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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Ringelement, welches durch thermische
Effekte hinsichtlich seiner radialen Abmessungen veränderbar
ist. Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Ringelement
mit einem äußeren Ringkörper und
einem zentrisch zu diesem angeordneten inneren Ringkörper.
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Insbesondere
bei Gasturbinen ergeben sich unterschiedlichste Einsatzbedingungen,
bei welchen Ringelemente verwendet werden, die sehr großen Temperaturwechseln
unterworfen sind. Diese sind z. B. Turbinenliner, die als Abdeckungen,
Dichtungselemente oder Ähnliches
im Turbinengehäuse
montiert sind. Ein anderes Einsatzgebiet besteht beispielsweise
bei akkustischen Auskleidungen. Der Liner muss aufgrund seiner thermischen
Beanspruchung so ausgebildet sein, dass er bei Erwärmung expandieren und
bei Abkühlung
kontrahieren kann. Der Stand der Technik zeigt hierzu segmentierte
Ausgestaltungen derartiger Ringelemente. Dabei erweist es sich als nachteilig,
dass zur segmentierten Ausgestaltung ein hoher Fertigungsaufwand
erforderlich ist und, bedingt durch die auftretenden Spalte, Leckageverluste kaum
zu vermeiden sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die
Montage und Aufhängung
der bekannten Ringelement-Segmente technisch aufwendig und damit
auch sehr kostenintensiv ist. Weiterhin ergibt sich vielfach ein
schwieriges Kühlungsmanagement.
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Sofern
die thermische Expansion oder Kontraktion nicht störungsfrei
ablaufen kann, ergeben sich Spannungsprobleme, die zu einem Bauteilversagen
führen
können.
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Eine
akkustische Auskleidung der genannten Art beschreibt beispielsweise
die
US 5,025,888 A .
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ringelement der genannten
Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger
Herstellbarkeit unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik
eine thermische Expansion oder Kontraktion zulässt.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die
Unteransprüche
zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist es
somit vorgesehen, dass eine Vielzahl von Verbindungselementen zwischen
dem äußeren Ringkörper und
dem inneren Ringkörper
angeordnet sind, welche jeweils mit dem äußeren Ringkörper und dem inneren Ringkörper verbunden
sind.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.
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Die
Verbindungselemente können
dabei als Hebel ausgestaltet und gelenkig an dem äußeren Bereich
des inneren Ringkörpers
und an dem inneren Bereich des äußeren Ringkörpers gelagert
sein. Sie erstrecken sich bevorzugter Weise in einem Winkel zur
Radialrichtung der Ringkörper
bzw. des Ringelements.
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Erfindungsgemäß ist es
auch möglich,
die Verbindungselemente in Form von elastischen Elementen oder Federelementen
auszubilden. Es ist auch möglich,
die Verbindungselemente als Rollenlager oder in ähnlicher Form auszugestalten,
wobei die einzelnen Rollen auf abgeschrägten Flächen oder Rampen gleiten können.
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Die
Erfindung bezieht sich hinsichtlich der Verbindungselemente somit
auf jede Art von mechanischer Verbindung, die bei einer entsprechenden Verankerung
des äußeren und
des inneren Ringkörpers
thermische Expansionen zwischen diesen beiden ermöglichen.
Somit ergibt sich erfindungsgemäß sowohl
eine radiale Beweglichkeit, als auch eine Beweglichkeit in Umfangsrichtung.
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Durch
die Lagerung des äußeren Ringkörpers und
des inneren Ringkörpers
mittels der Verbindungselemente können beide Ringkörper thermische Expansionen
oder Kontraktionen durchführen,
ohne dass die Gesamtstabilität
des Ringelements beeinflusst wird. Vielmehr bleiben beide Ringkörper stets zentrisch
zueinander ausgerichtet, sie können
sich in ihrem Durchmesser verändern,
ohne dass Spannungen oder Materialbeanspruchungen auftreten. Die Verbindungselemente
werden dabei lediglich verschwenkt oder verformt oder in ihrer Lage
verändert und
gestatten somit eine Relativbewegung zwischen dem äußeren und
dem inneren Ringkörper
sowohl in radialer Richtung als auch in gewissem Umfang in Umfangsrichtung.
Die anteilige Bewegung in Umfangsrichtung erweist sich nicht als
nachteilig, da sie konstruktionsbedingt leicht aufgefangen werden kann
und im Übrigen
nur sehr gering ist.
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Aus
Sicherheitsgründen
kann es wünschenswert
sein, einen Anschlag zur Begrenzung der Relativbewegung zwischen
dem äußeren und
dem inneren Ringkörper
vorzusehen.
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Erfindungsgemäß ist es
möglich,
in dem Zwischenraum zwischen dem äußeren und dem inneren Ringkörper Geräuschdämpfungsmittel,
beispielsweise eine Wabenkonstruktion oder Ähnliches, einzubringen.
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Die
erfindungsgemäßen Ringkörper können hinsichtlich
ihrer radialen Abmessungen beliebig gewählt werden. Sie können weitere
Funktionsflächen oder
Funktionselemente enthalten.
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Es
ist lediglich erforderlich, die Anlenkbereiche der Verbindungshebel
(Lagerböcke)
entsprechend vorzusehen.
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Erfindungsgemäß ist es
somit vorteilhaft, dass durch das erfindungsgemäße Ringelement eine einfache
Fertigung von Teilen möglich
ist, die sich beispielsweise im Gaskanal einer Gasturbine befinden.
Diese können
erfindungsgemäß nunmehr
als Vollring gefertigt werden, während
es aus dem Stand der Technik erforderlich war, Ringsegmente vorzusehen.
Hierdurch verringern sich die Herstellungskosten ganz erheblich.
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Weiterhin
ist es erfindungsgemäß möglich, die
radiale Aufweitung des Rings exakt zu kontrollieren, da ausschließlich thermische
Einflüsse
in die Betrachtung eingehen.
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Als
weiterer Vorteil ergibt sich, dass die Gehäuseteile, in welchen die Ringelemente
einsetzbar sind, einfacher und kostengünstiger herstellbar sind.
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Hinsichtlich
des Wirkungsgrades und der Performance ergeben sich im Vergleich
zum Stand der Technik ebenfalls Vorteile, da potentielle Leckagen,
die durch segmentierte Teile, beispielsweise Deckbänder, stets
auftreten, durch die erfindungsgemäßen Ringkörper gänzlich vermieden werden können.
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Vorteilhaft
ist auch die vereinfachte Montage und Demontage, im Vergleich zu
segmentierten Bauelementen.
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Als
weiterer Vorteil ergibt sich die Möglichkeit, das Gesamtgewicht
des Ringelements zu verringern, da zu dessen Montage weitaus einfachere technische
Maßnahmen
ausreichend sind.
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Besonders
vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Ringelement zur Kontrolle
des Laufspalts an Turbinen einsetzbar, bei welchem das thermische Verhalten
von geschlossenem Deckband (innerer Ringkörper), den Verbindungshebeln
und der gegebenenfalls erforderlichen Kühlluftzufuhr gut aufeinander
abstimmbar sind. Die Kühlluft
wird dabei zwischen das Gehäuse
und das Ringelement eingebracht. Es ist dabei möglich, den Luftspalt sehr exakt zu
kontrollieren und die thermische Abstimmung entsprechend durchzuführen.
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Die
Erfindung ist nicht auf Ringelemente mit kurzen axialen Abmessungen
beschränkt.
Die Ringelemente können
vielmehr auch röhrenförmig ausgebildet
sein und sich über
eine größere Distanz
erstrecken. Dabei ist es möglich,
unterschiedliche thermische Belastungen über die axiale Länge zu kompensieren.
Hierzu ist es auch möglich,
mehrere Anordnungen von Verbindungselementen über die axiale Länge des
röhrenförmigen Ringelements
anzuordnen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Dabei zeigt:
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1 eine
stirnseitige Ansicht eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Ringelements,
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2 eine
vergrößerte Teil-Ansicht
der Darstellung von 1,
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3 eine
Teil-Ansicht, analog 2, eines weiteren Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Ringelements,
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4 eine
Teil-Ansicht des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels
in Blickrichtung in Umfangsrichtung, und
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5 eine
Teil-Ansicht, im Axialschnitt, eines weiteren Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Ringelements.
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Das
erfindungsgemäße Ringelement
umfasst einen äußeren Ringkörper 1 sowie
einen inneren Ringkörper 2.
Die beiden Ringkörper 1, 2 sind zentrisch
zueinander angeordnet und über
eine Vielzahl von Verbindungshebeln 3 miteinander verbunden.
Wie sich insbesondere aus der Darstellung der 2 ergibt,
können
die Verbindungshebel 3 als einfache Hebel ausgebildet sein,
welche jeweils mittels Bolzen 7, 8 an Lagerböcken 5, 6 schwenkbar
gelagert sind.
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Aus
der Darstellung der 1 und 2 ergibt
sich, dass bei einer thermischen Expansion oder Kontraktion, bei
welcher sich der Durchmesser, entweder des äußeren Lagerrings 1 oder
des inneren Lagerrings 2 ändert, die Verbindungshebel 3 entsprechend
verschwenkt werden.
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Eine
geänderte
Ausgestaltungsform zeigen die 3 und 4.
Dabei ist der innere Ringkörper 2 als
akkustisches Dämpfungselement
mit einer Vielzahl von wabenartigen Zellen ausgebildet. Um einen ausreichenden
Freiraum zur Durchführung
von Kühlluft
(siehe die Teil-Axial-Schnitt-Ansicht der 4) gewährleisten
zu können,
sind Anschläge 4 an
dem äußeren Ringkörper 1 vorgesehen,
welche den maximalen Schwenkwinkel der Verbindungshebel 3 begrenzen.
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Die 5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei welchem eine paarweise Ausbildung der Verbindungshebel 3 gezeigt
ist. Diese weisen im Querschnitt eine H-förmige Gestaltung auf. Demgemäß sind an
dem äußeren Ringkörper 1 jeweils
zwei Lagerböcke 5 vorgesehen.
Entsprechend weist auch der innere Ringkörper 2 zwei voneinander
beabstandete Lagerböcke 6 auf.
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Die 5 zeigt
längliche
Bolzen 7 bzw. 8, durch welche der Verbindungshebel 3 schwenkbar an
dem äußeren Ringkörper 1 bzw.
an dem inneren Ringkörper 2 gelagert
ist.
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Die 5 zeigt
ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ringelements im Bereich
von Rotorschaufeln 10 eines Rotors. Mit dem Bezugszeichen 11 ist
eine Statorschaufel dargestellt. Radial außenliegend zu der Rotorschaufel 10 ist
ein Laufspalt 13 in schematischer Weise gezeigt, welchem
ein Deckband 12 zugeordnet ist, welches wiederum an dem
inneren Ringkörper 2 gelagert
ist. Der innere Ringkörper 2 ist
so in einer Führung 14 aufgenommen,
dass er ein ausreichendes Spiel hat, um thermische Expansionen oder
Kontraktionen zu ermöglichen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr
ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten.
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- 1
- äußerer Ringkörper
- 2
- innerer
Ringkörper
- 3
- Verbindungshebel/-element
- 4
- Anschlag
- 5
- Lagerbock
- 6
- Lagerbock
- 7
- Bolzen
- 8
- Bolzen
- 9
- Kühlluft
- 10
- Rotorschaufel
- 11
- Statorschaufel
- 12
- Deckband
- 13
- Laufspalt
- 14
- Führung