DE19812380A1

DE19812380A1 - Träger für Dichtung mit geringer Wärmeausdehnung

Info

Publication number: DE19812380A1
Application number: DE19812380A
Authority: DE
Inventors: David W Dewis; Boris Glezer
Original assignee: Solar Turbines Inc
Current assignee: Solar Turbines Inc
Priority date: 1997-07-21
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-01-28
Also published as: US6142731A; JPH1162510A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Gas turbinenmotor und insbesondere auf ein System zum Be festigen eines Rings mit geringer Wärmeausdehnung zum radialen Abdichten um ein Turbinenrad herum.

Stand der Technik

Beim Betrieb eines Gasturbinenmotors wird Luft bei atmosphärischem Druck anfangs durch einen Kompressor komprimiert und an eine Verbrennungsstufe geliefert. In der Verbrennungsstufe wird Wärme zu der den Kompressor verlassenden Luft hinzugefügt durch Hinzufügen von Brennstoff zu der Luft und durch Verbrennen des Brenn stoffs. Die Gasströmung, die sich aus der Verbrennung des Brennstoffs in der Verbrennungsstufe ergibt, dehnt sich dann aus durch eine Düse, die das heiße Gas zu einer Turbinenschaufel leitet und einen Teil von dessen Energie liefert, um die Turbine anzutreiben und mechanische Lei stung zu erzeugen.

Um die Effizienz zu erhöhen, besitzt die Düse eine vorher festgelegte aerodynamische Kontur. Die Axialturbine be steht aus einer oder mehreren Stufen, die jeweils eine Reihe stationärer Düsenleitschaufeln und eine Reihe von sich bewegenden Schaufeln bzw. Flügeln, die auf einer Turbinenscheibe angebracht sind. Die aerodynamisch kon struierten Düsenleitschaufeln leiten das Gas gegen die Turbinenflügel bzw. -schaufeln und erzeugen ein Antriebs drehmoment und übertragen dadurch kinetische Energie auf die Flügel bzw. Schaufeln.

Die Gasströmung, die typischerweise durch die Düse eintritt, wird zu der Turbine geleitet mit einer Ein trittstemperatur von 1010 Grad bis mindestens 1204 Grad Celsius. Da die Effizienz und Arbeitsausgabe des Turbi nenmotors mit der Eintrittstemperatur der eintretenden Gase in Beziehung steht, gibt es einen Trend in der Gasturbinenmotortechnologie, die Gastemperatur zu erhö hen. Eine Konsequenz davon ist, daß der Bereich von Tem peraturgradienten zwischen Starten, Betrieb und Stoppen vergrößert wird und die relative Ausdehnung zwischen dem Dichtring und der Turbinenschaufel kompensiert werden muß.

Zusätzlich ist ein Dichtring um die Turbinenscheibe und die sich bewegenden Flügel bzw. Schaufeln positioniert. Der Dichtring dehnt sich thermisch aus und zieht sich zusammen abhängig von der derzeitigen Temperatur. Um die relative Wärmeausdehnung zu kompensieren, wie beispiels weise beim Starten und Stoppen, ist ein Zwischenraum oder Freiraum typischerweise zwischen der Spitze der Turbi nenschaufel oder der Rotordichtung und dem stationären Dichtring vorgesehen. Je größer der Zwischenraum zwischen dem Dichtring und den Turbinenschaufeln ist, desto we niger effizient ist die Kombination. Wenn jedoch der Zwischenraum zwischen den Turbinenschaufeln und dem Dichtring nicht beibehalten wird, werden die Schaufel spitzen an dem Dichtring reiben und mit diesem zusammen stoßen, was ein strukturelles Versagen der Komponenten bzw. Bauteile zur Folge hat.

Historisch gesehen wurden Düsenleitschaufeln, Tur binenflügel bzw. -schaufeln und Dichtringe aus Metallen hergestellt, wie beispielsweise Hochtemperaturstählen, und in neuerer Zeit aus Nickellegierungen. Bei den meisten dieser Anwendungen hat es sich als notwendig erwiesen, interne Kühldurchlässe vorzusehen, um ein Schmelzen zu verhindern. Die Verwendung von keramischen Beschichtungen kann die Wärmebeständigkeit von Düsenleit schaufeln und (Turbinen-)Flügeln bzw. Schaufeln ver bessern. Bei spezialisierten Anwendungen bestehen Düsenleitschaufeln und (Turbinen-)Flügel bzw. Schaufeln vollständig aus Keramik, wodurch eine Beständigkeit gegenüber noch höheren Gasströmungseintrittstemperaturen erreicht wird.

Keramische Materialien sind Metallen bei Hochtemperatur anwendungen überlegen auf Grund ihres niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten.

Wenn eine Keramikstruktur verwendet wird, um ein Metall teil zu ersetzen, oder wenn sie mit einem Metallteil kombiniert wird, ist es notwendig, übermäßige thermische Belastungen bzw. Spannungen zu vermeiden, die erzeugt werden durch ungleichmäßige Temperaturverteilung oder durch den Unterschied zwischen ihren linearen Wärme ausdehnungskoeffizienten. Die unterschiedliche chemische Zusammensetzung, physikalischen Eigenschaften und Wärme ausdehnungskoeffizienten der Keramik gegenüber denen einer Metalltragstruktur ergibt unerwünschte Belastungen. Ein großer Teil der unerwünschten Belastungen ist thermische Belastung bzw. Spannung. Thermische Belastung bzw. Spannung wird aufgebaut entweder in den Düsenleit schaufeln, in den (Turbinen-)Flügeln bzw. Schaufeln und/oder in dem Dichtring und zwischen den Düsenleit schaufeln, den (Turbinen-)Flügeln bzw. Schaufeln und/oder dem Dichtring und ihren Trägern bzw. Tragstrukturen, wenn der Motor arbeitet.

