DE1300350B - Gehaeuse fuer Axialgasturbinen - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für Axialgas- F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in

turbinen von Rohrform mit Versteifungsrippen und F i g. 3,

axial abwechselnd ringförmig aufgeweiteten und ver- F i g. 5 eine Draufsicht auf den in F i g. 4 darengten Abschnitten, von denen die ersten die Leit- gestellten Teil und

schaufeln tragen und die letzteren die Laufschaufeln 5 Fig. 6 eine Teilansicht des in den vorangehenden mit radialem Spalt umhüllen. Figuren dargestellten Gehäuses.

Im Flugzeugbau werden die Gehäuse von Gas- Das im folgenden beschriebene Gehäuse ist in-

turbinentriebwerken so konstruiert, daß sie bei mög- folge seiner außerordentlich festen Konstruktion inslichst großer Festigkeit ein geringes Gewicht und besondere für den Kompressor eines Strahltriebwerks möglichst niedrige Fertigungskosten aufweisen. Das io geeignet, der ein hohes Druckverhältnis aufweist, und Gehäuse kann dabei als Grundkörper für die Lager wird auch im Zusammenhang mit diesem Verwendes Triebwerks derart verwendet werden, daß es dungszweck, der keine Einschränkung darstellen soll, sowohl die meisten rotierenden Maschinenteile trägt beschrieben. Auch kann das ganze Gehäuse oder als auch zur Aufhängung des Triebwerks in einem nur ein größerer Gehäuseteil erfindungsgemäß aus-Flugzeugflügel dient. Das Gehäuse läßt sich auch 15 gebildet sein.

zusätzlich zu den Befestigungskonsolen als Träger- In F i g. 1 ist ein gewöhnliches Kompressorgehäuse

einrichtung für Hilfsaggregate benutzen. 10 dargestellt, das in bekannter Weise aus zwei auf-

Ein Gehäuse der eingangs genannten Art ist be- einanderliegenden halbrunden Segmenten 11 und 12 reits aus der schweizerischen Patentschrift 294 844 besteht, die längs der sich in axialen Ebenen erbekannt. Das bekannte Gehäuse ist zwar bei einer 20 streckenden Flansche 13 und 14 durch irgendwelche gewissen Stabilität verhältnismäßig leicht, aber die geeigneten Vorrichtungen, z. B. gewöhnliche Schrauauftretenden axialen Belastungen und Biegemomente ben, miteinander verbunden sind. Bei der beschriewirken verhältnismäßig stark auf die Verbindungs- benen Bauweise werden vorzugsweise zwei Segmente stellen von nebeneinanderliegenden aufgeweiteten verwendet, wie dies bei den bekannten Ausbildungen und verengten Abschnitten, so daß es eine zu große 25 von Statorgehäusen für Stahltriebwerke der Fall ist. faltenbalgartige Elastizität aufweist. Allerdings beschränkt sich diese Bauweise nicht auf

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung dieses die Verwendung von nur zwei Segmenten, da ein Nachteils ohne wesentliche Erhöhung der Wand- Zusammenbau durch Verschraubung längs beliebig stärke bzw. des Gewichts und darüber hinaus wo- vieler Flansche möglich ist.

möglich eine Verringerung des Gewichts. Moderne 30 Das rechte Ende des in Fig. 1 gezeigten Gehäuses Düsentriebwerke arbeiten mit höheren Drehzahlen j_st erfindungsgemäß gebaut und trägt in bekannter und größeren Kompressionsverhältnissen, Dadurch Weise verstellbare Leitschaufeln, ganz allgemein ist wird das Gehäuse der Triebwerksturbine höheren _ein großer Abschnitt des Gehäuses mit den Segmen-Drücken ausgesetzt. Infolgedessen werden an die _ten 11 und 12 erfindungsgemäß ausgebildet. Wie aus Gehäusefestigkeit größere Anforderungen gestellt, 35 ρ i g. 2 ersichtlich, besteht es aus abwechselnd nach welche nicht einfach durch Hinzufügen von verstär- _auß_{en un}d nach innen gekehrten Abschnitten. Die kenden Teilen erfüllbar sind, da diese das Gewicht innere Oberfläche 21 der Abschnitte 19 ist Teil des des Gehäuses wesentlich erhöhen würden. Dazu Strömungsweges für das Arbeitsmittel. Die Laufschaukommt, daß gewöhnlich verstellbare Leitschaufeln fein 23 weisen gegenüber der Oberfläche 21 ein geringes verwendet werden, welche den Einbau von Verstell- 40 Arbeitsspiel auf. Den anderen Teil des Kompressors gestängen erfordern. Dies hat zur Folge, daß ein bilden die Leitschaufeln 25, die in geeigneten Schienen stabiler Bauteil vorhanden sein muß, an welchem 31 _auf der Innenseite der Abschnitte 17 in der üb-Verstelleinrichtungen dieser Art befestigt werden liehen Weise angeordnet sind. Die Füße der Schaukönnen. Es soll daher ein dünnwandiges Gehäuse fein bilden dabei eine Fortsetzung 27 der Innenwand, mit geringem Gewicht geschaffen werden, welches 45 Dj_e Abschnitte 17 und 19 sind derart ausgespart, ein Maximum an Festigkeit aufweist und sich mit daß radiale Wände 29 gebildet werden, die in axialer vernünftigem Kostenaufwand herstellen läßt. Richtung mit Abstand nebeneinander liegen. Auf

