DE3119056C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsleitvorrich­ tung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine ähnliche Strömungsleitvorrichtung ist aus DE-PS 7 24 321 bekannt, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird.

In dem Verdichtungsabschnitt eines Axialgasturbinentrieb­ werkes erstrecken sich Rotorbaugruppen axial durch den Verdichtungsabschnitt. Statorbaugruppen sind mit radia­ lem Abstand von den Rotorbaugruppen angeordnet und um­ schließen die Rotorbaugruppen. Kränze von Laufschaufeln erstrecken sich von den Rotorbaugruppen nach außen in die Nähe der Statorbaugruppen. Kränze von Leitschaufeln er­ strecken sich von den Statorbaugruppen aus nach innen in die Nähe der Rotorbaugruppen. Ein Strömungsweg für Ar­ beitsgase erstreckt sich axial durch den Verdichtungsab­ schnitt zwischen den Rotor- und den Statorbaugruppen.

Ein Beispiel für eine solche Konstruktion findet sich in der US-PS 40 19 320. Bei dieser Konstruktion sind die Leitschaufeln und axial diskrete äußere Luftabdichtungen an einem äußeren Gehäuse abgestützt. Das äußere Gehäuse hat sich in Umfangsrichtung erstreckende Flansche, die beim Zusammenbauen miteinander verschraubt werden. Die Um­ fangsfestigkeit dieser in Umfangsrichtung durchgehenden Flansche hilft dem äußeren Gehäuse, eine echte Kreisform während Betriebszuständen beizubehalten, während denen das Gehäuse thermischem Wachstum und innerem Druck ausgesetzt ist.

Der Nachteil dieser Konstruktion ist, daß es in axialer Richtung, also in Strömungsrichtung an den Flanschstellen kleine Vorsprünge gibt. Damit ist keine aerodynamisch glatte Fläche in axialer Richtung vorhanden, was zu Strö­ mungsverlusten und zu einer Erniedrigung des aerodyna­ mischen Wirkungsgrades führt.

In einigen modernen Triebwerken besteht die Rotorbaugruppe aus einer Rotortrommel und Laufschaufeln. Die Rotortrommel ist axial durchgehend. Zum Zusammenbauen der Leitschaufeln um eine solche Rotortrommel ist das äußere Gehäuse des Stators axial geteilt und mit sich axial erstreckenden Flanschen versehen, die während des Zusammenbauens mitein­ ander verschraubt werden. Ein Beispiel für eine solche Konstruktion findet sich in der US-PS 28 48 156. Trommel­ rotoren werden wegen ihres geringen Gewichtes im Vergleich zu verschraubten Konstruktionen benutzt, wegen der besse­ ren Dauerfestigkeit durch die Beseitigung von sich axial erstreckenden Schraubenlöchern und wegen des größeren Spielraums bezüglich der kritischen Drehzahl, der aus ih­ rer axialen Steifigkeit resultiert. Im Betriebszustand, wenn das Gehäuse stark erwärmt wird und sich ausdehnt, kommt es zum Unrundwerden des Gehäuses, da das Gehäuse in dem Bereich der Flansche durch die Flansche selbst steif ist. Das kann weiter dazu führen, daß Spalte, welche zwi­ schen den Spitzen der Lauf- und Leitschaufeln und dem Ge­ häuseinneren bzw. dem Rotortrommeläußeren vorgesehen sind (auch Spitzenspiel genannt), unterschiedlich und so groß werden, daß es zur Leckage von Arbeitsgas kommt. Der aero­ dynamische Wirkungsgrad fällt damit ab.

Weiter ist es aus der DE-PS 9 07 179 bekannt, ein Gehäuse vorzusehen, das aus einem Außengehäuse und einem sich ra­ dial innerhalb des Außengehäuses angeordneten Innengehäuse besteht. Das Innengehäuse ist in Umfangsrichtung geteilt und besteht aus mehreren umfangsmäßig benachbarten Segmen­ ten, so daß sich im Betrieb das Innengehäuse gleichmäßig aufweiten kann. Die Segmente sind an dem Außengehäuse be­ festigt. Da aber das Außengehäuse aus zwei oder mehr Tei­ len zusammengesetzt werden kann, wird es sich bei Tem­ peraturerhöhung ungleichmäßig aufweiten.

Es ist zwar bei Gasturbinentriebwerken üblich, zu große Spitzenspiele bei Temperaturerhöhung durch Kühlen des Ge­ häuses zu vermeiden, wenn jedoch radiale oder axiale Flan­ sche am Außengehäuse vorhanden sind, kann sich kein gleichmäßiges Abkühlen in axialer bzw. radialer Richtung ergeben, so daß das Außengehäuse sich trotz Kühlung nicht gleichmäßig auf die gewünschte Form zusammenzieht.

