DE69415765T2

DE69415765T2 - Turbomaschine mit Einrichtungnen um das Schaufelspitzenspiel zwischen Rotor und Stator zu Regeln

Info

Publication number: DE69415765T2
Application number: DE69415765T
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis F-77310 Boissise Le Roi Charbonnel; Daniel Jean F-91450 Soisy S/Seine Marey; Fabrice F-77850 Hericy Marois; Gerard Gabriel F-77170 Brie Comte Robert Miraucourt
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1993-10-27
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2014-10-27
Also published as: US5616003A; EP0651139B1; EP0651139A1; FR2711730A1; FR2711730B1; DE69415765D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Turbomaschine mit Vorrichtungen zum Regeln des Spiels zwischen Stator und Rotor und insbesondere zwischen dem Stator und der Spitze der Lauf schaufeln des Rotors.
Sie kann im Bereich der Flugtechnik vielfach angewendet werden.
Die starken Erhitzungen, denen eine Turbomaschine eines Flugzeugmotors ausgesetzt wird, verursachen im allgemeinen Wärmedehnungen, deren Beschränkung von höchstem Interesse ist, um insbesondere die Gaslecks zwischen dem Rotor und dem Aufbau des von umgebenden Stators sowie die aus diesen Gaslecks resultierenden Leistungsverluste zu vermeiden.
Flugzeugmotoren (insbesondere diejenigen zum Antrieb von Düsenflugzeugen) müssen unter Bedingungen arbeiten können, die sich möglicherweise rasch ändern. Diese Änderungen der Betriebsbedingungen können ein Hochlaufen des kalten Rotors, ein Betätigen des Gashandhebels, ein Hochlaufen des warmen Rotors oder jegliche sonstigen, dem Fachmann wohlbekannten Betriebsbedingungen sein.
Es ist daher erforderlich, zwischen dem Statorring und dem Rotor bei veränderlichen Betriebsbedingungen wie den obengenannten ein konstantes Spiel zu erzielen. Insbesondere ist es von größter Wichtigkeit, daß die radialen Spiele zwischen den äußeren Enden der Lauf schaufeln des Rotors und dem inneren Statorring, auf dem die feststehenden Leitschaufeln zum Leiten des Luftstroms zwischen den Laufschaufeln sitzen, so konstant wie möglich sind.
Nun ist es ziemlich schwierig, solche konstanten Spiele zu erzielen, und zwar einerseits aufgrund der Dehnung und der unter Einwirkung von Geschwindigkeitsänderungen sich verändernden mechanischen Konstruktion des Rotors und andererseits durch den relativen Temperaturanstieg zwischen dem Stator und dem Rotor, der durch eine große, aber notwendige Differenz des Wärmeleitwiderstandes bewirkt wird.
Es sind unterschiedliche Mittel bekannt, um die Folgen des Verschleißes des Statorrings, der auf eine stärkere Dehnung der Laufschaufeln als im sogenannten "Normalbetrieb" zurückzuführen ist, einzuschränken. Ein erstes Mittel besteht darin, die Ringe an der Stelle, an der sich die Laufschaufeln vorbeibewegen, mit einer Beschichtung aus weichem Material zu versehen; so würde durch die bei einer stärkeren Dehnung der Laufschaufeln eventuell auftretende Reibung zwischen deren Enden einen Abrieb der Beschichtung und an dieser Stelle eine Formverbesserung des Stators entstehen.
Ein weiteres Mittel, mit dem ein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt werden kann, besteht darin, den Stator so zu konstruieren, daß es möglich ist, an ihm Gas, das beispielsweise an einer anderen Stelle des Motors entnommen wird, bei einer Temperatur und in einer Menge zirkulieren zu lassen, durch die wahlweise ein Erwärmen oder ein Abkühlen bewirkt wird, wodurch die Dehnungen des Rings und damit das Spiel zwischen ihm und den Laufschaufeln geregelt werden können.
Ein solches Beschicken des Leitträgeraufbaus mit veränderlich temperierbarer Luft ermöglicht es, durch Ändern der Dehnungs- und Kontraktionsgeschwindigkeit des Aufbaus diesen an verschiedene Betriebsbedingungen des Motors anzupassen.
Um die Dehnung und Kontraktion des Aufbaus auf dem gesamten Umfang des Gehäuses zu gewährleisten, ist dieses im allgemeinen in einem einzigen Stück ausgeführt; es handelt sich also um ein Gehäuse mit einem 360º-Umfang.
