DE1576987A1 - Bewegliche Schaufeleinheit - Google Patents

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße Anlage Aktenzeichen

_ZUr Eingabe vom J)O, Oktober 1967 Sch+ Name d.Anm. United Aircraft Corporation

Bewegliche Schaufeleinheit

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine bewegliche Schaufeleinheit für ein Fluidumsströmungssystem. Sie betrifft insbesondere eine bewegliche Schaufeleinheit für eine Turbinenschaufel an Ordnung und eine Dichtungsanordnung für diese Schaufeleinheit, mit der das Auslecken des Systemfluidums verhindert oder auf einen äußerst geringen Wert herabgedrückt wird.

Bei vielen Gasturbinenanlagen wünscht man die Turbinenstatorschaufeln zu drehen, um die Luftströmungsfläche zwischen den Schaufeln zu verändern. Die Drehung der Turbinenstatorschaufeln ist von besonderem Interesse bei Hochleistungs-Plugzeug-Gasturbinentriebwerken, und zwar vor allem in der strömungsabwärts liegenden Stufe oder in den strömungsabwärts liegenden Stufen eines Triebwerkes mit mehr als einer Stufe oder Reihe von Turbinenstatorschaufeln. Wenn eine Anordnung von sich drehenden Schaufeln wirksam und brauchbar sein soll, muß jedoch durch eine geeignete Abdichtung dafür gesorgt werden, daß äußerst wenig kSystemfluidum ausleckt und daß die Schaufeln sich beispielsweise unter der Wirkung einer thermischen Verformung verstellen können.

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Das Problem der Schaffung einer.wirksamen Dichtungsanordnung, mit der das Auslecken von Systemfluidum verhindert oder auf einen äußerst geringen Wert herabgedrückt wird, ist von größerer Bedeutung. Durch das Auslecken von Systemfluidum kann die Leistung des Systems ganz erheblich beeinträchtigt werden und dieses Problem ist noch schwerwiegender, wenn sich die Leckverluste mit den Veränderungen der Stellung der Statorschaufeln ändern. Von besonderer Bedeutung ist dieses Problem bei Plugzeug-Gasturbinentriebwerken, bei denen das Systemfluidum der Turbine das Brenngas ist, das zur Erzeugung des Vorwärtsschubes nach hinten ausgestoßen wird. Wenn die Brenngase um die drehbaren Turbinenschaufeln herum auslecken, wird hierdurch nicht nur die Menge des Gases verringert, aus dem in der Turbine Energie zum Antrieb des Verdichters gewonnen wird, sondern es wird auch die Gasmasse verringert, die zur Schuberzeugung aus dem hinteren Ende der Turbine ausgestoßen wird; ferner kann durch dieses Auslecken eine Überhitzung der sonst kühleren Teile verursacht werden.

Wenn die drehbaren Statorschaufeln - abgesehen von ihrer Drehung um ihre Drehachse - ihre Lage verändern, entstehen hierdurch in zweierlei Hinsicht Schwierigkeiten: einerseits wird die oben erörterte Vermeidung des Ausleckens von Systemfluidum schwieriger und andererseits bereitet es Schwierigkeiten, dafür zu sorgen, daß die Schaufeln ihre Drehbarkeit bewahren. Eine Lageveränderung, die in diesem Zusammenhang von Bedeutung ist, kann beispielsweise durch eine thermische Verformung hervorgerufen werden, die eine ungleichmäßige Expansion zwischen den Enden der drehbaren Schaufeleinheit verursachen kann. Es muß daher Vor-

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sorge dafür getroffen werden, daß eine solche Lageveränderung der Schaufeln nicht zum Auslecken von Systemfluidum oder zu einer Beeinträchtigung der Drehbarkeit der Schaufel führt.

Die vorliegende Erfindung wird hier am Beispiel eines Plugzeug-Gasturbinentriebwerkes beschrieben; selbstverständlich ist die Erfindung jedoch in gleicher Weise bei irgendwelchen Turbinenanordnungen mit oder ohne Verdichter anwendbar, bei denen drehbare Statorschaufeln vorgesehen sind.

Bei der vorliegenden Erfindung sind die drehbaren Statorschaufeln ringförmig um die Triebwerksachse angeordnet. Die drehbaren Statorschaufeln haben alle im Querschnitt eine stromlinienkörperförmige Gestalt und die Schaufeln erweitern sich an ihren Enden zu einer inneren und einer äußeren Endplattform, die kreisförmige Teile oder Abschnitte hat. Die Plattformen passen in entsprechend gestaltete Ausnehmungen in einem inneren und einem äußeren Gehäuse und die Gehäuse bilden jeweils gemeinsam einen inneren und einen äußeren Ring, wobei diese Ringe in Höhe der Enden der Schaufeln liegen..Das äußere Gehäuse hat rechteckigen Querschnitt und weist mit Rücksicht auf die Leistung eine zur Drehachse der' Schaufel unter einem Winkel geneigt angeordnete Vorderfläche auf. Die äußere Endplattform der Schaufel hat eine in gleicher Weise geneigt angeordnete Vorderfläche, iie mit der geneigten Vorderfläche des äußeren Gehäuses derart zusammenwirkt, daß eine im wesentlichen durchlaufende, geneigte Vorderfläche entsteht, wenn die Schaufel nicht \s*dreht ist. Einseitig mit überdruck beaufschlagter Dichtungsring bildet eine Dichtung zwischen der äußeren Endplattform un1 dem äußeren Gehäuse. Das innere Gehäuse bildet einen Teil der 1ie einzelnen Stufen

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abteilenden Membran oder Trennwand und ein Kugelgelenklager am inneren Ende der Schaufel läßt sowohl eine radiale Bewegung der Schaufel als auch eine relative Schwenkbewegung zwischen der Trennwand und'der Schaufel zu.

Eine unter hohem Druck stehende und verhältnismäßig kühle Luft, beispielsweise ein Teil der vom Verdichter abgegebenen Luft, wird sowohl durch die Gehäuse an den Schaufelenden als auch die Schaufel selbst geleitet, wobei diese Luft sowohl zur Kühlung dient als auch bewirkt, daß äußerst wenig heiße Turbinengase auslecken. Die Kühlluftströmung weist einen höheren Druck auf als das in der Turbine arbeitende Pluidum und die Kühlluftströmung bewirkt auf zweierlei Weise, daß äußerst wenig Arbeitsfluidum ausleckt, und zwar einerseits dadurch, daß mit aer Kühlluftströmung die Dichtungselemente angepreßt werden, und andererseits dadurch, daß an den Stellen, wo möglicherweise ein Auslecken des Arbeitsfluidums auftreten könnte, eine Kühlluftströmung vom Gehäuse nach innen in die Turbinenströmung hinein erzeugt wird.

Die- vorliegende Erfindung soll daher eine neue Anordnung für eine drehbare 3tatoroChaufel und für eine Abdichtung derselben bei einer Turbinenanlage, insbesondere bei einem Gasturbinentriebwerk, schaffen. Die Anordnung gemäß der Erfindung soll sich insbesondere zur Verwendung in der Turbineneinheit eines Gasturbinentriebv;erkes eignen. Hierbei ist wiederum insbesondere an die Anwendung ier Erfindung in der Turbineneinheit des Gasturbinentriebwerkes eines Flugzeuges gedacht.

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Die Erfindung soll ferner eine neue drehbare Statorschaufel und eine Dichtung schaffen, bei denen der FIuidumsdruck zur Abdichtung beiträgt. Ferner soll die Erfindung eine drehbare Statorschaufel und eine Dichtungseinheit schaffen, bei denen das Kühlfluidum des Systems zur Dichtung beiträgt. Auch soll bei der neuen, drehbaren Statorschaufel und Dichtungseinheit gemäß der Erfindung eine Lageveränderung der Schaufel möglich sein, ohne daß die Drehbarkeit der Schaufel oder die Abdichtung beeinträchtigt wird.

Weitere Aufgaben, Merkmal^iind Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie aus den beiliegenden Zeichnungen, auf die in der weiteren Beschreibung Bezug genommen wird.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung - teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt - ein Flugzeug-Gasturbinentriebwerk.

