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Gegenstand der Erfindung
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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.
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Technischer Hintergrund
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ziel der Erfindung
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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.
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Darüber hinaus sollte die Verwendung
von Schweißverbindungen
und Nieten ebenfalls vermieden werden.
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Wichtigste charakteristische
Elemente der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
ist der besagte Ring der Außenring,
der zumindest ein Metallteil enthält, das teilweise in dem besagten
Elastomerteil eingebettet ist.
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Eine weitere mögliche Ausführungsform ist ein Leitapparat,
bei dem beide Ringe Ringe gemäß der Erfindung
sind.
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Schließlich betrifft die vorliegende
Erfindung die Verwendung dieses Leitapparats als ersten Leitapparat
in einem koaxialen Verdichter, den man zum Beispiel in einem Turboventilator
vorfindet.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt
eine Gesamtansicht der Verdichtungsstufe eines Turboventilators.
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Die 2 ist
eine Detailansicht der 1 und
zeigt die Versteifungsvorrichtung der Leitapparate auf Ebene des
Innenrings.
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Die 3 zeigt
eine Versteifungsvorrichtung eines Innenrings eines Leitapparats
gemäß einer
ersten bevorzugten Form der Erfindung.
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Die 4 zeigt
eine Versteifungsvorrichtung des Außenrings eines Leitapparats
gemäß einer anderen
bevorzugten Form der Erfindung.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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Im Gegensatz zum heutigen Stand der
Technik ist dieses Metallteil 10 unabhängig vom Blech des Innenrings 4.
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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.
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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.
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Ein zusätzlicher Vorteil einer solchen
Vorrichtung ist seine einfache Handhabung.
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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.
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Eine solche Vorrichtung mit einem
Versteifungselement gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
eine große
Auswahl an Materialien, die verwendet werden können.
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Schließlich werden, insofern das
Metallteil zur Versteifung des Systems in das Elastomerteil eingebettet
werden kann, die Korrosions- und Umweltverträglichkeitsprobleme auf ein
Mindestmaß reduziert.
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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.
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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.
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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.
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Es wird dem Sachverständigen überlassen, die
Anzahl Metallteile 10 oder 12, die zu verwenden sind,
je nach gewünschtem
Resultat festzulegen