In den Schriften FR 2 683 851, FR 2 516 980 und FR 2 482 661 werden Turbomaschinen beschrieben, deren Statoren doppelwandige Gehäuse besitzen, die sich auf einer vollständigen Umfangslinie um die Rotoren herum erstrecken, wobei die Heiz- oder Kühlluft zwischen den beiden Wandungen des Gehäuses zirkuliert. Bei derartigen Turbormaschinen sind die Ringelemente (oder Ringsektoren) direkt mit dem Gehäuse verbunden. So können bei Dehnungen oder Kontraktionen des Gehäuses Verschiebungen der Ringelemente stattfinden, die die Kreisförmigkeit des Aufbaus beeinträchtigen.
Um eine vollkommene Kreisförmigkeit der Ringelemente zu bewahren und eine sofortige Reaktion des Aufbaus auf die Dehnung und die Kontraktion zu gewährleisten, sind dem Fachmann Mittel zur Anpassung der Ringelemente an das Gehäuse bekannt. In der Schrift GB- 2 115 487 werden Statorringe beschrieben, die mit Schwalbenschwanzverbindung in Halterungen sitzen. In der Schrift FR 2 482 662 wird ein segmentierter und mit Öffnungen versehener Statorring beschrieben.
Keines dieser Anpassungsmittel gewährleistet eine flexible Verbindung der Ringelemente mit dem Gehäuse.
Diese Erfindung hat nun zur Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen. Hierzu ist in ihr eine Turbomaschine vorgesehen, deren Gehäuse, das einen 360º-Umfang aufweist, und deren Ringelemente über einen Festpunkt und gleitende Stützelemente miteinander verbunden sind, die dem Statorring einen flexiblen Umfang verleihen.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Turbomaschine mit:
- einem Statorring, der aus mehreren Ringelementen in der Form von Kreissektoren, die jeweils auf einer Innenseite feststehende Schaufeln tragen, besteht, und
- einem kreisförmigen Gehäuse, das den Ring umgibt.
Diese Turbomaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Stützring aufweist, der zwischen dem Gehäuse und dem Statorring gelagert ist, mit dem genannten Statorring fest verbunden ist und aus mehreren kreisbogenförmigen Ringsektoren besteht, die jeweils durch eine Festpunktverbindung (10) und mindestens zwei gleitende Stützelemente (11) an dem Gehäuse befestigt sind, wobei letztere sich zu beiden Seiten der Festpunktverbindung befinden, um dem Statorring einen flexiblen Umfang gegenüber dem Gehäuse zu geben.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Turbomaschine einen Stützring auf der zwischen dem Gehäuse und dem Statorring gelagert ist und aus mehreren kreisbogenförmigen Ringsektoren besteht, die jeweils durch eine Festpunktverbindung und gleitende Stützelemente an dem Gehäuse befestigt sind und einen U-förmigen Querschnitt haben, dessen Öffnung dem Statorring zugewandt ist, wobei jedes Statorringelement Befestigungsmittel aufweist, die in die Öffnung von mindestens einem Ringsektor eingeführt werden können, um den genannten Ringsektor und das Statorringelement fest miteinander zu verbinden.
Bei dieser Ausführungsform weist jeder Ringsektor einen stromaufwärtigen Schenkel und einen stromabwärtigen Schenkel auf, wobei jeder dieser stromaufwärtigen und stromabwärtigen Schenkel erste Aussparungen aufweisen, die in radialer Richtung zu dem Statorring hin offen sind, um dem genannten Ringsektor einen flexiblen Umfang zu geben. Der stromaufwärtige Schenkel weist ferner zweite Aussparungen auf.
Bei dieser Ausführungsform weist die Turbomaschine auf beiden Seiten jedes Ringsektors Druckspannmittel auf, um eine feste Verbindung des genannten Ringsektors mit dem Befestigungsmittel des Statorringelements zu gewährleisten.
Diese Druckspannmittel bestehen aus einer Schraube und einer konischen Mutter, die in den Ringsektor eingesetzt werden und sich beim Einschrauben der Schraube auseinanderbewegen können, wobei die Basis der genannten Mutter dann gegen die Innenseiten des Ringsektors drückt.
Die Befestigungsmittel jedes Statorringelements bilden mit den Enden der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Schenkel des Ringsektors, in den es eingesetzt wird, eine Schwalbenschwanzverbindung.