B¹Ig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine bewegliche Statorschaufel mit ihrer Dichtung bei einer Statoranordnung gemäß vorliegender Erfindung.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht nach der Linie 5-3 in Fig. 2 auf das innere Ende der Statoranordnung.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht nach der ^inie 4-4 in Fig. auf das äußere Ende der Statoranordnung.

In Fig. 1 ist ein Flugzeug-Turbinerjjgasjtriebwerk 10 dargestellt.

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Das Triebwerk 10 weist einen Lufteinlaß 12, einen Verdichterabschnitt 14, einen Brennkammerabschnitt oder Brennkammern 16, einen Turbinenabschnitt 18 und eine Austrittsdüse 20 auf. Der Turbinenabschnitt 18 weist ein äußeres, ringförmiges Gehäuse 22 auf, auf dessen Innenseite rundherum eine oder mehre-

+ re Reihen von Turbinenstatorschaufeln 24 angeordnet sind. Die Statorschaufeln 24 sitzen in einer ringförmigen Anordnung um die Triebwerksachse 28 und zumindest einige der Statorschaufeln 24 sind um zur Achse 28 radial verlaufende Achsen drehbar.

Das Triebwerk gemäß Fig. 1 arbeitet grundsätzlich auf die für Gasturbinentriebwerke übliche und bekannte Weise. Die Luft tritt durch den 3inlaß 12 ein, wird im Verdichterabschnitt 14 verdichtet und dann an die Brennkammern 16 abgegeben, >;o Brennstoff zugesetzt und verbrannt wird, um eine Gasströmung hoher Energie und hoher Temperatur zu erzeugen. Die Brenngasströmung wird dann beim Durchgang durch den Turbinenabschnitt 18 expandiert, wobei durch den Turbinenrotor 26 Arbeit zürn Antrieb des Verdichters abgezogen wird; der Brenngasstrom wird dann nach hinten durch die Ausstrittsdüse 20 ausgestoßen, wobei er einen Vorwärtsschub erzeugt. Durch eine Drehung der otatorsehaufeln 24 wird die 3trömungsfläche zwischen den Statorschaufeln verändert, so daß man durch die Drehung der Statorschaufeln 24 zur Anpassung an unterschiedliche Leistungsanforderungen die 5eschwindigkeit und die Richtung der Gasströmung durch die Turbine regulieren kann.

Cn Fig. 2 sind die Einzelhäten e iner drehbaren Statorschaufeliinheit dargestellt, wobei die ganze in Pig. 2 dargestellte Konstruktion zvLjifeilea als &in& Schaufeieinheit oder eine Stator- ~ itatorschaufelr

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+ Jede~der itatorschaufelrelfefcn führt zu einer Rotor-

einheit 26.. ~ ° """-·

einheit bezeichnet wird. Eine Stufe des Rotors 26, eine drehbare Statorschaufel 24 und eine weitere Rotorstufe 26 sind in Fig. 2 nebeneinander dargestellt., wobei die Brenngasströmung von der Brennkammer 16 von links nach rechts durch die Turbineneinheit verläuft; die Triebwerksachse 28 liegt selbstverständlich etwas oberhalb der Pig. 2. Das Innere der Statorschaufel 24 ist zum Durchtritt eines Kühlmittels hohl. Das Kühlmittel kann unter hohem Druck stehende Verdichteraustrittsluft sein/ die auch durch die Endabschnitte der Schaufeleinheit fließt. Der Strömungsweg des Kühlmittels wird weiter unten noch im Einzelnen beschrieben.

