DE69408423T2

DE69408423T2 - Turbinegehäuse mit Dichtungskörper

Info

Publication number: DE69408423T2
Application number: DE1994608423
Authority: DE
Inventors: Jean Christian Henri Cattaneo
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2014-12-08
Also published as: FR2713709B1; EP0657624B1; FR2713709A1; DE69408423D1; EP0657624A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschinenwandung mit einem Dichtungskörper.
Turbomaschinenwandungen für Flugzeugmotoren bestehen insbesondere aus einem äußeren Gehäuse, das durch seine Steifigkeit den Zusammenhalt des Gesamtkomplexes sicherstellt, und einem zu dem Gehäuse konzentrischen inneren Mantel aus ringförmigen Segmenten, die mit dem Gehäuse und untereinander verbunden sind und zur Begrenzung des Gasströmungskanals dienen.
Durch FR-A-1 235 694 ist eine Feuerschutzdichtung bekannt, die zwischen zwei Montageflanschen angeordnet ist und eine komprimierbare innere Füllung aus Fasern sowie eine verformbare weiche Hülle aufweist.
Das Gehäuse, der Mantel und die transversalen Flansche, die die Segmente mit dem Gehäuse verbinden, begrenzen abgetrennte leere Hohlräume, die Gasverluste verursachen, welche den guten Wirkungsgrad der Maschine beeinträchtigen. Außerdem verursachen diese oft sehr heißen Gase radiale und longitudinale thermische Ausdehnungen an dem Gehäuse, die auf den Mantel zurückwirken und so die radialen Spiele zwischen dem Mantel und den freien Enden der Rotorschaufeln vergrößern. Ein größerer Teil des Gasdurchsatzes entzieht sich dadurch der Kompression durch die Schaufeln, in dem er sich entspannt und steht dann nicht für den Antrieb des Rotors zur Verfügung. Dies ist eine zweite Ursache für die Verringerung des Wirkungsgrads.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die leeren Hohlräume mit wärmeisolierenden Materialien auszufüllen, man hat jedoch offensichtlich immer nur Blöcke oder starre oder halbstarre Ringe aus Isolierwerkstoff, z. B. aus Harz, vorgeschlagen, bei denen immer noch Zwischenräume verbleiben, durch die die Leckverluste und, in einem gewissen Maß, die oben erwähnten durch Dichtheitsmängel verursachten Probleme, fortbestehen.
Das Ziel der Erfindung, das darin besteht, die leeren Hohlräume, die häufig eine komplizierte Form haben, vollständig oder fast vollständig aufzufüllen, wird dadurch erreicht, daß man dort Dichtungskörper anordnet, die aus einer weichelastischen und wenig luftdurchlässigen Hülle und einem in dieser weichelastischen Hülle enthaltenen wärmeisolierenden Material als Füllung bestehen. Die Nachgiebigkeit der Hülle und der Füllung ermöglicht zusammen mit der Kompressibilität der letzteren, daß der Dichtungskörper sich an die Flächen des Gehäuses, der Mantelsegmente, d. h. der Flansche anformt, so daß die Gasverluste fast vollständig eliminiert werden.
Im folgenden werden bestimmte konkrete Ausführungsformen der Erfindung anhand der anliegenden Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
Fig. 1 zeigt eine generelle Ansicht eines Teils einer Turbomaschine, wobei das für die Erfindung wesentliche Element nicht dargestellt ist,
Fig. 2 zeigt eine erste Realisierungsform der Erfindung,
Fig. 3 zeigt eine weitere Realisierungsform der Erfindung,
Fig. 4 zeigt den Dichtungskörper der zweiten Realisierungsform in getrennter Darstellung.
Zunächst werde Fig. 1 kommentiert. Es ist hier derjenige Teil der Turbomaschine dargestellt, an dem sich ein Hochdruckverdichter befindet, wo die Erfindung den größten Nutzen bringt. Die Turbomaschine besitzt ein äußeres Gehäuse 1, an dessen Außenfläche eine bestimmte Anzahl von kreisförmigen Ansätzen 2 vorgesehen sind, in die schräg verlaufende Schraubenlöcher 3 gebohrt sind. Auf der den Ansätzen 2 gegenüberliegenden Seite ist die Innenfläche des Gehäuses 1 glatt, so daß sich dort Flansche 4 von Mantelsegmenten 5 abstützen können. Die Flansche 4 sind ebenfalls mit Schraubenlöchern 6 versehen, die in der Verlängerung der Schraubenlöcher 3 der Ansätze 2 liegen. Dort sind Schraubenbolzen 7 eingesetzt, die die Flansche 4 an ihrer Stelle halten. Dies geschieht mit einer radialen Kraftkomponente, die die Flansche gegen die Oberfläche des Gehäuses 1 drückt, und einer axialen Komponente, die es ihnen ermöglicht, Dichtungen 8 gegen Schultern 9 des Gehäuses 1 zu anzudrücken. Das wesentliche Element der Dichtungen 8 ist jedoch nicht der starre Ring, der auf diese Weise komprimiert wird und den Dichtungen als Armierung dient, sondern eine dünne schräge Abdeckung 10, die mit einem Ende in den Ring eingelassen ist und deren anderes Ende sich an dem entsprechenden Segmentflansch 4 abstützt und die Schraubenlöcher 6 und Hohlräume 11 überdeckt, die über einen großen Teil ihrer Ausdehnung vorgesehen sind, damit sich die Flansche 4 effektiv nur über einen kleinen Teil ihres Umfangs an dem Gehäuse 1 abstützen, so daß exzessive Wärmeübertragungen vermieden und die Gefahr des Verkeilens bei der Montage verringert werden. Man sieht deshalb zusätzliche Schraubenbolzen 12 vor, um das Verspannen der Dichtungen 8 zu vervollständigen, indem Muttern 13 mit einer speziellen Form über den Dichtungen und über der Wandung des Gehäuses 1 angebracht werden.
Die Mantelsegmente 5 begrenzen außen einen ringförmigen Gasströmungskanal 14. Sie müssen eine Oberfläche bilden, die so kontinuierlich und regelmäßig wie möglich ist, um Leckverluste und Druckverluste zu verhindern. Sie sind durch verschiedene Arten von Kupplungselementen miteinander verbunden. Bestimmte Exemplare dieser Mantelsegmente können durch Falzverbindungen 15 miteinander verbunden sein, bei denen eine Lippe eines Segments in eine Kehle des anderen Segments eingreift.
Gewisse Mantelsegmente 5 tragen Leitschaufeln 16 zum Ausrichten der Gasströmung, die sich stufenweise mit den an dem Rotor 18 befestigten beweglichen Schaufeln 17 abwechseln. Zwischen den Mantelsegmenten 5 und den beweglichen Schaufeln 17 ist ein Spiel 19 vorhanden, das so klein wie möglich sein soll, um zu verhindern, daß dort ein nennenswerter Gasanteil ausströmt. Zu diesem Zweck wurden zahlreiche Vorrichtungen entwickelt, die hier nicht dargestellt sind, jedoch häufig beschrieben wurden und Gegenstand zahlreicher Patente sind. Diese Vorrichtungen dienen dazu, die Größe des Spiels 19 bei allen Betriebsbedingungen der Maschine zu steuern. Es handelt sich um Vorrichtungen, mit denen Gas zugeführt wird, das an einer anderen Stelle der Maschine entnommen wurde, um die thermischen Ausdehnungen der Mantelringe 5 zu regulieren. Aber diese Vorkehrungen werden beeinträchtigt durch die Verluste an Gas, das durch die Zwischenräume der Mantelsegmente 5 und durch das verbleibende Spiel zwischen den Flanschen 4, die Abdeckungen 10 und die Verschachtelungen 15 in die leeren Hohlräume 20 strömt, die innen von den Mantelsegmenten 5, außen von dem Gehäuse 1 und in axialer Richtung von den Flanschen 4, den Muttern der Schraubenbolzen 7 und 12 und die Dichtungen 8 begrenzt werden. Die Luftverluste tendieren dazu, eine Strömung zu bilden, die der Strömung in dem Strömungskanal 14 entgegengesetzt ist und das Gehäuse 1 exzessiv erwärmt, so daß es sich lokal ausdehnt und auch die angrenzenden Teile der Mantelsegmente 5 ausgedehnt werden.
Diese schädliche Strömung wird mittels eines Dichtungskörpers 25 (Fig. 2) verhindert, der im wesentlichen aus einer in einer weichen Hülle 27 enthaltenen Füllung 26 besteht. Dieser Dichtungskörper 25 füllt aufgrund seiner Nachgiebigkeit und wegen der Kompressibilität der Füllung 26, die sich unter der Einwirkung der umgebenden Druckdifferenzen verformen und an die Formen des jeweiligen Hohlraums 20 anpassen, die leeren Hohlräume 20 vollständig oder nahezu vollständig aus. Die verwendeten Materialien, insbesondere diejenigen der Füllung 26, sind schlechte Wärmeleiter und wenig luftdurchlässig, jedoch hinreichend porös, um die Kompressibilität der Füllung 26 nicht zu beeinträchtigen. Die Füllung 26 kann eine faserige Struktur haben, und die Hülle 27 kann aus einem Gewebe bestehen.
Die Fasern können aus Quarzwolle oder Metallfilzen besteht, und das Gewebe kann ein Geflecht aus Quarz-, Glas-, Kohlenstoff- oder Metallfäden sein.
Fig. 3 zeigt ein etwas anderes Konzept, bei dem der Dichtungskörper, der hier mit 125 bezeichnet ist und ebenfalls aus einer in einer weichelastischen Hülle 27 enthaltenen Füllung 26 besteht, durch eine kreisförmigen Feder 28 vervollständigt wird, die einen linearen Querschnitt hat, der einen spitzen Winkel oder eine offene Nadel bildet. Die Feder besteht aus zwei im wesentlichen steifen Federblättern 29, die durch ein elastisches Scharnier 30 miteinander verbunden sind, wobei das von den Federblättern 29 umschlossene Volumen 31 leer ist. Die Feder 28 wird komprimiert, so daß die Federblätter 29 dazu tendieren, sich auszudehnen und die Feder 28 zu öffnen, wobei die Füllung 26 nach außen getrieben und gegen die Flächen des Gehäuses 1 und die Mantelsegmente 5, einschließlich deren Vertiefungen und Spalte, gestaucht wird.
Fig. 4 zeigt den Dichtungskörper 125 in getrennter Darstellung. Er wird in Form eines Streifens hergestellt, der auf die gewünschte Länge zugeschnitten und rundgebogen wird, so daß er einen Ring bildet, dessen Enden verschlossen werden oder auch durch eine Naht, durch Verschweißen oder ein anderes für die Hülle 27 geeignetes Mittel miteinander verbunden werden können. Wenn die Federblätter 29 elastisch sind und somit eine gewisse Steifigkeit besitzen, sollten sie trotzdem genügend nachgiebig sein, so daß sie gebogen werden können.
Ein ähnliches Herstellverfahren kann auch für die einfachere Struktur von Fig. 1 vorgesehen sein. Es sei noch darauf hingewiesen, daß man auch einen Dichtungskörper verwenden kann, der aus nebeneinanderliegenden blockförmigen Abschnitten zusammengesetzt ist.

Claims

1. Turbomaschinenwandung, die ein äußeres Gehäuse (1) und einen von dem Gehäuse umgebenen Mantel umfaßt, der aus Segmenten (5) zusammengesetzt ist, die miteinander und über Flansche (4) mit dem Gehäuse verbunden sind und mit dem Gehäuse und den Flanschen abgetrennte Hohlräume (20) begrenzen, die von einem Dichtungskörper (25, 125) besetzt sind, der von einer aus einem Gewebe bestehenden weichelastischen Hülle (27) und einer faserigen Füllung (26) gebildet ist, wobei die weichelastische Hülle wenig luftdurchlässig ist und sich unter der Einwirkung der umgebenden Druckdifferenzen so verformt, daß sie sich an die Form der Hohlräume (20) anpaßt.

2. Turbomaschinenwandung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper außerdem von einer in der weichelastischen Hülle enthaltenen Feder (28) gebildet wird, die auf einen kleineren als ihren freien Querschnitt komprimiert ist.

3. Turbomaschinenwandung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder einen Querschnitt in Form einer offenen Nadel hat.