DE68915779T2

DE68915779T2 - Turbinenkonstruktion für höhere temperaturen.

Info

Publication number: DE68915779T2
Application number: DE68915779T
Authority: DE
Inventors: Gary Boyd
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1988-12-06
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: CA1333126C; DE68915779D1; US4934138A; EP0447404B1; JPH03505246A; EP0447404A1; WO1990006420A1; JP2606745B2; AU4337589A

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Turbinenkonstruktion für hohe Temperaturen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Konstruktion einer sowohl aus metallischen Bauteilen als auch aus keramischen Bauteilen aufgebauten Turbine für hohe Temperaturen.
Eine seit langem erkannte Notwendigkeit der Turbinentechnik war das Ziel höhere Arbeitstemperaturen zu erreichen, um sowohl einen größeren thermodynamischen Wirkungsgrad als auch eine erhöhte Ausgangsleistung pro Gewichtseinheit der Turbine zu erzielen. Im Idealfall sollte eine Turbine mit stöchiometrischer Verbrennung betrieben werden, um die größtmögliche Energie aus dem verbrauchten Brennstoff zu gewinnen. Die bei einer stöchiometrischen Verbrennung aber auch die bei einer nahezu stöchiometrischen Verbrennung auftretenden Temperaturen übersteisteigen jedoch die Widerstandsfähigkeit metallischer Bauteile der Turbine. Aus diesem Grunde wurde mit fortschreitender Turbinentechnik immer größerer Augenmerk sowohl auf eine verstärkte Kühltechnik als auch auf die Entwicklung von temperatur- und oxydationsbeständigen Metallen für die Verwendung in jenen Bauteilen der Turbine gelegt, welche den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind. Das heißt, daß sowohl für die Brennkammern als auch die Düsen des Turbinenstators und für die Turbinenschaufeln Kühltechniken und hochtemperaturbeständigen Metalle entwickelt wurden. Diese Anforderung hat zur Entwicklung von ausgeklügelten Kühlmethoden für alle diese Bauteile und zur Entwicklung von Klassen von "Superlegierungen" auf Nickelbasis geführt, welche unter kristallorientiertem Erstarren oder unter Verwendung einer Einkristalltechnik vergossen werden können. Insgesamt führte die Anforderung nach höheren Arbeitstemperaturen einer aus metallischen Bauteilen aufgebauten Turbine zu gesteigerter Komplexizität und zu höheren Herstellungskosten der Turbine.
Es wurde ein alternativer Vorschlag zum Erreichen höherer Arbeitstemperaturen in einer Turbine gemacht. Dieser Vorschlag sieht die Verwendung hochfester keramischer Bauteile in der Turbine vor. Keramische Bauteile sind besser als Metalle dafür geeignet den Oxydationsbedingungen hoher Temperatur einer Turbine standzuhalten. Der Begriff "hohe Festigkeit" muß jedoch bei keramischen Bauteilen im Gesamtzusammenhang betrachtet werden. Obzwar zahlreiche Keramikmaterialien überragende Hochtemperaturfestigkeit und Oxydationsbeständigkeit besitzen, sind doch keramische Materialien historisch gesehen wegen ihrer Vergleichsweise geringen Zugfestigkeit und wegen einer geringen Fehlertoleranz schwierig zu verwenden. Es bestand daher eine seit langem erkannte Notwendigkeit zur Entwicklung von Keramik/Metall-Hybridkonstruktionen, bei welchen die Eigenschaften eines jeden Materials zum größtmöglichen Vorteil ausgenützt werden, um in einer Turbine die Verbrennung näher einem stöchiometrischen Betrieb oder beim stöchiometrischen Betrieb ablaufen zu lassen.
Aus der GB-A-559668 ist eine Keramik/Metall-Hybridkonstruktion für eine Zentrifugalpumpe bekannt, in welcher das freie Ende einer metallischen Welle in der mittigen Bohrung des keramischen Pumpenrotors eingesetzt ist, wobei das freie Ende der Welle mit mehreren nach außen weisenden Greifgliedern ausgestattet ist, welche in der erwähnten Bohrung vorgesehene Vorsprünge erfassen und damit die Welle im keramischen Rotor verankern, und wobei eine mit der Welle verschraubte Druckmutter am keramischen Rotor im Bereiche der Öffnung der zentralen Bohrung abgestützt ist.