Aus den Figuren 2 und j5 ist zu "ersehen, daß die Schaufel 24 im Querschnitt betrachtet im wesentlichen stromlinienkörperförmig gestaltet ist. Am inneren Ende der Schaufel 24 befindet sich eine innere Plattform 30, die einen kreisförmigen Abschnitt j52 von etwa halbkreisförmiger Gestalt am vorderen Ende der Schaufel und einen rechteckigen Teil ^4 am hinteren Ende der Schaufel aufweist. Der kreisförmige Abschnitt 32 paßt und sitzt in einer entsprechend gestalteten Ausnehmung Jü in einem inneren Gehäuse J5ö. Das Gehäuse J 3 wird von einer Triebwerksmerr.bran 40 getragen und bildet eine Verlängerung derselben, wobei diese Membran 40 e-in ringförmiges .'iieinent zur Unterteilung des Gehäuses ist, das von Schaufeln 24 zwischen den Stufen ier Turbinenanordnung getragen oder an der Triefcwerkskonstruktion befestigt sein kann. Das innere Gehäuse J58 erstreckt sich auch um die Triebwerksachse als eine ringförmige Konstruktion am inneren ~Znde der 3-atorschaufeln. Das Gehäuse 36 bildet einen Ring, in dem die Ausnehmungen 36 eine Folge von Nischen bilden, in denen je-

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wells eine Plattform 30 sitzt. Die rechteckigen Teile 34 benachbarter Plattformen haben einen Abstand von etwa 0,508 mm, um eftie Drehung der Plattformen zu ermöglichen.

Ein Hals 42 am inneren Ende der Schaufeleinheit ist in einem Lagerelement 44 gelagert, wobei die äußere Oberfläche des Lagerelementes 44 die Gestalt eines Kugelabschnittes hat, der in einer entsprechend gestalteten öffnung 46 in einem Lagergehäuse 48 angeordnet ist. Ein Teil der öffnung 46 ist in der Membran- oder Trennwandkonstruktion 40 ausgebildet, während ein anderer Teil in einem LageKLement 50 ausgebildet ist, das, wie man sieht, an der Membran oder Trennwand 40 befestigt ist. Die innere Oberfläche des kugeligen Lagers 44 ist zylindrisch und der Teil des Halses 42, der in der zylindrischen Bohrung sitat, bildet einen Drehzapfen. Infolge der kugeligen Gestalt des Lagers 44 kann die Schaufel 24 eine geringfügige Hin- und Herbewegung ausführen, ohne die Drehlageranordnung zwischen dem Lager 44 und dem Hals 42 zu zerstören.

Ein Durchlaß 52 im Hals 42 führt vom hohfcn Innenraum der Schaufel 24 in eine Kammer 54; ferner führt ein Kanal 56 im Gehäuse 48 von der Kammer 54 zu einer Kammer 58 zwischen dem Gehäuse und dem häbkreisförmigen Vorderabschnitt 32 der inneren Plattform 30. Das Kühlmittel aus dem inneren Hohlraum in der Schaufel 24 strömt durch den Kanal 52 in die Ringkammer 54 und dann über den Kanal 56 in die Kammer 58, von wo es sich in Richtung des dargestellten Pfeiles rückwärts strömend mit der Arbeitsfluidumsströmung der Turbine vereinigt. Die hier beschriebene Kühlmittelströmung erfüllt zugleich zwei Aufgaben. Einmal dient

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die Kühlmittelströmung zur Kühlung des inneren Endes der Schaufeleinheit. Zum anderen trägt die Kühlmittelströmung dazu bei, daß äußerst wenig Brenngase zwischen dem halbkreisförmigen Abschnitt 32 der inneren Plattform 30 und der entsprechend gestalteten Ausnehmung 36 hindurch auslecken. Sine gute Passung zwischen den aufeinanderpassenden Teilen der Ausnehmung 36 und des halbkreisförmigen Abschnittes 32, zwischen denen ein Spalt mit einer maximalen Breite von nur 0,1016 mm vorhanden ist, sorgt ddllr, daß äußerst wenig Arbeitsfluidum der Turbine zwischen dem halbkreisförmigen Abschnitt und der Ausnehmung ausleckt und der höhere Pluidumsdruck in der Kammer 58 bewirkt, daß, wenn überhaupt eine Leckströmung auftritt, diese von der Kammer 58 in die Arbeitsströmung des Pluidums hinein und nicht umgekehrt stattfindet, so daß nur eine äußerst geringe Gefahr besteht, daß das Arbeitsfluidum der Turbine an dieser Stelle ausleckt.