Bei dieser Ausführungsform besteht jede Festpunktverbindung aus einem Schraube/Mutter- System, das zwischen einem Ringsektor und dem Gehäuse eine feste Verbindung ohne Spiel gewährleistet, wobei die Mutter durch die zweite Aussparung in den Ring eingeführt wird und in Anlage an einer Innenseite des Stegs des Ringsektors angeordnet wird.
Die Schraube kann beispielsweise mit einer Neigung von annähernd 45º zur radialen Richtung in den Ringsektor eingeführt werden. Nach einem anderen Beispiel kann sie in radialer Richtung in den Ringsektor eingeführt werden, wobei die Mutter dann eine konische Form hat, deren Basis dem Statorring zugewandt ist.
Bei dieser Ausführungsform besteht jedes gleitende Stützelement aus:
- einer Schraube, die durch eine in dem Steg des Ringsektors ausgeführte Öffnung in den genannten Ringsektor eingeführt wird,
- einer Fußplatte mit einer Erhebung, durch die ein Loch gebohrt ist, das an der Wand einen Gewindegang aufweist, um die genannte Schraube aufzunehmen, und die sich durch die Öffnung des Stegs erstreckt, um mit dem Gehäuse in Berührung zu kommen,
- zwei Auflagestücken, die zu beiden Seiten des Lochs der Fußplatte angeordnet sind und so an dem Ringsektor befestigt sind, daß sie ein Verschieben der Fußplatte auf den Auflagestücken ermöglichen.
Die Schraube wird hier mit einer Längsneigung des Winkels α in den Ringsektor eingeführt, und die Auflagestücke weisen eine Oberfläche auf; die gegenüber der radialen Richtung um einen Winkel α geneigt ist.
Vorteilhafterweise werden die ersten Aussparungen des stromabwärtigen Schenkels von Dichtungsplatten (25) verschlossen. Jeder Ringsektor weist um die ersten Aussparungen herum Rillen auf, in die die Dichtungsplatten positioniert und eingefügt werden.
Der stromabwärtige Schenkel jedes Ringsektors kann an einem Ende eine Verlängerungszunge und an einem anderen Ende eine Bearbeitung aufweisen, die ein überlappendes Einsetzen des genannten Ringsektors in die benachbarten Ringsektoren gewährleistet.
Es folgt eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen, wobei
Fig. 1 einen Hochdruckkompressor, der mit Mitteln zum Steuern der Spiele zwischen Rotor und Stator ausgerüstet ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt,
Fig. 2 einen Diametralschnitt der Turbomaschine gemäß der ersten Ausführungsform darstellt, wobei die winkelmäßige Verteilung der Statorringelemente und der Ringsektoren im Inneren des Gehäuses gezeigt wird,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Ringsektors von Fig. 2 zeigt,
Fig. 4 eine Teilansicht des stromabwärtigen Schenkels und des stromaufwärtigen Schenkels eines Ringsektors von Fig. 2 zeigt,
Fig. 5 in einem Axialschnitt die Spannmittel darstellt, die gemäß der ersten Ausführungsform die feste Verbindung der Ringsektoren mit den Statorringelementen gewährleisten,
Fig. 6 in einem Axialschnitt einen Festpunkt gemäß der ersten Ausführungsform darstellt,
Fig. 7 im Axialschnitt eine Variante der Spannmittel und der Dichtungsmittel gemäß der ersten Ausführungsform darstellt,
Fig. 8 im Axialschnitt ein gleitendes Stützelement darstellt, das den Ringsektor und das Gehäuse gemäß der ersten Ausführungsform miteinander verbindet,
Fig. 9 in einer perspektivischen Ansicht die Auflagestücke und die Fußplatte darstellt, die das gleitende Stützelement von Fig. 8 bilden,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht der Verbindungsstelle zwischen zwei Ringsektoren von Fig. 2 zeigt.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen.
In Fig. 1 wurde ein Hochdruckkompressor mit einem Außengehäuse 1 mit einem Umfang über 360º und mit Mitteln zum Steuern der Spiele gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Dieses Gehäuse 1 weist zwei leicht konische, konzentrische Ummantelungen (oder zwei Wände) auf die durch einen (in Fig. 1 schraffiert dargestellten) Raum voneinander getrennt sind, in dem die Heiz- oder Kühlluft zirkuliert. Dieses doppelwandige Gehäuse ist vom gleichen Typ wie das in der oben angeführten Schrift FR 2 683 851 beschriebene; es wird daher nicht näher beschrieben.
