DE60302077T2 - Befestiganordnung für den Statorring einer Turbomaschine - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Aufhängungsanordnung von Kreisbogensektoren eines Verteilers.
• Die hier in Betracht gezogenen Verteiler befinden sich in Turbomaschinen und tragen feststehende Schaufeln am Stator, die die Aufgabe haben, das Strömen der Gase gleichzurichten. Die Verteilersektoren sind im Innern des Statorgehäuses durch Ineinandergreifen von Haken angebracht, in dem sie auf den Auflageflächen ruhen, von denen einige die auf die Schaufeln des Verteilers ausgeübten Kräfte aufnehmen müssen. In der bekannten Ausführung der 1, in der die Sektoren die Bezugsziffer 1 und das Statorgehäuse die Bezugsziffer 2 tragen, umfasst der äußere Kranz 3 der Verteilersektoren eine stromaufwärtige Klaue 4 und eine stromabwärtige Klaue 5, beide in Hakenform, und das Gehäuse 2 umfasst stromaufwärtige Klauen 6 und stromabwärtige Klauen 7, ebenfalls in Hakenform, die paarweise einem gegebenen Verteiler zugeordnet sind. Stromauf ist die Klaue 4 des Sektors 1 um die Klaue 6 des Gehäuses 2 herum in Eingriff, und stromab ist es die Klaue 7 des Gehäuses 2, die um die Klaue 5 des Sektors 1 in Eingriff steht. Dies ist gerechtfertigt, wenn man berücksichtigt, dass die auf den Verteiler ausgeübten Kräfte F im wesentlichen stromab gerichtet sind und dem Gehäuse 2 teilweise in Form eines Moments übermittelt werden, welches eine radiale Zentripetalkraft R1 vorne und eine Zentrifugalkraft R2 stromab aufweist. Die Klauen 4 und 5 der Sektoren 1 liegen also an den Klauen 6 und 7 des Gehäuses 2 an den Kontaktflächen 8 und 9 an, die Kraftaufnahmeflächen sind. Die Axialkomponente der Kräfte F wird auf das Gehäuse 2 durch eine Axialkraft X übertragen, die stromab der Klaue 5 auf ein in Hakenform gekrümmtes Ende der Klaue 7 ausgeübt wird; die Kontaktfläche zwischen der Klaue 5 und dem Ende 10 ist also eine axiale Kraftaufnahmefläche 11. Ein Nachteil dieses Konzepts ist, dass die Klauen 6 und 7 des Gehäuses 2 stark belastet sind, was umso besorgniserregender ist, als ihre Hakenform sie zerbrechlich macht und sie im Betrieb umso stärkeren Erwärmungen ausgesetzt sind, je mehr sie ins Innere des Gasstroms vorstehen, und der Eigenwiderstand des Stoffs, aus dem sie gebildet sind, geschwächt werden kann. Das Gehäuse wird aufgrund der Klauen, die massiv gestaltet werden müssen, schwerer, seine Herstellung ist schwieriger wegen der Kompliziertheit seiner Form, und es muss in der Praxis aus einem ziemlich edlen Material gebaut sein, was keinesfalls durch die Belastung gerechtfertigt ist, denen es abgesehen von den Klauen ausgesetzt ist.
• Ein weiterer Nachteil dieses Konzepts tritt bei der Montage in Erscheinung: Da es notwendig ist, dass die stromabwärtige Klaue 5 der Sektoren 1 unter dem hakenförmig gekrümmten Ende 10 hindurchgeht, müssen die Sektoren 1 schräggestellt sein, bevor sie gewendet werden, wenn sie hinter dem hakenförmig gekrümmten Ende 10 eingeführt werden, um den Kontakt mit der Kraftaufnahmefläche 9 stromab herzustellen. Die Pfeile Z1 und Z2 veranschaulichen diese Schrägstellbewegung und anschließende Geraderichtung der Sektoren 1 bei der Montage. Es ist zu erkennen, dass ein ausreichendes Spiel zwischen einem inneren Kranz 12 der Sektoren 1 und einem inneren Kranz 13 der Schaufelstufen 14 des Rotors 15 vorzusehen ist, was dazu führt, dass die Abdichtung an dieser Stelle beeinträchtigt ist.
• Wenn die Sektoren der Verteiler angebracht worden sind, ist es möglich, stromab gelegene Dichtungssektoren 16 zu installieren, die einen Kranz aus abtragbarer Materie 17 umfassen, welcher mit dünnen Rippen bzw. Lamellen 18 der Laufschaufeln 14 zusammenwirkt, um Labyrinthdichtungen zu bilden, und die außerdem einer Halterungskranz 19 umfassen, dessen Enden so konfiguriert sind, dass sie sich den Klauen 6 und 7 des Gehäuses 2 anpassen. Das Aufhängungssystem ist übrigens ähnlich demjenigen der Verteilersektoren 1, da der Kranz 19 stromauf an einer radialen Außenfläche einer der Klauen 7 des Gehäuses 2 aufliegt, und stromab an einer radialen Innenfläche der anderen Klaue 6. Schließlich werden die Verteilersektoren 1 und Dichtungssektoren 16, die sich axial in der Maschine abwechseln, untereinander zusammengebaut, da der äußere Kranz 3 der Verteilersektoren 1 stromauf eine Klaue 20 umfasst, die mit dem stromabwärtigen Ende der benachbarten Dichtungssektoren 16 in Eingriff steht, wobei die Dichtungssektoren 16 ebenso eine stromaufwärtige Klaue 21 aufweisen, die unter der Klaue 5 stromab des benachbarten Verteilerkranzes 1 eingeführt ist. Die Klauen 20 und 21 gewährleisten die Beibehaltung der Position der Sektoren 1 und 16.
• Das Dokument US 4529355A beschreibt eine Anordnung, bei der das Gehäuse die Dichtungs- und Verteilersektoren durch Querstreben trägt, die an ihm angeschraubt sind. Es ist also glatt, aber die Haken befinden sich an den Querstreben, die übrigens schwer und platzraubend sind. Dieses vorbekannte Konzept erscheint also noch weniger geeignet.
• Nun bezieht sich die Erfindung auf eine Aufhängungsanordnung von Verteilersektoren einer unterschiedlichen Art, deren Hauptaufgabe es ist, nicht auf zu dem Gehäuse gehörige Klauen in Hakenform zurückzugreifen, um dieses zu vereinfachen und die Montage des Verteilers bequemer zu gestalten. Die dem Ursprung der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass die Kraftaufnahmeflächen in den axial und radial nach außen gewandten Richtungen nunmehr an den Dichtungssektoren gelegen sind, wobei das Gehäuse im wesentlichen nur die nichtbeanspruchten oder wenig beanspruchten Auflage- bzw. Anliegeflächen liefert, so dass die Kräfte bzw. Belastungen, denen es widerstehen muss, wesentlich kleiner werden.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verteiler- und Dichtungssektoren Klauen an zwei axial entgegengesetzten Enden umfassen, wobei die Klauen der Verteilersektoren zwischen die Klauen der Dichtungssektoren und das Gehäuse eingefügt sind, und die Dichtungssektoren am Gehäuse durch einen Zwischenabschnitt bzw. Mittelabschnitt befestigt sind.
• In speziellen Ausführungsformen wird darauf Wert gelegt, die über die Dichtungssektoren auf das Gehäuse übertragenen Kräfte bzw. Belastungen zu reduzieren, und insbesondere das Moment, das sich aus dem an den verschiedenen Auf- bzw. Anlageflächen erzeugten Kräften ergibt.
• Alle Aspekte der Erfindung werden im folgenden mittels eines Vergleichs der folgenden Figuren beleuchtet:
• 1, die bereits beschrieben wurde, veranschaulicht eine Aufhängungsanordnung eines Verteilersektors einer bekannten Art,
• und 2 veranschaulicht die erfindungsgemäße Anordnung in einer bevorzugten Ausführung.
• Die Form der gesamten Verteilersektoren, die mit der Bezugsziffer 24 versehen sind, ist nicht wesentlich modifiziert, und sie umfassen zusätzlichen einen äußeren Kranz 26, der mit einer Klaue 27 stromauf und einer Klaue 28 stromab versehen ist. Die Klauen 27 und 28 liegen über ihre Außenflächen an den radialen Flächen 29 und 30 an, die ins Innere des Gehäuses gerichtet sind, welches nunmehr die Bezugsziffer 31 trägt. Dichtungssektoren, nunmehr mit 32 bezeichnet, sind außerdem alternativ mit den Verteilersektoren 25 angeordnet und umfassen außer einem abtragbaren Kranz 33 eine äußere Krone 34, deren stromabwärtige und stromaufwärtige Enden 35 bzw. 36 dazu dienen, die Klauen 27 und 28 untereinander und in jeweiligen Anlageflächen 29 und 30 des Gehäuses 31 festzuhalten. Genauer gesagt, trägt das stromabwärtige Ende 35 eine radiale, nach außen gerichtete Anlagefläche 37, auf der die zentripetale Radialbelastung R1 einwirkt, und das stromaufwärtige Ende 36 trägt eine radiale, nach außen gerichtete Anlagefläche 38 und eine axiale Anlagefläche 39 zur Aufnahme der axialen Belastung bzw. Kraft X. Die äußeren Kränze 34 sind mit dem Gehäuse 31 an einem mittleren Abschnitt vereinigt, der mit einer Rippe 40 versehen ist (oder einem Vorsprung), welche/welcher in eine Rille 41 (oder eine Ausnehmung) komplementärer Form des Gehäuses 31 eindringt, um mit Präzision der Dichtungssektoren 32 anzupassen. Schrauben 42 sind über den Ansatz 40 und das Gehäuse 31 eingesetzt, um die Dichtungssektoren 32 an diesem zu befestigen. Diese Schrauben 42 sind über die Mutter 46 mit dem Gehäuse fest verbunden. Ein weiteres Befestigungsmittel, wie z.B. ein in kraftschlüssigem Eingriff stehender Stift würde die gleiche Funktion erfüllen.
• Der Großteil der auf die Verteilersektoren 25 einwirkenden Kräfte wird hier von den Dichtungssektoren 32 aufgenommen. Diese müssen dementsprechend dimensioniert sein, sind aber eher weniger belastet als die Klauen in Hakenform des Gehäuses 2 einer bekannten Ausführung.
• Die komplizierten und zerbrechlichen Formen der Haken verschwinden in Wirklichkeit vom Gehäuse 31 wie aus den Dichtungssektoren 32. Die Anlageflächen 29 und 30 des Gehäuses 31 sind aus massiven und damit widerstandsfähigen Teilen hergestellt. Die radialen und axialen Kräfte R2 bzw. X, die von der Klaue stromab 28 ausgeübt werden, wirken auf zwei unterschiedliche Teile ein, was beide entlastet. Außerdem üben die Kräfte R1 und X entgegengesetzte Momente R1 × L und X × l auf den äußeren Kranz 34 um den Befestigungspunkt der Schraube 42 am Gehäuse 31 aus, und es ist möglich, die Hebelarme L und l der Kräfte R bzw. X durch eine sorgfältige Wahl der Position der Schraube 42 so anzupassen, dass die Momente vergleichbare Werte aufweisen und die auf die Schraube 42 einwirkende Fliehkraft damit sehr gering ist. Übrigens ist zu erkennen, dass die Verteilersektoren 25 durch rein axiale Bewegungen angebracht werden können, wobei die Dichtungssektoren 32 anschließend nach diesen montiert werden, was bequemer ist und eine größere Freiheit bei der Anordnung der Maschine vermittelt. Winkelleisten 43, die am Gehäuse 31 über Stifte 44 befestigt sind, können hinzugefügt werden, um den Verteilersektoren 25 eine axiale Anschlagfläche 45 zu bieten.
• Außerdem ermöglicht diese typische axiale Montage, die axialen Zwischenräume zwischen den Statorschaufeln (Innenkranz 12 der Sektoren 1 der 1) und den Rotorschaufeln (Außenkranz 13 der Schaufeln des Rotors 15 in 1) zu verringern; infolgedessen werden die Leckabschnitte 47 zwischen Rotor und Stator verkleinert, und es wird ein höherer Wirkungsgrad der Schaufeleinheit gewährleistet.
• Die Ansicht der 2 ist zwar weniger komplett als die der 1, es ist jedoch anzumerken, dass sich die Erfindung über eine Gruppe von Stufen aus Verteilersektoren 25 und Dichtungssektoren 32 erstreckt, und dass im einzelnen eine Verteilersektorenstufe 25 mit ihren beiden Enden an zwei aufeinanderfolgenden Stufen von Dichtungssektoren 32 auf die beschriebene Art und Weise anliegt. Es wurde vor allem auf die Darstellung der Dichtungssektoren 32 Wert gelegt, da die Verteilersektoren 25 im wesentlichen identisch mit denen der 1 sind.

Claims (5)

1. Aufhängungsanordnung von Kreisbogensektoren (25) von Schaufeln tragenden Verteilern an einem Gehäuse (31) eines Stators, umfassend Auflageflächen (29, 30, 37, 38, 39) mit radialer und axialer Ausrichtung für die Sektoren, die an dem Gehäuse verteilt sind, sowie autonome Aufhängungsteile, von denen mindestens einer eine nach außen gerichtete radiale Ausrichtungsfläche (37) und einer eine axiale Ausrichtungsfläche (39) ist, wobei beide Flächen zur Aufnahme von auf die Schaufeln der Sektoren ausgeübten Kräften dienen, wobei Dichtungssektoren (32) am Gehäuse befestigt sind und mit den Verteilungssektoren in der Axialrichtung alternieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche mit radialer Ausrichtung nach außen und die axiale Kraftaufnahmefläche sich an den Dichtungssektoren befinden.
2. Aufhängungsanordnung von Kreisbogensektoren eines Verteilers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilersektoren und Dichtungssektoren Klauen an zwei entgegengesetzten axialen Enden aufweisen, wobei die Klauen (27, 28) der Verteilersektoren zwischen den Klauen (35, 36) der Dichtungssektoren (32) und dem Gehäuse (31) eingeschlossen sind und die Dichtungssektoren am Gehäuse durch einen Mittelabschnitt befestigt sind.
3. Aufhängungsanordnung von Kreisbogensektoren eines Verteilers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungssektoren am Gehäuse durch eine Element (42) befestigt sind, welches das Gehäuse durchsetzt und Mittel zur Positionierung am Gehäuse umfasst.
4. Aufhängungsanordnung von Kreisbogensektoren eines Verteilers nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die axiale Ausrichtungsfläche (39) zur Kraftaufnahme axial stromauf der Dichtungssektoren befindet und die nach außen gerichtete radiale Ausrichtungsfläche (37) zur Kraftaufnahme axial stromab der Dichtungssektoren gelegen ist.
5. Aufhängungsanordnung von Kreisbogensektoren eines Verteilers nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungssektoren derart gestaltet sind, dass die von den Kraftaufnahmeflächen aufgenommenen Kräfte entgegengesetzte Momente (R₁ × L, X × l) von im wesentlichen gleichen Größen auf die das Gehäuse durchsetzenden Elemente ausüben.