EP3056683A1 - Axial geteilter Innenring für eine Strömungsmaschine und Leitschaufelkranz - Google Patents

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EP3056683A1
EP3056683A1 EP15155241.1A EP15155241A EP3056683A1 EP 3056683 A1 EP3056683 A1 EP 3056683A1 EP 15155241 A EP15155241 A EP 15155241A EP 3056683 A1 EP3056683 A1 EP 3056683A1
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EP
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ring
inner ring
segment
ring segment
securing element
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Definitions

  • the present invention relates to an axially divided inner ring for a turbomachine according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present invention relates to a vane ring according to claim 11.
  • stator and vane ring are used synonymously
  • stator and vane ring are often connected at the radially inner end with inner rings for stabilizing the guide vanes and for fastening inlet seals.
  • the inlet seals should at least reduce leakage flow between an internal rotor and the vane ring.
  • inner rings there are different embodiments.
  • multi-part inner rings which can be divided both radially, axially and in the circumferential direction. Axially split inner ring segments are usually bolted together.
  • radially divided inner ring segments with inlet seals can be pushed or plugged onto the axially screwed inner ring segments (radially outward).
  • the screw connections of the axially divided inner ring segments are potential weak points in terms of material overload, material aging with material breakage, inadequate installation (eg excessive tightening torques in the screw connection), etc. in the operating case of the turbomachine.
  • An object of the present invention is to propose an axially divided inner ring for turbomachines, on the one hand reduces leakage flows between a rotor and a vane ring of the turbomachine and on the other hand provides a backup in case of damage of fasteners in or on the inner ring.
  • the object of the invention is achieved by an axially divided inner ring having the features of claim 1. It is further achieved by a vane ring with the features of claim 11.
  • an axially divided inner ring for a turbomachine for fastening to guide vanes of the turbomachine is thus proposed.
  • the inner ring includes at least a first, solid, upstream annular segment and a second, solid, downstream annular segment.
  • the first ring segment is releasably connected to the second ring segment by means of at least one fastening element.
  • the first and / or the second ring segment is connected to at least one sealing segment.
  • the inner ring comprises a securing element for securing the fastening element, wherein the securing element is connected to the first ring segment and / or with the second ring segment.
  • Inventive exemplary embodiments may have one or more of the following features.
  • turbomachines may in particular be an axial flow machine.
  • the gas turbine may in particular be an axial gas turbine, for example an aircraft gas turbine.
  • a solid ring segment according to the invention is in particular a ring segment which has no cavity.
  • a hollow ring segment would be, for example, a ring segment, which has one or more cavities for weight reduction with a structurally high rigidity of the component.
  • the first ring segment and the second ring segment are arranged axially one behind the other in relation to the main flow direction of the turbomachine.
  • the two ring segments can interlock in different ways.
  • the second ring segment, the first ring segment, or vice versa enclose a U-shaped or L-shaped fit together.
  • the ring segments can be wholly or partially positively connected to each other.
  • the first ring segment and / or the second ring segment is segmented in the circumferential direction.
  • the first ring segment and / or the second ring segment in the circumferential direction have half rings each with a circumferential angle of 180 degrees.
  • the ring segments can also be divided several times, for example, in three segments, each with 120 degrees circumferential angle, in four segments each with 90 degrees circumferential angle, etc.
  • the ring segments can continue to be divided into segments with different circumferential angles.
  • the fastening element frictionally connects the first ring segment to the second ring segment.
  • the ring segments may have flat, curved or profiled surfaces, which are pressed non-positively by means of a fastener.
  • the fastener is a screw.
  • screws can be arranged over the circumference of the first and / or the second ring segment.
  • the screws can be countersunk screws or any other type of screws.
  • the screw or a plurality of screws, is disposed in a threaded insert for connecting the first ring segment to the second ring segment, or vice versa.
  • a threaded insert for connecting the first ring segment to the second ring segment, or vice versa.
  • an internal thread for the screw can be made by a hollow cylinder ("insert") is inserted with an internal thread in the first ring segment or in the second ring segment.
  • the threaded insert may be a wire thread insert.
  • the securing element is positively connected to the first ring segment and / or to the second ring segment.
  • the securing element may be a pin or a security wire, which is introduced into a positive retention on one or both ring segments and connected thereto.
  • the fuse wire can be secured after the positive connection against accidental loosening, for example by bending or bending of parts of the fuse wire.