Ferner sind herkömmliche Düsen-, Flügel- und Dichtring konstruktionen, die aus Metallmaterial hergestellt sind, in der Lage diese Wärmebelastungen zu absorbieren oder ihnen zu widerstehen. Die chemische Zusammensetzung von keramischen Düsen, Flügeln und Dichtringen hat nicht diese Eigenschaften, hohe Wärmebelastungen, die von Natur aus eine Zugspannung ist, zu absorbieren oder ihnen zu widerstehen.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu lösen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Gasturbinenmotor definiert durch eine Vielzahl von Komponenten bzw. Bau teilen einschließlich eines Gehäuses, welches eine Mittelachse definiert, eines Kompressorabschnitts und eines Turbinenabschnitts. Der Turbinenabschnitt umfaßt eine Vielzahl von Düsengliedern und eine Turbine, die eine Turbinenscheibe definiert mit einer Vielzahl von Turbinenflügeln bzw. -blättern, die an dem äußeren Rand im äußeren Ende davon befestigt sind. Der Gasturbinen motor besteht aus einem Dichtring, der innerhalb des Gehäuses getragen ist. Der Dichtring definiert eine allgemein kreisförmige, zylindrische Konstruktion mit einer Wärmeausdehnungsrate, die geringer ist als die der Komponenten bzw. Bauteile des Gasturbinenmotors. Eine Vielzahl von Traggliedern ist an dem Gehäuse befestigt und positioniert in tragender Weise den Dichtring radial innerhalb des Gehäuses. Die tragende Position des Dicht rings kann sich frei radial bewegen, und zwar unabhängig von der Vielzahl von Traggliedern. Anti-Rotationsmittel sind zwischen dem Dichtring und dem Gehäuse angeordnet. Und die Vielzahl von Düsengliedern positionieren den Dichtring axial innerhalb des Motors.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Dicht ringtragsystem vorgesehen, bei dem der Dichtring eine allgemein kreisförmige, zylindrische Konstruktion defi niert, und zwar mit einer Außenoberfläche, einer ersten Seite, einer zweiten Seite und einer Innenoberfläche. Die erste Seite und die zweite Seite besitzen eine Vielzahl radialer Nuten darin. Das Dichtringtragsystem besteht aus einer Vielzahl von Traggliedern, die in tragender Weise den Dichtring radial positionieren. Die Vielzahl von Traggliedern besitzt eine voreingestellte Wärmeausdeh nungsrate. Der Dichtring besitzt eine Wärmeausdehnungs rate, die geringer als die der Vielzahl von Traggliedern ist, und kann sich frei radial bewegen, und zwar unabhängig von der Vielzahl von Traggliedern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Dicht ringtragsystem vorgesehen, bei dem der Dichtring eine allgemein kreisförmige, zylindrische Konstruktion definiert und eine Außenoberfläche, eine erste Seite, eine zweite Seite und eine Innenoberfläche besitzt. Die erste Seite und die zweite Seite besitzen einen darauf definierten Vorsprung. Das Dichtringtragsystem besteht aus einer Vielzahl von Traggliedern die in tragender Weise den Dichtring radial positionieren. Die Vielzahl von Traggliedern besitzt eine vorbestimmte Wärmeausdeh nungsrate, und die Vielzahl von Traggliedern umfaßt eine Vielzahl von ersten Halterungen bzw. Haltegliedern, die entweder auf der ersten Seite oder auf der zweiten Seite positioniert bzw. angeordnet sind sowie eine Vielzahl zweiter Halterungen bzw. Halteglieder, die auf der je weils anderen Seite der ersten und zweiten Seiten po sitioniert bzw. angeordnet sind. Der Dichtring besitzt eine Wärmeausdehnungsrate, die geringer ist als die der Vielzahl von Traggliedern, und kann sich frei radial bewegen, und zwar unabhängig von der Vielzahl von Traggliedern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Gasturbinenmotors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils des Gasturbinenmotors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht der vorlie genden Erfindung entlang Linie 4-4 von Fig. 2;

Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht der vorliegenden Erfindung entlang Linie 5-5 von Fig. 3; und

Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines alterna tiven Ausführungsbeispiels.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Gasturbinenmotor 10 ge zeigt. Der Gasturbinenmotor 10 definiert eine Mittelachse 12 und umfaßt ein Gehäuse 14 mit einem Kompressorab schnitt 16, der betriebsmäßig mit einem Verbrennungsab schnitt 18 verbunden ist, welcher innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet ist. Ein Turbinenabschnitt 20 ist betriebs mäßig mit dem Verbrennerabschnitt 18 verbunden und ist innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet.

Der Kompressorabschnitt umfaßt bei dieser Anwendung einen axialen Kompressor 24 mit einer Vielzahl von sich dre henden Flügeln bzw. Schaufeln 26, die in komprimierender Weise ein zusammengedrücktes bzw. komprimiertes Fluid oder Strömungsmittel an den Verbrennerabschnitt 18 lie fert, wie es durch die Pfeile 28 gezeigt ist. Der Ver brennerabschnitt 18 umfaßt eine Verbrennungskammer 30 mit einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 darin angeordnet, von denen nur eine gezeigt ist. Die Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 liefert einen nicht gezeigten, brennbaren Brennstoff an die Ver brennungskammer 30. Innerhalb der Verbrennungskammer 30 werden der Brennstoff und das komprimierte Strömungs mittel 28 gemischt, verbrannt und bilden ein leistungser zeugendes Strömungsmittel, wie es durch die Pfeile 34 angezeigt ist. Das leistungserzeugende Strömungsmittel 34 wird funktional zu dem Turbinenabschnitt 20 geleitet. Der Turbinenabschnitt 20 umfaßt eine Vielzahl von Düsenglie dern 36, die benachbart zu der Verbrennungskammer 30 angeordnet sind, und eine Turbine 38, die in drehbarer Weise innerhalb des Gehäuses 14 und stromabwärts von der Vielzahl von Düsengliedern 36 angeordnet ist. Die Turbine 38 umfaßt eine Turbinenscheibe 40, die um die Mittelachse 12 drehbar angeordnet ist. Die Turbine 38 umfaßt ferner eine Vielzahl von Turbinenflügel bzw. -schaufeln 42, die an der Turbinenscheibe 40 an ihrem äußeren Rand bzw. äußerem Ende befestigt ist.