Gemäß der eingangs bereits erwähnten DE-PS 7 24 321, die eine Strömungsleitvorrichtung einer Dampfturbine zeigt, ist das Innengehäuse, also der Leitschaufelträger der Tur­ bine nicht unmittelbar im Außengehäuse befestigt, sondern an einem einteiligen Drehkörper als Zwischenbauteil, der seinerseits am Außengehäuse festgelegt ist. Die Befesti­ gung des Innengehäuses über das Zwischenbauteil in dem Au­ ßengehäuse dient dem Zweck, daß das Innengehäuse und das Zwischenbauteil auf beiden Seiten von Dampf umgeben sind und somit auf der gleichen Temperatur gehalten werden. Würde man zusätzlich auf das Außengehäuse Kühlluft auf­ sprühen, um dieses abzukühlen, wäre ein rasches Ansprechen des Außengehäuses auf das Kühlen völlig ausgeschlossen. Gemäß der DE-PS 7 24 321 ist das Innengehäuse an seinem vorderen Ende mit einem Flansch des Außengehäuses verbun­ den, das andere Ende des Innengehäuses ist jedoch über das erwähnte Zwischenbauteil in Radialrichtung festgelegt. Bei dem Aufsprühen von Kühlluft auf die Außenseite des Außen­ gehäuses würde daher überdies ein Ende des Innengehäuses stärker in Radialrichtung ansprechen als das andere Ende, wo­ durch sich unterschiedliche Spitzenspiele zwischen der Strömungsleitvorrichtung und der Rotorbaugruppe ergeben würden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strömungsleitvorrich­ tung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß sich bei Temperaturänderungen ein mög­ lichst gleichmäßiges Spitzenspiel zwischen ihr und der Ro­ torbaugruppe sowie ein verbesserter aerodynamischer Wir­ kungsgrad ergeben.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Strömungsleitvor­ richtung wird erreicht, daß das Innengehäuse auf die auf die Außenseite des Außengehäuses aufgesprühte Kühlluft rasch anspricht und im wesentlichen gleiche Spitzenspiele sowohl in Triebwerkslängsrichtung als auch in Trieb­ werksumfangsrichtung aufrechterhalten werden. Das Außenge­ häuse ist dabei in Form einer Ringbüchse ausgebildet. Die in Umfangsrichtung durchgehende Ringbüchse stützt das in Längsrichtung geteilte Innengehäuse, das Kränze von Leit­ schaufeln trägt, ab.

Eine Steigerung des aerodynamischen Wirkungsgrades ergibt sich aus der echten Kreisförmigkeit der Ringbüchse, die das Innengehäuse um den Rotor positioniert, und der aero­ dynamischen Glätte des axial durchgehenden Strömungsweges. Durch Kühlen der Ringbüchse zieht sich diese zusammen und bewegt sich nach innen. Damit verringert sich das Spitzen­ spiel, Leckagen der Arbeitsgase werden verringert und der aerodynamische Wirkungsgrad erhöht sich zusätzlich.

Ein weiterer Vorteil der Strömungsleitvorrichtung nach der Erfindung ist die Einfachheit, mit der die Statorbaugruppe um die Rotorbaugruppe zusammengebaut werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Ge­ genstände der Unteransprüche.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol­ genden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Ver­ dichtungsabschnittes eines Gasturbinen­ triebwerkes, die eine ein Innengehäuse tragende Ringbüchse zeigt,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht von zwei benachbarten gekrümmten Segmenten des Innengehäuses,

Fig. 3 eine Schnittansicht nach der Linie 3-3 von Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht einer weiteren Aus­ führungsform in einer der Ansicht von Fig. 3 entsprechenden Ansicht,

Fig. 5 eine Querschnittansicht nach der Linie 5-5 von Fig. 1, in der ein Teil der Ringbüchse, des eine Drehung verhindern­ den Ringes und eines gekrümmten Segmen­ tes des Innengehäuses weggebrochen darge­ stellt sind,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Verfah­ rens des Zusammenbauens der Strömungs­ leitvorrichtung und

Fig. 7 eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform in einer Ansicht, die der Ansicht von Fig. 1 entspricht.

In Fig. 1 ist ein Teil eines Verdichtungsabschnittes 10 eines Axialgasturbinentriebwerks dargestellt. Der Verdichtungsabschnitt 10 enthält eine Rotorbaugruppe 12, die sich um eine Achse A des Triebwerks dreht, und eine Strömungsleitvorrichtung, die sich nicht dreht, in Form von einer die Rotorbaugruppe 12 umgebenden Statorbaugruppe 14. Es ist klar, daß die Verwendung dieser Strömungsleitvorrichtung in gleicher Weise bei einem Turbinenabschnitt eines solchen Triebwerks möglich ist. Mehrere äußere Sprührohre 15 für Kühlluft umgeben die Statorbaugruppe 14. Ein ringförmiger Strömungsweg 16 für Arbeitsgase erstreckt sich axial durch das Triebwerk zwischen der Statorbaugruppe 14 und der Rotorbaugruppe 12. Die Rotorbaugruppe 12 enthält einen Rotor 18. Es ist eine Trommel­ rotorkonstruktion dargestellt. Die Rotorbaugruppe 12 enthält Kränze von Laufschaufeln 20, welche sich von dem Rotor 18 aus nach außen erstrecken.

Die Statorbaugruppe 14 ist aus einer Ringbüchse 22 und einem Innengehäuse 24 aufgebaut. Das Innengehäuse 24 erstreckt sich axial in dem Triebwerk außen an dem ringförmigen Strömungsweg 16 für Arbeitsgase. Das Innengehäuse 24 ist aus mehreren gekrümmten Segmenten 26 aufgebaut, die umfangsmäßig einander benachbart sind. Die gekrümmten Segmente 26 sind axial durchgehend. Jedes gekrümmte Segment 26 trägt einen Teil von Leitschaufeln von zwei oder mehr als zwei Leitschaufelkränzen, die durch die einzelnen Leitschaufeln 28 dargestellt sind. Der Ausdruck "axial durchgehend" bezeichnet ein in der Umfangsrichtung ungeteiltes Gebilde. Die Ringbüchse 22 befindet sich außerhalb des Innengehäuses 24 und berührt die Segmente 26 des Innengehäuses 24. Die Ringbüchse 22 ist aus in Umfangsrichtung durchgehendem Material hergestellt. Der hier verwendete Ausdruck "durchgehendes Material" bezeichnet ein Material, das durch keine Teilung oder Trennfuge unterbrochen ist. Beispielsweise ist ein axial durchgehendes Material ein Material, das nicht durch eine sich in Umfangsrichtung er­ streckende Teilung oder Trennfuge unterbrochen ist. In Um­ fangsrichtung durchgehendes Material ist ein Material, das nicht durch eine axial ausgerichtete Teilung oder Trennfuge unterbrochen ist. Obgleich das Innengehäuse 24 durch eine Abzapföffnung 30 und die Ringbüchse 22 durch eine Abzapföffnung 32 unterbrochen sind, werden die Segmente 26 des Innengehäuses 24 als aus axial durchgehendem Material bestehend angesehen, und die Ringbüchse 22 ist aus in Umfangsrichtung durchgehendem Material gebildet, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Die Ringbüchse 22 kann darüber hinaus aber auch mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende Flansche 134 haben, die miteinander verschraubt sind, wie es in Fig. 7 gezeigt ist.

Die Ringbüchse 22 hat ein Ende 36 großen Durchmessers und ein Ende 38 kleinen Durchmessers. Die Ringbüchse 22 hat mehrere Flansche 40, die sich in Umfangsrichtung um das Innengehäuse 22 erstrecken. Jeder Flansch 40 hat eine Nut 42, die dem Ende 36 großen Durchmessers zugewandt ist. Jedes Segment 26 des Innengehäuses 24 hat mehrere Flansche 44, die sich jeweils in Umfangsrichtung um das Segment 26 und nach außen erstrecken, um in Umfangsrichtung einen entsprechenden Flansch 40 der Ringbüchse 22 mit Schiebesitz zu erfassen. Jeder Flansch 44 an dem Innengehäuse 24 erstreckt sich axial in eine der Nuten 42 in Richtung zu dem Ende 38 kleineren Durchmessers der Ringbüchse 22 hin. Jeder Flansch 40 an der Ringbüchse 22 befindet sich radial außerhalb eines Flansches 44 des Innengehäuses 24, der vollständig zwischen dem Flansch 40 an der Ringbüchse 22 und dem Ende 38 kleineren Durchmessers der Ringbüchse 22 angeordnet ist.

Eine Vorrichtung zum Verhindern einer Drehbewegung zwischen dem Innengehäuse 24 und der Ringbüchse 22 erstreckt sich zwischen dem Innengehäuse 24 und der Ringbüchse 22 an dem Ende 36 großen Durchmessers und an dem Ende 38 kleinen Durchmessers der Ringbüchse 22. In dieser Ausführungsform ist die Vorrichtung ein keilnutverzahnter Ring 46, der weiter unten erläutert und in Fig. 5 dargestellt ist.

Mehrere Mantelringe 48 erstrecken sich in Umfangsrichtung um das Innere des Triebwerks. Die Mantelringe 48 befinden sich einwärts des ringförmigen Strömungsweges 16 für Arbeitsgase und sind durch einen radialen Spalt C von dem Rotor 18 getrennt.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Teils von zwei gekrümmten Segmenten 26 des Innengehäuses 24 sowie die Kränze von Leitschaufeln 28, die Mantelringe 48 und die Flansche 44. Jeder Flansch 44 des Innengehäuses 24 hat Lücken 50, die die Umfangskontinuität des Flansches 44 unterbrechen. Eine dünne Abschirmung 52 aus Blech hindert die Arbeitsgase am Durchgang durch die Lücken 50.

Jeder Mantelring 48 berührt einen entsprechenden Kranz von Leitschaufeln 28. Jeder Mantelring 48 ist in Segmente geteilt, und jedes Segment des Mantelringes 48 berührt mehrere Leitschaufeln 28. In der gezeigten Ausführungsform berührt jedes Segment des Mantelringes 48 die inneren Enden von drei Leitschaufeln 28, welche sich von einem einzelnen gekrümmten Segment 26 des Innengehäuses 24 nach innen erstrecken. Jedes Segment des Mantelringes 48 ist in Umfangsrichtung von dem benachbarten Segment durch einen Spalt D getrennt. Die gekrümmten Segmente 26 des Innengehäuses 24 sind umfangsmäßig einander benachbart und durch einen Spalt E voneinander getrennt.

Gemäß Fig. 3 erstreckt sich eine Dichtvorrichtung 54 in Form einer Federkeildichtung in Umfangsrichtung zwischen den benachbarten gekrümmten Segmenten 26 des Innengehäuses 24. Die Segmente 26 des Innengehäuses 24 könnten auch in Umfangsrichtung einander überlappen, um eine Abdichtung zu schaffen. Ein solcher Aufbau ist in Fig. 4 gezeigt.

Fig. 5 zeigt einen Teil des keilnutverzahnten Ringes 46, des Innengehäuses 24 und der Ringbüchse 22. Der Ring 46 erfaßt die Ringbüchse 22 an mehreren Keilnutverzahnungsverbindungen 56 und erfaßt ein gekrümmtes Segment 26 des Innengehäuses 24 an einer inneren Keilnutverzahnungsverbindung 58. Die Umfangsteile des gekrümmten Segments 26 können sich auf jeder Seite der inneren Keilnutverzahnungsverbindung 58 frei in Umfangsrichtung bezüglich der Ringbüchse 22 bewegen. Gemäß Fig. 1 schließen ein stromaufwärtiges Gehäuse 60 und ein Flansch 44 an dem Innengehäuse 24 den Ring 46 in axialer Richtung ein. Der Ring 46 kann in Umfangsrichtung durchgehend oder aus mehreren Segmenten aufgebaut sein. Andere Vorrichtungen zum Verhindern einer Drehbewegung zwischen einem inneren Gebilde und einer äußeren Büchse können jedoch ebenso benutzt werden wie beispielsweise ein radialer Stift in einem Flansch 140 und ein Schlitz in einem Flansch 144 (Fig. 7).

Fig. 6 veranschaulicht an einer schematischen Darstellung eines Teils des Verdichtungsabschnittes ein Verfahren zum Aufbauen der Statorbaugruppe 14 um den Rotor 18.

Fig. 6a zeigt den ersten Schritt des Herstellens der Rotorbaugruppe 12. Die Rotorbaugruppe 12 enthält den Rotor 18. Der Rotor 18 kann ein Trommelrotor oder eine verschraubte Konstruktion aus einzelnen Scheiben und Distanzstücken sein. Ein Trommelrotor ist dargestellt. Die Kränze von Laufschaufeln 20 sind an den Rotor 18 angebaut und erstrecken sich von dem Rotor 18 aus nach außen. Jeder Kranz von Laufschaufeln 20 hat axialen Abstand von dem benachbarten Kranz von Laufschaufeln 20, so daß zwischen ihnen ein axialer Zwischenraum besteht.

Fig. 6a zeigt den Schritt des Herstellens des Innengehäuses 24 aus wenigstens zwei gekrümmten Segmenten 26, die sich in Längsrichtung erstrecken. Zwei oder mehr als zwei Kränze von Leitschaufeln 28 werden an jedes Segment 26 angebaut. Die Leitschaufeln 28 jedes Segments 26 erstrecken sich von dem gekrümmten Segment 26 aus nach innen. Die Leitschaufeln 28 der Kränze von Leit­ schaufeln 28 weisen axialen Abstand voneinander auf, so daß ein axialer Zwischenraum zwischen ihnen verbleibt.

Fig. 6a zeigt den Schritt des Positionierens jedes gekrümmten Segmentes 26 des Innengehäuses 24 radial außerhalb der Rotorbaugruppe 12 derart, daß die gekrümmten Segmente 26 gegenseitigen Umfangsabstand haben. Die Kränze von Leitschaufeln 28 sind jeweils in einer Linie gegenüber einem entsprechenden axialen Zwischenraum zwischen den Kränzen von Laufschaufeln 20 angeordnet, und die Kränze von Laufschaufeln 20 sind jeweils in einer Linie gegenüber einem entsprechenden Zwischenraum zwischen den Kränzen von Leitschaufeln 28 angeordnet.

Fig. 6b zeigt den Abschluß des Schrittes des Zusammenbauens des Innengehäuses 24 und der Rotorbaugruppe 12 durch Bewegen der gekrümmten Segmente 26 des Innengehäuses 24 nach innen zu der Längsachse der Rotorbaugruppe 12 hin, so daß die Kränze von Laufschau­ feln 20 und die Kränze von Leitschaufeln 28 zwischeneinander zu liegen kommen. Die Segmente 26 des Innengehäuses 24 können durch einen vorbestimmten Spalt E in Umfangsrichtung voneinander getrennt sein.

Das Zusammenbauen eines vertikal ausgerichteten Innengehäuses 24 mit einer vertikal ausgerichteten Rotorbaugruppe 12 beseitigt die Notwendigkeit von Bändern, um das Innengehäuse 24 in der zusammengefügten Position zu halten. Das Zusammenbauen eines horizontal ausgerichteten Innengehäuses 24 mit einer horizontal ausgerichteten Rotorbaugruppe 12 könnte Umfangsbänder, wie beispielsweise Baumwollschnüre, und Beilagen erfordern, um den erforderlichen Spalt E aufrechtzuerhalten. Eine Schnur 60 ist gestrichelt dargestellt.

Fig. 6c zeigt den Schritt des Herstellens der Ringbüchse 22, die eine Längssymmetrieachse hat.

Fig. 6d zeigt den Schritt des Zusammenbauens der Ringbüchse 22 mit den gekrümmten Segmenten 26 des Innengehäuses 24 und der Rotorbaugruppe 12. Der Schritt beinhaltet das Ausrichten der Symmetrieachse der Rotorbaugruppe 12 auf die Symmetrieachse der Ringbüchse 22 und das Relativbewegen der Ringbüchse 22 und des Innengehäuses 24, so daß sich die Ringbüchse 22 in jedes Segment 26 des Innengehäuses 24 einschiebt.

Fig. 6e zeigt die Rotorbaugruppe 12, das Innengehäuse 24 und die Ringbüchse 22 im zusammengebauten Zustand.

Fig. 7 zeigt eine Alternative zu der Ausführungsform von Fig. 1, bei der ein Innengehäuse 124 aus wenigstens zwei Anzahlen von gekrümmten Segmenten 126, 127, die axial durchgehend sind, aufgebaut ist. Das Innengehäuse 124 hat eine erste Anzahl von gekrümmten Segmenten 126, die in Umfangsrichtung einander benachbart sind. Jedes gekrümmte Segment 126 ist axial durchgehend und trägt einen Teil von wenigstens zwei Kränzen von Leitschaufeln 128. Weiter hat das Innengehäuse 124 eine zweite Anzahl von gekrümmten Segmenten 127, die in Umfangsrichtung einander benachbart sind. Jedes gekrümmte Segment 127 liegt an einem entsprechenden gekrümmten Segment 126 der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten an. Jedes gekrümmte Segment 127 trägt einen Teil von nicht weniger als zwei Kränzen von Leitschaufeln 128. Eine Ringbüchse 122 aus in Umfangsrichtung durchgehendem Material berührt außerhalb des Innengehäuses 124 die gekrümmten Segmente 126, 127 des Innengehäuses 124, um die Segmente 126, 127 umfangsmäßig ausgerichtet zu halten.

Jedes Segment 126 der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten ist an einem entsprechenden Segment 127 der zweiten Anzahl von gekrümmten Segmenten integral befestigt. Die Segmente 126, 127 können beispielsweise durch Nieten 160 oder durch andere geeignete Befestigungsmittel, wie beispielsweise mehrere Schrauben und Muttern, aneinander befestigt sein. Die Ringbüchse 122, die die gekrümmten Segmente 126, 127 umschließt, hat mehrere Flansche 140, welche gegenseitigen axialen Abstand aufweisen. Die Flansche 140 erstrecken sich in Umfangsrichtung um das Innere der Ringbüchse 122. Jedes gekrümmte Segment 126, 127 des Innengehäuses 124 hat wenigstens einen Flansch 144, wobei sich jeder Flansch 144 in Umfangsrichtung um das gekrümmte Segment 126, 127 und nach außen erstreckt, um einen entsprechenden Flansch 140 der Ringbüchse 122 mit Schiebesitz in Umfangsrichtung zu er­ fassen. In der gezeigten Ausführungsform ist jedes Segment 126 der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten an einem Flansch 144 eines gekrümmten Segments 127 integral befestigt. Eine Vorrichtung zum axialen Haltern, wie der dargestellte Sprengring 166, faßt in eine Nut 168 in der Ringbüchse 122 ein. Der Sprengring 166 liegt an einem stromaufwärtigen Flansch an jedem Segment 126 des Innengehäuses 124 an, wie beispielsweise an dem Flansch 144.

Jedes gekrümmte Segment 126, 127 des Innengehäuses 124 hat mehrere Abriebstreifen, die durch den einzelnen Abriebstreifen 170 und den einzelnen Abriebstreifen 172 dargestellt sind. Jedes Segment 126, 127 hat mehrere Flansche 174 zur Verstärkung. Jeder Flansch 174 erstreckt sich von einem entsprechenden Segment 126, 127 nach außen und befindet sich außerhalb des Abriebstreifens 170, 172.

Das Innengehäuse 124 hat wenigstens eine Abzapföffnung 130 für Arbeitsgase. Die Ringbüchse 122 hat eine entsprechende Abzapföffnung 132 für Arbeitsgase, die mit der Abzapföffnung 130 in dem Innengehäuse 124 in Verbindung steht. Dichtungsteile 176 erstrecken sich in Umfangsrichtung um das Innengehäuse 124 und sind jeweils zwischen den Abzapföffnungen 130, 132 und einem Flansch 144 des Innengehäuses 124 angeordnet. Die Dichtungsteile 176 bestehen aus mehreren gekrümmten Segmenten 178, von denen jedes ein gekrümmtes Segment 126, 127 des Innengehäuses 124 berührt und sich nach außen bis in die Nähe der Ringbüchse 122 erstreckt.

Im Betrieb eines Gasturbinentriebwerks strömen gemäß Fig. 1 Arbeitsgase auf dem Strömungsweg 16. Die Gase gehen durch die Kränze von Leitschaufeln 28 und Laufschaufeln 20 hindurch. Die Rotorbaugruppe 12 und die Statorbaugruppe 14 leiten die Arbeitsgase auf dem Strömungsweg 16. Insbesondere ist der Spalt C zwischen der Rotorbaugruppe 12 und der Statorbaugruppe 14 klein genug, um die Leckage von Arbeitsgasen an den inneren Enden der Leitschaufeln 28 und den äußeren Enden der Laufschaufeln 20 zu blockieren.

Die Betriebstemperaturen dieser Baugruppen sowie die Drehkräfte, die auf die Rotorbaugruppe 12 einwirken, verursachen eine Relativbewegung zwischen der Statorbaugruppe 14 und der Rotorbaugruppe 12. In einigen Fällen vergrößert diese Relativ­ bewegung den Spalt C zwischen der Rotorbaugruppe 12 und der Statorbaugruppe 14. Kühlluft wird durch die Sprührohre 15 hindurchgeleitet und trifft auf die Ringbüchse 22 der Statorbaugruppe 14 auf. Die Kühlluft führt Wärme von der Ringbüchse 22 weg, was zur Folge hat, daß sich die Ringbüchse 22 zusammenzieht und nach innen bewegt. Die Enden der gekrümmten Segmente 26 auf jeder Seite der inneren Keilnutverzahnungsverbindung 56 können sich in bezug auf die Ringbüchse 22 frei in Umfangsrichtung verschieben. Wenn sich die Ringbüchse 22 nach innen bewegt, bewirkt sie, daß das Innengehäuse 24 einen kleineren Durchmesser erhält, wodurch der Spalt C zwischen der sich drehenden Rotorbaugruppe 12 und der Statorbaugruppe 14 verkleinert wird. Durch das Verkleinern des Spalts C wird die Einbuße an aerodynamischem Wirkungsgrad, die durch Leckage der Arbeitsgase durch den Spalt C hindurch verursacht wird, verringert.

Das Innengehäuse 24, das aus umfangsmäßig benachbarten gekrümmten Segmenten 26 aufgebaut ist, hat im Vergleich zu umfangsmäßig durchgehenden Gehäusen eine geringere Umfangsfestigkeit. Die Lücken 50 in den Flanschen 44, die sich zwischen dem Innengehäuse 24 und der Ringbüchse 22 erstrecken, verringern die Umfangsfestigkeit des Innengehäuses 24 weiter. Ebenso ist der Mantelring 48 in Segmente geteilt, um die Umfangsfestigkeit des Mantelringes 48 zu verringern. Die Verringerung der Umfangsfestigkeit des Mantelringes 48 und der gekrümmten Segmente 26 verringert den Verzögerungseffekt, den das Innengehäuse 24 auf das Wärmeansprechverhalten der Ringbüchse 22 ausübt.

Wenn die Arbeitsgase durch die Kränze von Leitschaufeln 28 hindurchgehen, üben die Arbeitsgase eine Umfangskraft auf die Leitschaufeln 28 aus. Der Mantelring 48 berührt die inneren Enden von mehreren Leitschaufeln 28 und stützt zusammen mit einem gekrümmten Segment 26 die Leitschaufeln gegen diese Kraft geführt und freitragend ab. Diese Umfangskraft wird über die Leitschaufeln 28, die gekrümmten Segmente 26 des Innengehäuses 24 und den keilnutverzahnten Ring 46 nach außen auf die Ringbüchse 22 übertragen. Da sich der keilnutverzahnte Ring 46 in radialer Richtung frei bewegen kann, werden Biegekräfte an dem gekrümmten Segment 26 des Innengehäuses 24 durch den Radial­ momentarm des Ringes 46, der in Umfangsrichtung an dem Innengehäuse 24 angreift, nicht vergrößert. Der keilnutverzahnte Ring 46 verhindert somit den Momentarm und die zugeordneten Kräfte, die vorhanden sein würden, wenn der Ring 46 an dem Innengehäuse 24 integral befestigt wäre. Demgemäß verhindert der keilnutverzahnte Ring 46 das Auftreten einer Umfangsverwindung in den gekrümmten Segmenten 26, die durch solche Biegekräfte hervorgerufen würde.

Die axiale Kontinuität des Innengehäuses 24 und die umfangs­ mäßige Kontinuität der Ringbüchse 22 ergeben zusätzliche Vorteile. Die axial durchgehenden gekrümmten Segmente 26 des Innengehäuses 24 begrenzen den ringförmigen Strömungsweg 16 mit einer aerodynamisch glatten Fläche in der axialen Richtung. Dadurch werden Strömungsverluste verringert, die durch kleine Vorsprünge in dem Strömungsweg 16 hervorgerufen würden, wie sie bei Gebilden vorhanden sind, die aus mehreren Umfangsringen aufgebaut sind, welche von einer Statorbaugruppe her in einen Strömungsweg hineinragen. Da die Ringbüchse 22 in Umfangsrichtung durchgehend, also nicht geteilt ist, sind keine axial ausgerichteten Flansche notwendig. Diese axialen Flansche sind bei geteilten Gehäusekonstruktionen erforderlich und bei Trommelrotorkonstruktionen besonders hilfreich. Die Flansche bewirken jedoch, daß das Außengehäuse in der Nähe der Flansche baulich steif ist. Die bauliche Steifigkeit hat eine nachteilige Auswirkung auf das radiale Wachstum des Außengehäuses und führt zum Unrundwerden des gesamten Außengehäuses. Da die Ringbüchse 22 in Umfangrichtung jedoch durchgehend ist und keine derartigen Flansche aufweist, ist die Ringbüchse 22 keinem Unrundwerden infolge dieser Flansche ausgesetzt, und es werden Veränderungen des Spalts C zwischen der Rotorbaugruppe 12 und der Statorbaugruppe 14 vermieden.

In ähnlicher Weise ist das Innengehäuse 124 von Fig. 7 in Segmente 126, 127 geteilt, um eine Einwärts- und Auswärtsbewegung des Innengehäuses 124 auf Änderungen im Durchmesser der Ringbüchse 122 hin zu gestatten. Die Ringbüchse 122 kann axial sowie umfangsmäßig durchgehend sein. In der gezeigten Ausführungsform ist die Ringbüchse 122 umfangsmäßig durchgehend und hat eine erste Ringbüchse sowie eine zweite Ringbüchse, die integral an einem Flansch 134 miteinander befestigt sind. Ein solcher sich in Umfangsrichtung erstreckender Flansch 134 ruft keine sich axial erstreckende Diskontinuität wie der sich axial erstreckende Flansch von geteilten Außengehäusen hervor. Die Dichtungsteile 176 hindern die Arbeitsgase am Berühren der Flansche 144, wenn sich die Gase von der Abzapföffnung 130 in dem Innengehäuse 124 zu der Abzapföffnung 142 in der Ringbüchse 122 bewegen.

Der Flansch 144 an jedem Segment 126 der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten berührt einen entsprechenden Flansch 140 an der Ringbüchse 122. Jedes Segment 126 der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten ist außerdem integral an einem Flansch 144 eines entsprechenden benachbarten zweiten gekrümmten Segments 127 der zweiten Anzahl von gekrümmten Segmenten befestigt. Der Flansch 144 an dem Segment 127 der zweiten Anzahl von gekrümmten Segmenten stützt das Segment 126 der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten an der Ringbüchse 122 ab. Durch Verbinden des Segments 126 der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten mit dem benachbarten Segment 127 der zweiten Anzahl von gekrümmten Segmenten an dem Flansch 144 wird die Möglichkeit einer Strömungswegdiskontinuität minimiert, weil beide Segmente 126, 127 durch denselben Flansch 140 an der Ringbüchse 122 positioniert sind.

Claims (13)

1. Strömungsleitvorrichtung mit wenigstens zwei Kränzen von Leitschaufeln (28; 128) für ein Axialgasturbinentrieb­ werk, das einen ringförmigen Strömungsweg (16) für heiße Arbeitsgase hat, mit einem Innengehäuse (24; 124), das sich in dem Triebwerk außen an dem Strömungsweg (16) axial erstreckt und aus mehreren gekrümmten Segmenten (26; 126) aufgebaut ist, die umfangsmäßig einander benachbart sind, axial durchgehend sind und jeweils einen Teil von wenig­ stens zwei Kränzen von Leitschaufeln (28; 128) tragen, und mit einem Außengehäuse aus einer in Umfangsrichtung unge­ teilten Ringbüchse (22; 122), die das Innengehäuse (24; 124) umgibt und die Segmente (26; 126) des Innengehäuses (24; 124) berührt, um die Segmente (26; 126) in Umfangs­ richtung zu halten, wobei die Segmente (26; 126) des In­ nengehäuses (24; 124) an einer ersten Stelle unmittelbar an der Ringbüchse (22; 122) in Radialrichtung befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Segmente (26; 126) des Innengehäuses (24; 124) an wenigstens einer weiteren, in axialer Richtung von der ersten Stelle beab­ standeten Stelle unmittelbar in Radialrichtung an der Ringbüchse (22; 122) befestigt sind, und daß die Ring­ büchse (22; 122) von mehreren Sprührohren (15) umgeben ist zum Sprühen von Kühlluft auf die Außenseite der Ringbüchse (22; 122).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Segmente (126) eine erste Anzahl von gekrümmten Segmenten bilden, und daß das Innengehäuse (124) eine zweite Anzahl von umfangsmäßig einander benachbarten gekrümmten Segmenten (127) hat, die axial durchgehend sind, jeweils einen Teil von wenigstens zwei Kränzen von Leitschaufeln (128) tragen und jeweils axial an ein ent­ sprechendes Segment (126) der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten anstoßen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment (126) der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten an einem entsprechenden Segment (127) der zwei­ ten Anzahl von gekrümmten Segmenten integral befestigt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringbüchse (22; 122) mehrere Flan­ sche (40; 140) hat, die gegenseitigen axialen Abstand auf­ weisen und sich in Umfangsrichtung um das Innere des Innengehäuses (24; 124) erstrecken, und daß jedes Segment (26; 126; 127) des Innengehäuses (24; 124) mehrere Flan­ sche (44; 144) aufweist, die sich in Umfangsrichtung um das Segment (26; 126; 127) erstrecken und sich außerdem nach außen erstrecken, um einen entsprechenden Flansch (40; 140) der Ringbüchse (22; 122) in der Umfangsrichtung mit Schiebesitz zu erfassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flansch (44) des Innengehäuses (24) Lücken (50) hat, die die Umfangskontinuität des Flansches (44) unter­ brechen, um die Umfangsfestigkeit des Flansches (44) zu verringern.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment (26; 126; 127) des In­ nengehäuses (24; 124) mehrere Abriebstreifen (170; 172) hat, die sich in Umfangsrichtung um jedes Segment (26; 126; 127) erstrecken, und mehrere Flansche (174), die sich außerhalb des Abriebstreifens (170; 172) von einem Segment (26; 126; 127) aus nach außen erstrecken.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (24; 124) wenigstens eine Abzapföffnung (30; 130) für Arbeitsgase hat, daß die Ringbüchse (22; 122) eine Abzapföffnung (32; 132) für Ar­ beitsgase in Gasverbindung mit der Abzapföffnung (30; 130) in dem Innengehäuse (24; 124) hat, und daß wenigstens ein Dichtungsteil (176) vorgesehen ist, das sich um das Innen­ gehäuse (24; 124) erstreckt und zwischen der Abzapföffnung (30; 130) und einem Flansch (144) des Innengehäuses (24; 124) angeordnet ist und aus mehreren Segmenten (178) auf­ gebaut ist, von denen jedes ein Segment (26; 126; 127) des Innengehäuses (24; 124) berührt und sich nach außen bis in die Nähe der Ringbüchse (22; 122) erstreckt, um die Ar­ beitsgase am Berühren des Flansches (144) zu hindern.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn­ zeichnet durch eine Dichtvorrichtung (54), die sich in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Segmenten (26) des Innengehäuses (24) erstreckt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenn­ zeichnet durch einen Ring (46) zum Verhindern einer Dreh­ bewegung eines Segments (26) des Innengehäuses (24) in be­ zug auf die Ringbüchse (22), wobei der Ring (46) die Ring­ büchse (22) an mehreren Keilnutverzahnungsverbindungen (56) und das Segment (26) des Innengehäuses (24) an einer inneren Keilnutverzahnungsverbindung (58) erfaßt und wobei die Segmente (26) des Innengehäuses (24) auf jeder Seite der inneren Keilnutverzahnungsverbindung (58) sich in Um­ fangsrichtung in bezug auf die Ringbüchse (22) frei bewe­ gen können.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (46) aus mehreren Segmenten aufgebaut ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringbüchse (22) aus axial durchgehendem Material gebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringbüchse (22) ein Ende (36) großen Durchmessers und ein Ende (38) kleinen Durchmessers hat, und daß jeder Flansch (40) der Ringbüchse (22) sich radial außerhalb ei­ nes Flansches (44) an dem Innengehäuse (24) befindet, der vollständig zwischen dem Flansch (40) an der Ringbüchse (22) und dem Ende (38) kleinen Durchmessers angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flansch (40) an der Ringbüchse (22) eine Nut (42) hat, die dem Ende (36) großen Durchmessers zuge­ wandt und zur Aufnahme eines entsprechenden Flansches (44) des Innengehäuses (24) vorgesehen ist.