DE954835C

DE954835C - Gehaeusering fuer Kreiselradmaschinen, insbesondere fuer Gasturbinen

Info

Publication number: DE954835C
Application number: DEC10215A
Authority: DE
Inventors: George Frederick Kelk; Nicholas Klompas
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1954-02-04
Filing date: 1954-11-05
Publication date: 1956-12-20
Also published as: CH342040A; US2858104A

Description

AUSGEGEBEN AM 20. DEZEMBER 1956

C iO2i5la/46 f

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gehäuse- *> ring für Kreiselradmaschinen, der vornehmlich als äußerer Begrenzungsring für die Laufschaufeln von Gasturbinen benutzt werden soll.
Es ist bekannt, als Leitschaufelträger und zur äußeren Begrenzung der Laufschaufeln von Gasturbinen einen aus Ringsegmenten zusammengesetzten inneren Gehäusering zu verwenden, dessen Segmente mit Haltern an einem Außenring des Gehäuses angebracht sind, so daß sich der Innenring unter Einwirkung der im Betrieb auftretenden Temperaturänderungen frei ausdehnen und zusammenziehen kann. Damit die Segmente des Innenringes bei ihren Dehnungen eine zur Triebwerkachse konzentrische Lage beibehalten, hat man auch bereits vorgeschlagen, sie an Führungszapfen· radial verschiebbar zu lagern, die am Außenring befestigt sind. Bei dieser Lagerung können sich die Segmentteile zwar unter dem· Einfluß von Wärmedehnungen an den Führungszapfen ao radial bewegen, doch läßt sich der Abstand der Ringsegmente von dem sie tragenden Außenring nicht nach Bedarf und während des Betriebes der Maschine von außen her beeinflussen.

Zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades von Kreiselradmaschinen ist es notwendig, ein möglichst geringes· Spiel zwischen den, Laufschaufeln und dem Gehäusering aufrechtzuerhalten. Indessen

hat sich herausgestellt, daß bei der Unterteilung des inneren Gehäuseringes in einzelne Ringsegmente infolge von Temperaturdifferenzen, ungleichmäßigen Beanspruchungen und Schwingungen des Triebwerks Verwerfungen und Verlagerungen an den Ringsegmenten auftreten können, die eine unerwünschte Vergrößerug der Spalträume nach sich ziehen. Es ist daher erwünscht, die den inneren Gehäusering bildenden Ringsegmente am ίο Außenring des Gehäuses in solcher Weise anzubringen, daß sich die Spalträume während des Betriebes der Maschine nach Bedarf einstellen lassen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die die Ringsegmente des inneren Gehäuseringes tragenden Halter mit Einstellvorrichtungen versehen sind, mit denen sie zur Veränderung des Abstandes der Ringsegmente vom Außenring von außen her ein- und feststellbar sind. Vorzugsweise sind die Halter der Ringsegmente so ausgebildet, ao daß sie den Außenring durchsetzen und an ihren äußeren Enden mit entsprechenden Einstellvorrichtungen versehen sind, mit denen sich die Halter im Außenring radial verschieben lassen. Die Segmenthalter können z. B. aus Bolzen bestehen, die den Außenring des Gehäuses durchsetzen und ein Einstellgewinde tragen, so daß sie sich mittels drehbar gelagerter, gegen axiale Verschiebung gesicherter Muttern verschieben lassen. Damit an den Stoßstellen der Ringsegmente Spalträume vermieden werden, können die Halter an diesen Stoßstellen angeordnet sein und den Abstand zwischen benachbarten Segmenten überbrücken.-

In der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. ι eine Seitenansicht eines Turbinentriebwerkes, das an der von der Erfindung betroffenen Stelle, nämlich an der Gasturbine, aufgeschnitten ist,

Fig. 2 den betreffenden Ausschnitt der Gasturbine in größerem Maßstab, gleichzeitig als Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 3,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Turbine nach der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der auseinandergezogenen Teile eines Sektors des Gehäuseringes in nochmals größerem Maßstab,

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend Fig. 2 durch einen etwas abgewandelten Gehäusering und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der auseinandergezogenen Teile eines Sektors nach der Bauart gemäß Fig. 5.

