DE60122083T2 - Anordnung zur Verbindung eines Statorrings an einen Stützträger - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbindung eines Turbinen-Statorrings mit einer Strebe, die dazu dient, diesen Ring zu stützen.
• Die Statoren von Turbinen enthalten oft Ringe, die sich aus einer bestimmten Anzahl von Kreisbogensegmenten zusammensetzen und deren Funktion darin besteht, die Zirkulationsbahn der Gase zu begrenzen. Diese Ringe werden durch Verbindungsstreben zur Verbindung mit einem Hauptabschnitt des Stators gestützt und arretiert.
• Hier liegt das Augenmerk auf der Dichtigkeit zwischen Abschnitten der Strebe und damit in Kontakt befindlichen Ringen, die Hohlräume umgrenzen. In letzteren strömt im Allgemeinen Kühlungsluft, die es ermöglicht, dass der Ring den heißen Gasen des Gasstroms standhalten kann, und dabei zugleich seinen Durchmesser und das Spiel zwischen ihm und den vor ihm drehenden Rotorschaufeln regelt. Luftlecks aus den Hohlräumen über die in Kontakt befindlichen Oberflächen des Rings und der Strebe haben einen Leistungsverlust der Maschine zur Folge, da eine zusätzliche Menge Luft für die Kühlung entnommen werden muss und die ausgetretene Luft sich mit den Gasen der Strömungsbahn vermischen kann, deren Temperatur- und Druckzustand ein anderer ist.
• Bei einem Konzept der Patentschrift US 5 197 853 werden die Ringsegmente mit einer Scharnierbewegung in die Strebe eingesetzt: Die Ringsegmente und die Strebe besitzen Haken, die an einer Seite komplementär sind und geeignet sind, ineinander zu greifen, wobei mittels einer Dichtung Dichtigkeit hergestellt wird; auf der anderen Seite weisen sie zusätzlich Lippen auf, die man aneinander annähert, indem man die Haken dreht. Wenn die Lippen miteinander in Kontakt sind, wird ein Bügel eingebaut, um sie aneinandergepresst festzuhalten. An dieser Stelle bemüht man sich, die Dichtigkeit durch einen direkten Kontakt der Oberflächen der Lippen herzustellen, ohne eine Dichtung zu verwenden. In diesem Patent nach dem bisherigen Stand der Technik ist die Lippe der Strebe durch eine Auskehlung in zwei kreisförmige und parallele Abschnitte unterteilt, Schienen genannt, und sitzt in einer Auskehlung der Ringlippe von gleicher Breite wie sie selbst, so dass die äußeren Seitenflächen der Schienen die Dichtigkeit an den Seitenflächen der Ringauskehlung herstellen müssen. Dies ist in der Praxis wahrscheinlich nicht besonders zufriedenstellend, da nur ein Einklemmen der Schienen in eine Ringauskehlung mit einer etwas geringeren Breite den Halt des Dichtigkeitskontakts garantieren würde, aber dann wäre der Einbau des Rings zu schwierig. Man akzeptiert also, dass die Ringauskehlung etwas breiter ist als die Lippe der Strebe, wodurch Spiele und Lecks zwischen den Seitenflächen bestehen bleiben. Ebenso wenig kann eine vollkommene Dichtigkeit durch Kontakt zwischen den Bodenflächen der Lippe der Strebe und der Ringauskehlung erreicht werden, die gekrümmt sind, und zwar mit Radien, die um so weniger zusammenfallen, als die Erwärmungen und die Ausdehnungen sich während des Betriebs der Maschine oft unterschiedlich sind. Aus diesem Grund hat die Anmelderin gemäß einer noch zu veröffentlichenden Patentanmeldung vorgeschlagen, die Dichtigkeit an diesen beiden Oberflächen-Paaren durch eine Dichtigkeit an einem einzigen Oberflächen-Paar der Ringauskehlung und der Lippe der Strebe zu ersetzen, wobei diese Oberflächen hier auch eben und seitlich ausgeführt sind. An der Strebe wurde eine Lasche angefügt, die hinter einem Rand in Eingriff kam, an welchem sich die Dichtungsfläche des Rings befand. Umgekehrt trat der Rand in eine Einkerbung zwischen der Lasche und der Dichtungsfläche der Strebe ein; da diese Einkerbung enger war als der Rand, verformte sich die Lasche und übte eine Klemmwirkung auf den Rand aus, welcher die beiden Dichtungsflächen aneinandergepresst hielt.
• Dieses System wirkt zwar zufriedenstellend, doch hat es den Nachteil, dass die Lasche teilweise die Dichtungsfläche der Strebe bedeckt, die aber glatt sein muss, um eine gute Dichtigkeit zu bieten, und damit verunmöglicht es, diesen Zustand durch ein Verfahren des Geraderichtens zu erreichen, das am interessantesten wäre. Es muss also auf andere Verfahren zurückgegriffen werden, die viel weniger vorteilhaft sind.
• Ferner hatte der Bügel zum Festklemmen der Lippen eine kurze Winkelausdehnung, und daher befand sich dessen Mittelsteg in Einschnitten in Eingriff, welche auf die Lippen ausgerichtet waren: dadurch konnten die Gleitbewegungen des in Drehung befindlichen Rings verhindert werden, doch das Einstellen der Bügel in zwei Einschnitten zugleich war schwierig.
• Die Erfindung betrifft ein verbessertes Mittel, um eine feste Verbindung von zwei ebenen, axial geführten Dichtungsflächen des Rings und der Strebe zu erzielen. Zusammenfassend betrifft sie in ihrer allgemeinsten Form eine Vorrichtung zur Verbindung eines Turbinen-Statorrings mit einer ringförmigen Stützstrebe des Rings, die auf einer ersten Seite des Rings und der Strebe Haken zum Zusammenfügen des Rings und der Strebe beinhaltet und auf einer axial entgegengesetzt zu dieser ersten Seite liegenden zweiten Seite des Rings und der Strebe axial ausgerichtete Dichtungsflächen, die durch wechselseitige Anlage abdichten, sowie Bügel, die konzentrische und nahe bei den Dichtungsflächen angeordnete Lippen des Rings und der Strebe umgreifen, beinhaltet, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die eine Lippe mindestens einen Einschnitt aufweist, der in axialer Richtung in die Tiefe geht, und die andere Lippe mindestens eine umgebogene Lasche aufweist, die in den Einschnitt eindringt, wobei eine Bodenfläche des Einschnitts die Lasche in einer Richtung dahingehend biegt, dass die Anlage der Dichtungsflächen verstärkt wird.
• Die Laschen und die Einschnitte können in beliebiger Anzahl vorgesehen werden, um die gewünschte feste Verbindung zu erzielen. Da sie in den Kontaktlippen ausgeführt sind, erhöhen sie weder den Platzbedarf des Rings noch den der Strebe, und es ergibt sich dabei der große Vorteil, dass die Einschnitte dazu dienen können, die Position der Ringe in den Streben auch in tangentialer Richtung zu halten, indem sie Stifte ersetzen, die in Bohrungen eingreifen und bislang dazu verwendet wurden, diese eine Funktion zu gewährleisten, dabei aber eine zusätzliche Bearbeitung und eine Schwächung des Aufbaus mit sich brachten.
• Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben:
• 1 zeigt eine allgemeine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 2 zeigt eine Detailansicht, und
• 3 zeigt in einer Schnittansicht die Anbringung des Bügels.
• In den Figuren weist eine kreisförmige Strebe 1, von der nur ein Bogenabschnitt dargestellt ist, obere Haken 2 und 3 zur Befestigung an einem nicht dargestellten Hauptabschnitt eines Stators sowie einen unteren Haken 4, der zur Befestigung von Ringsegmenten 5 durch zu diesen komplementäre Haken 6 dient, auf.
• Die Strebe 1 und der Ring 5 weisen ferner auf einer zu den Haken 4 und 6 axial entgegengesetzt liegenden Seite Lippen 7 bzw. 8 auf, die dazu bestimmt sind, miteinander in Kontakt zu kommen, wobei die Strebe 1 und jedes Ringsegment 5 einen Hohlraum 9 zwischen den Haken 4 und 6 und den Lippen 7 und 8 umfassen, dessen Dichtigkeit gehalten werden muss. Dies wird seitens der Lippen 7 und 8 erreicht, indem zwischen zwei ebenen Flächen 10 und 11 Kontakt gehalten wird, wobei die eine, die sich außerhalb eines Randes 12 befindet, sich auf den Ring 5 hinter der Lippe 8 ausrichtet, die andere hinter der Lippe 7 der Strebe 1. An bestimmten stellen der Lippe 8 des Rings 5 sind Laschen 13 vorgesehen, die radial nach außen umgebogen sind und dazu dienen, die Lippe 7 der Strebe 1 gegen den Rand 12 zurückzuschieben; die Lippe 7 ist etwas größer als der Zwischenraum zwischen der Fläche 10 des Rings 5 und der Lasche 13. Die Lasche 13 ist relativ biegsam und verformt sich daher leicht, wenn die Lippe 7 zwischen sie und den Rand 12 eingeschoben wird. Die Lasche 13 drückt jedoch nicht auf den Außenrand der Lippe 7, sondern auf eine Nocke 14, die am Boden eines Einschnitts 15 von diesem hervorsteht und auf deren Ende 16 die Lasche 13 gleichmäßig drückt. Die Nocke 14 erstreckt sich über einen winkelmäßig mittleren Abschnitt des Einschnitts 15.
