DE10307552A1 - Mounting for connecting inner and outer casings of gas turbine consists of radial rings forming bayonet fittings with annular U-shaped fittings on casings which allow them to tip - Google Patents

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Abstract

The mounting for connecting the inner (2) and outer (1) casings of a gas turbine consists of radial rings (3). These form bayonet fittings with annular U-shaped fittings (4, 5) on the casings which allow them to tip.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur axial bewegbaren Lagerung zweier zueinander konzentrischer, im Wesentlichen zylindrischer Bauelemente.The invention relates to a Device for the axially movable mounting of two concentric, mutually essentially cylindrical components.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Fälle bekannt, in denen zwei zueinander konzentrische, im Wesentlichen zylindrische Bauelemente aneinander gelagert werden müssen. Typische Fälle sind beispielsweise Gasturbinen, bei denen ein äußeres Gehäuse ein inneres Gehäuse lagert. Bei dieser Art von Konstruktionen ist es zum einen erforderlich, die Konzentrizität der Lagerung sicherzustellen. Zum anderen muss, wie nach den Grundsätzen der Mechanik bekannt, eines der Lager einen Freiheitsgrad aufweisen, da ansonsten die Konstruktion statisch unbestimmt wäre.The most varied of the state of the art Cases known in which two mutually concentric, essentially cylindrical components must be stored together. typical Cases are for example gas turbines in which an outer casing supports an inner casing. With this type of construction, on the one hand, it is necessary the concentricity ensure storage. On the other hand, as according to the principles of Mechanics known, one of the bearings have a degree of freedom, otherwise the construction would be statically indefinite.

Insbesondere bei Gasturbinen benötigen thermische Beeinflussungen der Bauteile besondere Beachtung. So erwärmen sich beispielsweise innere Gehäuse oder innen liegende Gehäuseteile stärker, als äußere Gehäuseteile. Diese Erwärmung bedingt nicht nur eine radiale Ausdehnung, sondern auch eine axiale Längenänderung. Insbesondere diese axiale Längenänderung führt vielfach zu ganz erheblichen Relativbewegungen, bezogen auf die Gesamtlänge der einzelnen Bauelemente.Especially in gas turbines need thermal Attention to the influences of the components. So warm up for example inner housing or internal housing parts stronger than outer housing parts. This warming requires not only radial expansion, but also axial expansion Change in length. In particular, this axial change in length leads many times to very considerable relative movements, based on the total length of the individual components.

Der Stand der Technik zeigt Konstruktionen, bei welchen in üblicher Weise ein Festlager vorgesehen ist. Das andere oder die anderen Lager, welche in axialer Richtung einen Freiheitsgrad aufweisen, sind dabei als Schiebesitze oder ähnliche Konstruktionen ausgebildet. Hierdurch sollen axiale Gleitbewegungen ermöglicht werden.The state of the art shows constructions at which in more common Way a fixed bearing is provided. The other or the other Bearings that have a degree of freedom in the axial direction thereby as sliding seats or similar Constructions. This should make axial sliding movements allows become.

Die vorbekannten Konstruktionen erweisen sich jedoch vielfach als nicht zufriedenstellend, da die bei einer thermischen Ausdehnung auftretenden radialen Durchmesseränderungen zu einem Klemmen oder zu Beschädigungen der Lagerungen führen können. Dies wiederum führt zu einer Blockierung des für die Lagerung benötigten Freiheitsgrades und damit zu hohen Belastungen in den entsprechenden Bauteilen. Das kann zu Verschleiß und zu Beschädigungen führen, die die Funktion der Bauteile einschränkenThe previously known constructions prove however, in many cases as unsatisfactory since the thermal Radial diameter changes occurring to a jam or expansion to damage of the bearings. This in turn leads to block the for the storage needed Degree of freedom and thus too high loads in the corresponding components. That can cause wear and tear to damage to lead, that restrict the function of the components

