DE4036693A1 - Laufschaufelspitzenspaltbreitensteuer - vorrichtung mit mantelsegmenteinstellung durch gleichlaufring - Google Patents

Description

Die vorliegende Anmeldung nimmt Bezug auf die alteren deut­ schen Patentanmeldungen P 40 28 328.3 P 40 28 330.5, P 40 22 687.5 P 40 31 478.2 und P 40 31 477.4.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinentrieb­ werke und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Steu­ ern der Spaltbreite zwischen benachbarten umlaufenden und nichtumlaufenden Bauteilen eines Gasturbinentriebwerks.

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 umlau­ fenden und stationären Komponenten kommt, wobei eine Be­ schädigung auftreten kann.

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 nicht um­ 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 Spaltbreite an der Laufschaufelspitze im wesentlichen konstant zu halten. Bis­ lang dürfte jedoch keine für die Steuerung der Spaltbreite optimal ausgelegt sein. Es besteht infolgedessen nach wie vor ein Bedarf an einer verbesserten Vorichtung zur Spalt­ breitensteuerung, die die Triebwerksleistung verbessert und den Brennstoffverbrauch senkt.

Die Erfindung schafft eine Laufschaufelspitzenspaltbreiten­ steuervorrichtung, welche den vorgenannten Bedarf deckt und mit welcher die vorgenannten Zwecke erreicht werden. Die Schaufelspitzenspaltsteuereinrichtung verwendet einen Man­ telsegment-Positioniermechanismus mit Komponenten, die diese Aufgaben ohne eine große Gewichtserhöhung lösen. Der Positioniermechanismus hält während des stationären Be­ triebs einen minimalen Laufschaufelspitzen-Mantelspalt auf­ recht. Weiterhin kann der Positioniermechanismus für eine schnelle Einstellung sorgen, wenn im Betrieb ein transien­ ter Vorgang auftritt, um übermäßige Reibeingriffe während eines transienten Betriebs des Triebwerks zu verhindern, wodurch die Leistungsfähigkeit des Triebwerks verbessert wird. Weiterhin sind die Komponenten des Positioniermecha­ nismus für eine einfache Wartung außerhalb des Gehäuses an­ geordnet, es sind nur wenige Komponenten nötig und sie kön­ nen auf einfache Weise gefertigt und montiert werden.

Die Spaltbreitensteuervorrichtung nach der Erfindung ist in einem Gasturbinentriebwerk vorgesehen, das einen drehbaren Rotor aufweist, der eine zentrale Achse und einen Kranz von Laufschaufeln mit Spitzen sowie ein stationäres Gehäuse mit einem Mantelring hat, der konzentrisch zu dem Rotor ange­ ordnet ist. Die Spaltbreitensteuervorrichtung, mittels wel­ cher die Spaltbreite zwischen den Laufschäufelspitzen und dem Gehäusemantelring steuerbar ist, umfaßt:

• a) wenigstens ein Mantelsegment, das einen Umfangsteil des Gehäusemantel­ ringes bildet, von dem Gehäuse getrennt und mit Abstand ra­ dial innen desselben und außen von wenigstens einer der Laufschaufelspitzen angeordnet ist;
• b) wenigstens eine Be­ festigungsvorrichtung an dem stationären Gehäuse, die einen Durchlaß zwischen der äußeren und inneren Seite des Gehäu­ ses bildet, wobei die Befestigungsvorrichtung mit radialem Abstand außerhalb von dem Mantelringsegment angeordnet ist;
• c) Eine Positioniervorrichtung, die durch die Befesti­ gungsvorrichtung gehalten, mit dem Mantelringsegment ver­ bunden und in Richtung auf die Rotorachse und von dieser weg bewegbar ist, um das Mantelringsegment zu der Lauf­ schaufelspitze hin und von derselben weg zu bewegen, und d) einen Betätigungsmechanismus, der mit dem Positioniermecha­ nismus gekoppelt ist und in Umfangsrichtung relativ zur Ro­ torachse zwischen ersten und zweiten im Winkel versetzten Grenzpositionen bewegbar ist, um eine nicht-drehende, li­ neare Bewegung des Positioniermechanismus und des damit verbundenen Mantelsegmentes in radialer Richtung relativ zur Rotorachse in eine Position zwischen inneren und äuße­ ren Positionen herbeizuführen, die maximal und minimale Spalte zwischen dem Mantelsegment und der Laufschau­ telspitze definieren.

