DE102019214673A1 - Stator assembly, pre-assembly module and assembly method - Google Patents
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Abstract
Die vorgeschlagene Lösung betrifft insbesondere eine Statorbaugruppe für ein Triebwerk (T), mit wenigstens- einem Rotor mit mehreren Laufschaufeln (8) und- einem Statorgehäuse (130), in dem der Rotor um eine Rotationsachse (M) drehbar aufgenommen ist, wobei an einem Statorgehäuseteil (3, 7) des Statorgehäuses (130) ein Trägersegment (4) bezüglich der Rotationsachse (M) radial verstellbar gehalten ist, um die Größe (s0, s1) eines Spalts (g) zwischen einer dem Rotor zugewandten Statorfläche (400) des Trägersegments (4) und einer Laufschaufel (8) des Rotors zu variieren. Das Trägersegment (4) ist über mindestens ein Federelement (5, 5a-5d) in eine radial nach außen weisende Richtung (von der Laufschaufel weg) vorgespannt und das Trägersegment (4) ist durch Drehung des Rotors entgegen einer von dem mindestens einen Federelement (5, 5a-5d) aufgebrachten Vorspannkraft (F5) und unter Verkleinerung des Spaltes (g) radial nach innen verstellbar.The proposed solution relates in particular to a stator assembly for an engine (T), with at least one rotor with several blades (8) and one stator housing (130) in which the rotor is rotatably received about an axis of rotation (M) Stator housing part (3, 7) of the stator housing (130) a support segment (4) is held radially adjustable with respect to the axis of rotation (M) to the size (s0, s1) of a gap (g) between a stator surface facing the rotor (400) of the To vary the support segment (4) and a blade (8) of the rotor. The carrier segment (4) is pretensioned by at least one spring element (5, 5a-5d) in a radially outward direction (away from the rotor blade) and the carrier segment (4) is rotated against one of the at least one spring element ( 5, 5a-5d) applied pretensioning force (F5) and adjustable radially inward while reducing the gap (g).
Description
Die vorgeschlagene Lösung betrifft insbesondere eine Statorbaugruppe für ein Triebwerk.The proposed solution relates in particular to a stator assembly for an engine.
Ein Rotor mit mehreren Laufschaufeln, der in einem Statorgehäuse um eine Rotationsachse drehbar aufgenommen ist, kommt in einem Triebwerk zum Beispiel im Bereich der Turbine zum Einsatz. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise aus der
Der vorgeschlagenen Lösung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, eine in dieser Hinsicht verbesserte Statorbaugruppe für ein Triebwerk bereitzustellenAgainst this background, the proposed solution is based on the object of providing a stator assembly for an engine that is improved in this respect
Diese Aufgabe ist sowohl mit einer Statorbaugruppe des Anspruchs 1 als auch mit einem Vormontagemodul des Anspruchs 15 und einem Montageverfahren des Anspruchs 17 gelöst.This object is achieved both with a stator assembly of claim 1 and with a pre-assembly module of
Eine vorgeschlagene Statorbaugruppe weist ein Trägersegment auf, das an einem Statorgehäuseteil eines Statorgehäuses und bezüglich einer Rotationsachse eines mehrere Laufschaufeln tragenden Rotors radial verstellbar gehalten ist. Durch Verstellung des Trägersegments ist eine Größe, insbesondere eine Breite eines Spalts zwischen einer dem Rotor zugewandten Statorfläche des Trägersegments (und damit eines Segments eines sogenannten Deckbandes) und einer Laufschaufel des Motors variierbar. Hierbei ist das Trägersegment über mindestens ein Federelement in eine radial nach außen weisende Richtung (von der Laufschaufel weg) vorgespannt, wobei durch Drehung des Rotors das Trägersegment entgegen einer von dem mindestens einen Federelement aufgebrachten Vorspannkraft und unter Verkleinerung des Spaltes radial nach innen verstellbar ist.A proposed stator assembly has a carrier segment which is held on a stator housing part of a stator housing and can be adjusted radially with respect to an axis of rotation of a rotor carrying a plurality of rotor blades. By adjusting the carrier segment, a size, in particular a width of a gap between a stator surface of the carrier segment facing the rotor (and thus a segment of a so-called shroud) and a rotor blade of the motor can be varied. Here, the carrier segment is pretensioned by at least one spring element in a radially outward direction (away from the rotor blade), whereby by rotating the rotor the carrier segment can be adjusted radially inward against a pretensioning force applied by the at least one spring element and while reducing the gap.
Die vorgeschlagene Lösung geht damit von dem Grundgedanken aus, über mindestens ein Federelement das Trägersegment radial nach außen vorzuspannen und das Trägersegment derart radial nach innen verlagerbar zu halten, dass durch Drehung des Rotors - und die damit in einem in ein Triebwerk eingebauten Zustand einhergehenden veränderten Druckverhältnisse - das Trägersegment entgegen der aufgebrachten Vorspannkraft unter Verkleinerung des Spaltes verstellt werden kann. Derart kann beispielsweise im Fall eines sogenannten Windmillings des Triebwerks und einer damit verbundenen lastfreien Drehung des Rotors ein vergleichsweise großer (Kalt-) Spalt zwischen dem durch die Statorfläche des Trägersegments definierten Deckband und den Laufschaufeln des Rotor bereitgestellt sein. Startet das Triebwerk und wird damit der Rotor, z.B. zur Erzeugung von Schub, angetrieben, stellen sich geänderte Druckverhältnisse ein, über die das Trägersegment entgegen der aufgebrachten Vorspannkraft radial nach innen gezogen wird, wodurch sich der Spalt verkleinert.The proposed solution is based on the basic idea of using at least one spring element to bias the carrier segment radially outward and to keep the carrier segment radially inwardly displaceable in such a way that the rotation of the rotor - and the associated changed pressure conditions when the engine is installed in the engine - The carrier segment can be adjusted against the applied pretensioning force while reducing the gap. In this way, for example, in the case of so-called windmilling of the engine and an associated load-free rotation of the rotor, a comparatively large (cold) gap can be provided between the shroud defined by the stator surface of the carrier segment and the rotor blades of the rotor. When the engine starts and the rotor is driven, e.g. to generate thrust, the pressure conditions change, which pull the carrier segment radially inward against the applied pretensioning force, which narrows the gap.
