DE69830037T2

DE69830037T2 - Flammrohrverbindungsmuffe

Info

Publication number: DE69830037T2
Application number: DE69830037T
Authority: DE
Inventors: Peter Walter Morrow Mueller
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2018-11-28
Also published as: EP0919774B1; US5964250A; DE69830037D1; JPH11229816A; EP0919774A2; EP0919774A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinen-Triebwerke und mehr im Besonderen auf Transportrohre, die in Verbindung mit solchen Triebwerken benutzt werden, z.B., wie in US 5 603 531A offenbart.
Transportrohre werden häufig in Flugzeugtriebwerken benutzt, um Triebwerksluft, die eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck aufweist, von einer Kammer zu einer anderen Kammer zu befördern, die physisch von der einen Kammer getrennt ist. Das Transportrohr kann eine dritte Kammer überspannen, die eine andere Lufttemperatur und einen anderen Luftdruck aufweist als es Lufttemperatur und Luftdruck im Transportrohr sind und die Luft im Transportrohr sollte von der Luft in der dritten Kammer isoliert sein. Allgemein besteht die Aufgabe darin, die Luft von der ersten Kammer in die zweite Kammer zu leiten, ohne dass die Luft in die dritte Kammer austritt.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird das Transportrohr typischerweise in innigen Kontakt mit Anschlusssitzen an der ersten und zweiten Kammer gebracht und in diesem Kontakt gehalten. Der Anschlusskontakt muss jedoch Abrieb aufgrund unterschiedlicher Bewegung vermeiden, der eine Leckage und einen durch Klappern verursachte Vibrationsbelastung verursachen könnte. Die Anforderungen an den Anschluss hinsichtlich minimaler Leckage und der Vibrationsfestigkeit stehen im Konflikt mit den Anforderungen eines geringen Anschlussflächenabriebs und der Zulassung einer differenziellen Bewegung zwischen den Transportrohrenden.
Die Erfüllung der Anforderungen an die Anschlussflächen wird häufig erzielt, indem man jede einzelne Anforderung suboptimal löst. Diese Kompromisse führen häufig zu einer geringeren als der erwünschten Transportrohr-Lebensdauer und Dichtungs-Leistungsfähigkeit. Es wäre erwünscht, eine Transportrohr-Verbindung zu schaffen, die die Leckage bzw. den Austritt und den Abrieb minimiert und doch eine maximale differenzielle Bewegung und Vibrationsfestigkeit schafft.
Diese und andere Aufgaben können von einem System gelöst werden, das ein Transportrohr und Endbaueinheiten einschließt, die ein unabhängiges axiales Federbelasten gegenüber liegender Sitze bereitstellt, um den kontinuierlichen Dichtungskontakt ungeachtet der dynamischen Belastung, des abmessungsmäßigen Aufeinandersetzens oder der geometrischen Änderung sicherzustellen, die aus einem Grenzflächenabrieb resultieren. Mehr im Besonderen und in einer Ausführungsform schließt eine erste Transportrohr-Endbaueinheit eine Armatur bzw. ein Verbindungsstück ein, das ein erstes Grenzflächenende und ein zweites Grenzflächenende aufweist. Das erste Grenzflächenende kann, z.B., mit Bolzen an eine Oberfläche eines Gasturbinen-Triebwerkes befestigt sein. Das zweite Grenzflächenende ist mit Bolzen an einem Transportrohr-Verbindungsstück befestigt. Eine Bohrung erstreckt sich durch das Verbindungsstück und ein Transportrohrsitz hat eine solche Größe, dass er zumindest teilweise innerhalb der Bohrung angeordnet ist. Der Transportrohrsitz ist federbelastet, indem eine Feder innerhalb der Bohrung angeordnet ist und eine Kraft gegen den Sitz ausübt, um den Sitz in Kontakt mit dem Transportrohr zu drücken.