Es wird nun auf die Figuren 2 und 4 Bezug genommen. Die Schaufel 24 erweitert sich an ihrem äußeren Ende von ihrer strom-1inienkörperförmigen Gestalt zu einer äußeren Plattform 60, die an der Vorderkante der Schaufel einen kreisförmigen Abschnitt 62 und auch an der Hinterkante der Schaufel einen kreisförmigen Abschnitt 64 aufweist, wobei diese beiden kreis-

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förmigen Abschnitte 62 und 64 durch einen im wesentlichen rechteckigen Teil 66 miteinander verbunden sind. Die äußere Plattform 60 sitzt in einem äußeren Gehäuse 68, das kreisförmige Öffnungen 70 und 72 zur Aufnahme der kreisförmigen'Abschnitte 62 bzw. 64 hat. Die Seiten des Gehäuses 68 zwischen den Ausnehmungen 70 und 72 sind offen und die Seiten des rechteckigen

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Teils 66 erstrecken sich zwischen den Ausnehmungen 70 und 72 normalerweise wie eine Portsetzung der Seiten des äußeren Gehäuses 68. Die Gehäuse 68 am Ende sämtlicher Schaufeln bilden einen äußeren Ring um die Schaufeln.

Aus Fig. 4 ist am besten zu erkennen, daß die benachbarten Gehäuse 68 aneinanderstoßen und während des Betriebs des Triebwerks dicht in Berührung miteinanderliegen, damit möglichst wenig Triebwerksfluidum auslecken kann; der Spalt zwischen den geraden Seitenkanten der benachbarten rechteckigen Teile 66 ist etwa 0,508 mm breit. Der Abstand zwischen den rechteckigen Teilen 66 der benachbarten äußeren Plattformen 60 läßt eine geringfügige Drehung der Schaufeln um die Achse 43 des Halses 42 zu, während er gleichzeitig äußerst wenig Turhtienfluidum zwischen den Gehäusen 68 auslecken läßt. Die geringe Drehbarkeit reicht aus, um eine Änderung der Richtung und Geschwindigkeit des zwischen den Statorschaufeln hindurchtretenden Turbinenfluidums zur Veränderung der Turbinenleistung zu bewirken.

Aus Fig. 2 ist am besten zu erkennen, daß das vordere Ende des äußeren Gehäuses 68 langer als das hintere Ende sein kann, so daß die Oberseite des äußeren Gehäuses 68 zur Achse 4j5 geneigt ist. Desgleichen ist die Oberseite der Plattform 60 unter dem gleichen Winkel wie die Oberseite des Gehäuses 68 geneigt angeordnet, so daß die Oberseite des Gehäuses 68 und die Oberseite der Plattform 60 gemeinsam eine im wesentlichen gleichmäßige Oberfläche bilden, die mit der Achse 43 einen Winkel bildet, der kein rechter Winkel ist. Die geneigte Oberfläche bewirkt einen bevorzugten Strömungsverlauf für die zwischen den Statorschaufeln

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hindurchtretenden Turbinentreibgase.

Das rechteckige Gehäuse 68 geht in eine zylindrische Hülse 78 über, die in einem Abschnitt 22a des Gehäuses 22 sitzt und mit einem Stift 80 gegen eine Drehung festgelegt ist. Die Hülse 78 setzt sich mit einem hohlzylindrischen Teil 82 fort. Der hohlzylindrische Teil 82 1st mit ineinandergreifender Passung in das äußere Gehäuse 22 eingepreßt, um ein Auslecken von Systemfluidum nach außen zu verhüten. Ein zylindrischer Teil 84 erstreckt sich von der Unterseite der Plattform 60 in die Hülse hinein und geht in einen hohlzylindrischen Teil 86 über, der im hohlzylindrischen Teil 82 liegt.