  • the securing element is segmented in the circumferential direction.
  • a segmented securing element in the circumferential direction may be a ring segment.
  • the ring segment may be positively and / or non-positively connected to one and / or two axially divided inner ring segments, in particular detachably connected again.
  • the fuse element formed as a segmented ring segment can be designed as a segmented annular disk.
  • the securing element is disposed in radial grooves of the first ring segment or the second ring segment.
  • the securing element is in particular a segmented annular disc.
  • the radial grooves can ensure a guide and / or a safeguard against axial falling out or loosening of the respective ring segment.
  • the radial grooves have, in particular in cross-section U-shaped profiles.
  • the securing element can be arranged on the front side to the screw head.
  • the securing element is arranged separately from the fastening element.
  • a separate arrangement may be a separate arrangement.
  • a separate arrangement may mean that the securing element has no direct contact with the fastening element. The securing element is not connected positively or non-positively with the fastening element.
  • the inner ring has exactly one securing element per fastening element.
  • each fuse wire secure a screw as a fastener.
  • the securing wire may be positively connected by means of one or more holders with at least one axially divided inner ring segment.
  • Some or all embodiments according to the invention may have one, several or all of the advantages mentioned above and / or below.
  • the axially divided inner ring according to the invention can advantageously be used as fasteners in the design and construction of small turbomachines small screws.
  • small compressor sizes used correspondingly small screw diameter, since in a possible damage, z. B. when tearing off a screw head, no or only a small risk that fractions of screws get into the main flow channel or in another gas channel.
  • the axially divided inner ring according to the invention allows the inclusion or the encapsulation of screw parts in case of damage, for example in material fatigue of the screw or excessive tightening torques during assembly of the screw. Furthermore, an axially divided inner ring can keep the sealing gap between an inlet seal (stator) and sealing fins (rotor) comparatively constant small, compared to a sealing gap on a radially divided inner ring.
  • a radially divided inner ring usually has design-related clearance fits and larger sealing gaps.
  • the axially divided inner ring according to the invention can advantageously the number of parts of the inner ring and thus the weight of the inner ring and their cost can be reduced. Furthermore, the space required for the axially divided inner ring according to the invention can be reduced compared to inner rings with radial inner ring segments.
  • inlet seals can be fixed without using further, in particular radial, inner ring segments.
  • a costly further, radial seal carrier can advantageously be omitted.
  • Fig. 1 shows a sectional view of an axially divided inner ring 100 according to the invention.
  • a first, solid, upstream arranged inner ring segment 1 a second, solid, downstream arranged inner ring segment 3 and a formed in this embodiment as an inner ring segment 5 fuse element hatched.
  • the first ring segment 1 and the second ring segment 3 are connected or fixed with a screw 7 as a fastener, non-positively.
  • the screw 7 is screwed into a threaded insert 9, which is fixed in the first ring segment 1.
  • Such threaded inserts 9 are often used for highly loaded connections, for example, if the material into which the threaded insert 9 is inserted, does not have sufficient strength for a screw connection.
  • the threaded insert 9 is in particular a wire thread insert.
  • the screw 7 is exemplified as a countersunk screw. According to the invention, other types of screws can be used with other screw heads.
  • the inner ring 100 according to the invention is connected at the radially inner end, with respect to the radial direction r perpendicular to the axial direction a (which is also the main flow direction 11 of the turbomachine), with adjustable guide vanes 13.
  • a shoulder 15 of the vane 13 is mounted about an axis of rotation 17 in a recess 19.
  • inlet seals 21 for example, honeycomb seals
  • a sealing gap is formed by the fact that between the static inlet seals 21 on the inner ring 100 on the one hand and on rotating sealing tips, the so-called sealing fins 23 on a rotor shaft of the turbomachine on the other hand by means of a stripping of the sealing fins 23 at the inlet seals 21 a gap is formed ,
  • These Gap seal is intended to minimize the flow losses during operation of the turbomachine between the inlet seals 21 and the sealing fins 23 of the rotor shaft.
  • the trained as a fuse element ring segment 5 is frontally opposite the screw head 25 is arranged.
  • the ring segment 5 is guided in radial grooves 27.
  • Fig. 2 shows a perspective view of an axially divided inner ring 100 according to the invention with the ring segment 5 as a securing element, with the first inner ring segment 1, the second inner ring segment 3 and the inlet seals 21.
  • the ring segment 5 is guided in radial grooves 27.
  • the inner ring 100 (division plane t1) divided in the axial direction a is also divided or segmented in the circumferential direction u (division plane t2; drawing plane).
  • a segmented inner ring 100 means in this embodiment that the individual segments of the inner ring 100, ie the first ring segment 1, the second ring segment 3, the ring segment 5 and the inlet seals 21 are segmented.
  • the segments are in the division plane t2 by means of pins (in Fig. 2 not shown) which are inserted or plugged into jacks 31 (or bores), merged and connected.
  • the inner ring 100 may be divided into two segments each having a 180 ° (degree) circumferential angle, three segments each having a 120 ° (degree) circumferential angle, four segments each having a 90 ° (degree) circumferential angle, or other segmentations.
  • Fig. 3 shows a sectional view of an axially divided inner ring 100 according to the invention with a fuse wire 33 as a fuse element.
  • the fuse wire 33 is fixed by means of brackets 35 or positively connected to the first inner ring segment 1.
  • the Safety wire 33 secures the screw 7 (as a fastener for connecting the first inner ring segment 1 with the second inner ring segment 3) against unintentional loosening or fixing of screw parts in case of breakage of the screw 7, and thus preventing major damage in the turbomachine.
  • Fig. 4 shows a perspective view of an inner ring 100 according to the invention with a securing wire 33 as a securing element for the screw 7.
  • a securing wire 33 as a securing element for the screw 7.
  • the fuse wire 33 In the installed state of the fuse wire 33 is first pushed under the brackets 35 and secured the screw 7 against loosening. Subsequently, the fuse wire 33 itself is secured against being loosened or dropped out by bending the tip of the fuse wire 33 (in FIG Fig. 4 indicated by the arrow 37).
  • the holders 35 can be connected to the first inner ring segment 1, for example by means of soldering, welding, gluing or by another method. Likewise, the holders 35 can be produced by means of a generative method in the production of the inner ring segment 1.
  • Fig. 5 schematically shows a gas turbine 39, in which a guide vane ring 41 according to the invention can be mounted.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen axial geteilten Innenring (100) für eine Strömungsmaschine, zum Befestigen an Leitschaufeln (13) der Strömungsmaschine. Der Innenring (100) umfasst wenigstens ein erstes, stromauf angeordnetes Ringsegment (1) und ein zweites, stromab angeordnetes Ringsegment (3), wobei das erste Ringsegment (1) mit dem zweiten Ringsegment (3) mittels wenigstens einem Befestigungselement (7) lösbar verbunden ist. Das erste Ringsegment (1) und/ oder das zweite Ringsegment (3) ist mit wenigstens einem Dichtungssegment (21) verbunden. Der Innenring (100) umfasst ein Sicherungselement (5) zum Sichern des Befestigungselements, wobei das Sicherungselement mit dem ersten Ringsegment (1) und/ oder mit dem zweiten Ringsegment (3) verbunden ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Leitschaufelkranz einer Strömungsmaschine mit Leitschaufeln (13), die einen erfindungsgemäßen axial geteilten Innenring (100) aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen axial geteilten Innenring für eine Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Leitschaufelkranz gemäß Anspruch 11.
  • In Strömungsmaschinen, insbesondere in axialen Gasturbinen, werden Leiträder (im Folgenden werden die Begriff Leitrad und Leitschaufelkranz synonym verwendet) am radial inneren Ende oft mit Innenringen zum Stabilisieren der Leitschaufeln und zum Befestigen von Einlaufdichtungen verbunden. Die Einlaufdichtungen sollen Leckageströmungen zwischen einem innenliegenden Rotor und dem Leitschaufelkranz zumindest verringern. Für die Inneminge gibt es unterschiedliche Ausführungsformen. Beispielsweise gibt es mehrteilige Innenringe, die sowohl radial, axial als auch in Umfangsrichtung geteilt sein können. Axial geteilte Innenringssegmente werden in der Regel miteinander verschraubt. Weiterhin können radial geteilte Innenringsegmente mit Einlaufdichtungen (radial innen) auf die axial verschraubten Innenringsegmente (radial außen) aufgeschoben oder aufgesteckt werden. Die Verschraubungen der axial geteilten Innenringsegmente sind im Betriebsfall der Strömungsmaschine potentielle Schwachstellen hinsichtlich Materialüberlastung, Materialalterung mit Materialbruch, unzureichender Montage (z. B. überhöhte Anzugsmomente bei der Verschraubung) etc.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen axial geteilten Innenring für Strömungsmaschinen vorzuschlagen, der einerseits Leckageströmungen zwischen einem Rotor und einem Leitschaufelkranz der Strömungsmaschine verringert und andererseits eine Sicherung im Schadensfall von Befestigungselementen in oder an dem Innenring vorsieht.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen axial geteilten Innenring mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Sie wird ferner durch ein Leitschaufelkranz mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird somit ein axial geteilter Innenring für eine Strömungsmaschine zum Befestigen an Leitschaufeln der Strömungsmaschine vorgeschlagen. Der Innenring umfasst wenigstens ein erstes, massives, stromauf angeordnetes Ringsegment und ein zweites, massives, stromab angeordnetes Ringsegment. Das erste Ringsegment ist mit dem zweiten Ringsegment mittels wenigstens einem Befestigungselement lösbar verbunden.
  • Erfindungsgemäß ist das erste und/ oder das zweite Ringsegment mit wenigstens einem Dichtungssegment verbunden. Weiterhin umfasst der Innenring ein Sicherungselement zum Sichern des Befestigungselements, wobei das Sicherungselement mit dem ersten Ringsegment und/ oder mit dem zweiten Ringsegment verbunden ist.
  • Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen und Ausführungsformen.
  • Erfindungsgemäße beispielhafte Ausführungsformen können eines oder mehrere der im Folgenden genannten Merkmale aufweisen.
  • Im Folgenden werden als Strömungsmaschinen rein beispielhaft insbesondere Gasturbinen beschrieben, ohne jedoch Strömungsmaschinen auf Gasturbinen beschränken zu wollen. Die Strömungsmaschine kann insbesondere eine axiale Strömungsmaschine sein. Die Gasturbine kann insbesondere eine axiale Gasturbine, beispielsweise eine Fluggasturbine, sein.
  • Ein erfindungsgemäßes massives Ringsegment ist insbesondere ein Ringsegment, das keinen Hohlraum aufweist. Ein hohlförmiges Ringsegment wäre beispielsweise ein Ringsegment, das zur Gewichtsreduzierung bei einer strukturell hohen Steifigkeit des Bauelements ein oder mehrere Hohlräume aufweist.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind das erste Ringsegment und das zweite Ringsegment in Bezug auf die Hauptdurchströmungsrichtung der Strömungsmaschine axial hintereinander angeordnet. Die beiden Ringsegmente können auf verschiedene Art und Weise ineinander greifen. Beispielsweise kann das zweite Ringsegment das erste Ringsegment, oder umgekehrt, U-förmig umschließen oder sich L-förmig aneinander anpassen. Die Ringsegmente können ganz oder teilweise formschlüssig miteinander verbunden sein.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das erste Ringsegment und/ oder das zweite Ringsegment in Umfangsrichtung segmentiert. Beispielsweise kann das erste Ringsegment und/ oder das zweite Ringsegment in Umfangsrichtung Halbringe mit jeweils 180 Grad Umfangswinkel aufweisen. Die Ringsegmente können gleichfalls mehrfach geteilt sein, beispielsweise in drei Segmente mit jeweils 120 Grad Umfangswinkel, in vier Segmente mit jeweils 90 Grad Umfangswinkel usw. Die Ringsegmente können weiterhin in Segmente mit unterschiedlichen Umfangswinkeln unterteilt sein.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen verbindet das Befestigungselement das erste Ringsegment mit dem zweiten Ringsegment kraftschlüssig. Beispielsweise können die Ringsegmente plane, gekrümmte oder profilierte Flächen aufweisen, die mittels eines Befestigungselements kraftschlüssig aneinander gepresst werden.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Befestigungselement eine Schraube. Über dem Umfang des ersten und/ oder des zweiten Ringsegments können mehrere Schrauben angeordnet sein. Die Schrauben können Senkkopfschrauben sein oder jede andere Art von Schrauben.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Schraube, oder sind mehrere Schrauben, in einem Gewindeeinsatz zum Verbinden des ersten Ringsegments mit dem zweiten Ringsegments, oder umgekehrt, angeordnet. Mittels des Gewindeeinsatzes kann ein Innengewinde für die Schraubverbindung hergestellt werden, indem ein Hohlzylinder ("Einsatz") mit einem Innengewinde in das erste Ringsegment oder in das zweite Ringsegment eingesetzt wird. Der Gewindeeinsatz kann ein Drahtgewindeeinsatz sein.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Sicherungselement formschlüssig mit dem ersten Ringsegment und/ oder mit dem zweiten Ringsegment verbunden. Das Sicherungselement kann ein Stift oder ein Sicherungsdraht sein, der in eine formschlüssige Halterung an einem oder an beiden Ringsegmenten eingebracht und damit verbunden wird. Der Sicherungsdraht kann nach der formschlüssigen Verbindung gegen ein ungewolltes Lösen gesichert werden, beispielsweise durch Umbiegen oder Verbiegen von Teilen des Sicherungsdrahtes.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Sicherungselement in Umfangsrichtung segmentiert. Ein in Umfangsrichtung segmentiertes Sicherungselement kann ein Ringsegment sein. Das Ringsegment kann formschlüssig und/ oder kraftschlüssig mit einem und/ oder beiden axial geteilten Innenringssegmenten verbunden sein, insbesondere wieder lösbar verbunden. Das als segmentiertes Ringsegment geformte Sicherungselement kann als segmentierte Ringscheibe ausgestaltet sein.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Sicherungselement in radialen Nuten des ersten Ringsegments oder des zweiten Ringsegments angeordnet. Das Sicherungselement ist insbesondere eine segmentierte Ringscheibe. Die radialen Nuten können eine Führung und/ oder eine Sicherung gegen axiales Herausfallen oder sich Lösens von dem jeweiligen Ringsegment gewährleisten. Die radialen Nuten weisen insbesondere im Querschnitt U-förmige Profile auf.
  • Bei einem als Schraube ausgestalteten Befestigungselement kann das Sicherungselement stirnseitig zu dem Schraubenkopf angeordnet sein.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Sicherungselement separat von dem Befestigungselement angeordnet. Eine separate Anordnung kann eine voneinander getrennte Anordnung sein. Eine separate Anordnung kann bedeuten, dass das Sicherungselement keinen direkten Kontakt mit dem Befestigungselement aufweist. Das Sicherungselement ist weder formschlüssig noch kraftschlüssig mit dem Befestigungselement verbunden.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Innenring genau ein Sicherungselement je Befestigungselement auf. Beispielsweise kann je ein Sicherungsdraht eine Schraube als Befestigungselement sichern. Der Sicherungsdraht kann formschlüssig mittels einer oder mehreren Halterungen mit wenigstens einem axial geteilten Innenringssegment verbunden sein.
  • Manche oder alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen können einen, mehrere oder alle der oben und/oder im Folgenden genannten Vorteile aufweisen.
  • Mittels des erfindungsgemäßen axial geteilten Innenrings können bei der Auslegung und Konstruktion von kleinen Strömungsmaschinen vorteilhaft kleine Schrauben als Befestigungselemente eingesetzt werden. Es können beispielsweise bei kleinen Verdichtergrößen entsprechend kleine Schraubendurchmesser verwendet, da bei einem möglichen Schadensfall, z. B. bei einem Abreißen eines Schraubenskopfes, keine oder nur eine geringe Gefahr besteht, dass Bruchteile von Schrauben in den Hauptströmungskanal oder in einen anderen Gaskanal gelangen.
  • Der erfindungsgemäße axial geteilte Innenring ermöglicht den Einschluss oder die Kapselung von Schraubenteilen im Schadensfall, beispielsweise bei Materialermüdung der Schraube oder durch überhöhte Anzugsmomente bei der Montage der Schraube. Weiterhin kann ein axial geteilter Innenring den Dichtspalt zwischen einer Einlaufdichtung (Stator) und Dichtfins (Rotor) vergleichsweise konstant klein halten, im Vergleich zu einem Dichtspalt an einem radial geteilten Innenring. Ein radial geteilter Innenring weist in der Regel konstruktionsbedingt Spielpassungen und größere Dichtspalte auf.
  • Mittels des erfindungsgemäßen axial geteilten Innenrings kann vorteilhaft die Teilanzahl des Innenrings und damit das Gewicht des Innenrings und deren Kosten reduziert werden. Weiterhin kann der notwendige Bauraum für den erfindungsgemäßen axial geteilten Innenring gegenüber Innenringen mit radialen Innenringsegmenten reduziert werden.
