DE602005004072T2

DE602005004072T2 - Sicherungsanordnung

Info

Publication number: DE602005004072T2
Application number: DE602005004072T
Authority: DE
Inventors: Kamaljit Kaur Dhaliwal
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2025-05-26
Also published as: EP1609954B1; US20060016173A1; US7857585B2; EP1609954A1; DE602005004072D1; GB0414043D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sicherungseinrichtungen. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die Erfindung auf Sicherungseinrichtungen zum Festlegen einer Rohrleitung an einem Gehäuse, das einen rotierenden Bauteil eines Gasturbinentriebwerks umschließt.
Die Kühlluft für die Hochdruckturbine wird dem Gehäuse, das die Turbine umschließt, über eine Rohrleitung zugeführt. Die Rohrleitung ist am Gehäuse über mehrere vordere und hintere Halterungen festgelegt. Dies ist nachteilig im Hinblick auf das Gewicht und die Anzahl von Teilen und die erforderliche Montagezeit.
Die US-A-4,859,142 beschreibt ein Gasturbinentriebwerk mit mehreren Kanälen, die ein Gehäuse umgeben, das gekühlt werden muss. Die Kühlluft wird in die Kanäle über eine Rohrleitung eingeführt und über das Gehäuse über Öffnungen in den Kanalwänden verteilt. Ein mit Bolzen versehener Halter wird von zwei Gehäuseflanschen getragen, an denen Tragstützen verbolzt sind, die die Kanäle in einem erforderlichen Abstand vom Gehäuse und vom Flansch tragen. Abstandshalter halten die Kanäle weiterhin in einem gewünschten Abstand vom Gehäuse und vom Flansch entfernt.
Die US-A-4,023,919 beschreibt ein Gasturbinentriebwerk mit einer Rotorspitzenspiel-Steuereinrichtung, wobei ein Deckband vorgesehen ist, das sich radial nach innen und außen im Betrieb des Triebwerks bewegt. Eine Rohrleitung umschließt das Deckband, und dieses wird teilweise durch zwei zylindrische Strukturen gebildet, die starr an einem Flansch eines kreisförmigen Ringes festgelegt sind, der seinerseits das Deckband radial innerhalb der Rohrleitung umgibt. Die zylindrischen Strukturen weisen eine Vielzahl von Öffnungen auf, um Luft aus der Rohrleitung auf das Deckband zu richten, und die andere zylindrische Struktur wirkt als Ventil. Wenn das Triebwerk beschleunigt, dann verursacht die heißere Luft eine Öffnung des Ventils, so dass heißere Luft durch die Öffnungen strömt, um das Deckband zu erhitzen, so dass dies erweitert wird, um dem Rotorwachstum Rechnung zu tragen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung betrifft diese eine Sicherungseinrichtung zur Festlegung einer Rohrleitung an einem Gehäuse, das einen rotierenden Bauteil umschließt, wobei die Sicherungseinrichtung einen Haltebügel aufweist, der eine Einbuchtung definiert, welche mit einem radial nach außen vorstehenden Teil des Gehäuses zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebügel zwei gegenüber angeordnete Wände aufweist, die die Einbuchtung definieren und dass Sicherungsmittel durch die Wände und den radial nach außen vorstehenden Teil geführt sind.
Die Sicherungsmittel können aus einem Einsatzkörper bestehen, der in den erwähnten Teil einsetzbar ist. Der Einsatzkörper kann aus einem Steckkörper, beispielsweise einem Stift, bestehen. Vorzugsweise ist der Einsatzkörper in eine Öffnung in dem erwähnten Teil einsteckbar. Der erwähnte Teil kann ein Flansch sein.
Der Einsatzkörper kann ferner eine Hülse mit einer Öffnung aufweisen, in die ein Stift eingesteckt werden kann. Vorzugsweise ist die Hülse in den erwähnten Teil einsetzbar.
Vorzugsweise hat der Haltebügel eine W-förmige Gestalt und weist einen vorstehenden Teil auf, der die erwähnte Einbuchtung definiert.
Vorzugsweise ist der vorstehende Teil zentral am Haltebügel angeordnet, und der Haltebügel weist außerdem zwei gegenüberliegende Wände auf, wodurch der vorstehende Teil zwischen den erwähnten äußeren Wänden zu liegen kommt.
