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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen Gasturbinentriewerke, und insbesondere
verstellbare Stator-Leitschaufelanordnungen, die in Gasturbinentriebwerken
eingesetzt werden.
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Wenigstens
einige bekannte Gasturbinentriebwerke enthalten ein Kerntriebwerk,
das in einer seriellen Strömungsanordnung
eine Bläser-Anordnung
und einen Hochdruckkompressor, welcher einen in das Triebwerk eintretenden
Luftstrom komprimiert, eine Brennkammer, welche ein Gemisch aus Brennstoff
und Luft verbrennt und Nieder- und Hochdruckturbinen, welche jeweils
mehrere Rotorblätter enthalten,
die dem aus der Brennkammer austretenden Luftstrom Rotationsenergie
entziehen, aufweist. Wenigstens einige bekannte Hochdruckkompressoren
enthalten mehrere Reihen um den Umfang herum in Abstand angeordneter
Rotorlaufschaufeln, wobei benachbarte Reihen der Rotorlaufschaufeln durch
Reihen verstellbarer Statorleitschaufel-(VSV)-anordnungen getrennt
sind. Insbesondere sind mehrere verstellbare Stator-Leitschaufelanordnungen
an dem Kompressorgehäuse
befestigt, wobei jede VSV-Anordnung ein Schaufelblatt enthält, das
sich zwischen benachbarte Rotorlaufschaufeln erstreckt. Die Orientierung
der VSV-Schaufelblätter in
Bezug auf die Kompressorrotorlaufschaufeln ist verstellbar, um den
Luftstrom durch den Kompressor zu steuern.
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Wenigstens
eine bekannte verstellbare Stator-Leitschaufelanordnung enthält eine
Drehzapfenbuchse, die teilweise innerhalb eines Mantels positioniert
ist. Ein Teil des Schaufelblattes erstreckt sich durch die Drehzapfenbuchse,
und die VSV-Anordnung ist mit dem Kompressorstatorgehäuse ver schraubt.
In wenigstens einigen bekannten VSV-Anordnungen werden entweder
Polymer- oder Kohlenstoff-Buchsen verwendet, um einen niedrigen
Reibungskoeffizienten bereitzustellen, um die Minimierung von Reibung
und Verschleiß der
VSV-Anordnung zu ermöglichen.
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EP 0 757 161 offenbart eine
VSV-Anordnung, welche eine erste Metallbuchse und eine innerhalb
der ersten Buchse angeordnete und die Spindel der Statorleitschaufel
aufnehmende zweite Verbundwerkstoff-Buchse enthält.
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Während des
Betriebs kann die Aussetzung an dem Gasstrom eine Erosion der VSV-Buchsen
bewirken. Ferner können
sich Gasstromaustrittspfade innerhalb der Leitschaufelanordnungen
mit einer Erosion der Buchsenkomponenten entwickeln. Ein derartiger
Austrittspfad kann sich zwischen einem Außendurchmesser des VSV-Schaufelblattes
und dem Innendurchmesser der Buchse entwickeln. Ein Dauerbetrieb
mit dem Gasstromaustritt durch die VSV-Buchsen kann die Triebswerkleistung
nachteilig beeinträchtigen.
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Um
eine Erosionsverhinderung der Polymerbuchsen zu ermöglichen,
verwenden wenigstens einige bekannte VSV-Anordnungen Metallbuchsen,
in welchen die Berührungskomponenten
aus demselben metallischen Material hergestellt sind. Metallbuchsen
weisen jedoch einen höheren
Reibungskoeffizienten als die Polymerbuchsen auf, und die höhere Reibung
innerhalb der VSV-Anordnung
kann ebenfalls eine Verschlechterung der VSV-Komponenten bewirken. Alternativ werden,
sobald die Buchsen verschlissen sind, verschlissene Buchsen ausgetauscht.
Jedoch kann die Konfiguration der VSV-Anordnung das Austauschen
der Buchsen zu einem zeitaufwendigen Vorgang machen, der eine Zerlegung
eines erheblichen Teils des Triebwerks beinhalten kann.
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In
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Koppeln einer verstellbaren Leitschaufelanordnung für ein Gasturbinentriebwerk,
das ein Gehäuse
enthält,
bereitgestellt. Die verstellbare Leitschaufelanordnung enthält eine
Buchsenanordnung und wenigstens eine verstellbare Leitschaufel,
die eine Plattform und einen Schaufelschaft enthält. Das Verfahren umfasst die Schritte:
Koppeln einer ersten Buchse mit dem Triebwerksgehäuse im Presssitz,
Koppeln einer zweiten Buchse mit der verstellbaren Leitschaufel
so, dass wenigstens ein Abschnitt der ersten Buchse zwischen dem
Triebwerksgehäuse
und der zweiten Buchse angeordnet ist und so, dass wenigstens ein Teil
der zweiten Buchse zwischen der ersten Buchse und dem Schaufelschaft
angeordnet ist.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine verstellbare Leitschaufelanordnung
für ein
ein Gehäuse
enthaltendes Gasturbinentriebwerk geschaffen. Die verstellbare Leitschaufelanordnung weist
eine verstellbare Leitschaufel- und
Buchsenanordnung auf. Die verstellbare Leitschaufel enthält eine
Plattform und einen Schaufelschaft, der von der Plattform nach außen ragt.
Die Buchsenanordnung enthält
eine äußere Buchse
und eine innere Buchse. Die äußere Buchse
befindet sich radial außerhalb
der inneren Buchse, so dass wenigstens ein Teil der äußeren Buchse
zwischen dem Gasturbinentriebwerksgehäuse und der inneren Buchse
angeordnet ist, und so, dass wenigstens ein Teil der inneren Buchse
zwischen der äußeren Buchse
und dem Leitschaufelschaft angeordnet ist.
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In
einem weiteren Aspekt wird ein Kompressor für ein Gasturbinentriebwerk
geschaffen. Der Kompressor enthält
einen Rotor, ein Gehäuse
und wenigstens eine Reihe verstellbarer Leitschaufeln, die drehbar
mit dem Gehäuse über eine
Vielzahl von Buchsenanordnungen gekoppelt sind. Der Rotor enthält eine
Rotorwelle und mehrere Reihen von Rotorlaufschaufeln. Das Gehäuse erstreckt
sich um den Umfang um die mehreren Reihen der Rotorlaufschaufeln
herum, und das Gehäuse
enthält
mehrere, sich dadurch hindurch erstreckende Öffnungen. Jede Reihe verstellbarer
Leitschaufeln erstreckt sich zwischen benachbarten Reihen der Rotorlaufschaufeln. Jede
verstellbare Leitschaufel enthält
eine Plattform und einen Leitschaufelschaft, der sich von der Plattform
nach Außen
erstreckt. Jede Buchsenanordnung weist eine innere und eine äußere Buchse
auf. Jede äußere Buchse
befindet sich radial außerhalb
einer inneren Buchse so, dass ein äußerer Teil zwischen dem Gehäuse und
der inneren Buchse liegt, und so, dass wenigstens ein Teil der inneren
Buchse sich zwischen der äußeren Buchse
und dem jeweiligen Leitschaufelschaft befindet.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks ist;
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2 eine
schematische Teilansicht eines Gasturbinentriebwerkkompressors ist;
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3 eine
Teilexplosionsansicht einer in 2 dargestellten
verstellbaren Leitschaufelanordnung mit einer Buchsenanordnung ist;
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4 eine
Teilexplosionsansicht einer in 2 dargestellten
verstellbaren Leitschaufelanordnung mit einer alternativen Ausführungsform
einer Buchsenanordnung ist;
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5 eine
Teilexplosionsansicht einer in 2 dargestellten
verstellbaren Leitschaufelanordnung mit einer anderen alternativen
Ausführungsform
einer Buchsenanordnung ist;
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6 eine
Teilexplosionsansicht einer in 2 dargestellten
verstellbaren Leitschaufelanordnung mit einer weiteren alternativen
Ausführungsform
einer Buchsenanordnung ist;
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks 10 mit
einem Niederdruckkompressor 12, einem Hochdruckkompressor 14,
und einer Brennkammer 16. Das Triebwerk 10 enthält auch
eine Hochdruckturbine 18 und eine Niederdruckturbine 20.
Der Kompressor 12 und die Turbine 20 sind über eine
erste Welle 24 gekoppelt, und der Kompressor 14 und
die Turbine 18 sind über
eine zweite Welle 26 gekoppelt. In einer Ausführungsform ist
das Gasturbinentriebwerk ein von General Electric Company, Cincinnati,
Ohio beziehbares GE90 Triebwerk.
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Im
Betrieb strömt
Luft durch den Niederdruckkompressor 12 und komprimierte
Luft wird von dem Niederdruckkompressor 12 dem Hochdruckkompressor 14 zugeführt. Die
hoch komprimierte Luft wird der Brennkammer 16 zugeführt. Der
Luftstrom aus der Brennkammer 16 treibt die Turbinen 18 und 20 an,
bevor er die Gasturbine 10 verlässt.
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2 ist
eine schematische vergrößerte Teilansicht
eines Gasturbinentriebwerkkompressors 4. Der Kompressor 14 enthält mehrere
Stufen, und jede Stufe enthält
eine Reihe von Rotorlaufschaufeln 40 und eine Reihe verstellbarer
Leitschaufelanordnungen 44. In der exemplarischen Ausführungsform werden
die Rotorlaufschaufeln 40 von Rotorscheiben 46 gelagert
und sind mit der Rotorwelle 26 gekoppelt. Die Rotorwelle 26 wird
von einem Gehäuse 50 umgeben,
das sich in Umfangsrichtung um den Kompressor 14 erstreckt
und verstellbare Leitschaufelanordnungen 44 lagert.
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Verstellbare
Leitschaufelanordnungen 44 enthalten jeweils eine verstellbare
Leitschaufel 52 und einen Leitschaufelschaft 54,
der sich im Wesentlichen senkrecht aus einer Leitschaufelplattform 56 erstreckt.
Insbesondere erstreckt sich die Leitschaufelplattform 56 zwischen
der verstellbaren Leitschaufel 52 und dem Leitschaufelschaft 54.
Jeder Leitschaufelschaft 54 erstreckt sich durch eine entsprechende Öffnung 58,
die im Gehäuse 54 gebildet
ist. Das Gehäuse 50 enthält mehrere Öffnungen 58.
Die verstellbaren Leitschaufelanordnungen 44 enthalten auch
einen Hebelarm 60, der sich von jeder verstellbaren Leitschaufel 52 aus
erstreckt und dazu genutzt wird, selektiv die verstellbaren Leitschaufeln 52 zur Veränderung
einer Orientierung der Leitschaufeln 52 in Bezug auf den
Strömungspfad
durch den Kompressor 14 zu drehen, um eine gesteigerte
Steuerung des Luftstroms durch den Kompressor zu ermöglichen.
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3 ist
eine Teilexplosionsansicht einer verstellbaren Leitschaufelanordnung 44 mit
einer verstellbaren Leitschaufel 52 und einer Buchsenanordnung 100,
die bei der drehbaren Kopplung der verstellbaren Leitschaufeln 52 mit
dem Triebswerksgehäuse 50 innerhalb
der Gehäuseöffnung 58 verwendet
wird. Das Gehäuse 50 enthält mehrere
Gehäusetürme 102,
welche jede verstellbare Leitschaufel 52 lagern, und um
den Umfang herum um das (in 1 dargestellte)
Triebwerk 10 in Abstand angeordnet sind. Jeder Gehäuseturm 102 enthält einen ausgesparten
Abschnitt 104 und einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 106,
der sich aus dem ausgesparten Abschnitt 104 heraus erstreckt.
In einer alternativen Ausführungsform
enthält
der Gehäuseturm 102 (in 2 nicht
dargestellte) zusätzliche ausgesparte
Abschnitte. Die Gehäuseturmabschnitte 104 und 106 werden
durch eine innere Wand 110 gebildet, die auch eine Öffnung 58 so
bildet, dass sich die Öffnung 58 zwischen
einer radial inneren Seite 111 der verstellbaren Leitschaufelanordnung 44 zu einer
(in 2 nicht dargestellten) radial äußeren Seite der verstellbaren
Leitschaufelanordnung 44 erstreckt.
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Der
ausgesparte Abschnitt 104 des Gehäuseturms hat einen in Bezug
auf eine sich durch die Gehäuseöffnung 58 erstreckende
Mittellinie 112 gemessenen Durchmesser d1,
der größer als
ein in Bezug auf die Mittellinie 112 des zylindrischen
Abschnittes 106 des Gehäuseturms
gemessener Durchmesser d2 ist. In der exemplarischen
Ausführungsform
erstreckt sich der zylindrische Abschnitt 106 im Wesentlichen
senkrecht aus dem ausgesparten Abschnitt 104.
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Der
verstellbare Leitschaufelschaft 54 besitzt einen Außendurchmesser
d3, der in Bezug auf eine Außenoberfläche 122 der
verstellbaren Leitschaufelanordnung 44 und in Bezug auf
eine sich durch die Leitschaufelanordnung 44 erstreckende
Mittelsymmetrieachse 124 gemessen wird. Der Durchmesser d3 des verstellbaren Leitschaufelschaftes
ist kleiner als der Durchmesser d2 des zylindrischen
Abschnittes des Gehäuseturms.
Die verstellbare Leitschaufelplattform 56 besitzt einen
Außendurchmesser
d4, der größer als der Durchmesser d3 des verstellbaren Leitschaufelschaftes
und kleiner als der Durchmesser d1 des ausgesparten
Abschnittes des Gehäuseturmes ist.
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Insbesondere
erstreckt sich eine Außenkante 126 der
radialen Außenoberfläche 128 der
Leitschaufelplattform 56 über einen Abstand 130 von dem
Leitschaufelschaft 54 nach außen. Somit ist der zylindrische
Abschnitt 106 des Gehäuseturms
so bemessen, dass er den verstellbaren Leitschaufelschaft 54 darin
aufnimmt, und der ausgesparte Abschnitt 104 des Gehäuseturms
ist so bemessen, dass er die Plattform 56 der verstellbaren
Leitschaufel darin aufnimmt.
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Die
Buchsenanordnung 100 enthält eine radial innere Buchse 140,
eine radial äußere Buchse 142 und
eine Überschieberbuchse 144.
Die Überschieberbuchse 144 erstreckt
sich um den Umfang um den Schaft 54 der verstellbaren Leitschaufel
so, dass eine Innenoberfläche 146 der Überschieberbuchse 144 in
einem Dichtungskontakt an der Außenoberfläche 122 und den zylindrischen
Abschnitt 106 des Gehäuseturms
steht. Die Überschieberbuchse 144 ist
aus einem Material hergestellt, das einen niedrigeren Reibungskoeffizienten
als ein Reibungskoeffizient in Verbindung mit dem Material besitzt,
das zur Herstellung der Buchsen 140 und 142 verwendet
wird. In einer Ausführungsform
wird die Überschieberbuchse 144 aus
einem Polymermaterial hergestellt. In einer weiteren Ausführung wird
die Überschieberbuchse 144 aus
einem Nicht-Polymermaterial hergestellt.
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Die
radial äußere Buchse 142 enthält eine Außenoberfläche 150 und
eine Innenoberfläche 152. Die
Buchse 142 enthält
auch einen Halter 154, einen im Wesentlichen ebenen Abschnitt 156 und
einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 158. Der
ebene Abschnitt 156 erstreckt sich zwischen dem Halter 154 und
dem zylindrischen Abschnitt 158, und erstreckt sich in
der exemplarischen Ausführungsform
im Wesentlichen senkrecht von dem ebenen Abschnitt 156 aus.
Eine radiale Höhe
h1 der Buchse 142 wird von dem
ebenen Abschnitt 156 bis zu einer Endfläche 160 des zylindrischen
Abschnittes 158 gemessen. Die radiale Höhe der Buchse h1 wird
variabel auf der Basis der Hertzschen Kontaktpressung ausgewählt, die
in die verstellbaren Leitschaufelanordnung 44 induziert
werden kann. Der Halter 154 erleichtert eine sekundäre Ausrichtung
der Leitschaufel 52, sobald eine Außenoberfläche 161 der radial
inneren Buchse 140 und der Innenoberfläche 152 der äußeren Buchse
entlang des zylindrischen Abschnittes 158 verschleißen.
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Die
Buchse 142 besitzt auch einen Außendurchmesser d5.
Der Buchsenaußendurchmesser
d5 ist so gewählt, dass, wenn die verstellbare
Leitschaufelanordnung 44 vollständig zusammengebaut ist, die
Außenoberfläche 150 des
Buchsenhalters innerhalb eines Signatur-Aufstandsfläche der
Plattformaußenoberfläche 128 der
verstellbaren Leitschaufel bleibt. In der exemplarischen Ausführungsform
besitzt die Buchse 142 eine Dicke t1,
die im Wesentlichen über
diese konstant ist.
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Die
radial innere Buchse 140 enthält eine radial äußere Oberfläche 161 und
eine radial Innenoberfläche 162.
Die Buchse 140 enthält
eine Plattformabschnitt 164 und einen im Wesentlichen zylindrischen
Abschnitt 166. Der Plattformabschnitt 164 erstreckt
sich aus einer äußeren Kante 168 der
Buchse 140 zu einem zylindrischen Abschnitt 166,
und der zylindrische Abschnitt 166 erstreckt sich im Wesentlichen
senkrecht aus dem Plattformabschnitt 164. Eine radiale
Höhe h2 der Buchse 140 wird von dem Plattformabschnitt 164 bis
zu einer Endfläche 170 des
zylindrischen Abschnitte 166 gemessen. Die radiale Höhe h2 der Buchse wird variabel auf der Basis der
Hertzschen Kontaktmessung gewählt,
die in die verstellbare Leitschaufelanordnung 44 induziert
werden kann.