Aus der JP-A-5920503 ist eine Keramik/Metall-Hybridkonstruktion gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Bei dieser bekannten Konstruktion ist der aus einem keramischen Teil bestehende und mit einer Seite dem aus einer metallischen Welle bestehenden Metallteil zugewendete Turbinenrotor mit einer durchgehenden mittigen Bohrung versehen, welche nach beiden Seiten des keramischen Bauteils hin offen ist. Darüber hinaus ist das von der Bohrung aufgenommene Spannglied von dem aus einem Bolzen bestehenden Zugglied im Bereiche jener Öffnung der Bohrung erfaßt, welche jener Seite des Rotors gegenüber liegt, von welcher der Bolzen in die Bohrung eingeführt ist.
Im Hinblick auf die Mängel der üblichen Turbinentechnik und im Hinblick auf die Mängel der Materialien der Konstruktion und der zum Fertigen solcher Turbinen zur Verfügung stehenden Arbeitsweisen ist es Hauptziel der vorliegenden Erfindung für den Rotor einer Turbine eine Keramik/Metall-Hybridkonstruktion zu schaffen, welche gegenüber dem bekannten Stand der Technik die folgenden Verbesserungen zeigt.
Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine einen keramischen Turbinenrotorteil mit einem metallischen Wellenteil verbindende Konstruktion zu schaffen, welche für ein gemeinsames Rotieren unter Drehmomentübertragung und unter Aufrechterhaltung ausgewählter axialer und radialer Beziehungen sorgt und zwischen den Teilen Relativbewegungen wegen Wärmeunterschieden und wegen Zentrifugalkräften ermöglicht.
Es ist weiters ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Turbine zu schaffen, in welcher ein keramischer Turbinenrotorteil und ein axial angrenzender metallischer Kompressorrotorteil zwecks drehmomentübertragender gemeinsamer Rotation koaxial miteinander verbunden sind, um einen wesentlichen Teil des Rotors einer Turbine zu definieren.
Dementsprechend wird mit der vorliegenden Erfindung eine Keramik/Metall-Hybridkonstruktion geschaffen, welche einen ersten keramischen Teil mit einer daran befindlichen und nach außen hin offenen und sich in axialer Richtung erstreckenden Bohrung und mit einer von der Öffnung der Bohrung wegweisenden ringförmigen Stufe, einen dem ersten keramischen Teil axial benachbarten zweiten Teil, ein von der erwähnten ersten Bohrung aufgenommenes metallisches, ringförmiges Spannglied, ein das Spannglied erfassendes und sich in axialer Richtung zum erwähnten zweiten Teil erstreckendes Zugglied zum Ausüben einer axial gerichteten Kraft auf das Spannglied aufweist, welche Kraft durch den zweiten Teil bewirkt wird, um diesen und den ersten Teil axial sicher zusammenzuhalten, und diese Hybridkonstruktion ist dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied mehrere in Umfangsrichtung angeordnete und in axialer Richtung langgestreckte und radial federnde Finger aufweist, welche benachbart ihrem distalen Ende eine radial nach außen weisende und die erwähnte Stufe erfassende Schulter besitzen, wobei das Zugglied das Spannglied in solcher Weise erfaßt, daß darauf eine Zugkraft ausgeübt wird, welche die erwähnte axial gerichtete Zugkraft bildet.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß damit ein hybrider Keramik/Metall-Turbinenrotorteil geschaffen wird, in welchem die günstigen Eigenschaften eines jeden Materials mit größtmöglichem Vorteil ausgenützt werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der zwischen den keramischen und metallischen Teilen des erfindungsgemäßen Rotorteils geschaffenen positiv axialen und konzentrischen Wechselbeziehung zum gegenseitigen Übertragen eines Drehmoments.
