DE69402730T2

DE69402730T2 - Sicherungsmethode für einen Turbinenfutter

Info

Publication number: DE69402730T2
Application number: DE69402730T
Authority: DE
Inventors: Cristopher Charles Glynn; Roger Clayton Walker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1994-01-14
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2014-01-15
Also published as: EP0608080B1; DE69402730D1; JPH06280613A; EP0608080A1; US5320486A; JPH0713471B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinentriebwerke und insbesondere auf die Aufrechterhaltung des Verdichterauskleidungs-Segmentabstandes.
Ein typisches Flugzeug-Gasturbinentriebwerk enthält einen Verdichter zum Verdichten von Luft, die anschließend mit Brennstoff gemischt und in dem Brennkammerabschnitt gezündet wird, wobei die entstehenden Verbrennungsgase die Turbine antreiben. Der Verdichter und die Turbine sind von Gehäusen oder Auskleidungen umgeben, durch die Luft entweder entzogen oder verteilt wird.
In einem typischen Verdichter ist eine innere Auskleidung konzentrisch mit einem äußeren Gehäuse und haltert feststehende oder verstellbare Schaufeln. Die innere Auskleidung umgibt auch die Rotorschaufeln des Verdichters. Die durch den Verdichter erzeugte Luft ist auf einer extrem hohen Temperatur, und deshalb werden Verdichterauskleidungen verwendet, um eine aerodynamische Strömungsbahn zu formen und die Gehäusestruktur vor der Strömungsbahnumgebung zu schützen.
GB-A-786 689 zeigt eine Form von einer Konstruktion, in der der Leitschaufelmantel gehaltert ist, um eine thermische Expansion aufzunehmen.
Im allgemeinen ist die innere Verdichterauskleidung in Segmenten um den Umfang des Verdichters herum gebildet. Die Auskleidungen sind in zwei oder mehr Abschnitten gebildet, um große thermische Beanspruchungen aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen dem Gehäuse und den Auskleidungen zu eliminieren. Da die Auskleidung in Segmente unterteilt ist, erlaubt sie eine Rezirkulationsleckage zwischen den Segmenten, was seinerseits die Leistungsfähigkeit des Verdichters vermindert. Um diese Leckage zu verkleinern, sind zwischen den Auskleidungssegmenten Feder- bzw. Keildichtungen hinzugefügt.
Spaltabmessungen zwischen den Auskleidungssegmenten, wo die Federdichtungen angeordnet sind, werden durch die thermische Expansion der Auskleidungssegmente bestimmt. Da die Spalte zwischen den Auskleidungssegmenten groß sein müssen, um das thermische Schließen der Auskleidungssegmente zu kompensieren, ist es schwierig geworden, die Federdichtungen zwischen den Auskleidungssegmenten in Eingriff zu halten und eine richtige Funktion beizubehalten.
Um die Auskleidungssegmente in einer richtigen Ausrichtung zu halten, sind deshalb bisher zum Festhalten der Federdichtungen zwischen den Auskleidungssegmenten radiale Bolzen verwendet worden, um die Auskleidungssegmente an dem äußeren Gehäuse zu befestigen. Durch Befestigen der Auskleidungssegmenten an den äußeren Gehäusen kann ein gleichförmiger Abstand zwischen den Auskleidungen beibehalten werden. Jedoch erfordern radiale Bolzen eine Verstärkung auf dem äußeren Gehäuse und auch auf den Auskleidungen, um die strukturelle Integrität des Verdichters beizubehalten. Diese zusätzliche Verstärkung vergrößert das Gewicht und die Komplexität der Konstruktion und macht auch solche Auskleidungen schwieriger für die Montage und Demontage von dem Triebwerk.
Eine alternative Methode zum Positionieren von Auskleidungssegmenten besteht darin, einen Anschlag an dem axialen Flansch von jeder Gehäusehälfte in einer Umfangsvertiefung in dem Gehäuse zu bilden, das die Auskleidungssegmente hält. Diese Methode hat sich ebenfalls als nicht zufriedenstellend herausgestellt, da die Ausbildung eines Anschlages in der Gehäusevertiefung teure Bearbeitungsvorgänge erfordert und sich auch als ineffizient erwiesen hat.
Deshalb besteht ein Bedürfnis für einen verbesserten Mechanismus zum Aufrechterhalten eines gleichförmigen Abstandes zwischen den Verdichterauskleidungssegmenten, der die vorgenannten Probleme eliminiert, die mit radialen Bolzen und Gehäuseanschlägen verbunden sind.