Die Turbine 38 und jedes der Vielzahl von Düsengliedern 36 besitzen eine allgemein herkömmliche Konstruktion, die eine Vielzahl von Dichtgliedern 48 und eine äußere An bringungs- bzw. Befestigungsstruktur 50 umfaßt, die an dem Gehäuse 14 auf herkömmliche Weise befestigt ist, sowie eine innere Anbringungs- bzw. Befestigungsstruktur 52 mit einem Flügel- bzw. Schaufelteil 54, der mit der äußeren Befestigungsstruktur 50 verbunden ist. Der Schaufelteil 54 besitzt eine vorbestimmte Konfiguration.

Wie am besten in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Dichtring 60 stromabwärts von einem Teil der Vielzahl von Düsenglie dern 36 und um einen vorbestimmten Abstand radial von den Turbinenflügeln bzw. -schaufeln 42 beabstandet vorge sehen. Der Dichtring 60 besitzt bei dieser Anwendung eine kontinuierliche, allgemein kreisförmige, zylindrische Konstruktion. Der Dichtring 60 besteht aus einem Material mit einer niedrigen Wärmeausdehnung verglichen mit der Wärmeausdehnungsrate der Vielzahl von Düsengliedern 36. Bei dieser Anwendung besteht der Dichtring 60 aus einem Keramikmaterial. Als weitere Alternative könnten die Vielzahl von Düsengliedern 36 und der Dichtring 60 eine niedrige Wärmeausdehnungsrate verglichen mit dem Gehäuse 14 haben. Der Dichtring 60 definiert eine Außenoberfläche 62 zwischen einer ersten Seite 64 und einer zweiten Seite 66. Der Dichtring 60 definiert ferner eine Innenoberflä che oder eine Dichtoberfläche 68, die zwischen der ersten Seite 64 und der zweiten Seite 66 angeordnet ist und von der Außenoberfläche 62 beabstandet ist. Der Abstand der Innenoberfläche 68 von der Vielzahl von Turbinenflügeln bzw. -schaufeln 42 bildet einen Zwischenraum "C" mit einer vorbestimmten Größe bzw. einem vorbestimmten Ab stand. Der Dichtring 60 ist innerhalb des Gehäuses 14 durch eine Vielzahl von Traggliedern 70 getragen. Jede der Vielzahl von Traggliedern 70 ist entweder an der ersten Seite 64 oder an der zweiten Seite 66 befestigt, wie im weiteren noch beschrieben wird.

Die Vielzahl von Traggliedern 70 umfaßt eine Vielzahl von Bügeln 76, die radial innerhalb des Gehäuses 14 ange ordnet sind. Jeder der Vielzahl von Bügeln 76 umfaßt ein erstes Ende 78, das an dem Gehäuse 14 befestigt ist, sowie ein zweites Ende 80, das an dem Dichtring 60 be festigt ist. Das erste Ende 78 umfaßt einen ersten Axial teil 82, und das zweite Ende 80 umfaßt einen zweiten Axialteil 84. Ein Radialteil 86 ist zwischen dem ersten Axialteil 82 und dem zweiten Axialteil 84 angeordnet. Bei dieser Anwendung besitzt jeder der Vielzahl von Tragbü geln 70 und die Vielzahl von Bügeln 76 im Querschnitt eine allgemeine Kanalkonfiguration. Wie in Fig. 2 ferner gezeigt ist, umfaßt das Gehäuse 14 eine Anbringungs- bzw. Befestigungsstruktur 90, mit der die Vielzahl von Trag gliedern 70 eine Haken- oder Nut-und-Feder-Konfiguration 92 bildet. Eine Vielzahl radialer Nuten 94 ist in der ersten Seite 64 und der zweiten Seite 66 des Dichtrings 60 vorgesehen. Bei dieser Anwendung werden drei Radial nuten 94 verwendet, und sind um die kreisförmige, zylindrische Konstruktion herum mit gleichem Abstand angeordnet. Als Alternative könnten mehr als drei Ra dialnuten 84 verwendet werden. Ein Hohlraum 96 ist zwi schen dem Gehäuse 14, der Vielzahl von Bügeln 76 und dem Dichtring 60 gebildet. Stromabwärts von dem Dichtring 60 und der Vielzahl von Bügeln 76 ist ein weiteres der Viel zahl von Düsengliedern 36 angeordnet.

