DE69910408T2 - Steifes Ringteil - Google Patents

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542Bladed diffusers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • F01D9/044Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators permanently, e.g. by welding, brazing, casting or the like

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Description

  • Gegenstand der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ringteil, das mit einer Vorrichtung zur Versteifung ausgestattet ist. Dieser Ring kann der Innen- oder der Außenring eines Verdichters, vorzugsweise eines koaxialen Verdichters sein.
  • Technischer Hintergrund
  • Die koaxialen Verdichter sind an sich weithin bekannt und werden für verschiedene Anwendungen eingesetzt. Insbesondere werden sie in Doppelmotoren, Turboventilatoren oder Turboluftstrahltriebwerken verwendet. Man findet sie auch in Kraftwerken. Diese Nieder- oder Hochdruckverdichter bestehen im Wesentlichen aus mehreren Stufen rotierender Schaufeln unterteilt durch Leitapparate, die dazu dienen den Geschwindigkeitsvektor der aus dem vorhergehenden Leitapparat austretende Flüssigkeit rückzustellen, ehe sie diese in die folgende Kammer weiterleiten. Ein solcher Druckverdichter ist z. B. aus der dem EP-Patent 0 277 884 bekannt.
  • Diese Leitapparate bestehen im Wesentlichen aus Leitschaufeln, die einen Innenring mit einem Außenring verbinden, die beide konzentrisch sind. Das Problem besteht darin, dass diese Leitapparate relativ großen Beanspruchungen unterliegen unter anderem durch Vibrationen, die schnell einen Ermüdungsverschleiß hervorrufen.
  • Um dieses Problem der Ermüdung zu beheben, wurde vorgeschlagen, diese Vorrichtungen zu versteifen. Dazu wurden mehrere Lösungen in Betracht gezogen. Insbesondere wurde die Verwendung von kranzförmigen Versteifungen, die auf dem Innen- oder dem Außenring auf der nicht-funktionellen Seite der Abdeckkappe eingearbeitet werden, vorgeschlagen. Des Weiteren wurde vorgeschlagen, Stufen in das Blech des Innen- und des Außenrings einzuarbeiten. Diese Kränze oder Stufen können ebenfalls aus einem angenieteten oder angeschweißten Einsatz bestehen.
  • Darüber hinaus ist es üblich, um die Dichtigkeit von einem Leitapparat zum anderen zu erhöhen, unter dem Blech des Innenrings des Leitapparats ein Elastomerteil anzubringen, das eine Dichtung zwischen der Leitschaufel und dem Innenring bildet und ebenfalls als Dichtung zwischen den rotierenden und den feststehenden Elementen dient. Dies ermöglicht, einen Rückstrom der Gase in die vorhergehende Stufe zu vermeiden, was im Falle eines Turboventilators ein Aussetzen des Motors zur Folge haben könnte.
  • Die verschiedenen vorgeschlagenen Lösungen gemäß dem heutigen Stand der Technik sind jedoch relativ kostspielige Lösungen, angesichts der Tatsache, dass das zur Bearbeitung des Blechs notwendige Material relativ umfangreich ist. Darüber hinaus ist es in einigen Fällen, zum Beispiel bei der Anbringung von Versteifungskränzen, notwendig, zu schweißen oder Nieten anzubringen, um die verschiedenen Teile mit einander zu verbinden. Diese Teile können natürlich durch die Flüssigkeitsströme, die durch die Leitapparate fließen, negativ beeinträchtigt werden.
  • Ziel der Erfindung
  • Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist eine neue Lösung vorzustellen, die es ermöglicht, den Leitapparat zu versteifen und insbesondere die erste Stufe des Verdichters und die keine Verwendung von zusätzlichem Material erforderlich macht und somit die Herstellungskosten verringert.
  • Darüber hinaus sollte die Verwendung von Schweißverbindungen und Nieten ebenfalls vermieden werden.
  • Wichtigste charakteristische Elemente der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ring, bestehend aus einem Blech, an dem ein Elastomerteil haftet, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Elastomerteil ein oder mehrere Metallteile enthält, die vom Blech des Rings unabhängig sind und die zumindest teilweise in das besagte Elastomerteil eingebettet sind. Diese Metallteile ermöglichen eine Versteifung des besagten Rings und werden daher „Versteifer" genannt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls einen Leitapparat mit zwei Ringen, einem Innenring und einem Außenring, wovon zumindest ein Ring ein Ring gemäß der Erfindung ist. Diese Ringe sind durch eine Reihe von Leitschaufeln miteinander verbunden.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der besagte Ring ein Innenring, der zumindest ein Metallteil enthält, dass eventuell völlig in dem besagten Elastomerteil eingebettet ist.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der besagte Ring der Außenring, der zumindest ein Metallteil enthält, das teilweise in dem besagten Elastomerteil eingebettet ist.
  • Eine weitere mögliche Ausführungsform ist ein Leitapparat, bei dem beide Ringe Ringe gemäß der Erfindung sind.
  • Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung dieses Leitapparats als ersten Leitapparat in einem koaxialen Verdichter, den man zum Beispiel in einem Turboventilator vorfindet.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die 1 zeigt eine Gesamtansicht der Verdichtungsstufe eines Turboventilators.
  • Die 2 ist eine Detailansicht der 1 und zeigt die Versteifungsvorrichtung der Leitapparate auf Ebene des Innenrings.
  • Die 3 zeigt eine Versteifungsvorrichtung eines Innenrings eines Leitapparats gemäß einer ersten bevorzugten Form der Erfindung.
  • Die 4 zeigt eine Versteifungsvorrichtung des Außenrings eines Leitapparats gemäß einer anderen bevorzugten Form der Erfindung.
  • Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
  • Die 1 zeigt die Verdichtungsstufe eines Turboventilators. Diese Verdichtungsstufe besteht aus zwei Arten von Teilen: einerseits die beweglichen Teile, die im Wesentlichen bestehen aus dem Rotor 1 mit Laufschaufeln 3, andererseits die feststehenden Teile, aus dem sich die Leitapparate 2 zusammensetzen und im Wesentlichen bestehen aus einem Innenring 4, einem Außenring 5 und einer Reihe Leitschaufeln 6, die die besagten Ringe 4 und 5 mit einander verbinden.
  • Vorzugsweise ist der Außenring 5 für mehrere hintereinander angeordnete Leitapparate gemeinsam, während die Innenringe 4 und 4' für jeden Leitapparat 2, 2' ... einzeln vorhanden sind.
  • Genauer betrachtet bestehen diese Innenringe 4 aus ringförmigen Metallblechen, während die Leitschaufeln 6 einfache Metallbleche sind, die einen Innenring 4 radial mit einem Außenring 5 verbinden.
  • Außerdem ist üblicherweise ein Elastomerteil 7 vorhanden, um die Leitschaufel 6 mit dem Innenring 4 zu verbinden. Dieses Elastomerteil 7 spielt unter anderem die Rolle einer Dichtung zwischen zwei aufeinander folgenden Stufen.
  • In dem Zwischenraum zwischen zwei hintereinander angeordneten Leitapparaten 2 und 2' auf Ebene der Ringe befindet sich eine rotierende Schaufel 3, wobei die verschiedenen rotierenden Schaufeln 3 an einem einzigen Rotor 1 befestigt sind.
  • Das Gas durchläuft zunächst die erste Stufe des Leitapparats 2 des Verdichters, wo sein Geschwindigkeitsvektor rückgestellt wird, um von der ersten Stufe der Laufschaufeln 3 aufgenommen zu werden und dann in den zweiten Leitapparat 2' befördert zu werden, wo es wieder rückgestellt wird. Das Gas durchläuft so einen Förder- Rückstell-Zyklus an dessen Ausgang seine kinetische Energie progressiv abnimmt, während der Druck ansteigt.
  • Gemäß dem heutigen Stand der Technik und wie in den 1 und 2 dargestellt sind Stufen 8 in das Blech des Innenrings 4 eingearbeitet worden, um den besagten Ring und insbesondere die erste Stufe des Leitapparats 2 zu versteifen.
  • Die von der vorliegenden Erfindung vorgestellte Alternative besteht darin, einen Ring zu versteifen und dazu ein einfaches Blech zu verwenden (also ohne Verstärkungskranz oder Stufen).
  • Die 3 zeigt das Prinzip der Versteifung eines Innenrings gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall wird ein Elastomerteil, das als Dichtung und Träger für die Leitschaufel 6 dient, in herkömmlicher Weise auf dem besagten Innenring 4 angebracht. In dieses Elastomerteil 7 ist zumindest ein Metallteil 10 eingebettet, das somit indirekt die Versteifung des besagten Innenrings 4 und folglich des gesamten Leitapparats 2 ermöglicht. Aus diesem Grund wird dieses Metallelement allgemein Versteifer genannt.
  • Im Gegensatz zum heutigen Stand der Technik ist dieses Metallteil 10 unabhängig vom Blech des Innenrings 4.
  • Das Elastomerteil 7, das üblicherweise eine Verbindung einer Leitschaufel 6 des Leitapparats mit dem besagten Innenring 4 ohne direkten Kontakt ermöglicht, wird beibehalten. Man vermeidet auf diese Weise potentielle Störungen im Luftstrom durch eine Schweiß- oder Nietverbindung.
  • Der erste wichtige Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt in der Fertigung des Rings selber, die somit besonders vereinfacht ist. Tatsächlich ist es. nicht mehr nötig, Kränze oder Stufen in Betracht zu ziehen. Somit ist die Vorrichtung kostengünstiger und sicherer als die gemäß dem heutigen Stand der Technik vorgestellten Lösungen.
  • Ein zusätzlicher Vorteil einer solchen Vorrichtung ist seine einfache Handhabung.
  • Ein weiterer Vorteil einer solchen Vorrichtung ist es, eine Reduzierung der Überprüfungen zu ermöglichen, besonders im Vergleich mit einer Lösung, bei der Schweißungen nötig sind.
  • Eine solche Vorrichtung mit einem Versteifungselement gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine große Auswahl an Materialien, die verwendet werden können.
  • Schließlich werden, insofern das Metallteil zur Versteifung des Systems in das Elastomerteil eingebettet werden kann, die Korrosions- und Umweltverträglichkeitsprobleme auf ein Mindestmaß reduziert.
  • In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist das Metallteil 10 vollständig in das Elastomerteil 7, das sich unter dem Blech des Innenrings 4 befindet, eingebettet, aber eine teilweise Einbettung in das Elastomerteil wäre ebenfalls möglich.
  • Die 4 zeigt eine Versteifungsvorrichtung des Außenrings 5 eines Leitapparats gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung. In dieser Vorrichtung, ermöglicht ein Elastomerteil 17, das als Dichtung dient, eine Verbindung der Leitschaufel 6 mit dem Außenring 5 des Leitapparats 2. In diesem Elastomerteil 17 ist ein zumindest teilweise eingebettetes Metallteil 12, das die indirekte Versteifung dieses Außenrings 5 und somit des gesamten Leitapparats ermöglicht. Im Gegensatz zum heutigen Stand der Technik ist das Metallteil 12 unabhängig von dem Blech des Außenrings 5.
  • In dieser Ausführungsform, ist das Metallteil 12 teilweise in das Elastomerteil 17 unter dem Blech des Außenrings 5 eingebettet, eine vollständige Einbettung ist jedoch ebenfalls möglich.
  • Es wird dem Sachverständigen überlassen, die Anzahl Metallteile 10 oder 12, die zu verwenden sind, je nach gewünschtem Resultat festzulegen

Claims (6)

  1. Ring (4, 5), bestehend aus einem Blech, an dem ein Elastomerteil (7, 17) haftet, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Elastomerteil (7, 17) ein oder mehrere Metallteile (10, 12) enthält, die vom Blech des Rings (4, 5) unabhängig sind und die zumindest teilweise in das besagte Elastomerteil (7, 17) eingebettet sind und die die Versteifung des besagten Rings ermöglichen.
  2. Leitapparat (2), der zwei Ringe umfasst, einen Innenring (4) und einen Außenring (5), die durch eine Leitschaufel (6) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer dieser Ringe ein Ring nach Anspruch 1 ist.
  3. Leitapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Ring der Innenring (4) ist.
  4. Leitapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Ring der Außenring (5) ist.
  5. Leitapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ringe Ringe gemäß Anspruch 1 sind.
  6. Verwendung des Leitapparats nach einem der Ansprüche 2 bis 5 als Leitapparat in einem koaxialen Verdichter, der sich vorzugsweise in einem Turboventilator befindet.
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