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Der
Plattformabschnitt 164 der radial inneren Buchse enthält einen
ausgesparten Abschnitt 171 so, dass ein Paar ringförmige Schultern 172 und 174 durch
den ausgesparten Abschnitt 171 gebildet wird. Insbesondere
ist die Schulter 172 zwischen der Schulter 174 und
dem Buchsenzylinderabschnitt 166 angeordnet und besitzt
eine in Bezug auf eine untere Oberfläche 176 des ausgesparten
Abschnittes 171 gemessene radiale Höhe h3 und
ist größer als
eine in Bezug auf die Oberfläche 176 gemessene
radiale Höhe
h4 der Schulter 174. Eine Breite 178 der
Schulter 172 ist so gewählt,
dass sie einen Anteil eines radialen Kontaktes zwischen den Buchsen 140 und 142 unter
gleichmäßiger Belastung
bereitstellt. Insbesondere ist der Anteil des radialen Kontaktes
eine Funktion einer internen Druckbelastung und eines Anteils einer
in die Buchsenanordnung 44 induzierten Kraft.
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Die
Buchsen 140 und 142 werden aus einem Material
hergestellt, das gegen Verschleiß beständig ist. In der exemplarischen
Ausführungsform
werden die Buchsen 140 und 142 aus einem verschleißbeständigen Material,
wie zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt, Triballoy hergestellt.
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Während des
Zusammenbaus der verstellbaren Leitschaufelanordnung 44 wird
die Überschieberbuchse 144 um
den Umfang herum um den Leitschaufelschaft 54 und das Gehäuse 50 gekoppelt (die
Buchse 144 wird hauptsächlich
durch das Gehäuse 50 gehalten
und weist einen engeren Sitz auf der Oberfläche 110 als auf der
Oberfläche 122 auf), die
radial äußere Buchse 142 mit
dem Triebwerksgehäuse 50 gekoppelt
und die radial innere Buchse 144 mit der verstellbaren
Leitschaufel 152 gekoppelt. Insbesondere wird die radial äußere Buchse 142 mit dem
Triebwerksgehäuse 50 so
gekoppelt, dass eine Außenoberfläche 150 des
ebenen Abschnittes 156 der Buchse gegenüber einer Gehäu seinnenwand 110 innerhalb
des ausgesparten Abschnittes 104 des Gehäuses positioniert
ist und ein zylindrischer Abschnitt 158 der Buchse gegenüber einer
Gehäuseinnenwand 110 innerhalb
des zylindrischen Abschnittes 106 des Gehäuses positioniert
ist. Zusätzlich
wird die radial innere Buchse 140 so mit der verstellbaren Leitschaufel 52 gekoppelt,
dass der zylindrische Abschnitt 166 der inneren Buchse
gegenüber
dem Leitschaufelschaft positioniert ist, und der Plattformabschnitt 164 der
inneren Buchse gegenüber der
Leitschaufelplattform 56 positioniert ist. In der exemplarischen
Ausführungsform
wird die innere Buchse 140 auf die Leitschaufel 52 aufgepresst
und die äußere Buchse 142 wird
in das Gehäuse 50 eingepresst.
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Die
verstellbare Leitschaufel 42 wird dann zusammen mit der
inneren Buchse 140 und der Überschieberbuchse 144 durch
eine entsprechende Gehäuseöffnung 58 und
einen (in 3 nicht dargestellten) Hebelarm 60 eingeführt, bevor
sie mit dem Gehäuse 50 durch
ein (nicht dargestelltes) Befestigungselement gekoppelt wird. Insbesondere
berührt, wenn
sie vollständig
mit dem Gehäuse
gekoppelt ist, die innere Buchsenschulter 172, die äußere Buchse 142 so,
dass ein vorbestimmter Spalt 190 zwischen dem zylindrischen
Abschnitt 158 der äußeren Buchse
und dem zylindrischen Abschnitt 166 der inneren Buchse
gebildet wird. Der Spalt 190 ermöglicht die Berücksichtigung
eines anfänglichen
Buchsenverschleißes
zwischen den Buchsen 140 und 142, sowie einer
Wärmeausdehnung
zwischen den einzelnen Buchsen 140 und 152. Ferner
steht, wenn die verstellbare Leitschaufel 52 vollständig mit
dem Gehäuse 50 gekoppelt
ist, das Überschiebelager 144 mit der
Gehäuseinnenwand 110 in
einem Dichtungskontakt, um das Verhindern eines Luftaustrittes durch
die verstellbare Leitschaufelanordnung 44 zu ermöglichen.
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Unter
gleichmäßiger Belastung
ermöglicht die
radiale Kontaktschulter 174 einen radialen Stapelanordnungsspalt 192,
der zwischen den Buchsen 140 und 142 und der Überschieberbuchse 144 ausgebildet
ist. Insbesondere ermöglicht,
da sich die Schulter 172 nicht über den gesamten Buchsenplattformabschnitt 164 erstreckt,
die Schulter 172 eine Punktbelastung der Schulter 174 und
einer Kante 168 der inneren Buchse, und somit wird ein
Teil der Reibungsbelastung, der in die verstellbare Leitschaufel 44 induziert
wird, im Vergleich zu anderen Buchsen reduziert, in welchem der
Buchsenabschnitt 164 im Wesentlichen eben ist. Demzufolge
ermöglicht
die reduzierte Reibungsbelastung die Herstellung der Buchse 144 aus
einem anderen Material als dem der Buchsen 140 und 142,
und somit wird eine auf die verstellbare Leitschaufelanordnung 44 induzierte
innere Belastung durch die Buchsenanordnung 100 verteilt.
Ferner kann, da die Überschieberbuchse 144 aus
einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten hergestellt
werden kann, die gesamte induzierte Reibung innerhalb der verstellbaren
Leitschaufelanordnung auf einem verringerten Wert im Vergleich zu
anderen Anordnungen gehalten werden, welche nur metallische Komponenten
enthalten.
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Während des
Betriebs berührt
die Schulter 174 unter Druckbelastung die äußere Buchse 142, um
die Reduzierung eines Luftaustrittes durch die verstellbare Leitschaufelanordnung 44 zu
ermöglichen.
