EP1319844A1 - Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüssen von verstellbaren Statorschaufeln im Hochdruckverdichter einer Gasturbine - Google Patents

Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüssen von verstellbaren Statorschaufeln im Hochdruckverdichter einer Gasturbine Download PDF

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EP1319844A1 EP02023209A EP02023209A EP1319844A1 EP 1319844 A1 EP1319844 A1 EP 1319844A1 EP 02023209 A EP02023209 A EP 02023209A EP 02023209 A EP02023209 A EP 02023209A EP 1319844 A1 EP1319844 A1 EP 1319844A1
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ring according
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    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor

Definitions

  • the invention relates to a bearing ring for storage of blade feet of adjustable stator blades in the high pressure compressor a gas turbine, and in particular on a bearing ring according to the features of the preamble of Main claim.
  • the invention relates to a bearing ring (Shroud), as it is especially the case with high-pressure compressors in modern turbofan engines for internal storage of the adjustable stator blades is used in the field of high pressure compressors.
  • Such bearing rings or shrouds are usually made Aluminum, made of steel alloys or titanium. A Construction of this type is shown, for example, in US Pat. No. 5,062,767 A.
  • the bearing rings are usually made up of two parts, so that a front and a rear base body are present are. These basic bodies are each ring-shaped.
  • Weight reduction is an axial annulus, which for example, is turned out. Air turbulence, vibrations and to reduce noise, becomes the annulus provided with a rubber filling in the prior art. This is applied by means of a vulcanization process.
  • the invention has for its object a bearing ring to create the type mentioned, which with a simple structure and simple, inexpensive to manufacture the disadvantages avoids the prior art and in particular a has low weight.
  • the object is achieved by the combination of features of the main claim solved, the sub-claims show more advantageous embodiments of the invention.
  • annular cover body in the opening area an annular cover body is arranged in the annular space, which is provided with mounting recesses. Still is provided that in the intermediate area between the mounting recess the cover body and the associated mounting hole of the base body, a tubular support element is arranged.
  • the bearing ring according to the invention is characterized by a number significant benefits.
  • Another major advantage is that there are no age-prone ones Materials such as rubber reach. This increases reliability as well the lifespan.
  • Another advantage is the weight reduction to be achieved, because far less material is required than with a filling with rubber or other filling materials.
  • cover body according to the invention for covering in the mouth area of the annulus are not used constructive changes to the base body required. It is thus possible to remove existing basic bodies after removal to convert the rubber filling accordingly.
  • cover body at all times can be easily removed and reinserted, for example during maintenance or other work.
  • the cover body essentially in the form of a flat ring is formed. This can be done in simpler Made for example from a metallic sheet be made, for example, of aluminum or titanium. Especially It is also favorable if the cover body at least on its Is profiled edges. A crimp or a Edge can thus be a particularly advantageous clamping or lead to a press fit so that the cover body is reliable can be used in the annulus.
  • stiffening measures such as beads or the like be used.
  • the support element is preferably cup-shaped or cone-shaped educated. It can be made just like the cover body a metal sheet, by rolling or deep drawing or be produced using a similar forming process. It when the free edge area of the Support element for holding the cover body is profiled, for example bent or flanged. The support element is anchored thus the cover body and clamps it against the Basic body in front, so that there is a secure attachment.
  • the pre-tensioning is done by means of connecting screws, which too serve to brace the two base bodies of the bearing ring.
  • the dimensioning of the support body is preferably so chosen that they are slightly shorter than the depth of the Annulus of the basic body. The gap dimension can, for example 0.5 mm. The screw connection thus results in a Preload of the cover body.
  • cover body and the support elements can be in one piece or be formed in several parts. Instead of the production described made of metallic materials, it is also possible Cover body and / or the support elements made of plastic or to produce similar material, for example by means of a Spraying process.
  • Area A marks the positioning of a bearing ring for the storage of stator blades 2.
  • the schematically indicated components can be omitted because they are known from the prior art.
  • Fig. 2 is a perspective exploded view Shown from the prior art bearing ring shown one front base 3 and a rear base 4 includes.