Indem das Trägersegment über die Drehung des Rotors gesteuert radial nach innen verlagerbar ist und die von dem Federelement aufgebrachte Vorspannkraft an den im Betrieb des Triebwerks herrschenden Druckverhältnissen angepasst ist, lässt sich insbesondere erreichen, dass beim Starten des Triebwerks (nach einer Phase sogenannten Windmillings) die an dem Trägersegment angreifende (Druck-) Kraft noch so gering ist, dass die Kraft des mindestens einen Federelements (noch) groß genug ist, um die Statorfläche radial weiter außen zu halten. Hiermit kann insbesondere der Vorteil verbunden sein, dass, im Fall einer Statorbaugruppe für eine Turbine des Triebwerks, eine zuvor aufgetretene schnellere Abkühlung des Statorgehäuseteils bei vergleichsweise heißem Rotor und eine damit verbundene stärkere radiale Ausdehnung der Laufschaufeln nicht zu einem Anstreifen der Schaufelspitzen der Laufschaufeln an der Statorfläche oder sogar einem Festfahren des Rotors an der Statorfläche führt. Erst beim Hochfahren des Triebwerks verringert sich die Größe des Spaltes, was wiederum mit Blick auf den Wirkungsgrad des Triebwerks von Vorteil ist. Indem die Größe des Spaltes druckabhängig und über die Drehung des Rotor lastgesteuert ist, stellt sich eine je nach Betriebszustand vorteilhafte Größe des Spaltes selbsttätig in Abhängigkeit von wenigstens zwei Betriebszuständen des Triebwerks ohne zusätzliche Sensorik oder Aktorik ein.Since the carrier segment can be displaced radially inwards in a controlled manner via the rotation of the rotor and the pretensioning force applied by the spring element is adapted to the pressure conditions prevailing during operation of the engine, it can be achieved in particular that when the engine is started (after a phase of so-called windmilling) the (pressure) force acting on the carrier segment is still so small that the force of the at least one spring element is (still) large enough to keep the stator surface radially further outward. This can in particular have the advantage that, in the case of a stator assembly for a turbine of the engine, a previously occurring faster cooling of the stator housing part when the rotor is comparatively hot and an associated greater radial expansion of the rotor blades does not cause the blade tips of the rotor blades to rub against the Stator surface or even a sticking of the rotor on the stator surface leads. Only when the engine is started up does the size of the gap decrease, which in turn is advantageous with regard to the efficiency of the engine. Since the size of the gap is pressure-dependent and load-controlled via the rotation of the rotor, a size of the gap that is advantageous depending on the operating state is automatically set as a function of at least two operating states of the engine without additional sensors or actuators.
Vor diesem Hintergrund sieht beispielsweise eine Ausführungsvariante vor, dass die von dem mindestens einen Federelement aufgebrachte Vorspannkraft derart eingestellt ist, dass eine durch Drehung des Motors auf das Trägersegment radial nach innen wirkende (Druck-) Kraft die Vorspannkraft übersteigen kann. Das mindestens eine Federelement ist mit seiner aufgebrachten Vorspannkraft folglich insbesondere derart eingestellt, dass, in wenigstens einem Betriebszustand des Triebwerks, eine aus der Drehung des Rotors mit einer einen Schwellwert übersteigenden Rotationsgeschwindigkeit resultierende (Druck-) Kraft die Vorspannkraft tatsächlich übersteigt. Die radial nach innen wirkende und sich mit der Drehung des Rotors ergebende Kraft auf das Trägersegment variiert hierbei in Abhängigkeit von den je nach Betriebszustand des Triebwerks unterschiedlichen Druckverhältnissen und somit beispielsweise zwischen einer antriebslosen respektive lastfreien Drehung des Rotors (z.B. im Fall eines sogenannten Windmillings des Triebwerks) und einer angetriebenen Drehung des Rotor in einem in einem Hochlastfall zur Erzeugung von Schub oder einem Leerlauffall.Against this background, one embodiment variant provides, for example, that the prestressing force applied by the at least one spring element is set in such a way that a (compressive) force acting radially inward on the carrier segment due to the rotation of the motor can exceed the prestressing force. The at least one spring element is consequently set with its applied preload force in particular in such a way that, in at least one operating state of the engine, one is off the (compressive) force resulting from the rotation of the rotor with a rotational speed exceeding a threshold value actually exceeds the pretensioning force. The force acting radially inwards and resulting from the rotation of the rotor on the carrier segment varies depending on the different pressure conditions depending on the operating state of the engine and thus, for example, between a driveless or load-free rotation of the rotor (e.g. in the case of so-called windmilling of the engine ) and a driven rotation of the rotor in a case of high load to generate thrust or an idling case.