Weiterhin weist der Positioniermechanismus ein langge­ strecktes Tragteil auf, das durch den von der Befestigungs­ struktur gebildeten Durchlaß angebracht ist für eine Bewe­ gung relativ dazu und radial in Richtung auf die Rotorachse und von dieser weg. Das Tragteil hat eine Längsachse und gegenüberliegende innere und äußere Endabschnitte. Das Man­ telsegment ist mit dem inneren Endabschnitt des Tragteils an der Innenseite des Gehäuses verbunden. Der Positionier­ mechanismus enthält weiterhin Mittel zum Verbinden des äu­ ßeren Endabschnittes des Tragteils an der Außenseite des Gehäuses mit dem Betätigungsmechanismus.

Die Befestigungsstruktur enthält ferner ein zylindrisches Ansatzstück, das auf dem Gehäuse ausgebildet ist, den Durchlaß bildet und von der Außenseite des Gehäuses vor­ steht. Das Tragteil ist eine zylindrische Welle, die durch den Durchlaß des Ansatzstückes hindurchführt, für eine Schub- bzw. Gleitbewegung in Richtung auf die Rotorachse relativ zum Ansatzstück und von dieser weg.

Der Betätigungsmechanismus ist ein Ringteil mit wenigstens einem Schlitz bzw. einer Nut, die in einer schrägen Quer­ relation zu den entsprechenden Richtungen der Bewegung des Betätigungsmechansismus und der Welle verläuft und im Ab­ stand angeordnete, gegenüberliegende Enden aufweist, die die ersten und zweiten im Winkel versetzten Grenzpositionen der Umfangsbewegung des Ringteils bilden. Die Verbindungs­ einrichtung des Positioniermechanismus ist ein Stift, der an dem äußeren Ende der Welle und innerhalb des Schlitzes angebracht ist, für eine Übertragung der Umfangsbewegung des Ringteils in eine lineare Radialbewegung der Welle.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinentrieb­ werks,

Fig. 2 eine axiale Längsschnittansicht einer bekannten me­ chanischen Vorrichtung zum Steuern der Spaltbreite zwischen Laufschaufelspitzen und einem stationären Gehäusemantel­ ring,

Fig. 3 eine axiale Längsschnittansicht einer weiteren be­ kannten mechanischen Vorrichtung zum Steuern der Spalt­ breite zwischen einem Rotor und Leitschaufelspitzen,

Fig. 4 eine axiale Längsschnittansicht von noch einer wei­ teren bekannten mechanischen Vorrichtung zum Steuern der Spaltbreite zwischen Laufschaufelspitzen und stationärem Gehäusemantelring sowie der Spaltbreite zwischen Rotor und Leitschaufelspitzen,

Fig. 5 eine vergrößerte Längsschnittansicht einer Ausfüh­ rungsform einer Laufschaufelspitzenspaltbreitensteu­ ervorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 6 eine vergrößerte Teildarstellung der Vorrichtung nach Fig. 5 mit einem Rollenstift der abgenommenen Vorrich­ tung,

Fig. 7 eine verkleinerte Teilschnittansicht in Umfangsrich­ tung der Vorrichtung entlang der Linie 7-7 in Fig. 5.

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

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Längs­ mittellinie oder -achse A und einem kreisförmigen Gehäuse 12, das koaxial und konzentrisch um die Achse A angeordnet ist. Das Triebwerk 10 enthält ein Gasgenerator-Kerntrieb­ werk 14, das aus einem Verdichter 16, einer Brennkammer 18 und einer Hochdruckturbine 20, und zwar einer ein- oder mehrstufigen, besteht, die alle koaxial um die Längsachse oder -mittellinie A des Triebwerks 10 axial in Reihenströ­ mungsverbindung angeordnet sind. Eine ringförmige Antriebs­ welle 22 verbindet den Verdichter 16 und die Hochdrucktur­ bine 20 fest miteinander.

Das Kern- bzw. Grundtriebwerk 14 erzeugt Verbrennungsgase. Druckluft aus dem Verdichter 16 wird mit Brennstoff in der Brennkammer 18 vermischt und gezündet, wodurch Verbren­ nungsgase erzeugt werden. Diesen Gasen wird von der Hoch­ druckturbine 20 eine gewisse Arbeit entnommen, welche den Verdichter 16 antreibt. Die übrigen Verbrennungsgase werden von dem Grundtriebwerk 14 an eine Niederdruckarbeitsturbine 24 abgegeben.