In dem in Fig. 1 dargestellten Gasturbinentriebwerk wird die Verbrennungsluft durch den Ansaugring 10 hindurch von dem Verdichter 11 angesaugt und mit höherem Druck in die Verbrennungseinrichtung 12 gedrückt. Die Verbrennungseinrichtung besteht aus mehreren Kammern, in denen eingespritzter Brennstoff verbrennt, so daß die Verbrennungsgase mit hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur durch den Düsenkasten 13 in die Turbine 14 überströmen. Die Turbine treibt den Verdichter 11 über die Welle 15 an, und die Gase gelangen aus der Turbine durch die Vortriebsdüse 16 ins Freie, wobei sie den Schub hervorrufen.

Die Turbine besteht aus einem Laufrad 17, das auf seinem Rand die Laufschaufeln 18 trägt und einem das Laufrad umgebenden Gehäusering, der als Ganzes das Bezugszeichen 19 trägt.

Wie Fig. 2 zeigt, weist der äußere Gehäusering 20 nach außen gerichtete Flansche 20_a und 2O₆ auf, mit denen er mit dem Düsenkasten 13 und der Vortriebsdüse 16 verschraubt ist. Außerdem trägt der äußere Gehäusering 20 an seinem vorderen Rand einen nach innen gerichteten Flansch 2O_C, während an seinem hinteren Rand zusammen mit der Vortriebsdüse 16 ein Blechring 21 an dem Flansch 2O₆ angeschraubt ist, der ebenfalls nach innen ragt. Der äußere Ring ist mit auf den Umfang verteilten radialen Löchern 20^ versehen, in die je eine Führungsbüchse 22 eingesetzt ist, von der ein Teil 22₀ nach außen vorsteht. Nach innen ragt ein mit Außengewinde versehener Teil der Führungsbüchsen durch die Löcher, auf den eine Mutter 23 von innen aufgeschraubt werden kann. Die Muttern 23 sind mit einem Rand versehen, der als Anlage für eine Blechscheibe 24 dient, mit deren Hilfe eine auf die Innenseite des äußeren Gehäuseringes aufgebrachte Isolierplatte 25 an den Ring gedrückt wird. Die Blechscheiben weisen fest mit ihnen verbundene Laschen 26 auf, die mit Drähten 27 mit den Muttern 23 verbunden sind, um ein Lösen -der Muttern zu verhindern.

Der innere Gehäusering, der mit Abstand konzentrisch innerhalb des äußeren Ringes angeordnet ist, besteht aus mehreren bogenförmigen Segmenten 28, die mit ihren einander zugekehrten Enden jeweils von T-förmigen Bolzen 29 gehalten werden, deren Schaft in einer der Führungsbüchsen 22 sitzt. Wie Fig. 3 und 4 zeigen, hat der Kopf des T-Bolzens H-förmigen Querschnitt. Auf der Außenfläche der Segmente befestigte Verstärkungsbleche 28_a bilden mit den Segmenten an deren Enden Nuten 28₆, die mit dem Kopf der T-Bolzen 29 in Eingriff kommen und mit ihnen einen dichten Abschluß bilden. Die Verstärkungsbleche 28_a sind mit längs und quer verlaufenden Sicken 28_C und seitlichen Flanschen 28^ versehen, die sich dicht gegen den Flansch 2O_C und den Blechring 21 des äußeren Gehäuseringes anlegen. Auf diese Weise ist zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäusering ein isolierender Zwischenraum 30 vorhanden.

Auf das äußere mit Gewinde versehene Ende der Bolzen 29 ist eine Kronenmutter 31 aufgeschraubt, die sich beim Aufschrauben in dem äußeren Teil 22_a der Führungsbüchse 22 befindet und in dieser durch ein U-förmiges, seitlich eingeschobenes Sicherungsblech 32 gehalten wird. Hierzu sind in der Führungsbüchse tangentiale iao Schlitze 33 und in der Mutter 31 eine Ringnut 34 vorgesehen. Das Blech verhindert also eine axiale Verschiebung der Mutter in der Büchse, nicht aber eine Drehung. Nach dem Anziehen der Mutter wird sie gegen Lösen auf dem Bolzen 29 mittels eines Splints 35 gesichert, für den in dem Bolzen

eine Querbohrung 2% vorgesehen ist. Ein Herausfallen der Sicherungsbleche 32 wird dadurch verhindert, daß jeweils zwei Bische durch Drähte 36 miteinander verbunden werden, wie dies Fig. 3 veranschaulicht.

Beim Einbau der Segmente 28 werden die Bolzen 29 zunächst in die Führungsbüchsen 22 eingesetzt und mittels der Muttern 31 nur etwas angezogen, so daß die im. Querschnitt H-förmigen Köpfe der Bolzen nach innen über die Innenkante des Blechringes 21 vorstehen. Dann werden die Segmente 28 von hinten in die Nuten der Bolzenköpfe eingeschoben. Danach werden die Bolzen gleichmäßig weiter angezogen, so daß die Segmente zwischen den Flansch 2O_C und den Blechring 21 gelangen. Ist anschließend der Turbinenläüfer eingebaut, so werden die Segmente wieder etwas nachgelassen, bis sie auf den Laufschaufeln aufliegen. Nun werden die Schrauben 31 sämtlich um ao einen durch Erfahrung ermittelten Betrag gedreht, um einen Spalt zu erzielen, der die im Betrieb durch Erwärmung und durch die Zentrifugalkraft entstehende Vergrößerung des Läufers ohne Berührung des Gehäuseringes ermöglicht. as Die Unterteilung des inneren Gehäuseringes in mehrere Segmente schaltet einen großen Teil der bei üblichen einteiligen Ringen auftretenden Verziebungen aus. Gewisse, doch auftretende Verformungen lassen sich durch Nachstellen eines oder einzelner T-Bolzen ausgleichen. Dieses Nachstellen kann von außen geschehen, also ohne daß irgendein Teil der Maschine auseinandergenommen zu werden braucht. Im übrigen kann die gleiche Konstruktion nicht nur bei Gasturbinen, sondern auch bei Verdichtern angewendet werden.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, die eine zwangläufige Sicherung der · Einstellmuttern in jeder Winkelstellung ermöglicht, ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Hierbei werden die T-BoI-zen 29 in Büchsen 22' gesteckt, die ebenfalls einen nach außen vorstehenden Teil 22/ aufweisen und in dem äußeren Gehäusering 20 durch eine von innen aufgeschraubte Mutter 23 befestigt sind. Auch hierbei dient die Mutter 23 zur Befestigung einer Isolierschicht 25 unter Verwendung einer Blechplatte 24. Die Mutter 23 und die Blechplatte 24 werden durch ein Sicherungsblech 37 gesichert, das einen Einschnitt 37_a aufweist, in den eine aus der Blechplatte herausgestanzte Nase 26 eingreift sowie zwei Ohren 37₆, die um die Kante der Mutter umgebogen werden können, wie dies Fig. 5 veranschaulicht.

Die auf das äußere Ende des T-Bolzens 29 aufgeschraubte Einstellmutter 31' weist an ihrem unteren Ende einen geschlitzten Konus 31/ auf, der mit einer konischen Fläche 22/ der Führungsbüchse 22' eine Klemmverbindung bildet, die durch eine Überwurfmutter 38, die über den Konus 31/ greift und auf die Führungsbüchse 22' aufgeschraubt werden kann, festgezogen und gesichert wird. Die Überwurfmutter wird mittels eines Drahtes 39 gesichert, der durch ein Auge 4O₀ eines Blechs 40 gezogen wird, das durch die Führungsbüchse 22' und die Mutter 23 auf der Außenseite des äußeren Gehäuseringes 20 festgeklemmt ist. Auf diese Weise kann der Bolzen 29 Tn jeder gewünschten axialen Stellung festgelegt werden. Auch die Mutter 31' wird auf dem Bolzen 29 gesichert, und zwar durch den Splint 35, der durch die Querbohrung 29,, gesteckt wird.

. Obwohl die Erfindung im vorstehenden in der Anwendung auf eine Konstruktion eines Gehäuseringes beschrieben ist, kann sie auch zum Halten von Leitschaufeln in einem Verdichter oder einer Turbine verwendet werden. Daher sind die beschriebenen Ausführungsformen nur als Beispiele zu bewerten, und es sind Änderungen in der Form, Größe und Anordnung der Teile möglich, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung verlassen zu werden braucht.

Claims

Patentansprüche:

1. Gehäusering für Kreiselradmaschinen, insbesondere für Gasturbinen, bestehend aus einem äußeren und einem inneren Ring, von denen der letztere aus in Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden, mit Haltern am Außenring angebrachten Ringsegmenten zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ringsegmente (28) tragenden Halter (29) mit Einstellvorrichtungen (31 oder 31') versehen sind, mit denen sie zur Veränderung des Abstandes der Ringsegmente vom Außenring von außen her ein- und feststellbar sind.

2. Gehäusering nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ringsegmente (28) tragenden Halter (29) den Außenring (20) durchsetzen und ihre Einstellvorrichtungen (31 oder 31') an ihren den Außenring durchragenden Enden angebracht sind.

3. Gehäusering nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ringsegmente (28) tragenden Halter (29) an den Stoßstellen zwischen benachbarten Ringsegmenten angeordnet sind und mit ihren inneren Enden den Abstand zwischen benachbarten Ringsegmenten überbrücken.

4. Gehäusering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ringsegmente (28) tragenden Halter (29) aus den Außenring durchdringenden Bolzen bestehen, die mittels der äußeren Einstellvorrichtungen (31 oder 31') im Außenring radial verschiebbar sind.

5. Gehäusering nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Außenring (20) durchdringenden Halterbolzen (29) T-förmig ausgebildet sind und an ihren inneren Enden längliche Köpfe aufweisen, die an ihren Längskanten beidseitig mit Führungsrillen für die zu tragenden Ringsegmente versehen sind.

6. Gehäusemng nach Anspruch 4 oder S, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Haltern der Ringsegmente angebrachten Einstellvorrichtungen zum Verändern des Abstandes der

Ringsegmente vom Außenring aus mit den Bolzen (29) verschraubten Muttern (31, 31') bestehen.

7. Gehäusering nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (29) in Führungsbüchsen (22) gelagert sind, die in auf den Umfang des Außenringes (20) verteilten Löchern (2O_rf) sitzen und die Muttern (31) abstützen.

xo

8. Gehäusering nach Anspruch 7, dadurch

gekennzeichnet, daß die Führungsbüchsen (22) über die Außenfläche des Außenringes (20) hervorstehende Teile (22₀) aufweisen, mit denen sie die Muttern (31) führend umschließen.

9. Gehäusering nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (31') und die an ihr anliegende Fläche (22/) der Führungebüchse als Klemmkupplung ausgebildet sind.

10. Gehäusering nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vorstehende Teil (22J der Führungsbüchse (22') mit einer Überwurfmutter (38) verschraubt ist, die die beiden als Klemmkupplung ausgebildeten Teile (22/, 31/")

as miteinander verspannt.

11. Gehäusering nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Muttern (31) an ihrer Umfangsfläche eine Ringnut (34) und die sie aufnehmenden Führungsbüchsen (22) mit der Ringnut sich deckende Schlitze (33) zur Aufnähme von Sicherungsblechen (32) aufweisen, die in die Ringnut der Mutter eingreifen und die Muttern gegen axiale Verschiebung sichern.

12. Gehäusering nach einem der Ansprüche 7 bis 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Einstellen des Abstandes der Ringsegmente vom Außenring dienenden Muttern (31, 31') mit Sicherungen (35,38) gegen Drehen verriegelbar sind.

13. Gehäusering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (20) nach innen ragende Flansche (2O_C) bzw. Ringscheiben (21) aufweist, die die Segmente (28) von beiden Seiten her dicht anliegend einfassen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 816625;
französische Patentschriften Nr. 1 003 299,
975.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen