DE3325291C2 - Rotorbaugruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotorbaugruppe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine solche Rotorbaugruppe ist aus der US 42 13 738 bekannt, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird.

Ein Axialgasturbinentriebwerk hat einen Verdichtungsabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt und einen Turbinenabschnitt. Ein ringförmiger Strömungsweg für Arbeitsgase erstreckt sich axial durch diese Abschnitte. Wenn die Arbeitsgase auf dem Strömungsweg strömen, werden sie in dem Verdichtungsabschnitt unter Druck gesetzt und in dem Verbrennungsabschnitt mit Brennstoff verbrannt, wodurch den Gasen Energie zugesetzt wird. Die heißen, unter hohem Druck stehenden Gase werden in dem Turbinenabschnitt entspannt, um nutzbare Arbeit zu leisten. Die Arbeit wird benutzt, um beispielsweise ein Flugzeug mittels Schub anzutreiben oder um eine Freifahrtturbine mit Druckgasen anzutreiben und die Gase in dem Verdichtungsabschnitt unter Druck zu setzen.

Die Rotorbaugruppe erstreckt sich axial durch das Triebwerk, um die Arbeit des Unterdrucksetzens von dem Turbinenabschnitt auf den Verdichtungsabschnitt zu übertragen. In dem Turbinenabschnitt enthält die Rotorbaugruppe Rotorscheiben, die jeweils Kränze von Laufschaufeln haben, welche sich über den Strömungsweg nach außen erstrecken. Die Laufschaufelkränze sind in bezug auf die ankommende Strömung abgewinkelt, um Arbeit aus den Gasen zu empfangen und die Scheiben um die Drehachse in Drehung zu versetzen.

Eine Statorbaugruppe umgibt die Rotorbaugruppe. Die Statorbaugruppe hat ein äußeres Gehäuse, das die Arbeitsgase einschließt, und Kränze von Leitschaufeln, die an dem äußeren Gehäuse befestigt sind. Jeder Leitschaufelkranz erstreckt sich stromaufwärts eines zugeordneten Laufschaufelkranzes über den Strömungsweg nach innen. Die Leitschaufeln leiten die Arbeitsgase unter Winkeln in die Laufschaufelkränze, die die Leistung des Triebwerks optimieren. Es ist demgemäß wichtig, daß die Arbeitsgase durch die Leitschaufeln und nicht um die Spitzen der Leitschaufeln strömen, um den Wirkungsgrad des Triebwerks zu bewahren.

Die Leitschaufeln sind jedoch von der Rotorbaugruppe während des normalen Betriebes durch einen radialen Spalt getrennt, um eine Berührung zwischen den Laufschaufeln und den Leitschaufeln zu vermeiden, durch die die entweder die sich bewegenden Laufschaufeln oder die feststehenden Leitschaufeln zerstört werden könnten. Eine Labyrinthdichtung ist vorgesehen, um zu verhindern, daß die Gase durch diesen Spalt und um die Spitzen der Leitschaufeln strömen. Die Labyrinthdichtung besteht aus einem Dichtsteg an den Leitschaufeln und aus Schneidenelementen an der Rotorbaugruppe. Beispiele für solche Konstruktionen finden sich in der US 38 26 084 und in der eingangs bereits erwähnten US 42 13 738. Bei diesen Konstruktionen erstreckt sich eine Dichtung, die die Schneidenelemente trägt, zwischen benachbarten Rotorscheiben.

Die maximale Größe des Spalts wird durch das Übergangswachstum festgelegt, das während einer Erhöhung der Triebwerksleistung von niedriger Leistung auf hohe Leistung auftritt. Wenn das Triebwerk von niedriger Leistung, wie beispielsweise Leerlaufleistung, auf hohe Leistung, wie beispielsweise die Leistung beim Start in Meereshöhe, beschleunigt wird, steigt die Temperatur der Arbeitsgase stark an. Die Leitschaufeln sind in innigem Kontakt mit den heißen Arbeitsgasen und werden infolge der erhöhten Temperatur der Gase schnell erhitzt. Das äußere Gehäuse, das weiter entfernt von dem Strömungsweg angeordnet ist, spricht langsamer als die Leitschaufeln auf die Gase an. Die Leitschaufeln dehnen sich nach innen hin zu der Rotorbaugruppe aus, wodurch der Spalt zwischen dem Dichtsteg an den Leitschaufeln und den Schneidenelementen an der Dichtung der Rotorbaugruppe verkleinert wird.

Die Bewegung der Dichtung nach außen zu den Leitschaufeln während der Beschleunigung des Triebwerks vergrößert die Größe des Spalts, die nötig ist, um einen Übergangsbetrieb zu kompensieren. Das Ausmaß des thermischen Wachstums, das die Dichtung erfährt, wird dadurch vergrößert, daß die Dichtung in unmittelbarer Nähe des Strömungsweges angeordnet ist, weil die Dichtung durch die Arbeitsgase schnell erhitzt wird. Infolgedessen muß der Spalt zwischen dem Leitschaufelkranz und der Dichtung noch weiter vergrößert werden, um sicherzustellen, daß eine zerstörerische Berührung zwischen diesen Bauteilen während eines Übergangsbetriebs des Triebwerks nicht erfolgt.

Eine Möglichkeit zum Verringern des Spalts durch Verringern der Auswärtsbewegung der Dichtung ist in der US 33 43 806 gezeigt. Diese US-Patentschrift beschreibt eine Dichtung, die an einer Rotorscheibe befestigt ist. Die Rotorscheibe erstreckt sich radial zwischen den die Laufschaufeln tragenden Scheiben und ist als relativ massiv beschrieben. Die Rotorscheibe dient zum radialen Abstützen der Dichtung, um Spannungen in der Dichtung zu verringern, und dient weiter als Wärmeableiter zum Wegleiten der Wärme von den Schneidenelementen.

In modernen Triebwerken ist es außerdem erwünscht, die Masse der inneren Dichtung zu verringern, um die nachteilige Auswirkung zu minimieren, die diese Masse der Dichtung auf die Triebswerksleistung hat. Demgemäß arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure daran, eine Dichtung, die sich zwischen den Rotorscheiben erstreckt, zu entwickeln, welche an einer Wärmeausdehnung zwangsläufig gehindert wird und im Vergleich zu den Dichtungen, die nicht auf gleiche Weise an einer Wärmeausdehnung gehindert werden, keine relativ große Masse hat.

Bei der Rotorbaugruppe, die aus der eingangs bereits erwähnten US 42 13 738 bekannt ist, sind dafür aber kaum Maßnahmen vorgesehen. Bei dieser bekannten Rotorbaugruppe ist die Dichtung nämlich lediglich an ihren entgegengesetzten beiden Enden abgestützt, und zwar an einem Ende mittels eines Hakens, der von einem Flansch einer Rotorscheibe vorsteht, und das andere Ende der Dichtung ist an einer anderen Rotorscheibe abgestützt. Die Dichtung kann sich also zwischen ihren Enden unter Wärmeeinwirkung ungehindert radial ausdehnen und zusammenziehen.

Aus der DE-OS 25 55 911 sind Maßnahmen bekannt, die eine radiale Wärmeausdehnung der Dichtung einer Rotorbaugruppe verhindern, also überhaupt keine Radialbewegung der Dichtung zulassen sollen. Bei dieser bekannten Rotorbaugruppe sind die Rotorscheiben nämlich durch sogenannte Doppel-T-förmige Zwischenringe miteinander verbunden, von denen jeder aus einem mit den Rotorscheiben verschweißten Innenring und einzeln von diesem lösbaren Ringsegmenten besteht. Die Ringsegmente, die Bestandteile der Dichtung sind, haben jeweils eine formschlüssige Verbindung mit dem Innenring.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Rotorbaugruppe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art die maximale Größe des Dichtspalts zwischen der mit den Rotorscheiben umlaufenden Dichtung und einem feststehenden Teil der Axialströmungsmaschine definiert zu verringern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Rotorbaugruppe nach der Erfindung wird die maximale Größe des Dichtspalts, der notwendig ist, um zerstörerischen Kontakt zwischen der Dichtung und dem feststehenden Teil der Axialströmungsmaschine zu vermeiden, dadurch reduziert, daß die Dichtung in der Mitte zwischen den beiden Rotorscheiben an der Verbindungsvorrichtung, welche einwärts der Dichtung angeordnet ist und die beiden Rotorscheiben miteinander verbindet, radial aufliegt. Dadurch wird die Dichtung an einer zentralen Stelle, d. h. in der Mitte zwischen ihren Enden an einer Wärmeausdehnung in radialer Richtung gehindert, wodurch die maximale Größe des Dichtspalts, der zum Vermeiden von zerstörerischem Kontakt zwischen der Dichtung und dem feststehenden Teil der Axialströmungsmaschine bei dem Übergang von niedriger auf hohe Leistung benötigt wird, definiert verringert wird. Das Verringern des maximalen Dichtspalts reduziert die Leckage von Arbeitsgasen während des Betriebes und erhöht den Wirkungsgrad der Maschine.

Bei einer erfindungsgemäßen Rotorbaugruppe für ein Gasturbinentriebwerk ist also ein Hauptvorteil der Erfindung der Triebwerkswirkungsgrad, der sich dadurch ergibt, daß die Dichtung an einer Bewegung radial nach außen aufgrund der Erhitzung der Dichtung definert verringert wird. Ein weiterer Vorteil ist der Triebwerkswirkungsgrad, der dem Gewicht der Rotorbaugruppe zugeordnet ist und sich daraus ergibt, daß eine vorhandene Verbindungsvorrichtung, die die Rotorscheiben miteinander verbindet, benutzt wird, um die Dichtung an einer Stelle in der Mitte der Spannweite der Dichtung abzustützen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die thermische Stabilität der die Rotorscheiben miteinander verbindenden Verbindungsvorrichtung, die sich aus der Abschirmung der Verbindungsvorrichtung durch die Dichtung ergibt. Noch ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Dauerfestigkeit der Rotorbaugruppe, die sich aus dem Dämpfen von Schwingungen ergibt, welche von den Rotorscheiben auf die Dichtung und auf die die Rotorscheiben miteinander verbindende Verbindungsvorrichtung übertragen werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

In einer Ausgestaltung ist ein Vorteil die Dauerfestigkeit, die mit der Steifigkeit der Rotorbaugruppe verbunden ist, welche sich daraus ergibt, daß die Rotorscheiben an den Randabschnitten miteinander verbunden werden. In einer weiteren Ausgestaltung wird die Dauerfestigkeit der Rotorbaugruppe vergrößert, indem die Haken in gegenseitigem Abstand angeordnet werden, um ein kleines Ausmaß an radialem Relativwachstum zwischen der Dichtung und der die Rotorscheiben miteinander verbindenden Verbindungsvorrichtung zu gestatten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Axialgasturbinentriebwerks, von welchem ein Teil weggebrochen worden ist, um den Turbinenabschnitt des Triebwerks sichtbar zu machen,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines Teils der Rotorbaugruppe nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht, die eine andere Ausführungsform eines Teils der Rotorbaugruppe nach Fig. 2 zeigt.

Ein Axialgasturbinentriebwerk 10 der Turbofan-Bauart ist in Fig. 1 gezeigt. Das Triebwerk enthält einen Verdichtungsabschnitt 12, einen Verbrennungsabschnitt 14 und einen Turbinenabschnitt 16. Ein ringförmiger Strömungsweg 18 für Arbeitsgase erstreckt sich axial durch die Abschnitte des Triebwerks. Das Triebwerk 10 hat eine Rotorbaugruppe 20 mit einer Drehachse A_r. Die Rotorbaugruppe 20 erstreckt sich längs des Strömungsweges 18 axial durch das Triebwerk 10. Eine Statorbaugruppe 22 umgibt die Rotorbaugruppe 20.

Die Statorbaugruppe 22 hat ein äußeres Gehäuse 24, das den Strömungsweg 18 umgibt. Leitschaufelkränze, die durch eine einzelne Leitschaufel 26, eine einzelne Leitschaufel 28 und eine einzelne Leitschaufel 30 dargestellt sind, sind an dem äußeren Gehäuse 24 befestigt. Jede Leitschaufel erstreckt sich über den Strömungsweg 18 nach innen in die Nähe der Rotorbaugruppe 20.

Die Rotorbaugruppe 20 hat eine Rotorscheibe 32, eine Rotorscheibe 34 und eine Rotorscheibe 36. Die Rotorscheiben sind in axialem Abstand voneinander angeordnet. Jede Rotorscheibe erstreckt sich umfangsmäßig um die Drehachse A_r. Jede Rotorscheibe trägt einen Kranz von Laufschaufeln, von denen eine Laufschaufel 42 an der Rotorscheibe 32, eine Laufschaufel 44 an der Rotorscheibe 34 und eine Laufschaufel 46 an der Rotorscheibe 36 dargestellt ist.

Die Leitschaufel 26 erstreckt sich von dem äußeren Gehäuse 24 aus zwischen der Laufschaufel 42 und der Laufschaufel 44 nach innen. Die Leitschaufel 26 hat ein inneres Ende 48. Eine Dichtung 50 ist mit Abstand einwärts von dem Ende der Leitschaufeln angeordnet, so daß zwischen ihnen ein Spalt C vorhanden ist. Die Dichtung 50 ist axial zwischen der Rotorscheibe 32 und der Rotorscheibe 34 eingeschlossen und erstreckt sich umfangsmäßig um die Drehachse A_r. Die Dichtung 50 hat ein stromaufwärtiges Ende 52 und ein stromabwärtiges Ende 54. Eine Verbindungsvorrichtung 56 ist einwärts von der Dichtung 50 zum Miteinanderverbinden dieser Rotorscheiben 32, 34 und zum Erfassen der Dichtung durch die Rotorscheiben befestigt. Die Verbindungsvorrichtung 56 erfaßt die Dichtung 50 an einer Stelle in der Mitte der axialen Spannweite der Dichtung. Eine Stelle in der Mitte der axialen Spannweite ist beispielsweise ein zentraler Teil oder Punkt an der Innenseite der Dichtung 50, der axiale Abstand von beiden Enden der Dichtung 50 aufweist. Auf gleiche Weise ist eine Dichtung 58 axial zwischen der Rotorscheibe 34 und der Rotorscheibe 36 eingeschlossen. Eine Verbindungsvorrichtung 60 einwärts von der Dichtung 58 zum Miteinanderverbinden der Rotorscheiben 34, 36 und zum Erfassen der Dichtung 58 an einer Stelle in der Mitte der Spannweite der Dichtung 58 ist an diesen Rotorscheiben und an der Dichtung 58 befestigt. Ebenso ist eine Dichtung 62 axial zwischen der Rotorscheibe 36 und einer stromabwärtigen Rotorscheibe (nicht dargestellt) eingeschlossen. Eine Verbindungsvorrichtung 64 einwärts von der Dichtung 62 zum Miteinanderverbinden dieser Rotorscheiben und zum Erfassen der Dichtung 62 an einer Stelle in der Mitte der Spannweite der Dichtung 62 ist an der Rotorscheibe 36 und an der stromabwärtigen Rotorscheibe befestigt.

Die Dichtung 50 hat einen axialen Abstand A′ von den Rotorscheiben, um ein axiales Relativwachstum zwischen den Rotorscheiben und der Dichtung zu gestatten.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Längsschnittansicht eines Teils der Rotorbaugruppe 20 und der Statorbaugruppe 22 nach Fig. 1. Die Rotorscheibe 32 hat einen Bohrungsabschnitt 72, einen Stegabschnitt 74 und einen Randabschnitt 76. Jeder Abschnitt erstreckt sich umfangsmäßig um eine Symmetrieachse A_s. Der Stegabschnitt 74 verbindet den Bohrungsabschnitt 72 mit dem Randabschnitt 76. Der Randabschnitt 76 hat einen durchgehenden, axial vorstehenden Flansch 78. Der Flansch 78 erstreckt sich umfangsmäßig um die Rotorscheibe 32. Die Rotorscheibe 34 hat einen Bohrungsabschnitt 82, einen Stegabschnitt 84 und einen Randabschnitt 86. Jeder Abschnitt erstreckt sich umfangsmäßig um die Symmetrieachse A_s. Der Stegabschnitt 84 verbindet den Bohrungsabschnitt 82 mit dem Randabschnitt 86. Der Randabschnitt 86 hat einen durchgehenden, axial vorstehenden Flansch 88. Der Flansch 88 erstreckt sich umfangsmäßig um die Rotorscheibe 34 und axial zu dem Flansch 78 an der Rotorscheibe 32. Die Dichtung 50 erstreckt sich axial und berührt den Flansch 78 an der Rotorscheibe 32 und den Flansch 88 an der Rotorscheibe 34. Die Dichtung 50 hat ein Gebiet 92, das ein oder mehrere Schneidenelemente 94 aufweist. Die Schneidenelemente 94 erstrecken sich nach außen und umfangsmäßig um die Dichtung 50 bis in die Nähe der Enden 48 der Leitschaufeln 26, so daß dazwischen der Spalt C vorhanden ist. Ein sich umfangsmäßig erstreckender Dichtsteg 96, der aus einem Wabenmaterial gebildet ist, ist an dem inneren Ende der Leitschaufel 26 befestigt. Die Schneidenelemente 94 und der Dichtsteg 96 sind radial und axial ausgerichtet, so daß sie eine Labyrinthdichtung 98 bilden.

Ein Steg 100 erstreckt sich von der Dichtung 50 radial nach außen. Eine zylindrische Strömungsleitvorrichtung 102 ist an dem Steg 100 befestigt. Die Strömungsleitvorrichtung 102 ist mit radialem Abstand von der Dichtung 50 angeordnet, so daß dazwischen eine Kammer 104 verbleibt. Die Strömungsleitvorrichtung 102 berührt die Laufschaufeln 44, um die Laufschaufeln axial zu halten, und erstreckt sich stromaufwärts, um die Dichtung 50 beim Einschließen der Arbeitsgase in den ringförmigen Strömungsweg 18 zu unterstützen. Ein zylindrisches Teil 106, das sich von dem Steg 100 aus erestreckt, hat eine Keilnutverbindung 108 mit den Laufschaufeln 44, um den Steg 100 und die Dichtung 50 drehfest zu halten. Der Steg 100, das zylindrische Teil 106 und die Dichtung 50 bilden einen Kühlluftverteiler 110. Die Dichtung 50 hat ein Loch 112 für Kühlluft, das mit dem Kühlluftverteiler 110 in Strömungsverbindung steht.

Die Rotorscheiben 32 und 34 und die Verbindungsvorrichtung 56 zum Miteinanderverbinden dieser Rotorscheiben bilden einen inneren Hohlraum 116 einwärts von der Verbindungsvorrichtung 56. Die Verbindungsvorrichtung 56 ist mit radialem Abstand einwärts von der Dichtung 50 angeordnet, um einen äußeren Hohlraum 118 dazwischen außerhalb von dem inneren Hohlraum 116 zu bilden. Die Verbindungsvorrichtung 56 hat Kühlluftdurchgangslöcher 120 und 122, die den inneren Hohlraum 116 mit dem äußeren Hohlraum 118 in Strömungsverbindung bringen. Der äußere Hohlraum 118 steht über das Loch 112 in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftverteiler 110 und von diesem aus über die kühlbaren Laufschaufeln mit dem Strömungsweg 18.

Die Verbindungsvorrichtung 56 zum Miteinanderverbinden der Rotorscheiben 32 und 34 hat einen axialen Flügel 126 und einen axialen Flügel 128, die durch Schrauben- und Mutternkombinationen 132 integral aneinander befestigt sind. Der axiale Flügel 126 hat einen ersten Teil 134, der sich in insgesamt axialer Richtung erstreckt, und einen zweiten Teil in Form eines sich in Umfangsrichtung erstreckenden Verbindungsflansches 136, der sich in insgesamt radialer Richtung erstreckt. Der axiale Flügel 126 erstreckt sich umfangsmäßig um den Randabschnitt 76 der Rotorscheibe 32 und ist an dieser Rotorscheibe einwärts von dem Flansch 78 "integral befestigt". Der Ausdruck "integral befestigt" und "integral verbunden" bedeutet, daß die so miteinander verbundenen oder aneinander befestigten Teile starr miteinander verbunden sind, beispielsweise durch einstückiges Herstellen der Teile, durch Schweißen, durch Kleben oder durch mechanisches Aneinanderbefestigen der Teile. Der axiale Flügel 138 erstreckt sich umfangsmäßig um den Randabschnitt 86 der Rotorscheibe 34 und ist an dieser Rotorscheibe integral befestigt. Der axiale Flügel 128 hat einen ersten Teil 128, der sich in insgesamt axialer Richtung erstreckt, und einen zweiten Teil in Form eines Verbindungsflansches 142, der sich in insgesamt radialer Richtung erstreckt.

Ein Gegenanschlag 144 zum Befestigen der Dichtung 50 an der Verbindungsvorrichtung 56 erstreckt sich durch den äußeren Hohlraum 118 und berührt sowohl die Verbindungsvorrichtung 56 als auch die Dichtung 50. In der dargestellten Ausführungsform ist der Gegenanschlag 144 zum Befestigen der Dichtung 50 an der Verbindungsvorrichtung 56 ein äußerer Haken 146, der an dem axialen Flügel 128 integral befestigt ist. Der äußere Haken 146 erstreckt sich umfangsmäßig um den axialen Flügel 128. Der äußere Haken 146 erstreckt sich von dem axialen Flügel 128 nach außen und in bezug auf diesen Flügel axial. Zum Befestigen der Dichtung 50 an der Verbindungsvorrichtung 56 hat die Dichtung 50 einen inneren Haken 148, der an der Dichtung einwärts von und radial neben dem Gebiet 92, das die sich umfangsmäßig erstreckenden Schneidenelemente 94 trägt, integral befestigt ist. Der innere Haken 148 erstreckt sich umfangsmäßig um die Dichtung 50. Der innere Haken 148 erstreckt sich von der Dichtung 50 einwärts und in bezug auf diese Dichtung axial, um den äußeren Haken 146 in axialer Richtung verschiebbar zu erfassen.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Rotorbaugruppe nach Fig. 2, die eine andere Ausführungsform zeigt, in der sich der innere Haken 348 in einer ersten Position radial einwärts über den äußeren Haken 346 hinaus erstreckt, wodurch zwischen ihnen ein Spalt G verbleibt. Der innere Haken 348 ist durch Betriebskräfte und -temperaturen radial in eine zweite (bewegte) Position bewegbar. Die zweite Position ist durch eine strichpunktierte Linie 348′ dargestellt. Der innere Haken 348 berührt in der zweiten Position den äußeren Haken 346. Der axiale Flügel 328 hat ein erstes Kühlluftdurchgangsloch 320, um eine Strömungsverbindung zwischen dem inneren Hohlraum und dem äußeren Hohlraum herzustellen. Der äußere Haken 346 ist mit wenigstens einem zweiten Kühlluftdurchgangsloch 350 versehen, damit Kühlluft aus einem Teil des äußeren Hohlraums radial außerhalb von dem axialen Flügel 328 zu einem Teil des äußeren Hohlraums radial außerhalb von dem axialen Flügel 326 zirkulieren kann.

Im Betrieb des Gasturbinentriebwerks 10 werden die Arbeitsgase in dem Verdichtungsabschnitt 12 verdichtet und in dem Verbrennungsabschnitt 14 mit Brennstoff verbrannt, um heiße, unter hohem Druck stehende Arbeitsgase zu bilden. Die heißen Gase werden in dem Turbinenabschnitt 16 entspannt, um nutzbare Arbeit zu leisten. Wenn die Gase durch den Turbinenabschnitt 16 strömen, bewegen sie sich längs des Strömungsweges 18 durch den Kranz von Laufschaufeln 42 und durch den Kranmz von Leitschaufeln 26. Die Labyrinthdichtung 98, die durch die Schneidenelemente 94 und den Dichtsteg 96 auf den Leitschaufeln gebildet ist, verhindert, daß die Gase um das Ende der Leitschaufeln nach innen strömen, so daß die Gase gezwungen sind, dem Strömungsweg 18 zu folgen, wodurch der Triebswerkswirkungsgrad bewahrt wird.

Eine Vergrößerung der Triebwerksleistung verursacht einen Anstieg der Temperatur der durch den Turbinenabschnitt 16 hindurchgehenden Gase. Bauteile, die mit den Gasen in innigem Kontakt sind, werden schnell erhitzt. Beispiele für diese Bauteile sind die Leitschaufeln 26 und die Dichtung 50 einwärts von den Leitschaufeln 26. Bauteile, die von dem Strömungsweg 18 weiter entfernt sind, wie beispielsweise das kühlbare äußere Gehäuse 24, das die Leitschaufeln 26 trägt, werden nicht so schnell erhitzt. Infolgedessen dehnen sich die Leitschaufeln 26 von dem äußeren Gehäuse 24 aus nach innen zu den Schneidenelemente 94 hin aus, die an der Dichtung 50 befestigt sind. Der Spalt C ist vorgesehen, um diese Übergangsrelativbewegung zu kompensieren und eine zerstörerische Berührung zwischen den Leitschaufeln 26 und den Schneidenelementen 94 an der Dichtung 50 zu vermeiden. Der Spalt C gestattet unvermeidlich ein geringes Ausmaß an Leckage im Bereich der Dichtung 50.

Die Dichtung 50 wird durch die axialen Flügel 126 und 128 an einer Wärmeausdehnung nach außen zu den Leitschaufeln 26 hin gehindert, um den zwischen den Leitschaufeln 26 und den Schneidenelementen 94 erforderlichen Spalt C zu reduzieren. Die hemmende Kraft, die auf die Dichtung 50 durch die Flügel 126, 128 ausgeübt wird, wird von den Flügeln über die Haken 144 und 146 auf die Dichtung 50 übertragen. Der kleinere Spalt C reduziert die Leckage um die Leitschaufeln 26 und verbessert den Triebwerkswirkungsgrad im Vergleich zu Konstruktionen, die eine nichteingespannte Dichtung 50 und einen größeren Spalt C haben.

Die Funktionen der Dichtung 50, des Flügels 126 und des Flügels 128 stehen in gegenseitiger Beziehung. Die Dichtung 50 hindert die heißen Arbeitsgase daran, die Flügel 126, 128 den Rotorscheiben 32, 34 zu berühren, wodurch das Ansprechen der Flügel auf die heißen Gase reduziert wird. Wegen des reduzierten Ansprechens der Flügel bilden diese eine relativ stabile Vorrichtung zum Hindern des Spannweitenmittengebietes der Dichtung 50 an thermischem Wachstum. Darüber hinaus bilden die Dichtung 50 und die Flügel den inneren Hohlraum 116 und den äußeren Hohlraum 118 zum Leiten von Kühlluft über den Kühlluftverteiler 110 nach außen zu den kühlbaren Laufschaufeln. Die Hohlräume 116, 118 vergrößern die Trennung der Flügel von den heißen Arbeitsgasen.

Die Flügel 126, 128 erstrecken sich umfangsmäßig um die Drehachse A_r und sind an der Rotorscheibe integral befestigt. Die hemmende Kraft, die durch diese Flügel ausgeübt wird, ruft eine gleiche und entgegengesetzte Kraft hervor, welche auf die Flügel einwirkt. Ein Biegemoment wird auf die Flügel ausgeübt. Gemäß Fig. 2 haben die Verbindungsflansche 136 und 142 der Flügel 126, 128 ein größeres Trägheitsmoment um die Symmetrieachse A_s als der übrige Teil der Flügel. Die Verbindungsflansche 136, 142 verstärken die Flügel gegen die durch die Haken 146, 148 ausgeübte Kraft dadurch, daß sie nahe bei den Haken angeordnet sind. Darüber hinaus sind die Verbindungsflansche 136, 142 in dem inneren Hohlraum 116 und die Haken in dem äußeren Hohlraum 118 angeordnet. Infolgedessen sind sowohl die Verbindungsflansche 136, 142 als auch die Haken 146, 148 von Kühlluft umströmt, wodurch deren Fähigkeit gesteigert wird, sich einem thermischen Wachstum zu widersetzen und die Flügel 126, 128 dabei zu unterstützen, eine stabile Abstützung für die Dichtung 50 zu bilden.

Die Haken 146 und 148, die die hemmende Kraft von den Flügeln 126, 128 auf die Dichtung 50 (und auf die Dichtungen 58 und 62 gemäß Fig. 1) übertragen, sind radial einwärts von und neben dem Gebiet 92, das die Schneidenelemente 94 aufweist, befestigt. Das Befestigen der Haken 146, 148 in der Nähe der Schneidenelemente 94 vermeidet Dichtungsdurchbiegungen zwischen dem Gebiet 92 und dem Befestigungspunkt.

Die Haken 146 und 148 haben einen weiteren Vorteil. Sie bilden eine Vorrichtung mit niedrigem Radialprofil zum Befestigen der Flügel 126, 128 an der Dichtung 50. Das niedrige radiale Profil gestattet das Befestigen der Flügel 126, 128 an den Randabschnitten 76 und 86 der benachbarten Rotorscheiben. Das Befestigen der Flügel 126, 128 an den Randabschnitten 76, 86 vergrößert den Durchmesser der zylindrisch geformten Flügel und steigert dadurch die Steifigkeit der Flügel im Vergleich zu Zylindern mit kleinerem Durchmesser. Weil die Dauerfestigkeit der Rotorscheibe durch Vibrationen in dem Randabschnitt begrenzt wird, verringern die Flügel 126, 128 großen Durchmessers diese Vibrationen und steigern dadurch die Dauerfestigkeit. Gemäß der Darstellung in den Fig. 2 und 3 ist der Haken 148 mit dem Haken 146 verschiebbar in Berührung. Die verschiebbare Berührung gestattet den Haken 146, 148 Vibrationen in dem Randabschnitt der Rotorscheibe, die über die Dichtung 50 und die Flügel 126, 128 auf die Haken übertragen werden, durch Reibung zu dämpfen.

In der weiteren Ausführungsform, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein kleiner Spalt G in radialer Richtung zwischen den Haken 346 und 348 vorgesehen. Der Spalt G gestattet der Dichtung 250, sich thermisch nach außen um eine kleine und kontrollierte Strecke auszudehnen. Das thermische Wachstum verringert die Größe von Spannungen in den Haken 346 und 348, was eine leichtere Konstruktion in diesem Gebiet bei derselben Dauerfestigkeit gestattet. Ein Spalt C+, der größer als der Spalt C ist, ist vorgesehen, um diese Ausdehnung zu gestatten, ohne daß es zu einer zerstörerischen Berührung zwischen den Schneidenelementen 294 und dem Dichtsteg 296 kommt.

Claims (10)

1. Rotorbaugruppe für eine Axialströmungsmaschine, insbesondere ein Gasturbinentriebwerk, mit einer Drehachse (A_r), wobei sich die Rotorbaugruppe (20) über einen ringförmigen Strömungsweg (18) für Arbeitsgase nach außen erstreckt und wenigstens zwei axialen Abstand voneinander aufweisende Rotorscheiben (32, 34) aufweist, mit einer Dichtung (50; 250), die sich axial zwischen den Rotorscheiben (32, 34) und umfangsmäßig um die Drehachse (A_r) erstreckt und sich an ihren beiden Enden an den Rotorscheiben (32, 34) abstützt, und mit einer an den Rotorscheiben befestigten Verbindungsvorrichtung (56; 256) einwärts von der Dichtung (50; 250) zum Miteinanderverbinden der Rotorscheiben (32, 34), dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte der axialen Spannweite der Dichtung (50; 250) zwischen der Verbindungsvorrichtung (56; 256) und der Dichtung (50; 250) an der Verbindungsvorrichtung (56; 256) ein Anschlag und an der Dichtung (50; 250) ein Gegenanschlag (144) zum Begrenzen einer Bewegung der Dichtung (50; 250) radial nach außen vorgesehen sind.

2. Rotorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag ein äußerer Haken (146; 346) ist und daß der Gegenanschlag (144) der Dichtung (50; 250) ein innerer Haken (148; 348) ist.

3. Rotorbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (50; 250) wenigstens ein Schneidenelement (94; 294) hat, welches sich radial einwärts von dem inneren Haken (148; 348) umfangsmäßig um die Dichtung (50; 250) und von der Dichtung aus radial nach außen erstreckt.

4. Rotorbaugruppe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsvorrichtung (56; 256) zwei an den Rotorscheiben (32; 34) vorgesehene axiale Flügel (126, 128) aufweist, die im Bereich des äußeren Hakens (146; 346) mit sich radial nach innen erstreckenden Verbindungsflanschen (136, 142; 336, 342) versehen sind.

5. Rotorbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheiben (32, 34) jeweils einen axial vorstehenden Flansch (78, 88) haben, auf denen die Dichtung (50; 250) radial aufliegt, daß ein innerer Hohlraum (116) einwärts von der Verbindungsvorrichtung (56; 256) gebildet ist, daß zwischen der Dichtung (50; 250) und der Verbindungsvorrichtung (56; 256) ein äußerer Hohlraum (118) gebildet ist, daß die beiden Haken (146, 148; 346, 348) in dem äußeren Hohlraum (118) angeordnet sind und daß die Verbindungsflansche (136, 142; 336, 342) in dem inneren Hohlraum (116) angeordnet sind.

6. Rotorbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Haken (146; 346) an der Verbindungsvorrichtung (56; 256) angeformt ist und sich von dieser aus radial nach außen und in bezug auf diese axial erstreckt, und daß der innere Haken (148; 348) an der Dichtung (50; 250) angeformt ist und sich in bezug auf den äußeren Haken (146; 346) axial und radial erstreckt.

7. Rotorbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Haken (148; 348) von dem äußeren Haken (146; 346) in einer ersten Position durch einen radialen Spalt (G) getrennt ist und daß der innere Haken (148; 348) aufgrund von Betriebstemperaturen und -kräften radial in eine zweite Position bewegbar ist, in der der innere Haken (148; 348) an dem äußeren Haken (146; 346) axial verschiebbar anschlägt.

8. Rotorbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (126, 128) einwärts von den Flanschen (78) an den Rotorscheiben (32, 34) angeformt sind und daß sich die Verbindungsflansche (142; 342) radial erstrecken.

9. Rotorbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Flügel (126, 128) wenigstens ein erstes Kühlluftdurchgangsloch (120, 122; 320) hat das einen Teil des äußeren Hohlraums (118) mit dem inneren Hohlraum (116) in Strömungsverbindung bringt.

10. Rotorbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Haken (346, 348) ein zweites Kühlluftdurchgangsloch (350) hat, um den gesamten äußeren Hohlraum (118) mit dem inneren Hohlraum (116) in Strömungsverbindung zu bringen.