Weiterhin besteht ein Bedürfnis für ein Segmentauskleidungs-Abstandssystem, bei dem die Segmente relativ billig zu fertigen und einfach zu installieren sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist ein System zum Positionieren von Auskleidungssegmenten in dem Verdichtergehäuse von einem Gasturbinentriebwerk derart, daß ein gleichförmiger Abstand zwischen den Auskleidungssegmenten beibehalten wird. Das System gemäß der vorliegenden Erfindung eliminiert das Erfordernis für eine Verstärkung der Gehäuse und Auskleidungen, wodurch das Gesamtgewicht und die Komplexität des Verdichters verkleinert wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Auskleidungssegment-Positioniersystem für ein Gasturbinentriebwerk zur Aufrechterhaltung eines gleichförmigen Umfangsspaltes zwischen benachbarten Auskleidungssegmenten geschaffen, wobei die Segmente in einem äußeren Gehäuse durch eine Flanschverbindung gehaltert sind, wobei das System enthält: Stiftmittel, die in der Flanschverbindung angeordnet sind; eine radiale und Umfangs-Halterungseinrichtung zur Halterung der Stiftmittel in radialer und in Umfangsrichtung innerhalb der Flanschverbindung; eine axiale Halterungseinrichtung zur Halterung der Stiftmittel in axialer Richtung in der Flanschverbindung; und erste und zweite Auskleidungssegmente, die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, daß: die axiale Halterungseinrichtung eine Eckaussparung aufweist, die in einem hinteren Flansch des zweiten Auskleidungssegmentes angeordnet ist, wobei die Stiftmittel in der Eckaussparung des Auskleidungssegmentes und in Umfangsrichtung benachbart zu dem ersten Auskleidungssegment angeordnet sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Verhindern von Rezirkulationsleckage zwischen benachbarten Verdichter-Auskleidungssegmenten in einem Gasturbinentriebwerk geschaffen, enthaltend: erste und zweite Auskleidungssegmente, die jeweils einen hinteren Flansch aufweisen, der in einer Vertiefung gehaltert ist, die in den innenseitigen Wänden von einem zugeordneten Verdichtergehäuse ausgebildet sind, wobei das erste Auskleidungssegment in Umfangsrichtung benachbart zu dem zweiten Auskleidungssegment angeordnet ist; und einen Schlitz, der in dem Verdichtergehäuse ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine Eckaussparung, die in dem Flansch des zweiten Auskleidungssegmentes benachbart zu dem Schlitz ausgebildet ist; und einen Positionierstift, der in dem Schlitz und der Eckaussparung angeordnet ist, wobei der Stift in radialer Richtung und in Umfangsrichtung durch den Schlitz gehaltet ist und der Stift in axialer Richtung durch die Eckaussparung gehaltert ist, wobei der Stift in Umfangsrichtung benachbart zu dem ersten Auskleidungssegment angeordnet ist.
Ein T-förmiger Stift kann in der Gehäuseaussparung angeordnet sein, um jedes Auskleidungssegment in Umfangsrichtung zu positionieren. Der Stift kann ein radial verlaufendes Ansatzstück aufweisen, das in einem radialen Schlitz in der äußeren Lippe der Verdichteraussparung aufgenommen ist, der den Stift in den Radial- und Umfangsdichtungen haltert. Das Auskleidungssegment unmittelbar benachbart zu dem Stift kann eine geformte Aussparung aufweisen, um den Stift so aufzunehmen, daß der Stift an einer axialen Bewegung gehindert ist. Der Ersatz des T-förmigen Stiftes für konventionelle Bolzen und Verstär kungs-Hardware verkleinert das Gewicht und die Komplexität des die Auskleidungssegmente befestigenden Systems.
Dementsprechend versucht die vorliegende Erfindung ein Verdichterauskleidungssegment-Positioniersystem für ein Turbinentriebwerk zu schaffen, bei dem ein Stift die Segmente in einer in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten, gleichförmigen Relation während des Triebwerkbetriebes hält; ein System, das ein leichtes Gewicht hat und keine Verstärkung der Gehäuse und Auskleidungen erfordert; und ein System, das relativ einfach zu fertigen und zu installieren ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun mit weiteren Einzelheiten anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine Detail-Seitenansicht im Schnitt von einer Verdichterstufe eines Turbinentriebwerks ist, die das System gemäß der Erfindung darstellt;
Figur 2 eine perspektivische Detailansicht von dem System gemäß Figur 1 ist; und
Figur 3 eine geschnittene Endansicht von dem System gemäß Figur 1 ist.