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- diese Weise besteht das ganze Gehäuse aus Reihen löst, daß die einander zugewandten Endkanten be- schmaler, von den Abschnitten 17 und 19 gebildeter nachbarter aufgeweiteter Abschnitte durch über die ₅o Schalen, welche durch mit ihnen einstückige, flache verengten Abschnitte axial verlaufende Stege ver- radiale Wände 29 miteinander verbunden sind. Zur bunden sind und daß die Wandstärke des Gehäuses Versteifung dieser Anordnung werden am Umfang <ς V₃ des größten Radialabstands zwischen aufge- des Gehäuses im Abstand zueinander parallele Stege weiteten und verengten Abschnitten ist. 33 vorgesehen, mit denen der Zwischenraum zwi-

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung 55 sehen den einzelnen aufgeweiteten Abschnitten 17 besteht darin, daß die Stege so hoch sind, daß ihre überbrückt wird. Die Stege 33 liegen, wie den F i g. 2 Flächenschwerpunkte mit den Schwerpunkten der _und 3 zu entnehmen ist, auf der Außenseite der ver-Querschnitte der aufgeweiteten Abschnitte etwa auf engten Abschnitte 19 auf. Diese Stege, die sich voreiner Geraden liegen. zugsweise etwas über die äußere Oberfläche der Ab-

An Hand der Figuren wird die Erfindung beispiels- 60 schnitte 17 erheben, halten die ganze Konstruktion weise näher erläutert. zusammen. Die Flächenschwerpunkte der Stege liegen

Es zeigt mit den Schwerpunkten der Querschnitte der auf-

Fig. 1 eine Schrägansicht eines etwa rohrförmigen geweiteten Abschnitte 17 etwa auf einer Geraden. Gehäuses für Axialgasturbinen, Auf das Gehäuse 10 einwirkende axiale Belastungen

F i g. 2 einen Teil eines vergrößerten Axialschnitts 65 und Biegemomente werden zwischen den aufgeweidurch das in F i g. 1 dargestellte Gehäuse, teten Abschnitten 17 über die Stege 33 auf nähe-

F i g. 3 einen Teil einer teilweise geschnittenen An- rungsweise geraden und nicht unterbrochenen Kraftsicht des in F i g. 2 dargestellten Gehäuses, linien übertragen.

Claims (2)