Fig. 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel oder eine alternative Konfiguration; jedoch bleibt der Kern der Erfindung unverändert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sei bemerkt, daß ähnliche Bezugszeichen eine ähnliche Struktur bezeichnen und das mit einem Apostroph versehene Bezugszeichen Strukturen bezeichnen, die ähnlich zu den Strukturen sind, die durch das Bezugszeichen allein bezeichnet werden, aber gegenüber diesen modifiziert sind. Ein Dichtring 60' ist stromabwärts der Vielzahl von Düsengliedern 36 und radial beabstandet von den Turbinenschaufeln bzw. -flügeln 42 angeordnet. Der Dichtring 60' besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel eine kontinuierliche, allgemein kreisförmige zylindrische Konstruktion. Der Dichtring 60' besteht aus einem Ma terial mit niedriger Wärmeausdehnung verglichen mit der Wärmeausdehnungsrate der Vielzahl von Düsengliedern 36. Bei dieser Anwendung besteht der Dichtring aus einem Keramikmaterial. Als weitere Alternative könnten die Vielzahl von Düsengliedern 36 und der Dichtring 60' eine niedrigere Wärmeausdehnungsrate besitzen als das Gehäuse 14. Der Dichtring 60' definiert eine Außenoberfläche 62' zwischen einer ersten Seite 64' und einer zweiten Seite 66'. Der Dichtring 60' definiert ferner eine Innenober fläche 68 zwischen der ersten Seite 64' und der zweiten Seite 66'. Der Dichtring 60' ist innerhalb des Gehäuses 14 durch eine Vielzahl von Traggliedern 70' getragen. Jedes der Vielzahl von Traggliedern 70' ist entweder an der ersten Seite 64' oder an der zweiten Seite 66' befe stigt, wie im weiteren beschrieben wird. Wie anhand eines Querschnitts durch den Dichtring 60' gezeigt ist, besitzt sowohl die erste Seite 64' als auch die zweite Seite 66' einen Vorsprung 98. Der Vorsprung 98 ist durch einen ersten radialen Teil 100 definiert, der sich von der Außenoberfläche 62' nach innen erstreckt. Ein axialer Teil 102 erstreckt sich von den entsprechenden ersten und zweiten Seiten 64', 66'nach außen weg. Der axiale Teil 102 schneidet einen zweiten radialen Teil 104, der sich von der Innenoberfläche 68' radial nach außen erstreckt. Jeder der Schnittpunkte umfaßt einen abgerundeten bzw. mit einem Radius versehenen Teil 106. Der axiale Teil 102, der zweite radiale Teil 104 und ein Teil der Innen oberfläche 68' definieren den Vorsprung 98 auf der ersten Seite 64' und der zweiten Seite 66'.

Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die Vielzahl von Traggliedern 70' eine Vielzahl erster Halterungen bzw. Halteglieder 108, die an der ersten Seite 64' des Dicht rings 60' befestigt sind, und eine Vielzahl zweiter Halterungen bzw. Halteglieder 110, die an der zweiten Seite 66' des Dichtring 60' befestigt sind.

Jeder der Vielzahl erster Halterungen ist definiert durch eine Dichtoberfläche 120, die in beabstandeter Beziehung und gegenüberliegend zu der Vielzahl von Turbinenflügeln bzw. -schaufeln 42 angeordnet ist. Die beabstandete Be ziehung bildet den Zwischenraum bzw. Freiraum "C'". Jede der Vielzahl erster Halterungen 108 umfaßt ferner einen ersten Seitenteil 122, der stromaufwärts zu dem Strom des leistungserzeugenden Strömungsmittels 34 hin gerichtet ist, und einen zweiten Seitenteil 124, der von dem ersten Seitenteil 122 um einen vorbestimmten Abstand entfernt ist. Der erste Seitenteil 122 umfaßt eine Außenoberfläche 126, die sich von der Dichtoberfläche 120 radial nach außen erstreckt. Der erste Seitenteil 122 umfaßt auch eine Innenoberfläche 128, in der eine Nut 130 angeordnet ist. Die Nut 130 umfaßt eine erste axiale Oberfläche 132 und eine zweite axiale Oberfläche 134, welche von der ersten axialen Oberfläche 132 nach außen beabstandet ist. Eine halbkreisförmige Oberfläche 136 verbindet die erste axiale Oberfläche 132 und die zweite axiale Oberfläche 134. Der erste Seitenteil 122 definiert eine erste axiale Oberfläche 142, die der Dichtoberfläche 120 gegenüber liegend angeordnet ist. Die Kombination aus der Nut 130, der axialen Oberfläche 142 und einem Teil der Innenober fläche 128 bildet einen ersten Hakenteil 144. Der zweite Seitenteil 124 umfaßt eine Außenoberfläche 146, die sich von der Dichtoberfläche 120 radial nach außen erstreckt. Eine Kerbe 148 ist in der Außenoberfläche 146 vorgesehen und bildet eine Zange oder Zunge 149 auf dem zweiten Sei tenteil 124. Die Kerbe bzw. Vertiefung 148 ist definiert durch einen radialen Schenkel bzw. Abschnitt 150, der sich von der Dichtoberfläche 120 nach außen erstreckt, und einen axialen Schenkel bzw. Abschnitt 152, der mit dem radialen Abschnitt 150 verbunden ist. Der zweite Seitenteil 124 umfaßt ferner eine Innenoberfläche 154 und eine zweite axiale Oberfläche 156, die entgegengesetzt zu bzw. gegenüber der Dichtoberfläche 120 angeordnet ist. Die zweite axiale Oberfläche 156 ist axial mit der ersten axialen Oberfläche 132 ausgerichtet. Um einen vorbestimm ten Abstand entfernt von der Dichtoberfläche 120 ist eine Kühloberfläche 158 vorhanden. Die Kühloberfläche 158 ist radial innen bezüglich der ersten axialen Oberfläche 132 der Nut 130 und der zweiten axialen Oberfläche 156 des zweiten Seitenteils 124 angeordnet. Die Kühloberfläche 158, die Innenoberfläche 128 des ersten Seitenteils 122 und die Innenoberfläche 154 des zweiten Seitenteils 124 bilden einen Hohlraum 160.

