit der Zylinderachse wiederum einen Zylindersektor; dieser hat vorzugsweise einen Zentrumswinkel von höchstens 120°, bevorzugter höchstens 90°, noch bevorzugter höchstens 60°. So kann in verschiedenen verschwenkten Stellungen ein gleichartiges Berühren (ggf. ein gleicher Grad an Umbiegung) der Klappe und damit ein konstant bleibender Dichtungseffekt verwirklicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Zentrumswinkel mindestens 20°, bevorzugter mindestens 45° betragen; damit kann eine besonders gute Dichtwirkung erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Eintrittsleitgitters weist die Dichtung mindestens zwei parallel verlaufende Bürsten auf; bezogen auf die Rotationsachse eines Rotors, für den das Eintrittsleitgitter konzipiert bzw. geeignet ist, erstrecken sich die Bürsten dabei vorzugsweise in radialer Richtung und verlaufen – in Umfangsrichtung betrachtet – nebeneinander. Die oben genannte Bürste ist dabei eine erste Bürste, und parallel zu dieser verläuft mindestens eine zweite Bürste, die ebenfalls Borsten aufweist, die mindestens teilweise in den Spalt zwischen Haltestrebe und Klappe hineinragen. Die zweite Bürste ist vorzugsweise ebenso ausgebildet wie die erste Bürste. Insbesondere erstreckt sich die zweite Bürste vorzugsweise in radialer Richtung ebenso weit wie die erste. Zwischen den Bürsten kann sich ein Zwischenraum in radialer Richtung erstrecken. Vorzugsweise ragen Borsten einer der beiden Bürsten an der Druckseite der Klappe und Borsten der anderen der beiden Bürsten an der Saugseite der Klappe in den Spalt zwischen der Haltestrebe und Klappe hinein.
Auf diese Weise kann der Spalt an seinen Seiten (in Umfangsrichtung der Rotationsachse betrachtet) durch je eine Bürste abgedichtet werden und damit eine glatte Strömung von Luft im Übergang von der Haltestrebe zur Klappe erzielt werden, ohne dass eine entsprechend breite Bürste verwendet werden muss (die zusätzliches Gewicht und ggf. zusätzliche Reibung mit sich brächte).
Die erste und zweite Bürste können in eine gemeinsame Nut eingesetzt sein, beispielsweise in eine Längsnut in der Haltestrebe, oder in zwei verschiedene, parallel verlaufende Nuten (insbesondere Längsnuten in der Haltestrebe); die letztere Variante ist insbesondere bei einer in Umfangsrichtung (der Rotationsachse) besonders breiten Haltestrebe vorteilhaft.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Eintrittsleitgitter eine Vielzahl an Haltestreben und Klappen auf, von denen eine, mehrere oder alle jeweils eine oder mehrere der oben beschriebenen Merkmale haben können.
Die oben genannte Haltestrebe ist demnach eine erste Haltestrebe und die Klappe eine erste Klappe, und das Eintrittsleitgitter weist mindestens eine radial verlaufende weitere Haltestrebe sowie mindestens eine weitere um eine radial verlaufende weitere Schwenkachse verschwenkbare Klappe auf. Zwischen der mindestens einen weiteren Haltestrebe und der mindestens einen weiteren Klappe ist dabei vorzugsweise jeweils eine weitere Dichtung angeordnet, die eine weitere Bürste mit Borsten umfasst, die in einen Spalt zwischen weiterer Haltestrebe und weiterer Klappe hineinragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Material der Borsten mindestens ein Polyamid, vorzugsweise ein Aramid (gemäß der Definition der europäischen Textilkennzeichnungsverordnung), insbesondere ein Poly(p-phenylenterephthalamid). Derartige Materialien zeichnen sich durch ihre Robustheit aus und sind unempfindlich gegen die hohen Temperaturschwankungen, die am Eintrittsleitgitter im bestimmungsgemäßen Gebrauch auftreten.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient einem Herstellen eines Eintrittsleitgitters, vorzugsweise eines erfindungsgemäßen Eintrittsleitgitters gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen. Das Verfahren umfasst ein Herstellen mindestens einer ein Innenteilelement und ein Gehäuseelement verbindenden Haltestrebe mit mindestens einer Nut (vorzugsweise einer Längsnut, die entlang einer Länge als maximaler Ausdehnung der Haltestrebe verläuft). Die Haltestrebe kann dabei z. B. mit Nut eingegossen oder integral in einem generativen Fertigungsverfahren (z. B. selektives Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen) hergestellt sein, und/oder die Nut kann mindestens teilweise aus einer Rohform der Haltetrebe herausgefräst werden.
Das Verfahren umfasst ferner ein Einziehen oder Einschieben mindestens einer Einspannvorrichtung einer Bürstendichtung (insbesondere einer Bürste, die Teil einer Dichtung ist) in die mindestens eine Nut durch eine im Gehäuseelement angeordnete Aufnahme für einen Verstellzapfen einer Klappe. Schließlich wird die Klappe dem erfindungsgemäßen Verfahren zufolge zwischen dem Innenteil und dem Gehäuse montiert, wobei das Montieren ein Einsetzen des Verstellzapfens der Klappe in die Aufnahme umfasst. Mindestens ein Teil der Borsten der Bürstendichtung ragt dabei vorzugsweise in einen Spalt zwischen der Haltestrebe und der Klappe.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren bietet somit eine effiziente Möglichkeit, ein vorteilhaft abgedichtetes Eintrittsleitgitter stabil herzustellen. Ein Montieren der Klappe, nachdem die Einspannvorrichtung der Bürstendichtung durch die Aufnahme für einen Verstellzapfen der Klappe eingezogen bzw. eingeschoben wurde, ermöglicht ein Sichern der Bürstendichtung in der vorgesehenen Position durch den bzw. die Verstellzapfen, vorzugsweise ohne dass zusätzliche Befestigungsmittel (z. B. Ösen oder Schweißpunkte) notwendig sind.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombiniert werden können als dargestellt.
Es zeigen schematisch:
1: einen Einblick in Umfangsrichtung in einen Verdichter mit einem erfindungsgemäßen Eintrittsleitgitter; und
2: einen Querschnitt durch eine Haltestrebe und eine Klappe eines erfindungsgemäßen Eintrittsleitgitters.
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Einblick in einen Verdichter 1, wobei die Blickrichtung tangential zu einer Umlaufrichtung um die Rotationsachse X eines Rotors 20 ist; dargestellt ist dabei nur ein Abschnitt des Verdichters. Insbesondere sind die gezeigten Elemente vorzugsweise mehrfach vorhanden, analog ausgebildet und um die Rotationsachse herum (in Umfangsrichtung hintereinander) angeordnet.
Der Rotor 20 weist eine Rotorwelle 22 und eine Laufschaufelreihe 21 auf, die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Verdichters um die Rotationsachse X rotieren, wie in der Figur durch Pfeile angedeutet ist.
Der Verdichter 1 umfasst ferner einen Strömungskanal 50 und ein Eintrittsleitgitter 10 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Verdichters 1 tritt Luft im Bereich des Eintrittleitgitters 10 in den Strömungskanal 50 ein und durchströmt diesen – ggf. nach einer geeigneten Umlenkung durch eine verschwenkbaren Klappe 110 des Eintrittleitgitters 10 – in einer vorgesehenen Durchströmungsrichtung R.
Der Klappe 110 bezüglich dieser Richtung vorangestellt ist eine Haltestrebe 100, die ein Innenteilelement 30 mit einem Gehäuseelement 40 verbindet. Das Innenteilelement ist Teil eines Innenteils, der die Rotorwelle 22 mindestens teilweise in Umfangsrichtung umgibt und eine Lagerungseinrichtung 35 für die Rotorwelle 22 umfasst. Das Gehäuseelement 40 ist Teil eines Gehäuses, das den Rotor und das Eintrittsleitgitter ringartig umgibt.
Das Eintrittsleitgitter weist ferner eine Klappe 110 auf, die – wie durch Pfeile verdeutlicht ist – um eine Verschwenkachse A verschwenkbar ist, um so durch den Strömungskanal 50 fließende Luft in einem geeigneten Winkel auf die Leitschaufelreihe 21 zu leiten. Eine solche Verschwenkung kann über einen (nicht dargestellten) Verschwenkmechanismus bewirkt werden, der an einem in eine Aufnahme 41 im Gehäuseelement 40 eingesetzten Verstellzapfen 111 angreift. Innenteilseitig ist die Klappe 110 mittels eines in eine entsprechende Aufnahme 31 im Innenteilelement 30 eingesetzten, weiteren Zapfens gelagert.
In (bezogen auf die Rotationsachse X) axialer Richtung zwischen der Haltestrebe 100 und der Klappe 110 erstreckt sich radial ein Spalt S. Dieser Spalt ist erfindungsgemäß mittels einer Dichtung abgedichtet, die eine Bürste 120 umfasst. Deren Borsten 122 ragen, wie in der Querschnittdarstellung der 2 zu erkennen ist, in den Spalt hinein.
Die 2 zeigt das Eintrittsleitgitter 10 in einem Querschnitt entlang der in 1 angegebenen Linie Q-Q; die Klappe ist dabei in einer Grundstellung. Wie in der 2 zu erkennen ist, weist die Haltestrebe 100 eine Aushöhlung 101 auf; eine zweite Aushöhlung 102 umfasst in einem Teilbereich eine Nut 104, in die ein Einspannelement 121 der Bürste 120 eingesetzt (insbesondere eingezogen oder eingeschoben) ist. Die Borsten 122 der Bürste durchkreuzen einen weiteren Bereich dieser Aushöhlung 102, so dass sich borstenfreie Hohlräume 103a, 103b bilden, die sich vorzugsweise in radialer Richtung entlang der Bürste erstrecken. Die Aushöhlungen 101, 102 bzw. Hohlräume 102a, 102b ermöglichen ein relativ geringes Gewicht des Eintrittsleitgitters.
An der der Klappe 110 zugewandten Seite treten die Borsten 122 aus der Haltestrebe 100 heraus. Dabei werden sie von einer Klemmeinrichtung 104 gegeneinander gedrückt; dadurch wird die Dichtwirkung der Bürste 120 noch verbessert, zudem wird ein nachteiliges Eindringen von Luft in die Aushöhlung 102 verhindert. Im gezeigten Beispiel ist die Klemmeinrichtung als eine Verengung einer Austrittsöffnung der Aushöhlung 102 ausgebildet.
An ihrem freien (nicht eingespannten) Ende berühren die Borsten 122 im dargestellten Beispiel eine Oberfläche 112 der Klappe, die entlang einer Zylindermantelfläche verläuft (wie im Querschnitt aus der halbkreisförmigen Berandung zu erkennen ist). Im in der 2 gezeigten Beispiel stimmt die zugehörige Zylinderachse mit der Verschwenkachse A der Klappe 110 überein und weist der durch die Zylinderachse und die Oberfläche 112 gegebene Zylindersektor einen Zentrumswinkel von 180° auf, es handelt sich also um einen Halbzylinder.
Durch die Berührung der Borsten 122 und der Oberfläche 112 wird auf dieser eine Kontaktfläche 113 definiert, die zusammen mit der Zylinderachse wiederum einen Zylindersektor bestimmt; dieser hat einen Zentrumswinkel α; im in der 2 gezeigten Beispiel beträgt α etwa 60°, andere Winkel liegen ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung. So kann in verschiedenen verschwenkten Stellungen ein gleichartiges Berühren (ggf. ein gleicher Grad an Umbiegung) der Klappe und damit ein konstant bleibender Dichtungseffekt verwirklicht werden.
Ein erfindungsgemäßes Eintrittsleitgitter 10 für einen Verdichter umfasst eine Haltestrebe 100 zur Verbindung eines Innenteilelementes 30 für eine Rotorwelle 22 mit einem Gehäuseelement 40, eine verschwenkbare Klappe 110 sowie eine Dichtung zum Abdichten eines Spalts S zwischen der Haltestrebe und der verschwenkbaren Klappe. Die Dichtung weist mindestens eine Bürste 120 mit Borsten 122 auf, die mindestens teilweise in den Spalt S hineinragen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dem Herstellen eines Eintrittsleitgitters 10. Es umfasst ein Herstellen mindestens einer Haltestrebe 100 mit mindestens einer Nut 104, ein Einziehen oder Einschieben mindestens einer Einspannvorrichtung 121 einer Bürstendichtung 120 in die mindestens eine Nut durch eine im Gehäuseelement 40 angeordnete Aufnahme 41 für einen Verstellzapfen 111 einer Klappe 110 und ein Einsetzen des Verstellzapfens der Klappe in die Aufnahme 41.
Bezugszeichenliste

1: Verdichter
10: Eintrittsleitgitter
20: Rotor
21: Laufschaufelreihe
22: Rotorwelle
30: Innenteilelement
31: Aufnahme für Klappenzapfen
35: Lagerungseinrichtung
40: Gehäuseelement
41: Aufnahme für Verstellzapfen
50: Strömungskanal
100: Haltestrebe
101, 102: Aushöhlung
103a, 103b: Hohlraum
104: Nut
105: Klemmeinrichtung
110: Klappe
111: Verstellzapfen
112: Oberfläche der Klappe
113: Kontaktfläche von Klappe und Borsten
120: Bürste bzw. Bürstendichtung
121: Einspannvorrichtung
122: Borsten
A: Verschwenkachse
R: Durchströmungsrichtung
X: Rotationsachse
α: Zentrumswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0924389 A2 [0007]
EP 0633392 A1 [0008]
US 3990810 A [0009]
EP 2905425 A1 [0010]

Claims

Eintrittsleitgitter (10) für einen Verdichter, das eine Haltestrebe (100) zur Verbindung eines Innenteilelementes (30) für eine Rotorwelle (22) mit einem Gehäuseelement (40) und eine verschwenkbare Klappe (110) aufweist, wobei das Eintrittsleitgitter ferner eine Dichtung zum Abdichten eines Spalts (S) zwischen der Haltestrebe und der verschwenkbaren Klappe (110) umfasst, wobei die Dichtung mindestens eine Bürste (120) mit Borsten (122) aufweist, die mindestens teilweise in den Spalt (S) hineinragen.
Eintrittsleitgitter gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens eine Bürste (120) an der Haltestrebe (100) befestigt ist.
Eintrittsleitgitter gemäß Anspruch 2, wobei die mindestens eine Bürste eine Einspannvorrichtung (121) für die Borsten aufweist, die in einer Nut (104) in der Haltestrebe (100) eingefasst ist.
Eintrittsleitgitter gemäß Anspruch 3, wobei entlang mindestens einem Abschnitt der Bürste mindestens ein Hohlraum (103a, 103b) im Inneren der Haltestrebe (100) ausgebildet ist.
Eintrittsleitgitter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das eine von einer Einspannvorrichtung (121) der Bürste beabstandete Klemmeinrichtung (105) umfasst, mit der mindestens ein Teil der Borsten (122) gegeneinander gedrückt wird.
Eintrittsleitgitter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil der Borsten an ihrem freien Ende eine Oberfläche (112) der Klappe berührt.
Eintrittsleitgitter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Klappe (110) in wenigstens einer Schwenkstellung mindestens einen Abschnitt aufweist, in dem eine der Haltestrebe zugewandte Oberfläche (112) der Klappe im Wesentlichen auf der Mantelfläche eines Kreiszylinders liegt.
Eintrittsleitgitter gemäß Anspruch 7, wobei mindestens ein Abschnitt der Oberfläche (112) eine durch Kontakt mit den Borsten (122) definierte Kontaktfläche (113) umfasst, die bezogen auf die Zylinderachse des Kreiszylinders einen Zentrumswinkel (α) von höchstens 120°, bevorzugter höchstens 90°, noch bevorzugter höchstens 60° aufweist.
Eintrittsleitgitter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bürste (120) eine erste Bürste ist und die Dichtung ferner eine zweite, parallel neben der ersten verlaufende Bürste umfasst.
Eintrittsleitgitter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Borsten (122) Aramidborsten umfassen.
Verdichter (1) einer Strömungsmaschine, der einen Strömungskanal (50), mindestens einen im Strömungskanal rotierbaren Rotor (20) und an einem Eingang des Strömungskanals ein Eintrittsleitgitter (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Eintrittsleitgitters (10), das umfasst: Herstellen mindestens einer ein Innenteilelement (30) und ein Gehäuseelement (40) verbindenden Haltestrebe (100) mit mindestens einer Nut (104); Einziehen oder Einschieben mindestens einer Einspannvorrichtung (121) einer Bürstendichtung (120) in die mindestens eine Nut durch eine im Gehäuseelement (40) angeordnete Aufnahme (41) für einen Verstellzapfen (111) einer Klappe (110); und Montieren der Klappe (110) zwischen dem Innenteilelement (30) und dem Gehäuseelement (40), wobei das Montieren ein Einsetzen des Verstellzapfens (111) der Klappe in die Aufnahme (41) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Haltestrebe mit Nut (104) eingegossen oder integral mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt wird, und/oder wobei die Nut (104) aus einer Rohform der Haltestrebe mindestens teilweise herausgefräst wird.