Zusätzlich zu obigem kann wegen der zuverlässigen koaxialen und konzentrischen Beziehung zwischen dem keramischen Rotorteil und dem metallischen Rotorteil ein radial nach außen weisender und sich in axialer Richtung erstreckender zylindrischer Oberflächenbereich des keramischen Teils dazu verwendet werden, die Lagerfläche eines Drehlagers zu bilden. Das heißt, daß der Rotorteil in einer Turbine von einem Teil der Außenfläche des keramischen Teils in einem Lager abgestützt werden kann, so daß zum zufriedenstellenden Lagern des Rotorteils lediglich ein zusätzliches Lager erforderlich ist. Dieses eine zusätzliche Lager kann in einem vergleichsweise kühleren Bereich der Turbine vorgesehen werden.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich beim Lesen der folgenden eingehenden Beschreibung einer einzigen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Figuren der Zeichnung.
Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt ausschnittsweise eine Längsansicht einer die erfindungsgemäßen Merkmale aufweisenden hybriden Keramik/Metall-Turbine,
Fig. 2 zeigt ausschnittsweise in einem vergrößerten Querschnitt einen Teil der in Fig. 1 gezeigten Turbine, wobei zwecks Erzielung größerer Übersichtlichkeit Teile weggelassen wurden, und
Fig. 3 stellt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Turbine dar, wobei Teile derselben zwecks deutlicherer Darstellung weggelassen oder abgebrochen wurden.
Fig. 1 zeigt eine hybride Keramik/Metall-Turbine 10. Die Turbine 10 besitzt ein einen Einlaß 14, einen Auslaß 16 und einen gewundenen Strömungsweg 18 definierendes Gehäuse 12, der den Einlaß 14 mit dem Auslasse 16 zum Fördern einer Fluidströmung dazwischen verbindet. Ein allgemein mit dem Bezugszeichen 20 versehener hybrider Keramik/Metall-Rotorteil ist im Gehäuse 12 drehbar gelagert und wirkt mit diesem unter Begrenzung des Strömungsweges 18 zusammen. Wie ersichtlich, besitzt der Rotorteil 20 einen Kompressorrotorteil 22, bei dessen Rotation Umgebungsluft über den Einlaß 14, wie durch den Pfeil 24 angedeutet, angesaugt und dann diese Luft unter erhöhtem Druck einem Abschnitt 18' des Strömungsweges, wie durch den Pfeil 26 angedeutet, zugeführt wird.
Der Abschnitt 18' des Strömungsweges führt in axialer Richtung durch ein Segment von etwas weniger als 180º eines rotierenden, ringförmigen Regeneratorteils 28, welcher sich im Gehäuse 12 befindet. Stromab des Regeneratorteils 28 führt der Strömungsweg 18 durch eine sich in axialer Richtung erstreckende und allgemein mit dem Bezugszeichen 30 versehene Verbrennungseinrichtung. Die Verbrennungseinrichtung 30 ist aus keramischem Material gefertigt und besitzt einen keramischen Außenmantel 32, welcher an einem Ende durch ein im wesentlichen kegelförmiges äußeres Übergangstück 34 abgestützt ist. Innerhalb des Außenmantels 32 ist koaxial ein keramischer Innenmantel 36 der Brennkammer angeordnet und an einem Ende an einem keramischen Leitungsübergangsstück 38 abgestützt. Der Strömungsweg 18 führt in axialer Richtung zu einem Ende des Mantels 36 der Verbrennungskammer, wie durch den Pfeil 18" angedeutet ist. Innerhalb des Leitungsübergangsstückes 38 wird durch Zusammenwirken eines keramischen Turbinenprallgliedes 40 und eines keramischen Turbinenstatorteils 42 der Strömungsweg 18 definiert, welcher hiedurch radial einwärts zu einem keramischen Turbinenrotorteil 44 des Rotorteils 20 gerichtet wird.
Stromab des Turbinenrotorteils 44 erstreckt sich der Strömungsweg 18 zwischen zwei mit dem Bezugszeichen 46 bzw. 48 bezeichneten und mit Abstand voneinander zusammenwirkenden keramischen Auslaßleitungsteilen in axialer Richtung und radial nach außen. Mehrere hybride Keramik/Metall-Befestigungsglieder 50 (von welchen eines in Fig. 1 sichtbar ist) erfassen miteinander einen Abgasleitungsteil 46 und das Gehäuse 12. Ein keramischer Abstandshalter 52, welcher über die Befestigungsglieder 50 geschoben ist, hält die Abgasleitungsteile 46, 48 in Abstand voneinander.