Jede der Vielzahl von zweiten Halterungen 110 umfaßt eine erste axiale Oberfläche 170, die benachbart zu den Turbi nenblättern bzw. -schaufeln 42 angeordnet ist. Eine Außenoberfläche 172 erstreckt sich von der axialen Ober fläche 170 radial nach außen und hat bei dieser Anwendung eine unregelmäßige Kontur bzw. Form. Eine zweite allge mein axiale Oberfläche 174 erstreckt sich von der Außen oberfläche 172 in Richtung zu einer Innenoberfläche 176 hin. Die Innenoberfläche 176 umfaßt einen ersten radialen Schenkel bzw. Abschnitt 178, der sich von der ersten axialen Oberfläche 170 um eine vorbestimmte Strecke nach außen erstreckt. Eine dritte axiale Oberfläche 180 er streckt sich von dem ersten radialen Abschnitt 178 aus um eine vorbestimmte Strecke in Richtung zu der Außenober fläche 172 hin. Ein zweiter radialer Schenkel oder Ab schnitt 182 erstreckt sich von der dritten axialen Ober fläche 180 um eine vorbestimmte Strecke nach außen und ist mit einer vierten axialen Oberfläche 184 verbunden. Ein dritter radialer Schenkel oder Abschnitt 186 er streckt sich von der vierten axialen Oberfläche 184 radial nach außen zu der zweiten axialen Oberfläche 174. Bei dieser Anwendung ist die vierte axiale Oberfläche 184 mit der zweiten axialen Oberfläche 134 der Nut 130 axial ausgerichtet. Die zweite axiale Oberfläche 174, der dritte radiale Abschnitt 186 und die vierte axiale Ober fläche 184 bilden einen ersten Hakenteil 190, und die er ste axiale Oberfläche 170, der erste radiale Abschnitt 178 und die dritte axiale Oberfläche 180 bilden einen zweiten Hakenteil 192 des individuellen zweiten Halters 110.

Wie am besten in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigt ist, umfaßt jedes der Ausführungsbeispiele herkömmliche Anti-Rota tionsmittel 194. Die Anti-Rotationsmittel 194 könnten einen Stift 196 und eine Bohrung 198 oder einen Schlitz umfassen, die bzw. der in dem Dichtring 60, 60' oder dem Gehäuse 14 angeordnet sein kann, oder eine Kerbe bzw. Ausnehmung oder Nut 200 und einen Vorsprung 202 in bzw. auf dem Dichtring 60, 60' und dem Gehäuse 14. Oder, als weitere Alternative, könnten die Anti-Rotationsmittel 194 die Vielzahl von Traggliedern umfassen, die derart ange ordnet sind, daß sie eine Drehung bzw. Rotation des Dichtrings 60, 60' verhindern.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt bei dem alternativen Ausführungsbeispiel das andere der Vielzahl von Düsen gliedern 36, das stromaufwärts von dem Dichtring 60 und der Vielzahl von Bügeln 76 angeordnet ist, einen ersten Haken 204, der in tragender Beziehung steht mit dem ent sprechenden zweiten Halter 110, und einen zweiten Haken 206, der in tragender Beziehung steht mit dem Gehäuse 14.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Beim Betrieb wird der Gasturbinenmotor 10 aus dem kalten Zustand gestartet. Im kalten Zustand ist die Wärmeaus dehnung der Komponenten bzw. Bauteile typischerweise auf einem Minimum und der Zwischenraum "C", "C'" ist auf einem Maximum. Während die Temperatur des Gasturbinen motors 10 ansteigt, steigt auch die Temperatur der Kompo nenten bzw. Bauteile an, und der Zwischenraum "C", "C'" ändert sich von dem Maximum zu einem Stetigzustandswert. Beispielsweise dehnt sich im Turbinenabschnitt 20 die Turbinenscheibe 40 von der Achse 12 radial nach außen aus und die Vielzahl von Turbinenschaufeln bzw. -flügeln 42 dehnt sich auch radial nach außen aus, und zwar weg von der Achse 12 und zu dem Dichtring 60, 60' hin. Gleich zeitig dehnen sich der Dichtring 60, 60' und die Vielzahl von Traggliedern 70, 70' radial nach außen aus, wobei häufig der Freiraum "C", "C'" verkleinert wird, wenn die Wärmeausdehnung des Dichtrings 60, 60' und der Vielzahl von Traggliedern 70, 70' geringer ist als diejenige der Turbinenscheibe 40 und der Turbinenschaufeln 42. Die schwierigsten Bedingungen treten auf während eines Ab schaltens gefolgt von einem heißen Neustart. Beispiels weise ist der Zwischenraum "C", "C'" auf sein Minimum vermindert infolgedessen, daß die Turbinenscheibe 40 und die Turbinenschaufeln 42 nicht in der Lage sind, Wärme abzuleiten und für eine längere Zeit heiß bleiben als der Dichtring 60, 60' und die Vielzahl von Traggliedern 70, 70'. Somit wird jegliche Verminderung der Wärmeausdehnung gestatten, daß der Zwischenraum "C", "C'" konstanter bleibt, was eine erhöhte Effizienz und eine verlängerte Lebensdauer ermöglicht.

In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Dichtring 60 in dem Gehäuse 14 angeordnet, wobei geeig nete Anti-Rotationsmittel 194 installiert bzw. eingebaut sind. Beispielsweise ist bei den in Fig. 5 gezeigten Anti-Rotationsmitteln der Vorsprung 202 in der Kerbe bzw. Vertiefung 200 angeordnet. Somit kann sich der Dichtring 60 radial frei ausdehnen und zusammenziehen, aber eine Drehung desselben wird verhindert. Die Vielzahl von Bügeln 76 ist zwischen dem Gehäuse 14 und dem Dichtring 60 angeordnet. Auf der zweiten Seite 66 des Dichtrings 60 ist das erste Ende 78 der einzelnen Bügel aus der Viel zahl von Bügeln 76 innerhalb der Anbringungs- bzw. Befe stigungsstruktur 90 des Gehäuses 14 angeordnet. Das zwei te Ende 80 der einzelnen Bügel aus der Vielzahl von Bü geln 76 ist innerhalb entsprechender Nuten aus der Viel zahl radialer Nuten 94 angeordnet. Somit sind die erste Seite 64 und die zweite Seite 66 des Dichtrings 60 po sitionsmäßig angeordnet bzw. festgelegt und der Dichtring 60 ist getragen. Entsprechende Düsenglieder aus der Viel zahl von Düsengliedern 36 halten den Dichtring 60 und die zweiten Enden 80 der Vielzahl von Bügeln 76 in axialer Position. Und die entsprechenden Düsenglieder aus der Vielzahl von Düsengliedern 36 halten das erste Ende 78 der Vielzahl von Bügeln 76 und die Anbringungs- bzw. Befestigungsstruktur 90 des Gehäuses 14 in axialer Po sition. Somit ist der Dichtring 60 axial und radial positioniert bzw. angeordnet, aber kann sich radial frei bewegen unabhängig von der Vielzahl von Bügeln 76.

