DE60100448T2 - Belüftungsvorrichtung für einen Statorring - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Belüftungsvorrichtung für einen Statorring, wie sie in dem Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist. Eine solche Vorrichtung ist aus dem Dokument US-A-5 399 066 bekannt und dient dazu, ein Gas mit einer bestimmten Temperatur auf einen Statorring eines Turbotriebwerks zu lenken, um den Durchmesser des Statorrings und das Spiel zu regulieren, das er mit den Enden der in ihm rotierenden Rotorschaufeln bildet.
• Solche Belüftungsvorrichtungen werden häufig in Turbotriebwerken eingesetzt und bestehen aus Leitungen, die sich zu mehreren Entnahmestellen verzweigen und deren Enden mit Bohrungen versehen sind, um Gas, und insbesondere Luft, auf eine große Anzahl von Punkten des Rings zu blasen, die zweckentsprechend verteilt sind. Die Leitungsenden sind sehr oft Rampen, die kreisbogenförmig um die Ringe verlaufen und einen Teil ihres Umfangs umfassen. Oft wird das Gas auch in axialer Richtung auf Außenrippen des Rings statt auf den Ring selbst geblasen, um so den Durchmesser durch diese Rippen zu regulieren, die starrer sind und dadurch die Verformungen des eigentlichen Rings bestimmen.
• Die Anordnung, die hier beschrieben wird, zeichnet sich dadurch aus, daß sie sich trotz der großen Zahl von Leitungen, die im allgemeinen verwendet werden müssen, leicht herstellen und trotz der Komplikationen, die durch die differentiellen thermischen Ausdehnungen in verschiedenen Zeitpunkten des Betriebs der Maschine entstehen können, leicht an dem Ring montieren läßt.
• In ihrer allgemeinsten Form betrifft die Erfindung somit eine Belüftungsvorrichtung für einen Statorring, bestehend aus verzweigten Leitungen mit Speiseleitungen, Verteilern und Rampen, die dem Statorring benachbart und mit auf den Statorring gerichteten Bohrungen zum Einblasen von Gas ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampen aus Paaren von Halbschalen zusammengesetzt sind, die einen Flansch und eine um den Flansch verlaufende Einfassung umfassen, wobei die Paare von Halbschalen durch die Einfassungen miteinander verbunden sind, und daß die Verteiler Wicklungen als Stege zwischen den Rampen aufweisen, die mit Außenrändern ausgestattet sind, um sich an Öffnungen der seitlichen Wangen der Flansche zu justieren.
• Weitere charakteristische Aspekte und Vorteile der Erfindung werden in der folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
• 1 zeigt eine generelle Ansicht der Vorrichtung,
• 2 zeigt eine Ansicht eines Verteilers an der Verzweigung einer Leitung,
• 3 zeigt eine Art zur Halterung der Vorrichtung an dem Ring,
• 4 zeigt eine Gruppe von Rampen in einem Schnitt in der Nähe ihres Endes sowie ein Mittel zum Halten an dem Ring.
• Einem Statorring 1 ist eine Gruppe von Belüftungsvorrichtungen gemäß der Erfindung zugeordnet, deren jede einen Teil des Umfangs des Rings 1 besetzt und eine Gruppe von parallelen, kreisbogenförmigen Rampen 3, einen Verteiler 4, der das Verteilen der Kühlluft zwischen allen Rampen 3 ermöglicht und eine (in 2 sichtbare) Speiseleitung 5 umfaßt, die in dem Verteiler 4 mündet. Die Speiseleitungen 5 vereinigen sich hinter einem oder mehreren weiteren Verteilern, die jedoch nicht dargestellt sind, weil sie nicht Gegenstand dieser Erfindung sind. Diese betrifft speziell den Endbereich der Belüftungsvorrichtungen 2, d.h. diejenigen ihrer Teile, die dem zu kühlenden Ring 1 benachbart sind. Man erkennt außerdem noch Mittel zum Halten der Rampen 3 an dem Ring 1, die Halteleisten 6 umfassen, deren Enden mit dem Ring 1 verbunden sind und die jeweils eines der Enden einer Gruppe von Rampen 3 überdecken, indem sie diese kreuzen.