In einer Ausnehmung 90 auf der Unterseite der Plattform 60 sitzt ein Dichtungsring 88, wobei sowohl der Dichtungsring 88 als auch die Ausnehmung 90 mit der Achse 43 einen Winkel bilden, der gleich dem Winkel der Oberfläche der Plattform 60 und des Gehäuses 68 mit dieser Achse 43 ist, so daß diese parallel zum Strömungsverlauf des Turbinenfluidums liegen und äußerst wenig Fluidum ausleckt. Sowohl der Ring 88 als auch die Ausnehmung 90 verlaufen kreisförmig um die Achse 43 herum, so daß die Schaufel 24 sich drehen kann, ohne daß die Dichtungsfunktion des Dichtungsringes 88 beeinträchtigt wird.

Aus dem Verdichterauslaß wird unter hohem Druck stehende Luft in einen Kanal 92 im zylindrischen Teil 82 geleitet, die als Kühlfluidum dient. Die aus dem verdichter austretende Luft wird von dem heißen Turbinenfluidum durch ein Gehäuseelement 9^ getrennt, das einen Dichtungsring 96 aufweist, von dem eine Fläche

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mit dem Gehäuse 22a in Berührung steht und dessen Außenseite über einen Kanal 98 mit der unter hohem Druck stehenden Luft beaufschlagt wird. Das Gehäuse 94," der Dichtungsring 96 und das Gehäuse 22a verlaufen selbstverständlich ringförmig um die Achse 28 und trennen das Turbinentrelbfluidum und die aus dem Verdichter austretende Kühlluft vollkommen voneinander.

Nach dem Eintritt in den Kanal 92 fließt die Kühlluft durch eine Kammer 100 und von dort über einen Kanal 102 durch einen schmalen Durchlaß 104, um dann in den hohlen Innenraum der Schaufel 24 zu gelangen. Danach fließt die Kühlluft durch den Kanal 52 im Hals 42 und weiter über die Kammer 54, den Kanal und die Kammer 58, wie dies oben bereits beschrieben wurde.

Der Durchlaß 104 ist ein zwischen einer Verlängerung 106 eines Bolzens 108 und dem zylindrischen Teil 86 ausgebildeter schmaler Durchlaß, so daß die Kühlluft schnell durch den Durchlaß 104 strömt und hierdurch eine unterschiedliche Wärmedehnung der aufeinanderpassenden Flächen im äußeren Ende der Schaufeleinheit vermindert wird.

Der Bolzen IO8 ist in den zylindrischen Teil 86 eingeschraubt und hält einen Betätigungshebel 110, der durch eine Stirnverkeilung 112 mit dem Teil 86 verbunden ist. Eine Drehung des Betätigungshebels 110 wird über die Stirnverkeilung 112 auf das zylindrische Teil 86 übertragen und bewirkt daher eine Drehung der Schaufel 24 um die Achse 4^.

Das durch die Schaufel 24 hindurchtretende Kühlfluidum wird über einen Kanal 114 auch in eine Kammer 116 unter der Plattform

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geleitet. Von der Kammer 116 gelangt das unter Überdruck stehende Kühlfluidum durch einen schmalen Spalt 118 auf die Unterseite des Dichtungsringes 88, so daß es den Dichtungsring 88 nach oben in dichte Berührung mit der Unterseite der Plattform 60 drückt. Das unter Überdruck stehende Kühlmittel füllt auch die Kammer 9°* um den Dichtungsring 88 nach außen in dichte Anlage an die Innenseite der Hülse 78 zu drücken.

Die Außenseiten des zylindrischen Teils 86, die mit den Innenseiten des zylindrischen Teils 82 in Berührung stehen, weisen eine Oberflächenhärtung auf, die beispielsweise aus einer Chrom-Carbid-Schicht besteht. Diese harten Oberflächen haben einen geringen Reibungsbeiwert und geringen Verschleiß bei hohen Temperaturen. Die InnenflädBn des zylindrischen Teils 82, die mit den gehärteten Außenflächen des zylindrischen Teils 86 in Berührung stehen, sind mit einem hitzebeständigen, festen Gleitmittel bedeckt, beispielsweise mit einer Molybdän-Disulphid-Verbindung. Diese aufeinandergleitenden Oberflächen haben daher eine äußerst geringe Reibung und geringen Verschleiß bei hohen Temperaturen. Die ganze äußere Gehäusekonstruktion einschließlich des äußeren rechteckigen Gehäuses 68 mit der Hülse 78 und dem zylindrischen Teil 82 bilden einen hülsenartigen Einsatz, so daß man Lagermaterilj&ien verwenderjfcann, die sich vom Material j des Gehäuses unterscheiden, und daß man diese aus dem Lager- \ material bestehenden Teile leicht austauschen kann, wenn ein Verschleiß eingetreten ist. Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß das rechteckige Gehäuse 68 als eine Wärmebarriere zwischen dem Gehäuse 22 und dem heißen Turbinentreibfluidum dient. Da , sich das äußere Gehäuse 68 unabhängig vom Gehäuse 22 frei aus-