Beim Betrieb dehnt sich die Vielzahl von Bügeln 76 ther misch in einem größeren Maße aus als der Dichtring 60. Da jedoch das zweite Ende 80 der individuellen Bügel aus der Vielzahl von Bügeln 76 innerhalb entsprechender Nuten aus der Vielzahl radialer Nuten 94 angeordnet ist, können sich das zweite Ende 80 und der Dichtring 60 unabhängig bewegen und mit unterschiedlichen Raten ausdehnen. Somit wird der Freiraum "C" enger gehalten, und es tritt eine geringere Veränderung des Zwischenraums bzw. Freiraums "C" auf. Beispielsweise dehnt sich der Dichtring 60 sehr wenig aus, und die größere Ausdehnung erfolgt in der Tur binenscheibe 40 und der Vielzahl von Turbinenschaufeln bzw. -flügeln 42.

Um die Wärmeausdehnung weiter zu vermindern, wird ein Teil des komprimierten Strömungsmittels 28 von dem Kom pressorabschnitt 16 direkt in den Hohlraum 96 geleitet. Dieses komprimierte Strömungsmittel 28 wird dazu ver wendet, den Dichtring 60 zu kühlen, und zwar durch Küh len der Außenoberfläche 62 des Dichtrings 60 und der Vielzahl von Traggliedern 70, wodurch die thermische Änderung und somit die Änderung des Zwischenraums "C" weiter vermindert wird.

In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Dichtring 60' in dem Gehäuse 14 angeordnet. Die Vielzahl von Traggliedern 70' ist zwischen dem Gehäuse 14 und dem Dichtring 60' angeordnet. Während die Vielzahl von Düsen gliedern 36 stromabwärts von der Turbine 38 in dem Gehäuse 14 eingebaut ist, ist die Vielzahl zweiter Halterungen bzw. Halteglieder 110 innerhalb des ersten Hakens 204 der Vielzahl von Düsengliedern 36 angeordnet, wobei die axiale Oberfläche 170 jedes zweiten Halters 110 mit dem Haken 204 in Kontakt steht. Der Dichtring 60' ist in dem Gehäuse 14 angeordnet, wobei die geeigneten Anti- Rotationsmittel 194 eingebaut sind. Bei den in Fig. 5 gezeigten Anti-Rotationsmitteln ist beispielsweise der Vorsprung 202 in der Kerbe bzw. Ausnehmung 200 ange ordnet. Somit kann sich der Dichtring 60' radial aus dehnen und zusammenziehen, aber eine Drehung bzw. Rotation derselben wird verhindert. Der axiale Teil 102 der zweiten Seite 66' ist in kontaktierender Beziehung mit der vierten axialen Oberfläche 184 des entsprechenden Halters aus der Vielzahl zweiter Halter 110 angeordnet.

Und die Vielzahl erster Halter 108 ist um den Dichtring 60' herum angeordnet. Beispielsweise ist der axiale Abschnitt 152 der Kerbe bzw. Vertiefung 148 in kontak tierender Beziehung mit der dritten axialen Oberfläche 180 des entsprechenden zweiten Halters 110 angeordnet. Dies ergibt auch, daß die zweite axiale Oberfläche 156 des entsprechenden zweiten Halters 110 sich in kontak tierender Beziehung mit der Innenoberfläche 68' des Dichtrings 60' befindet. Wenn der zweite Seitenteil 124 wie oben beschrieben angeordnet ist, ist die Nut bzw. Vertiefung oder Ausnehmung 130 des entsprechenden Halters aus der Vielzahl erster Halter 108 um den Vorsprung 107 auf der ersten Seite 64' des Dichtrings 60' angeordnet. Dies ergibt auch, daß der Vorsprung 107 auf der zweiten Seite 66' des Dichtrings 60' axial innerhalb des ent sprechenden ersten Halters 108 und des zweiten Halters 110 angeordnet ist.

Somit sind die erste Seite 64' und die zweite Seite 66' des Dichtrings 60' in ihrer Position angeordnet bzw. festgelegt, und der Dichtring 60' wird getragen. Entspre chende Düsenglieder aus der Vielzahl von Düsengliedern 36' halten den Dichtring 60', die Vielzahl erster Halter 108 und die Vielzahl zweiter Halter 110 in axialer Lage bzw. Position. Somit ist der Dichtring 60' axial und radial positioniert, kann sich aber radial unabhängig von der Vielzahl von Traggliedern 70' bewegen.

