DE69919613T2

DE69919613T2 - Gleitführung für ein bewegliches Element

Info

Publication number: DE69919613T2
Application number: DE69919613T
Authority: DE
Inventors: Keith T. Honda; Harvey I. Weiner
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2019-03-02
Also published as: DE69919613D1; JPH11294189A; EP0939230B1; EP0939230A2; EP0939230A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Auskleidung für eine Statoranordnung für eine Axialströmungs-Rotationsmaschine und insbesondere eine Struktur zum Betätigen einer Vorrichtung zum selektiven Strömenlassen von Luft von einem Arbeitsmedium-Strömungsweg der Maschine. Obwohl die Erfindung im Gebiet der Axialströmungs-Gasturbinenmaschinen für das Abzapfen von Luft an einem Punkt zwischen zwei Verdichterrotoranordnungen entwickelt wurde, findet sie auch bei anderen Vorrichtungen in derartigen Maschinen Anwendung, welche einen Betätigungsring verwenden.
Axialströmungs-Gasturbinenmaschinen weisen einen Verdichterabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt und einen Turbinenabschnitt auf. Ein Arbeitsweg für Mediumsgase erstreckt sich durch diese Abschnitte der Maschine. Während des Betriebs werden Gase in dem Verdichterabschnitt druckbeaufschlagt, und Brennstoff wird in dem Verbrennungsabschnitt zugegeben. Der Brennstoff wird verbrannt, um den druckbeaufschlagten Gasen Energie zuzuführen. Die heißen, druckbeaufschlagten Gase lässt man durch den Turbinenabschnitt expandieren, um die Verdichterarbeit und heiße Hochdruckgase für anschließende Verwendung zu liefern.
Das US-Patent Nr. 4 827 713, welches Paterson et al. erteilt wurde und den Titel "Stator Valve Assembly for a Rotary Machine" trägt, ist ein Beispiel einer derarten Gasturbinenmaschine. In Paterson ist der Verdichterabschnitt der Maschine mit zwei unabhängigen mechanischen Verdichtern ausgestattet. Während Übergangsbetriebsbedingungen kann ein Verdichter mehr Strömung liefern als von dem zweiten Verdichter aufgenommen werden kann. Folglich ist der Verdichterabschnitt mit einer Mehrzahl von Passagen versehen, die sich über den Arbeitsmedium-Strömungsweg erstrecken, um es einem Teil der Luft zu erlauben, von dem Verdichterabschnitt zu entkommen. Insbesondere hat die Maschine ein Gehäuse, welches sich umfangsmäßig um die Achse der Maschine erstreckt. Das Gehäuse hat eine Mehrzahl von Öffnungen. Jede Öffnung ist von einem axial verlagernden Ventilring abgedeckt oder nicht abgedeckt, der umfangsmäßig verlaufende Dichtungsoberflächen axial hat, welche sich bewegen, um mit elastisch nachgiebigen Dichtungselementen zusammenzuwirken. Der Ventilring wird von einer offenen in eine geschlossene Position durch eine Betätigungseinrichtung bewegt und weist Führungsrollenanordnungen in einem Ring und Führungsschlitze in dem anderen Ring auf.
Die Maschine hat umfangsmäßig verlaufende elastisch nachgiebige Dichtungselemente, die sich axial erstrecken. In der geschlossenen Position erstrecken sich die Dichtungselemente zwischen einem Ventilring und der Dichtungsoberfläche. Der Ventilring wird durch eine einfache Betätigungseinrichtung von einer offenen Position in eine geschlossene Position gedrückt, um axial die elastisch nachgiebigen Dichtungselemente an jeder Seite der Öffnungen zusammenzudrücken, um eine gasdichte Abdichtung zu schaffen.
Der Ventilring ist zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position beweglich und wird durch eine Kombination aus Schlitz und Führungsstift geführt, um den Ventilring axial gegen elastisch nachgiebige Dichtungselemente zu drücken, wobei die Schlitze derart konturiert sind, dass sie eine mechanische Übersetzung liefern, wenn die axiale Kompressionskraft auf die elastisch nachgiebigen Dichtungselemente aufgebracht wird.
Der Ventilring ist zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position beweglich. Der Ventilring ist von einer Konfiguration aus Schlitz und Stift (Kurvenbahn-Folgeelement) geführt, wobei der Schlitz eine vorausgewählte Kontur derart hat, dass, wenn der Ring die elastisch nachgiebigen Dichtungselemente komprimiert, ein Effekt einer geneigten Ebene während des Komprimierens bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform ist ein Merkmal eine Buchse, welche mit dem Kurvenbahn-Folgeelement und der benachbarten Statorstruktur zusammenwirkt, wenn der Ventilring in die offene Position bewegt wird.
Man wird erkennen, dass der Verlust an Arbeitsmediumsgasen durch die Öffnungen unter Dauerbetriebsbedingungen, wenn die Verdichter bei ihrem Aus legungspunkt arbeiten, eine Abnahme in der Effizienz der Maschine bewirkt. Folglich ist es wünschenswert, sicherzustellen, dass es durch diese Öffnungen unter Bedingungen, die eine Ableitung der Strömung aus dem Strömungsweg nicht erfordern, nicht zu einer Strömung kommt.
Ein weiteres Problem ist der Verschleiß an der Oberfläche der Bahnöffnung und Bruchversagen des Stifts, der die hartflächige Rollenanordnung in Zusammenwirkung mit der Bahnöffnung hält. Ein besonderes Augenmerk der in 10 gezeigten Konstruktion des Stands der Technik ist das potenzielle Versagen der Rollenanordnung, verursacht durch ein Brechen des Bolzens oder dadurch, dass das Schubelement an dem Kopf des Stifts frei wird und es dem rotierbaren Element der Rolle erlaubt, in die Maschine zu fallen und die Leistung der Maschine zu verschlechtern. Beispielsweise hat die Rollenanordnung ein Druckelement, welches mit dem Stift verbunden ist oder mechanisch an diesem angebracht ist. Die Erfahrung hat gezeigt, dass dieses Druckelement potenziell von dem Stift separiert wird.
Trotz des vorgenannten Stands der Technik hat sich die Anmelderin bemüht, eine Leckströmung durch derartige Dichtungen zu verringern durch ein Verbessern der Dichtungseffizienz der Dichtungen und ein Verringern der Auswirkung, welche eine sich aus Betriebsbelastung ergebende Verformung auf Dichtungsbauteile hat.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Auskleidung für eine Statorstruktur für eine Rotationsmaschine mit Bahnöffnungen zum Aufnehmen einer Rollenanordnung mit einem rotationsfähigen Element, welches sich zwischen zwei Positionen bei Betriebsbedingungen bewegt, bereitgestellt; wobei die Auskleidung umfangsmäßig um die Achse der Maschine in einer Bahnöffnung angeordnet werden kann und aufweist:
ein erstes Ende,
ein zweites Ende,
eine Öffnung, welche sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt, die daran angepasst ist, das rotationsfähige Element aufzunehmen,
eine erste Schienenwand, welche sich von dem ersten Ende zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt;
eine zweite Schienenwand, welche seitlich von der ersten Schienenwand beabstandet ist, wobei das Paar von Schienenwänden die Öffnung zum Führen des rotationsfähigen Elements der Rollenanordnung begrenzt, wenn sich das rotationsfähige Element von der ersten Position in die zweite Position bewegt;
wobei das erste Ende seitlich von dem zweiten Ende beabstandet ist;
ein Abstützelement, welches sich seitlich, bezogen auf die Schienenwände, erstreckt; und
Lokalisieroberflächen zum Lokalisieren der Auskleidung, bezogen auf die Statorstruktur.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Auskleidung für die Bahnöffnung einer Führungsanordnung für eine Gasturbinenmaschine vorzugsweise ein Paar von gekrümmten Bogenwänden, die parallel sind und ein Verstärkungselement, welches sich zwischen den Wänden erstreckt, um eine U-förmige Bahn zu bilden, welche die Wände bezogen aufeinander während der Herstellungsschritte und unter Betriebsbedingungen positioniert.
Gemäß einer detaillierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verstärkungselement eine Platte.
Gemäß einer detaillierten Ausführungsform hat die Platte ein Paar Flansche, welche von den Wänden weg ragen, welche die Platte daran angepasst machen, mit der Statorstruktur der Maschine zusammenzuwirken, wobei die Flan sche eine erste Dicke in einer Richtung im wesentlichen parallel zu den Wänden und senkrecht zu dem Flansch haben und eine sich zwischen den Wänden erstreckende Basis eine Dicke hat, die geringer ist als die Dicke des ersten Flansches und des zweiten Flansches.
Gemäß einer weiteren detaillierten Ausführungsform hat die Platte mindestens eine Öffnung, welche sich durch die Platte erstreckt, um die Kontinuität der Platte und die Federkonstante der Platte zu verringern und eine Einrichtung zum Ablassen von Fluid aus der Platte unter Betriebsbedingungen in der Maschine zu schaffen.
Gemäß einer detaillierten Ausführungsform hat das Innere einer jeden Wand eine Beschichtung, um den Wänden einen Verschleißschutz (Anti-Gallant) bereitzustellen, wie Aluminiumbronze, Plasmasprühauftrag oder -beschichtung oder Molydisulfidbeschichtung.
Ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Auskleidung zum Positionieren des Betätigungsrings einer Gasturbinenmaschine. Ein weiteres Merkmal sind die Wände der Auskleidung, welche einem gekrümmten Bogen folgen. In einer detaillierten Ausführungsform hat der Bogen einen konstanten Radius. In dem zusammengebauten Zustand ist die Kontur der Auskleidung daran angepasst, zu der Kontur der Rollenanordnung in der geschlossenen Position zu passen. In einer detaillierten Ausführungsform ist im zusammengebauten Zustand Elastomermaterial zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse, an dem die Auskleidung angebracht ist, angeordnet.
Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung mindestens in ihren bevorzugten Ausführungsformen ist die Haltbarkeit der Auskleidung und der Ringanordnung, an der die Auskleidung angebracht ist, was sich aus der Verwendung eines härteren Materials für die Auskleidung als für die Bahnanordnung ergibt. Ein weiterer Vorteil it die Reproduzierbarkeit der Auskleidung, welche sich aus dem sicheren Abstützen der Wände mit einer Basis ergibt, die eine U-förmige Struktur während Bearbeitungsschritten bildet. Ein weiterer Vorteil der Auskleidung ist die Federkonstante der Auskleidung, die sich aus der Dicke der Aus kleidung zwischen den Wänden, verglichen mit der Befestigungsstruktur in ihrem installierten Zustand ergibt. Ein weiterer Vorteil ist die Haltbarkeit der Auskleidung, welche sich aus dem Konturieren der Auskleidung derart, dass in dem maximalen Belastungszustand der Auskleidung diese entlang einer Kontaktlinie zusammenwirkt, was sich aus dem Zusammenwirken zwischen der Rollenanordnung und der Auskleidung ergibt, wenn sich die Rollenanordnung vom offenen in den geschlossenen (Maximallast-) Zustand bewegt.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur beispielhaft und mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
1 ist eine Seitenansicht einer Gasturbinenmaschine, wobei das Äußere der Maschine weggebrochen ist, um einen Teil des Inneren der Maschine zu zeigen.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der in 1 gezeigten Maschine.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teil der in 2 gezeigten Maschine, wobei Teile der Maschine zur Klarheit weggebrochen sind.
4a ist eine Vorderansicht eines Teils der in 2 und 3 gezeigten Statoranordnung.
4 ist eine perspektivische Teilansicht des in 3 gezeigten Gehäuses, welche Auskleidung, die Rollenanordnung und zwei in dem Gehäuse gebildete benachbarte Schlitze zeigt.
5 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Teils der in 3 gezeigten Maschine, die im Detail die Relation der Elemente der Rollenanordnung zeigt.
6 ist eine alternative Ausführungsform der in 5 gezeigten Rollenanordnung.
7a ist eine perspektivische Teilansicht der in 4 gezeigten Struktur in auseinander gezogener Weise, welche die Relation der Auskleidung und der Nieten an dem Gehäuse zeigt.
8 ist eine entlang der Linien 8a-8a von 3 genommene Ansicht.
9 ist eine Ansicht von unten der in 8 gezeigten Struktur.
10 ist eine Ansicht einer Rollenanordnung des Stands der Technik.
1 ist eine Seitenansicht einer Axialströmungs-Gasturbinenmaschine 10 des Turbobläsertyps mit einer Achse A. Das Äußere der Maschine ist weggebrochen, um einen Teil des Inneren der Maschine zu zeigen.
Die Maschine 10 hat einen ringförmigen Verdichterabschnitt 12, einen Verbrennungsabschnitt 14 und einen Turbinenabschnitt 16, die um die Achse A angeordnet sind. Ein primärer Strömungsweg 18 für Arbeitsmediumsgase verläuft umfangsmäßig um die Achse der Maschine und nach hinten durch die Abschnitte der Maschine. Ein sekundärer Strömungsweg 20 für Arbeitsmediumsgase, der üblicherweise ein Bypassströmungsweg genannt wird, ist radial außerhalb von dem ersten Strömungsweg und verläuft nach hinten durch den äußersten Bereich des Verdichterabschnitts der Maschine.
Der Verdichterabschnitt weist einen Bläser 22, einen ersten Verdichterabschnitt 24 und einen zweiten Verdichter 26 auf, der nach hinten von dem ersten Verdichter beabstandet ist. Der erste Verdichte wird üblicherweise der Niederdruckverdichter genannt, und der zweite Verdichter wird üblicherweise der Hochdruckverdichter genannt. Diese Verdichter sind ausgelegt, bei verschiedenen Drehzahlen zu arbeiten.
Die Maschine hat eine Statoranordnung 27 mit einem Verdichterzapfsystem 28. Das Verdichterzapfsystem 28 weist eine Mehrzahl von Passagen 30, eine ringförmige Kammer 32 und eine zweite Mehrzahl von Passagen (nicht gezeigt) auf, welche den primären Strömungsweg 18 für Arbeitsmediumsgase in Strö mungsverbindung mit dem zweiten Strömungsweg 20 durch die Kammer 32 bringen.
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 1 gezeigten Maschine und zeigt detailliert das Verdichterzapfsystem 28. Ein inneres Gehäuse 36 hat eine Strömungswegwand 38, welche den primären Strömungsweg 18 nach außen begrenzt. Eine Gehäuseanordnung 40 weist ein Gehäuse 42 auf. Das Gehäuse 42 verläuft umfangsmäßig, um einen Teil der Ringkammer 32 zu begrenzen. Jede Passage 30 verläuft von dem primären Strömungsweg 18 zu der Kammer 32 durch die innere Strömungswegwand und durch das Gehäuse.
Das Gehäuse 42 ist eine einstückige Konstruktion. Das Gehäuse hat ein Paar Dichtungsflächen 44, 46, welche umfangsmäßig um das Gehäuse verlaufen. Die Dichtungsflächen sind in Axialrichtung orientiert und sind strömungsaufwärts gerichtet. Die Dichtungsflächen sind axial beabstandet und definieren einen Dichtungsbereich 48 dazwischen. Eine nach außen gerichtete, zylinderförmige Oberfläche 49 verläuft axial zwischen den Dichtungsflächen. Die Dichtungsflächen sind derart lokalisiert, dass jede Passage durch den einstückigen Ring eine Öffnung 50 in Strömungsverbindung mit dem Dichtungsbereich hat.
Das Gehäuse hat eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Flanschen 52, wie in 4a gezeigt. Jeder lokale Flansch hat eine Kante 53, eine nach außen gerichtete Oberfläche 54, eine nach innen gerichtete Oberfläche 55 und eine Mehrzahl von Bahnöffnungen, wie durch die Bahnöffnung 56 repräsentiert, die das Gehäuse daran angepasst machen, eine Mehrzahl von Rollenanordnungen 58 aufzunehmen.
Das Verdichterzapfsystem 28 weist ein Ventil 62 mit einem Ventilring 64 auf. Der Ventilring hat eine Hülse 66 außerhalb der Passagen 30 in dem Gehäuse. Die Hülse ist, bezogen auf die zylinderförmige Oberfläche 49 des Gehäuses, konzentrisch angeordnet. Das Ventil ist zu einer ersten, offenen Position (gezeigt in 3) und einer zweiten, geschlossenen Position, wie in 2 gezeigt, beweglich. Der Ventilring hat eine nach innen gerichtete Oberfläche 70, die daran angepasst ist, falls unter Betriebsbedingungen erforderlich, mit der kor respondierenden nach außen gerichteten zylinderförmigen Oberfläche 49 des Gehäuses verschieblich zusammenzuwirken. Der Ventilring hat zwei axial gerichtete Dichtungselemente 72, 74, die in der Richtung strömungsabwärts orientiert sind und die eine Strecke axial beabstandet sind, die es einem jeden erlaubt, mit einer zugehörigen Dichtungsfläche 44, 46 an dem Gehäuse zusammenzuwirken. Die komprimierbaren Dichtungselemente können aus einem beliebigen Material hergestellt sein, welches mit der Umgebung kompatibel ist und sich elastisch nachgiebig beim Aufbringen von Druck verformt.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der in 2 gezeigten Maschine, wobei Teile der Maschine zur Klarheit weggebrochen sind. 3 zeigt im Detail die Rollenanordnung 58 und eine Auskleidung 76 für die Bahnöffnung 56 in dem Flansch. Die Rollenanordnung 58 weit einen Stift 78, eine Anlagerungsfläche 80 auf, die an einem rotationsfähigen Element oder Rollen 82 angeordnet ist. Die Rolle 82 wirkt mit dem Stift und einem Kragen 84 zusammen, der zwischen dem Stift und einer der Abstützungen 86 des Ventilrings 70 angeordnet ist. Der Stift ragt durch Öffnungen 88, 92 in dem Ventilring, die geringfügig (tausendstel Inch) größer als der Stift sind. Ein Befestigungselement, beispielsweise eine Mutter 94, wirkt mit dem Stift zusammen, um eine Kraft auf den Stift auszuüben, die den Stift veranlasst, den Kragen gegen die Abstützung zu klemmen.
3 zeigt auch die Auskleidung 76 für die Rollenanordnung 58. Die Auskleidung ist in dem lokalen Flansch 52 des Gehäuses in der ersten Bahnöffnung 56 angeordnet. Elastomermaterial 96 ist zwischen den Wänden der Auskleidungsanordnung angeordnet und kann sich in manchen Anwendungen zwischen dem Boden der Auskleidung und dem Gehäuse erstrecken. Befestigungselemente, wie durch die Nieten 98 repräsentiert, erstrecken sich zwischen der Auskleidung 76 und dem Flansch 52 des Gehäuses 42, um die Auskleidung an dem Gehäuse zu befestigen.
4a zeigt eine Ansicht von vorne eines Gehäuses 42 mit den Passagen 30 (nicht gezeigt) zum Abzapfen von Luft von dem Strömungswegs 18 der Maschine. Wie in 4a gezeigt, hat das Gehäuse sieben lokale Flansche 52, wo bei jeder eine der Öffnungen der ersten Mehrzahl von Öffnungen für die Auskleidung hat. Außerdem hat das Gehäuse einen Flansch 52a, der das Gehäuse daran angepasst macht, mit einer Kurbelanordnung zum Antreiben des Ventilrings zwischen einer ersten und zweiten Position zusammenzuwirken. Die Kurbelanordnung kann von dem Typ sein, wie in dem US-Patent Nr. 4 827 713, welches Patterson erteilt wurde, gezeigt ist.
4b ist eine perspektivische Teilansicht des in 3 und 4a gezeigten Gehäuses 42 und zeigt die Auskleidung 76 und die Rollenanordnung 58. Zwei benachbarte Bahnöffnungen sind in einem der lokalen Flansche des Gehäuses gebildet. Es gibt zwei Typen von Bahnöffnungen 56, 57. Jede der ersten Mehrzahl von Bahnöffnungen 56 nimmt die Auskleidung auf. Die Auskleidung 76 hat eine erste Schienenwand 102, eine zweite Schienenwand 104 und eine Abschlusswand 106, die umfangsmäßig und axial zwischen den Wänden 102, 104 verläuft. Wie man sieht, verläuft die Bahnöffnung 56 über einen Teil des Gehäuses mit einem Sims 108. Das Elastomermaterial ist, wie in 3 gezeigt, in einem Raum zwischen dem Sims 108 und der Auskleidung 76 aufgenommen. Die Auskleidung hat eine Basis 112 mit einer radial hindurch gehenden Öffnung, wie durch die Öffnung 174, die in 7 gezeigt ist, repräsentiert. Der zweite Typ von Bahnöffnung 57 ist ausgelegt, eine Dämpfungsrollenanordnung des in 6 gezeigten Typs aufzunehmen. Die zweite Bahnöffnung 57 hat keine Auskleidung.
5 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Teils der in 3 gezeigten Maschine und zeigt im Detail die Relation der Elemente der Rollenanordnung 58. Die Rollenanordnung 58 ist um eine Achse Ap angeordnet und hat einen Laufring 114, der das rotationsfähige Element, Rolle 82, aufnimmt. Der Laufring kann einfach die benachbarten Oberflächen umfassen, welche die Öffnung begrenzt, die das rotationsfähige Element aufnimmt. Alternativ kann der Laufring eine dünne Lage aus proprietärem Teflon^® Glasfasermaterial sein, welches in einem Polyamidharz angeordnet ist, wie beispielsweise eine selbstschmierende proprietäre Zusammensetzung, die von Kamatics Corporation als K-Therm T-87 Material erhältlich ist. Die Kamatics Corporation ist eine Kaman Company, P.O. Box 3, Bloomfield, CT 06002.
Der Stift 78 der Rollenanordnung 58 begrenzt einen Teil des Laufrings 114, welcher das rotationsfähige Element 82 aufnimmt. Der Stift hat ein erstes Ende 116 und ein zweites Ende 118. Der Stift hat einen Kopf 122 an dem ersten Ende, der umfangsmäßig um die Achse Ap verläuft, um den innersten Bereich des Laufrings für das rotationsfähige Element zu definieren. Ein Druckelement 124 verläuft radial außerhalb von dem Kopf. Das Druckelement ist einstöckig mit dem Kopf geformt. Das Druckelement hat eine axial gerichtete Oberfläche 126, welche eine Seite des Laufrings begrenzt. Ein zylinderförmiger Schaft 128 geht axial von dem Kopf weg und ist um die Achse Ap angeordnet. Der Schaft hat einen Druchmesser Ds, der kleiner ist als der Durchmesser des Kopfes Dh. Ein Ausrundungsradius R verläuft zwischen dem Kopf und dem Schaft. Der Stift weist eine Klemmoberfläche 130 auf, die sich radial zwischen dem Schaft und dem Grund des Laufrings erstreckt. Die Klemmoberfläche 130 ist in eine Axialrichtung in Richtung zu dem zweiten Ende 118 des Stifts gerichtet, um eine Klemmkraft auf den Kragen 84 auszuüben.
Der Kragen 84 hat ein erstes Ende 132, welches dem Kopf 122 des Stifts 78 benachbart angeordnet ist. Ein zweites Ende 134 passt den Kragen daran an, mit der Abstützung 86 zusammenzuwirken. Eine erste radiale Oberfläche 136 an dem ersten Ende verläuft radial nach außen und wirkt mit der Klemmoberfläche 130 des Kopfes 122 des Stifts zusammen. Die erste radiale Oberfläche 136 erstreckt sich über die Klemmoberfläche hinaus, um die zweite Seite des Laufrings zu begrenzen.
Eine zweite radiale Oberfläche 138 des Kragens 84 ist axial von der ersten radialen Oberfläche eine Strecke Lr beabstandet. Die zweite radiale Oberfläche 138 verläuft umfangsmäßig um den Kragen 84, um eine Klemmoberfläche für den Kragen zu bilden. Die Klemmoberfläche macht den Kragen daran angepasst, mit der Abstützung 86 des Rings zusammenzuwirken.
Der Kragen 84 hat eine innere axiale Oberfläche 139, die von der ersten radialen Oberfläche 136 zu der zweiten radialen Oberfläche 138 geht. Die innere axiale Oberfläche hat außerdem einen ersten Bereich 140, der dem Kopf benachbart ist, der mit dem Schaft 128 mit einer Kompressionskraft zusammenwirkt. Der Kragen hat einen zweiten Bereich 141, der von dem Schaft 128 radial nach außen beabstandet ist, um einen Spalt G zwischen dem Kragen und dem Schaft zu lassen, der durch die Abstützung 86 geht. Der zweite Bereich ist radial nach außen von dem ersten Bereich beabstandet, der sich von dem zweiten Bereich zu der Klemmoberfläche 130 erstreckt.
6 ist eine alternative Ausführungsform 176 der in 5 gezeigten Rollenanordnung 58. Diese Ausführungsform wird als eine Dämpferrollenanordnung 176 verwendet. Jede dieser Dämpferrollenanordnungen 176 ist in einer der Mehrzahl von zweiten Bahnöffnungen 57 angeordnet, um eine Dämpfung zu schaffen, wenn sich der Ring von der offenen in die geschlossene Position bewegt. In dieser Ausführungsform hat die Dämpferrollenanordnung eine Rolle 177, die aus einem Gummimaterial 180 gebildet ist, welches in ein umfangsmäßig verlaufendes Stahlelement 182 geformt ist. Der Gummi ist ein Viton-Rubber-Material, welches mit Kevlar^®-Fasern imprägniert ist, und ist erhältlich von Jonal Laboratories Inc., Meriden, CT. Das Gummimaterial ist auf einen Stahlreifen (AMS 5630) aufgeformt, was einen besseren Eingriff mit dem Ring und größere Bindungsfestigkeit erlaubt.
Der Laufring ist, wie der in der Ausführungsform von 5 gezeigte Laufring, mit einem K-Therm T-87-Material der Kamatics Corporation gebildet. Der Rest der Anordnung 176 ist sehr ähnlich der in 5 gezeigten Starrrollenanordnung und verwendet einen Stift 178, einen Kragen 184 und einen Kopf 222. Sie ist eine einstückige Konstruktion mit einem Druckelement 224, welches radial außerhalb von dem Stift verläuft. So wie er mit Bezugnahme auf die Rollenanordnungen 58, 176 in 5 und 6 verwendet wird, bedeutet der Begriff "einstückig", dass das Druckelement als eine unitäre Struktur mit dem Stift gebildet ist und nicht mit dem Stift vereinigt, daran mechanisch angebracht oder mit ihm verbunden ist. Außerdem hat die Dämpferrollenanordnung einen Schaft 228 an dem Stift, der durch die Abstützung des Rings geht, die radial ein wenig von der Abstützung beabstandet ist, um einen Spalt zwischen der Abstützung und dem Schaft zu schaffen.
7 und 7a sind perspektivische Teilansichten der in 4 gezeigten Struktur in auseinander gezogener Weise und zeigen die Relation der Auskleidung 76 und der Nieten 98 an den lokalen Flanschen 52 des Gehäuses 42. Das Gehäuse hat Paare von Öffnungen 43 zum Aufnehmen der Nieten. Die Nieten haben eine Federkonstante in dem installierten Zustand, welche geringer ist als die Federkonstante des Gehäuses, und sie sind in der Lage, in dem installierten Zustand zu biegen, sollte es unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem Gehäuse und der Auskleidung geben.
Die Bahnöffnungen 56, 57 verlaufen axial und umfangsmäßig in dem Flansch 52 und machen den Flansch angepasst, die Rollenanordnungen 58, 176 aufzunehmen. Die ersten Öffnungen 56 gehen durch den Flansch von der äußeren Oberfläche 54 zu der inneren Oberfläche 55 des Flansches zumindest über einen Teil der Bahnöffnung. Die Öffnung verläuft axial und umfangsmäßig über einen Teil des Rests des Gehäuses, um den in 4 gezeigten Sims 108 zu bilden. Der Sims 108 hat eine äußere Oberfläche 109, welche in die radiale Richtung nach außen gerichtet ist und das Gehäuse daran angepasst macht, das Elastomermaterial 96 aufzunehmen oder kann einfach ein wenig von der Auskleidung 76 in dem installierten Zustand beabstandet sein.
Eine jede der ersten Öffnungen 56 ist von einer ersten Seite 142, durch eine zweite Seite 144, die umfangsmäßig von der ersten Seite beabstandet ist, und eine dritte Seite 146 begrenzt, die umfangsmäßig zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite verläuft. In der gezeigten Ausführungsform können die erste und die zweite Seite derart gebildet sein, dass sie relativ parallel durch Radien gebildet sind, die einen gemeinsamen Mittelpunkt haben. Jedoch müssen diese Seiten nicht notwendigerweise so präzise gemacht sein. Das erlaubt eine einfachere Bearbeitung bei der Reparatur oder Modifikation einer Struktur mit verschlissenen Oberflächen in den ersten Bahnöffnungen. Ein Verfahren zum Modifizieren des Schlitzes ist es, verschlissenes Material von beiden Oberflächen zu entfernen, bis die Öffnung groß genug ist, um eine Auskleidung 76 aufzunehmen. Somit hat das Modifikationsverfahren den Vorteil, nicht eine präzise Bearbeitung der ersten Bahnöffnungen zu erfordern, sobald die Öffnungen 43 für die Befestigungselemente präzise positioniert sind.
Die Auskleidung 76 hat ein erstes Ende 152, ein zweites Ende 154 und eine Öffnung oder eine Bahn 156, welche sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt. Die Auskleidung weist die erste Schienenwand 102, welche sich von dem ersten Ende 152 zwischen dem ersten Ende 152 und dem zweiten Ende 154 erstreckt. Die erste Schienenwand 102 erstreckt sich nicht notwendigerweise zu dem zweiten Ende 154, sondern kann an dieser Stelle bei Ausführungsformen enden, die keine Abschlusswand haben. Die erste Schienenwand 102 hat einen konstanten Radius für einen Bereich, der sich über eine Hälfte der Strecke zwischen dem ersten und dem zweiten Ende erstreckt. Die zweite Schienenwand 104 ist seitlich von der ersten Schienenwand 102 in der generell umfangsmäßigen Richtung beabstandet. Die zweite Schienenwand 104 verläuft parallel zu der ersten Schienenwand 102 von dem ersten Ende 152 zwischen dem ersten Ende 152 und dem zweiten Ende 154. Die zweite Schienenwand 104 hat einen konstanten Radius für einen Bereich, der parallel zu der ersten Schienenwand 102 ist. Die zweite Schienenwand 104 kann an dem zweiten Ende enden, wie auch die erste Schienenwand 102. Alternativ, wie es gezeigt ist, verläuft eine Abschlusswand 106 seitlich von der ersten Schienenwand zu der zweiten Schienenwand.
Eine Platte 157 verläuft seitlich bezogen auf die Schienenwände 102, 104. Die Platte 157 weist die Basis 112 auf und hat eine Dicke Tb. Die Platte 157 verläuft zu der ersten Schienenwand 102 und der zweiten Schienenwand 104. Die Platte 157 kann für den Bereich zwischen diesen beiden Wänden kontinuierlich sein oder kann aus einer Reihe von lokalen Verstärkungsstreben gebildet sein, die sich zwischen den Wänden erstrecken, mit einem oder mehreren Löchern oder Öffnungen zwischen den Streben, wie durch die Öffnungen 174 dargestellt. Die Platte wirkt auch mit der Abschlusswand zusammen. Die Kombination der Platte und der die erste Schienenwand 102 und die zweite Schienenwand 104 abstützenden Abschlusswand 106 ermöglicht ein maschinelles Bearbeiten der Auskleidung aus einem harten Material, beispielsweise Stahl, und behält dabei die Reproduzierbarkeit zwischen den Auskleidungen bei. Die Reproduzierbarkeit vermeidet Schwierigkeiten, die mit dem Installieren der Auskleidung einhergehen, und stellt sicher, dass die neuen Schienenwände der Bahn der Rollenan ordnung folgen, wo die Auskleidung verwendet wird, um ein aus einem relativ weichen Material wie Aluminiumlegierung gebildetes Gehäuse, welches eine verschlissene Bahnöffnung hat, zu modifizieren.
Ein erster Flansch 158 erstreckt sich von der Basis 112 mindestens einer der Wände, beispielsweise der Schienenwand 102, benachbart zur Seite. Der erste Flansch 158 hat eine radiale Dicke Tfa und mindestens eine Öffnung 162, welche die Basis 112 daran angepasst macht, ein Befestigungselement aufzunehmen. In der gezeigten Ausführungsform hat der Flansch 158 zwei Öffnungen 162, um Nieten 98 aufzunehmen. Der erste Flansch 158 macht die Auskleidung daran angepasst, mit der umfangsmäßig verlaufenden Statorstruktur in der Maschine, beispielsweise dem Gehäuse 42, zusammenzuwirken. Der Flansch 158 hat eine äußere Oberfläche 164, die in die innere Oberfläche 55 des Gehäuses in einer eng anliegenden Relation eingreift, wie mit Bezugnahme auf die 7 und 8 gezeigt. Der zweite Flansch 166 ragt lateral von der Basis 112 benachbart zu einer der Wände mit einem zylinderförmigen Bereich weg. Der zweite Flansch hat eine Dicke Tfb. Die Dicken Tfa und Tfb sind größer als die Dicke Tb, um einen größeren Lagerbereich für die Nieten zu schaffen und um die Steifigkeit der Auskleidung unter Betriebsbedingungen infolge der verringerten Dicke Tb mit der Basis 112, verglichen mit den Dicken Tfa und Tfb, zu verringern. Der zweite Flansch 166 macht die Auskleidung 76 daran angepasst, mit dem Gehäuse zusammenzuwirken, hat Öffnungen 162a und hat eine äußere Oberfläche 172, die in eng anliegender Relation im eingebauten Zustand mit der inneren Oberfläche 55 des lokalen Flansches 52 ist. Außerdem hat das Ende der Auskleidung eine Öffnung, beispielsweise die Öffnung 174, welche durch die Basis hindurchgeht und die Kontinuität der Basis 112 unterbricht, deren Federkonstante verringert und die Drainage von Flüssigkeit zulässt, sollte die Auskleidung solche Flüssigkeit wegen ihre Positionierung oben an der Maschine ansammeln.
Die Schienenwand, mit der die Rollenanordnung zusammenwirkt, hat eine Kontur, die daran angepasst ist, eng an die Kontur der Rollenanordnung im zusammengebauten Zustand bei der zweiten geschlossenen Position, wie in 2 gezeigt, angeformt zu sein. Beispielsweise ragt die innere Wand 104 an der ge schlossenen Position im wesentlichen parallel zu der äußeren Wand oder Oberfläche des rotationsfähigen Elements, so dass dort ein Linienkontakt zwischen der zylinderförmigen Wand und dem rotationsfähigen Element ist. Die Stelle der geschlossenen Position ist normalerweise in der Breite der Bahn, gemessen zwischen den Wänden und der Stelle, bei der die Wände parallel sind, wie in 8 gezeigt.
Wie in 9 gezeigt, ragt ein Teil der Platte 157 der Auskleidung 76 über die äußere Oberfläche des Sims 108, und die Auskleidungsflansche 158, 166 wirken mit der inneren Oberfläche 55 des lokalen Flansches 52 zusammen. Infolgedessen könnte die Konstruktion drei Nieten 98 verlieren; und solange eine Niete die Auskleidung in Position hält, kann die Auskleidung infolgedessen, dass die Flansche und die Basis in entgegengesetzte Radialrichtungen von dem Sims 108 und der inneren Oberfläche 55 des Gehäuses gefangen sind, nicht freikommen. In einem derartigen Fall verhindert die einzelne Niete, dass die Auskleidung aus ihrer gefangenen Zusammenwirkung zwischen der äußeren Oberfläche des Sims und der inneren Oberfläche des Flansches herausfällt.
Während des Betriebs der in 1 gezeigten Gasturbinenmaschine lässt man Arbeitsmediumsgase entlang dem primären und sekundären Strömungsweg 18, 20 strömen. Wenn die Gase durch den ersten und den zweiten Verdichter 24, 26 hindurchtreten und wenn die Arbeitsdrehzahlen der einzelnen Verdichter während Transientenbedingungen angepasst werden, kann es wünschenswert sein, etwas von der Strömung von dem primären Strömungsweg 18 zu dem sekundären Strömungsweg 20 abzuleiten. Der Ventilring 64 wird aus der in 2 gezeigten geschlossenen Position in die in 3 gezeigte offene Position bewegt. Der Ventilring wird sicher in einer Spiralbewegung durch die Rollenanordnungen 58 geführt. Jede Rollenanordnung bewegt sich in einer zugehörigen Bahnöffnung 56 in dem Gehäuse 42. Die Auskleidung der Öffnung ist aus einem härteren Material (Stahl) als das benachbart Gehäuse (Aluminiumlegierung AMS 4218 oder AMS 4235-Material, abhängig von der Temperatur) gebildet. Die Auskleidung liefert eine haltbarere Struktur, da sich die harte, unelastische Rolle der Rollenanordnung (Stahl) entlang der Linie der Spiralbewegung in dem Schlitz bewegt. Die Auskleidung kann mit einer verschleißbeständigen Be schichtung, beispielsweise einer Aluminiumbronze-Plasmasprühbeschichtung oder einer Molydisulfidbeschichtung versehen sein, um der Auskleidung verschleißbeständige Eigenschaften zu geben.
Mindestens ein Teil der Schienenwände 102, 104 der Auskleidung ist zylinderförmig. Die zylindrische Gestalt ist an die ideale Spiral- oder Schraubenoberfläche angenähert, der die Rolle 82 folgt, wenn sie sich von einem Kontaktpunkt zu dem nächsten bewegt. Das vereinfacht die Herstellung der Auskleidung 76, indem es die Verwendung einer Zwei-Achsen-Fräsmaschine zum Formen der Schienenwände erlaubt. Eine komplexere Vier- oder Fünf-Achsen-Fräsmaschine könnte Schienenwände mit der idealen Gestalt formen. Jedoch erleichtern es zylinderförmige Wände, die Kontur der Bahnen konsistent zu reproduzieren und das fertige Produkt korrekt zu inspizieren.
Da die Rolle 42 der zylinderförmigen Bahn folgt, hat die Rolle einen Punktkontakt an jeder Stelle, an der sie gegen die Wand drückt. In der Folge folgt die Rolle 82 einer Kontaktlinie, bis die Rolle die geschlossene Position des Gehäuses 42 erreicht, eine Position, an der die zylinderförmige Oberfläche der Rolle eng an die zylinderförmige Oberfläche der Auskleidung angeformt ist. Das stellt sicher, dass die Rollenanordnung in der hoch belasteten geschlossenen Position mit der zylinderförmigen Oberfläche der zweiten Schienenwand 104 der Auskleidung 76 mit einer Linie von vertikalem Kontakt mit weniger Druck zusammenwirkt, als wenn sie mit der Wand mit einem Punktkontakt zusammenwirken würde, wie sie das in dem gering belasteten Zustand tut, wenn sie sich zwischen der offenen und der geschlossenen Position bewegt. In anderen Ausführungsformen kann die Rolle eine Balligkeit aufweisen, welche die Kontaktlinie in der geschlossenen Position verringert. Das hat den Vorteil einer präziseren Lokalisierung, wo die äußere Kraft Fe auf die Rolle und auf die Bahnwand wirkt.
Es kommt zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse zu Unterschieden bei der Wärmeausdehnung. Die Auskleidung 76 ist konfiguriert, dass sie unter Spannung eine Federrate hat, die ausreichend niedrig in serieller Kombination mit der Federrate der Befestigungselemente ist, dass sie geringer ist als die Federrate des verbleibenden Teils des Ventilrings. In dieser Ausführungsform ist die Federrate signifikant niedriger. Außerdem hat das Gehäuse 42 die lokalen Flansche 52 mit einer relativ niedrigen Federrate, verglichen mit dem Rest des Gehäuses 42. Jeder lokale Flansch 52 stützt eine Auskleidung 76 von dem Gehäuse 42 ab wie von einer Handfläche weg ragende Finger. Das hat den Vorteil, es dem Gehäuse 42 zu erlauben, Temperaturänderungen durch signifikant größere Ausdehnung in Radialrichtung als die Auskleidung 76 aufzunehmen. Ein signifikanter Vorteil ist, dass es die Verwendung von weniger dichtem Material, welches jedoch eine höhere Wärmeausdehnung hat, wie die vorangehend erwähnte Aluminiumlegierung, für das relativ massive Gehäuse zulässt.
Die niedrigere Federrate in der Auskleidung 76 ergibt sich zum Teil aus der Verringerung der Dicke der Platte 157, die sich zwischen den Wänden 102, 104, 106 erstreckt, und durch Entfernen von Material von der Platte, beispielsweise durch die Ablassöffnung 174 oder zusätzliche Öffnungen oder Ausschnitte zwischen der Bahnwand, und das Bereitstellen von lokalen Flanschen 158, 166 an der Platte, um die Platte an dem Gehäuse 42 zu befestigen. Somit dehnt sich die Auskleidung 76 für die Bahn aus und kontaktiert das Gehäuse, nimmt Änderungen im Durchmesser des Gehäuses auf, wenn das Gehäuse unterschiedliche Temperaturen unter Maschinenbetriebsbedingungen erfährt, obwohl der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuses etwa doppelt so groß ist wie der Wärmeausdehnungskoeffizient der Auskleidung 76 und obwohl das harte Material der Auskleidung einen höheren Elastizitätsmodul E hat. Dies vermeidet eine Überbelastung des Gehäuses, der Auskleidung und der Befestigungselemente für die Auskleidung.
Schwingungen in dem Ring 64, Schwingungen in der Auskleidung 76 und Schwingungen in der Rollenanordnung 58 schaffen alle das Potenzial für erhöhten Verschleiß von und Spannungen in der Rollenanordnung und der Auskleidung. Die Schwingungen erzeugen auch Spannungen in diesen Bauteilen. Ein Verschleißschutz-Material am Inneren der Auskleidung 76 und ein Schwingungsdämpfungsmedium bewirken eine Verringerung dieser Spannungen und des Verschleißes, der sich aus den Schwingungen ergibt. Ein zufrieden stellendes Elastomermaterial ist Silicongummi und ist von der General Electric Company, Waterford, New York 12188, als RTV 159 Silicone Rubber erhältlich. Jedes Gummidichtmittel oder elastomeres Gussmaterial würde eine Dämpfung liefern. Das elastomere Material dämpft Schwingungen, die von dem Ring 64 auf die Auskleidung 76 übertragen werden und dämpft Schwingungen in der Auskleidung 76, die sich aus dem Maschinenbetrieb und dem Schwingen der Rollenanordnung, wenn die Rollenanordnung der Bahn folgt, ergeben. Das ergibt sich daraus, dass sich die Rollenanordnung radial in eine Richtung hinein und heraus bewegt, obwohl das elastomere Material 96 in dieser Ausführungsform effektiver zum Dämpfen von Schwingungen in der Umfangsrichtung und der Axialrichtung ist. Außerdem dämpft das elastomere Material 96 Schwingungen, die auftreten, wenn die Rollenanordnung der Bahn der Auskleidung mit Stoßbelastungen folgt, wenn sich die schwingende Rollenanordnung 58 von der offenen Position in die geschlossene Position bewegt.
Dämpferrollenanordnungen 176 sind auch an jedem lokalen Flansch 52 wie früher angeordnet. Die neu konstruierten Dämpferanordnungen 176 haben, ähnlich den Kurvenbahnfolger-Rollenanordnungen eine elastomere Rolle 177. Die Dämpferrollenanordnungen 176 sind um den Umfang des Gehäuses den harten Rollenanordnungen 58 an jedem lokalen Flansch 52 benachbart dazwischen angeordnet. Diese Rollenanordnungen dämpfen Schwingungen in dem Ventilring 64, die auf die Rollenanordnung 58 übertragen werden, und Schwingungen in dem Gehäuse 42, die auf die Auskleidungsanordnung übertragen werden, obwohl das elastomer Material 96, das zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse angeordnet ist, ein Dämpfen dieser Schwingungen bewirkt. Somit werden die elastisch nachgiebigen Dämpfungsrollenanordnungen 176 zusammengedrückt, wenn sich die Rollenanordnung in die offene Position bewegt, und schaffen eine Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen und unterbinden, das Verschleißen der Auskleidung durch die Rollenanordnung.
Wenn sich der Ventilring zwischen der offenen und der geschlossenen Position bewegt, bewirken die radial gerichteten Oberflächen 68, 70 an dem Ventilring und an dem Gehäuse 50, 54 ein Zentrieren des Ventilrings um das Gehäuse. Ein weiteres Zentrieren wird durch die Rollenanordnung 58 bereitgestellt, welche eine Verbindung vom Längsverzahnungstyp bereitstellt, als wäre eine Mehrzahl von Rollenanordnungen 58 um den Umfang des Ventilrings 64 und das Gehäuse 42 beabstandet, und die Rollenanordnung ist an dem Ring 64 festgemacht und wirkt mit dem Gehäuse 42 zusammen.
Wie in 2 durch die Reaktionskräfte F1, F2 und F3 gezeigt, wird allen Dichtungsdruckbelastungen in der geschlossenen Position in dem Gehäusebereich der statischen Struktur entgegengewirkt. Das beinhaltet F1, welche die Rollenanordnungsbelastung auf die Abstützstruktur in Reaktion auf die Dichtungsbelastungen ist (und Fe, welche die Reaktionsbelastung auf die Rollenanordnung ist und in 5 gezeigt ist), und F2 und F3, welche Dichtungsbelastungen auf die Abstützstruktur sind. Das hat den Vorteil des Verringerns von Drehmomenten, die sich aus dem Koppeln der Kräfte ergeben, und verringert die Relaxation der Dichtungskompression während Betriebszuständen, verglichen mit Strukturen, bei denen derartige Belastungen durch die Verwendung einer mehrteiligen Konstruktion zum Entgegenwirken gegen die Belastungen viel weiter getrennt sind.
Die folgende Diskussion der Reaktion der Rollenanordnung auf die äußere Kraft Fe setzt statisch bestimmte Strukturen und starre Elemente voraus, um den konzeptionellen Betrieb der Konstruktion und die Vorteile der Konstruktion zu zeigen. Unter manchen Betriebsbedingungen kann die Struktur unbestimmt werden und sich verformen, aber die Vorteile werden bleiben und basieren auf dem folgenden Verständnis ihres Betriebs.
Ein Anziehen der Mutter, die mit dem Stift 78 der Rollenanordnung zusammenwirkt, verursacht eine Zugkraft Tf in dem Stift. Der Stift übt eine Klemmkraft auf den Kragen durch die Klemmfläche oder Oberfläche 130 des Stifts 78 aus. Die Klemmkraft liefert eine Vorbelastung und bringt den Kragen 84 unter Druck. Die Klemmkraft drückt die Klemmoberfläche 138 des Kragens 84 gegen die Abstützung 86, um den gesamten Umfang des Kragens mit einer vorbestimmten Kraft Fn. Die vorliegende Konstruktion hat Vorteile, ob nun die vorbestimmte Kraft auf dem korrekten Niveau ist oder auf einem geringeren als dem korrekten Niveau, was die Wechselwirkung zwischen dem Kragen und der Abstützung ändern kann.
Die Rolle überträgt die externe Reaktionskraft Fe auf den Kopf des Stifts. Der Kragen widersteht der externen Kraft Fe auf den Stift mit der Reibkraft Ff, die zwischen der Klemmoberfläche des Kragens und der Abstützung entwickelt wird. Diese Reibkraft Ff gleicht dem Reibungskoeffizienten an der Klemmoberfläche 138, multipliziert mit der Normalkraft Fn an der Oberfläche des Kragens 134 gegen die Abstützung. Die widerstehende Kraft wird durch die resultierende Kraft Fr (entgegengesetzt der äußeren Kraft Fe) repräsentiert, die an dem ersten Bereich 140 der inneren axialen Oberfläche des Kragens 84 wirkt, der auf dem Schaft des Stifts gepresst wird. Die Passung ist 0,0002 bis 0,0012 inch (5 bis 30 μm) eng an einem Durchmesser, ist aber nicht wichtig, um die primären Vorteile der Erfindung zu erzielen. Die Passung könnte lose sein, wenn eine adäquate Vorbelastung/Klemmung beibehalten werden könnte, um eine Reibkraft zwischen dem Kragen 84 und dem Stift 78 zu liefern, die größer als die Kraft Fe ist. Beispielsweise kann der Kragen lose sein und eine konische Zwischenfläche mit dem Stift 78 haben, um der Kraft ohne Reibung zu widerstehen. Das würde zu den gleichen Biegebelastungen in dem Stift führen. Bei anderen alternativen Konstruktionen kann der erste Bereich 140 der inneren Oberfläche ein wenig von dem Schaft des Stifts beabstandet sein, aber innerhalb von dem Seitenbereich 141 sein. Bei einer derartigen Konstruktion wird der Vorteil der vorliegenden Erfindung realisiert, wenn sich der Stift ein wenig verbiegt, um mit der inneren Oberfläche 139 an dem ersten Bereich 140 zusammenzuwirken, wie das der Fall sein kann, wenn die Klemmkraft infolge eines nicht ausreichenden Anziehens der Mutter verloren geht oder niemals aufgebracht wurde.
Die Kraft Fr wirkt in enger Nähe zu der Kraft Fe durch Zusammenwirken mit dem Stift an dem ersten Bereich 140. Das ist signifikant, weil die widerstehende Kraft Fr die äußere Kraft Fe ausgleicht, aber ein Kraftpaar Fe-Fr bildet. Das Kraftpaar Fe-Fr hat einen Momentenarm La und übt ein Biegemoment auf den Stift und Biegebelastungen in dem Stift aus. Das Moment Fe-Fr und die Belastungen sind proportional zur Länge des Momentenarms La, der dadurch verkürzt ist, dass Fr in enger Nähe zu Fe wirkt. Die Reibkraft Ff mit der Kraft in dem Stift Fc erzeugt ein Moment, welche auf dem Kragen wirkt, gleich dem Moment des äußeren Kraftpaars Fe-Fr. Dem Moment von Ff-Fc wirkt das Kraftpaar Fs-Fp entgegen, welches auf dem Kragen von der Abstützung und dem Stift wirkt. Somit gleicht das Moment Fs-Fp dem Moment Fe-Fr, und das Paar Fs-Fp verursacht innere Biegebelastungen in dem Stift, die proportional zu dem Paar Fe-Fr sind.
Ein spezieller Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Größe des Moments Fe-Fr und die sich ergebenden Biegebelastungen in dem Stift. Das Moment von Fe-Fr ist kleiner als bei Konstruktionen des Stands der Technik, weil der Momentenarm La kleiner ist als bei derartigen Konstruktionen, bei denen der Kragen eine Presspassung entlang der gesamten Länge des Schafts hat (was die sich ergebende Kraft Fr weg von dem Kopf des Stifts bewegt und das Moment erhöht) oder Konstruktionen des Stands der Technik mit einer Schulter an dem Stift, welche eine Klemmkraft direkt auf die Abstützung ausübt, wie in 10 gezeigt. In diesem letzten Beispiel hat der Momentenarm Ls für die Kraft Fr eine Länge, die viel größer ist als La und erhöht deutlich das Moment des Paars Fe-Fr, was schließlich an der Oberfläche der Abstützung wirkt und Biegebelastungen in dem Stift bewirkt.
Das Paar Fe-Fr wird durch das Beibehalten des Spalts G zwischen dem zweiten Bereich 141 und dem Schaft 128 des Stifts 78 bei einem Wert, der einen Kontakt zwischen dem Kragen und dem Schaft bei Biegeverformungen verhindert, beibehalten. Der Lastweg ändert sich, wenn es zu einem Kontakt kommt. Macht man den Spalt G größer als das Minimum, welches erforderlich ist, um einen Kontakt an dem zweiten Bereich zu, verhindern, so verringert man die Klemmfläche an der Abstützung für den gleichen äußeren Durchmesser des Kragens an der Abstützung. Die Reibkraft, die erforderlich ist, um ein Verschieben der Anordnung zu unterbinden, ist mindestens gleich und entgegengesetzt zu der Kraft Fe. Sie ist eine Funktion der Klemmkraft (Vorbelastung) und ist unabhängig von der Fläche. Jedoch führt das Beibehalten der Klemmfläche an der Abstützung zu weniger Verschleiß für Abstützungen, die aus Aluminiumstrukturen gebildet sind, die weicher sind als Stahl, aber ein geringeres Gewicht haben.
Die Rollenanordnung 58 der vorliegenden Erfindung hat auch Vorteile bei Konstruktionen, wo die äußere Kraft Fe die Reibkraft Ff überschreitet. Dazu kann es infolge von Anomalien bei Betriebszuständen kommen oder weil die Vorbelastung Fn ist infolge von zu geringem Anziehen zu gering.
In solchen Fällen bewirk die äußere Kraft Fe ein Verbiegen des Schafts 128, und der Kragen 84 kann ein wenig verrutschen oder kippen. Wieder wird der Momentenarm Lr erhöht, indem man den Kragen 84 weg von dem Schaft 128 beabstandet, was die Größe der Normalkraft Fs des Paars Fs-Fp und die Reibkraft verringert, die erforderlich ist, um das Moment auszugleichen, welches erforderlich ist, um dem Moment zu widerstehen, welches durch die äußere Kraft verursacht wird. Aus dieser Konstruktion ergeben sich einige Vorteile. Das Verringern von Fs verringert den Druck auf die Oberfläche und verringert Verschleiß an der Oberfläche der Abstützung, der sich aus Mikroanpassungen des Kragens 84 in Reaktion auf das äußere Biegemoment ergibt.
Ein signifikanter Vorteil für die Haltbarkeit des Zapfens 78 ist die Abwesenheit eines Belastungsspitzenmerkmals (stress riser – Änderung beim Durchmesser des Stifts) an der Stelle des maximalen Biegemoments des Schafts 128. Das maximale Biegemoment in dem Schaft 128 tritt auf, wo das innere Biegemoment in dem Schaft 128 kombiniert mit Ff-Fc dem äußeren Biegemoment widersteht. Das tritt auf an der Stelle der Abstützung 86, beabstandet durch die Strecke Lc von der Klemmfläche 130 des Stifts 78. Das vermeidet, dass die Klemmfläche 130 des Stifts 78 an der Abstützung 86 ist und das zugehörige Spannungsspitzenmerkmal, das mit der Zunahme des Durchmessers zur Ausbildung der Klemmfläche verbunden ist.
Zwei weitere Vorteile ergeben sich aus dem Beabstanden der Klemmoberfläche 130 des Stifts von der Abstützung mit dem Kragen 84. Der erste ist das Wegnehmen des verringerten Oberflächenbereichs an der Klemmfläche des Stifts an der Anlagerung an die weiche Oberfläche der Abstützung 86, was sich aus dem Ausrundungsradius ergibt, der zwischen dem Schaft und der Klemmfläche an dem Stift eingebracht ist, um die Spannungskonzentration zu verringern, indem eine scharfe Änderung im Querschnitt des Stifts vermieden ist. Der verringerte Oberflächenbereich erhöht das Potenzial von Nachgeben oder Verschleiß an der Abstützung, was einen Klemmverlust verursachen könnte. Bei der vorliegenden Konstruktion wirkt die Klemmfläche 130 des Stifts 78 mit dem Ausrundungsradius R mit dem Kragen 84 zusammen. Obwohl der Stift 78 eine verringerte Fläche hat, was den durch die Normalkraft ausgeübten Druck erhöht (was die weiche Oberfläche der Aluminiumlegierungsabstützung beim Stand der Technik verschleißt oder nachgeben lässt), hat dies nicht diesen Effekt auf die harte Oberfläche des Stahlkragens 84. Außerdem ist dieser verringerte Bereich nicht signifikant verringert, weil der Ausrundungsradius R klein sein kann infolge einer höheren Spannungskonzentration, welche durch das verringerte Biegemoment an dieser Stelle zulässig ist). Die Fläche ist nicht wichtig für das Verschleißen an dem Kragen 84, und der Kragen 84 ist weiterhin in der Lage, das Klemmerfordernis beizubehalten.
Man wird erkennen, dass die Rollenanordnung 58 starr an dem Gehäuse 42 angebracht sein könnte und dass die Auskleidung 76 an dem Ventilring 64 angebracht sein könnte. Das sind äquivalente Strukturen zu den hier beschriebenen und beanspruchten Strukturen. Schließlich kann eines oder können beide der komprimierbaren Dichtungselemente an dem Gehäuse angebracht sein, statt von dem Ventilring 64 gehalten zu sein, wie in 2 gezeigt.
Obwohl die Erfindung mit Bezugnahme auf die detaillierten Ausführungsformen davon gezeigt und beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen in deren Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der beanspruchten Erfindung abzugehen.

Claims

Auskleidung (76) für eine Statoranordnung (27) für eine Rotationsmaschine mit Bahnöffnungen (56) zum Aufnehmen einer Rollenanordnung (58) mit einem rotationsfähigen Element (82), welches sich zwischen zwei Positionen bei Betriebsbedingungen bewegt; wobei die Auskleidung (76) umfangsmäßig um die Achse der Maschine in einer Bahnöffnung (56) angeordnet werden kann und aufweist: ein erstes Ende (152), ein zweites Ende (154), eine Öffnung (156), welche sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt, die daran angepasst ist, das rotationsfähige Element aufzunehmen, eine erste Schienenwand (102), welche sich von dem ersten Ende zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt; eine zweite Schienenwand (104), welche seitlich von der ersten Schienenwand beabstandet ist, wobei das Paar von Schienenwänden die Öffnung (156) zum Führen des rotationsfähigen Elements der Rollenanordnung begrenzt, wenn das rotationsfähige Element sich von der ersten Position in die zweite Position bewegt; wobei das erste Ende (152) seitlich von dem zweiten Ende (154) beabstandet ist; ein Abstützelement (106, 157), welches sich seitlich relativ zu den Schienenwänden erstreckt; und Lokalisieroberflächen zum Lokalisieren der Auskleidung (76) relativ zu der Statoranordnung (27).
Auskleidung nach Anspruch 1, wobei die Lokalisieroberflächen der Auskleidung Öffnungen (162, 162a) sind, welche die Auskleidung daran angepasst machen, Befestigungselemente aufzunehmen.
Auskleidung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Schienenwand (104) eine Kontur hat, die in einem Bereich, der sich über die Hälfte der Distanz zwischen dem ersten Ende (152) und dem zweiten Ende (154) erstreckt, zylinderförmig mit einem konstanten Radius ist und vorzugsweise angepasst ist, mit dem rotationsfähigen Element (82) an mehr als einem Punkt in der zweiten Position zusammenzuwirken.
Auskleidung nach Anspruch 3, wobei die erste Schienenwand (102) zu der zweiten Schienenwand (104) mindestens in dem Bereich der zweiten Schienenwand, der den konstanten Radius hat, parallel verläuft.
Auskleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Abstützelement eine Abschlusswand (106) aufweist, die lateral von der ersten Schienenwand (102) zu der zweiten Schienenwand (104) verläuft.
Auskleidung nach Anspruch 5, wobei das Abstützelement ferner eine Basis (112) aufweist, die mit der ersten Schienenwand (102), der zweiten Schienenwand (104) und der Abschlusswand (106) verbunden ist.
Auskleidung nach Anspruch 6, wobei die Basis (112) eine Öffnung (174) hat, die zwischen den Wänden (102, 104, 106) angeordnet ist.
Auskleidung nach Anspruch 7, wobei die Basis (112) eine Platte (157) aufweist, wobei die Platte (157) ferner einen ersten Flansch (158), der an einer Stelle mindestens einer Wand (104) benachbart sich seitlich erstreckt, wobei der erste Flansch (158) mindestens eine Öffnung (162a) hat, die die Platte daran anpasst, ein Befestigungselement aufzunehmen, wobei der erste Flansch (158) die Auskleidung daran anpasst, mit der umfangsmäßig verlaufenden Statorstruktur in der Rotationsmaschine zusammenzuwirken und die Auskleidung relativ zu dieser zu positionieren, wobei die Platte einen zweiten Flansch (166) aufweist, der sich von der Basis an einer einer der Seitenwände (102) benachbarten Stelle seitlich erstreckt; wobei der zweite Flansch (166) mindestens eine Öffnung (162) aufweist, welche die Basis daran anpasst, ein Befestigungselement aufzunehmen, wobei der zweite Flansch (166) die Auskleidung daran anpasst, mit der umfangsmäßig verlaufenden Statorstruktur in der Rotationsmaschine zusammenzuwirken und die Auskleidung relativ zu dieser zu lokalisieren.
Auskleidung nach Anspruch 8, wobei mindestens eine der Wände (102, 194) eine Kontur hat, die daran angepasst ist, eng mit der Kontur der Rollenanordnung in dem installierten Zustand an der zweiten Position konform zu sein, wobei die Kontur innerhalb eines Abstands von der Abschlusswand (106) ist, der geringer ist als der seitliche Abstand zwischen der ersten und der zweiten Schienenwand (102, 104), gemessen in einer Richtung rechtwinklig zu den Wänden über den zylinderförmigen Bereich; und wobei die Dicke eines jeden der Flansche (158, 166) größer ist als die Dicke der Basis.
Auskleidung nach Anspruch 1, wobei die erste Schienenwand (102) einen konstanten Radius über einen Bereich hat, der sich über die Hälfte der Strecke zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt; wobei die zweite Schienenwand (104) parallel zur ersten Schienenwand verläuft und einen konstanten Radius über einen Bereich hat, der parallel zur ersten Schienenwand ist; und aufweisend eine Abschlusswand (106), welche sich von der ersten Schienenwand (102) zu der zweiten Schienenwand (104) seitlich erstreckt; eine Platte (157), welche sich relativ zu den Schienenwänden seitlich erstreckt, wobei die Platte hat eine Basis (112) mit einer Dicke Tb, die mit der ersten Schienenwand (102), der zweiten Schienenwand (104) und der Abschlusswand (106) verbunden ist, einen ersten Flansch (158), welcher sich von der Basis (112) mindestens einer Wand benachbart seitlich erstreckt, wobei der ersten Flansch (158) eine radiale Dicke Tfa und mindestens eine Öffnung hat, welche die Platte (157) daran anpasst, ein Befestigungselement aufzunehmen, wobei der erste Flansch (158) die Auskleidung daran anpasst, mit der umfangsmäßig verlaufenden Statorstruktur in der Rotationsmaschine zusammenzuwirken, einen zweiten Flansch (166), welcher sich von der Basis (112) einer der Seitenwände benachbart seitlich erstreckt und einen zylinderförmigen Bereich hat, wobei der zweite Flansch (166) eine Dicke Tfb hat, wobei der zweite Flansch (166) mindestens eine Öffnung hat, welche die Platte (157) daran anpasst, das Befestigungselement aufzunehmen, wobei der zweite Flansch (166) die Auskleidung daran anpasst, mit der umfangsmäßigen Statorstruktur in der Rotationsmaschine zusammenzuwirken, und ein Ende mit mindestens einer Öffnung (174), welche sich durch die Basis (112) erstreckt, welche die Kontinuität der Basis unterbricht; wobei mindestens eine der Wände eine Kontur hat, die daran angepasst ist, eng mit der Kontur der Rollenanordnung im installierten Zustand konform zu sein, wobei die Kontur innerhalb eines Abstands von der Abschlusswand ist, der geringer ist als der seitliche Abstand zwischen der ersten und der zweiten Schienenwand, gemessen in einer Richtung rechtwinklig zu den Wänden über deren zylinderförmigen Bereich; wobei die Basis und die Abschlusswand, welche die Schienenwände verbinden, die Schienenwände relativ zueinander während der Herstellung der Anordnung und unter Betriebsbedingungen positionieren und abstützen, und wobei die Dicke eines jeden der Flansche Tfa, Tfb größer ist als die Dicke Tb der Basis, um die Steifigkeit der Auskleidung, verglichen mit Auskleidungen, die eine Dicke der Basis haben, gleich zur Dicke der Flansch ist, zu verringern.
Auskleidung nach Anspruch 1, wobei die Seitenwände gekrümmte Bogenwände (102, 104) sind, die parallel sind und ferner ein Verstärkungselement (106, 112) aufweisen, welches sich zwischen den Wänden erstreckt, um eine U-förmige Bahn zu bilden.
Statorstruktur für eine Gasturbinenmaschine, aufweisend eine Auskleidung (76) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die in Bahnöffnungen (56) davon angebracht ist.
Gehäuseanordnung (40) für eine Gasturbinenmaschine, welche sich umfangsmäßig um eine Symmetrieachse erstreckt, wobei die Gehäuseanordnung ein Gehäuse (42) mit einer Mehrzahl von Passagen (30) für Arbeitsmediumsgase hat, die sich in einer generell radialen Richtung durch das Gehäuse (42) erstrecken, die umfangsmäßig eine von der anderen beabstandet sind und die eine Seite des Gehäuses (42) in Fluidverbindung mit der anderen Seite des Gehäuses bringen, wobei das Gehäuse (42) daran angepasst ist, mit einer benachbarten Ventilringanordnung (64) zu kooperieren, welche aufweist: eine Mehrzahl von Flanschen (52), welche sich in einer generell axialen Richtung von dem Gehäuse und umfangsmäßig relativ zu der Achse des Gehäuses (42) erstrecken, wobei jeder Flansch umfangsmäßig von dem anderen beabstandet ist und eine Kante (53) hat, die umfangsmäßig verläuft, wobei jeder Flansch eine Bahnöffnung (56) hat, die axial und umfangsmäßig in jedem Flansch von der Kante (53) verläuft, welche den Flansch daran anpasst, eine Auskleidung (76) für die Bahnöffnung aufzunehmen und eine Rollenanordnung (58) mit einer Anlagerungsfläche (80) aufzunehmen, wobei jede Öffnung von einer ersten Seite (142) und von einer zweiten Seite (144), die umfangsmäßig von der ersten Seite beabstandet ist, und durch eine dritte Seite (146), die sich umfangsmäßig zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite erstreckt, begrenzt ist; eine Auskleidung (76) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die in der ersten Bahnöffnung angeordnet ist und an dem Flansch angebracht ist, wobei die Auskleidung aus einem Material mit einer Härte größer als der Härte des Gehäuses (42) gebildet ist und wobei die Auskleidung (76) eine Wärmeausdehnungsrate hat, die geringer ist als die Wärmeausdehnungsrate des Gehäuses (42); wobei die Federratencharakteristik des Gehäuses (42) größer ist als die Federratencharakteristik der Auskleidung (76), so dass, obwohl die Kombination des Gehäuses (42) und der Auskleidungen (76) eine integrale Struktur bilden, die lokalen Flansche (52) sich mit dem Gehäuse zu der Position des Gehäuses bewegen und eine Wärmeausdehnung des Gehäuses (42) relativ zu der Auskleidung (76) erlauben und wobei sich die Auskleidung geringfügig verformt hinsichtlich der Wärmeausdehnung der Flansche, um eine derartige Ausdehnung aufzunehmen; und wobei die Flansche (52) umfangsmäßig durch die Bahnöffnung (56), die sich axial von der ersten Kante (53) des Flansches erstreckt, unterbrochen sind, um die umfangsmäßige Kontinuität der lokalen Flansche zu unterbrechen.
Gehäuseanordnung (40) nach Anspruch 13, wobei sich die Mehrzahl von Befestigungselementen (98) zwischen dem Gehäuse (42) und der Auskleidung (76) erstreckt, um die Auskleidung an dem Gehäuse anzubringen.
Gehäuseanordnung (40) nach Anspruch 14, wobei die Befestigungselemente (98) Nieten sind und eine Federrate haben, die geringer ist als die Federrate des Gehäuses, um zusätzlich Wärmeausdehnung zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse aufzunehmen.
Gehäuseanordnung (40) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei ein Elastomermaterial (96) zwischen der Auskleidung (76) und dem Gehäuse (40) angeordnet ist, um Schwingungen in der Auskleidung zu dämpfen.
Gehäuseanordnung (40) nach Anspruch 16, wobei jeder Flansch (52) eine äußere Oberfläche (54) und eine innere Oberfläche (55) hat und wobei sich die Bahnöffnung (56) radial durch den Flansch von der äußeren Oberfläche zu der inneren Oberfläche des Flansches mindestens über einen Teil der Bahnöffnung erstreckt, und wobei sich der Flansch axial und umfangsmäßig über einen Teil des Rests des Gehäuses erstreckt, so dass das Gehäuse einen Sims (108) an jeder Öffnung mit einer äußeren Oberfläche (109), welche in Richtung radial nach außen gerichtet ist, in enger Nähe zu der inneren Oberfläche der Auskleidung hat und wobei das Elastomermaterial (96) zwischen der Auskleidung (76) und dem Sims (108) angeordnet ist.
Gehäuseanordnung (40) nach Anspruch (17), wobei das Auskleidungselement eine Platte (157) mit einer Basis (112) aufweist, welche sich zwischen den Schienenwänden (102, 104) erstreckt, und wobei die Platte (157) eine innere Oberfläche hat, die sich über die äußere Oberfläche des Simses (109) erstreckt.
Gehäuseanordnung (40) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei sich eine Öffnung (174) radial durch die Platte (157) erstreckt, welche die Flexibilität der Auskleidung erhöht und eine Leitung für gefangenes Fluid schafft.
Gehäuseanordnung (40) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Auskleidung einen ersten Flansch (158), der sich seitlich von der einen der Wände (102, 104) erstreckt, wobei der erste Flansch eine äußere Oberfläche (64) hat, die mit der inneren Oberfläche (55) des Flansches (52) an dem Gehäuse zusammenwirkt, und einen zweiten Flansch hat, der sich seitlich von der anderen der Wände (102, 104) erstreckt, wobei der zweite Flansch eine äußere Oberfläche (172) hat, die mit der inneren Oberfläche (55) des Flansches (52) des Gehäuses zusammenwirkt.
Gehäuseanordnung (40) nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei jede Bahnöffnung (56) durch eine erste Seite (142), durch eine zweite Seite (144), die umfangsmäßig von der ersten Seite beabstandet ist, und durch eine dritte Seite (146) begrenzt ist, die sich umfangsmäßig zwischen der ersten Seite (142) und der zweiten Seite (144) erstreckt; und wobei mindestens eine der Wände (102, 104) der Auskleidung von mindestens einer Seite der Öffnung beabstandet ist und einen Spalt (D) dazwischen lässt, und wobei ein Elastomermaterial (96) zwischen der Seite der Bahnöffnung und der Schienenwand der Auskleidung in dem Spalt (D) angeordnet ist.
Gehäuseanordnung (40) nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei die Auskleidung (76) aus Stahl gebildet ist und das Gehäuse aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist, wobei die Auskleidung eine Härte hat, die größer ist als die Härte des Gehäuses, und eine Wärmeausdehnungsrate hat, die kleiner ist als die Wärmeausdehnungsrate des Gehäuses.
Gehäuseanordnung (40) nach einem der Ansprüche 13 bis 22, wobei jeder Flansch (52) eine äußere Oberfläche (54) und eine innere Oberfläche (55) hat und jeder Flansch (52) eine erste Bahnöffnung (56) und eine zweite Bahnöffnung (57) hat, wobei sich die Öffnungen radial durch den Flansch von der äußeren Oberfläche (54) der inneren Oberfläche (55) des Flansches mindestens über einen Teil der Bahnöffnung erstrecken und sich axial und umfangsmäßig über einen Teil des Rests des Gehäuses erstrecken, so dass das Gehäuse einen Sims (108) an jeder Öffnung hat mit einer äußeren Oberfläche, die in eine Richtung radial nach außen in enger Nähe zu der inneren Oberfläche (55) gerichtet ist und wobei die Auskleidung in der ersten Bahnöffnung radial durch den Sims (108) und den Flansch (52) gefangen ist.
Gehäuseanordnung (40), welche sich umfangsmäßig um eine Symmetrieachse erstreckt, wobei die Gehäuseanordnung (40) ein Gehäuse (42) mit einer Mehrzahl von Passagen (30) für Arbeitsmediumsgase hat, welche sich in einer generell radialen Richtung durch das Gehäuse (42) erstrecken, die eine von der anderen umfangsmäßig beabstandet sind und welche eine Seite des Gehäuses in Fluidverbindung mit der anderen Seite des Gehäuses verbringen, wobei das Gehäuse (42) daran angepasst ist, mit einer benachbarten Ventilringanordnung (64) mit Rollenanordnungen (158, 176) zusammenzuwirken, aufweisend: eine Mehrzahl von Flanschen (52), welche sich axial von dem Gehäuse und umfangsmäßig relativ zu der Achse des Gehäuses erstrecken, wobei jeder Flansch umfangsmäßig von dem anderen beabstandet ist, wobei jeder Flansch eine äußere Oberfläche (54) und eine innere Oberfläche (55) hat und jeder Flansch eine erste Bahnöffnung (56) und eine zweite Bahnöffnung (57), die sich axial und umfangsmäßig in jeden Flansch erstrecken, hat, wobei jede von diesen den Flansch daran anpasst, eine Rollenanordnung (58) aufzunehmen, wobei die erste Bahnöffnung den Flansch daran anpasst, eine Rollenanordnung mit einer Anlagerungsfläche (80) und einer Auskleidung (76) für die Bahn aufzunehmen; wobei jede der ersten Bahnöffnungen sich radial durch den Flansch von der äußeren Oberfläche zu der inneren Oberfläche des Flansches mindestens über einen Teil der Bahnöffnung erstreckt und sich axial und umfangsmäßig über einen Teil des Rests des Gehäuses erstreckt, so dass das Gehäuse einen Sims (108) an jeder Öffnung mit einer äußeren Oberfläche (109), die in der Richtung radial nach außen gerichtet ist, hat, wobei jede Öffnung durch eine erste Seite (142), durch eine zweite Seite (144), die umfangsmäßig von der ersten Seite (142) beabstandet ist, und durch eine dritte Seite (146) begrenzt ist, die sich umfangsmäßig zwischen der ersten Seite (142) und der zweiten Seite (144) erstreckt; eine Auskleidung (76) nach Anspruch 1, die in der ersten Bahnöffnung angeordnet ist, wobei die Auskleidung die erste Schienenwand (102), die zweite Schienenwand (104) und eine Abschlusswand (106) hat, und wobei mindestens eine der Wände von mindestens einer Seite der Öffnung beabstandet ist und einen Spalt (D) dazwischen lässt, wobei die Auskleidung hat eine Platte (157) mit einer Basis (112), welche sich zwischen den Schienenwänden (102, 104) erstreckt, wobei die Platte eine innere Oberfläche hat, die über die äußere Oberfläche (109) des Simses ragt, wobei die Platte aufweist einen ersten Flansch (158), der sich umfangsmäßig von der Basis über die Wände erstreckt mit einer äußeren Oberfläche (164), die mit der inneren Oberfläche des Gehäuses zusammenwirkt, einen zweiten Flansch (166), welcher sich seitlich von einer der anderen der Wände erstreckt und eine äußere Oberfläche (172) hat, die mit der inneren Oberfläche des Flansches des Gehäuses zusammenwirkt, eine Ablassöffnung (174), welche sich radial durch die Platte erstreckt, die zum Teil durch den Sims (108) des Gehäuses blockiert ist; und ein Elastomermaterial (96), welches zwischen der Seite der Bahnöffnung und einer Wand der Auskleidung in dem Spalt (D) angeordnet ist; wobei das Elastomermaterial (96), welches zwischen der Auskleidung (76) und dem Gehäuse (42) angeordnet ist, Schwingungen in der Auskleidung dämpft; wobei die Auskleidung (76) aus einem Material mit einer Härte, die größer ist als die Härte des Gehäuses (42), gebildet ist und wobei die Auskleidung eine Wärmeausdehnungsrate hat, die kleiner ist als die Wärmeausdehnungsrate des Gehäuses; wobei die Federrate des Gehäuses (42) größer ist als die Federrate der Auskleidung (76), so dass, obwohl die Kombination des Gehäuses und der Auskleidungen eine integrale Struktur bildet, die lokalen Flansche (52) sich mit dem Gehäuses zu jeder Position des Gehäuses bewegen und eine Wärmeausdehnung des Gehäuses relativ zu der Auskleidung erlauben und wobei sich die Auskleidung hinsichtlich der Wärmeausdehnung der Flansche geringfügig verformt, um eine derartige Ausdehnung aufzunehmen; wobei die Flansche (52) umfangsmäßig durch die Bahnöffnungen unterbrochen sind, die sich axial von der ersten Kante des Flansches erstrecken, welche die umfangsmäßige Kontinuität der lokalen Flansche unterbrechen; und wobei die Mehrzahl von Nieten (98) die Auskleidung an dem Flansch anbringt und wobei die Nieten eine Federratencharakteristik haben, die geringer ist als die Federrate des Gehäuses, um zusätzlich Wärmeausdehnung zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse und dem Flansch aufzunehmen.
Gehäuseanordnung (40) für eine Gasturbinenmaschine (10), aufweisend ein Gehäuse (42) mit einer Mehrzahl von Flanschen (52), wobei jeder eine Auskleidung (76) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Aufnehmen einer Rollenanordnung (58) hat, wobei die Auskleidung aus einem Material mit einer Härte gebildet ist, die größer ist als die des Gehäuses; wobei die Auskleidung eine Wärmeausdehnungsrate hat, die kleiner ist als die des Gehäuses; und wobei die Federratencharakteristik des Gehäuses größer ist als die der Auskleidung.
Statoranordnung (27) aufweisend eine Gehäuseanordnung (40) nach einem der Ansprüche 13 bis 25 und eine Rollenanordnung (58), die in der Bahnverkleidung (76) der Gehäuseanordnung (40) aufgenommen ist.
Statoranordnung nach Anspruch 26, wobei die Rollenanordnung (58) aufweist: einen Stift (78), der um die Achse Ap angeordnet ist mit einem ersten Ende (116) und einem zweiten Ende (118), wobei der Stift in Richtung auf die Struktur, an der die Rollenanordnung unter Betriebszuständen befestigt ist, gedrückt wird, wobei der Stift (78) aufweist einen Kopf (122) an dem ersten Ende (116), der mit dem rotationsfähigen Element (82) zusammenwirkt, wobei der Kopf (122) einen Druchmesser Dh hat, der sich umfangsmäßig um die Achse (Ap) erstreckt, einen Schaft (128), der sich axial von dem Kopf (122) erstreckt, der um die Achse (Ap) angeordnet ist und einen Maximaldurchmesser (Ds) hat, der kleiner ist als der Durchmesser des Kopfes (122); eine Klemmoberfläche (130) mit einem Bereich, der sich radial an eine Stelle erstreckt mit einem Durchmesser größer als dem Durchmesser (Ds) des Schafts (128); einen Kragen (84) mit einem ersten Ende (132), welches dem Kopf des Stifts benachbart angeordnet ist, und einem zweiten Ende (134), welches den Kragen (84) daran anpasst, mit einer Abstützung (86) zusammenzuwirken, wobei der Kragen (84) ferner aufweist eine Radialoberfläche (136), welche sich in zusammenpassenden Kontakt mit der Klemmoberfläche (130) erstreckt, eine innere axiale Oberfläche (139), wobei die innere axiale Oberfläche ferner aufweist einen ersten Bereich (140) dem Kopf (122) benachbart mit einem Bereich, der mit dem Schaft (128) mit einer kompressiven Kraft zusammenwirkt, einen zweiten Bereich (141) mit einer Länge (Lr), wobei der zweite Bereich (141) radial nach außen von dem Schaft (128) und radial nach außen von einem Teil des ersten Bereichs (140) beabstandet ist, wobei der zweite Bereich (141) sich bei Betrieb von dem ersten Bereich (140) zu der Klemmoberfläche (86) erstreckt, um einen Spalt (G) zwischen dem Kragen (84) und dem Schaft (128) zu lassen, der sich von dem ersten Bereich (141) zu der Abstützung (86) erstreckt; wobei bei Verwendung der Kragen (84) eine Reaktivkraft Fr auf den Stift (78) an dem ersten Bereich (140) ausübt, wobei das Beabstanden des Kragens von dem Schaft in dem zweiten Bereich (141) bewirkt, dass die Kraft Fr von der Abstützung (86) mindestens eine Strecke Lr beabstandet ist, die größer ist als die Strecke La zwischen der externen Kraft Fe und der reaktiven Kraft Fr, so dass die maximalen Biegespannungen in dem Schaft ein verringertes Niveau, verglichen mit Konstruktionen haben, bei denen die reaktive Kraft Fr gegen den Stift an der Abstützung (86) wirkt.
Statoranordnung (27) für eine Rotationsmaschine, die umfangsmäßig um eine Achse der Maschine angeordnet ist, wobei die Statoranordnung (27) eine Gehäuseanordnung (40) und einen Betätigungsring (64) aufweist, der axial und umfangsmäßig von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ist, wenn sich der Ring axial in der Maschine relativ zu der Gehäuseanordnung verlagert, wobei die Statoranordnung eine Führungsanordnung zum Positionieren und Führen des Rings aufweist, wenn sich dieser zwischen der ersten und der zweiten Stelle bewegt, aufweisend: ein umfangsmäßig verlaufendes Gehäuse (42) mit einer Mehrzahl von ersten Bahnöffnungen (56) und zweiten Bahnöffnungen (57), die sich umfangsmäßig und axial in der Maschine erstrecken, wobei die ersten Öffnungen (56) umfangsmäßig eine von der anderen beabstandet sind, und die daran an paßt sind, eine Auskleidung (76) aufzunehmen, wobei das Gehäuse eine Mehrzahl von umfangsmäßig beabstandeten lokalen Flanschen hat, wobei jeder Flansch eine erste Bahnöffnung (56) hat, welche die umfangsmäßige Kontinuität des Flansches unterbricht, die den Flansch daran angepasst macht, eine erste Rollenanordnung (58) mit einer Oberfläche (80) aufzunehmen, und wobei jeder von diesen eine zweite Bahnöffnung (57) hat, welche den Flansch daran anpasst, eine zweite Rollenanordnung (176) aufzunehmen, die eine Oberfläche hat, die elastischer ist als die Oberfläche der ersten Rollenanordnung (58); eine Auskleidung (76) nach Anspruch 1, die an jedem Flansch (52) angebracht ist, die in jeder der Mehrzahl von ersten Bahnöffnungen (56) angeordnet ist, wobei die Auskleidung ein Paar von umfangsmäßig beabstandeten Schienenwänden (102, 104) hat, wobei jede Schienenwand einen Teil hat, der sich über mindestens die Hälfte der Länge der Wand erstreckt und zylinderförmig in seiner Gestalt ist, wobei die zweite Wand (104) umfangsmäßig von der ersten Wand (102) beabstandet ist und einen Teil hat, der parallel zu der ersten Wand (104) ist; eine Abschlusswand (106), welche sich zwischen der ersten Wand (102) und der zweiten Wand (104) erstreckt, um die Auskleidung zu begrenzen; ein Elastomermaterial (96), welches zwischen den Wänden und der Auskleidung angeordnet ist; eine Rollenanordnung (58) mit einem rotationsfähigen Element (82), welches an der Bahnöffnung (56) angeordnet ist, welches mit einer Schienenwand der Bahnöffnung zusammenwirkt, wenn sich die Rol lenanordnung (58) sich axial relativ zu der Bahnöffnung bewegt, wobei die Rollenanordnung (58) einen Laufring (114) zum Aufnehmen des rotationsfähigen Elements (82) hat, wobei die Rollenanordnung einen Stift (78) mit einem Kopf (122), der einen Teil des Laufrings (114) für das rotationsfähige Element (82) der Rollenanordnung begrenzt, hat, eine Klemmoberfläche (130), welche radial von einer Abstützung (86) beabstandet ist, wobei sich die Abstützung (86) von dem Ring (64) erstreckt, und ein Kragen (84), der sich zwischen der Klemmoberfläche (130) und der Abstützung (86) erstreckt, der durch den Stift (78) in eine Klemmzusammenwirkung mit der Abstützung (86) gedrückt wird, wobei der Kragen ein um den Stift (78) angeordnetes zylinderförmiges Inneres hat; wobei das zylinderförmige Innere des Kragens (84) über einen Bereich (141), der sich von der Abstützung parallel zu dem Stift erstreckt, radial von dem Stift (78) nach außen beabstandet ist, wobei der Bereich ein zweiter Bereich ist und der Kragen einen ersten Bereich (140) hat, und wobei das zylinderförmige Innere des Kragens radial innerhalb von dem zweiten Bereich (141) über den ersten Bereich (140) angeordnet ist, der sich von dem ersten Bereich durch eine Position zwischen dem zweiten Bereich (141) und der Klemmoberfläche des Stifts (130) erstreckt; wobei der Kragen (84) über dem zweiten Bereich (141) beabstandet ist, der sich von der Abstützung und nach außen von dem ersten Bereich (140) erstreckt, um Biegespannungen in dem Stift (78) zu verringern; wobei das erste rotationsfähige Element (82) Kontakt an einem einzelnen Punkt hat, wenn sich das rotationsfähige Element von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt und eine zylinderförmige Wand hat, die parallel zur zylinderförmigen Wand der Auskleidung in der ge schlossenen Position ist, so dass das rotationsfähige Element mit der Wand entlang einer Kontaktlinie zusammenwirkt; und wobei das elastische Material (180) des zweiten rotationsfähigen Elements (177) Schwingungen in der Auskleidung (76) und der Rollenanordnung (58) dämpft, wenn die Auskleidung und die Rollenanordnung relativ zueinander an einem Kontaktpunkt unter Betriebszuständen der Maschine schwingen, um durch Biegespannungen in dem Stift der Rollenanordnung induzierte Schwingung und Verschleiß an der Auskleidung zu verringern.
Verfahren zum Reparieren verschlissener Bahnoberflächen (142, 144) in Bahnöffnungen von einem Gasturbinenstatorgehäuse (42), aufweisend Entfernen von verschlissenem Material von den Oberflächen (142, 144) der Bahnöffnung (56), und Einsetzen einer Bahnauskleidung (76) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in die reparierte Bahnöffnung (56) des Gasturbinengehäuses (42).
Verfahren zum Modifizieren eines Rollenbahnöffnungsprofils in einer Gasturbinenmaschinen-Statorstruktur, aufweisend Einsetzen einer Auskleidung (76) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit dem gewünschten Bahnprofil in die Bahnöffnung (56).