Im Anschluß an die Abgasleitungsteile 46, 48 führt der Strömungsweg 18 zu einer allgemein mit dem Bezugszeichen 54 bezeichneten Abgaskammer. Ein sich über etwas weniger als 180º erstreckendes Segment des keramischen Regeneratorteils 28 ist der Abgaskammer 54 ausgesetzt. Infolgedessen führt der Strömungsweg 18 noch einmal durch den Regeneratorteil 28 hindurch und über den Auslaß 16 ins Freie.
Um diese Beschreibung der Turbine 10 zu vervollständigen, ist zu erwähnen, daß in der Verbrennungseinrichtung 30 der vom Kompressorrotor 22 zuströmenden Druckluft Brennstoff zugesetzt wird, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Die Verbrennung hat zur Folge, daß ein Strom von auf hoher Temperatur befindlichen und unter Druck stehenden Verbrennungsprodukten in der Verbrennungseinrichtung 30 stromabwärts und im Anschluß an die Verbrennungseinrichtung in den Strömungsweg 18 strömt. Auch der Rotorteil 20 ist im Gehäuse 12 mittels eines Lagers 56 drehbar gelagert, welches zwischen den Rotorteilen 22 und 44 angeordnet ist, wobei ein Wälzlager (aus den Figuren nicht ersichtlich) benachbart eines Wellenteils 60 (von welchem in Fig. 1 nur ein Teil sichtbar ist) einer metallischen Abtriebswelle des Rotorteils 20 angeordnet ist.
Betrachtet man nun gemeinsam die Figuren 2 und 3, so wird ersichtlich, daß der hybride Keramik/Metall-Rotorteil 20 nicht nur den metallischen Kompressorrotorteil 22, den keramischen Turbinenrotorteil 44 und den (aus den Figuren 2 und 3 nicht ersichtlichen) Wellenteil 60 der metallischen Abtriebswelle aufweist, sondern auch eine allgemein mit dem Bezugszeichen 62 versehene, drehmomentübertragende und konzentrisch angeordnete Kupplungseinrichtung und eine allgemein mit dem Bezugszeichen 64 versehene axiale Kupplungshalterungseinrichtung besitzt. Die Kupplungseinrichtungen 62 und 64 wirken so zusammen, daß die Teile 22, 44 und 60 in einer Weise zusammengeschlossen werden, daß der Rotorteil 20 gebildet wird.
Sowohl der metallische Kompressorrotorteil 22 als auch der keramische Turbinenrotorteil 44 besitzen je für sich einen mit dem Bezugszeichen 66 bzw. 68 versehenen Nabenteil. Jeder der Rotorteile 22 und 44 besitzt gleichermaßen mehrere entlang des Umfangs angeordnete und mit dem Bezugszeichen 70 bzw. 72 versehene Schaufeln, welche mit den erwähnten Teilen einstückig sind und sich von den Nabenteilen 66, 68 sowohl in axialer Richtung als auch radial nach außen erstrecken. Der Turbinenrotorteil 44 besitzt einen hiemit einstückigen, langgestreckten und sich in axialer Richtung erstreckenden abgestuften zylindrischen Stummel 74, welcher von der Nabe 68 in Richtung zum Kompressorrotorteil 22 absteht. Von einem Endteil 76 verringerten Durchmessers des zylindrischen Stummels 74 wird ein metallischer Kragen 78 getragen. Der Kragen 78 besitzt an einer Seite mehrere sich in radialer Richtung und in axialer Richtung erstreckende und über den Umfang yerteilte gekrümmte Kupplungszähne 80, welche mit einer ähnlichen Anordnung gekrümmter Zähne 82 am Nabenteil 66 des Kompressorrotorteils 22 in Eingriff stehen. Wegen der miteinander in Eingriff stehenden Zähne 80, 82 sind der Nabenteil 66 und der Kragen 78 auf Drehmomentübertragung gekuppelt und auch relativ zueinander konzentrisch gehaltert, wobei sie dennoch unterschiedliche Wärmedehnungen und Dehnungen wegen Zentrifugalkräften dieser Bauteile zulassen.
Zwecks Verbindung mit dem zylindrischen Stummel 74 des Rotorteils 44 besitzt der Kragen 78 einen sich in axialer Richtung erstreckenden Bandteil 84, welcher den Endbereich 76 verringerten Durchmessers des Rotorteils 44 umgibt. Der Bandteil 84 und der Bereich 76 verringerten Durchmessers stehen mit Schrumpfsitz miteinander in Verbindung, so daß der Kragen 78 dauernd mit dem Rotorteil 44 verbunden ist. Vorzugsweise wird der Schrumpfsitz zwischen dem Bandteil 84 und dem Teil 76 des Rotorteils 44 dadurch erhalten, daß der Kragen 78 erhitzt und gesondert hievon der Rotorteil 76 gekühlt wird. Solange dieser Temperaturunterschied zwischen dem Kragen 78 und dem Teil 76 des Rotors 44 besteht, werden die zwei Teile zusammengefügt, worauf eine Temperaturangleichung erlaubt wird. Diese Art eines Preßsitzes wird üblicherweise als "Schrumpfsitz" bezeichnet.
Es ist zu erwähnen, daß eine radial nach außen hin weisende langgestreckte zylindrische Oberfläche 86 des zylindrischen Stummels 74 außen vom Lager 56 umgeben ist und diesem gegenüber liegt. Dies bedeutet, daß die Oberfläche 86 für den Rotorteil 20 eine Lagerfläche bildet, über welche der Rotorteil im Gehäuse 12 drehbar abgestützt ist. Die axiale Lage des Rotorteils 20 im Gehäuse 12 wird durch ein Wälzlager (in den Figuren nicht gezeigt) festgelegt, welches den Wellenteil 60 (siehe Fig. 1) der Abtriebswelle des Rotorteiles 20 erfaßt. Dieses Wälzlager dient auch als Drucklager zum Übertragen von Axialkräften vom Rotorteil 20 auf das Gehäuse 12.
Der keramische Rotorteil 44 besitzt auch eine sich in axialer Richtung erstreckende abgestufte Blindbohrung 88. Der Kompressorrotorteil 22 besitzt eine mit der Blindbohrung 88 fluchtende durchgehende Bohrung 22'. Die Blindbohrung 88 besitzt eine halbkugelförmige Stirnwand 90, welche im wesentlichen innerhalb der Nabe 68 des Rotorteils liegt. Die Blindbohrung 88 endet in einer Öffnung 92 innerhalb des Endteiles 76 und bildet eine zur Stirnwand 90 weisende Stufe 94, welche in Abstand von dieser Stirnwand und von der Öffnung 92 liegt. Die Stufe 94 ergibt sich aus dem Zusammenwirken eines einen kleineren Durchmesser besitzenden Bereichs 96 der Blindbohrung 88 mit dem Rest dieser Blindbohrung.
In die Blindbohrung 88 ist ein langgestrecktes, metallisches ringförmiges Spannglied 98 eingesetzt. Das Spannglied 98 besitzt mehrere langgestreckte und in radialer Richtung federnde Fänger 100, welche an einem Ringteil 102 des Spanngliedes in Umfangsrichtung angeordnet sind, von diesem Ringteil in axialer Richtung abstehen und mit dem Spannglied einstückig sind. Jeder der Finger 100 besitzt eine in radialer Richtung nach außen abstehende Schulter 104 und eine radial einwärts gerichtete Stufe 106. Die Finger 100 können so betrachtet werden, daß sie gemeinsam eine einzige radial nach außen weisende Schulter 104 und eine einzige radial nach innen weisende Stufe 106 bilden. Jede einzelne Schulter 104 der Finger 100 erfaßt die Stufe 94 der Blindbohrung 88, während eine metallische Sperrhülse 108 zwischen die Finger 100 eingeschoben ist und deren Stufen 106 erfaßt. Der Ringteil 102 des Spanngliedes 98 besitzt einen Gewindeabschnitt 110, in welchen der Endteil 112 eines langgestreckten metallischen Spannbolzens 114 eingeschraubt ist. Der Endteil 112 legt die Sperrhülse 108 innerhalb der Finger 100 fest, womit verläßlich verhindert ist, daß diese Finger außer Eingriff mit der Stufe 94 gelangen. Der Sperrbolzen 114 trägt an seinem dem Endteil 112 gegenüberliegenden und mit einem Gewinde versehenen Ende 114' eine (in den Figuren nicht sichtbare) Mutter, welche sich am Wellenstummel 60 der Abtriebswelle des Rotorteils 20 abstützt. Aus diesem Grunde wird das Spannglied 98 und der Spannbolzen 114 auf Zug beansprucht, während der rechtsseitig des Spanngliedes 98 gelegene übrige Bereich des Rotorteils 20 auf Druck beansprucht wird.