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere bei größeren axialen Relativbewegungen anwendbar ist.The invention has for its object a To create device of the type mentioned, which with simple Structure and easier, cheaper Manufacture avoids the disadvantages of the prior art and especially with larger axial ones Relative movements is applicable.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention, the object is achieved by Combination of features of the main claim solved, the sub-claims show further advantageous embodiments of the invention.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass das äußere und das innere Bauelement mittels eines im Wesentlichen radial angeordneten Ringelements aneinander gelagert sind, wobei das Ringelement verkippbar ausgebildet und gelagert ist.According to the invention it is therefore provided that the outside and the inner component is arranged essentially radially Ring element are mounted to each other, wherein the ring element can be tilted is trained and stored.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Durch die verkippbare Ausgestaltung und Lagerung des Ringelements ist es möglich, zum einen axiale Relativbewegungen zwischen dem äußeren und inneren Bauelement auszugleichen und zum anderen Kräfte aus thermalen Verspannung zu übertragen, ohne dass die Lagerung verklemmt oder die Präzision der Lagerung beeinflusst wäre.The device according to the invention stands out through a number of significant advantages. Due to the tiltable Design and storage of the ring element, it is possible to an axial relative movements between the outer and inner component balance and other forces to transfer thermal tension without jamming the bearing or affecting the precision of the bearing would.

Erfindungsgemäß ist das Ringelement in Art einer Tellerfeder ausgebildet. Das Ringelement kann dabei, abhängig von den jeweiligen konstruktiven Vorgaben mehr oder weniger starr oder elastisch verformbar sein.According to the ring element is in the manner of a Disc spring formed. The ring element can, depending on the respective design specifications more or less rigid or be elastically deformable.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Ringelement jeweils in einer U-förmigen Ringnut gelagert ist. Durch die seitlichen Schenkel der Ringnut wird verhindert, dass sich das Ringelement löst. Weiterhin ist eine ausreichende Relativbewegung des Ringelements gewährleistet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die äußere Umfangsfläche und/oder die innere Umfangsfläche des Ringelements abgerundet sind. Diese dienen somit einer Art Wälzlagerung des Ringelements in den U-förmigen Ringnuten.It is particularly advantageous if the ring element is mounted in a U-shaped ring groove. The lateral legs of the ring groove prevent the ring element comes loose. Furthermore, there is sufficient relative movement of the ring element guaranteed. It is particularly advantageous if the outer peripheral surface and / or the inner peripheral surface of the ring element are rounded. These serve as a kind of roller bearing of the ring element in the U-shaped Ring grooves.

Die Montage des äußeren und des inneren Bauelements kann ganz erheblich erleichtert werden, wenn das erfindungsgemäße Ringelement und zumindest eine der Ringnuten bajonettverschlussartig ausgebildet sind. Die Ringnut weist somit Unterbrechungen auf, ebenso das Ringelement. Nach dem Einsetzen des Ringelements und/oder eines der äußeren oder inneren Bauelemente braucht das Ringelement somit nur noch in Umfangsrichtung verdreht werden, um funktionssicher positioniert zu sein. Eine Verdrehsicherung ist hierbei besonders vorteilhaft, um im Betrieb ein Lösen des Ringelements zu vermeiden.The assembly of the outer and the inner component can be made considerably easier if the ring element according to the invention and at least one of the ring grooves is formed like a bayonet lock are. The ring groove thus has interruptions, as does the ring element. After inserting the ring element and / or one of the outer or The inner element therefore only needs the ring element in the circumferential direction be rotated in order to be positioned reliably. An anti-rotation device is particularly advantageous in order to solve the problem in operation Avoid ring element.

Erfindungsgemäß kann die Ringnut entweder als Vertiefung eingebracht werden oder durch zwei über die Oberfläche des jeweiligen Bauelements vorstehende Schulterringe gebildet sein. Erfindungsgemäß ergeben sich somit die unterschiedlichsten Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung.According to the invention, the annular groove can either be introduced as a depression or by two over the surface projecting shoulder rings of the respective component. According to the invention thus the most diverse possible uses of the device according to the invention.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:The invention is described below of an embodiment described in connection with the drawing. It shows:

1 eine schematische Teil-Schnittansicht eines äußeren und eines inneren Bauelements unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lagerungsvorrichtung in einem bestimmten thermischen Zustand, mit axialer Verschiebung des inneren Bauelements nach links, 1 2 shows a schematic partial sectional view of an outer and an inner component using the bearing device according to the invention in a specific thermal state, with an axial displacement of the inner component to the left,

2 eine Darstellung, analog 1, in einem thermisch geänderten Zustand mit axialer Verschiebung des inneren Bauelements nach rechts, 2 a representation, analog 1 , in a thermally changed state with axial displacement of the inner component to the right,

3 eine stirnseitige Teil-Ansicht der Darstellung der 1 bzw. 2, und 3 a partial front view of the representation of the 1 respectively. 2 , and

4 eine vergrößerte Teil-Darstellung des Ringelements der 2. 4 an enlarged partial representation of the ring element of the 2 ,

Die 1 und 2 zeigen einen Teil-Ausschnitt einer Gasturbine. Auf die Beschreibung sonstiger Bauelemente kann verzichtet werden, da diese für das Verständnis der vorliegenden Erfindung keine Rolle spielen.The 1 and 2 show a partial section of a gas turbine. The description of other components can be dispensed with, since they play no role in understanding the present invention.

Die 1 und 2 zeigen somit ein im Wesentlichen zylindrisches äußeres Bauelement 1, in welchem konzentrisch ein im wesentlichen zylindrisches inneres Bauelement 2 angeordnet ist. Dabei ist im Rahmen der Erfindung lediglich wichtig, dass die entsprechenden Lagerbereiche des äußeren und des inneren Bauelements 1 bzw. 2 zylindrisch ausgebildet sind.The 1 and 2 thus show a substantially cylindrical outer component 1 , in which a substantially cylindrical inner component is concentric 2 is arranged. It is only important in the context of the invention that the corresponding bearing areas of the outer and the inner component 1 respectively. 2 are cylindrical.

Zu einer Lagerung mit einem axialen Freiheitsgrad (die Mittelachse ist mit dem Bezugszeichen 9 angegeben), dienen erfindungsgemäß zwei Ringelemente 3.For a bearing with an axial degree of freedom (the central axis is with the reference number 9 specified), two ring elements are used according to the invention 3 ,

Wie sich insbesondere aus der vergrößerten Darstellung der 4 ergibt, weist das Ringelement 3 jeweils eine äußere Umfangsfläche 7 und eine innere Umfangsfläche 8 auf, welche abgerundet ausgebildet sind und jeweils in einer äußeren Ringnut 4 bzw. einer inneren Ringnut 5 gehaltert sind.As can be seen in particular from the enlarged representation of the 4 results, the ring element 3 each have an outer peripheral surface 7 and an inner peripheral surface 8th on, which are rounded and each in an outer annular groove 4 or an inner ring groove 5 are supported.