  • the two base bodies 3, 4 are each on the end face turned out and with a rubber filling 12 in the formed here Annulus 5 provided.
  • In the two basic bodies 1, 2 are each half recesses 14 made (see Fig. 3) serve to support bushings 13, which in turn store a blade root 1 of the respective stator blade 2.
  • the stator blades 2 are rotatable in a known manner, around the To be able to change the angle of attack. This is the performance of the compressor or compressor to the operating conditions customizable.
  • the two base bodies 3, 4 are screwed together by means of a variety of screws 15 and nuts 16.
  • corresponding mounting holes 6 are provided in the base bodies 3, 4.
  • FIG. 4 shows a simplified sectional view of the invention Design of the bearing ring. This includes how already described, a front body 3 and one rear base body 4. These are each with the named Provide mounting holes 6. 4 also shows the two substantially U-shaped annular spaces 5, each axially are open.
  • FIG. 4 is a substantially flat, annular cover body 7 (see also Fig. 5 and 6), which provided with a corresponding number of mounting recesses 8 is aligned with the mounting holes 6 to the To be able to carry out screws 15.
  • a hat-shaped or cup-shaped support element 9 which, as well 7 with a central recess 17 is provided in order to be able to carry out the screw 15.
  • an edge 10 of the cover body 7 is profiled or bent to ensure a tight fit to ensure in the annulus 5.
  • Edge area 11 of support element 9 bent or profiled, to hold and pretension the cover body 7.
  • the length of the support element 9 is slightly smaller than the available depth in the annular space 5, so that when tightening the screw 15 a corresponding bracing of the cover body 7 results.
  • FIG. 6 shows a partial perspective view of the ring-shaped one Cover body 7, while in the illustration of FIG. 5 in a schematic manner, the individual support elements 9 additionally to the cover body 7 are shown.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüßen 1 von verstellbaren Statorschaufeln 2 im Hochdruckverdichter einer Gasturbine, mit einem vorderen 3 und einem hinteren 4 ringförmigen Grundkörper, der jeweils zur Ausbildung eines im Wesentlichen U-förmigen Querschnitts einen axial offenen Ringraum 5 aufweist, sowie eine Vielzahl von axialen Montagebohrungen 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Öffnungsbereich des Ringraums 5 ein ringförmiger Abdeckkörper 7 angeordnet ist, welcher mit Montageausnehmungen 8 versehen ist, und dass im Zwischenbereich zwischen der Montageausnehmung 8 des Abdeckkörpers 7 und der zugeordneten Montagebohrung 5 des Grundkörpers 3, 4 ein rohrartiges Stützelement 9 angeordnet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüßen von verstellbaren Statorschaufeln im Hochdruckverdichter einer Gasturbine, und dabei insbesondere auf einen Lagerring nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.
Im Einzelnen betrifft die Erfindung einen Lagerring (Shroud), wie er insbesondere bei Hochdruckverdichtern moderner Turbofan-Triebwerke zur inneren Lagerung der verstellbaren Statorschaufeln im Bereich der Hochdruckverdichter eingesetzt wird.
Derartige Lagerringe oder Shrouds werden üblicherweise aus Aluminium, aus Stahllegierungen oder aus Titan gefertigt. Eine Konstruktion dieser Art zeigt beispielsweise die US 5,062,767 A.
Die Lagerringe (Shrouds) sind üblicherweise zweiteilig ausgebaut, so dass ein vorderer und ein hinterer Grundkörper vorhanden sind. Diese Grundkörper sind jeweils ringförmig. Zur Gewichtsreduzierung ist ein axialer Ringraum ausgebildet, der beispielsweise ausgedreht wird. Um Luftverwirbelungen, Vibrationen und Geräuschentwicklungen zu mindern, wird der Ringraum im Stand der Technik mit einer Gummifüllung versehen. Diese wird mittels eines Vulkanisiervorganges eingebracht.
Derartige Gummifüllungen weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Zum einen ist der Herstellvorgang sehr aufwendig, da er einen manuell durchzuführenden Spezialprozess benötigt, der zeitintensiv und damit teuer ist. Dieser Spezialprozess umfasst üblicherweise mehrere Arbeitsschritte, insbesondere das Reinigen, Grundieren, Befüllen, Wärmebehandeln sowie das Abtrennen überschüssigen Gummimaterials und eine anschließende nochmalige Reinigung des Grundkörpers des Lagerrings. Durch mangelnde Haftung des Gummimaterials oder durch Blasenbildung können sich Qualitätsprobleme ergeben. Während des Betriebs erweist sich die Gummifüllung als störungsanfällig, da sie altert und da es zu Rissen an den Verbindungsstellen kommen kann. Zudem ergibt sich ein relativ hohes Gewicht der Gummifüllung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lagerring der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere ein geringes Gewicht aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass im Öffnungsbereich des Ringraum ein ringförmiger Abdeckkörper angeordnet ist, welcher mit Montageausnehmungen versehen ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass im Zwischenbereich zwischen der Montageausnehmung des Abdeckkörpers und der zugeordneten Montagebohrung des Grundkörpers ein rohrartiges Stützelement angeordnet ist.
Der erfindungsgemäße Lagerring zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.
Erfindungsgemäß wird somit an Stelle der mit den oben genannten Nachteilen behafteten Gummifüllung ein ringförmiger Abdeckkörper eingesetzt. Es ergibt sich somit eine sehr ähnliche oder identische Außengeometrie des Grundkörpers, verglichen mit einem mit Gummi gefüllten Grundkörper. Die akustischen Eigenschaften sowie die Strömungsverhältnisse, die zu Luftverwirbelungen oder Vibrationen führen können, sind somit in sehr günstiger Weise ausgeführt und erzielen zumindest die Werte der aus dem Stand der Technik bekannten Lagerringe.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass diese einfach und schnell herstellbar ist. Die aufwendigen Arbeitsgänge, die zum Einbringen einer Gummifüllung erforderlich sind, können somit gänzlich entfallen. Hierdurch ergibt sich ein deutlicher Kostenvorteil gegenüber dem Stand der Technik.
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil liegt darin, dass keine alterungsanfälligen Werkstoffe, wie etwa Gummi, zur Anwendung gelangen. Hierdurch erhöht sich die Zuverlässigkeit ebenso wie die Lebensdauer.
Ein weiterer Vorteil liegt in der zu erzielenden Gewichtsreduzierung, da weitaus weniger Werkstoff benötigt wird als bei einer Füllung mit Gummi oder sonstigen Füllmaterialien.
Da der erfindungsgemäße Abdeckkörper zur Abdeckung in den Mündungsbereich des Ringraums eingesetzt wird, sind keine sonstigen konstruktiven Änderungen an dem Grundkörper erforderlich. Es ist somit möglich, vorhandene Grundkörper nach Entfernen der Gummifüllung entsprechend umzurüsten.
Vorteilhaft ist es auch, dass der Abdeckkörper jederzeit leicht entfernt und wieder eingesetzt werden kann, beispielsweise bei Wartungsmaßnahmen oder sonstigen Arbeiten.
In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abdeckkörper im Wesentlichen in Form eines flachen Rings ausgebildet ist. Dieser kann in einfacher Weise beispielsweise aus einem metallischen Blech gefertigt werden, beispielsweise aus Aluminium oder Titan. Besonders günstig ist es auch, wenn der Abdeckkörper zumindest an seinen Rändern profiliert ausgebildet ist. Eine Umbördelung oder ein Rand kann somit zu einer besonders vorteilhaften Klemmung oder zu einem Presssitz führen, so dass der Abdeckkörper betriebssicher in den Ringraum einsetzbar ist.
Zur Verhinderung von Vibrationen oder Ähnlichem können auch zusätzliche Versteifungsmaßnahmen, wie etwa Sicken oder Ähnliches verwendet werden.
Das Stützelement ist bevorzugterweise napfförmig oder hütchenförmig ausgebildet. Es kann ebenso wie der Abdeckkörper aus einem metallischen Blech, durch Rollen oder Tiefziehen oder mittels eines ähnlichen Umformvorganges hergestellt werden. Besonders günstig ist es, wenn der freie Randbereich des Stützelements zur Halterung des Abdeckkörpers profiliert ist, beispielsweise umgebogen oder gebördelt. Das Stützelement verankert somit den Abdeckkörper und spannt diesen gegen den Grundkörper vor, so dass sich eine sichere Befestigung ergibt. Die Vorspannung erfolgt mittels Verbindungsschrauben, die auch zum Verspannen der beiden Grundkörper des Lagerrings dienen. Die Dimensionierung der Stützkörper ist bevorzugterweise so gewählt, dass diese geringfügig kürzer sind als die Tiefe des Ringraums des Grundkörpers. Das Spaltmaß kann beispielsweise 0,5 mm betragen. Durch die Verschraubung erfolgt somit eine Vorspannung des Abdeckkörpers.
Der Abdeckkörper und die Stützelemente können einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. An Stelle der beschriebenen Herstellung aus metallischen Werkstoffen ist es auch möglich, den Abdeckkörper und/oder die Stützelemente aus Kunststoff oder ähnlichem Material herzustellen, beispielsweise mittels eines Spritzverfahrens.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1
eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer Gasturbine,
Fig. 2
eine perspektivische Darstellung eines zweiteiligen Lagerrings nach dem Stand der Technik,
Fig. 3
eine vergrößerte Teil-Darstellung analog Fig. 2 eines aus dem Stand der Technik bekannten Lagerrings,
Fig. 4
eine Teil-Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lagerrings,
Fig. 5
eine vereinfachte perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Abdeckkörpers mit Stützelementen,
Fig. 6
eine perspektivische Darstellung, analog Fig. 5, des erfindungsgemäßen Abdeckkörpers, und
Fig. 7
eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Stützelements.
Die Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Weise einen Teilbereich einer aus dem Stand der Technik bekannten Gasturbine. Der Bereich A kennzeichnet die Positionierung eines Lagerrings zur Lagerung von Statorschaufeln 2. Auf die weitere Beschreibung der schematisch angedeuteten Bauelemente kann verzichtet werden, da diese aus dem Stand der Technik bekannt sind.
In Fig. 2 ist in perspektivischer Explosionsdarstellung ein aus dem Stand der Technik bekannter Lagerring gezeigt, der einen vorderen Grundkörper 3 und einen hinteren Grundkörper 4 umfasst. Die beiden Grundkörper 3, 4 sind stirnseitig jeweils ausgedreht und mit einer Gummifüllung 12 in dem hierbei gebildeten Ringraum 5 versehen. In den beiden Grundkörpern 1, 2 sind jeweils hälftig Ausnehmungen 14 eingebracht, die (siehe Fig. 3) zur Lagerung von Buchsen 13 dienen, welche wiederum einen Schaufelfuß 1 der jeweiligen Statorschaufel 2 lagern. Die Statorschaufeln 2 sind in bekannter Weise drehbar, um deren Anstellwinkel ändern zu können. Hierdurch ist die Leistung des Verdichters oder Kompressors an die Betriebsbedingungen anpassbar.
Eine Verschraubung der beiden Grundkörper 3, 4 erfolgt mittels einer Vielzahl von Schrauben 15 und Muttern 16. Hierzu sind entsprechende Montagebohrungen 6 in den Grundkörpern 3, 4 vorgesehen.
Die Fig. 4 zeigt in vereinfachter Schnittansicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Lagerrings. Dieser umfasst, wie bereits beschrieben, einen vorderen Grundkörper 3 und einen hinteren Grundkörper 4. Diese sind jeweils mit den genannten Montagebohrungen 6 versehen. Die Fig. 4 zeigt weiterhin die beiden im Wesentlichen U-förmigen Ringräume 5, die axial jeweils offen sind.
In Fig. 4 ist ein im Wesentlichen flacher, ringförmiger Abdeckkörper 7 dargestellt (siehe auch Fig. 5 und 6), welcher mit einer entsprechenden Anzahl an Montageausnehmungen 8 versehen ist, die zu den Montagebohrungen 6 fluchten, um die Schrauben 15 durchführen zu können.
In die Montageausnehmungen 8 ist jeweils ein hütchenförmiges oder napfförmiges Stützelement 9 eingesetzt, welches, wie auch aus Fig. 7 ersichtlich ist, mit einer zentrischen Ausnehmung 17 versehen ist, um die Schraube 15 durchführen zu können.
Die Fig. 4 zeigt weiterhin, dass ein Rand 10 des Abdeckkörpers 7 profiliert oder umgebogen ist, um einen dichten festen Sitz in dem Ringraum 5 zu gewährleisten. In ähnlicher Weise ist ein Randbereich 11 des Stützelements 9 umgebogen oder profiliert, um den Abdeckkörper 7 zu halten und vorzuspannen. Zu diesem Zweck ist die Länge des Stützelements 9 geringfügig kleiner als die verfügbare Tiefe im Ringraum 5, so dass sich bei Anziehen der Schraube 15 eine entsprechende Verspannung des Abdeckkörpers 7 ergibt.
Die Fig. 6 zeigt in perspektivischer Teilansicht den ringförmigen Abdeckkörper 7, während bei der Darstellung der Fig. 5 in schematischer Weise die einzelnen Stützelemente 9 zusätzlich zu dem Abdeckkörper 7 gezeigt sind.
Es versteht sich, dass bei der Darstellung der Fig. 4 auch in der linken Hälfte der Darstellung ein entsprechender Abdeckkörper 7 in den vorderen Grundkörper 3 mit Hilfe entsprechender Stützelemente 9 einsetzbar ist. Auf eine zeichnerische Darstellung wurde aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung verzichtet.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigt Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten.
Bezugszeichenliste:
1
Schaufelfuß
2
Statorschaufel
3
Vorderer Grundkörper
4
Hinterer Grundkörper
5
Ringraum
6
Montagebohrung
7
Abdeckkörper
8
Montageausnehmung
9
Stützelement
10
Rand
11
Randbereich
12
Gummifüllung
13
Buchse
14
Ausnehmung
15
Schraube
16
Mutter
17
Ausnehmung

Claims (11)

  1. Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüßen (1) von verstellbaren Statorschaufeln (2) im Hochdruckverdichter einer Gasturbine, mit einem vorderen (3) und einem hinteren (4) ringförmigen Grundkörper, der jeweils zur Ausbildung eines im Wesentlichen U-förmigen Querschnitts einen axial offenen Ringraum (5) aufweist, sowie eine Vielzahl von axialen Montagebohrungen (6), dadurch gekennzeichnet, dass im Öffnungsbereich des Ringraums (5) ein ringförmiger Abdeckkörper (7) angeordnet ist, welcher mit Montageausnehmungen (8) versehen ist, und dass im Zwischenbereich zwischen der Montageausnehmung (8) des Abdeckkörpers (7) und der zugeordneten Montagebohrung (5) des Grundkörpers (3, 4) ein rohrartiges Stützelement (9) angeordnet ist.
  2. Lagerring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) im Wesentlichen in Form eines flachen Rings ausgebildet ist.
  3. Lagerring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) aus einem metallischen Blech gefertigt ist.
  4. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) zumindest an seinen Rändern (10) profiliert ausgebildet ist.
  5. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (9) napfförmig oder hütchenförmig ausgebildet ist.
  6. Lagerring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Randbereich des Stützelements (9) zur Halterung des Abdeckkörpers (7) profiliert ist.
  7. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) und das Stützelement (9) als separate Bauteile ausgebildet sind.
  8. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper und das Stützelement (9) einstückig ausgebildet sind.
  9. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (9) eine geringere Höhe aufweist, als die Tiefe des Ringraums (5).
  10. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (9) und das Stützelement (10) aus Metall gefertigt sind.
  11. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) und das Stützelement (9) aus Kunststoff gefertigt sind.
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