Insbesondere kann bei einer Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Statorbaugruppe das radial nach außen vorgespannte Trägersegment ohne zusätzliche Aktuatoren verstellbar sein. Es ist folglich kein zusätzlicher pneumatischer, magnetischer, elektrischer oder hydraulischer Antrieb für eine Verstellung des Trägersegments vorgesehen, insbesondere nicht zur Verstellung des Trägersegments entgegen der Vorspannkraft radial nach innen. Wie bereits erläutert ist in einer derartigen Ausführungsvariante die Statorbaugruppe vielmehr mit dem mindestens einen Federelement eingerichtet, die Größe des Spalts mithilfe des Trägersegments nichtaktuatorisch, allein über die Druckverhältnisse in der Umgebung des Trägersegments zu variieren, die je nach Betriebszustand des Triebwerks zueinander unterschiedlich sind. In particular, in one embodiment of the proposed stator assembly, the radially outwardly prestressed carrier segment can be adjusted without additional actuators. Consequently, no additional pneumatic, magnetic, electrical or hydraulic drive is provided for adjusting the carrier segment, in particular not for adjusting the carrier segment radially inward against the pretensioning force. As already explained, in such an embodiment variant the stator assembly is set up with the at least one spring element to vary the size of the gap with the aid of the carrier segment in a non-actuating manner, solely via the pressure conditions in the vicinity of the carrier segment, which differ from one another depending on the operating state of the engine.
Dies schließt ein, dass die Größe des Spalts lediglich zwischen genau zwei Verstelllagen variierbar ist oder dass die Größe des Spalts gestuft oder stufenlos zwischen mehr als zwei Verstelllagen variierbar ist.This includes that the size of the gap can only be varied between exactly two adjustment positions or that the size of the gap can be varied in steps or continuously between more than two adjustment positions.
Das Trägersegment kann an dem Statorgehäuseteil mit einem Lagerabschnitt in einem Lagerspalt radial verlagerbar gehalten sein, der die Verstellbarkeit des Trägersegments radial begrenzt. Ein beispielsweise bezogen auf die Strömungsrichtung entlang der Rotationsachse des Rotors stromab oder stromauf liegender Lagerabschnitt des Trägersegments kann hier somit z.B. in axialer Richtung in einen Lagerspalt des Statorgehäuseteils eingreifen, der die Verstellbarkeit des Trägersegments radial begrenzt. Hierbei kann der jeweilige Lagerspalt sowohl in einer radial nach innen weisenden Richtung als auch in einer radial nach außen weisenden Richtung die Verstellbarkeit des Trägersegments begrenzen. Über den in den Lagerspalt eingreifenden Lagerabschnitt sind dann die möglichen radialen Endlagen des Trägersegments vorgegeben.The carrier segment can be held on the stator housing part with a bearing section so that it can be displaced radially in a bearing gap, which radially limits the adjustability of the carrier segment. For example, a bearing section of the carrier segment that is located downstream or upstream in relation to the flow direction along the axis of rotation of the rotor can, for example, engage in an axial direction in a bearing gap of the stator housing part, which radially limits the adjustability of the carrier segment. Here, the respective bearing gap can limit the adjustability of the carrier segment both in a radially inward direction and in a radially outward direction. The possible radial end positions of the carrier segment are then specified via the bearing section engaging in the bearing gap.
In einer Ausführungsvariante weist das Trägersegment zwei entlang zueinander entgegengesetzter Achsrichtungen vorstehende Lagerabschnitte, beispielsweise einen ersten, stromauf vorstehenden Lagerabschnitt und einen zweiten, stromab vorstehenden Lagerabschnitt auf, die jeweils in einen Lagerspalt unterschiedlicher Statorgehäuseteile oder jeweils einen Lagerspalt ein und desselben Statorgehäuseteils eingreifen.In one embodiment, the carrier segment has two bearing sections protruding along opposite axial directions, for example a first bearing section protruding upstream and a second bearing section protruding downstream, each of which engages in a bearing gap of different stator housing parts or a bearing gap of one and the same stator housing part.
In einer Ausführungsvariante greift das mindestens eine Federelement an dem Trägersegment, bezogen auf eine Erstreckung des Trägersegments entlang der Rotationsachse, mittig an. Zum Aufbringen der Vorspannkraft auf das Trägersegment greift das mindestens eine Federelement hier folglich mittig an dem Trägersegment an. Alternativ oder ergänzend kann das mindestens eine Federelement oder wenigstens ein weiteres Federelement im Bereich eines, bezogen auf die Achs- oder Strömungsrichtung, vorderen oder hinteren Endes vorgesehen sein. In einer Ausführungsvariante sind mindestens zwei Federelemente vorgesehen, die an dem Trägersegment, bezogen auf eine Erstreckung des Trägersegments entlang der Rotationsachse, vorne und hinten angreifen.In one embodiment variant, the at least one spring element acts centrally on the carrier segment, based on an extension of the carrier segment along the axis of rotation. In order to apply the pretensioning force to the carrier segment, the at least one spring element here consequently acts centrally on the carrier segment. Alternatively or in addition, the at least one spring element or at least one further spring element can be provided in the area of a front or rear end in relation to the axial or flow direction. In one embodiment variant, at least two spring elements are provided which act on the carrier segment at the front and rear, based on an extension of the carrier segment along the axis of rotation.
In einer Ausführungsvariante ist mindestens eine Dichtung vorgesehen, die sich an dem Trägersegment und dem Statorgehäuseteil abstützt und/oder eine zwischen dem Trägersegment und dem Statorgehäuseteil vorhandene Kavität gegenüber einem Rotorraum abgedichtet, in dem der Rotor mit seinen Laufschaufel aufgenommen ist. Der Rotorraum innerhalb des Statorgehäuses ist somit, insbesondere an dem verstellbar gehaltenen Trägersegment, gegenüber der radial weiter außen liegenden Kavität abgedichtet.In one embodiment, at least one seal is provided which is supported on the carrier segment and the stator housing part and / or seals a cavity present between the carrier segment and the stator housing part from a rotor space in which the rotor with its rotor blade is accommodated. The rotor space within the stator housing is thus sealed, in particular on the support segment, which is held adjustably, with respect to the cavity lying radially further out.
Die mindestens eine Dichtung kann hierbei zumindest teilweise in einem Dichtabschnitt des Trägersegments und teilweise in einem Dichtabschnitt des Statorgehäuseteils aufgenommen sein. Ein Dichtabschnitt kann hierbei grundsätzlich beispielsweise als Dichtspalt ausgebildet sein, in den ein Teil der Dichtung eingreift. Beispielsweise ist die Dichtung mit einer gewellten Kontur für eine dichtende Anlage der Dichtung sowohl an einer radial inneren als auch an einer radial äußeren Spaltwandung eines jeweiligen Dichtspalts, zum Beispiel eines Dichtspalts des Trägersegments und/oder eines Dichtspalts des Statorgehäuseteils, ausgebildet.The at least one seal can be received at least partially in a sealing section of the carrier segment and partially in a sealing section of the stator housing part. In this case, a sealing section can basically be designed, for example, as a sealing gap into which a part of the seal engages. For example, the seal is designed with a corrugated contour for a sealing contact of the seal both on a radially inner and on a radially outer gap wall of a respective sealing gap, for example a sealing gap of the carrier segment and / or a sealing gap of the stator housing part.
In einer Ausführungsvariante ist die mindestens eine Dichtung an einem Befestigungsabschnitt eines Trägers festgelegt, an dem das Trägersegment verlagerbar gehalten ist und der zusammen mit dem hieran vormontierten Trägersegment und der mindestens einen hieran vormontierten Dichtung in die Kavität des Statorgehäuses einsetzbar ist. Insbesondere in dieser Ausführungsvariante kann die Dichtung als Axialdichtung ausgelegt sein und Teil eines Vormontagemoduls sein, an dem das an dem Träger bereits elastisch verlagerbar gehaltene Trägersegment und die Dichtung vormontiert sind und das im Anschluss in die Kavität des Statorgehäuses eingesetzt und über den Träger hierin fixiert wird, sodass das Trägersegement bezüglich der Rotationsachse des Rotors der Statorbaugruppe radial verstellbar gehalten ist.In one embodiment, the at least one seal is fixed to a fastening section of a carrier on which the carrier segment is movably held and which can be inserted into the cavity of the stator housing together with the carrier segment preassembled thereon and the at least one seal preassembled thereon. In particular in this embodiment, the seal can be designed as an axial seal and be part of a pre-assembly module on which the on the Carrier already elastically displaceably held carrier segment and the seal are preassembled and which is then inserted into the cavity of the stator housing and fixed therein via the carrier so that the carrier segment is kept radially adjustable with respect to the axis of rotation of the rotor of the stator assembly.
An dem Statorgehäuseteil kann mindestens ein in die Kavität mündender Fluidkanal zur Beaufschlagung der mindestens einen Dichtung mit einem Dichtungsdruck vorgesehen sein. Dies schließt beispielsweise ein, dass an dem Statorgehäuseteil ein in die Kavität mündender Fluidkanal ausgebildet ist, der die Kavität mit einem Außenraum verbindet, sodass beispielsweise über in der Kavität vorhandene Luft ein ausreichender (radial nach innen wirkender) Dichtungsdruck aufgebracht wird, wenn die Statorbaugruppe bestimmungsgemäß in ein Triebwerk eingebaut ist.At least one fluid channel opening into the cavity can be provided on the stator housing part for applying a sealing pressure to the at least one seal. This includes, for example, that a fluid channel opening into the cavity is formed on the stator housing part, which connects the cavity with an outer space, so that, for example, a sufficient (radially inwardly acting) sealing pressure is applied via air present in the cavity, if the stator assembly is intended as intended is built into an engine.
Das mindestens eine Federelement kann beispielsweise eine Wellenfeder (englisch: „wave spring“) umfassen. Eine entsprechende Wellenfeder kann sich hierbei insbesondere entlang einer Umfangslinie um die Rotationsachse des Rotors erstrecken. Alternativ oder ergänzend kann das mindestens eine Federelement eine Druckfeder, eine Zugfeder und/oder eine Blattfeder umfassen. Insbesondere kann das mindestens eine Federelement eine Blattfeder mit einer gewellten Außenkontur umfassen. Ein Federelement kann zum Aufbringen der Vorspannkraft auf das Trägersegment einerseits an einem Abschnitt des Statorgehäuses und insbesondere dem Statorgehäuseteil und andererseits an dem Trägersegment angreifen.The at least one spring element can, for example, comprise a wave spring. A corresponding wave spring can extend in particular along a circumferential line around the axis of rotation of the rotor. Alternatively or in addition, the at least one spring element can comprise a compression spring, a tension spring and / or a leaf spring. In particular, the at least one spring element can comprise a leaf spring with a corrugated outer contour. A spring element can act on the one hand on a section of the stator housing and in particular the stator housing part and on the other hand on the carrier segment in order to apply the prestressing force to the carrier segment.