Bei der Herstellung eines solchen Gehäuses wird so verfahren, daß das Gehäuse zunächst als ungeteilter Ring geschmiedet, maschinell auf die gewünschte Größe gebracht und dann längs der Flanschlinie auseinandergetrennt wird. Darauf werden die abwechselnd aufgeweiteten und verengten Abschnitte eingefräst, wobei, wie in F i g. 3 gezeigt, die Stege 33 stehen bleiben, so daß die ganze Rippenkonstruktion aus zwei zusammenhängenden Teilen besteht. Das Gehäuse läßt sich noch zusätzlich durch rund um den Umfang laufende, im Abstand voneinander angeordnete Rippen 35 versteifen, die zwischen den aufgeweiteten und verengten Abschnitten angeordnet sind, wie aus F i g. 2 hervorgeht, und im wesentlichen eine Verlängerung der radialen Wände 29 bilden. Die oben beschriebene Bauweise des Gehäuses ermöglicht eine extrem dünne und damit leichte Konstruktion. Bei dieser neuartigen Bauweise wird unter anderem erreicht, daß die Gehäusestärke 37, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist, nicht größer als ein Drittel des größten Radialabstands 39 zwischen aufgeweiteten und verengten Abschnitten ist (F i g. 2). Es ist ersichtlich, daß dann mit Ausnahme der in gegenseitigem Abstand angeordneten Stege 33 das ganze gerippte Gehäuse die mit 37 bezeichnete Wandstärke aufweist. Wird als Baumaterial Titan verwendet, so ist das Gehäuse nicht nur sehr fest, sondern auch außerordentlich leicht. Aus den F i g. 4 und 5 sind weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Gehäuses zu ersehen. F i g. 4 zeigt die Flanschverbindung zwischen den beiden Segmenten 11 und 12. Offensichtlich fällt die Spannungsrichtung zwichen den Segmenten in die Linie 41, die der Ringspannung entspricht. Diese Spannung hat in einer Maschine mit einem hohen Innendruck das Bestreben, die Segmente auseinanderzuziehen und längs der Flansche zu biegen. Normalerweise sind die Flansche in einem gewissen Abstand längs der Schraubenmittellinie 43 zusammengeschraubt. Bei der vorliegenden Konstruktion besteht die Möglichkeit, die meisten, wenn nicht alle Schraubenverbindungen bei 42 näher an die Kraftwirkungslinie 41 heranzurücken, so daß sie näherungsweise längs dieser Linie wirken. Dies wird dadurch erreicht, daß einige der Schrauben wenigstens teilweise in die verengten Abschnitte 19, längs deren Außenfläche, eingesetzt werden. Eine solche Schraube ist bei 47 in den F i g. 3 und 5 gezeigt. Eine Vielzahl dieser Schrauben kann so mit Abstand voneinander längs der Flansche angeordnet sein. Die meisten von ihnen befinden sich, wie gezeigt, in den Abschnitten 19, wodurch die Gesamtstärke des Gehäuses vermindert wird, während sich gleichzeitig die auf den Schrauben lastenden Momente dadurch verkleinern, daß die Schrauben näher zur Kraftwirkungslinie hin verschoben werden. Auf diese Weise läßt sich die notwendige Schraubengröße herabsetzen und auch die Anzahl und Größe aller anderen benötigten Schrauben vermindern. Der Ausdruck »teilweise« soll in diesem Zusammenhang sowohl einen Teil der Schrauben als auch ihre teilweise Anordnung in den verengten Abschnitten umfassen. F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses. Danach kann die von der Innenfläche des Abschnitts 17 gebildete Führungsschiene 31 abgeschrägt werden, wie dies bei 49 gezeigt ist. Dadurch läßt sich erreichen, daß sich die Metallmasse der Leitschaufel 25 nicht ändert und die Spannungskonzentration verringert wird, wenn der ganze Schaufelfuß nach innen, d. h. von der durchgezogenen Linie 51 zu der unterbrochenen, schräg verlaufenden Linie 49 verschoben wird. Abgeschrägte Konstruktionen dieser Art sind zwar allgemein bekannt, in Verbindung mit dieser neuartigen Bauweise eines Statorgehäuses sind sie jedoch neu und fortschrittlich, da sie eine weitere Querschnittsverminderung ermöglichen, indem sie die Außenwand des Abschnitts 17 aus der mit einem durchgehenden Linienzug in die mit einem unterbrochenen Linienzug gezeichnete Lage verschieben und dadurch die Gehäusestärke um den Betrag 52 am äußeren Umfang verringern, obgleich das ursprüngliche Maß der Wandstärke beibehalten wird. Diese Bauweise gestattet wiederum, daß die Schrauben noch weiter an die Mittellinie herangerückt werden, was zur Folge hat, daß das ganze Gehäuse noch dünner gebaut werden kann. Ein weiterer Vorteil des neuartigen Gehäuses besteht darin, daß bei irgendeiner Beschädigung der Gehäusewand das Gehäuse selbst seine Funktion weiter erfüllt, mit Ausnahme der Stelle, an der die Beschädigung erfolgt ist. Dieser Vorteil ist auf die axialen Stege 33 zurückzuführen, die die Rippenkonstruktion in Längsrichtung zusammenhalten. Falls eine Laufschaufel abbricht, kann diese zwar die Gehäusewand an den Abschnitten 19, wie in den F i g. 2 und 3 gezeigt, durchschlagen; dadurch entsteht aber nur ein Loch in der Gehäusewand, das Gehäuse selbst dagegen wird nicht zerstört. Obgleich das Arbeitsmittel durch das entstandene Loch ausströmt, kann das Gehäuse weiterhin seine Aufgabe erfüllen. Die erfindungsgemäße Gehäusekonstruktion ist fest genug, um sowohl als Befestigungsvorrichtung für das Triebwerk als auch als Tragvorrichtung für die üblichen Einzelteile auf der Außenseite zu dienen. In diesem Zusammenhang ergibt sich ein weiterer Vorteil: Bei der Verwendung von verstellbaren Leitschaufeln kann, wie es beispielsweise am rechten Ende von F i g. 1 dargestellt ist, das Gestänge auf Grund der kleineren Flanschdurchmesser näher an die Gehäuseoberfläche herangerückt werden. Dies hat eine Verbesserung des Gestängemechanismus zur Folge, da er sich auf Grund der Tatsache, daß auch sein Durchmesser verkleinert werden kann, vereinfachen läßt. _ .. , Patentansprüche:

1. Gehäuse für Axialgasturbinen von Rohrform mit Versteifungsrippen und axial abwechselnd ringförmig aufgeweiteten und verengten Abschnitten, von denen die ersten die Leitschaufeln tragen und die letzteren die Laufschaufeln mit radialem Spalt umhüllen, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Endkanten benachbarter aufgeweiteter Abschnitte (17) durch über die verengten Abschnitte (19) axial verlaufende Stege (33) verbunden sind und daß die Wandstärke (37) des Gehäuses <^/3 des größten Radialabstands zwischen aufgeweiteten und verengten Abschnitten ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (33) so hoch sind, daß ihre Flächenschwerpunkte mit den Schwerpunkten der Querschnitte der aufgeweiteten Abschnitte (17) etwa auf einer Geraden liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen