DE3603873A1

DE3603873A1 - Loesbare versteifungsscheibe

Info

Publication number: DE3603873A1
Application number: DE19863603873
Authority: DE
Inventors: Ralph Adrian Mason Ohio Kirkpatrick; Gerard Paul Cincinnati Ohio Kroger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1985-02-25
Filing date: 1986-02-07
Publication date: 1986-08-28
Also published as: IT1188604B; CA1265062A; GB2171458B; FR2577992A1; JPH0575888B2; JPS61223226A; GB2171458A; US4728255A; GB8601912D0; IT8619221A0

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Turbomaschinen und insbesondere auf Mittel zum Versteifen von Ringstrukturen in einer derartigen Turbo- bzw. Strömungsmaschine.

Gasturbinentriebwerke bzw. -motoren enthalten im allgemeinen einen Gasgenerator mit einem Verdichterabschnitt mit einem oder mehreren Verdichtern zum Verdichten von durch das Triebwerk bzw. den Motor hindurchströmender Luft, einen Brenner, in dem Brennstoff mit der verdichteten Luft gemischt und gezündet wird, um eine hochenergetische Gasströmung zu erzeugen, und einen Turbinenabschnitt, der einen oder mehrere Rotoren zum Antrieb des Verdichters bzw. der Verdichter aufweist. Viele Triebwerke enthalten ferner einen zusätzlichen Turbinenabschnitt, der als Leistungsturbine bekannt und stromabwärts von dem Gasgenerator ange-

ordnet ist und der Gasströmung aus dem Gasgenerator Energie entzieht, um eine externe Vorrichtung anzutreiben, wie beispielsweise ein Gebläse (Fan) oder einen Propeller.

Jede Turbine und jeder Verdichter enthält Komponenten, die eine im wesentlichen zylindrische oder konische Form haben. Beispielsweise ist die ringförmige Strömungsbahn sowohl durch den Verdichter als auch durch die Turbine durch radial innere und äußere Gehäuse begrenzt. Diese Gehäuse können stationär oder umlaufend sein und können, müssen aber nicht, Schaufelreihen haltern.

Derartige Komponenten sind während des Betriebs Schwingungen unterworfen. Insbesondere ist jede Komponente nodalen Durchmesserschwingungen ausgesetzt. Eine nodale Durchmesserschwingung ist gekennzeichnet durch zwei oder mehrere Knoten (Noden) auf dem Umfang der Ringstruktur, die feststehend

* bleiben, während Punkte zwischen den Knoten hin und her- y' schwingen.

Ringförmige Komponenten haben die Tendenz, bei einer natürlichen oder Resonanzfrequenz zu schwingen. Wenn diese Komponenten einer ErregungsquelJLe ausgesetzt sind, die mit der Resonanzfrequenz der Komponente schwingt, kann die Komponente zerstört werden. Obwohl derartige Fehler selten auftreten, ist ein typischeres Problem die sekundäre strukturelle Beschädigung, die aus Reibungen zwischen umlaufenden und stationären Teilen resultieren kann. Turbinentriebwerke hoher Leistungsfähigkeit erfordern, daß enge Toleran- ■ zen zwischen beispielsweise umlaufenden Schaufeln und dem umgebenden Gehäuse bzw. Mantel eingehalten werden. Wenn das Gehäuse schwingt, kann eine Störung oder Reibung zwischen den Oberflächen auftreten. Derartige Reibungen bzw. Reibeingriffe erzeugen Spalte, die die Leistungsfähigkeit des Triebwerks bzw. Motors verschlechtern.

Die Frequenz der Knotenschwingung kann erhöht werden, um Resonanz durch Versteifung der ringförmigen Komponenten zu vermeiden. Eine derartige Versteifung kann dadurch erreicht werden, daß die Dicke der Komponenten vergrößert wird. Dies kann jedoch ein übermäßiges Gewicht zur Folge haben und Nachteile bezüglich der Leistungsfähigkeit nach sich ziehen. Alternativ kann ein relativ schmaler axialer Abschnitt durch eine flanschähnliche Anordnung verdickt werden. Wo beispielsweise zwei ringförmige Teile miteinander verbunden werden, wirkt der Verbindungsflansch als ein Versteifungsteil.

In vielen Gasturbinentriebwerken ist der Raum zwischen dem äußeren Gehäuse und der umgebenden Gondel oder der äußeren Struktur begrenzt. In diesen Triebwerken bzw. Motoren verkleinern die Flansche den verfügbaren radialen Raum für andere Komponenten, die dort hindurchführen sollen. -"

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbesser- S' tes Mittel zum Vergrößern der Steifigkeit eines ringförmigen Gehäuses in einer Turbomaschine zu schaffen. Dieses Versteifungsteil soll ein minimales Gewicht und maximale Zugänglichkeit zu anderen Komponenten während der Montage besitzen.

Erfindungsgemäß wird eine lösbare Scheibe für ein ringförmiges Gehäuse in einer Turbomaschine geschaffen. Die Scheibe berührt radial das Gehäuse während des Betriebs, um dem Gehäuse eine erhöhte Steifigkeit zu geben.

Ferner wird ein lösbares Versteifungsteil für ein ringförmiges Gehäuse in einer Turbomaschine geschaffen. Das Versteifungsteil weist eine Scheibe, die das Gehäuse während des Betriebs berührt, und Positioniermittel auf zum axialen Positionieren der Scheibe in bezug auf das Gehäuse.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 - ist eine schematische Ansicht von einem Gasturbinentriebwerk gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 2 - ist eine Detailansicht von einem Außengehäuse

eines Gasturbinentriebwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 3 - ist eine Ansicht von einem Innengehäuse eines Gasturbinentriebwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 4 - ist eine ähnliche Ansicht wie Figur 2 von einem \ anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 5 - ist ein Schnittbild nach einem Schnitt entlang

der Linie 5-5 in Figur 4.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung von einem Gasturbinentriebwerk bzw. -motor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es ist zwar ein Gasturbinentriebwerk gezeigt, die Erfindung ist aber in gleicher Weise auf jede Turbomaschine anwendbar. Das Triebwerk 10 enthält einen Verdichter 12, einen Brenner 14 und eine Turbine 16 strömungsmäßig hintereinander. Hinter der Turbine 16 ist eine zweite Turbine oder Leistungsturbine 18 angeordnet. Ein feststehendes, ringförmiges Gehäuse 20 ist radial außen von dem Verdichter 12 angeordnet. Ein lösbares Versteifungsteil 22 gemäß der Erfindung ist darauf angeordnet. Wie aus Figur 1 hervorgeht, ist die Leistungsturbine 18 gegenläufig zu dem äußeren, umlaufenden Ringgehäuse 24 und dem inneren, umlaufenden Ringgehäuse 26. Auf jedem Gehäuse 24 und 26 ist ein lös-

bares Versteifungsteil 22 angeordnet. Figur 1 zeigt jedoch lediglich zu Darstellungszwecken ein Ausführungsbeispiel und es sei darauf hingewiesen, daß die lösbaren Versteifungsteile 22 auf jedes ringförmige Gehäuse in einem Gasturbinentriebwerk angebracht werden kann, wo eine Versteifung erforderlich ist.

Figur 2 zeigt mit mehr Einzelheiten ein lösbares Versteifungsteil 22 für ein ringförmiges Gehäuse 24. Das Versteifungsteil 22 weist eine lösbare Scheibe 28 auf. Die lösbare Scheibe 28 ist koaxial mit dem Gehäuse 24 und ist bei ümgebungsbedingungen in einen gleitenden Eingriff mit dem Gehäuse 24 an der Grenzfläche 30 bringbar. "Umgebungsbedingungen" beziehen sich auf die Temperaturen und Drucke, die in einem Triebwerk auftreten, wenn es nicht in Betrieb ist. Die Scheibe 28 berührt radial das Gehäuse 24 an der Grenzfläche 30 während des Triebwerksbetriebes, um so für eine radiale Halterung und eine erhöhte Steifigkeit des Gehäuses 24 zu sorgen. Dies tritt deshalb auf, weil das relativ dünne Gehäuse 24 heißen Gasen in der Strömungsbahn 32 ausgesetzt ist und deshalb in radialer Richtung expandiert in die radial dickere und wesentlich kältere Scheibe 28. Durch richtige Auswahl der Materialien und Bemessung des Gehäuses 24 und der Scheibe 28 kann eine Reibpassung an der Grenzfläche 30 während des Triebwerksbetriebes erreicht werden, um eine gewünschte Steifigkeit zu erreichen.

Das Versteifungsteil 22 enthält ferner Positioniermittel 34 zum axialen Positionieren der Scheibe 28 in bezug auf das Gehäuse 24. Die Positioniermittel 34 weisen einen Bügel 36, erste Befestigungsmittel 38 und zweite Befestigungsmittel 40 auf. Die ersten Befestigungsmittel 38 befestigen den Bügel 36 lösbar an der Scheibe 28 und können beispielsweise einen axial gerichteten Bolzen aufweisen. Die zweiten Befestigungsmittel 40 besorgen eine lösbare Befestigung des Bügels 36 am Gehäuse 24 und können bei-

spielsweise einen Halterungsstift zur Halterung des Bügels 36 in axialer Richtung und im Umfangsrichtung aufweisen.

Die Positioniermittel 34 sorgen hauptsächlich für eine axiale und Umfangsfixierung der Scheibe 28 während der Montage. Während der Betriebsperioden berührt die Scheibe 28 das Gehäuse 24 in einer Weise, die für eine Halterung und Fixierung der Scheibe 28 in Umfangsrichtung und in axialer Richtung sorgt.

Figur 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Versteifungsteil 22 mit einem inneren Gehäuse 26 lösbar verbunden ist. Das Versteifungsteil 22 ist ähnlich demjenigen, das anhand von Figur 2 beschrieben wurde. Jedoch hat das Gehäuse 26 die Tendenz, während des Betriebs radial nach außen zu wachsen. Damit das Versteifungsteil während des Betriebs für eine radiale Halterung des Gehäuses 26 sorgt, muß für die Scheibe 28 ein Material mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgewählt werden, der genügend größer als derjenige des Gehäuses 26 ist, damit sie selbst in einer kühleren Umgebung schneller als das Gehäuse 26 radial nach außen expandiert.

Figur 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Grenzfläche 30 zwischen der Scheibe 28 und dem Gehäuse 24 mehrere ineinander greifende, axial gerichtete Zähne 42 auf dem Gehäuse 24 bzw. der Scheibe 28 aufweist. Dies sorgt für eine zusätzliche Umfangshalterung des Gehäuses 24, um dadurch die nodale Durchmesserschwingung zu verringern.

Die lösbaren Versteifungsteile sind jedoch nicht auf Turbinengehäuse beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung in gleicher Weise auf derartige Teile auf Verdichtergehäusen und anderen ringförmigen, umlaufenden und stationären Tei-

len anwendbar.

Es sei auch darauf hingewiesen, daß die Abmessungen und die proportionalen und strukturellen Relationen, wie sie hier gezeigt sind, nur als Ausführungsbeispiele zu verstehen sind und daß die tatsächlichen Abmessungen oder proportionalen und strukturellen Relationen für die lösbare Versteifungsscheibe gemäß der Erfindung völlig unterschiedlich sein können.

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Claims

Patentansprüche

2.

Turbomaschine mit einem ringförmigen Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß eine lösbare Scheibe (28) das Gehäuse (24) während des Betriebs radial berührt zur Vergrößerung der Steifigkeit des Gehäuses.

Turbomaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (28) koaxial mit dem Gehäuse (24) ist und bei Umgebungsbedingungen gleitend mit dem Gehäuse in Eingriff bringbar ist.

Versteifungsteil für ein ringförmiges Gehäuse in einer Turbomaschine ,

gekennzeichnet durch eine Scheibe (28), die während des Betriebs mit dem Gehäuse (24) in Kontakt bringbar ist, und Positioniermittel (34) zum axialen Positionieren der Scheibe in bezug auf das Gehäuse.

4. Versteifungsteil nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (28) ringförmig ist und für eine

radiale Halterung des Gehäuses sorgt.

5. Versteifungsteil nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Bügel (36) die Scheibe (28) axial positioniert, erste Befestigungsmittel (38) den Bügel (36) an der Scheibe (28) lösbar befestigen und zweite Befestigungsmittel (40) den Bügel (36) an dem Gehäuse (24) lösbar befestigen.

6. Versteifungsteil nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet,

daß die zweiten Befestigungsmittel (40) einen Befestigungsstift aufweisen zur Halterung des Bügels (36) in axialer Richtung und in ümfangsrichtung.

7. Versteifungsteil nach Anspruch 5 ,

ψ dadurch gekennzeichnet,

daß die ersten Befestigungsmittel (38) einen axial

gerichteten Bolzen aufweisen.

8. Versteifungsteil nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet,

daß die Scheibe (28) das Gehäuse (24) über mehrere ineinandergreifende, axial gerichtete Zähne (42) auf dem Gehäuse und der Scheibe berührt.