Beim Betrieb dehnt sich die Vielzahl von Traggliedern 70' thermisch stärker aus als der Dichtring 60'. Da der Dichtring 60' in Wirklichkeit die Vielzahl erster Halter 108 und die Vielzahl zweiter Halter 110 trägt, ist die Wärmeleitfähigkeit zu der Vielzahl von Haltern 108, 110 vermindert. Dies ergibt, daß die Vielzahl erster und zweiter Halter 108, 110 Wärme absorbieren und halten. Dies hat wiederum eine geringere Wärmeausdehnung, einen verminderten bzw. kleineren Zwischenraum "C'" und eine größere Effizienz zur Folge. Somit können sich der Dicht ring 60', die Vielzahl erster Halter 108 und die Vielzahl zweiter Halter unabhängig bewegen und mit unterschied lichen Raten ausdehnen. Daher kann der Zwischenraum "C'" schmaler bzw. enger gehalten werden und es tritt eine ge ringere Änderung bzw. Abweichung des Zwischenraums "C'" auf. Beispielsweise dehnt sich der Dichtring 60' sehr wenig aus, und die Hauptausdehnung erfolgt in der Tur binenscheibe 40 und der Vielzahl von Turbinenflügeln bzw. -schaufeln 42.

Um die Wärmeausdehnung weiter zu vermindern, wird ein Teil des komprimierten Strömungsmittels 28 von dem Kompressorabschnitt 16 in den Hohlraum 160 geleitet. Dieses komprimierte Strömungsmittel 28 wird dazu ver wendet, die Kühloberflächen 158 und infolgedessen die Dichtoberflächen 120 der Vielzahl von ersten Haltern 108 zu kühlen, wodurch die thermische Veränderung und die Änderung des Zwischenraums "C'" weiter vermindert wird.

Somit vermindern der Dichtring 60, 60' mit geringer Wär meausdehnung und die zum Tragen des Dichtrings 60, 60' verwendete Vielzahl von Traggliedern 70, 70' den uner wünschten Zwischenraum "C", "C'" und verbessern die Effizienz und Effektivität.

Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile der Erfindung können erhalten werden aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche.

Zusammenfassend sieht die Erfindung also folgendes vor:
Herkömmliche Gasturbinenmotoren verwenden eine Kombination von Komponenten bzw. Bauteilen, die ähnliche oder sogar identische Wärmeausdehnungsraten besitzen. Normalerweise werden diese Komponenten bzw. Bauteile gekühlt, und zwar durch einen Teil der Kompressorabluft, um die Lebensdauer zu verlängern. Heute geht der Trend dazu, die Arbeits temperatur von Gasturbinenmotoren zu erhöhen. Die Kühlung der Komponenten bzw. Bauteile mit Kompressorabluft verbraucht Luft, die anderenfalls zur Verbrennung verwendet werden könnte, und führt zu einem weniger effi zienten Gasturbinenmotor. Das vorliegende Tragsystem für einen Dichtring mit niedriger Wärmeausdehnung vermindert die Menge an erforderlicher Kühlluft, während die Lebens dauer und Langlebigkeit der Komponenten bzw. Bauteile erhalten bleibt. Zusätzlich verkleinert der Dichtring mit niedriger Wärmeausdehnung den Zwischenraum "C", "C'", der zwischen der Dichtoberfläche und der Spitze der Vielzahl von Turbinenschaufeln zw. -flügeln erforderlich ist. Der Dichtring wird durch eine Vielzahl von Traggliedern in einer Art und Weise getragen, bei der der Dichtring und die Vielzahl von Traggliedern sich unabhängig voneinander und unabhängig von anderen Gasturbinenmotorkomponenten bzw. -bauteilen ausdehnen und zusammenziehen können.

Claims

1. Gasturbinenmotor, der definiert ist durch eine Viel zahl von Komponenten bzw. Bauteilen einschließlich eines Gehäuses, das eine Mittelachse definiert, eines Kompressorabschnitts und eines Turbinenab schnitts, wobei der Turbinenabschnitt eine Vielzahl von Düsengliedern und eine Turbine umfaßt, welche eine Turbinenscheibe definiert und eine Vielzahl von Turbinenschaufeln bzw. -flügeln besitzt, die an deren äußerem Rand bzw. äußerem Ende befestigt ist; wobei der Gasturbinenmotor folgendes aufweist:
einen Dichtring, der innerhalb des Gehäuses getragen ist, wobei der Dichtring eine allgemein kreisför mige, zylindrische Konstruktion definiert, und zwar mit einer Wärmeausdehnungsrate, die geringer ist als diejenige der Komponenten bzw. Bauteile des Gas turbinenmotors;
eine Vielzahl von Traggliedern, die an dem Gehäuse befestigt sind und den Dichtring radial innerhalb des Gehäuses in tragender Weise positionieren bzw. anordnen, wobei sich der Dichtring radial unabhängig von der Vielzahl von Traggliedern bewegen kann; Anti-Rotationsmittel, die zwischen dem Dichtring und dem Gehäuse angeordnet sind; und
wobei die Vielzahl von Düsengliedern den Dichtring innerhalb des Gasturbinenmotors axial positioniert.

2. Gasturbinenmotor gemäß Anspruch 1, wobei der Gas turbinenmotor ferner einen Hohlraum umfaßt, der benachbart zu dem Dichtring angeordnet ist und in der Lage ist, den Dichtring während des Betriebs des Gasturbinenmotors zu kühlen, und zwar mit einem Teil eines komprimierten Strömungsmittels, das von dem Kompressorabschnitt geliefert wird.

3. Gasturbinenmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Viel zahl von Traggliedern innerhalb des Gehäuses durch eine Vielzahl von Haken getragen wird.

4. Gasturbinenmotor gemäß Anspruch 1, wobei der Dicht ring eine Außenoberfläche, eine erste Seite, eine zweite Seite und eine Innenoberfläche definiert, wobei die erste Seite und die zweite Seite eine Vielzahl von radialen Nuten bzw. Vertiefungen darin aufweisen.

5. Gasturbinenmotor gemäß Anspruch 4, wobei die Viel zahl von Traggliedern einen Teil aufweisen, der in der Vielzahl von radialen Nuten bzw. Ausnehmungen angeordnet ist.

6. Gasturbinenmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Anti- Rotationsmittel einen Vorsprung und eine Kerbe bzw. Vertiefung umfassen, die in bzw. auf dem Dichtring und/oder dem Gehäuse angeordnet sind.

7. Gasturbinenmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Anti- Rotationsmittel einen Vorsprung und eine Kerbe bzw. Vertiefung umfassen, die in bzw. auf dem Dichtring und/oder der Vielzahl von Traggliedern angeordnet sind.

8. Dichtringtragsystem, wobei der Dichtring eine all gemeinen kreisförmige, zylindrische Konstruktion mit einer Außenoberfläche, einer ersten Seite, einer zweiten Seite und einer Innenoberfläche definiert, wobei die erste Seite und die zweite Seite eine Vielzahl von radialen Nuten bzw. Ausnehmungen darin aufweisen, wobei das Dichtringtragsystem folgendes aufweist:
eine Vielzahl von Traggliedern, die den Dichtring in tragender Weise radial positionieren bzw. anordnen, wobei die Vielzahl von Traggliedern eine vorbestimmte Wärmeausdehnungsrate besitzt; und
wobei der Dichtring eine Wärmeausdehnungsrate be sitzt, die geringer ist als diejenige der Vielzahl von Traggliedern, und wobei der Dichtring sich radial unabhängig von der Vielzahl von Traggliedern bewegen kann.

9. Dichtringtragsystem gemäß Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Traggliedern allgemein eine Kanalkon figuration besitzt, die mit dem Dichtring eine Nut-und-Feder-Verbindung definiert und sowohl auf der ersten Seite als auch der zweiten Seite in tragender Weise positioniert bzw. angeordnet ist.

10. Dichtringtragsystem, wobei der Dichtring eine allge mein kreisförmige, zylindrische Konstruktion mit einer Außenoberfläche, einer ersten Seite, einer zweiten Seite und einer Innenoberfläche definiert, wobei die erste Seite und die zweite Seite einen Vorsprung darauf definiert aufweisen, wobei das Dichtringtragsystem folgendes aufweist:
eine Vielzahl von Traggliedern, die den Dichtring in tragender Weise radial positionieren bzw. anordnen, wobei die Vielzahl von Traggliedern eine vorbe stimmte Wärmeausdehnungsrate besitzt und eine Vielzahl erster Halter bzw. Halteelemente, die auf der ersten Seite oder der zweiten Seite angeordnet sind, und eine Vielzahl zweiter Halter bzw. Halte elemente umfaßt, die auf der jeweils anderen Seite bezüglich der erwähnten ersten Seite und der er wähnten zweiten Seite angeordnet sind;
wobei der Dichtring eine Wärmeausdehnungsrate be sitzt, die geringer ist als diejenige der Vielzahl von Traggliedern und wobei der Dichtring sich radial unabhängig von der Vielzahl von Traggliedern bewegen kann.

11. Dichtringtragsystem gemäß Anspruch 10, wobei die Vielzahl erster Halter bzw. Halteelemente eine Nut bzw. Ausnehmung umfaßt, die um den Vorsprung auf der ersten Seite des Dichtrings herum angeordnet ist.

12. Dichtringtragsystem gemäß Anspruch 11, wobei die Vielzahl erster Halter ferner eine Dichtoberfläche, einen ersten Seitenteil, der sich von der Dichtober fläche aus erstreckt, und einen zweiten Seitenteil umfaßt, der von dem ersten Seitenteil beabstandet ist und sich von der Dichtoberfläche aus erstreckt, wobei der erste Seitenteil eine Innenoberfläche definiert, und wobei die Nut bzw. Ausnehmung inner halb der Innenoberfläche angeordnet ist und wobei der zweite Seitenteil eine Kerbe bzw. Vertiefung darin definiert besitzt, die eine Zunge oder Feder auf dem zweiten Seitenteil bildet.

13. Dichtringtragsystem gemäß Anspruch 12, wobei die Vielzahl zweiter Halter eine erste axiale Oberflä che, eine Außenoberfläche, die sich von der ersten axialen Oberfläche aus erstreckt, eine zweite axiale Oberfläche, die sich von der Außenoberfläche aus erstreckt, und eine Innenoberfläche umfaßt, wobei die Innenoberfläche einen ersten radialen Schenkel bzw. Abschnitt, welcher sich von der ersten axialen Oberfläche aus erstreckt, eine dritte axiale Ober fläche, die sich von dem ersten radialen Abschnitt aus erstreckt, einen zweiten radialen Schenkel bzw. Abschnitt, welcher sich von der dritten axialen Oberfläche aus erstreckt, eine vierte axiale Ober fläche und einen dritten radialen Schenkel bzw. Abschnitt umfaßt, welcher sich zwischen der vierten axialen Oberfläche und der zweiten axialen Oberflä che erstreckt.

14. Dichtringtragsystem gemäß Anspruch 13, wobei die dritte axiale Oberfläche in kontaktierender Bezie hung mit der Kerbe bzw. Vertiefung steht, und wobei die vierte axiale Oberfläche in kontaktierender Beziehung mit dem Vorsprung steht.

15. Dichtringtragsystem gemäß Anspruch 10, wobei die Vielzahl zweiter Halter einen Haken umfaßt.

16. Dichtringtragsystem gemäß Anspruch 10, wobei die Vielzahl erster Halter und der Dichtring einen Hohlraum bilden.

17. Dichtringtragsystem gemäß Anspruch 10, wobei der Dichtring ferner entweder eine Nut bzw. Vertiefung oder einen Vorsprung umfaßt.

18. Dichtringtragsystem gemäß Anspruch 17, wobei die erwähnte Nut oder der erwähnte Vorsprung im zu sammengebauten Zustand als Anti-Rotationsmittel geeignet ist.