• Die Breite der Lasche 13 kann im Verhältnis zu der des Einschnitts 15 eingestellt werden, um mit einem positiven oder negativen Spiel in diesen eingesetzt zu werden, das zu den tolerierten oder nicht tolerierten Ausschlägen zwischen der Strebe 1 und dem Ring 5 in tangentialer Richtung kompatibel ist. Kein anderes Materialsystem, wie z.B. mit einem in eine Bohrung versenkten Zapfen, hält den Ring in tangentialer Richtung an der Strebe fest.
• 3 zeigt den Bügel 18, der verwendet wird, um die Lippen 7 und 8 zusammenzufügen. Er erstreckt sich über die gesamte Umfangslinie, wobei er die freien Ränder der Lippen 7 und 8 und die Laschen 13 überall, wo sie sitzen, überdeckt, ohne dass irgendeine Winkeleinstellung erforderlich wäre; und es wird ein regelmäßiges Festklemmen der Lippen erreicht.
• Es sind weitere Ausführungsformen in Betracht zu ziehen, von denen hier einige Prinzipien dargelegt werden: Die Laschen 13 könnten an jedem Ringsegment 5 in einer Vielzahl vorhanden sein; die Verbindung in tangentialer Richtung könnte durch das Festhalten eines Abschnitts der Lippe 7 der Strebe 1 zwischen zwei Laschen 13 anstatt durch das Festhalten einer Lasche 13 zwischen zwei Abschnitten der Lippe 7 gewährleistet werden; oder es könnten auch die Laschen 13 und Einschnitte 15 umgekehrt angeordnet sein und jeweils an der anderen Lippe sitzen.
• Schließlich muss betont werden, dass dieses Konzept beim Zusammenfügen der Lippen auch eine enge Anbringung der Haken 4 und 6 aneinander an der entgegengesetzten Seite zulässt. In der anfangs erwähnten amerikanischen Patentschrift haben die großen Reibungskräfte, die an den Verbindungen zwischen den Haken erzeugt werden, in den Übergansphasen der Maschine, wenn die Erwärmungen und Wärmedehnungen zwischen dem Ring und der Strebe unterschiedlich sind, zur Wirkung, dass ihr axiales Gleiten aneinander verhindert wird und sie auf der anderen Seite des Zusammenbaus zwischen den Dichtungslippen verschoben werden, wodurch sich die Konfiguration der Dichtungsanordnung unaufhörlich ändert und deren Qualität verändert werden kann; derartige Gleitbewegungen sind bei der vorliegenden Erfindung durch das Festklemmen der Lippen 7 durch die Laschen 13 ausgeschlossen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Verbindung eines Turbinen-Statorrings (5) mit einer ringförmigen Stützstrebe (1) des Rings, die auf einer ersten Seite des Rings und der Strebe Haken (4, 6) zum Zusammenfügen des Rings und der Strebe beinhaltet und auf einer axial entgegengesetzt zu dieser ersten Seite liegenden zweiten Seite des Rings und der Strebe axial ausgerichtete Dichtungsflächen (10, 11), die durch wechselseitige Anlage abdichten, sowie einen Bügel (18), der konzentrische und nahe bei den Dichtungsflächen angeordnete Lippen (7, 8) des Rings und der Strebe umgreift, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Lippe mindestens einen Einschnitt (15) aufweist, der in axialer Richtung in die Tiefe geht, und die andere Lippe mindestens eine umgebogene Lasche (13) aufweist, die in den Einschnitt eindringt, wobei eine Bodenfläche des Einschnitts die Lasche in einer Richtung dahingehend biegt, dass die Anlage der Dichtungsflächen verstärkt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Einschnitts (15) eine Nocke (14) aufweist, die in einem winkelgemäß mittleren Abschnitt des Einschnitts zu der Lasche hin hervorsteht.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche und der Einschnitt bestimmte Breiten aufweisen, um zwischen sich ein Spiel bestehen zu lassen, das einer tangentialen Ausschlagtoleranz des Rings in der Strebe entspricht, wobei ansonsten kein anderes System den Ring (5) in der Strebe (1) in Winkelrichtung festhält.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (18) freie Ränder der Lippen (7, 8) überdeckt.