Jedoch ermöglicht
eine relativ kleine Größe der Schulter 174 eine
Minimierung des zwischen den Buchsen 140 und 142 während des
Betriebs induzierten Drehmoments. Ferner kann, da die Schulter 174 die
Buchse 142 berühren
kann, wenn die radial innere Buchsenaußenoberfläche 161 und äußere Buchseninnenoberfläche 152 verschleißen, die
Reduzierung einer Leitschaufelkippung ermöglicht werden. Zusätzlich ermöglicht die
Schulter 174, dass während
des Betriebs die Buchse 142 mehr als die innere Buchse 140 verschleißt. Demzufolge
kann, da die Buchsenanordnung 100 eine mehrteilige Anordnung
ist, der Buchsenaustausch ohne vollständige Triebwerkszerlegung erfolgen,
und somit ermöglicht die
Buchsenanordnung 100 eine Reduzierung der Wartungskosten.
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4 ist
eine Teilexplosionsansicht der verstellbaren Leitschaufelanordnung 44,
die eine alternative Ausführungsform
einer Buchsenanordnung 200 enthält. Die Buchsenanordnung 200 ähnelt im Wesentlichen
der in 3 dargestellten Buchsenanordnung 100 und
Komponenten in der Buchsenanordnung 200, die identisch
mit Komponenten der Buchsenanordnung 100 sind, sind in 4 unter
Verwendung derselben wie in 3 verwendeten
Bezugszeichen gekennzeichnet. Demzufolge enthält die Buchsenanordnung 200 eine
innere Buchse 140 und eine Überschieberbuchse 144.
Die Buchsenanordnung 200 enthält auch einen Buchsenträger 202 und
eine radial äußere Buchse 204.
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Die
radial äußere Buchse 204 enthält eine Außenoberfläche 210 und
eine Innenoberfläche 212. Die
Buchse 204 enthält
auch einen Halter 214, der sich im Wesentlichen senkrecht
aus einem im Wesentlichen ebenen Abschnitt 216 erstreckt.
Insbesondere erstreckt sich der ebene Abschnitt 216 aus
dem Halter 214 und einer Innenkante 218 und der
Halter 214 erstreckt sich über einen Abstand 220 von
dem ebenen Abschnitt 216 aus. Wenn die Leitschaufelanordnung 44 vollständig zusammengebaut
ist, ermöglicht
der Halterabstand 220, dass sich die Außenbuchse 204 aus
dem ausgesparten Abschnitt 104 des Gehäuses zwischen der Leitschaufelplattform 56 und
dem Triebwerksgehäuse 50 erstreckt.
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Ein
Buchsenträger 202 erstreckt
sich aus einem (nicht dargestellten) ersten Ende, das an ein (nicht
dargestelltes) erstes Ende der Überschieberbuchse 144 angrenzt,
zu einem zweiten Ende 230, das an die Leitschaufelplattform 56,
die Buchse 140 und die Buchseninnenkante 218 angrenzt.
Eine Schulter 232 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht über einen
Abstand 234 aus einer Innenoberfläche 236 des Buchsenträgers 202.
Insbesondere erstreckt sich im vollständig zusammengebauten Zustand
die Schulter 232 zwischen der Überschieberbuchse 144 und
der radial inneren Buchse 140 zu dem Leitschaufelschaft 54 hin.
In einer Ausführungsform
enthält
der Leitschaufelschaft 54 auch einen (nicht dargestellten)
Hinterschnitt, der es der Schulter 232 ermöglicht,
sich von der Innenoberfläche 236 des
Buchsenträgers über einen
größeren Abstand 234 zu
erstrecken.
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Die
radial innere Buchse 140 ist mit einem verschleißbeständigen Material 240 beschichtet.
Insbesondere ist ein Abschnitt der Buchsenaußenoberfläche 161, der sich über den
zylindrischen Abschnitt 166 der inneren Buchse erstreckt,
mit einem verschleißbeständigen Material 240 beschichtet.
In einer Ausführungsform
ist das Material 240 eine keramische Beschichtung.
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Während des
Zusammenbaus der verstellbaren Leitschaufelanordnung 44 wird
die radial äußere Buchse 204 mit
dem Triebwerksgehäuse 50 gekoppelt,
und die radial innere Buchse 140 wird mit der verstellbaren
Leitschaufel 52 gekoppelt. Insbesondere wird die radial äußere Buchse 204 mit
dem Triebwerksgehäuse 50 so
gekoppelt, dass eine Außenoberfläche 210 des
ebenen Abschnittes 216 der Buchse der Gehäuseinnenwand 110 innerhalb
des ausgesparten Abschnittes des Gehäuses gegenüberliegend positioniert ist,
und so, dass die Buchseninnenkante 218 innerhalb einer
Signaturaufstandsfläche des
ausgesparten Abschnittes 104 des Gehäuses liegt. Die radial innere Buchse 140 wird
an die verstellbare Leitschaufel 42 gemäß vorstehender Beschreibung
gekoppelt. In der exemplarischen Ausführungsform wird die innere
Buchse 140 auf die Leitschaufel 52 gepresst und
die äußere Buchse 204 wird
in das Gehäuse 50 eingepresst.
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Der
Buchsenträger 202 wird
dann mit dem Triebwerksgehäuse 50 so
gekoppelt, dass der Buchsenträger 202 gegen
die Gehäuseinnenwand 110 innerhalb
des zylindrischen Abschnittes 106 des Gehäuses gepresst
wird. Der Buchsenträger 202 ermöglicht das
Festhalten der inneren Buchse 140, der äußeren Buchse 204 und
der Überschieberbuchse 144 in
Ausrichtung zueinander. Die die innere Buchse 140 enthaltende
verstellbare Leitschaufel 52 wird dann durch eine entsprechende
Gehäuseöffnung 58 eingeführt. Insbesondere
berührt
im vollständig
mit dem Gehäuse 50 zusammengebauten
Zustand die innere Buchsenschulter 172 die äußere Buchse 204 angrenzend
an die Kante 218 der äußeren Buchse. Die Überschieberbuchse 144 wird
um den Umfang herum um den Leitschaufelschaft 54 so gekoppelt, dass
die Überschieberbuchse 144 eine
Trägerinnenfläche 206 der
Buchse in einem Dichtungskontakt berührt, um die Verhinderung eines
Luftaustrittes durch die verstellbare Leitschaufelanordnung 44 zu
ermöglichen,
und so, dass ein radial inneres Ende 254 der Überschieberbuchse 144 an
der Buchsenträgerschulter 132 positioniert
wird.