In einer Ausführungsvariante ist an dem Trägersegment mindestens ein Kühlloch zur Kühlung des Trägersegments vorgesehen. Über das mindestens eine, beispielsweise von dem Trägersegment ausgebildete Kühlloch kann Kühlluft zur Kühlung des Trägersegments an das Trägersegment geführt werden.In one embodiment variant, at least one cooling hole for cooling the carrier segment is provided on the carrier segment. Cooling air for cooling the carrier segment can be fed to the carrier segment via the at least one cooling hole formed, for example, by the carrier segment.
In einer Ausführungsvariante ist an dem Trägersegment mindestens ein Teil einer Antirotationseinrichtung zur Sicherung des Trägersegments gegen ein Verdrehen bezüglich des Statorgehäuseteils vorgesehen. Über eine vorgesehene Antirotationseinrichtung kann folglich das Trägersegment bezüglich des Statorgehäuseteils in einer Umfangsrichtung um die Rotationsachse gegen eine Verdrehung gesichert werden. Ein an dem Trägersegment vorgesehener Teil einer solchen Antirotationseinrichtung kann beispielsweise ein radial nach außen vorstehender Antirotationszapfen oder -stift sein, der in eine korrespondierende gehäuseseitige Ausnehmung eingreifen kann.In one embodiment variant, at least one part of an anti-rotation device is provided on the carrier segment for securing the carrier segment against rotation with respect to the stator housing part. The carrier segment can consequently be secured against rotation with respect to the stator housing part in a circumferential direction about the axis of rotation via a provided anti-rotation device. A part of such an anti-rotation device provided on the carrier segment can for example be an anti-rotation pin or pin which protrudes radially outward and can engage in a corresponding recess on the housing side.
Ein weiterer Aspekt der vorgeschlagenen Lösung betrifft ein Vormontagemodul für eine Statorbaugruppe für ein Triebwerk. Ein vorgeschlagenes Vormontagemodul umfasst hierbei wenigstens
- - einen einen Befestigungsabschnitt aufweisenden Träger,
- - mindestens eine Dichtung, die an dem Befestigungsabschnitt festgelegt ist,
- - ein Trägersegment, dass an dem Träger verlagerbar gehalten ist und
- - mindestens ein Federelement, über das das Trägersegment relativ zu dem Befestigungsabschnitt des Trägers vorgespannt ist.
- - A carrier having a fastening section,
- - at least one seal which is fixed to the fastening section,
- - A carrier segment that is held displaceably on the carrier and
- - At least one spring element via which the carrier segment is biased relative to the fastening section of the carrier.
Bei dem vorgeschlagenen Vormontagemodul ist das Trägersegment mit dem mindestens einen Federelement und der mindestens einen Dichtung an dem Träger vormontiert und bildet derart eine vormontierte Baueinheit, die in eine Kavität an einem Startorgehäuse der Startorbaugruppe einsetzbar ist. Nach dem Einsetzen in die Kavität des Startorgehäuses ist das Vormontagemodul über den Träger innerhalb der Kavität fixiert und das Trägersegment bezüglich einer Rotationsachse eines Rotors der Startorbaugruppe radial verstellbar gehalten, um die Größe eines Spalts zwischen einer dem Rotor zugewandten Startorfläche des Trägersegments und einer Laufschaufel des Rotors zu variieren.In the proposed pre-assembly module, the carrier segment with the at least one spring element and the at least one seal is pre-assembled on the carrier and thus forms a pre-assembled unit that can be inserted into a cavity on a starter housing of the starter assembly. After being inserted into the cavity of the starter housing, the pre-assembly module is fixed via the carrier within the cavity and the carrier segment is held in a radially adjustable manner with respect to an axis of rotation of a rotor of the starter assembly in order to reduce the size of a gap between a starter surface of the carrier segment facing the rotor and a rotor blade to vary.
Im Rahmen eines vorgeschlagenen Vormontagemoduls wird somit das Trägersegment, das später zur Variation einer Größe eines Spalts zwischen dem Rotor und dem Trägersegment vorgesehen ist, bereits verlagerbar an einem Träger vormontiert, mit dem das Trägersegment zusammen in die Kavität des Startorgehäuses eingesetzt wird. Über die mindestens eine an dem Vormontagemodul ebenfalls vorgesehene Dichtung kann hierbei die Kavität des Startorgehäuses gleich, d.h., mit dem Einsetzen des Vormontagemoduls in die Kavität, gegenüber einem Rotorraum abgedichtet werden, in dem der Rotor drehbar gelagert ist. Mit dem vorgeschlagenen Vormontagemodul lässt sich somit die Montage einer Statorbaugruppe mit einem verlagerbaren Trägersegment, insbesondere einer vorstehend oder nachstehend erläuterten Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Statorbaugruppe, erheblich vereinfachen.As part of a proposed pre-assembly module, the carrier segment, which is later provided to vary the size of a gap between the rotor and the carrier segment, is already pre-assembled in a displaceable manner on a carrier with which the carrier segment is inserted together into the cavity of the starter housing. Via the at least one seal also provided on the pre-assembly module, the cavity of the starter housing can be sealed off from a rotor space in which the rotor is rotatably mounted when the pre-assembly module is inserted into the cavity. With the proposed pre-assembly module, the assembly of a stator assembly with a displaceable carrier segment, in particular an embodiment variant of a proposed stator assembly explained above or below, can thus be considerably simplified.