• Wie auch aus 2 erkennbar ist, besteht jede der Rampen 3 aus einer linken Halbschale 7 und einer rechten Halbschale 8, die jeweils zu einer der Rampen zusammengefügt sind. Genauer gesagt umfassen die Halbschalen 7 und 8 beider Arten jeweils einen im wesentlichen ebenen Flansch 9 und eine Einfassung 10, die um den Flansch 9 verläuft, wobei die Einfassungen 10 der Paare von komplementären Halbschalen 7 und 8 in gegenseitiger Verlängerung angeordnet und zusammengefügt sind, um eine einzige Rampe zu bilden. Die Halbschalen 7 und 8 können durch einfaches Stanzprägen hergestellt werden, und die Verbindungen zwischen den Einfassungen 10 können durch Schweißen hergestellt werden. Diese Herstellungsart ist extrem einfach und macht es überflüssig, Rohre zu bearbeiten, um sie in die gewünschte Formen und Abmessungen zu bringen, was wahrscheinlich sehr viel aufwendiger wäre. Außerdem können alle linken Halbschalen 7 im allgemeinen mit dem gleichen Werkzeug hergestellt werden wie die rechten Halbschalen 8, die relativ zu der Verbindungsebene zu letzteren symmetrisch sind. Diese Ähnlichkeit der Vorrichtung würde nicht gewisse Abweichungen in Details ausschließen. So könnten z. B. die Einfassungen 10 der Halbschalen 7 und 8 unterschiedliche Breite haben, um beispielsweise eine bevorzugte Kühlung durch die breiteren Rampen 3 zu erreichen. Ein Anwendungsbeispiel des Verfahrens ist in 2 dargestellt, wo drei Rampen 3 zwei Rippen 11 kühlen, wobei die zentrale Rampe zwischen den beiden Rippen 11 angeordnet ist und beide kühlt, was seine doppelt so große Breite rechtfertigt. Die Ausblasöffnungen 12, durch die die Luft aus den Rampen 3 entweicht, werden beliebig vor oder nach dem Pressen der Halbschalen 7 und 8 hergestellt, wobei z. B. nur die am Ende liegenden Halbschalen ausgenommen werden, die nicht vor einer der Rippen 11 liegen.
• Andere, breitere Öffnungen sind mit 13 bezeichnet und sind mit Ausnahme einer am Ende liegenden Halbschale durch die Wangen 14 der Flansche 9 hindurch ausgeführt, um den Verteiler 4 zu bilden. Die Wangen 14 verlaufen bei dieser Ausführungsform von den Zentren der Flansche 9 seitlich und sind koplanar zu diesen. Die Enden der Rampen 3 sind mit durchgehenden Blechen verschlossen, die auf sie aufgeschweißt sind.
• Der Verteiler 4 umfaßt außerdem kurze zylinderförmige Wicklungen 15, die als Stege zwischen den Rampen 3 und mit der Speiseleitung 5 dienen. Es ist oft vorteilhaft, daß sie gleich ausgebildet sind, sie können jedoch auch, insbesondere bezüglich ihrer Länge, unterschiedlich sein. Sie besitzen im allgemeinen Ränder 16, die in die Öffnungen 13 der Rampen 3 eingreifen, um diese an ihrer Stelle zu halten, sowie Kragen 17, die sich an den Rampen 3 abstützen, um deren Abstand festzulegen. Die Speiseleitung 5 bleibt jedoch im allgemeinen von dem Verteiler 4 getrennt und kann in der Eingangswicklung 15 gleiten, wobei jedoch zwischen ihnen eine Dichtung 18 vorgesehen ist.
• Um die Beschreibung von 2 abzuschließen, sei noch angemerkt, daß eine der Wicklungen 15 zwei ebene und einander gegenüberliegende Seiten 19 aufweist, die das (hier verbreiterte) Ende 20 der Rippe 11 einspannen, die die entsprechende Wicklung 15 überragt. Die Verringerung des axialen Spiels zwischen der Wicklung 15 und dem verbreiterten Teil der Rippe 11 trägt dazu bei, die axiale Positionierung der Verteiler 4 auf dem Ring 1 zu sichern. Dies ermöglicht es, die axiale Positionierung des Verteilers 4 zu sichern, die Spalte zwischen den Rampen 3 und den Ringen 11 auf das Genaueste zu regulieren und den durch die Belüftung der Ringe 11 erzeugten Konvektionsaustausch so gut wie möglich zu beherrschen. Man erkennt, daß die zweite Wicklung ihren Ring mit einem axialen Spiel übergreift, um relative Ausdehnungen zwischen den Verteilern 4 und dem Gehäuse 1 zu ermöglichen, ohne eine hyperstatische Verbindung und unerwünschte Belastungen zu erzeugen.
• Der Aufbau der Belüftungsvorrichtung aus standardisierten und zusammengeschweißten Elementen ist besonders einfach und vorteilhaft. Im folgenden wird nun beschrieben, wie die Belüftungsvorrichtung 2 mit dem Ring 1 verbunden ist. Aus 3 geht hervor, daß der Endbereich 20 der Rippe 11 einen V-förmigen Einschnitt 21 aufweist, in welchem der zentrale zylindrische Teil der Wicklung 15 ruht, wobei er sich selbst zentriert, so daß der Verteiler 4 gegen radiale und tangentiale Relativbewegungen gegenüber dem Gehäuses 1 gesichert ist: Es wird eine perfekte Positionierung in radialer, tangentialer Richtung und in Richtung der Motorachse erreicht.
• Im folgenden werden die Mittel für die Halteleisten 6 in Verbindung mit 4 ausführlich beschrieben, um zu zeigen, wie sie das Halten der Rampen 3 vervollständigen. Mit Hilfe von Befestigungsschrauben 23 sind an einem Ende des Statorrings 1 Winkelstücke 22 befestigt, die einen Schenkel 24 aufweisen, der sich unter einem Ende der Halteleiste 6 liegt. Ihr anderes Ende liegt auf einem Vorsprung 25 des Statorrings 1 auf. Der Schenkel 24 und der Vorsprung 25 sind mit Schraubenbolzen 26 und 27 verschraubt. Sie halten die Enden der Halteleiste 6 auf diesen, wobei sie Federn 28 zusammendrücken, die sich über Scheiben 29 an der Halteleiste 6 abstützen. Diese Montage hat die Eigenschaft, daß die Kraft, mit der die Halteleisten 6 auf die Winkelstücke 24 und 25 drücken, sich besser beherrschen läßt. Wenn diese Wirkung exzessiv groß ist, ist die Installation starr und ermöglicht kein thermisches Atmen. Die bessere Beherrschung resultiert daraus, daß es leichter ist, die Kompressionskraft einer Feder 28 durch die Höhe unter dem Kragen des Federtellers 31 zu kalibrieren, als eine Zugkraft in einem Schraubenbolzen 26 zu regulieren, indem dieser nach Drehmoment angezogen wird. Außerdem ist die Halteleiste 6, an der die Rampen 3 angeschweißt sind, um die Schraubenbolzen 26 und 27 herum mit breiten Öffnungen 30 ausgestattet, so daß sie sich durch axiales und tangentiales Gleiten relativ zu dem Statorring verschieben können. Diese nachgiebige Montage verhindert also, daß in der Belüftungsvorrichtung 2 exzessive interne Spannungen auftreten, da die Rampen 3 sich über dem Ring 2 verschieben können, ohne daß sie allzu große Kräfte ausüben. Diese Relativverschiebungen werden im allgemeinen durch differentielle thermische Ausdehnungen hervorgerufen. Das Abstützen einer der Wicklungen 15 an dem Ende 20 der betreffenden Rippen 10 verschafft ebenfalls etwas Nachgiebigkeit, indem es der Belüftungsvorrichtung 2 die Möglichkeit beläßt, sich an den Enden zu verschieben, wobei sie von den Federn 28 zu dem Statorring 1 und dem Boden des V-förmigen Einschnitts 21 zurückgeführt wird. Diese Nachgiebigkeit ist sehr wertvoll, da sie es ermöglicht, die differentiellen thermischen Ausdehnungen zu absorbieren, die bei einem solchen Gerät unvermeidlich sind.

Claims (7)

1. Belüftungsvorrichtung (2) für einen Statorring (1), bestehend aus verzweigten Leitungen mit Speiseleitungen (5), Verteilern (4) und Rampen (3), die dem Statorring benachbart und mit auf den Statorring gerichteten Bohrungen (12) zum Einblasen von Gas ausgestattet sind, wobei die Rampen aus Paaren von Halbschalen (7, 8) zusammengesetzt sind, die einen Flansch (9) und eine um den Flansch verlaufende Einfassung (10) umfassen, wobei die Paare von Halbschalen durch die Einfassungen miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler Wicklungen (15) als Stege zwischen den Rampen aufweisen, die mit Außenrändern (16) ausgestattet sind, um sich an Öffnungen (13) der seitlichen Wangen (14) der Flansche zu justieren.
2. Belüftungsvorrichtung für einen Statorring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen identische Flansche besitzen, wobei die Einfassungen jedoch unterschiedliche Breiten haben können.
3. Belüftungsvorrichtung für einen Statorring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie V-förmige Einschnitte in Rippen (11) aufweist, in denen die Wicklungen (15) sich selbstzentrierend abstützen, so daß eine perfekte Position der Verteiler auf dem Statorring (1) radial, tangential und in Richtung einer Motorachse gewährleistet ist.
4. Belüftungsvorrichtung für einen Statorring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu den Wicklungen und zu den Rampen parallele, ebene Stützflächen (19) zum Abstützen an einer Rippe (11) des Statorrings (1) aufweist und daß die Rippe (11) sich lokal verbreitert, um das axiale Spiel mit der Wicklung zu reduzieren und die axiale Positionierung der Verteiler (4) auf dem Statorring (1) zu sichern.
5. Belüftungsvorrichtung für einen Statorring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Halteleisten (6) zum Halten der Rampen gegen den Statorring aufweist, die die Rampen (3) kreuzend überdecken und mit dem Statorring fest verbunden sind.
6. Belüftungsvorrichtung für einen Statorring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteleisten durch elastische Verbindungen in Richtung des Statorrings an dem Statorring befestigt sind.
7. Belüftungsvorrichtung für einen Statorring nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteleisten durch Verbindungen (26, 27) an dem Statorring befestigt sind, die eine Gleitbewegung der Halteleisten an den Enden ermöglichen.