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dehnen kann, sind die Wärmespannungen im Gehäuse 22 wesentlich herabgesetzt.

Pur den Fachmann liegt es auf der Hand, daß eine wesentliche Temperaturdifferenz im Bereich des äußeren Endes der Statoreinheit vorhanden sein kann. Die Teile auf der Innenseite des Gehäuses 22 sind den heißen Brenngasen ausgesetzt, während die Teile auf der Außenseite des Gehäuses 22 Temperaturen ausgesetzt sind, die in der Nähe der normalen Umgebungstemperaturen liegen. Im Gehäuse 22 kann daher eine ganz erhebliche Temperaturdifferenz vorhanden sein. Darüberhinaus ändert sich diese Temperaturdifferenz mit einer Änderung der Brenngastemperatur oder der Umgebungstemperatur; diese Temperaturdifferenz kann zu einer Expansion oder Kontraktion der Teile und folglich zu einer Winkelverstellung der Schaufel 24 zu seiner Drehachse führen, und zwar insbesondere vorwärts und rückwärts, wenn die Membran- oder Trennwandkonstruktion 40 an der Triebwerkskonstruktion befestigt ist. Wenn eine solche Bewegung der Schaufel auftritt, wird diese auf das kugelige Lager 44 übertragen und das kugelige Lager 44 verdreht sich in seinem Gehäuse 48, so daß die ganze Statoreinheit schwenken kann. Da die Verdrehung oder Verschwenkung des kugeligen Lagers 44 in seinem Gehäuse eine Verschwenkung der ganzen Statoreinheit als einteiliges Element ermöglicht, bleiben in diesem Falle die oben beschriebenen Abdichtungen wirksam, so daß die Gesamtabdichtung unverändert ^; bleibt.

Falls die Membran oder Trennwand 40 von den Schaufeln 24 getragen wird, läßt das kugelige Lager 44 eine durch Druck bewirkte

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Bewegung der Trennwand 40 gegenüber der Schaufel zu, ohne daß die Abdichtung oder Drehbarke.it der Einheit beeinträchtigt wird.

Eine Radialbewegung des inneren Endes der Schaufel zur Triebwerksmittelachse hin oder von dieser weg ist durch die zylindrischen Berührungsflächen zwischen dem Hals 42 und dem Lager 44 möglich.

Es wurde hier nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben, die in vielfacher Hinsicht abgewandelt und verändert werden kann, ohne daß damit der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Das dargestellte und beschriebene AusfUhrungsbeispiel dient selbstverständlich nur zur Erläuterung und nicht zur Abgrenzung des Erfindungsgedankens.

Patentansprüche :

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Claims (10)

Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße 31 Anlage Aktenzeichen zur Eineobe vom 30. Oktober 1967 Sch+ Name d.Anm. Unit ed Aircraft Corporation Patentansprüche