Die 3 zeigt eine stirnseitige Ansicht, bei welcher die seitlichen Flanken der Ringnut 5 zur Ausgestaltung einer bajonettverschlussartigen Konstruktion in Umfangsrichtung unterbrochen sind. Entsprechend ist das Ringelement 3 mit Fenstern 11 versehen, die auch zur Montage bzw. als Durchtrittsöffnungen für Werkzeuge und/oder für Fluid dienen können. Nach einem Einsetzen des Ringelements 3 wird dieses in Umfangsrichtung verdreht, bis eine sichere Lagerung in den Ringnuten 4 bzw. 5 gewährleistet ist. Mittels einer Verdrehsicherung 6, die beispielsweise in Form einer Schraube ausgebildet ist, ist diese Position fixiert.The 3 shows an end view, in which the side flanks of the annular groove 5 are interrupted in the circumferential direction to design a bayonet-type construction. The ring element is corresponding 3 with windows 11 provided, which can also be used for assembly or as passage openings for tools and / or for fluid. After inserting the ring element 3 it is rotated in the circumferential direction until it is securely supported in the ring grooves 4 respectively. 5 is guaranteed. Using an anti-rotation device 6 , which is designed for example in the form of a screw, this position is fixed.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in Verbindung der 1 und 2 beschrieben. 1 zeigt dabei beispielsweise eine Lage der Gasturbine, bei welcher das innere Bauelement 2 (inneres Gehäuse) sich gegenüber Bauelement 1 thermisch zusammengezogen hat. Demgemäß sind die beiden verwendeten Ringelemente 3 leicht nach links verschwenkt, so wie dies in 1 dargestellt ist. Demgegenüber zeigt die 2 einen heißen Zustand des inneren Bauelements 2. Durch die thermische Ausdehnung in Axialrichtung verschieben sich die Ringnuten 5 in axialer Richtung. Hierdurch erfolgt eine Verschwenkung oder Verkippung des Ringelements 3, sodass dieses mit seinem in 2 zum Zentrum weisenden Ende leicht nach rechts versetzt ist. Diese Position ist in 4 nochmals vergrößert dargestellt.The operation of the device according to the invention is in connection with the 1 and 2 described. 1 shows, for example, a position of the gas turbine, in which the inner component 2 (inner housing) towards the component 1 has contracted thermally. Accordingly, the two ring elements used 3 pivoted slightly to the left, like this in 1 is shown. In contrast, the 2 a hot state of the inner component 2 , The annular grooves shift due to the thermal expansion in the axial direction 5 in the axial direction. As a result, the ring element is pivoted or tilted 3 so that this with his in 2 towards the center end is slightly shifted to the right. This position is in 4 shown again enlarged.

Das erfindungsgemäße Ringelement wirkt somit in Art einer Tellerfeder, d.h., es verkippt oder verwindet sich in sich. Dieser Vorgang kann durch eine elastische Verformung des Ringelements 3 bewirkt werden.The ring element according to the invention thus acts in the manner of a plate spring, that is, it tilts or twists itself. This process can be done by elastic deformation of the ring element 3 be effected.

11
äußeres Bauelementouter component
22
inneres Bauelementinner module
33
Ringelementring element
44
äußere Ringnutouter ring groove
55
innere Ringnutinner ring groove
66
Verdrehsicherungtwist
77
äußere Umfangsflächeouter peripheral surface
88th
innere Umfangsflächeinner peripheral surface
99
Mittelachsecentral axis
1111
Fensterwindow

Claims (5)

Vorrichtung zur axial bewegbaren Lagerung zweier zueinander konzentrischer, im Wesentlichen zylindrischer Bauelemente (1, 2) mit zumindest einem im Wesentlichen radial angeordneten Ringelement (3), das tellerfederartig ausgebildet ist, welches an dem äußeren (1) und dem inneren (2) Bauelement verkippbar gelagert ist.Device for the axially movable mounting of two concentric, essentially cylindrical components ( 1 . 2 ) with at least one essentially radially arranged ring element ( 3 ), which is formed like a plate spring, which on the outer ( 1 ) and the inner ( 2 ) Component is tiltably mounted. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (3) an dem äußeren (1) und dem inneren (2) Bauelement jeweils in einer U-förmigen Ringnut (4, 5) gelagert ist.Device according to claim 1, characterized in that the ring element ( 3 ) on the outer ( 1 ) and the inner ( 2 ) Component in a U-shaped ring groove ( 4 . 5 ) is stored. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere (7) und die innere (8) Umfangsfläche des Ringelements (3) abgerundet ist.Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the outer ( 7 ) and the inner ( 8th ) Circumferential surface of the ring element ( 3 ) is rounded. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (3) und zumindest eine Ringnut (4, 5) bajonettverschlussartig ausgebildet sind.Device according to claim 2 or 3, characterized in that the ring element ( 3 ) and at least one ring groove ( 4 . 5 ) are designed like a bayonet lock. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (3) mit einer Verdrehsicherung (6) versehen ist.Device according to claim 4, characterized in that the ring element ( 3 ) with an anti-rotation device ( 6 ) is provided.
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