Detaillierte Beschreibung

Eine Verdichterstufe von einem Gasturbinentriebwerk, die allgemein mit 10 bezeichnet und in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, enthält ein äußeres Gehäuse 12 mit Seitenwänden 14, 16, die sich radial nach innen in Richtung auf eine Verdichterauskleidung erstrecken, die allgemein mit 17 bezeichnet ist. Das äußere Gehäuse 12 erstreckt sich in Umfangsrichtung um den Verdichter 10 herum und ist in Halbabschnitten 20, 22 gebildet (siehe Figur 3). Das Gehäuse 12 hat einen Flansch am Ende von jedem Abschnitt, um die Gehäuseabschnitte aneinander zu befestigen.
Die Verdichterauskleidung 17 ist von axial verlaufenden Segmenten 18 gebildet, die in Umfangsrichtung um den Verdichter 10 herum in dem äußeren Gehäuse 12 im Abstand angeordnet sind. Während des Betriebs des Verdichters 10 wird in dem Verdichter Wärme erzeugt, die zu einer thermischen Expansion der Auskleidungssegmente 18 führt. Da sich die Auskleidungssegmente 18 thermisch mit einer größeren Geschwindigkeit und einem größeren Ausmaß ausdehnen als das Gehäuse 12, das sie enthält, sind die Segmente so bemessen, daß Spalte 24 zwischen benachbarten Segmenten gebildet sind, die eine Bewegung der Segmente gestatten. Leider erlauben die Spalte 24 auch eine ungewünschte Rezirkulationsleckage von Verdichterluft, die zwischen Verdichtungsauskleidungssegmenten 18 und dem äußeren Gehäuse 12 hindurchtritt.
Um eine Rezirkulationsleckage zu verhindern, sind Feder- bzw. Keildichtungen 26 zwischen den Auskleidungssegmenten angeordnet (eine von ihnen ist in Figur 2 gezeigt). Die Federdichtung 26 paßt in damit zusammenarbeitende Nuten 28, die in den benachbarten Längsrändern von jedem Auskleidungssegment ausgebildet sind. Damit die Federdichtungen 26 zwischen den Auskleidungssegmenten 18 in Eingriff bleiben und richtig arbeiten, müssen die inneren Segmente in Umfangsrichtung in dem äußeren Gehäuse 12 in ihrer Lage gehalten sein.
Jedes Auskleidungssegment 18 weist Flansche 30, 32 auf, die entlang den Vorder- bzw. Hinterkanten von dem Auskleidungssegment angeordnet sind. Die Flansche 30, 32 sind in Vertiefungen 34, 36 gehalten, die auf entsprechende Weise in den Seitenwänden 14, 16 gebildet sind. Die Verbindungen zwischen den Flanschen 30, 32 und den Vertiefungen 34, 36 haltern die Auskleidungssegmente in axialer Richtung in bezug auf das äußere Gehäuse 12. Die Vertiefung 36 in der Seitenwand 16 ist zwischen einem äußeren Gehäusering 38 und einem inneren Gehäusering 40 gebildet. Der Flansch 32 des Auskleidungssegments 18 (Fig. 2) ist in der Vertiefung 36 so angeordnet, daß sich der äußere Gehäusering 38 über die äußere Oberfläche des Flansches 32 erstreckt und der innere Gehäusering 40 sich über die innere Oberfläche des Flansches 32 erstreckt .