Die vorgeschlagene Lösung betrifft ferner ein Triebwerk, insbesondere ein Triebwerk für ein Luftfahrzeug, mit mindestens einer Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Statorbaugruppe oder mit mindestens einer Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Vormontagemoduls.The proposed solution also relates to an engine, in particular an engine for an aircraft, with at least one embodiment variant of a proposed stator assembly or with at least one embodiment variant of a proposed pre-assembly module.
Ein weiterer Aspekt der vorgeschlagenen Lösung betrifft ein Verfahren für die Montage einer Startorbaugruppe für ein Triebwerk. Eine zu montierende Statorbaugruppe umfasst insbesondere einen Rotor mit mehreren Laufschaufeln und ein eine Kavität aufweisendes Statorgehäuse, in dem der Rotor um eine Rotationsachse drehbar aufgenommen ist. Ein vorgeschlagenes Verfahren sieht hierbei vor, dass
- - ein Vormontagemodul für die Statorbaugruppe mit einem einen Befestigungsabschnitt aufweisenden Träger bereitgestellt wird, wobei mindestens eine Dichtung an dem Befestigungsabschnitt bereits festgelegt ist, ein Trägersegment an dem Träger verlagerbar gehalten ist und mindestens ein Federelement das Trägersegment relativ zu dem Befestigungsabschnitt vorspannt, und
- - das Vormontagemodul in die Kavität des Startorgehäuses eingesetzt wird, sodass das Trägersegment bezüglich einer Rotationsachse des Rotors radial verstellbar gehalten ist, um die Größe eines Spalts zwischen einer dem Rotor zugewandten Startorfläche des Trägersegments und einer Laufschaufel des Rotor zu variieren.
- A pre-assembly module for the stator assembly is provided with a carrier having a fastening section, at least one seal being already fixed on the fastening section, a carrier segment being held displaceably on the carrier and at least one spring element prestressing the carrier segment relative to the fastening section, and
- - The pre-assembly module is inserted into the cavity of the starter housing so that the carrier segment is kept radially adjustable with respect to an axis of rotation of the rotor in order to vary the size of a gap between a starter surface of the carrier segment facing the rotor and a rotor blade.
Im Rahmen des vorgeschlagenen Montageverfahrens kann - insbesondere im Einklang mit den vorstehenden Erläuterungen - das Vormontagemodul beispielsweise über den Träger innerhalb der Kavität fixiert werden. Darüber hinaus kann mit der mindestens einen an dem Träger bereits vormontierten Dichtung die Kavität gegenüber einem den Rotor aufnehmenden Rotorraum abgedichtet werden, wenn das Vormontagemodul bestimmungsgemäß in die Kavität des Startorgehäuses eingesetzt ist.In the context of the proposed assembly method, the pre-assembly module can be fixed within the cavity, for example via the carrier, in particular in accordance with the explanations given above. In addition, with the at least one seal already preassembled on the carrier, the cavity can be sealed off from a rotor space accommodating the rotor when the preassembly module is inserted as intended in the cavity of the starter housing.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.The attached figures illustrate possible variants of the proposed solution by way of example.
Hierbei zeigen:
-
1 ausschnittweise und in geschnittener Ansicht eine erste Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Statorbaugruppe mit einem radial verstellbar gehaltenen Trägersegment, das eine ein Deckband definierende Statorfläche trägt; -
2A-2B in mit der1 übereinstimmender Ansicht zwei unterschiedliche Stellungen des Trägersegments, mit dem Trägersegment in einer radial nach innen verlagerten Radiallage bei drehendem Rotor (2A) und einer radial nach außen verlagerten Radiallage (2B) , die unter Wirkung mindestens eines mittig an dem Trägersegment angreifenden Federelements im Falle eines sogenannten Windmillings des die Statorbaugruppe aufweisenden Triebwerks eingenommen wird; -
3A-3B in mit den2A und2B übereinstimmenden Querschnittsansichten die Statorbaugruppe mit zwei (Radial-) Dichtungen in einer anderen möglichen Relativlage, mit denen jeweils eine zwischen einem Statorgehäuseteil und dem Trägersegment gebildete Kavität gegenüber einem Rotorraum abgedichtet ist, in dem der Rotor der Statorbaugruppe drehbar aufgenommen ist; -
4 in mit der1 übereinstimmender Ansicht eine weitere Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Statorbaugruppe mit an dem Trägersegment ausgebildeten Kühllöchern und einer Arretiereinrichtung zur Arretierung des Trägersegments in einer Umfangslage; -
5 eine perspektivische Ansicht eines Trägersegments mit Blick auf eine Oberseite des Trägersegments, an dem ein einzelner hakenförmiger Verbindungsabschnitt zentral ausgebildet ist; -
6 in perspektivischer Ansicht eine alternative Ausführung eines Trägersegments mit zwei zueinander beabstandeten, jeweils hakenförmigen Verbindungsabschnitten, die bezogen auf eine Erstreckung des Trägersegments in einem Statorgehäuse der Statorbaugruppe jeweils mittig, jedoch bezogen auf eine senkrecht hierzu verlaufende Umfangsrichtung außermittig vorgesehen sind; -
7A das Trägersegment der6 mit Blick auf einen einer Laufschaufel zuzuwendenden Linerabschnitt des Trägersegments mit an dem Trägersegment gehaltenen Dichtungen bei radial nach außen verlagerter Radiallage des Trägersegments; -
7B in mit der7A übereinstimmender Ansicht das Trägersegment mit den Dichtungen bei radial nach innen verlagerter Radiallager des Trägersegments; -
8 eine Querschnittsansicht des Trägersegments der7A und7B unter Veranschaulichung eines in dem Linerabschnitt ausgebildeten und für eine (Prall-) Kühlung vorgesehenen Hohlraums; -
9 ausschnittsweise ein axiales Ende des Trägersegments unter Veranschaulichung eines axialen Kühlkanals aus dem Hohlraum; -
10 in mit der1 übereinstimmender Ansicht eine weitere Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Statorbaugruppe, bei der das radial verstellbar gehaltene Trägersegment mit zwei axiale Dichtungen an einem Träger eines Vormontagemoduls gehalten ist, das in eine Kavität des Statorgehäuses als vormontierte Baueinheit eingesetzt ist; -
11 schematisch eine alternative Ausführungsvariante mit unterschiedlich angeordneten und ausgebildeten Federelementen für ein Vorspannen des Trägersegments radial nach außen; -
12 schematisch eine weitere Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Statorbaugruppe mit einem als Blattfeder ausgebildeten Federelement an einem Lagerabschnitt eines Statorgehäuseteil, an dem das Trägersegment einzuhängen ist; -
13 in schematischer geschnittener Ansicht ein (Gasturbinen-) Triebwerk, bei dem Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Statorbaugruppe Verwendung finden können.
-
1 Excerpts and a sectional view of a first variant embodiment of a proposed stator assembly with a radially adjustable support segment which supports a stator surface defining a shroud; -
2A-2B in with the1 Corresponding view, two different positions of the carrier segment, with the carrier segment in a radially inwardly displaced radial position with the rotor rotating (2A) and a radial position displaced radially outwards (2 B) which is assumed under the action of at least one spring element acting centrally on the carrier segment in the case of so-called windmilling of the engine having the stator assembly; -
3A-3B in with the2A and2 B matching cross-sectional views of the stator assembly with two (radial) seals in a different possible relative position, with each of which a cavity formed between a stator housing part and the carrier segment is sealed off from a rotor space in which the rotor of the stator assembly is rotatably accommodated; -
4th in with the1 Corresponding view, a further embodiment variant of the proposed stator assembly with cooling holes formed on the carrier segment and a locking device for locking the carrier segment in a circumferential position; -
5 a perspective view of a carrier segment with a view of an upper side of the carrier segment, on which a single hook-shaped connecting portion is formed centrally; -
6th a perspective view of an alternative embodiment of a carrier segment with two spaced apart, each hook-shaped connecting sections, which are provided in the middle with respect to an extension of the carrier segment in a stator housing of the stator assembly, but eccentrically with respect to a circumferential direction perpendicular thereto; -
7A the carrier segment of the6th with a view of a liner section of the carrier segment facing a rotor blade with seals held on the carrier segment with the carrier segment in a radially outwardly displaced radial position; -
7B in with the7A matching view of the carrier segment with the seals with radial bearings of the carrier segment displaced radially inward; -
8th FIG. 3 is a cross-sectional view of the support segment of FIG7A and7B with illustration of a cavity formed in the liner section and provided for (impingement) cooling; -
9 a section of an axial end of the support segment, showing an axial cooling channel from the cavity; -
10 in with the1 Corresponding view of a further embodiment of a proposed stator assembly, in which the radially adjustable carrier segment is held with two axial seals on a carrier of a pre-assembly module which is inserted into a cavity of the stator housing as a pre-assembled unit; -
11 schematically an alternative embodiment with differently arranged and designed spring elements for a Biasing the carrier segment radially outward; -
12th schematically, a further embodiment of a proposed stator assembly with a spring element designed as a leaf spring on a bearing section of a stator housing part on which the carrier segment is to be suspended; -
13th a schematic sectional view of a (gas turbine) engine, in which variants of the proposed stator assembly can be used.
Die
Die über den Verdichter
Grundsätzlich kann der Fan
Insbesondere zur Lärmminderung ist im Bereich des Auslasses
Ein Rotor für die Niederdruckturbine
So wird beispielsweise im Fall eines sogenannten Windmillings des Triebwerks
Bei der vorgeschlagenen Lösung ist vor diesem Hintergrund vorgesehen, ein das Deckband tragende Trägersegment
Die
Das Trägersegment
Der Befestigungsabschnitt
Sowohl der Lasttransferring
Zwischen dem Turbinengehäuse
Zur Beaufschlagung der Dichtungen
Die über die Wellenfeder
Im Betrieb der Turbine
Diese Verlagerung, die durch die gehäuseseitigen Lagerspalte
Bei der Ausführungsvariante der
Zusätzlich weist das Trägersegment
Die
Bei der Ausführungsvariante der
In den perspektivischen Ansichten der
Aus den geschnittenen und teilweise vergrößerten Darstellungen der
Die Schnittdarstellung der
Bei der Ausführungsvariante der
Das Trägersegment
Um beim Einsetzen des Vormontagemoduls
Zur Vorspannung der Wellenfedern
Bei einer exemplarisch in der
Alternativ oder ergänzend kann mittig an dem Trägersegment
Bei der ebenfalls nur ausschnittsweise dargestellten Ausführungsvariante der
Selbstverständlich können mehrere elastisch gelagerte Trägersegmente
Unabhängig von der gewählte Konstruktion ist mit der vorgeschlagenen Lösung eine besonders effiziente und einfach zu integrierende, federgesteuerte Spalthaltungskontrolle eines Hochdruckturbinenspitzenspalts ermöglicht.Regardless of the construction chosen, the proposed solution enables a particularly efficient and easy-to-integrate, spring-controlled gap position control of a high-pressure turbine tip gap.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1111
- NiederdruckverdichterLow pressure compressor
- 1212th
- HochdruckverdichterHigh pressure compressor
- 1313th
- HochdruckturbineHigh pressure turbine
- 130130
- Turbinengehäuse (Statorgehäuse)Turbine housing (stator housing)
- 1414th
- MitteldruckturbineMedium pressure turbine
- 1515th
- NiederdruckturbineLow pressure turbine
- 22
- MischerbaugruppeMixer assembly
- 2020th
- Mischermixer
- 2121st
- Schnittstelleinterface
- 33
- Lasttransferring (Statorgehäuseteil)Load transfer ring (stator housing part)
- 3030th
- LagerspaltBearing gap
- 300300
- Anschlagattack
- 3131
- Dichtspalt (Dichtabschnitt)Sealing gap (sealing section)
- 34, 34a, 34b, 34m34, 34a, 34b, 34m
- BefestigungsabschnittFastening section
- 340a, 340b340a, 340b
- LagerspaltBearing gap
- 3535
- Luftkanal (Fluidkanal)Air duct (fluid duct)
- 44th
- TrägersegmentCarrier segment
- 4040
- Linerabschnitt (Statorabschnitt)Liner section (stator section)
- 400400
- Linerfläche (Statorfläche)Liner surface (stator surface)
- 40a, 40b40a, 40b
- Lagervorsprung (Lagerabschnitt)Bearing projection (bearing section)
- 40.1a40.1a
- KühlspaltCooling gap
- 4141
- Vorderer Dichtspalt (Dichtabschnitt)Front sealing gap (sealing section)
- 4242
- Hinterer Dichtspalt (Dichtabschnitt)Rear sealing gap (sealing section)
- 4343
- VerbindungsabschnittConnection section
- 4747
- AntirotationszapfenAnti-rotation pin
- 48.1, 48.248.1, 48.2
- KühllochCooling hole
- 480480
- Hohlraumcavity
- 55
- Wellenfeder (Federelement)Wave spring (spring element)
- 5a, 5b, 5c5a, 5b, 5c
- Zugfeder (Federelement)Tension spring (spring element)
- 5d5d
- Blattfeder (Federelement)Leaf spring (spring element)
- 61,61a61.61a
- Vordere DichtungFront seal
- 62, 62a62, 62a
- Hintere DichtungRear seal
- 610a, 620a610a, 620a
- SpannblechClamping plate
- 77th
- Statorträger (Statorgehäuseteil)Stator carrier (stator housing part)
- 7070
- LagerspaltBearing gap
- 7272
- Dichtspalt (Dichtabschnitt)Sealing gap (sealing section)
- 7777
- AusnehmungRecess
- 88th
- LaufschaufelBlade
- 8080
- RotorraumRotor space
- 99
- EingriffselementEngagement element
- AA.
- AuslassOutlet
- BB.
- BypasskanalBypass duct
- BKBK
- BrennkammerabschnittCombustion chamber section
- CC.
- AustrittskonusExit cone
- EE.
- Einlass / IntakeInlet / Intake
- FF.
- Fanfan
- f1, f2f1, f2
- FluidstromFluid flow
- F5 F 5
- VorspannkraftPreload force
- F8 F 8
- Resultierende DruckkraftResulting pressure force
- FCFC
- FangehäuseFan housing
- gG
- Spaltgap
- KK
- (Dicht-) Kavität(Sealing) cavity
- MM.
- Mittelachse / RotationsachseCenter axis / axis of rotation
- RR.
- EintrittsrichtungDirection of entry
- SS.
- RotorwelleRotor shaft
- s0, s1 s 0 , s 1
- SpaltbreiteGap width
- TT
- TriebwerkEngine
- TSTS
- TurbinenleitschaufelsegmentTurbine vane segment
- TTTT
- Turbineturbine
- VV.
- Verdichtercompressor
- VMVM
- VormontagemodulPre-assembly module
- VMTVMT
- Trägercarrier
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 2010/0303612 A1 [0002]US 2010/0303612 A1 [0002]
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019214673.2A DE102019214673A1 (en) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | Stator assembly, pre-assembly module and assembly method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019214673.2A DE102019214673A1 (en) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | Stator assembly, pre-assembly module and assembly method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019214673A1 true DE102019214673A1 (en) | 2021-03-25 |
Family
ID=74845948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019214673.2A Withdrawn DE102019214673A1 (en) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | Stator assembly, pre-assembly module and assembly method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102019214673A1 (en) |
Citations (4)
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-
2019
- 2019-09-25 DE DE102019214673.2A patent/DE102019214673A1/en not_active Withdrawn
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---|---|---|---|
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R082 | Change of representative | ||
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