Im Hinblick auf die obigen Angaben ist klar ersichtlich, daß die Kupplungseinrichtung 62 durch die axiale Halterungswirkung der Kupplungshalterungseinrichtung 64 in drehmomentübertragender Relativlage gehalten wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Kompressorrotorteil 22 und der Abtriebswellenteil 60 zwischen sich auch eine Kurvenkupplung bilden, so daß Drehmoment von der Turbine 44 über den Wellenteil 60 aus der Turbine 10 nach außen abgegeben werden kann.
Selbstverständlich wird während des Herstellens des Rotorteils 20 das metallische Spannglied 98 von außen durch die Öffnung 92 in den Bohrungsabschnitt 96 in solcher Weise eingeschoben, daß die Finger 100 federnd radial einwärts umgebogen werden. Dieses Umbiegen der Finger 100 ermöglicht es die Schultern 104 durch den Bohrungsabschnitt 96 hindurch in den Restteil der Bohrung 88 über die Stufe 94 hinaus zu schieben. Anschließend wird die metallische Sperrhülse 108 in das Spannglied 98 in solcher Weise eingeschoben, daß die Finger 100 nicht radial einwärts so weit abgebogen werden können, daß sie mit den Schultern 104 außer Eingriff mit der Stufe 94 gelangen. Nachdem die Sperrhülse 108 in das Spannglied 98 eingesetzt worden ist, wird der Endteil 112 des Zugbolzens 114 bei 110 mit dem Spannglied 98 verschraubt. Die Sperrhülse 108 wird damit im Spannglied 98 festgelegt, welches damit innerhalb der Blindbohrung 88 festgelegt wird. Selbstverständlich kann bei Umkehr der Zusammenbauschritte der Rotorteil 20 in seine Bestandteile zerlegt werden, falls dies gewünscht ist.
Es wird daran erinnert, daß während des Betriebs der Turbine 10 der Turbinenrotor 44 einem Strom von Verbrennungsgasen hoher Temperatur und hohen Drucks ausgesetzt wird. Dieser Strom von Verbrennungsprodukten besitzt eine Temperatur im Bereiche von 2000º F (1090ºC) bis 2500 ºF (1370ºC) , oder mehr und ist erwartungsgemäß von oxydierender Art. Dementsprechend liegt die am der Turbinennabe 68 axial am nächsten gelegenen Ende der Fläche 86 des Drehlagers festgestellte Temperatur etwa bei 1200ºF (650ºC) . Unter diesen Bedingungen würde eine metallische Lagerfläche bei 86 sich nicht günstig verhalten. Dies bedeutet, daß eine aus metallischem Material bestehende Lagerfläche 86 oxydiert werden und beeinträchtigt werden würde, was zu verschlechterten Arbeitsbedingungen für das Drehlager 56 und zu einer verkürzten Betriebsdauer führen würde. Anderseits hält die keramische Fläche 86 des Turbinenrotorteils 44 beim Betrieb in oxydierender Atmosphäre Temperaturen von 1200ºF (650ºC) gut stand, woraus sich eine glatte Lagerfläche und eine lange Lebensdauer für das Lager 56 ergibt.
Weiters ist angesichts der Arbeitstemperatur von 1200ºF (650ºC) im Bereiche der Lagerfläche 86 am linken Ende des Lagers 56 leicht zu erkennen, daß die Kupplungseinrichtung 64 Temperaturen in einem sich um etwa 1200ºF (650ºC) erstreckenden Bereich standhalten muß. Diese hohe Temperatur im Bereiche der Kupplungseinrichtung 64 schließt die Verwendung aller üblichen Schrumpfsitzverbindungen, Lötverbindungen und Klebeverbindungen für Keramik/Metall-Verbindungen aus. Keine dieser üblichen Keramik/Metall-Verbindungen ist in der Lage jenen Arbeitsbedingungen standzuhalten, welchen die Kupplungseinrichtung 64 sehr gut standhält.
Schließlich ist zu bemerken, daß der Turbinenrotorteil 44 einen ziemlich begrenzten Wärmeleitungspfad vom Nabenteil 68 nach rechts zu den Kupplungseinrichtungen 62 und 64 bildet. Das heißt, daß der Turbinenrotorteil 44 nur einen ringförmigen Wärmeleitungspfad bildet, innerhalb desselben zwischen der Lagerfläche 86 und der Sackbohrung 88 Wärme axial rechtsseitig, bezogen auf Fig. 2,weitergeleitet wird. Wegen der relativ geringen Größe dieses Wärmeleitungspfades und wegen des Abstandes der Kupplungseinrichtung 62 vom Nabenteil 68 sind die beim Kragen 78 auftretenden Temperaturen niedrig genug, um den dort befindlichen Schrumpfsitz der Keramik/Metall-Verbindung seine Aufgabe in zufriedenstellender Weise erfüllen zu lassen.

Claims

1. Keramik/Metall-Hybridkonstruktion (20), welche einen ersten keramischen Teil (68) mit einer daran befindlichen und nach außen hin offenen und sich in axialer Richtung erstreckenden ersten Bohrung (88) und mit einer von der Öffnung (92) der Bohrung (88) wegweisenden ringförmigen Stufe (94) , einen dem ersten keramischen Teil (68) axial benachbarten zweiten Teil (22), ein von der erwähnten ersten Bohrung (88) aufgenommenes metallisches ringförmiges Spannglied (98), ein das Spannglied (98) erfassendes und sich in axialer Richtung zum erwähnten zweiten Teil (22) erstreckendes Zugglied (114) zum Ausüben einer axial gerichteten Kraft auf das Spannglied (98) aufweist, welche Kraft durch den zweiten Teil (22) bewirkt wird, um letzteren (22) und den ersten Teil (68) axial sicher zusammenzuhalten, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (98) mehrere in Umfangsrichtung angeordnete und in axialer Richtung langgestreckte und radial federnde Finger (100) aufweist, welche (100) benachbart ihrem distalen Ende eine radial nach außen weisende und die erwähnte Stufe (94) erfassende Schulter (104) besitzen, wobei das Zugglied (114) das Spannglied (98) in solcher Weise erfaßt, daß darauf eine Zugkraft ausgeübt wird, welche die erwähnte axiale Zugkraft bildet.

2. Keramik/Metall-Hybridkonstruktion nach Anspruch 1, worin der erwähnte zweite Teil (22) eine mit der erwähnten ersten Bohrung (88) koaxiale und sich in axialer Richtung erstreckende entsprechende zweite Bohrung (22') bildet, wobei das Zugglied benachbart einem (112) seiner Enden einen das Spannglied (98) an einer anderen Stelle als an der Stelle der erwähnten Finger erfassenden Spannbolzen (114) besitzt, welcher sich vom keramischen Teil (68) in die erwähnte zweite Bohrung (22') erstreckt.

3. Keramik/Metall-Hybridkonstruktion nach Anspruch 2, worin sich die erwähnte zweite Bohrung (22') axial durch den erwähnten zweiten Teil (22) hindurcherstreckt, wobei sich der erwähnte Zugbolzen (114) durch den erwähnten zweiten Teil (22) hindurcherstreckt und das Zugglied weiters eine Mutter aufweist, welche den Zugbolzen benachbart einem zweiten Ende (114') desselben erfaßt, welches dem erwähnten einen Ende (112) gegenüberliegt.

4. Keramik/Metall-Hybridkonstruktion nach Anspruch 1, worin der erwähnte erste Teil (68) und der erwähnte zweite Teil (22) miteinander zusammenwirkende Organe (80, 82) besitzen, welche einerseits Drehmoment zwischen den erwähnten Teilen (22, 568) übertragen und anderseits die erwähnten Teile (22, 68) in koaxial ausgerichteter Lage halten.

5. Keramik/Metall-Hybridkonstruktion nach Anspruch 4, worin zu den miteinander zusammenwirkenden Organen (80, 82) der erwähnte erste keramische Teil (68), welcher einen daran dauernd festgelegten metallischen Kragen (78) trägt, der eine erste Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten und sich in axialer Richtung und in radialer Richtung erstreckenden Zähnen (80) definiert, und der erwähnte zweite Teil (22) gehört, welcher eine entsprechende zweite Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten und sich in axialer Richtung und radialer Richtung erstreckenden und mit der erwähnten ersten Vielzahl von Zähnen (80) in Eingriff stehenden Zähnen (82) definiert.

6. Keramik/Metall-Hybridkonstruktion nach Anspruch 5, worin der erwähnte erste keramische Teil (68) einen sich in axialer Richtung erstreckenden kreiszylindrischen Stummel (74) besitzt, der erwähnte Kragen (78) einen Bandteil (84) aufweist, welcher mit dem Rest desselben unter Definition einer Ausnehmung zusammenwirkt, der Stummel (74) von dieser Ausnehmung aufgenommen ist und der Bandteil (84) hiemit einen Festsitz bildet.

7. Keramik/Metall-Hybridkonstruktion nach Anspruch 1, welche weiters ein Sperrglied (108) aufweist, welches vom Spannglied (98) aufgenommen wird und von den Fingern (100) in radialer Richtung erfaßbar ist, um zu verhindern, daß die Finger (100) außer Eingriff mit der Stufe (94) gelangen.

8. Keramik/Metall-Hybridkonstruktion nach Anspruch 7, worin das erwähnte Sperrglied (108) eine langgestreckte Hülse (108) aufweist, welche axial innerhalb der Finger (100) zu liegen kommt, wobei die Finger (100) auch eine sich radial einwärts erstreckende zweite Stufe (106) bilden, welche von der erwähnten Hülse (108) in solcher Weise erfaßbar ist, daß eine axiale Bewegung letzterer in einer Richtung verhindert wird.

9. Keramik/Metall-Hybridkonstruktion nach Anspruch 8, worin das Zugglied (114) eine Anschlagfläche (112) bildet, welche der erwähnten zweiten Stufe (106) gegenüber und in axialem Abstand hievon liegt und von der Hülse (108) in solcher Weise erfaßbar ist, daß letztere dazwischen eingefangen wird.

10. Hochtemperaturturbine (10) mit einem Gehäuse (12) und einem hybriden Keramik/Metall-Rotorteil (20), welche im Zusammenwirken einen Einlaß (14), einen Auslaß (16) und einen Strömungsweg (18) definieren und zwischen sich einen Strom (24) eines elastischen Fluids bei Rotation des erwähnten Rotorteils (20) weiterleiten, mit einem Umgebungsluft über den erwähnten Einlaß ansaugenden und die unter Druck gesetzte Luft in einen Verbrennungsabschnitt (30) fördernden Kompressorabschnitt (22) mit einer Einrichtung zum Zuführen von Brennstoff zur unter Druck gesetzten Luft im erwähnten Verbrennungsabschnitt (30) zwecks Unterstützung einer Verbrennung zum Erzeugen eines Stromes von auf hoher Temperatur befindlichen und unter Druck stehenden Verbrennungsprodukten (18") in Stromabwärtsrichtung innerhalb des Strömungsweges und mit einem den erwähnten Strom von Verbrennungsprodukten expandierenden Turbinenabschnitt (40, 42) zwecks Entnahme von den erwähnten Rotorteil (20) in Drehung versetzender mechanischer Energie, wobei der Rotorteil (20) einen keramischen Turbinenteil (44) mit einem keramischen Nabenteil (68) und mehrere sich in radialer Richtung nach außen erstreckende aeroreaktive Schaufeln (72) aufweist, vom erwähnten Nabenteil (68) ein hiemit einstückiger keramischer Stummel (74) in axialer Richtung absteht, der Stummel (74) eine sich in axialer Richtung erstreckende erste mittige Bohrung (88) mit einer Öffnung (92) an einem Ende (76) und mit einem äußeren Bohrungsabschnitt (96) kleinen Durchmessers, welcher im Zusammenwirken mit dem Rest der Bohrung eine von der erwähnten Öffnung (92) weg angeordnete Stufe (94) bildet, besitzt, ein axial als nächstes angrenzender metallischer Rotorteil (22) dem Stummel (74) gegenüberliegt und eine mit der erwähnten ersten Bohrung (88) fluchtende und sich in axialer Richtung erstreckende zweite Bohrung (22') bildet, der Turbinenrotorteil (44) und der axial als nächstes angrenzende Teil (22) miteinander zusammenwirkende Organe (80, 82) für die Drehmomentübertragung und zum gegenseitig koaxialen radialen Ausfluchten derselben unter Beibehaltung einer vorgewählten axialen Beziehung derselben aufweisen, ein metallisches ringförmiges Spannglied (98) axial in das Innere der erwähnten ersten Bohrung (88) eingesetzt ist, und das erwähnte Spannglied (98) von einem von der erwähnten zweiten Bohrung (22') aufgenommenen länglichen Spannbolzen (114) erfaßt ist, welcher auf das Spannglied (98) eine axial gerichtete Kraft ausübt, welche durch den axial als nächstes angrenzenden Teil (22) erzeugt wird, um diesen (22) in der erwähnten axialen Beziehung mit dem erwähnten ersten keramischen Turbinenteil (44) zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (98) einen kreisringförmigen Teil (102) und mehrere sich von diesem kreisringförmigen Teil (102) in axialer Richtung erstreckende und in radialer Richtung federnde Finger (100) mit an ihren distalen Enden (104, 106) gelegenen Enden aufweist, wobei die Finger gemeinsam in Nähe der erwähnten distalen Enden (104, 106) eine radial nach außen weisende Schulter (104) bilden, welche die Stufe (94) zwecks Festlegung des Spanngliedes (98) in der erwähnten ersten Bohrung (88) erfaßt, wobei der langgestreckte Spannbolzen (114) mit dem kreisringförmigen Teil (102) des Spanngliedes (98) in solcher Weise verschraubt ist, daß letzteres (98) eine Zugkraft ausübt, welche die axial gerichtete Kraft bildet.