Dieses Gehäuse 1 umgibt mehrere Statorringelemente 2, die im wesentlichen konisch sind. Diese Statorringelemente 2 sind aneinanderliegend angeordnet und durch Einsetz-Verbindungen 3 zusammengesetzt, so daß sie einen einzigen kontinuierlichen und parallel zum Gehäuse 1 verlaufenden Statorring bilden.
Auf jedem Statorringelement 2 sitzt eine Stufe feststehender Statorschaufeln 4, auch Leitstufe genannt. Zwischen jedem Stufenpaar mit feststehenden Statorschaufeln 4 liegt eine Stufe mit Laufschaufeln 5 des Rotors.
In Fig. 1 sind außerdem die Ringe 6 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt, wobei diese Ringe wesentliche Verschiebungen der Statorringelemente 2 in Abhängigkeit von den Ausdehnungen und Kontraktionen des Gehäuses 1 zulassen. Diese Ringe 6 bestehen jeweils aus mehreren Ringsektoren, die aneinanderliegend angeordnet und ineinander eingesetzt sind, so daß sie kontinuierliche Ringe bilden.
In dieser Fig. 1 wird der Querschnitt eines Rings 6 gezeigt. Wie in der Figur zu sehen ist, hat jeder Ring 6 einen U-förmigen Querschnitt, wobei die offene Seite des U dem Statorring 2 zugewandt ist.
Jedes Statorringelement 2 weist an seiner Außenseite, d. h. auf der Seite, auf der sich die feststehenden Statorschaufeln 4 nicht befinden, Befestigungsmittel 9 für den Ring 6 auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen diese Befestigungsmittel 9 aus einem schwalbenschwanzförmigen Zapfen 9a, der in die Öffnung des Rings 6 eingeführt werden kann. Die Enden des stromaufwärtigen Schenkels 7 und stromabwärtigen Schenkels 8 bilden eine Nut 9b, die geeignet ist, den Zapfen 9a aufzunehmen. Die Nut 9b und der Zapfen 9a bilden so eine Schwalbenschwanzverbindung. Spannmittel, die in dieser Fig. 1 nicht dargestellt sind, üben auf beiden Seiten des stromaufwärtigen Schenkels 7 und stromabwärtigen Schenkels 8 des Rings 6 eine Klemmwirkung aus, um eine feste Verbindung des genannten Rings 6 mit dem Statorring 2 zu gewährleisten.
Jeder Ringsektor 6 ist am Gehäuse mittels eines Festpunkts 10 befestigt, der unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher beschrieben wird. Jeder Ringsektor 6 ist am Gehäuse ferner mittels gleitender Stützelemente befestigt, die in dieser Fig. 1 nicht dargestellt sind, jedoch im Verlauf der Beschreibung noch näher beschrieben werden.
Fig. 2 sowie die darauffolgenden Fig. 3 bis 10 zeigen in Einzelheiten Elemente, aus denen die erste Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Steuermittel besteht.
Fig. 2 zeigt die winkelmäßige Verteilung der Statorringelemente 2 und der Ringsektoren 6 im Inneren des Gehäuses 1. Der Statorring 2 besteht also aus mehreren Ringelementen, von denen in Fig. 2 drei dargestellt sind und die Bezugszahlen 2a, 2b und 2c haben. Desgleichen besteht der Ring 6 aus mehreren Ringsektoren, von denen in dieser Fig. 2 vier dargestellt sind und die Bezugszahlen 6a, 6b, 6c und 6d haben. Gemäß der in dieser Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist jeder Ringsektor so groß wie etwa zwei Statorringelemente.
Es soll hier jedoch ausdrücklich vermerkt werden, daß die Größe eines Statorringelements und die Größe eines Ringsektors vollkommen unabhängig voneinander sind.
Jeder Ringsektor 6a, 6b, 6c und 6d ist mit dem Gehäuse durch einen Festpunkt verbunden, der die Bezugszahlen 10a, 10b, 10c bzw. 10d hat. Ferner ist jeder Ringsektor 6a, 6b, 6c und 6d mit dem Gehäuse durch gleitende Stützelemente verbunden. Diese gleitenden Stützelemente sind pro Ringsektor vier an der Zahl, und sie sind wie folgt verteilt:
- zwei gleitende Stützelemente beiderseits des Festpunkts, und
- zwei gleitende Stützelemente jeweils an einem Ende eines Ringsektors.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist der Ringsektor 6a zwei gleitende Stützelemente 11a und 11b beiderseits des Festpunkts 10a sowie an seinen beiden Enden zwei gleitende Stützelemente 11c bzw. 11d auf.
