DE60202032T2

DE60202032T2 - Anordnung von Statorsegmenten in einer Turbomaschine

Info

Publication number: DE60202032T2
Application number: DE60202032T
Authority: DE
Inventors: Sebastien Imbourg; Jean-Luc Soupizon; Philippe Pabion
Original assignee: SNECMA Moteurs SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: FR2829525B1; EP1293643A1; EP1293643B1; DE60202032D1; CN1309936C; FR2829525A1; RU2317422C2; JP2005502807A; MA26212A1; CN1553986A; CA2460096C; US7210901B2; JP4165880B2; CA2460096A1; WO2003023193A1; RU2004111004A; ES2229068T3; US20040206871A1; UA77434C2

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung von Sektoren eines Leitapparats, der feste Schaufeln trägt, die die Ausrichtung der Gasströmung in einer Turbomaschine sicherstellen, an einem Gehäuse, das den Stator dieser Maschine umschließt.
Der äußere Gasströmungsgang der Turbomaschinen wird von Leitapparat-Sektoren und von Mantelsektoren begrenzt, die entlang der Maschine einander abwechseln und die untereinander und mit dem Gehäuse hauptsächlich durch Hakenverbände verbunden sind. In 1, die eine bekannte Verbindungsanordnung zeigt, trägt ein Leitapparat-Sektor 1 eine vordere und eine hintere Verbindungsschulter 2 bzw. 3, die beide mit Endhaken 4 und 5 ausgestattet sind, die sich in Längsrichtung der Maschine erstrecken. Der vordere Endhaken 4 stützt sich mittels zweier gegenseitiger Stützflächen 8, die die Sektoren 1 gegen die zentripetalen Radialbewegungen in der Maschine festhalten, an einem Haken 6 eines Gehäuses 7 ab. Der Endhaken 5 der anderen Schulter 3 drückt über zwei Flächen 9 radial nach außen gegen das Gehäuse 7 und über zwei ebene Anschlagflächen 11 nach hinten gegen einen zweiten Haken 10 des Gehäuses 7. Der zweite Haken 10 ist bis unter den zweiten Endhaken 5 von einer Klammer 12 umschlossen, um auch hier die Sektoren 1 gegen die zentripetalen Bewegungen zu sichern. Die Sektoren 1 umfassen weiterhin vordere Vorsprünge 13, die den hinteren Teil von Mantelsegmenten 14 zwischen sich und den ersten Haken umschließen.
Diese Verbindungsanordnung sichert die Sektoren gegen die Bewegungen, die durch die radialen und die nach vorn gerichteten axialen Kräfte erzeugt werden, denen sie während des Betriebs ausgesetzt sind. Die Montage ist nicht sehr bequem durchzuführen, weil die Sektoren 1 mit Neigung in das Gehäuse 7 eingebracht werden müssen, damit die hintere Lippe 3 ins Innere des zweiten Hakens 10 gelangt, bevor man sie um den vorderen Endhaken 4 verschwenkt, damit der Endhaken 5 durch eine radiale Bewegung nach außen hinter die Haken 10 gelangt. Zur Durchführung dieser Montage ist es erforderlich, zwei große Spiele zwischen Rotor und Stator in dem inneren Strömungsgang vorzusehen, die für die Abdichtung zwischen Rotor und Stator nachteilig sind. Der wahrscheinlich größte Nachteil dieser Anordnung resultiert aus dem Vorhandensein der einstückig mit dem Gehäuse 7 ausgebildeten Haken 6 und 10, die starken mechanischen und thermischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, da sie in der Nähe des Strömungsgangs der heißen Gase liegen. Man muß sie aus einem hinreichend widerstandsfähigen Material konstruieren, ebenso wie das Gehäuse 7 selbst, was für letzteres eigentlich nicht notwendig wäre, da es einer weniger hohen Tem peratur ausgesetzt ist. Außerdem können durch Ermüdung in den Haken 6 und 10 Spaltrisse auftreten und sich dann ausbreiten, bis das Gehäuse 7 als Ganzes ersetzt werden muß.
US 5 131 813 A zeigt außerdem eine Verbindungsanordnung dieses Typs, bei der ein äußeres Schaufelende auf der hinteren Seite ein Flanschelement trägt, das mit einer Gehäusenut zusammenwirkt, die ein Blockierelement trägt, an dem ein Verriegelungselement durch Schrauben befestigt ist.
Es wäre also empfehlenswert, die Konstruktion des Gehäuses, die sowohl kostenaufwendig als auch fragil ist, zu verbessern, dabei eine einfachere Montage der Leitapparat-Sektoren zu ermöglichen und eine festere und weniger komplexe Verbindungsanordnung zu erreichen. Die Erfindung befriedigt diese verschiedenen Forderungen. In ihrer allgemeinsten Form betrifft sie eine Anordnung von Sektoren eines Verteilerrings an einem Gehäuse, wobei die Sektoren zwei Schultern aufweisen, die sich am Ende durch in radialer Richtung orientierte wechselseitige Abstützflächen und durch ebene, in entgegengesetzten radialen Richtungen orientierte Abstützflächen an dem Gehäuse abstützen, ferner einen Haken, der unter einem abgewinkelten Rand einer der Schultern zu liegen kommt, um die Sektoren gegen Zentripetalbewegungen zu halten, wobei die Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen Flansch aufweist, der abnehmbar und zwischen den Schultern angeordnet ist und an seinem Rand den nach vorn gerichteten Haken trägt, ferner Befestigungsmittel zum Befestigen des Flansches an dem Gehäuse, wobei der Flansch und das Gehäuse ebene wechselseitige Abstützflächen besitzen, die in axialer Richtung orientiert sind, wobei die Befestigungsmittel Bolzen umfassen, die das Gehäuse in radialer Richtung durchdringen, und wobei der Flansch zwischen dem Gehäuse und den Bolzen gehalten wird.
Der Haken, der das am meisten beanspruchte Teil der Anordnung bildet, kann nun mit sehr viel größerer Freiheit konstruiert werden, da er an einem lösbaren Flansch angeordnet und damit von dem Gehäuse getrennt ist. Er kann im Bedarfsfall leicht ersetzt werden. Schließlich wird die Montage durch eine lineare Bewegung des einzigen Flansches durchgeführt, die einfacher ist als eine kombinierte Schwenkbewegung der Sektoren.
Die Montage ist sehr einfach, wenn der Haken zumindest in einem zentralen Abschnitt unter dem abgewinkelten Rand eine konische Außenfläche aufweist, die sich zu der Schulter mit dem abgewinkelten Rand hin verjüngt.
Es ist zu beachten, daß die Dokumente US 0 892 47 A und US 568 161 A Anordnungen offenbaren, bei denen Leitapparat-Sektoren durch Trägerplatten eines Hakens gehalten werden, der also von dem Gehäuse getrennt ist, wobei die Flansche jedoch anders plaziert sind und nicht durch eine Translationsbewegung sondern durch eine Kippbewegung montiert werden. Sie müssen also in Sektoren unterteilt sein, so daß die Anordnung und die Montage kompliziert bleiben.
Weitere Anordnungen, die man über die vorangehend beschriebenen hinaus vorsehen kann, vergrößern die durch die Erfindung verschafften Vorteile. Ihre verschiedenen Aspekte treten durch die Beschreibung der folgenden Figuren deutlicher hervor.
1 zeigt eine bekannte Anordnung, die bereits beschrieben wurde,
2 zeigt die Anordnung gemäß der Erfindung,
3 verdeutlicht die Art des Zusammenbaus.
Das Gehäuse ist nun mit 21 bezeichnet, seine allgemeine Form gleicht jedoch derjenigen des oben beschriebenen Gehäuses. Sein Durchmesser nimmt nach vorne ab, seine Form ist also in dem Bereich, in dem sich die Erfindung verkörpert, nahezu konisch.
Die neuartigen Leitapparat-Sektoren tragen die Bezeichnung 20 und besitzen, wie vorher, vordere und hintere Schultern 22 und 23, die mit Endhaken 24 und 25 ausgestattet sind, die beide nach hinten abgewinkelt sind. Die Endhaken 24 und 25 stützten sich hier über wechselseitige Stützflächen 26 und 27, die in radialer Richtung orientiert sind, und über ebene Stützflächen 28 und 29, die in axialen Richtungen orientiert und einander entgegengesetzt sind, an dem Gehäuse 21 ab. Im Gegensatz zu der früheren Konzeption ist die Anordnung sehr viel stabiler. Ein wesentliches Element der Erfindung ist ein Flansch 30, der sich über in axialer Richtung orientierte, ebene wechselseitige Stützflächen 31 an dem Gehäuse 21 abstützt und an seinem Rand einen nach hinten weisenden Haken 32 trägt, der unter den Endhaken 24 der ersten Schulter 22 zu liegen kommt. Der Flansch 30 erstreckt sich über einen vollständigen Umlauf. Wie zuvor tragen die Leitapparat-Sektoren 20 vorn einen Vorsprung 33, der die benachbarten Mantelsektoren 34 von unten halten soll. Ein weiterer Vorsprung 35 ist erkennbar, der sich unter dem zweiten Endhaken 25 befindet und dazu dient, Mantelsektoren 36 zu unterstützen, die den vorherigen entgegengesetzt sind.
Durch das Gehäuse 21 sind Stifte 37 in radialer Richtung eingesetzt, die den Flansch 30 gegen das Gehäuse 21 abgestützt halten, indem sie hinter dieses greifen, um ihn in axialer Richtung zu blockieren.
Der Haken 6 des früheren Gehäuses 7 ist verschwunden und wird durch den Haken 32 des Flansches 30 ersetzt, so daß ein Schwachpunkt des Gehäuses 7 beseitigt wurde. Der Haken 10 für den anderen Flansch 3 ist nicht vollständig verschwunden, da der zweite Endhaken 25 hinter einer Rippe 19 des Gehäuses 21 angeordnet ist, der die gleichen Stützfunktionen für die Schulter 23 ausübt, wobei jedoch zu unterstreichen ist, daß die Rippe 19, die massiver ist und weniger vorspringt als der Haken 10, sehr viel weniger beansprucht wird. Eine solche Modifizierung des Hakens 10 wäre bei der Konzeption von 1 wenig nützlich gewesen, da der Haken 6 weiterhin vorhanden wäre, der stark vorspringen müßte, um die Montage der Leitapparat-Sektoren 1 durch eine axiale und dann schwenkende Bewegung zu ermöglichen. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß es durch die Beseitigung des von dem Haken 6 gebildeten Schwachpunkts des Gehäuses 7 möglich wird, sich vorteilhafterweise mit der Beseitigung des anderen Schwachpunkts zu befassen, der aus dem Haken 10 besteht.
Die Beseitigung der Haken 6 und 10 bzw. ihr Austausch gegen einfachere Strukturen verringert die Anforderungen an das und die Risiken für das Gehäuse 21, während sich seine Herstellung vereinfacht. Es kann aus einem weniger edlen Material konstruiert sein als das Gehäuse 7. Lediglich der Haken 32 und sein Flansch 30 bleiben starken Erwärmungen unterworfen, die es nötig machen, sie aus einem geeigneten Material zu konstruieren.
Die Leitapparat-Sektoren 20 werden durch eine rein radiale Bewegung nach außen angehoben (3), die ein Gleitbewegung der Paare von Stützflächen 28 und 29 impliziert, das man dadurch bewirken kann, daß man den Flansch 30 nach vorne bewegt, bis der Anschlag der Flächen 31 erfolgt. Der Haken 32 ist mit einer Außenseite versehen, die zumindest im Bereich einer zentralen Fläche 38 konisch ist, indem sie sich nach vorn verjüngt, so daß der erste Endhaken 24 sich in dem Maße über diese Fläche 38 erhebt, in dem der Haken 32 vorwärts wandert. Wenn der Endhaken 24 die Fläche 38 überschreitet und auf einem hinteren zylindrischen Teil 39 der Oberseite des Hakens 32 ruht, sind die Leitapparat-Sektoren 20 eingesetzt. Man braucht dann nur noch die Stifte 27 in ihre Bohrungen einzuführen, um den Flansch 30 in axialer Richtung zu blockieren.
Die Bewegung des Flansches 30 nach vorn kann sehr einfach durch ein Spezialwerkzeug erfolgen, wie man es für die Ausführung der Arbeiten zur Montage und Demontage von Turbomaschinen häufig antrifft. Ein geeignetes Werkzeug kann eine an dem Gehäuse montierte Platine umfassen, die die Leitapparat-Sektoren 1 hält, sowie Vordrücker, um durch Öffnungen 42, die den anderen Flansch 23 durchbrechen, gegen die Rückseite des Flansches 30 zu drücken.
Es ist zu unterstreichen, daß eine der Hauptbeanspruchungen, die auf die Leitapparat-Sektoren 1 oder 20 einwirken, eine nach hinten gerichtete Kraft ist, die von der Luftströmung erzeugt wird, von der sie durchlaufen werden. Diese Kraft überträgt sich durch eine Kippbewegung um die Abstützpunkte der Sektoren auf das Gehäuse 7 oder 1 und durch eine zentripetale Radialkraft auf den Haken 6 oder 21, die ihn verwundbar macht. Die Folgen eines Bruchs an dem Haken 32 wären jedoch weniger schwerwiegend als an dem Haken 6, da es jetzt genügen würde, lediglich den Flansch 30 statt das ganze Gehäuses 7 zu ersetzen. Der Haken 32 bietet für die Sektoren 20 eine radiale Abstützung, ganz wie der Haken 6 für die Sektoren 1, da der Endhaken 24 auf ihm ruht. Er bietet jedoch eine festere Verbindung als der Haken 6, obwohl er nicht einstückig mit dem Gehäuse 21 ausgebildet ist, indem er den Endhaken 24 über die Stützflächen 26 gegen das Gehäuse 21 gepreßt hält. Der Durchmesser des hinteren Teils 39 seiner Fläche kann so gewählt sein, daß an dieser Stelle der gewünschte Preßdruck ausgeübt wird.
Die Konizität der Fläche 39 ermöglicht es immer, den Flansch 30 ohne Schwierigkeit anzubringen, wobei der Haken 32 die Rolle eines Keils spielt. Die Verbindungsanordnung wird noch verstärkt und bleibt dabei einfach, wenn die Mantelsektoren 36 hinten einen vorspringenden vorderen Endbereich 43 haben, der auf dem Vorsprung 35 aufliegt und anstelle der Klammer 12 über den Endhaken 25 der Schulter 23 geführt wird.
Wenn der Flansch 30 ersetzt werden muß, läßt er sich leicht herausziehen, wenn man Mitnehmer, z. B. Innengewinde 53, ansetzt, die es ermöglichen, ihn mit Hilfe von durch die Öffnungen 42 eingeführten Gewindestangen zu ergreifen und herauszuziehen, indem man ihn nach hinten zieht, bis die Leitapparat-Sektoren 20 gelockert sind.
Man wird bemerkt haben, daß der Endhaken 24 der ersten Schulter 22 im Gegensatz zu der herkömmlichen Anordnung von 1 nach hinten gerichtet war und der Haken 32, mit dem die erste Schulter verbunden ist, nach vorn gerichtet war. Diese Umkehrung, die durch die Beseitigung der Schwenkbewegung bei der Montage der Leitapparat-Sektoren 20 ermöglicht wird, hat den Vorteil, daß der Haken 32 und sein Flansch 30 zwischen den Schultern 22 und 23 angeordnet sind, in einem Volumen, das durch den Leitapparat-Sektor 23 gegen die Temperatur der Gase abgeschirmt ist.

Claims

Anordnung von Sektoren eines Leitapparats an einem Gehäuse (21) in einer Turbomaschine, wobei die Sektoren zwei Schultern (22, 23) aufweisen, die sich am Ende durch in radialer Richtung orientierte wechselseitige Abstützflächen (26, 27) und durch ebene, in entgegengesetzten axialen Richtungen orientierte Abstützflächen (28, 29) an dem Gehäuse (21) abstützen, ferner einen Haken (32), der unter einen abgewinkelten Rand (24) einer der Schultern (22) zu liegen kommt, um die Sektoren (20) gegen Zentripetalbewegungen zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Flansch (30) aufweist, der abnehmbar und zwischen den Schultern (22, 23) angeordnet ist und an seinem Rand den nach vorn gerichteten Haken (32) trägt, ferner Befestigungsmittel (37) zum Befestigen des Flansches an dem Gehäuse, wobei der Flansch (30) und das Gehäuse (21) ebene wechselseitige Abstützflächen (31) besitzen, die in axialer Richtung orientiert sind, wobei die Befestigungsmittel Bolzen (37) umfassen, die das Gehäuse in radialer Richtung durchdringen, und wobei der Flansch zwischen dem Gehäuse und den Bolzen gehalten wird.
Anordnung von Sektoren an einem Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haken zumindest in einem zentralen Abschnitt (38) unter dem abgewinkelten Rand (24) eine konische Außenfläche aufweist, die sich zu der Schulter (22) mit dem abgewinkelten Rand (24) hin verjüngt.
Anordnung von Sektoren an einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützflächen der Schultern (22, 23) zur Abstützung an dem Gehäuse (21) zwei Seiten (26, 27) mit radialer Ausrichtung und zwei Seiten (28, 29) mit entgegengesetzten axialen Ausrichtungen aufweisen.
Anordnung von Sektoren an einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vorstehende Enden (43) von Mantelringsektoren (36), die an die Sektoren (20) des Leitapparats angrenzen, unter einen abgewinkelten Rand (25) der anderen der Schultern (23) und auf Vorsprüngen (35) der anderen der Schultern (23) zu liegen kommen.