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 Turbi­ nenlaufschaufelkränze 34 auf, die sich von ihm aus radial nach außen erstrecken und gegenseitigen axialen Abstand ha­ ben. Der Stator 28 ist radial außerhalb des Rotors 26 ange­ ordnet und hat mehrere Leitschaufelkränze 36, die an ihm fest angebracht sind und sich von dem stationären Gehäuse 12 aus radial einwärts erstrecken. Die Leitschaufelkränze 36 haben gegenseitigen axialen Abstand, so daß sie mit den Turbinenlaufschaufelkränzen 34 abwechseln. Der Rotor 26 ist auf der Antriebswelle 38 fest angebracht und mit der An­ triebswelle 22 über Differentiallager 32 verbunden. Die An­ triebswelle 38 versetzt ihrerseits einen vorderen Zusatz­ verdichterrotor 39 in Drehung, der Teil eines Zusatzver­ dichters 40 ist und außerdem vordere Fanlaufschaufelkränze 41 trägt, die in einer Gondel 42 untergebracht sind, welche um das stationäre Gehäuse 12 durch mehrere Streben 43 abge­ stützt 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 48 die auf den S. 8 und 15 einer Veröffentlichung mit dem Titel "Thermal Response Turbine Shroud Study" von E. J. Kawecki, Juli 1979, Technical Re­ port AFAPL-TR-79-2087, gezeigt ist. Die Spaltbreitensteuer­ vorrichtung 48 dient zum Ändern der Breite des Spitzen­ spalts C zwischen den Leitschaufeln 50, die mit einem sta­ tionären Gehäuse 52 verbunden sind, und einem Rotor 56 und/oder der Breite des Spalts C′ zwischen den Spitzen der Laufschaufeln 54 und dem Gehäusemantel 53 eines Gasturbi­ nentriebwerks, zum Beispiel des soeben beschriebenen Trieb­ werks 10.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Mantelseg­ 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 Ausführungsbeispielen 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 verbunden, 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 jedem dieser Ausführungsbeispiele ist das Mantelringse­ gment 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 nach der Erfindung

Die Fig. 5-7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer mechanischen Spaltbreitensteuervorrichtung 72 nach der Er­ findung. Diese Vorrichtung 72 kann vorteilhafterweise bei allen Verdichter- und Turbinenrotoren eines Gasturbinen­ triebwerks wie dem in Fig. 1 dargestellten Triebwerk 10 be­ nutzt werden, bei denen die Rotoren glatte, ummantelte äu­ ßere Strömungswege haben und minimale Arbeitsspalte zwi­ schen den Laufschaufelspitzen und der Ummantelung über dem Betriebsbereich des Triebwerks erforderlich sind. Außerdem ist die Spaltbreitensteuervorrichtung 72 entweder bei Flug­ zeug-Gasturbinentriebwerken oder bei landgestützten Gastur­ binentriebwerken verwendbar.

Die Spaltbreitensteuervorrichtung 72 dient zum Steuern des Spalts Spielraums G zwischen einem stationären Gehäuse 74 und äußeren Spitzen 76A einer Vielzahl von Laufschaufeln 76 eines Rotors (nicht dargestellt), die sich auf alternie­ rende Weise zwischen Leitschaufeln (nicht dargestellt) ra­ dial nach außen erstrecken, welche ihrerseits an dem Ge­ häuse 74 stationär befestigt sind und sich von dem Gehäuse 74 aus radial einwärts erstrecken. Die Spaltbreitensteuer­ vorrichtung 72 kann die radialen Positionen von mehreren Mantelsegmenten 78 mechanisch verändern bzw. steuern, die den Gehäusemantel bilden, um die Spaltbreite G auf den ge­ samten 360 Grad um die Laufschaufelspitzen 76A und das stationäre Gehäuse 74 herum zu steuern.