Gemeinsam gewährleisten diese gleitenden Stützelemente bei jedem Ringsektor ein unmittelbares Verschieben des Ringsektors an der Umfangslinie (in Fig. 2 mit den Pfeilen) und damit der mit diesem Ringsektor verbundenen Statorringelemente zu der Verschiebebewegung des Gehäuses.
Ferner wurden in dieser Fig. 2 schematisch die Aussparungen des stromaufwärtigen Schenkels des Ringsektors 6a dargestellt. In der Tat weist jeder Ringsektor mehrere Aussparungen auf, und zwar die Aussparungen 12 nur an dem stromaufwärtigen Schenkel, und die Aussparungen 13 an dem stromaufwärtigen Schenkel und an dem stromabwärtigen Schenkel, wobei diese Aussparungen einen flexiblen Umfang des Ringsektors gewährleisten. Die Ringsektoren 6a, 6b ... sind mit den benachbarten Ringsektoren im Bereich der Mitte einer Aussparung 12 zusammengefügt.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Ringsektors 6a von Fig. 2. Hier wird nun der Ringsektor 6a in einem Schnitt in der Höhe einer Aussparung 13, das Gehäuse 1, an dem der Ringsektor 6a befestigt ist, sowie der Statorring 2 mit seinem schwalbenschwanzförmigen Zapfen 9a, um den herum die schwalbenschwanzförmigen Enden 9b des stromaufwärtigen Schenkels 7 und stromabwärtigen Schenkels 8 sitzen, gezeigt. Genauer ausgedrückt, der Ringsektor 6a ist an dem Gehäuse 1 über den Festpunkt 10a und mehrere gleitende Stützelemente befestigt, von denen in dieser Figur drei dargestellt sind und die Bezugszahlen 11a, 11b und 11c haben.
In dieser Figur wurden die Aussparungen 12 des stromaufwärtigen Schenkels sowie die Aussparungen 13 mit ihrem radialen Schlitz dargestellt, wobei diese Aussparungen 13 auch an dem stromabwärtigen Schenkel vorhanden sind, aber bei dieser perspektivischen Ansicht des Ringsektors 6a nicht zu sehen sind.
Ferner wurden in Fig. 4 in Teil A ein Abschnitt des stromaufwärtigen Schenkels 7 des Ringsektors 6a und in Teil B ein Abschnitt des stromabwärtigen Schenkels 8 desselben Ringsektors da dargestellt.
Genauer ausgedrückt, der Teil A von Fig. 4 zeigt die Außenseite des stromaufwärtigen Schenkels 7 des Ringsektors 6a. Dieser Teil A zeigt also die Aussparungen 12 des stromauf wärtigen Schenkels 7 sowie die Aussparungen 13 desselben stromaufwärtigen Schenkels 7. Wie oben erläutert, weisen diese Aussparungen 13 eine radiale Öffnung 13a (oder auch radialen Schlitz) auf die im inneren Teil des Ringsektors beginnt (d. h. in dem Teil mit dem kleinsten Durchmesser) und in der Aussparung 13 endet. Durch diese radialen Schlitze erhält der Ringsektor 6a einen flexiblen Umfang.
Durch die in dem stromaufwärtigen Schenkel 7 ausgeführten Aussparungen 12 kann die Materialmenge, die zur Herstellung dieses Rings erforderlich ist, verringert werden; dadurch wird der Ring leichter. Außerdem werden durch diese Aussparungen 12 die Wärmetauschvorgänge zwischen der Umgebung und dem Ring 6 reduziert.
In diesem Teil A von Fig. 4 wurden auch die Muttern 14 der Spannmittel dargestellt.
Der Teil B von Fig. 4 zeigt die Innenseite des stromabwärtigen Schenkels 8 des Ringsektors 6a. Dieser stromabwärtige Schenkel 8 weist die Aussparungen 13 mit Aren radialen Schlitzen 13a sowie Schrauben 15 auf, die sich von einer Seite zur anderen durch den Ringsektor erstrecken und in den Muttern 14 des stromaufwärtigen Schenkels 7 befestigt werden. Jede Schraube 15 bildet mit einer Mutter 14 zusammen das Spannmittel, das den Ringsektor um den schwalbenschwanzförmigen Zapfen des Statorrings herum festklemmt.
In diesem Teil B sind ferner die Schrauben des Festpunkts 10a und des gleitenden Stützelements 11a dargestellt. Diese Schrauben sind gestrichelt dargestellt, da sie an der Innenseite des stromabwärtigen Schenkels 8 nicht zu sehen sind. Die Schraube 16a des Festpunkts 10a ist in das Gehäuse 1 eingeführt und der stromabwärtige Schenkel 8 ist in der Mutter 16b befestigt, die sich in Kontakt mit der Innenseite des stromabwärtigen Schenkels 8 befindet. Diese Mutter 16b ist an dem stromabwärtigen Schenkel 8 mittels zweier Nieten 17a und 17b befestigt.

Dieser Festpunkt wird im Verlauf der Beschreibung noch eingehender beschrieben

Das gleitende Stützelement 11a ist in diesem Teil B von Fig. 4 ebenfalls dargestellt. Die Schraube 18a des gleitenden Stützelements wird in eine Fußplatte 18b mit einer Erhebung eingeführt, durch die ein Loch gebohrt ist, an dessen Wand ein Gewindegang ausgeführt ist. Diese Fußplatte 18b befindet sich in Anlage an den Auflagestücken 19a und 19b, die zu beiden Seiten des genannten Lochs der Fußplatte 18b angeordnet sind. Durch diese Auflagestücke 19a und 19b hindurch erstrecken sich die Schrauben 15, wodurch die genannten Auflagestücke fest mit dem stromabwärtigen Schenkel 8 verbunden werden. Ferner ist in dem Steg 20 des Ringsektors eine Öffnung 21 ausgeführt; die Fußplatte 18b hat mit Ihrer Erhebung eine "buckelige" Form, die mit einem Teil in die Öffnung 21 des Stegs 20 des Ringsektors 6a paßt, um in direkten Kontakt mit der Innenwand des Gehäuses 1 zu gelangen. Die Seitenteile der Fußplatte 18b können daher auf diesen Auflagestücken 19a und 19b gleiten, wodurch sie ein Umfangsspiel des Ringsektors 6a gegenüber dem Gehäuse 1 schaffen.
Gemäß einer Ausführungsform besteht diese Fußplatte 18b aus einer Mutter mit doppelter Tragfläche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung bilden die Auflagestücke 19a und 19b einen Winkel von ca. 45º zu dem stromabwärtigen Schenkel 8, so daß ein besseres Gleiten der Fußplatte 18b gewährleistet ist.
Dieses gleitende Stützelement wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 noch eingehender beschrieben.
Dieser Teil B von Fig. 4 zeigt ferner eine Dichtungsplatte 25, die in Rillen (oder Schlitze) eingefügt werden können, die um die Aussparungen 13 des stromabwärtigen Schenkels 8 herum geformt wurden. Diese Rillen, die die Bezugszahl 26 haben, sind in der Figur gestrichelt dargestellt, da sie auf der Außenseite des stromabwärtigen Schenkels 8 ausgeführt sind. Die Dichtungsplatte 25 weist (gestrichelt dargestellte) Rückführungen auf, die sich in die Rillen 26 einfügen können, um das Plazieren und Einsetzen der genannten Dichtungsplatten 25 in den stromabwärtigen Schenkel 8 zu gewährleisten. Das Plazieren derartiger Dichtungsplatten 25 vor den Aussparungen 13 des stromabwärtigen Schenkels 8 des Ringsektors 6a hat den Zweck, ggf ein Wiedereintreten der Gase von der stromabwärtigen zur stromaufwärtigen Seite des Rings zu verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 7 dargestellt ist, wird die Dichtigkeit des stromabwärtigen Schenkels jedes Ringsektors mit einer ringförmigen Dichtung 38 hergestellt, die sich an dem stromabwärtigen Teil der gesamten Schwalbenschwanzverbindung in Anlage befindet.
In Fig. 5 wurden die Spannmittel im Axialschnitt darstellt. Wie oben kurz beschrieben, bestehen diese Spannmittel aus einer Schraube 15, die in den stromabwärtigen Schenkel 8 des Rings 6 eingeführt ist und sich von einer Seite zur anderen durch diesen Ring erstreckt. Diese Schraube 15 ist in einer Mutter 14 befestigt, die sich an der Außenseite des stromaufwärtigen Schenkels 7 in Anlage befindet. Auf diese Weise kann durch diese Spannmittel die Nut 9b, die von den Schenkeln 7 und 8 des Rings 6 gebildet wird, auf dem schwalbenschwanzförmigen Zapfen 9a des Statorrings 2 zusammengedrückt werden.
In Fig. 6 wurde ein Festpunkt im Axialschnitt dargestellt. Dieser Festpunkt 10 besteht aus einem Schraube/Mutter-System, das in das Gehäuse 1 und in den Ring 6 eingeführt wird, um diese fest miteinander zu verbinden. Genauer ausgedrückt, weist dieses Schraube/Mutter- System eine Schraube 16a auf, die durch eine Durchführung in das Gehäuse 1 und in den Steg 20 des Rings 6 eingeführt wird. Eine Mutter 16b, die durch eine der Aussparungen 12 des stromaufwärtigen Schenkels 7 in den Ring 6 eingeführt wird, gewährleistet die Befestigung der Schraube 16a. Die dergestalt in der Mutter 16b befestigte Schraube 16a gewährleistet die feste Verbindung des Rings 6 mit dessen Steg 20 an der Innenwand des Gehäuses 1.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Mutter 16b eine Nietmutter, deren Flansche mit Nieten, die in Fig. 4 die Bezugszahlen 17a und 17b haben, an dem Ring 6 befestigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, d. h. der Ausführungsform, die in Fig. 6 dargestellt ist, wird die Schraube 16a mit einer Längsneigung in das Gehäuse 1 und den Ring 6 eingeführt, wobei die Mutter 16b eine geeignete Form aufweist, um die so geneigte Schraube 16a aufzunehmen und sich gleichzeitig in fester Anlage an der Innenseite des Stegs 20 des Rings 6 zu befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 7 dargestellt ist, bestehen die Befestigungsmittel 9 zwischen dem Statorring 2 und dem Ring 6 aus einer Nut 30b, die in jedem Statorringelement 2 ausgebildet ist, und einem Zapfen 30a, der von den inneren Enden des stromaufwärtigen Schenkels 7 und des stromabwärtigen Schenkels 8 der Ringsektoren gebildet wird. Außerdem wird die feste Verbindung ohne Spiel zwischen jedem Ringsektor und dem Gehäuse 1 mittels einer Linsenschraube 32 hergestellt, die in radialer Richtung in das Gehäuse 1 und den Ring eingeführt wird. Diese Schraube wird in eine konisch geformte Mutter 34 eingeführt, deren Basis dem Statorring zugewandt ist und sich in Berührung mit den Innenseiten des stromaufwärtigen und des stromabwärtigen Schenkels befindet. Auf der Außenseite jedes Statorringelements ist ein Möndchen 36 geformt. So kommt die Schraube 32, wenn sie festgezogen wird, mit Ihrem linsenförmig gewölbten Ende in dem Möndchen 36 in Anlage, die Mutter 34 hebt sich und spreizt durch Are konische Form den Ringsektor, wodurch die feste Verbindung ohne Spiel zwischen dem Statorringelement 2 und dem Ringsektor 6 entsteht.
Desgleichen ist an jedem Sektorende eine konische Mutter 34 über zwei Sektoren hinweg angeordnet und ermöglicht es auf diese Weise, daß sich die Sektoren gegenüber den Ringen je nach thermischen Schwankungen verschieben können.
In Fig. 8 wurde ein gleitendes Stützelement im Axialschnitt dargestellt. Dieses gleitende Stützelement 11 besteht aus einem Schraube/Mutter-System, bei dem sich die Mutter auf Auflagestücken verschieben kann. Genauer ausgedrückt, weist dieses Schraube/Mutter-System eine Schraube 18a auf, die in das Gehäuse 1 und in die Erhebung der Fußplatte 18b eingeführt ist. Diese Fußplatte besteht aus einem Sockel und der in der Mitte des Sockels befindlichen Erhebung. In dem Steg 20 des Rings 6 ist eine Öffnung 21 ausgeführt, die groß genug ist, um die Erhebung der Fußplatte 18b durchzulassen, welche auf diese Weise in Kontakt mit der Innenwand des Gehäuses 1 gelangen kann.
Eine Mutter 18c gewährleistet die Befestigung der Schraube 18a in der Fußplatte 18b. Der Sockel der Fußplatte 18b liegt an zwei Auflagestücken an, von denen nur das Auflagestück 19a in Fig. 8 zu sehen ist. Da die sich durch die Öffnung 21 des Stegs 20 erstreckende Erhebung der Fußplatte 18b und der Sockel der genannten Fußplatte 18b auf den Auflagestücken gleiten können, wird dadurch ein Umfangsspiel des Rings 6 gegenüber dem Gehäuse 1 ermöglicht. Auf diese Weise wird durch derartige Stützelemente 11 das Verschieben des Rings 6 und damit des Statorrings 2 je nach den thermischen Schwankungen ermöglicht.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden das Auflagestück 19a sowie alle Auflagestücke in dem Ring 6 durch die Spannmittel 14, 15, die an den äußeren Enden der Auflagestücke durch diese hindurch verlaufen, in fester Verbindung mit dem Ring gehalten.
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Auflagestücke und der Fußplatte eines gleitenden Stützelements. In dieser Fig. 9 sind die Auflagestücke 19a und 19b zu sehen, die eine in einem Winkel von 45º zur radialen Richtung geneigte Wand aufweisen, auf der der Sockel 18b' der Fußplatte 18b verschoben werden kann.
In dieser Fig. 9 ist die in die Öffnung 21 eingeführte Erhebung 18b" der Fußplatte 18b deutlich zu sehen. Ein Pfeil zeigt das Spiel zwischen der Erhebung 18b" und dem Ring 6. Ferner ist schematisch die in die Erhebung 18b" eingeführte und mit der Mutter 18c befestigte Schraube 18a dargestellt.
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht der Verbindungsstelle zwischen zwei Ringsektoren 6a und 6b. Diese Verbindung ist in der Mitte einer Öffnung 21 hergestellt, die zum Teil in dem Steg 20 des Ringsektors 6a und zum Teil in dem Steg 20 des Ringsektors 6b ausgeführt ist.
Ferner weist der stromabwärtige Schenkel 8 des Ringsektors 6b eine Verlängerungszunge 22b auf, die in dem genannten stromabwärtigen Schenkel 8 ausgeformt ist; der stromabwärtige Schenkel 8 des Ringsektors 6a weist eine zu der Verlängerungszunge 22b symmetrische Verlängerungszunge 22a auf; dabei sind die Verlängerungszungen 22a und 22b komplementär, so daß sie ineinander eingreifen können. Durch die stattfindende Überlappung der stromabwärtigen Schenkel gewährleistet eine solche Verbindung der Ringsektoren die Dichtigkeit des Rings.

Claims

1. Turbomaschine mit:

- einem Statorring (2), der aus mehreren Ringelementen (2a, 2b, ...) mit der Form von Kreissektoren, die jeweils auf einer Innenseite feststehende Schaufeln (4) tragen, besteht, und

- einem kreisförmigen Gehäuse (1), das den Statorring umgibt,

dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Stützring (6) aufweist, der zwischen dem Gehäuse und dem Statorring gelagert ist, mit dem genannten Statorring fest verbunden ist und aus mehreren kreisbogenförmigen Ringsektoren (6a, 6b, ...) besteht, die jeweils durch eine Festpunktverbindung (10) und mindestens zwei gleitende Stützelemente (11) an dem Gehäuse befestigt sind, wobei letztere sich zu beiden Seiten der Festpunktverbindung befinden, um dem Statorring einen flexiblen Umfang gegenüber dem Gehäuse zu geben.

2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsektoren jeweils einen U-förmigen Querschnitt haben, dessen Öffnung dem Statorring zugewandt ist, und daß jedes Statorringelement Befestigungsmittel (9a) aufweist, die in mindestens einen Ringsektor eingesetzt werden können, um den genannten Ringsektor und das Statorringelement fest miteinander zu verbinden.

3. Turbomaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ringsektor einen stromaufwärtigen Schenkel (8) und einen stromabwärtigen Schenkel (7) aufweist und jeder dieser stromaufwärtigen und stromabwärtigen Schenkel erste Aussparungen (13) aufweisen, die in radialer Richtung zu dem Statorring hin offen sind, um dem genannten Ringsektor einen flexiblen Umfang zu geben.

4. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem einen stromaufwärtigen Schenkel (8) und einen stromabwärtigen Schenkel (7) aufweisenden Ringsektor der genannte stromaufwärtige Schenkel zweite Aussparungen (12) aufweist.

5. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf beiden Seiten jedes Ringsektors Druckspannmittel (14, 15) aufweist, um eine feste Verbindung des genannten Ringsektors mit dem Befestigungsmittel des Statorringelements zu gewährleisten.

6. Turbomaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckspannmittel aus einer Schraube (32) und einer konischen Mutter (34) bestehen, die ins Innere des Ringsektors eingesetzt werden und sich beim Einführen der Schraube auseinanderbewegen können, wobei die Basis der genannten Mutter dann in Anlage an den Innenseiten des Ringsektors ist.

7. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel jedes Statorringelements mit den Enden des stromaufwärtigen und des stromabwärtigen Schenkels des Ringsektors, in den es eingesetzt wird, eine Schwalbenschwanzverbindung bilden.

8. Turbomaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Festpunktverbindung aus einem Schraube/Mutter-System (16a, 16b) besteht, das zwischen einem Ringsektor und dem Gehäuse eine feste Verbindung ohne Spiel gewährleistet, wobei die Mutter durch die zweite Aussparung ins Innere des Rings eingeführt wird und in Anlage an einer Innenseite des Stegs (20) des Ringsektors angeordnet wird.

9. Turbomaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube mit einer Neigung von annähernd 45º zur radialen Richtung in den Ringsektor eingeführt wird.

10. Turbomaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube in radialer Richtung in den Ringsektor eingeführt wird und die Mutter eine konische Form hat, deren Basis dem Statorring zugewandt ist.

11. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes gleitende Stützelement aufweist:

- eine Schraube (18a) mit einer Erhebung (18b"), die durch eine in dem Steg des Ringsektors ausgeführte Öffnung (21) in den genannten Ringsektor eingeführt wird,

- eine Fußplatte(18b) mit einer Erhebung (18b"), durch die ein Loch gebohrt ist, das an der Wand einen Gewindegang aufweist, um die genannte Schraube aufzunehmen, und die sich zumindest teilweise durch die Öffnung des Stegs erstreckt, um mit dem Gehäuse in Berührung zu kommen,

- zwei Auflagestücke (19a, 19b), die zu beiden Seiten des Lochs der Fußplatte angeordnet sind und so an dem Ringsektor befestigt sind, daß sie ein Verschieben der Fußplatte auf den Auflagestücken ermöglichen.

12. Turbomaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Schraube mit einer Längsneigung des Winkels α in den Ringsektor eingeführt wird, die Auflagestücke eine gegenüber der radialen Richtung um einen Winkel α geneigte Oberfläche aufweisen.

13. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Aussparungen des stromabwärtigen Schenkels von Dichtungsplatten (25) verschlossen werden.

14. Turbomaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der stromabwärtige Schenkel jedes Ringsektors um die ersten Aussparungen herum Rillen (26) aufweist, in die die Dichtungsplatten positioniert und eingefügt werden.

15. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der stromabwärtige Schenkel jedes Ringsektors an einem Ende eine Verlängerungszunge (22a) und an einem anderen Ende eine komplementäre Verlängerungszunge (22b) aufweist, die ein überlappendes Einsetzen des genannten Ringsektors in die benachbarten Ringsektoren gewährleisten.