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Wenn
die Leitschaufelanordnung 44 vollständig mit dem Gehäuse 50 unter
gleichmäßiger Belastung
gekoppelt ist, ermöglich
die radiale Kontaktschulter 172 einen radialen Stapelanordnungsspalt 260,
der zwischen der Buchsenträgerschulter 232 und
der radial inneren Buchse 140 ausgebildet ist.
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Während des
Betriebs berührt
die Schulter 174 die äußere Buchse 204 nur
unter der Extrembedingung eines Kontaktes zwischen der Schulter 172 und
der Oberfläche 212,
um die Reduzierung eines Luftaustrittes durch die verstellbare Leitschaufelanordnung 44 zu
ermöglichen.
Jedoch ermöglicht
eine relativ kleine Größe der Schulter 172 eine
Minimierung des zwischen den Buchsen 140 und 204 während des
Betriebs induzierten Drehmomentes. Ferner kann, da die Schulter 174 die
Buchse 142 berühren
kann, eine Reduzierung einer Leitschaufelkippung ermöglicht werden.
Der Buchsenträger 202 ermöglicht den
Austausch der äußeren Buchse
ohne eine vollständige
Triebwerkszerlegung und somit ermöglicht die Buchsenanordnung 200 eine
Reduzierung der Wartungskosten.
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5 ist
eine Teilexplosionsansicht einer verstellbaren Leitschaufelanordnung 44,
die eine alternative Ausführungsform
einer Buchsenanordnung 200 enthält. Insbesondere ist die Buchsenanordnung 300 zur
Verwendung mit einem alternativen Gehäuseturm 302 gedacht.
Der Gehäuseturm 302 ähnelt im Wesentlichen
dem (in 3 dargestellten) Gehäuseturm 102,
und Komponenten in dem Gehäuseturm 302,
die identisch mit Komponenten des Gehäuseturms 102 sind,
sind in 5 unter Verwendung derselben
Bezugszeichen wie den in 3 verwendeten gekennzeichnet.
Demzufolge enthält
der Gehäuseturm 302 einen
zusätzlichen
ausgesparten Abschnitt 304, der sich von der inneren Wand 110 des zylindrischen
Abschnittes des Gehäuseturms
zu dem Gehäuseturm 302 radial
nach außen
erstreckt, und ist axial positioniert, um sich aus dem und in den
ausgesparten Abschnitt 104 zu erstrecken. Der ausgesparte
Abschnitt 304 des Gehäuseturms
besitzt einen in Bezug auf die Gehäuseöffnungsmittellinie 112 gemessen
Durchmesser d6, der größer als der Durchmesser d2 des zylindrischen Abschnittes des Gehäuse turms
ist, und kleiner als der Durchmesser d1 des
ausgesparten Abschnittes des Gehäuseturms ist.
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Die
Buchsenanordnung 300 ist im Wesentlichen ähnlich der
in 3 dargestellten Buchsenanordnung 300 und
Komponenten in der Buchsenanordnung 300, die identisch
mit Komponenten der Buchsenanordnung 100 sind, sind in 5 unter
Verwendung derselben wie der in 3 verwendeten Bezugszeichen
gekennzeichnet. Demzufolge enthält die
Buchsenanordnung 300 eine radial innere Buchse 310,
eine radial äußere Buchse 312 und
eine ringförmige
Plattformdichtung 314.
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Die
radial innere Buchse 310 enthält eine Außenoberfläche 320 und eine Innenoberfläche 322. Die
Buchse 310 enthält
auch einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 324 und
einen Plattformabschnitt 326, der sich von dem zylindrischen Abschnitt 324 radial
nach außen
erstreckt. In der exemplarischen Ausführungsform ist der zylindrische Abschnitt 324 im
Wesentlichen senkrecht zu dem Plattformabschnitt 326. Eine
radiale Höhe
h6 der Buchse 310 wird von dem
Plattformabschnitt 326 zu einer Endfläche 328 des zylindrisches
Abschnittes 324 gemessen.
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Der
Buchsenplattformabschnitt 326 enthält einen ausgesparten Bereich 320,
der sich von der Buchseninnenoberfläche 322 zu der Buchsenaußenoberfläche 320 hin
erstreckt. Der ausgesparte Bereich 330 bildet ein Paar
von Vorsprüngen 332,
die sich nach außen
zu der verstellbaren Plattform 46 von dem Buchsenplattformabschnitt 326 erstrecken. Der
ausgesparte Bereich 330 hat eine zwischen den Vorsprüngen 232 gemessene
Breite 334, und eine in Bezug auf die Vorsprünge 332 gemessene
Tiefe 333. Die Plattformdichtung 314 hat eine
Höhe hs, die größer als
die Tiefe 333 des ausgesparten Bereiches ist, und eine
Breite 336, die etwas kleiner als die Breite 334 des
ausgesparten Bereiches. Demzufolge wird, wenn die verstellbare Leitschaufelanordnung 44 vollständig zusammengebaut
ist, ein Abschnitt der Plattformdichtung 314 innerhalb
des ausgesparten Bereichs 330 in einem Dichtungskontakt
zwischen den Vorsprüngen 332 aufgenommen.
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Die
radial äußere Buchse 312 enthält eine
Innenoberfläche 340 und
eine Außenoberfläche 342. Die
Buchse 312 enthält
auch einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 344 und
einen Halterabschnitt 346, der sich radial außerhalb
des zylindrischen Abschnittes 344 erstreckt. Insbesondere
erstreckt sich in der exemplarischen Ausführungsform der Halterabschnitt 346 im
Wesentlichen senkrecht aus dem zylindrischen Abschnitt 344 der
Buchse zu einem äußeren Ende 350 der
Buchse 312 und der zylindrische Abschnitt 344 erstreckt
sich von einer inneren Endfläche 352 der
Buchse 312 axial zu dem Buchsenhalterabschnitt 346.
Eine radial Höhe
h7 der Buchse 312 wird von dem
Halterabschnitt 346 zu der inneren Endfläche 352 der
Buchse gemessen. Die radiale Höhe
h7 der Buchse wird verstellbar auf der Basis
einer Hertzschen Kontaktpressung ausgewählt, die in die verstellbare
Leitschaufelanordnung 44 induziert werden kann. Die Buchse 312 und 310 werden
jeweils aus einem Material hergestellt, das mit dem Gehäuse 50 kompatibel
ist.
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Während des
Zusammenbaus der verstellbaren Leitschaufelanordnung 44 wird
die Außenoberfläche der äußeren Buchse 340 mit
einem verschleißbeständigen Material 360 beschichtet,
das einen relativ niedrigen Reibungskoeffizienten im Vergleich zu
Materialien hat, die zur Herstellung der Buchsen 310 und 312 verwendet
werden. Die radial innere Buchse 310 wird mit dem Triebwerksgehäuse 50 gekoppelt,
und die radial äußere Buchse 310 mit dem
Gehäuse 50 gekoppelt.
Insbesondere wird die radi al innere Buchse 310 mit dem
Triebwerksgehäuse 5 so
gekoppelt, dass die radial innere Außenoberfläche 320 der Buchse
an der Gehäuseinnenwand 110 innerhalb
des ausgesparten Abschnittes 104 des Gehäuses positioniert
ist, und der zylindrische Abschnitt 324 der Buchse an der
Gehäuseinnenwand 110 innerhalb
des ausgesparten Abschnittes 304 des Gehäuses positioniert
ist.
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Die
radial äußere Buchse 312 wird
mit dem Triebwerksgehäuse 50 so
gekoppelt, dass der zylindrische Abschnitt 344 der äußeren Buchse
wenigstens teilweise an der Gehäuseinnenwand 110 innerhalb
des zylindrischen Abschnittes 106 des Gehäuses angeordnet
ist, und so, dass ein Abschnitt der äußeren Buchse 312 die
radial innere Buchse 314 in einem Gleitsitz überlappt.
In der exemplarischen Ausführungsform
werden die innere Buchse 314 und äußere Buchse 312 beide
in das Gehäuse 50 eingepresst.
Zusätzlich
wird die radial äußere Buchse 312 mit
dem Triebwerksgehäuse 50 so
gekoppelt, dass ein als ein Stapelspalt bekannter vorbestimmter
Spalt 354 zwischen dem Halterabschnitt 346 der
radial äußeren Buchse
und einer radial äußeren Kante 368 des
Triebwerksgehäuses 302 ausgebildet
wird. Der Spalt 364 erleichtert die Stapelung der inneren
Buchse 310, des Gehäuses 302 und
der Buchse 312 so, dass ein zwischen dem Hebelarm 60 und
dem äußeren Buchsenhalterabschnitt 364 ausgebildeter
Spalt 376 minimiert werden kann. Die Minimierung des Spaltes 376 ermöglicht die
Minimierung eines Luftaustrittes durch die verstellbare Leitschaufelanordnung 44.
Der Spalt 364 ermöglicht
auch den Austausch der Buchsen 312 ohne vollständige Triebwerkszerlegung
und somit ermöglicht
die Buchsenanordnung 300 eine Reduzierung der Wartungskosten.
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Eine
Plattformdichtung 314 wird dann auf der verstellbaren Leitschaufel 52 angeordnet.
Die verstellbare Leitschaufel 52 wird dann durch eine entsprechende
Gehäuseöffnung 58 und
den Hebelarm 60 eingeführt,
bevor sie mit dem Gehäuse 50 über ein
Befestigungselement 370 so gekoppelt wird, dass die Plattformdichtung 314 in
einem Dichtungskontakt innerhalb des ausgesparten Bereichs 330 der
inneren Buchse aufgenommen wird. Insbesondere steht in einem vollständig gekoppelten
Zustand mit dem Gehäuse 50 das
verschleißbeständige Material 360 der äußeren Buchse
mit dem Leitschaufelschaft 54 entlang dem zylindrischen
und Halteabschnitt 344 der äußeren Buchse und entlang der
Oberfläche 371 in
einem Dichtungskontakt, um eine Luftaustrittsverhinderung innerhalb
der verstellbaren Leitschaufelanordnung 44 zu ermöglichen.
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Zusätzlich wird,
wenn die verstellbare Leitschaufel 52 mit dem Gehäuse 50 gekoppelt
wird, ein vorbestimmter Zusammenbau/Zerlegungs-Spalt 376 zwischen
dem Hebelarm 60 und dem Halteabschnitt 376 der äußeren Buchse
ausgebildet.
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6 ist
eine Teilexplosionsansicht einer verstellbaren Leitschaufelanordnung 44,
die eine weitere alternative Ausführungsform einer Buchsenanordnung 400 enthält. Insbesondere
ist die Buchsenanordnung 400 zur Verwendung mit dem Gehäuseturm 302 gedacht.
Die Buchsenanordnung 400 ähnelt im Wesentlichen der (in 3 dargestellten) Buchsenanordnung 300,
und Komponenten in der Buchsenanordnung 400, die identisch
mit Komponenten des Buchsenanordnung 30 sind, sind in 5 unter
Verwendung derselben Bezugszeichen wie den in 3 verwendeten
gekennzeichnet. Demzufolge enthält
die Buchsenanordnung 400 eine radial innere Buchse 310 und
eine ringförmige
Plattformdichtung 314. Die Buchsenanordnung 400 enthält auch
einen Buchsenträger 402,
einen ringförmigen äußeren ra dialen
Abstandshalter 404, und eine äußere Zapfenbuchse 406 und
einen inneren Zapfen 408. Die äußere radiale Scheibe 404 ähnelt im
Wesentlichen der Plattformdichtung 314 und erstreckt sich
um die Leitschaufel 57 sowohl zwischen den äußeren Zapfenlager 406,
als auch dem Buchsenträger 402 und
dem Hebelarm 60.
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Der
Buchsenträger 402 enthält eine
Außenoberfläche 410 und
eine Innenoberfläche 412.
Der Buchsenträger 402 enthält auch
einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 414 und einen
Halteabschnitt 416, der sich von dem zylindrischen Abschnitt 414 radial
nach außen
erstreckt. Insbesondere erstreckt sich in der exemplarischen Ausführungsform der
Halteabschnitt 416 im Wesentlichen senkrecht aus dem zylindrischen
Abschnitt 414 der Buchse angrenzend an den Hebelarm 60.
Der zylindrische Abschnitt 414 des Buchsenträgers erstreckt
sich aus dem Halteabschnitt 416 zu einer inneren Haltevorrichtung 420,
die sich radial nach innen von dem zylindrischen Abschnitt 414 angrenzend
an die Leitschaufelplattform 56 erstreckt.
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Die äußere Zapfenbuchse 406 und
innere Zapfenbuchse 408 erstrecken sich in Umfangsrichtung
um den Schaft 54 der verstellbaren Leitschaufel so, dass
eine Innenoberfläche 430 und 432 der
jeweiligen Buchse 406 und 408 in einem Dichtungskontakt an
der Außenoberfläche 122 des
Leitschaufelschaftes anliegt. Insbesondere ist die äußere Zapfenbuchse 406 im
Wesentlichen zylindrisch und besitzt einen Außendurchmesser d10,
der im Wesentlichen zwischen einem radial äußeren Ende 440 und
einem radial inneren Ende 442 konstant ist. Die innere
Zapfenbuchse 408 ist ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch
und weist einen Aussendruckmesser d11 auf, der
im Wesentlichen zwischen einem radial äußeren Ende 446 und
einem radial inne ren Ende 448 konstant ist. Eine Dichtung 450 erstreckt
sich zwischen den äußeren bzw.
inneren Zapfenbuchsen 406 und 408 um den Schaft 54 der
Leitschaufel.
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Während des
Zusammenbaus der verstellbaren Leitschaufelanordnung 44 wird
die radial innere Buchse 310 mit dem Triebwerksgehäuse 50 gemäß vorstehender
Beschreibung gekoppelt und der Buchsenträger 401 wird mit dem
Triebwerksgehäuse 50 und
der radial inneren Buchse 310 gekoppelt. Insbesondere wird
der Buchsenträger 402 in
das Triebwerksgehäuse
innerhalb eines Abschnittes eines zylindrischen Abschnittes 414 des
Buchsenträgers,
das heißt,
angrenzend an den Buchsenträgerhalterabschnitt
eingepresst. Nach der Einpressung gemäß vorstehender Beschreibung
befindet sich ein Abschnitt des Buchsenträgers 402 angrenzend
an die radial innere Buchse 310 in einem Gleitsitz mit
der radial inneren Buchse 310. Die äußere Zapfenbuchse 406 und
innere Zapfenbuchse 408 werden jeweils mit dem Leitschaufelschaft 54 so
gekoppelt, dass die Dichtung 450 zwischen den Buchsen 406 und 508 liegt.
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Die
verstellbare Leitschaufel 52 wird dann durch eine entsprechende
Gehäuseöffnung 58 und den
Hebelarm 60 vor einer Kopplung mit dem Gehäuse 50 mittels
eines Befestigungselementes 270 eingeführt. Im vollständig gekoppelten
Zustand mit dem Gehäuse 50 sind
die Zapfenbusen 406 und 408 in einem Dichtungskontakt
zwischen dem Buchsenträger 420 angeordnet,
um eine Luftaustrittsverhinderung durch die VSV-Anordnung 44 zu
ermöglichen.
Ferner ist im vollständig
mit dem Gehäuse 50 gekoppelten Zustand
die Haltevorrichtung 420 des Buchsenträgers mit dem äußeren Zapfenbuchsenende 410 gekoppelt
und ein vorbestimmter Spalt 476 ist zwischen dem Buchsenträger 420 und
dem Triebwerksgehäuse 50 ausgebildet.
Der Spalt 476 ermöglicht
einen Buchsenaustausch ohne vollständige Triebwerks zerlegung,
und somit ermöglicht
die Buchsenanordnung 400 eine Reduzierung der Wartungskosten.
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Die
vorstehend beschriebenen verstellbaren Leitschaufelanordnungen sind
kosteneffektiv und hochzuverlässig.
Die VSV-Anordnung
enthält
eine Buchsenanordnung, die die Reduzierung eines Gasaustrittes durch
die VSV ermöglicht,
und somit den Buchsenverschleiß innerhalb
der VSV-Anordnung reduziert. Die Buchsenanordnung enthält eine
erste Buchse, die in das Triebwerksgehäuse eingepresst ist und eine
zweite Buchse, die mit der VSV-Anordnung so gekoppelt ist, dass
die Buchsenanordnung extern ohne vollständige Triebwerkszerlegung ausgetauscht
werden kann. Ferner ermöglicht,
da die Buchsenanordnung aus unterschiedlichen Materialien hergestellt
werden kann, die VSV-Anordnung eine effiziente Lastübertragung
mit geringer Reibung zwischen der verstellbaren Leitschaufel und
dem Gehäuse.
Demzufolge ermöglicht
die Buchsenanordnung die Verlängerung
der Nutzungslebensdauer des Schaftes der VSV-Anordnung in einer
kosteffektiven und zuverlässigen
Weise.
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Exemplarische
Ausführungsformen
von VSV-Anordnungen wurden vorstehend im Detail beschrieben. Die
Systeme sind nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern Komponenten jeder Anordnung können unabhängig und getrennt von anderen
hierin beschriebenen Komponenten verwendet werden. Jede VSV-Anordnungskomponente
kann auch in Kombination mit anderen VSV-Anordnungskomponenten verwendet
werden.