Die zweite Transportrohr-Endbaueinheit schließt auch einen kugelförmigen oder konischen Sitz zum Anpassen an das Transportrohr ein. Insbesondere hat das Transportrohr kugelförmige Enden zum Einsetzen in die Transportrohr-Endbau einheitssitze. Die konischen/kugelförmigen Sitze gestatten eine Winkelbewegung der aneinander liegenden Komponenten ohne Abheben und stellen dadurch ein minimales Lecken sicher. Zusätzlich wird die axiale Sitzkraft zwischen dem Transportrohr und den Sitzen durch die Feder bereitgestellt, die Kontakt über die Breite der betriebsmäßigen Trägheitsbelastungen sicherstellt. Die konischen/kugelförmigen Sitze in Kombination mit der Federbelastung stellen den Sitzkontakt über alle erwarteten differenziellen Bewegungen sicher, d.h., axiale, radiale und Rotationsbewegung. Alle Leckpfade sind verschlossen und der Transportrohrkontakt wird gegen jeglichen erwarteten Abrieb oder abmessungsmäßiges Aufeinanderstapeln oder dynamisches Lösen aus dem Sitz aufrechterhalten.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der zeigen:
1 eine Querschnittsansicht eines Transportrohres und dazugehöriger Verbindungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 eine Querschnittsansicht eines anderen Transportrohres und dazugehöriger Verbindungen gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Systems 10, das ein Transportrohr 12 und dazugehörige Transportrohr-Endbaueinheiten 14 und 16 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Die Transportrohr-Endbaueinheit 14 schließt ein Verbindungsstück 18 mit einem ersten Anschlussende 20 mit Bolzenöffnungen 22 und ein zweites Anschlussende 24 mit Bolzenöffnungen 26 ein. Das erste Anschlussende 20 kann, z.B., mit Bolzen an einer Oberfläche eines Gasturbinen-Triebwerkes befestigt werden. Das zweite Anschlussende 24 wird mit Bolzen an einem Transportrohr-Verbindungsstück 28 befestigt, das Bolzenöffnungen 30 und eine durchgehende Transportrohröffnung 32 aufweist. Eine Dichtung 34, die in einer Dichtungsrille 36 in dem zweiten Anschlussende 24 angeordnet ist, bildet eine Dichtung mit dem Transportrohr-Verbindungsstück 28.
Durch das Verbindungsstück 18 erstreckt sich Bohrung 38, die einen ersten Bohrungsabschnitt 40, einen zweiten Bohrungsabschnitt 42 und einen dritten Bohrungsabschnitt 44 aufweist. Der zweite Bohrungsabschnitt 42 hat einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des ersten Bohrungsabschnittes 40 und der dritte Bohrungsabschnitt 44 hat einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des zweiten Bohrungsabschnittes 42. Ein Schnappring 46 ist in einer Rille 48 in einer Oberfläche des dritten Bohrungsabschnittes 44 angeordnet und der Schnappring 46 dient als ein Anschlag, wie weiter unten detaillierter beschrieben werden wird.
Ein Transportrohrsitz 50 hat eine Größe, so dass er zumindest teilweise innerhalb des dritten Bohrungsabschnittes 44 angeordnet ist, und der Sitz 50 schließt einen konischen oder kugelförmigen Sitz 52 auf einer inneren Oberfläche an einem ersten Ende 54 und einen Anschlagsarm 56 an einem zweiten Ende 58 ein. Ein Kolbenring 60 ist innerhalb einer Rinne 62, die sich um eine Außendurchmesser-Oberfläche des Sitzes 50 erstreckt, gesichert und der Kolbenring 60 arbeitet mit dem Transportrohr-Verbindungsstück 28 unter Bildung einer Dichtung zusammen. Der Transportrohrsitz 50 ist federbelastet, da eine Feder 64 innerhalb der Bohrung 38 angeordnet ist und eine Kraft gegen den Sitz 50 ausübt, um den Sitz 50 in Kontakt mit dem Transportrohr 12 zu drücken. Der Anschlagarm 56 arbeitet mit dem Schnappring 48 zusammen, um das Trennen des Sitzes 50 vom Verbindungsstück 18 zu verhindern.
Die Transportrohr-Endbaueinheit 16 umfasst ein Verbindungsstück 66 mit einer durchgehenden Bohrung 67 und mit einem kugelförmigen oder konischen Sitz 69 zur Anpassung an das Transportrohr 12. Das Transportrohr 12, das aus Blech hergestellt sein kann, hat kugelförmige Enden 68 und 70 zum Aufsitzen in den Sitzen 50 und 69 der Transportrohr-Endbaueinheit. Die Rohrenden 68 und 70 können beschichtet sein, um den durch differenzielle Bewegung induzierten Abrieb zu minimieren. Die kugelförmigen Transportrohrenden 68 und 70 sitzen auf genau hergestellten konisch/kugelfömigen Sitzen 52 und 69, die eine Winkelbewegung der aneinander liegenden Komponenten ohne Abheben gestatten und dadurch eine minimale Leckage sicherstellen. Durch die Feder 64 wird eine axiale Sitzkraft zwischen dem Transportrohr 12 und den Sitzen 50 und 69 bereitgestellt, was den Kontakt über die Breite der betriebsmäßigen Trägheitsbelastungen sicherstellt. Die konischen/kugelförmigen Sitze 52 und 69 stellen in Kombination mit der Federbelastung den Sitzkontakt über alle erwarteten differenziellen Bewegungen, d.h., axiale, radiale und Drehbewegung, sicher. Alle Leckpfade sind geschlossen und der Transportrohrkontakt wird gegen jeglichen erwarteten Abrieb oder abmessungsmäßiges Aufeinanderstapeln oder dynamisches Verlassen des Sitzes durch die den Abrieb kompensierende, unabhängig federbelastete, entfernbare äußere Transportrohr-Endbaueinheit 14 aufrechterhalten.
Das oben beschriebene System kombiniert die Vorteile des mit kugelförmigen Enden versehenen Transportrohres, die geeignet überzogen sind oder ausgewählte Materialien aufweisen, die den Abrieb minimieren, mit einer unabhängigen axialen Federbelastung der gegenüber liegenden Sitze, was den kontinuierlichen Dichtungskontakt ungeachtet der dynamischen Belastung, des abmessungsmäßigen Aufeinanderstapelns oder geometrischer Änderungen sicherstellt, die aus einem Grenzflächenabrieb resultieren. Der durch Vibrationsbelastung induzierte Abrieb wird durch richtige Auswahl der axialen Sitzfederkraft im Wesentlichen eliminiert. Die Federbelastungskraft sollte so ausgewählt sein, dass sie die erwartete dynamische Trägheitskraft übersteigt, die eine Lösung vom Sitz bewirken würde. Die Federbelastung der Sitze ergibt eher ein axiales als ein radiales Sitzen des Transportrohres. Die Feder ist auch unabhängig von einem Aufeinanderstapeln und einem Abrieb und übt daher eine konstante axiale Kraft aus.
Grenzflächen außerhalb des Systems 10 können von irgendeiner Art sein, z.B. gleitend oder fixiert. Zusätzlich kann irgendeine Materialkombination oder Dichtungskombination benutzt werden, die den Sitz des Transportrohres unabhängig von seinen Dichtungsfunktionen erlaubt und ein dynamisches Sitzen unabhängig von Dichtungsfunktionen bei allen Bedingungen sicherstellt, während eine große relative Bewegung zwischen jedem Dichtungsende des Transportrohres erlaubt wird.
2 ist ein Querschnittsansicht eines anderen Systems 100, das Endbaueinheiten 102 und 104 und ein Transportrohr 106 einschließt. Jede Baueinheit 102 und 104 schließt eine Bohrung 108 und 110 ein. Eine Feder 112 ist in Bohrung 108 angeordnet und zwischen einem vorspringenden Rand 114 und einem Ende 116 des Rohres 106 zusammengepresst. Das Ende 118 des Rohres 106 sitzt auf einem kugelförmigen oder konischen Sitz 120. Ende 118 ist kugelförmig oder konisch, sodass eine Dichtung zwischen dem Ende 118 und den Wandungen des Sitzes 120 gebildet wird. Das Ende 116 ist kugelförmig und passt eng in Bohrung 108 der Endbaueinheit 102. Für ein minimales Lecken zwischen dem Ende 116 und der Bohrung 108 sollte der Durchmesserunterschied nahe null oder null sein. Jeder Durchmesserunterschied zwischen dem Ende 116 und Bohrung 108 repräsentiert ein Potenzial für Abrieb, ausgenommen Feder 112 übt eine Kraft gegen Rohr 106 aus, sodass das Rohrende 118 auf dem Sitz 120 verbleibt und das Rohrende 116 daher gegen ein regelloses Zittern gegen Bohrung 108 festgehalten ist. Das Ende 116 in Bohrung 108 ist auf Rotationsbewegungen in einer Größe beschränkt, die geringer sind als die, die erforderlich wären, um das Ende 116 aus der Bohrung 108 hrauszubefördern. Die Feder 112 übt eine Kraft gegen das Rohr 106 aus, sodass das Rohrende 118 auf dem Sitz 120 verbleibt. Viele der gleichen Vorteile des Systems 10 ergeben sich auch beim System 100.
Es wird davon ausgegangen, dass System 100 leichter und einfacher auszuführen ist als System 10. System 10 hat jedoch keinerlei Versetzung und dichtet vollständig bei allen Bewegungsniveaus ab. Beide Systeme 10 und 100 sind vibrationssicher, da die axiale Federkraft das Rohr immer auf dem Sitz hält.

Claims

Transportrohrsystem (10, 100), gekennzeichnet durch: ein Transportrohr (12, 106), eine erste Transportrohr-Endbaueinheit (14, 102), umfassend ein Verbindungsstück (18) mit einer durchgehenden Bohrung (38, 108), wobei ein Ende des Transportrohres in der Bohrung der genannten ersten Baueinheit angeordnet und eine Feder (64, 112) in der Bohrung lokalisiert ist und eine Kraft gegen das Transportrohr ausübt und eine zweite Transportrohr-Endbaueinheit (16, 104), umfassend einen Sitz (69, 120), wobei ein Ende des Transportrohres in diesem Sitz der genannten zweiten Baueinheit lokalisiert ist.
Transportrohrsystem nach Anspruch 1, worin die Enden (14, 16; 102, 104) des Transportrohres eine kugelförmige Gestalt aufweisen und Dichtungen mit Oberflächen der Bohrung der ersten Bvaueinheit und des Sitzes der zweiten Baueinheit bilden.
Transportrohrsystem nach Anspruch 2, worin sich die Feder (64, 112) in direktem Kontakt mit dem Transportrohr (12, 106) befindet.
Transportrohrsystem nach Anspruch 1, worin die erste Transportrohr-Endbaueinheit (14) weiter einen Sitz (50) umfasst, der eine Sitzoberfläche (52) aufweist und das genannte eine Ende des Transportrohres auf dieser Sitzoberfläche aufsitzt und die Feder (64) sich in direktem Kontakt mit dem Sitz befindet.
Transportrohrsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, weiter umfassend ein Transportrohr-Verbindungsstück (26), das an dem Verbindungsstück (18) der ersten Baueinheit befestigt ist, wobei das genannte Transportrohr-Verbindungsstück eine durchgehende Öffnung aufweist und sich das Transportrohr durch die Öffnung des genannten Transportrohr-Verbindungsstückes erstreckt.
Transportrohrsystem nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, worin der Sitz (50) weiter einen Haltearm (56) umfasst, um zu verhindern, dass sich dieser Sitz von dem ersten Endbauheit-Verbindungsstück trennt.
Transportrohrsystem nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, worin der Sitz (50) der ersten Baueinheit kugelförmig ausgebildet ist.
Transportrohrsystem nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, worin der Sitz (50) der ersten Baueinheit konisch ausgebildet ist.
Transportrohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das erste Endbaueinheits-Verbindungsstück (18) weiter ein erstes Grenzflächenende (20) und ein zweites Grenzflächenende (24) umfasst und das erste Grenzflächenende mehrere Bolzenöffnungen (22) aufweist.
Transportrohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das erste Endbaueinheits-Verbindungsstück (18) eine Bohrung (36) mit einem ersten Bohrungsabschnitt (40), einem zweiten Bohrungsabschnitt (42) und einem dritten Bohrungsabschnitt (44) umfasst, wobei der zweite Bohrungsabschnitt einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des ersten Bohrungsabschnittes und der dritte Bohrungsabschnitt einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des zweiten Bohrungsabaschnittes.