Vorzugsweise definiert der vorstehende Teil eine Öffnung für den Einsatzkörper. Vorzugsweise ist die Öffnung ein Schlitz, der so definiert sein kann, dass er im Betrieb allgemein parallel zum Umfang der Rohrleitung liegt. Der Schlitz ist in dem vorstehenden Teil angeordnet, damit eine Bewegung des Haltebügels in Umfangsrichtung erfolgen kann, wenn sich das Gehäuse ausdehnt. In jeder Wand kann ein Schlitz vorhanden sein, und die Schlitze sind aufeinander ausgerichtet.
Vorzugsweise sind Schutzmittel zwischen dem Haltebügel und dem erwähnten Teil vorgesehen, und diese können die Form einer geschlitzten reibungsvermindernden Auskleidung haben, damit eine Abnutzung verhindert wird.
Vorzugsweise umfassen die Haltebügel gegenüberliegende Endabschnitte, an denen die Rohrleitung durch Befestigungsmittel in Gestalt von Bolzen festgelegt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Rohrleitungsaufbau eine Rohrleitung und eine Sicherungseinrichtung gemäß der Beschreibung in den vorstehenden Absätzen, um die Rohrleitung an einem Gehäuse eines rotierenden Aufbaus festzulegen. Vorzugsweise besitzt die Rohrleitung eine Hauptachse und ist in ihrer Gestalt im Wesentlichen ringförmig ausgebildet.
Vorzugsweise weist die Rohrleitung ein Einlassteil auf, damit ein Fluid in die Rohrleitung einströmen kann, wobei das Einlassteil eine Eintrittsfläche besitzt, die nicht parallel zur Hauptachse der Rohrleitung verläuft.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese einen Rohrleitungsaufbau mit einer Rohrleitung, die eine Hauptachse und eine Sicherungseinrichtung aufweist, wie sie in den vorstehenden Absätzen beschrieben wurden, um die Rohrleitung am Gehäuse eines rotierenden Bauteils festzulegen, wobei die Rohrleitung ein Einlassteil aufweist, damit ein Fluid in die Rohrleitung eintreten kann, wobei das Einlassteil eine Eintrittsfläche besitzt, die nicht parallel zur Hauptachse der Rohrleitung verläuft.
Der rotierende Aufbau kann ein Bauteil eines Gasturbinentriebwerks sein. Der rotierende Aufbau kann demgemäß ein Turbinenaufbau sein.
Nachstehend wird wenigstens ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 ist ein Axialschnitt der oberen Hälfte eines Gasturbinentriebwerks;
2 ist eine Schnittansicht in Umfangsrichtung betrachtet, die einen Teil eines Gehäuses zeigt, das eine Turbine umschließen kann;
3 ist eine perspektivische Ansicht einer ringförmigen Rohrleitung;
4 ist eine perspektivische Teilansicht des in 3 mit IV markierten Bereichs;
5 ist eine Rückansicht des Rohrleitungsaufbaus gemäß 4;
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Haltebügels zur Benutzung bei der Festlegung der Rohrleitung am Gehäuse;
7 ist eine reibungsvermindernde Auskleidung;
8A bis 8E zeigen die verschiedenen Schritte bei der Montage der Sicherungseinrichtung an einer Turbine.
In 1 ist ein Gasturbinentriebwerk allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Dieses Triebwerk umfasst in axialer Strömungsrichtung einen Lufteinlass 11, einen Vortriebsfan 12, einen Zwischendruckkompressor 13, einen Hochdruckkompressor 14, eine Verbrennungseinrichtung 15, eine Hochdruckturbine 16, eine Zwischendruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 18 und eine Abgasdüse 19.
Das Gasturbinentriebwerk 10 arbeitet in herkömmlicher Weise, so dass die in den Einlass 11 eintretende Luft durch den Fan 12 beschleunigt wird, der zwei Luftströme erzeugt: ein erster Luftstrom strömt in den Zwischendruckkompressor 13 und ein zweiter Luftstrom oder ein Nebenluftstrom strömt durch einen Nebenstrombereich 21 des Triebwerks, um einen Vortriebsschub zu erzeugen. Der Zwischendruckkompressor komprimiert die Luftströmung, die in ihn gerichtet wird, bevor diese Luft an den Hochdruckkompressor 14 abgegeben wird, wo eine weitere Kompression stattfindet.
Die vom Hochdruckkompressor 14 ausgeblasene komprimierte Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 15 eingeleitet, wo sie mit Brennstoff vermischt wird und wo die Mischung verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte expandieren dann durch die Hochdruckturbine 16, die Zwischendruckturbine 17 und die Niederdruckturbine 18 und treiben diese an, bevor die Verbrennungsgase durch die Düse 19 ausgestoßen werden, um einen zusätzlichen Antriebsschub zu erzeugen. Die Hochdruckturbine 16, die Zwischendruckturbine 17 und die Niederdruckturbine 18 treiben den Hochdruckkompressor 14, den Zwischendruckkompressor 13 und den Fan 12 über geeignete Verbindungswellen an.
Die auf hoher Temperatur stehenden Gase, die aus der Verbrennungseinrichtung 15 ausgestoßen werden, verursachen eine Ausdehnung des Gehäuses der Hochdruckturbine 16. Um eine derartige Ausdehnung zu verhindern oder wenigstens zu vermindern, wird Kühlluft vom Nebenstrombereich dem Gehäuse 20 zugeführt. 2 zeigt eine Großaufnahme des Gehäuses 20, das die Hochdruckturbine 16 des Gasturbinentriebwerks 10 umschließt. Um das Gehäuse 20 herum ist eine Rohrleitung 22 geführt, die, wie aus 3 und 5 ersichtlich, eine Ringgestalt besitzt. Die Rohrleitung 22 verläuft um das Gehäuse 20. Sie führt dem Gehäuse 20 Kühlluft zu, wie dies nachstehend beschrieben ist.
Wie aus 2 ersichtlich, weist das Gehäuse 20 einen radial nach außen vorstehenden Flansch 28 auf, der für Kühlzwecke benutzt wird und der außerdem zur Festlegung der Rohrleitung 22 am Gehäuse 20 dient. Die Innenwand 26 definiert mehrere Öffnungen 24, und die durch die Rohrleitung 22 strömende Luft tritt durch die Öffnungen 24 hindurch, um auf den Flansch 28 und anderen Bereichen des Gehäuses 20 aufzutreffen.
Die Rohrleitung 22 ist am Gehäuse 20 durch eine Sicherungseinrichtung festgelegt, die im Folgenden beschrieben wird.
Die Rohrleitung 22 weist einen Einlass 30 auf, über den Luft vom Nebenstrombereich des Triebwerks 10 der Rohrleitung 22 zugeführt wird. Der Einlass 30 ist deutlich aus 4 ersichtlich und er umfasst eine Einlassleitung 32 und einen Verbindungsflansch 34, um den Einlass 30 an ein nicht dargestelltes Zuführungsrohr anzuschließen, das mit dem Nebenstrombereich des Triebwerks 10 kommuniziert.
Der Verbindungsflansch 34 definiert mehrere Öffnungen 36 (4), damit der Verbindungsflansch 34 mit einem nicht dargestellten entsprechenden Flansch am Zuführungsrohr über Bolzen und Muttern verbunden werden kann.
Der Verbindungsflansch 34 definiert eine Einlassfläche 38 und, wie ersichtlich, ist die Einlassfläche relativ zur Hauptachse der Rohrleitung im Winkel angestellt. Der Winkel beträgt üblicherweise ungefähr 20°.
5 zeigt eine rückwärtige Ansicht der Rohrleitung. Wie ersichtlich, ist diese Rohrleitung 22 ringförmig ausgebildet. Die Rohrleitung besitzt Enden 40 und 42, die benachbart zueinander liegen. Jedes Ende 20, 42 besitzt eine Wand 44, um zu verhindern, dass Gas aus den Enden 40, 42 austritt. Zwischen den Enden 40, 42 wird ein Spalt definiert, damit eine Expansion und Kontraktion in Umfangsrichtung möglich wird, die durch Temperaturänderungen des Gehäuses 20 bedingt sind, das von der Rohrleitung 22 umschlossen ist.
6 ist eine perspektivische Darstellung eines Haltebügels 45, der benutzt wird, um die Rohrleitung 22 am Gehäuse 20 festzulegen. Wie aus den 3 und 5 ersichtlich, sind mehrere Haltebügel 45 in Umfangsrichtung im Abstand über der Rohrleitung 22 verteilt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es acht derartige Haltebügel 45.
Jeder Haltebügel 45 besitzt ein W-förmiges Profil mit Endwänden 46, 48 und einem zentral vorstehenden Teil 50, der eine Einbuchtung 52 definiert. Der vorstehende Teil 50 wird durch zwei gegenüberliegende Wände 54, 56 gebildet. Jede Wand 54, 56 besitzt einen Schlitz 58 zur Aufnahme eines Befestigungsgliedes in Form eines Stiftes, mit dem der Haltebügel am Flansch 28 des Gehäuses 20 festgelegt wird, wie dies später beschrieben wird.
Von jeder Wand 46 und 48 steht eine Befestigungslasche 60 nach außen vor. Die Befestigungslaschen 60 haben Löcher 62, um Bolzen 63 aufzunehmen, mit denen der Haltebügel 45 an der Rohrleitung 22 über entsprechende Laschen 64 festgelegt werden kann (2).
7 zeigt eine die Abnutzung verhindernde Einrichtung in Form einer reibungsvermindernden Auskleidung 66. Die reibungsvermindernde Auskleidung 66 kann über den Flansch 28 des Gehäuses 20 zwischen dem Flansch 28 und dem Haltebügel 45 eingesetzt werden, wodurch eine Abnutzung des Flansches 28 verhindert wird, die durch eine Umfangsbewegung des Haltebügels 45 während der thermischen Expansion und Kontraktion des Gehäuses 20 verursacht werden könnte.
Die reibungsvermindernde Auskleidung 66 besteht aus zwei allgemein parallel angeordneten Wänden 68, 70, die jeweils eine Öffnung 72 aufweisen. Die Öffnungen 72 in den jeweiligen Wänden 68, 70 sind aufeinander ausgerichtet, damit der Haltestift hindurchgeführt werden kann.
Die 8A bis 8E zeigen die verschiedenen Schritte zur Montage der Rohrleitung 22 am Gehäuse 20.
8A zeigt einen Bereich des Gehäuses 20, und es werden der Kühlflansch 28 und der rückwärtige Flansch 74 gezeigt, die benutzt werden, um ein nicht dargestelltes Gehäuse benachbart dazu durch Bolzen festzulegen. Wie ersichtlich, hat der Bereich des Gehäuses 20 ebenfalls eine Öffnung 76, damit der Haltebügel 45 mit der Rohrleitung 22 am Kühlflansch 28 festgelegt werden kann.
8B zeigt den Einsatz einer Hülse 78 in die Öffnung 76. Die Hülse soll eine Abnutzung des Kühlflansches 28 verhindern, und sie besteht aus einem Material, das sich leichter abnutzt als das Material des Kühlflansches 28. Die Hülse 78 definiert eine Innenbohrung 80, die einen hindurchgeführten Stift aufnimmt.
8C zeigt den nächsten Schritt, mit dem die reibungsvermindernde Auskleidung über den Kühlflansch 28 derart gefügt wird, dass die Öffnungen 72 in den Wänden 68, 70 auf die Öffnung 80 in der Hülse 78 ausgerichtet sind.
Der nächste Schritt ist in 8D dargestellt. Hier wird der Haltebügel 45 über die reibungsvermindernde Auskleidung 66 derart geschoben, dass die Schlitze 58 auf die Öffnungen 72 in der reibungsvermindernden Auskleidung 66 ausgerichtet sind.
8E zeigt den Einsatz eines Stiftes 82, der durch die Schlitze 58 in beiden Wänden 54, 56 des Haltebügels 45 geführt ist. Der Stift 82 erstreckt sich auch durch die Öffnungen 72 in der reibungsvermindernden Auskleidung 66 und durch die Öffnung 80 in der Hülse 78. Der Stift 82 hat einen Passsitz in der Hülse 78. Wie ersichtlich, wird der Stift 82 an einem Ende der Schlitze 58 eingesetzt. Dadurch wird es möglich, dass sich der Haltebügel relativ zu dem Kühlflansch bewegt. Der äußere Durchmesser der Hülse 78 ist größer als die Breite des Schlitzes 58 im Haltebügel 45. Dies hat den Vorteil bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Haltebügels 45, dass die Hülse 78 in der Öffnung 76 aufgefangen wird.
Dann wird die Rohrleitung 22 durch Bolzen an dem Haltebügel 45 über die Laschen 60 durch Bolzen 63 festgelegt, die durch die Öffnungen 62 geführt sind.
Es können verschiedene Abwandlungen getroffen werden, ohne vom Rahmen der Ansprüche abzuweichen.

Claims

Sicherungseinrichtung zur Sicherung einer Rohrleitung (22) an einem Gehäuse (20), das einen rotierenden Aufbau umschließt, wobei die Sicherungseinrichtung einen Haltebügel (45) umfasst, der eine Einbuchtung (52) definiert, die mit einem radial nach außen vorstehenden Teil (28) des Gehäuses (20) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebügel zwei gegenüber angeordnete Wände (54, 56) aufweist, die die Einbuchtung (52) definieren und dass Sicherungsmittel (78, 82) durch die Wände (54, 56) und den radial nach außen vorstehenden Teil (28) des Gehäuses geführt sind.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Sicherungsmittel (78, 82) einen Einsatzkörper (82) aufweisen, der in den vorstehenden Teil (28) einsetzbar ist.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Einsatzkörper (82) als Steckkörper (82) ausgebildet ist.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 3, bei welcher der Einsatzkörper (82) in eine Öffnung in den erwähnten vorstehenden Teil (28) einsteckbar ist.
Sicherungseinrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, bei welcher der Einsatzkörper (82) außerdem eine Hülse (78) mit einer Öffnung (76) aufweist, in die der Einsatzkörper (82) eingesteckt werden kann.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Hülse (78) in den erwähnten vorstehenden Teil einsteckbar ist.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher die Hülse (78) eine Öffnung definiert, in die der Einsatzkörper (82) eingesteckt werden kann.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 7 in Abhängigkeit von Anspruch 3, bei welcher der Haltebügel (45) W-förmig gestaltet ist und einen vorstehenden Teil (50) aufweist, um die erwähnte Einbuchtung (52) zu definieren.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 8, bei welcher der vorstehende Teil (50) in der Mitte auf dem Haltebügel (45) angeordnet ist und der Haltebügel (45) außerdem die gegenüberliegenden Wände (54, 56) aufweist, wodurch der vorstehende Teil (50) zwischen den erwähnten äußeren Wänden (54, 56) gebildet wird.
Sicherungseinrichtung nach den Ansprüchen 8 oder 9, bei welcher der vorstehende Teil (28) eine Öffnung (76) für den Einsatzkörper (82) aufweist.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die Öffnung (58) als Schlitz (58) ausgebildet ist, der allgemein parallel zum Umfang der Rohrleitung (22) verläuft.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 11, bei welcher der Schlitz (58) in dem vorstehenden Teil (50) vorgesehen ist, um eine umfängliche Bewegung des Haltebügels (45) bei Ausdehnung des Gehäuses (20) zu ermöglichen.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei welcher der vorstehende Teil (50) die beiden gegenüberliegenden Wände (54, 56) aufweist, wobei ein Schlitz (58) in jeder der Wände (54, 56) vorgesehen ist.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Schlitze (58) aufeinander ausgerichtet sind.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 14 in Abhängigkeit von Anspruch 3, wobei Schutzmittel (66) zwischen dem Haltebügel (45) und dem erwähnten vorstehenden Teil vorgesehen sind.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Schutzmittel (66) eine Öffnung definieren, durch die der Einsatzkörper (82) eingesteckt werden kann.
Sicherungseinrichtung nach den Ansprüchen 15 oder 16, bei welcher die Schutzmittel (66) aus einer reibungsvermindernden Auskleidung bestehen, um eine Abnutzung sowohl des Haltebügels (45) als auch der Rohrleitung (22) oder beider Teile zu verhindern.
Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Haltebügel (45) gegenüberliegende Endabschnitte aufweist, an denen die Rohrleitung (22) durch Befestigungsmittel (63) festgelegt werden kann.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die Befestigungsmittel (63) aus einem Bolzen bestehen und die Endabschnitte eine Öffnung zur Aufnahme eines Bolzens aufweisen.
Rohrleitungsaufbau (22), bestehend aus einer Rohrleitung (22) und einer Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um die Rohrleitung (22) an einem Gehäuse (20) eines rotierenden Aufbaus festzulegen.
Rohrleitungsaufbau (22) nach Anspruch 20, dessen Hauptachse allgemein ringförmig verläuft.
Rohrleitungsaufbau (22) nach den Ansprüchen 20 oder 21, bei welchem die Rohrleitung (22) einen Einlass aufweist, um ein Fluid in die Rohrleitung (22) eintreten zu lassen, wobei der Einlass eine Einlassfläche aufweist, die nicht parallel zur Hauptachse der Rohrleitung (22) verläuft.
Rohrleitungsaufbau (22) mit einer Rohrleitung (22), die eine Hauptachse aufweist und eine Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 besitzt, um die Rohrleitung (22) an dem Gehäuse (20) eines rotierenden Aufbaus festzulegen, wobei die Rohrleitung (22) einen Einlass aufweist, um ein Fluid in die Rohrleitung (22) eintreten zu lassen und der Einlass eine Einlassfläche aufweist, die nicht parallel zur Hauptachse der Rohrleitung (22) verläuft.
Rotierender Aufbau mit einem Rohrleitungsaufbau (22) gemäß Anspruch 23.
Gasturbinentriebwerk mit einem rotierenden Aufbau nach Anspruch 23.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 25, wobei der rotierende Aufbau eine Turbine ist.