DE4028329A1 - Radialverstellvorrichtung fuer eine laufschaufelspitzenspaltbreitensteuervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinentrieb­ werke und betrifft insbesondere eine Radialverstellvorrich­ tung für eine Laufschaufelspitzenspaltbreitensteuervor­ richtung.

Der Wirkungsgrad eines Gasturbinentriebwerks ist von vielen Faktoren abhängig, von denen einer die radiale Spaltbreite zwischen benachbarten umlaufenden und nichtumlaufenden Bau­ teilen wie den Laufschaufelspitzen und dem Gehäusemantel­ ring, welcher die äußeren Spitzen der Laufschaufeln umgibt, ist. Wenn diese Spaltbreite oder dieses Spiel zu groß ist, kommt es zu einem unannehmbaren Ausmaß an Gasleckage und einem damit verbundenen Wirkungsgradverlust. Wenn die Spaltbreite zu klein ist, besteht die Gefahr, daß es unter gewissen Bedingungen zu einem Kontakt zwischen den Teilen kommt.

Die Gefahr, daß es zu einem Kontakt kommt, ist besonders akut, wenn sich die Triebwerksdrehzahl ändert, also zu- oder abnimmt, da Temperaturdifferenzen an dem Triebwerk häufig dazu führen, daß sich die umlaufenden und nichtum­ laufenden Teile in unterschiedlichem Ausmaß radial ausdeh­ nen und zusammenziehen. Beispielsweise bleibt bei Trieb­ werksbeschleunigungen das thermische Wachstum des Rotors üblicherweise hinter dem des Gehäuses zurück. Während des stationären Betriebes ist das Wachstum des Gehäuses dem des Rotors gewöhnlich enger angepaßt. Beim Abbremsen des Trieb­ werks zieht sich das Gehäuse schneller als der Rotor zusam­ men.

Steuervorrichtungen, die üblicherweise mechanisch oder thermisch betätigt werden, sind im Stand der Technik be­ reits vorgeschlagen worden, um die Laufschaufelspitzen­ spaltbreite im wesentlichen konstant zu halten. Bislang dürfte jedoch keine für die Steuerung der Spaltbreite opti­ mal ausgelegt sein. Es gibt infolgedessen nach wie vor einen Bedarf an einer verbesserten Vorrichtung zur Spalt­ breitensteuerung, die gestattet, eine minimale Spaltbreite zwischen den Laufschaufelspitzen und dem Mantelring in dem gesamten Betriebsbereich des Triebwerkes aufrechtzuerhalten und dadurch die Triebwerksleistung zu verbessern und den Brennstoffverbrauch zu senken.

Die Erfindung schafft eine Radialverstellvorrichtung für eine mechanische Laufschaufelspitzenspaltbreitensteuervor­ richtung, welche die obigen Bedürfnisse erfüllt und mit welcher die vorgenannten Ziele erreicht werden. Die Spalt­ breitensteuervorrichtung wird hier ebenfalls beschrieben. Die Spaltbreitensteuervorrichtung wird hier beschrieben, um ein vollständiges und gründliches Verständnis der Radial­ verstellvorrichtung nach der Erfindung zu erleichtern und um die beste Ausführungsform zu zeigen.

Die Radialverstellvorrichtung nach der Erfindung wird in Kombination mit einer Spaltbreitensteuervorrichtung angege­ ben. Die Spaltbreitensteuervorrichtung hat einen Befesti­ gungsabschnitt eines stationären Gehäuses, der eine Öffnung in dem Gehäuse bildet und eine mit Innengewinde versehene Bohrung aufweist, ein Mantelringsegment, das in der Öffnung angeordnet ist, einen mit Gewinde versehenen Verbinder, der an dem Mantelringsegment befestigt ist, und ein zylindri­ sches Teil, das Gewinde an einem Endteil hat, mit welchem der Gewindeverbinder an dem Mantelringsegment in Gewinde­ eingriff ist, um das Mantelringsegment bei Drehung des zy­ lindrischen Teils radial zu bewegen, wobei das zylindrische Teil am Anfang in einer vorbestimmten Drehausrichtung zum Verbinden seines entgegengesetzten Endes mit einem Betäti­ gungshebel angeordnet wird.

Die Radialverstellvorrichtung nach der Erfindung gestattet das Voreinstellen einer vorgewählten Spaltbreite zwischen dem Mantelringsegment und einer Laufschaufelspitze. Die Ra­ dialverstellvorrichtung umfaßt:

• a) eine mit Außengewinde versehene, hohle Verstellbüchse, die über dem zylindrischen Teil angeordnet und drehbar und in Gewindeeingriff mit der Innengewindebohrung des Befestigungsabschnitts des statio­ nären Gehäuses gekuppelt ist, so daß eine Drehung der Büchse relativ zu dem Befestigungsabschnitt auch eine Axi­ albewegung der Büchse relativ zu dem stationären Befesti­ gungsabschnitt erzeugt;
• b) ein erstes und ein zweites Element, die an dem zylindrischen Teil an Abstand voneinander aufweisenden Stellen gebildet und zwischen dem einen und dem entgegengesetzten Ende des zylindrischen Teils angeord­ net sind, wobei die Teile die Büchse erfassen, um eine Dre­ hung der Büchse relativ zu dem zylindrischen Teil zu ge­ statten, aber eine Axialbewegung der Büchse längs des zy­ lindrischen Teils zu verhindern; und
• c) eine Einrichtung zum Arretieren der Büchse an dem stationären Befestigungs­ abschnitt in einer von mehreren winkelversetzten Positio­ nen, die sich längs einer vollständigen Umdrehung der Büchse relativ zu der Befestigungsabschnittsbohrung befin­ den, so daß diese Drehverstellung der Büchse eine Axialbe­ wegung der Büchse relativ zu dem stationären Befestigungs­ abschnitt und gleichzeitig damit eine Axialbewegung des zy­ lindrischen Teils erzeugt, die zur Radialbewegung des Man­ telringsegments relativ zu der Laufschaufel führt, ohne daß die Drehausrichtung des zylindrischen Teils geändert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinentriebwerks,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer be­ kannten mechanischen Vorrichtung zum Steuern der Spaltbreite zwischen ei­ ner Laufschaufelspitze und einem Sta­ torgehäusemantelring,

Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer weite­ ren bekannten mechanischen Vorrich­ tung zum Steuern der Lauf- und Leit­ schaufelspitzenspaltbreite,

Fig. 4 eine Längsschnittansicht von noch ei­ ner weiteren bekannten mechanischen Vorrichtung zum Steuern der Lauf­ schaufelspitzen- und Statorgehäuse­ mantelringspaltbreite und der Rotor- und Statorleitschaufelspitzenspalt­ breite,

Fig. 5 eine auseinandergezogene perspektivi­ sche Darstellung einer Ausführungs­ form einer mechanischen Laufschau­ felspitzenspaltbreitensteuervorrich­ tung,

Fig. 6 eine auseinandergezogene perspektivi­ sche Darstellung von Bauteilen zum Betätigen der Spaltbreitensteuervor­ richtung nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Längsschnittansicht der Spalt­ breitensteuervorrichtung nach Fig. 5 in zusammengebauter Form,

Fig. 8 eine Querschnittansicht der Spalt­ breitensteuervorrichtung nach Fig. 5 nach der Linie 8-8 in Fig. 7,

Fig. 9 eine auseinandergezogene perspektivi­ sche Darstellung von einer weiteren Ausführungsform einer mechanischen Laufschaufelspitzenspaltbreitensteuer­ vorrichtung,

Fig. 10 eine Längsschnittansicht der Spalt­ breitensteuervorrichtung nach Fig. 9 in zusammengebauter Form,

Fig. 11 eine Querschnittansicht der Spalt­ breitensteuervorrichtung nach Fig. 9 nach der Linie 11-11 in Fig. 10

Fig. 12 eine auseinandergezogene perspektivi­ sche Darstellung einer Radialver­ stellvorrichtung nach der Erfindung, die bei den beiden Ausführungsformen der Spaltbreitensteuervorrichtung nach den Fig. 5-8 bzw. 9-11 verwend­ bar ist, und

Fig. 13 eine Längsschnittansicht der Radial­ verstellvorrichtung nach Fig. 12 in zusammengebauter Form.

In der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen. Außerdem werden in der folgenden Beschreibung Begriffe wie "vorwärts", "rück­ wärts", "links", "rechts", "aufwärts", "abwärts" und dgl. lediglich der Zweckmäßigkeit halber verwendet und sind nicht in einschränkendem Sinn zu verstehen.

Allgemein

Fig. 1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnets Gasturbinen­ triebwerk, bei dem die Erfindung angewandt wird. Das Trieb­ werk 10 hat eine Längsmittellinie oder -achse A und ein kreisringsförmiges Gehäuse 12, das koaxial und konzentrisch um die Achse A angeordnet ist. Das Triebwerk 10 enthält ein Gasgenerator-Grundtriebwerk 14, das aus einem Verdichter 16, einer Brennkammer 18 und einer Hochdruckturbine 20, und zwar einer ein- oder mehrstufigen, besteht, die alle ko­ axial um die Längsachse oder -mittellinie A des Triebwerks 10 axial in Reihenströmungsverbindung angeordnet sind. Eine ringförmige Antriebswelle 22 verbindet den Verdichter 16 und die Hochdruckturbine 20 fest miteinander.

Das Grundtriebwerk 14 erzeugt Verbrennungsgase. Druckluft aus dem Verdichter 16 wird mit Brennstoff in der Brennkam­ mer 18 vermischt und gezündet, wodurch die Verbrennungsgase erzeugt werden. Arbeit wird diesen Gasen durch die Hoch­ druckturbine 20 entnommen, welche den Verdichter 16 an­ treibt. Die übrigen Verbrennungsgase werden von dem Grund­ triebwerk 14 an eine Niederdruckarbeitsturbine 24 abgege­ ben.

Die Niederdruckturbine 24 enthält einen ringförmigen Trom­ melrotor 26 und einen Stator 28. Der Rotor 26 ist durch ge­ eignete Lager 30 drehbar befestigt und weist mehrere Turbinenlaufschaufelkränze 34 auf, die sich von ihm aus ra­ dial nach außen erstrecken und gegenseitigen axialen Ab­ stand haben. Der Stator 28 ist radial außerhalb des Rotors 26 angeordnet und hat mehrere Leitschaufelkränze 36, die an ihm fest angebracht sind und sich von dem stationären Ge­ häuse 12 aus radial einwärts erstrecken. Die Leitschaufel­ kränze 36 haben gegenseitigen axialen Abstand, so daß sie mit den Turbinenlaufschaufelkränzen 34 abwechseln. Der Ro­ tor 26 ist auf der Antriebswelle 38 fest angebracht und mit der Antriebswelle 22 über Differentiallager 32 verbunden. Die Antriebswelle 38 versetzt ihrerseits einen vorderen Zu­ satzverdichterrotor 39 in Drehung, der Teil eines Zusatz­ verdichters 40 ist und außerdem vordere Fanlaufschaufel­ kränze 41 trägt, die in einer Gondel 42 untergebracht sind, welche um das stationäre Gehäuse 12 durch mehrere Streben 43 abgestützt ist, von denen nur eine gezeigt ist. Der Zu­ satzverdichter 40 besteht aus mehreren Zusatzverdichter- Laufschaufelkränzen 44, die an dem Zusatzverdichterrotor 39 fest angebracht sind und sich von diesem radial nach außen erstrecken und sich mit diesem gemeinsam drehen, und aus mehreren Zusatzverdichter-Leitschaufelkränzen 46, die an dem stationären Gehäuse 12 fest angebracht sind und sich von diesem aus radial einwärts erstrecken. Sowohl die Zu­ satzverdichter-Laufschaufelkränze 44 als auch die Zusatz­ verdichter-Leitschaufelkränze 46 haben gegenseitigen axia­ len Abstand und sind so angeordnet, daß sie miteinander ab­ wechseln.

Bekannte Spaltbreitensteuervorrichtung

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen drei Variationen einer bekannten Spaltsteuervorrichtung, die insgesamt mit 48 bezeichnet ist (und auf den S. 8 und 15 einer Veröffentlichung mit dem Ti­ tel "Thermal Response Turbine Shroud Study" von E. J. Ka­ wecki, Juli 1979, Technical Report AFAPL-TR-79-2087, ge­ zeigt ist). Die Spaltbreitensteuervorrichtung 48 dient zum Ändern der Breite des Spitzenspalts C zwischen den Leit­ schaufeln 50, die mit einem stationären Gehäuse 52 verbun­ den sind, und einem Rotor 56 und/oder der Breite des Spalts C′ zwischen den Spitzen der Laufschaufeln 54 und dem Gehäu­ semantelring 53 eines Gasturbinentriebwerks, zum Beispiel des soeben beschriebenen Triebwerks 10.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das Mantelringseg­ ment 53 von dem Gehäuse 52 getrennt und an dem Ende einer Schraube 64 zur Radialbewegung relativ zu dem Gehäuse 52 zu der Spitze der Laufschaufel 54 hin und von derselben weg zum Einstellen der Breite des Spalts C zwischen denselben befestigt. In den Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 sind die Leitschaufeln 50 auf Schäften 58 befestigt, die ihrerseits in Öffnungen 60 in dem Gehäuse 52 zur Radialbe­ wegung zu dem Rotor 56 hin und von demselben weg angeordnet sind. Jeder Schaft ist mit einem Hebelarm 62 durch eine der Schrauben 64 gekuppelt, die in ein Anschlußstück 66 einge­ schraubt ist, das an dem Gehäuse 52 befestigt ist. Außerdem dreht ein Gleichlaufring 68 bei seiner Umfangsbewegung die Schraube 64 über den Hebelarm 62, um die Spaltbreite zu verstellen. Zum Reduzieren der Auswirkungen von thermischer Ausdehnung auf die Spaltbreitensteuervorrichtung 48 hat jede Schraube 64 Gewindegänge 70 rechteckigen Querschnitts. Bei jeder dieser Ausführungsformen ist das Mantelringseg­ ment 53 an dem stationären Gehäuse 52 befestigt, wobei das Mantelringsegment 53 in der Ausführungsform nach Fig. 3 fest angebracht und in der Ausführungsform nach Fig. 4 be­ weglich angebracht ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 verstellt die Spalt­ breitensteuervorrichtung 48 die Breite des Spalts C zwi­ schen der Spitze der Leitschaufel 50 und dem Rotor 56, ver­ stellt aber nicht die Breite des Spalts C′ zwischen der Spitze der Laufschaufel 54 und dem Mantelringsegment 53. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 jedoch verstellt die Spaltbreitensteuervorrichtung 48 nicht nur die Breite des Spalts C zwischen der Spitze der Leitschaufel 50 und dem Rotor 56, sondern gleichzeitig damit auch die Breite des Spalts C′ zwischen der Spitze der Laufschaufel 54 und dem Mantelringsegment 53.

Spaltbreitensteuervorrichtung

Die Fig. 5-8 zeigen eine erste Ausführungsform einer insge­ samt mit 72 bezeichneten mechanischen Spaltbreitensteuer­ vorrichtung. Diese Vorrichtung 72 kann vorteilhafterweise bei allen Verdichter- und Turbinenrotoren eines Gasturbi­ nentriebwerks wie dem in Fig. 1 dargestellten Triebwerk 10 benutzt werden, bei denen die Rotoren glatte, ummantelte äußere Strömungswege haben und Betriebsmindestspaltbreiten zwischen den Laufschaufelspitzen und dem die Ummantelung bildenden Mantelring über dem Betriebsbereich des Trieb­ werks erforderlich sind. Außerdem ist die Spaltbrei­ tensteuervorrichtung 72 entweder bei Flugzeuggasturbinen­ triebwerken oder bei landgestützten Gasturbinentriebwerken verwendbar.

Die Spaltbreitensteuervorrichtung 72 dient zum Steuern des Spalts zwischen einem stationären Gehäuse 74 und einem Ro­ tor (nicht dargestellt), der durch die äußeren Spitzen 76A der Laufschaufeln 76 (in Fig. 7 gezeigt) dargestellt ist, die sich auf alternierende Weise zwischen Leitschaufeln 78 radial nach außen erstrecken, welche ihrerseits an dem Ge­ häuse 74 stationär befestigt sind und sich von diesem aus radial einwärts erstrecken. Mehrere Spaltbreitensteuervor­ richtungen 72 sind mit einem sich in Umfangsrichtung er­ streckenden Gleichlaufring 80 durch in Fig. 6 gezeigte Bau­ teile gekuppelt, um bewegte Teile der Vorrichtungen 72 ge­ meinsam zu betätigen und die Spaltbreite auf den gesamten 360 Grad um die Laufschaufelspitzen 76A und das stationäre Gehäuse 74 zu betätigen.

Jeder Spaltbreitensteuervorrichtung 72 ist ein separater Befestigungsabschnitt 82 zugeordnet, der in dem stationären Gehäuse 74 gebildet ist. Der Befestigungsabschnitt 82 hat eine umgedrehte U-Querschnittsform, die durch eine bogen­ förmige obere Wand 82A und zwei daran angeformte, gegensei­ tigen axialen Abstand aufweisende Seitenwände 82B gebildet ist. Die Seitenwände 82B von benachbarten Befestigungsab­ schnitten 82 sind durch Stegabschnitte 84 des stationären Gehäuses 74 starr miteinander verbunden und haben ein Paar entgegengesetzter und sich axial erstreckender äußerer und innerer Hängeflansche 86, 88. Die äußeren Hängeflansche 86 von benachbarten Befestigungsabschnitten 82 bilden zusammen mit den Stegabschnitten 84 Hakengebilde zur Befestigung der Leitschaufeln 78 an dem stationären Gehäuse 74. Die inneren Hängeflansche 88 jedes Befestigungsabschnitts 82 bilden eine langgestreckte Öffnung 90 in dem stationären Gehäuse 74.

Jede Spaltbreitensteuervorrichtung 72 weist ein Mantelring­ segment 92 auf, das von dem stationären Gehäuse 74 getrennt und in der Öffnung 90 angeordnet ist, welche in dem Befe­ stigungsabschnitt 82 des stationären Gehäuses 74 gebildet ist. Beispielshalber erstrecken sich das Mantelringsegment 92, der Mantelringsegmentbefestigungsabschnitt 82 und die Mantelringöffnung 90 über 30° oder ein Zwölftel des Umfangs des stationären Gehäuses 74. In diesem Beispiel gibt es deshalb zwölf Spaltbreitensteuervorrichtungen 72 (und daher zwölf Mantelringsegmente 92), die mit dem Gleichlaufring 80 gekuppelt sind.

Jedes Mantelringsegment 92 hat einen langgestreckten, bo­ genförmigen Körper 94, zwei mit Innengewinde versehene zy­ lindrische Buchsen oder Verbinder 96, die in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnet und an der äußeren Oberfläche des bogenförmigen Körpers 94 fest angebracht sind, und einen im Querschnitt im wesentlichen C-förmigen Hängeflansch 98, der an entgegengesetzten Längsseiten des Körpers 94 gebildet ist. Die Hängeflansche 98 jedes Mantelringsegments 92 haben Paare von radialen, gegenseitigen Abstand aufweisenden äu­ ßeren und inneren Flanschteilen 98A, 98B, die zwischen sich die inneren Hängeflansche 88 des Befestigungsabschnitts 82 zum Befestigen des Mantelringsegments 92 an dem Befesti­ gungsabschnitt 82 aufnehmen.

Die Hängeflanschteile 98A, 98B jedes Paares an den Seiten des Mantelringsegments 92 sind um eine Strecke radial ver­ setzt, die größer als die Dicke der inneren Flansche 88 ist, so daß die Flanschteile ein Paar äußerer und innerer, gegenseitigen radialen Abstand aufweisender Anschlagteile bilden, die jeweils längs der entgegengesetzten Längsseiten des Mantelringsegmentkörpers 94 angeordnet sind. Die inne­ ren Flansche 88 an dem stationären Befestigungsabschnitt 82 stehen zwischen die äußeren und inneren Mantelringsegment­ flanschteile 98A, 98B (oder Anschlagteile) vor und sind an denselben an inneren und äußeren Grenzen der Radialbewegung des Mantelringsegments 92 zu der Laufschaufelspitze 76A hin und von derselben weg in Anlage bringbar. Somit bilden die Mantelringsegmenthängeflanschteile 98A, 98B gemeinsam mit den Befestigungsabschnittsinnenflanschen 88 eine Anordnung, welche die inneren und äußeren Grenzen der Bewegung des Mantelringsegments 92 relativ zu der stationären Öffnung 90 zu der Laufschaufelspitze 76A hin und von derselben weg festlegt.

Jede Spaltbreitensteuervorrichtung 72 weist außerdem einen Kanal 100 auf, der zwischen radialen Abstand voneinander aufweisenden Teilen des stationären Gehäuses 74 und des Mantelringsegments 92 gebildet ist, und eine Vorspannein­ richtung 102, die in dem Kanal 100 angeordnet und gegen die Abstand voneinander aufweisenden Teile des stationären Ge­ häuses 74 und des Mantelringsegments 92 vorbelastet ist, um das Mantelringsegment so vorzuspannen, daß es sich radial einwärts zu der Laufschaufelspitze 76A bewegt. Diese Ab­ stand voneinander aufweisenden Teile, die den Kanal 100 zwischen sich bilden, sind die obere Wand 82A des statio­ nären Befestigungsabschnitts 82 und die äußeren Flansch­ teile 98A der Hängeflansche 98 an den Seiten des Mantel­ ringsegments 92.

Die Vorspanneinrichtung der Spaltbreitensteuervorrichtung 72 ist vorzugsweise eine Wellenfeder 102, die in dem Kanal 100 angeordnet ist. Die Wellenfeder 102 hat die Form eines langgestreckten Bandes, das eine gewellte Konfiguration längs eines Längsquerschnitts durch das Band hat. Die Feder 102 hat zwei Abstand voneinander aufweisende Durchgangsöff­ nungen 104 zum Befestigen der Feder an dem Mantelringseg­ ment 92 mit den Verbindern 96 des Segments, die sich durch die Federöffnungen 104 erstrecken, um so eine Bewegung der Feder 102 in Längsrichtung innerhalb des Kanals 100 relativ zu dem Mantelringsegment 92 zu verhindern.

Schließlich weist die Spaltbreitensteuervorrichtung 72 einen Mechanismus 106 (am besten in Fig. 6 zu erkennen) auf, der mit dem Mantelringsegment 92 und dem stationären Befestigungsabschnitt 82 gekuppelt und an den Gleichlauf­ ring 80 angeschlossen ist. Der Mechanismus 106 weist ein oder mehrere schaftartige, mit Gewinde versehene Antriebs­ teile 108, die durch zylindrische Buchsen 110, welche an der oberen Wand 82A des Befestigungsabschnitts 82 gebildet sind, und einen oder mehrere Hebelarme 112 auf. Sprengringe 113 in den Buchsen 110 und der Verbindung mit den Antriebs­ teilen 108 hindern letztere daran, sich relativ zu den Buchsen axial zu bewegen. Die unteren Gewindeenden 108A der Antriebsteile 108 sind in die Verbinder 96 an dem Mantel­ ringsegmentkörper 94 eingeschraubt. Die Hebelarme 112 sind an einem Ende mit den oberen Enden 108B der Antriebsteile 108 verbunden, um sich um die Drehachse der Antriebsteile 108 zu drehen, wenn letztere gedreht werden. Distanzhülsen 115 sind um die Antriebsteile 108 angeordnet, und Muttern 117 sind an deren oberen Enden befestigt, die sich über die Hebelarmenden hinaus erstrecken. Die Hebelarme 112 sind an ihren entgegengesetzten Enden an dem Gleichlaufring 80 drehbar angelenkt. Bei Drehung des Gleichlaufringes 80 in Umfangsrichtung um das stationäre Gehäuse 74 schwenken da­ her die Hebelarme 112, und die Antriebsteile 108 drehen sich in der einen oder in der entgegengesetzten Richtung, was eine Radialbewegung des Mantelringsegments 92 zu der Laufschaufelspitze 76A hin oder von derselben weg zur Folge hat.

Auf diese Weise läßt sich mittels der Vorrichtung 106 das Mantelringsegment 92 radial zu der Laufschaufelspitze 76A hin- oder von derselben wegbewegen, um eine ausgewählte Po­ sition relativ zu dem Rotor (nicht dargestellt) zu errei­ chen, in welcher eine gewünschte Breite des Spalts G (Fig. 7) zwischen dem Mantelringsegment 92 und der Laufschau­ felspitze 76A vorhanden ist. Weiter läßt sich mit Hilfe des Mechanismus 106 das Mantelringsegment 92 in der ausge­ wählten Position halten, um die gewünschte Spaltbreite zwi­ schen dem Mantelringsegment und der Laufschaufelspitze bei Beendigung der Drehung des Gleichlaufringes 80 aufrechtzu­ erhalten. Die Wellenfeder 102, die in dem Kanal 100 auf Druck beansprucht gehalten wird, übt weiterhin eine ein­ wärtsgerichtete Vorspannkraft auf das Mantelringsegment 92 aus, ungeachtet der Radialposition des letzteren, um eine gleichförmige Bewegung des Mantelringsegments 92 zu gewähr­ leisten und es am Schwingen und Rattern innerhalb des Befe­ stigungsabschnitts 82 zu hindern.

Ein Rotospaltbreitensensor 114 (Fig. 8) kann in miteinander fluchtende zentrale Löcher 116 in der Wellenfeder 102 und dem Mantelringsegment 92 eingebaut sein, um die tatsächli­ che Spaltbreite zwischen Laufschaufelspitze und Mantelring zu erfassen und ein Signal an eine Steuereinrichtung abzu­ geben, die ihrerseits einen Stellantrieb aktiviert, um den Gleichlaufring 80 zu drehen und die Spaltbreite auf oben beschriebene Weise zu verändern. Da der Sensor 114 und die diesem zugeordneten Komponenten keinen Teil der Erfindung bilden, ist eine ausführlichere Beschreibung derselben nicht notwendig.

Die Fig. 9-11 zeigen eine zweite Ausführungsform der mecha­ nischen Spaltbreitensteuervorrichtung, die insgesamt mit 118 bezeichnet ist. Der Aufbau und die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform der Spaltbreitensteuervorrichtung 118 gleichen denen der ersten Ausführungsform der Vorrich­ tung 72 nach den Fig. 5-8. Daher werden nur die Unter­ schiede im Aufbau der zweiten Vorrichtung 118 im Vergleich zu der ersten Vorrichtung 72 erläutert.

Ein Unterschied im Aufbau besteht darin, daß ein Mantel­ ringsegmenthalter 120 der zweiten Vorrichtung 118 Mantel­ ringsegmente 120A und Leitschaufeln 78 von einer und vor­ zugsweise von zwei Kränzen von Leitschaufeln fest abstützt. Daher befinden sich das Mantelringsegment 120A und der Man­ telringsegmenthalter 120 direkt über den Laufschaufeln 76 zwischen den beiden Kränzen von Leitschaufeln. Die Spalt­ breite, die verstellt und eingestellt wird, ist die zwi­ schen der Laufschaufelspitze 76A und dem Mantelringsegment 120A (Spalt G in den Fig. 7 und 10) und außerdem die Spalt­ breite zwischen der inneren Spitze 78A der Leitschaufeln 78 und einer Labyrinthdichtvorrichtung 122, die an dem Rotor befestigt ist (Spalt G′ in Fig. 10).

Ein weiterer Unterschied im Aufbau besteht darin, daß die Kanäle 124, welche die Wellenfedern 126 aufnehmen, längs der entgegengesetzten Seiten des Mantelringsegments 120 durch ineinanderpassende, im Querschnitt C-förmige Hänge­ flansche 128, 130 gebildet sind, die an dem Mantelringseg­ ment 120 bzw. dem stationären Mantelringbefestigungsab­ schnitt 132 gebildet sind. Die Kanäle 124 sind zwischen äu­ ßeren Flanschteilen 128A an dem Mantelringsegment und inne­ ren Flanschteilen 130B an dem Befestigungsabschnitt 132 ge­ bildet. Die Wellenfedern 126 sind in einem auf Druck bean­ spruchten Zustand in den Kanälen 124 angeordnet, in welchem sie gegen die äußeren und inneren Flanschteile 128A, 130B des Mantelringsegments 120 und des Befestigungsabschnitts 132 vorbelastet sind, wodurch sie das Mantelringsegment 120 zur Bewegung radial einwärts vorspannen.

Ein weiterer Unterschied im Aufbau ist das Vorsehen einer inneren Rippe 134 an dem Befestigungsabschnitt 132 mit Ab­ stand radial einwärts von dem äußeren Flanschteil 130A. Die Rippe 134 und der äußere Flanschteil 130A an dem Befesti­ gungsabschnitt 132 bilden gemeinsam das Paar Anschlagteile jeweils längs der entgegengesetzten Seiten der Öffnung 136 in dem stationären Gehäuse 74. Der Rand des äußeren Flanschteils 128A des Mantelringsegments 120 erstreckt sich in dem Zwischenraum zwischen der Rippe 134 und dem äußeren Flanschteil 130A an dem Befestigungsabschnitt 132 und wird den einen oder den anderen erfassen, wenn das Mantelringse­ gment 120 sich bewegt und die inneren oder äußeren Grenzen seiner Radialbewegung erreicht.

Noch ein weiterer Unterschied im Aufbau ist, daß Stifte 138 an Verbindern 140 an den Mantelringsegmenten 120 befestigt sind und von diesen aus in die Kanäle 124 vorstehen, in welchen die Wellenfedern 126 untergebracht sind. Die Stifte 138 erfassen die Federn 126, so daß sie deren Bewegung in Längsrichtung innerhalb der Kanäle relativ zu dem Mantel­ ringsegment 120 verhindern.

Schließlich sind die Antriebsteile 142 des Mechanismus 144 der zweiten Vorrichtung 118 durch Buchsen 146, 148 drehbar befestigt, welche in dem inneren stationären Gehäuse 74 und dem äußeren Gehäuse 150 gebildet sind. Die Gewindegänge an den Antriebsteilen 108, 142 sind in beiden Fällen im Quer­ schnitt rechteckig. Wie zuvor gestatten Sprengringe 152 die Drehung der Antriebsteile 142, verhindern aber deren Axial­ bewegung.

Radialverstellvorrichtung nach der Erfindung

Die Fig. 12 und 13 zeigen eine erfindungsgemäße Radialver­ stellvorrichtung, die insgesamt mit 154 bezeichnet ist. Die Verstellvorrichtung 154 kann bei beiden Ausführungsformen der Spaltbreitensteuervorrichtung 72, 118, die oben be­ schrieben sind, benutzt werden. Grundsätzlich kann die Verstellvorrichtung 154 bei allen Vorrichtungen zur Steue­ rung der Spaltbreite zwischen Laufschaufelspitze und Man­ telring benutzt werden, um die Anfangseinstellung der Breite des Spalts zwischen Laufschaufelspitze und Ummante­ lung zur Zeit des Zusammenbaus des Triebwerks vorzunehmen. Ihre Verwendung minimiert oder eliminiert sogar kostspie­ lige Fertigungsarbeiten wie Herstellen exakter und wieder­ holter Gewindeanfangsorte und spanabhebende Mantelringbear­ beitung.

Aus der obigen Erläuterung des Aufbaus und der Arbeitsweise der Spaltbreitensteuervorrichtung ist bekannt, daß das Man­ telringsegment 156, das in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist, radial bewegt wird, indem ein Antriebsteil in Form ei­ ner Verstellschraube 158 gedreht wird. Jede Verstell­ schraube 158 (von denen nur eine gezeigt ist) ist vorzugs­ weise mit dem Hebelarm 160 auf eine Weise verbunden, die gewährleistet, daß es keine Relativdrehbewegung zwischen dem Hebelarm 160 und der Schraube 158 geben wird. Eine Me­ thode, um das zu erreichen, besteht darin, ein D-förmiges Loch 162 in dem Ende 160A des Hebelarms 160, der mit der Schraube 158 verbunden ist, vorzusehen und ein Ende 158A an der Schraube 158 zu schaffen, das im Querschnitt eine kom­ plementäre D-Form hat. Eine Mutter 159 wird benutzt, um den Hebelarm 160 an dem Ende 158A der Schraube 158 festzuhal­ ten.

Die Verwendung der D-förmigen Kupplung zwischen dem Hebel­ arm 160 und der Schraube 158 bedeutet, daß sämtliche Schrauben 158 der spaltbreiten Steuervorrichtungen, die mit dem Gleichlaufring 164 durch die Hebelarme 160 gekuppelt sind, in derselben Drehausrichtung positioniert sein müs­ sen. Wenn jedoch die im Querschnitt rechteckigen Gewinde­ gänge 166 an den Schrauben 158 am Anfang nicht maschinell so hergestellt werden, daß sie an derselben Umfangsstelle beginnen, wird jedes Mantelringsegment 156 eine andere Ra­ dialposition haben, was eine spanabhebende Mantelringbear­ beitung für exakte Rotor-Mantelring-Konzentrizitäten erfor­ dert. Es ist kostspielig zu versuchen, die Schrauben 158 als exakte gegenseitige Duplikate herzustellen.

Die Radialverstellvorrichtung 154 beseitigt die Notwendig­ keit, daß die Gewindegänge 166 an den Schrauben 158 diesel­ ben Umfangsstartpositionen haben. Die Verstellvorrichtung 154 gestattet das Voreinstellen einer vorgewählten Spalt­ breite zwischen dem Mantelringsegment 156 und einer Lauf­ schaufelspitze ohne die Notwendigkeit, die Schraube 158 zu drehen, um das zu erreichen.

Die Radialverstellvorrichtung 154 weist eine mit Außenge­ winde versehene, hohle Verstellhülse oder -büchse 168, ein Paar innerer und äußerer Schraubenpositionierelemente 170, 172 an der Schraube 158 und eine Arretiereinrichtung 174 auf. Die Büchse 168 der Verstellvorrichtung 154 ist über der Schraube 158 angeordnet und mit einer mit Innengewinde versehenen Bohrung 176 in dem Befestigungsabschnitt 178 des stationären Gehäuses 74 drehbar und mit Gewindeeingriff ge­ kuppelt. Die Drehung der Büchse 168 relativ zu der Bohrung 176 des stationären Befestigungsabschnitts erzeugt daher auch eine Axialbewegung der Büchse 168 relativ dazu.

Die inneren und äußeren Schraubenpositionierelemente 170, 172 der Radialverstellvorrichtung 154 sind an gegenseitigen Abstand aufweisenden Stellen gebildet und zwischen dem äu­ ßeren Ende 158A und dem Gewinde 166 der Schraube 158 ange­ ordnet. Das innere Positionierelement 170 ist vorzugsweise eine Ringschulter, die an der Schraube 158 gebildet ist. Das äußere Positionierelement 172 besteht vorzugsweise aus einer ringförmigen Ausnehmung 180, die in der Schraube 158 gebildet ist, und einem ringförmigen Teil in Form eines Sprengringes 182, der in die ringförmige Ausnehmung 180 lösbar einfaßt und aus derselben nach außen vorsteht, so daß er einem Teil der Schraube 158 überlagert ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 13 erfassen die Schulter 170 und der Sprengring 182 die entgegengesetzten Enden der Büchse 168, so daß sie die Drehung der Büchse relativ zu der Schraube 158 gestatten, aber eine Axialbewegung der Büchse längs der Schraube verhindern. Die Positionen der ringför­ migen Ausnehmung 180 und des Sprengringes 182 können mit der der ringförmigen Schulter 170 vertauscht werden, je nach der Radialbelastungsrichtung.

Die Arretiereinrichtung 174 der Radialverstellvorrichtung 154 gestattet das Befestigen der Büchse 168 in einer unter mehreren winkelversetzten Positionen relativ zu dem Mantel­ ringbefestigungsabschnitt 178 ausgewählten Position. Die Positionen sind längs einer vollständigen Umdrehung der Büchse 168 relativ zu der Befestigungsabschnittsbohrung 176 angeordnet. Diese Drehverstellung der Büchse 168 erzeugt außerdem eine Axialbewegung derselben relativ zu dem Befe­ stigungsabschnitt 178 und gleichzeitig damit eine Axialbe­ wegung der Schraube 158, die zu einer Radialverstellbewe­ gung des Mantelringsegments 156 relativ zu dem Rotor führt, ohne daß die Drehausrichtung der Schraube 158 geändert wird, d.h. ohne deren Verbindung mit dem Hebelarm 160 zu stören.

Die Arretiereinrichtung 174 weist mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete erste Löcher 184 auf, die in ei­ nem Rand 168A an der Büchse 168 gebildet sind und die mög­ lichen winkelversetzten Positionen der Büchse 168 festle­ gen. Die Arretiereinrichtung 174 weist außerdem mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete zweite Löcher 186 auf, die in einem Rand 188 um die Bohrung 176 in dem Befe­ stigungsabschnitt 178 gebildet sind. Unterschiedliche Paare der ersten und zweiten Löcher 184, 186 können in den win­ kelversetzten Positionen jeweils miteinander ausgerichtet werden, um die Büchse 168 zu arretieren. In Fig. 12 ist zu erkennen, daß die ersten Löcher 184 in größerer Anzahl als die zweiten Löcher 186 vorhanden sind. Schließlich weist die Arretiereinrichtung 174 einen Arretierstift 190 auf, der in das besondere Paar ausgerichteter erster und zweiter Löcher 184, 186 einführbar ist, welche die Winkelposition festlegen, in der die Büchse 168 arretiert wird.

Es ist kein Spezialwerkzeug zum Verstellen der Vorrichtung 154 erforderlich, um die Anfangseinstellung der gewünschten Spaltbreite zwischen Rotor und dessen Ummantelung vorzuneh­ men. Erstens, bevor die Büchse 168 eingebaut wird, wird die Schraube 158 gedreht, um das Mantelringsegment 156 radial einwärts bis in Kontakt mit der Laufschaufelspitze zu bewe­ gen. Dann wird die Büchse 168 eingebaut, indem sie in die Gewindebohrung 176 und um die Schraube 158 geschraubt wird. Danach wird der Sprengring 182 eingebaut, um die axiale Po­ sition der Büchse 168 längs der Schraube 158 zu fixieren. Nun wird die Büchse 168 gedreht, wodurch gleichzeitig sie und die Schraube 158 axial bewegt werden und das Mantel­ ringsegment 156 radial bewegt wird, bis die gewünschte Spaltbreite erreicht ist. Schließlich wird das gewünschte Paar Arretierlöcher 184, 186 miteinander ausgerichtet, und der Arretierstift 190 wird in die ausgerichteten Löcher eingeführt.

Claims (8)

1. Radialverstellvorrichtung zum Voreinstellen einer vor­ gewählten Spaltbreite zwischen einem Mantelringsegment (156) und einer Laufschaufelspitze in einer Spaltbreiten­ steuervorrichtung (118) mit einem Befestigungsabschnitt (178) eines stationären Gehäuses (74), der eine Öffnung in dem Gehäuse (74) bildet und eine mit Innengewinde versehene Bohrung (176) aufweist, mit dem Mantelringsegment (156), das in der Öffnung angeordnet ist, mit einem mit Gewinde versehenen Verbinder (140), der an dem Mantelringsegment (156) befestigt ist, und mit einem zylindrischen Teil (158), das ein Gewinde (166) an einem Endteil hat, welches in Gewindeeingriff mit dem mit Gewinde versehenen Verbinder (140) an dem Mantelringsegment (156) ist, um das Mantel­ ringsegment (156) bei Drehung des zylindrischen Teils (158) radial zu bewegen, wobei das zylindrische Teil (158) zur Verbindung seines entgegengesetzten Endes mit einem Betäti­ gungshebel (160) am Anfang in einer vorbestimmten Drehaus­ richtung angeordnet ist, gekennzeichnet durch:

• a) eine mit Außengewinde versehene, hohle Verstellbüchse (168), die über dem zylindrischen Teil (158) angeordnet und drehbar und in Gewindeeingriff mit der Innengewin­ debohrung (176) des Befestigungsabschnitts (178) gekup­ pelt ist, so daß eine Drehung der Büchse (168) relativ zu der Befestigungsabschnittsbohrung (176) auch eine Axialbewegung der Büchse (168) relativ zu dem Befesti­ gungsabschnitt (178) erzeugt;
• b) ein erstes und ein zweites Element (170, 172), die an dem zylindrischen Teil (158) an gegenseitigen Abstand aufweisenden Stellen gebildet und zwischen dem einen Ende und dem entgegengesetzten Ende des zylindrischen Teils (158) angeordnet sind, wobei die Elemente (170, 172) an der Büchse (168) in Anlage sind, um eine Dre­ hung der Büchse (168) relativ zu dem zylindrischen Teil (158) zu gestatten, aber eine Axialbewegung der Büchse (168) längs des zylindrischen Teils (158) zu verhin­ dern; und
• c) eine Einrichtung (174) zum Arretieren der Büchse (168) an dem Befestigungsabschnitt (178) in irgendeiner von mehreren winkelversetzten Positionen, die längs einer vollständigen Umdrehung der Büchse (168) relativ zu der Befestigungsabschnittsbohrung (176) angeordnet sind, so daß die Drehverstellung der Büchse (168) eine Axialbe­ wegung der Büchse (168) relativ zu dem Befestigungsab­ schnitt (178) und gleichzeitig damit eine Axialbewegung des zylindrischen Teils (158) erzeugt, die zur Radial­ bewegung des Mantelringsegments (156) relativ zu dem Rotor führt, ohne daß die Drehausrichtung des zylindri­ schen Teils (158) geändert wird.

2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Element (170) an dem zylindrischen Teil (158) eine ringförmige Schulter ist.

3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Element (172) an dem zylindrischen Teil (158) eine darin gebildete ringförmige Ausnehmung (180) und ein ringförmiges Teil (182), das in die Ausneh­ mung (172) lösbar eingepaßt ist, ist.

4. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Element (172) an dem zylindrischen Teil (158) eine darin gebildete ringförmige Ausnehmung (180) und ein ringförmiges Teil (182), das in die Ausneh­ mung (172) lösbar eingepaßt ist, ist.

5. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Arretiereinrichtung (174) aufweist:
einen ersten Teil (168A) an der Büchse (168), der mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende erste Durchgangs­ löcher (184) hat;
einen zweiten Teil (188) an dem Befestigungsabschnitt (178) um die Bohrung (176), der mehrere gegenseitigen Umfangsab­ stand aufweisende zweite Durchgangslöcher (186) hat, wobei ein unterschiedliches Paar der ersten und zweiten Löcher (184, 186) in jeder der winkelversetzten Position der Büchse (168) miteinander ausgerichtet ist; und
einen Arretierstift (190), der in das Paar ausgerichteter erster und zweiter Löcher (184, 186) einführbar ist.

6. Verstellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zahl der ersten Löcher (184) größer ist als die Zahl der zweiten Löcher (186) .

7. Verstellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Element (170) an dem zylindrischen Teil (158) eine ringförmige Schulter ist.

8. Verstellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Element (172) an dem zylindrischen Teil (158) eine darin gebildete ringförmige Ausnehmung (180) und ein in die Ausnehmung (180) lösbar eingepaßter Sprengring (182) ist.