Um jedes Auskleidungssegment in Umfangsrichtung zu positionieren, sind T-förmige Stifte 42 in die Gehäusevertiefung 36 eingebaut (siehe Fig. 3). Die Positionierstifte 42 sind in entsprechender Weise an den hinteren Enden von jedem Auskleidungssegment 18 angeordnet. Jeder Stift 42 weist radial verlaufende Stäbe 43 auf und ist in der radialen und Umfangsrichtung durch einen Schlitz 44 gehaltert, der in dem oberen Gehäusering 38 ausgebildet ist, der die Stäbe aufnimmt. Jeder Stift 42 ist in axialer Richtung durch ein benachbartes Auskleidungssegment 18 gehaltert, das den Stift 42 haltert, indem der Körper 45 des Stiftes innerhalb einer Eckaussparung 46 aufgenommen wird, die auf der Hinterkante des Flansches 32 gebildet ist. Die Aussparung 46 ist so bemessen, daß der Flansch 32 den Positionierstift 42 überlappt und den Körper 45 mit losen Toleranzen aufnimmt, die ausreichen, um eine thermische Expansion zu gestatten.
Infolgedessen eliminieren die Stifte 42 das Erfordernis für Bolzenverbindungen, und die Montage der Auskleidung 17 in dem äußeren Gehäuse ist vereinfacht worden. Die Montage und das Positionieren der Segmente 18 erfolgt dadurch, daß zuerst ein Positionierstift 42 in einem ersten Schlitz 44 in dem oberen Gehäusering angeordnet wird, dann ein erstes Auskleidungssegment 18 in Umfangsrichtung in die Gehäusevertiefung 36 geschoben wird, bis die Aussparung 46 den Positionierstift 42 überlappt. Dann wird eine Federdichtung 26 in der Nut 28 angeordnet. Ein zweiter Positionierstift 42 wird dann in einer zweiten Aussparung 44 angeordnet und ein zweites Auskleidungssegment 18 wird in die Vertiefung 36 geschoben, bis die Aussparung 46 den Stift überlappt Die Federdichtung 26 kommt auch mit der Nut 28 in dem Auskleidungssegment 18 in Eingriff. Diese Folge wird wiederholt, bis alle Auskleidungssegmente in Umfangsrichtung in dem Verdichtergehäuse 12 angeordnet sind, wobei jedes Paar benachbarter Auskleidungssegmente eine Nut- und Federverbindung aufweist.
Die vorstehende Beschreibung wurde anhand von einem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemacht, das in den Zeichnungen gezeigt ist, und speziell für Verdichterstufen von einem Strahlturbinentriebwerk. Der Fachmann, der in der Technik und Technologie erfahren ist, auf die sich diese Erfindung bezieht, wird jedoch erkennen, daß Abwandlungen und Änderungen in der beschriebenen Struktur vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Insbesondere ist diese Erfindung auf andere Stufen von einem Turbinentriebwerk anwendbar, wobei die Auskleidungssegmente verwendet werden, um eine aerodynamische Strömungsbahn zu bilden, um die Gehäusestruktur vor der Strömungsbahnumgebung zu schützen, wie beispielsweise in dem Turbinenabschnitt von dem Strahltriebwerk.

Claims

1. Auskleidungssegment-Positioniersystem für ein Gasturbinentriebwerk (10) zur Aufrechterhaltung eines gleichförmigen Umfangsspaltes zwischen benachbarten Auskleidungssegmenten (18), wobei die Segmente (18) in einem äußeren Gehäuse (12) durch eine Flanschverbindung (30, 32, 34, 36) gehaltert sind, wobei das System enthält:

Stiftmittel (42), die in der Flanschverbindung (30, 32, 34, 36) angeordnet sind;

eine radiale und Umfangs-Halterungseinrichtung (44) zur Halterung der Stiftmittel (42) in radialer und in Umfangsrichtung innerhalb der Flanschverbindung (30, 32, 34, 36);

eine axiale Halterungseinrichtung (18) zur Halterung der Stiftmittel (42) in axialer Richtung in der Flanschverbindung (30, 32, 34, 36); und erste und zweite Auskleidungssegmente (18), die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind;

dadurch gekennzeichnet, daß

die axiale Halterungseinrichtung (18) eine Eckaussparung (46) aufweist, die in einem hinteren Flansch des zweiten Auskleidugnssegmentes (18) angeordnet ist, wobei die Stiftmittel (42) in der Eckaussparung (46) des zweiten Auskleidugnssegmentes (18) und in Umfangsrichtung benachbart zu dem ersten Auskleidungssegment (18) angeordnet sind.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Stiftmittel wenigstens einen Stift (42) aufweisen, der T-förmig ist und einen Körper (45) und ein sich radial erstreckendes Ansatzstück (43) aufweist, wobei sich das Ansatzstück (43) von einer radial nach außen gerichteten Oberfläche (47) des Körpers (45) radial nach außen erstreckt.

3. System nach Anspruch 2, wobei die radiale und Umfangs-Halterungseinrichtung einen Schlitz (44) aufweist, der in dem äußeren Gehäuse (12) ausgebildet ist, und wobei sich das Ansatzstück (43) radial nach außen durch den Schlitz (44) erstreckt.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Eckaussparung (46) so bemessen ist, daß das zweite Auskleidungssegment (18) die Stiftmittel (42) überlappt.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stiftmittel eine Anzahl von Stiften (42) aufweisen, die um einen Umfang des äußeren Gehäuses (12) herum im Abstand angeordnet sind.

6. System nach Anspruch 5, wobei die Anzahl von Stiften wenigstens einen Stift (42) aufweist, der mit jedem der Auskleidungssegmente (18) in Eingriff ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ferner eine Nut- und Feder-Dichtungseinrichtung (26) vorgesehen ist, die zwischen jedem der Auskleidungssegmente (18) angeordnet ist.

8. System nach einem der Ansprüch 1 bis 7, wobei die Segmente (18) Verdichter-Auskleidungssegmente aufweisen.

9. System zum Verhindern von Rezirkulationsleckage zwischen benachbarten Verdichter-Auskleidungssegmenten (18) in einem Gasturbinentriebwerk, enthaltend:

erste und zweite Auskleidungssegmente (18), die jeweils einen hinteren Flansch (32) aufweisen, der in einer Vertiefung (36) gehaltert ist, die in den innenseitigen Wänden (16) von einem zugeordneten Verdichtergehäuse (12) ausgebildet sind, wobei das erste Auskleidungssegment (18) in Umfangsrichtung benachbart zu dem zweiten Auskleidungssegment angeordnet ist; und

einen Schlitz (44), der in dem Verdichtergehäuse (12) ausgebildet ist,

gekennzeichnet durch

eine Eckaussparung (46), die in dem Flansch (32) des zweiten Auskleidungssegmentes benachbart zu dem Schlitz (44) ausgebildet ist; und

einen Positionierstift (42), der in dem Schlitz (44) und der Eckaussparung (46) angeordnet ist, wobei der Stift (42) in radialer Richtung und in Umfangsrichtung durch den Schlitz (44) gehaltert ist und der Stift in axialer Richtung durch die Eckaussparung (46) gehaltert ist, wobei der Stift (42) in Umfangsrichtung benachbart zu dem ersten Auskleidungssegment (18) angeordnet ist.

10. System nach Anspruch 9, wobei der Stift (42) T- förmig ist und einen Körper (45), der in der Aussparung (46) gehaltert ist, und ein radiales Ansatzstück (43) aufweist, das in dem Schlitz (44) gehaltert ist.

11. System nach Anspruch 9 oder 10, wobei ferner eine Nut-und Feder-Dichtungseinrichtung (26) vorgesehen ist, die zwischen den ersten und zweiten Auskleidungssegmenten (18) angeordnet ist.