1. Bewegliche Schaufeleinheit für ein Fluidumsströmungssystem, insbesondere Statorschaufeleinheit bei Gasturbinentriebwerken, gekennzeichnet durch einen Schaufelkörper (24) mit im Querschnitt stromlinienkörperförmiger Gestalt, durch eine erste Endplattform (60) an einem Endendes Schaufelkörpers, von der zumindest ein Teil (62,64) kreisförmige Gestalt hat durch eine zweite Endplattform (30) am anderen Ende des Schaufelkörpers, die einen kreisförmigen Teil (52) aufweist, durch ein erstes Gehäuse (68) für die erste Endplattform (60), das eine zumindest teilweise kleisbogenförmige und der kreisbogenförmigen Gestalt der ersten Endplattform (60) entsprechende öffnung (70,72) aufweist und die erste Endplattform aufnimmt, durch eine Dichtung (88) zwischen der ersten Endplattform (60) und dem ersten Gehäuse (68) zur Verhütung eines Leckens zwischen dem ersten Gehäuse und der ersten Endplattform, durch Einrichtungen zur Erzeugung eines Druckunterschiedes auf den beiden Seiten der Dichtung (88), um diese Dichtung in dichte Anlage an das erste Gehäuse zu pressen, durch ein zweites Gehäuse (58) für die zweite Endplattform (JQ, das einen kreisförmigen Abschnitt (36) zur Aufnahme des kreisförmigen Teils (32) der zweiten Endplattform hat, durch einen von der zweiten Endplatt-

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form (30) wegragenden Drehzapfen (42), durch ein diesen Drehzapfen zur Drehung der Schaufel (24) um eine bestimmte Achse (4j5) drehbar aufnehmendes Lager (44), durch ein Gehäuse (48) für dieses Lager, durch einen Kugelabschnitt (46) auf dem Lager (44) zur Ermöglichung einer gegenseitigen Winkelbewegung zwischen dem Gehäuse und der Schaufel und durch eine mit der ersten Endplattform (60) verbundene Einrichtung (110) zur Verstellung der Schaufel (24) um die erwähnte Drehachse (43).

2. Schaufeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gehäuse (68) im Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist und daß das erste Gehäuse eine erste Oberfläche aufweist, die gegenüber der erwähnten Drehachse (43) geneigt ist.

3. Schaufeleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Endplattform (60) eine erste Oberfläche aufweist, die zur erwähnten Drehachse (43) geneigt ist, wobei die erwähnten ersten Oberflächen des Gehäuses (68) und der ersten Endplattform (60) gemeinsam eine im wesentlichen durchgehende, zur erwähnten Drehachse (43) geneigte Oberfläche bilden.

4. Schaufeleinheit nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der ersten Oberflächen sowohl der ersten Sndplattform (60) als auch des ersten Gehäuses gegenüber der erwähnten Drehachse (43) kein rechter Winkel ist.

5. Schaufeleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Oberfläche der ersten Endplattform (60) beiderseits eines rechteckigen Teils (66) einen ersten und einen

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zweiten kreisförmigen Abschnitt (62,64) aufweist.

6. Schaufeleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung ein Dichtungsring (88) ist, dessen eine Oberfläche mit dem ersten Gehäuse (68) in Berührung steht und der in einer Ebene angeordnet ist, die zu der Ebene parallel ist, in der die im wesentlichen durchgehende Oberfläche liegt.

7· Schaufeleinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung eines Druckunterschiedes auf den beiden Seiten des Dichtungsringes (88) aus Kanälen zur Zuleitung eines Druckfluidums mit höherem Druck als der Systemfluidumsdruck auf diejenige Seite des Dichtungsringes bestehen, die vom ersten Gehäuse (68) abgelegen ist.

8. Schaufeleinheit nach Anspiu cn 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelkörper (24) zum Durchtritt eines Kühlfluidums hohl ist und daß das erste Gehäuse (68) einesj herausragenden Abschnitt zum Durchtritt des Kühlfluidums hat, von dem das Kühlfluidum in den hohlen Schaufelkörper strömt.

9. Schaufeleinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im herausragenden Abschnitt ein Kanal ausgebildet ist, der eine Außen- und Innenfläche aufweist, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um das Kühlfluidum zu mindestens einem _/ Teil der Außen- und Innenoberfläche zu leiten.

10. Schaufeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Endplattform (50) einen im wesentlichen halbkreisförmigen Abschnitt (32) und einen von diesem wegragenden

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rechteckigen Abschnitt (^4) aufweist und daß das zweite Gehäuse (38) nischenförmige Gestalt hat, wobei diese Gestalt, abgesehen von den nahe den rechteckigen Teilen liegenden Bereichen dem
halbkreisförmigen Abschnitt (32) im wesentlichen entspricht.

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