Die Spaltbreitensteuervorrichtung 72 weist mehrere Mantel­ ringsegmente 78 (s. Fig. 7) auf, die jeweils einen langge­ streckten, bogenförmigen Körper haben. Die Mantelringseg­ mente 78 bilden aufeinanderfolgende Umfangsteile eines Ge­ häusemantelringes und sind von dem Gehäuse 74 getrennt und mit Abstand radial innen von demselben angeordnet. Außer den Mantelringsegmenten 78 weist die Spalt­ breitensteuervorrichtung 72 mehrere Befestigungsvorrichtun­ gen in Form von zylindrischen Vorsprüngen 80, die an dem Gehäuse 74 gebildet sind, mehrere Positioniervorrichtungen 82 und einen Betätigungsmechanismus 84 auf zum Betätigen der Positioniervorrichtungen 82. Die Befestigungsvorsprünge 80 sind um die Rotorachse A herum im Abstand zueinander an­ geordnet und einteilig mit dem Gehäuse 74 ausgebildet. Die Vorsprünge bzw. Ansatzstücke 80 bilden entsprechende Durch­ lässe 86, die sich zwischen der äußeren Seite und der inne­ ren Seite des Gehäuses 74 erstrecken und im Abstand radial nach außen von den Mantelsegmenten 78 angeordnet sind und von der Außenseite des Gehäuses nach außen vorstehen.

Die Positioniermechanismen 82 der Vorrichtung 72 sind durch die entsprechenden stationären Gehäusevorsprünge 80 gehal­ tert und fest mit den entsprechenden Mantelsegmenten 78 verbunden. Die Positioniermechanismen 82 sind gleichzeitig durch den Betätigungsmechanismus 84 betätigbar, um für eine Bewegung in Richtung auf und von der Rotorachse A weg zu sorgen und dadurch die damit verbundenen Mantelsegmente 78 in Richtung auf die Laufschaufelspitzen 76A und von diesen weg zu bewegen. Insbesondere enthält jeder Positionierme­ chanismus 82 ein langgestrecktes Tragteil in der Form einer langgestreckten zylindrischen Welle 88, die durch den Durchlaß 86 angebracht ist, der durch einen der Ansatz­ stücke 80 gebildet ist, für eine Bewegung relativ dazu und radial in Richtung auf die Rotorachse A und von dieser weg. Die zylindrische Stützwelle 88 hat eine Längsachse R, die senkrecht zur Rotorachse A verläuft, und gegenüberliegende innere und äußere Endabschnitte 88A, 88B. Jedes Mantelseg­ ment 78 ist fest mit dem inneren Endabschnitt 88A von einer Stützwelle 88 an der Innenseite des Gehäuses 74 verbunden. Jeder Positioniermechanismus 82 enthält ferner Mittel in der Form eines zylindrischen Stiftes 90 zum Verbinden des äußeren Endabschnittes 88B von einer Stützwelle 88 an der Außenseite des Gehäuses 74 mit dem Betätigungsmechanismus 84.

Die Betätigungs- bzw. Stelleinrichtung 84 der Vorrichtung 72 ist mit den Positioniermechanismen 82 verbunden und be­ tätigbar, um sich in Umfangsrichtung relativ zur Rotorachse A zwischen ersten und zweiten im Winkel versetzten Grenzpo­ sitionen zu bewegen, um eine nicht drehende, lineare Bewe­ gung der zylindrischen Wellen 88 herbeizuführen. Diese li­ neare Bewegung der Wellen 88 bewirkt ihrerseits eine Bewe­ gung der damit verbundenen Mantelsegmente 78 in radialer Richtung relativ zur Rotorachse A in Positionen zwischen den inneren und äußeren Grenzpositionen, die maximale und minimale Spaltbreiten bzw. Spielräume zwischen den Mantel­ segmenten 78 und den Laufschaufelspitzen 76A bilden. Ge­ nauer gesagt, ist der Stellmechanismus 84 ein ringförmiges Teil in der Form eines Gleichlaufringes. Der Gleichlaufring 84 hat mehrere in Umfangsrichtng im Abstand angeordnete Schlitze oder Nuten 92, die darin ausgebildet sind und je­ weils in einer schrägen Querrelation zu den entsprechenden Richtungen der Bewegung der Stützwellen 88 und des Gleich­ laufringes 84 verlaufen. Die Nuten bzw. Schlitze 92 haben im Abstand angeordnete, gegenüberliegende Enden 92A, 92B, die die ersten und zweiten im Winkel versetzten Grenzposi­ tionen bilden, zwischen den sich der Gleichlaufring 84 in Umfangsrichtung bewegen kann.

Die Stifte bzw. Zapfen 90, die die Stützwelle 88 mit dem Gleichlaufring 84 verbinden, werden von der einen oder an­ deren der gegenüberliegenden Seiten 92C, 92D der Schlitze 92 ergriffen und bewegt, wenn der Gleichlaufring 84 in der einen oder anderen Umfangsrichtungen bewegt wird. Eine Be­ wegung der Stifte 90 entlang der Schlitze 92 hat eine Über­ tragung der Umfangsbewegung des Gleichlaufringes 84 in eine lineare Radialbewegung der Welle 88 und des einen Mantel­ segments 78 zur Folge. Ein Lager 94, beispielsweise ein Na­ del- oder Rollenlager, ist zwischen dem Stift 90 und einem äußeren Endabschnitteil B der Stützwelle oder dem Gleich­ laufring 84 angeordnet, um dazwischen einen Rollkontakt auszubilden.

Zusammenfassend sind die Positioniermechanismen 82 der Vor­ richtung 72 mechanisch mit dem Gleichlaufring 84 derart ge­ koppelt, daß bei einer Drehung des Ringes 84 in Umfangs­ richtung entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeiger­ sinn die Positioniermechanismen 82 die Mantelsegmente 78 radial bewegen in Richtung auf die Laufschaufelspitzen 78A oder von diesen weg in jede gewünschte Lage zwischen den äußeren und inneren Positionen relativ zum (nicht gezeig­ ten) Rotor, die den maximalen und minimalen Spaltbreiten zwischen den Mantelsegmenten 78 und den Laufschaufelspitzen 76A entsprechen. Bei einer Beendigung der Bewegung des Gleichlaufringes 84 halten die Mechanismen 82 weiterhin die Mantelsegmente 78 in der jeweiligen Lage, um den gewünsch­ ten Spalt bzw. Spielraum zwischen den Mantelsegmenten und den Laufschaufelspitzen beizubehalten. Es kann ein übliches Steuersystem (nicht gezeigt) mit Spalt- und Triebwerksbela­ stungssensoren verwendet werden, um den Gleichlaufring 84 in Umfangsrichtung zu drehen. Da das Steuersystem und die zugehörigen Komponenten hier nicht von Bedeutung sind, ist deren Erläuterung an dieser Stelle nicht erforderlich, um die Spaltsteuervorrichtung 10 gemäß den beschriebenen Aus­ führungsbeispielen der Erfindung zu verstehen.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Steuern der Spaltbreite zwischen den Laufschaufelspitzen (76A) und einem Gehäusemantelring in einem Gasturbinentriebwerk (10), das einen Rotor (26), der eine zentrale Achse (A) und einen Kranz von Laufschaufeln (76) mit äußeren Spitzen (76A) hat, und ein stationäres Ge­ häuse (74) mit einem Mantelring aufweist, der konzentrisch zu dem Rotor (26) angeordnet ist, gekennzeichnet durch:

• a) wenigstens ein Mantelsegment (78), das einen Umfangsteil des Gehäusemantelringes bildet und getrennt und mit radia­ lem Abstand innen von dem Gehäuse (74) und außen von wenig­ stens einer der Laufschaufelspitzen (76A) angeordnet ist;
• b) wenigstens eine Befestigungsvorrichtung (80) an dem sta­ tionären Gehäuse (74), die einen Durchlaß (86) zwischen der äußeren und der inneren Seite des Gehäuses (74) bildet, wo­ bei die Befestigungsvorrichtung (80) mit Abstand radial au­ ßerhalb von dem Mantelringsegment (78) angeordnet ist;
• c) eine Mantelringsegment-Positioniervorrichtung (82), die durch die Befestigungsvorrichtung (80) an dem stationären Gehäuse (74) gehaltert ist, mit dem Mantelringsegment (78) verbunden und in Richtung auf die Rotorachse und von dieser weg bewegbar ist, um das Mantelringsegment (78) zu den Laufschaufelspitzen (76A) hin- und von denselben wegzubewe­ gen; und
• d) einen Betätigungs- bzw. Stellmechanismus (84), der mit dem Positioniermechanismus (82) verbunden und betätigbar ist, um sich in Umfangsrichtung relativ zur Rotorachse zwi­ schen ersten und zweiten im Winkel versetzten Grenzpositio­ nen zu bewegen und eine nicht-drehende, lineare Bewegung des Positioniermechanismus (82) und des damit verbundenen Mantelsegments (78) radial relativ zur Rotorachse in eine Stellung zwischen den inneren und äußeren Positionen her­ beizuführen, die maximale und minimale Spaltbreiten (G) zwischen dem Mantelsegment (78) und der Laufschaufelspitze (76A) festlegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (84) ein Ringteil ist, in dem wenigstens eine Nut bzw. ein Schlitz (94) ausgebildet ist, der in einer schrägen Querre­ lation zu den entsprechenden Bewegungsrichtungen der Betä­ tigungs- und Positioniermechanismen (82, 84) verläuft und im Abstand angeordnete gegenüberliegende Enden (92A, 92B) aufweist, die die ersten und zweiten im Winkel versetzten Grenzpositionen des Ringteiles bilden, wobei der Positio­ niermechanismus (82) mit dem Ringteil (84) an dem hindurch­ führenden Schlitz (92) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Positioniermechanismus (82) enthält:
ein langgestrecktes Halteteil (88), das durch den Durchlaß (86), der durch die Befestigungsstruktur (80) gebildet ist, gehaltert ist für eine Bewegung relativ dazu und radial in Richtung auf die Rotorachse (A) und von dieser weg, wobei das Halteteil (88) eine longitudinale Achse und gegenüber­ liegende innere und äußere Endabschnitte (88A, 88B) auf­ weist, wobei das Mantelsegment (78) mit dem inneren Endab­ schnitt des Halteteils (78) an der Innenseite des Gehäuses verbunden ist, und
Mittel (90) zum Verbinden des äußeren Endabschnittes des Halteteils (88) an der äußeren Gehäuseseite mit dem Betätigungsmechanismus (84).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (80) ein zylindrischer Vor­ sprung ist, der auf dem Gehäuse (74) ausgebildet ist, den Durchlaß (86) bildet und von der Außenseite des Gehäuses vorsteht, und das Halteteil (88) eine zylindrische Welle ist, die durch den Durchlaß (86) des Vorsprungs (80) ange­ bracht ist für eine Gleit- bzw. Schiebebewegung in Richtung auf die Rotorachse und von dieser weg relativ zu dem Vor­ sprung.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (84) ein Ringteil mit wenigstens einem Schlitz (92) ist, der in einer schrägen Querrelation zu den entsprechenden Bewe­ gungsrichtungen der Betätigungs- und Positioniermechanismen (82, 84) verläuft und im Abstand angeordnete, gegenüberlie­ gende Enden aufweist, die die ersten und zweiten im Winkel versetzten Grenzpositionen der Umfangsbewegung des Ring­ teils bilden, wobei der Positioniermechanismus (82) mit dem Ringteil an dem darin ausgebildeten Schlitz verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gegekennzeichnet, daß die Mittel (90) zum Verbinden des Halteteils (88) mit dem Betätigungsmechanismus (84) einen Stift bzw. Zapfen aufweisen, der an dem äußeren Ende des Halteteils (88) und innerhalb des Schlitzes (92) des Ringteils angebracht ist zum Umwandeln der Umfangsbewegung des Ringteils in eine lineare Radialbewegung des Halte­ teils.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel (90) fer­ ner ein Rollenlager (94) aufweisen, das zwischen dem Stift und dem Halteteil oder dem Ringteil angeordnet ist zur Aus­ bildung eines Rollkontaktes dazwischen.

8. Vorrichtung zum Steuern der Spaltbreite zwischen den Laufschaufelspitzen (76A) und einem Gehäusemantelring in einem Gasturbinentriebwerk (10), das einen Rotor (26), der eine zentrale Achse (A) und einen Kranz von Laufschaufeln (76) mit äußeren Spitzen (76A) hat, und ein stationäres Ge­ häuse (74) mit einem Mantelring aufweist, der konzentrisch zu dem Rotor (26) angeordnet ist, gekennzeichnet durch:

• a) mehrere Mantelsegmente (78), die einen Umfangsteil des Gehäusemantelringes bilden und getrennt und mit radialem Abstand innen von dem Gehäuse (74) und außen von wenigstens einer der Laufschaufelspitzen (76A) angeordnet sind;
• b) mehrere Befestigungsvorrichtungen (80) an dem statio­ nären Gehäuse (74), die Durchlässe (86) zwischen der äuße­ ren und der inneren Seite des Gehäuses (74) bilden, wobei die Befestigungsvorrichtungen (80) mit Abstand radial au­ ßerhalb von dem Mantelringsegment (78) angeordnet sind;
• c) mehrere Mantelringsegment-Positioniervorrichtungen (82), die durch die Befestigungsvorrichtungen (80) an dem statio­ nären Gehäuse (74) gehaltert sind, mit dem Mantelringseg­ ment (78) verbunden und in Richtung auf die Rotorachse und von dieser weg bewegbar sind, um die Mantelringsegmente (78) zu den Laufschaufelspitzen (76A) hin- und von densel­ ben wegzubewegen; und
• d) einen Betätigungs- bzw. Stellmechanismus (84), der mit den Positioniermechanismen (82) verbunden und betätigbar ist, um sich in Umfangsrichtung relativ zur Rotorachse zwi­ schen ersten und zweiten im Winkel versetzten Grenzpositio­ nen zu bewegen und eine nicht-drehende, lineare Bewegung der Positioniermechanismen (82) und der damit verbundenen Mantelsegmente (78) radial relativ zur Rotorachse in eine Stellung zwischen den inneren und äußeren Positionen her­ beizuführen, die maximale und minimale Spaltbreiten (G) zwischen den Mantelsegmenten (78) und der Laufschau­ felspitze (76A) festlegen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (84) ein Ringteil ist, in dem wenigstens eine Nut bzw. ein Schlitz (94) ausgebildet ist, der in einer schrägen Querre­ lation zu den entsprechenden Bewegungsrichtungen der Betä­ tigungs- und Positioniermechanismen (82, 84) verläuft und im Abstand angeordnete gegenüberliegende Enden (92A, 92B) aufweist, die die ersten und zweiten im Winkel versetzten Grenzpositionen des Ringteiles bilden, wobei die Positio­ niermechanismen (82) mit dem Ringteil (84) an den hindurch­ führenden Schlitzen (92) verbunden sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniermechanismen (82) jeweils enthalten:
ein langgestrecktes Halteteil (88), das durch den Durchlaß (86), der durch die Befestigungsstruktur (80) gebildet ist, gehaltert ist für eine Bewegung relativ dazu und radial in Richtung auf die Rotorachse (A) und von dieser weg, wobei das Halteteil (88) eine longitudinale Achse und gegenüber­ liegende innere und äußere Endabschnitte (88A, 88B) auf­ weist, wobei das Mantelsegment (78) mit dem inneren Endab­ schnitt des Halteteils (78) an der Innenseite des Gehäuses verbunden ist, und
Mittel (90) zum Verbinden des äußeren Endabschnittes des Halteteils (88) an der äußeren Gehäuseseite mit dem Betätigungsmechanismus (84).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Befestigungsvorrichtung (80) ein zylindrischer Vorsprung ist, der auf dem Gehäuse (74) ausgebildet ist, den Durchlaß (86) bildet und von der Außenseite des Gehäu­ ses vorsteht, und jedes Haltteil (88) eine zylindrische Welle ist, die durch den Durchlaß (86) des Vorsprungs (80) angebracht ist für eine Gleit- bzw. Schiebebewegung in Richtung auf die Rotorachse und von dieser weg relativ zu dem Vorsprung.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (84) ein Ringteil mit wenigstens einem Schlitz (92) ist, der in einer schrägen Querrelation zu den entsprechenden Bewe­ gungsrichtungen der Betätigungs- und Positioniermechanismen (82, 84) verläuft und im Abstand angeordnete, gegenüberlie­ gende Enden aufweist, die die ersten und zweiten im Winkel versetzten Grenzpositionen der Umfangsbewegung des Ring­ teils bilden, wobei die Positioniermechanismen (82) mit dem Ringteil an den darin ausgebildeten Schlitzen verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gegekennzeichnet, daß die Mittel (90) zum Verbinden der Halteteile (88) mit den Betätigungsmechanismen (84) einen Stift bzw. Zapfen aufweisen, der an dem äußeren Ende des Halteteils (88) und innerhalb des Schlitzes (92) des Ringteils angebracht ist zum Umwandeln der Umfangsbewegung des Ringteils in eine lineare Radialbewegung der Halte­ teile.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel (90) fer­ ner ein Rollenlager (94) aufweisen, das zwischen dem Stift und dem Halteteil oder dem Ringteil angeordnet ist zur Aus­ bildung eines Rollkontaktes dazwischen.