  • An dem erfindungsgemäßen axial geteilten Innenring können Einlaufdichtungen fixiert werden, ohne weitere, insbesondere radiale, Innenringsegmente zu verwenden. Ein kostenaufwändiger weiterer, radialer Dichtungsträger kann vorteilhaft entfallen.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen, in welcher identische Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile bezeichnen, exemplarisch erläutert. In den jeweils schematisch vereinfachten Figuren gilt:
    • Fig. 1
    zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen axial geteilten Innenrings mit einem Ringsegment als Sicherungselement;
    Fig. 2
    zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Innenrings mit einem Ringsegment als Sicherungselement;
    Fig. 3
    zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Innenrings mit einem Sicherungsdraht als Sicherungselement;
    Fig. 4
    zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Innenrings mit einem Sicherungsdraht als Sicherungselement; und
    Fig. 5
    zeigt schematisch stark vereinfacht eine Gasturbine mit einem erfindungsgemäßen Leitschaufelkranz.
  • Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen axial geteilten Innenrings 100. Zur besseren Übersichtlichkeit sind ein erstes, massives, stromauf angeordnetes Innenringsegment 1, ein zweites, massives, stromab angeordnetes Innenringsegment 3 und ein in dieser Ausführungsform als Innenringsegment 5 ausgebildetes Sicherungselement schraffiert dargestellt.
  • Das erste Ringsegment 1 und das zweite Ringsegment 3 sind mit einer Schaube 7 als Befestigungselement, kraftschlüssig miteinander verbunden bzw. fixiert. Die Schraube 7 ist in einen Gewindeeinsatz 9 eingeschraubt, der in dem ersten Ringsegment 1 fixiert ist. Derartige Gewindeeinsätze 9 werden oft für hochbelastete Verbindungen verwendet, wenn beispielsweise das Material, in das der Gewindeeinsatz 9 eingesetzt wird, keine ausreichende Festigkeit für eine Verschraubung aufweist. Der Gewindeeinsatz 9 ist insbesondere ein Drahtgewindeeinsatz.
  • Die Schraube 7 ist exemplarisch als Senkkopfschraube dargestellt. Erfindungsgemäß können auch andere Schraubenarten mit anderen Schraubenköpfen verwendet werden.
  • Der erfindungsgemäße Innenring 100 ist am radial inneren Ende, bezogen auf die Radialrichtung r senkrecht zur Axialrichtung a (die gleichzeitig die Hauptdurchströmungsrichtung 11 der Strömungsmaschine ist), mit verstellbaren Leitschaufeln 13 verbunden. Ein Absatz 15 der Leitschaufel 13 ist um eine Drehachse 17 in einer Vertiefung 19 gelagert.
  • Am radial inneren Ende des Innenrings 100 sind Einlaufdichtungen 21 (beispielsweise Wabenstruktur-Dichtungen, engl.: "honeycomb seals") angeordnet. Im Einbauzustand der Strömungsmaschine bildet sich ein Dichtungsspalt dadurch aus, dass zwischen den statischen Einlaufdichtungen 21 am Innenring 100 einerseits und an rotierenden Dichtspitzen, den sogenannten Dichtfins 23 auf einer Rotorwelle der Strömungsmaschine andererseits mittels eines Anstreifens der Dichtsfins 23 an den Einlaufdichtungen 21 ein Spalt ausgebildet wird. Diese Spaltdichtung soll die Strömungsverluste im Betrieb der Strömungsmaschine zwischen den Einlaufdichtungen 21 und den Dichtsfins 23 der Rotorwelle minimieren.
  • Das als Sicherungselement ausgebildete Ringsegment 5 ist stirnseitig gegenüber dem Schraubenkopf 25 angeordnet. Das Ringsegment 5 wird in radialen Nuten 27 geführt. Wenn sich die Schraube 7 beispielsweise in unvorhergesehener Weise aus dem Gewindeeinsatz 9 löst oder die Schraube 7 im Schadensfall bricht (beispielsweise durch überhöhte Anzugsmomente bei der Montage der Schraube 7), kann mittels des Ringsegments 5 vorteilhaft verhindert werden, dass sich die Schraube 7 oder Teile davon in den Raum 29 zwischen dem Innenring 100 und dem Rotor der Strömungsmaschine hin bewegt oder sich sogar in den Hauptströmungskanal hin bewegt und dort hohe Schäden (Sekundärschäden) beispielsweise an den Rotorschaufeln verursachen kann. Diese Gefahr ist umso höher, desto kleiner die Innenringe 100 und damit auch die Schrauben 7 dimensioniert werden.
  • Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen axial geteilten Innenrings 100 mit dem Ringsegment 5 als Sicherungselement, mit dem ersten Innenringsegment 1, dem zweiten Innenringsegment 3 und den Einlaufdichtungen 21. Das Ringsegment 5 wird in radialen Nuten 27 geführt.
  • Der in Axialrichtung a geteilte Innenring 100 (Teilungsebene t1) ist auch in Umfangsrichtung u (Teilungsebene t2; Zeichenebene) geteilt oder segmentiert. Ein segmentierter Innenring 100 bedeutet in diesem Ausführungsbeispiel, dass die einzelnen Segmente des Innenrings 100, also das erste Ringsegment 1, das zweite Ringsegment 3, das Ringsegment 5 und die Einlaufdichtungen 21 segmentiert sind. Die Segmente werden in der Teilungsebene t2 mittels Zapfen (in Fig. 2 nicht dargestellt), die in Buchsen 31 (oder Bohrungen) eingeführt oder eingesteckt werden, zusammengeführt und verbunden.
  • Der Innenring 100 kann beispielsweise in zwei Segmente mit jeweils 180° (Grad) Umfangswinkel, in drei Segmente mit jeweils 120° (Grad) Umfangswinkel, in vier Segmente mit jeweils 90° (Grad) Umfangswinkel oder in andere Segmentierungen unterteilt sein.
  • Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen axial geteilten Innenrings 100 mit einem Sicherungsdraht 33 als Sicherungselement. Der Sicherungsdraht 33 wird mittels Halterungen 35 fixiert bzw. formschlüssig mit dem ersten Innenringsegment 1 verbunden. Der Sicherungsdraht 33 sichert die Schraube 7 (als Befestigungselement zum Verbinden des ersten Innenringsegments 1 mit dem zweiten Innenringssegment 3) gegen ein unbeabsichtigtes Lösen oder zum Fixieren von Schraubenteilen bei einem Bruch der Schraube 7, und somit einem Verhindern von größeren Schäden in der Strömungsmaschine.
  • Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Innenrings 100 mit einem Sicherungsdraht 33 als Sicherungselement für die Schraube 7. Im Einbauzustand wird der Sicherungsdraht 33 zunächst unter die Halterungen 35 geschoben und die Schraube 7 gegen ein Lösen gesichert. Anschließend wird der Sicherungsdraht 33 selbst gegen ein Lösen oder Herausfallen gesichert, indem die Spitze des Sicherungsdrahts 33 umgebogen wird (in Fig. 4 mittels des Pfeils 37 angedeutet).
  • Die Halterungen 35 können beispielsweise mittels Löten, Schweißen, Kleben oder mittels eines anderen Verfahren mit dem ersten Innenringsegment 1 verbunden werden. Ebenso können die Halterungen 35 mittels eines generativen Verfahrens bei der Herstellung des Innenringsegment 1 erzeigt werden.
  • Fig. 5 zeigt schematisch stark vereinfacht eine Gasturbine 39, in die ein erfindungsgemäßer Leitschaufelkranz 41 montiert werden kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Innenring
    a
    axial; Axialrichtung
    r
    radial; Radiahichtung
    u
    Umfangsrichtung
    t1
    Teilungsebene in Axialrichtung
    t2
    Teilungsebene in Umfangsrichtung
    1
    erstes Ringsegment
    3
    zweites Ringsegment
    5
    Ring segment
    7
    Schraube
    9
    Gewindeeinsatz
    11
    Hauptdurchströmungsrichtung
    13
    Leitschaufel
    15
    Absatz
    17
    Drehachse
    19
    Vertiefung
    21
    Einlaufdichtung
    23
    Dichtfin
    25
    Schraubenkopf
    27
    Nut (radial)
    29
    Raum zwischen Innenring und Rotor der Strömungsmaschine
    31
    Buchse; Bohrung
    33
    Sicherungsdraht
    35
    Halterung
    37
    Biegerichtung zur Selbstsicherung des Sicherungsdrahts
    39
    Gasturbine
    41
    Leitschaufelkranz

Claims (12)

  1. Axial geteilter Innenring (100) für eine Strömungsmaschine, zum Befestigen an Leitschaufeln (13) der Strömungsmaschine, wobei der Innenring (100) wenigstens ein erstes, stromauf angeordnetes Ringsegment (1) und ein zweites, stromab angeordnetes Ringsegment (3) umfasst, und wobei das erste Ringsegment (1) mit dem zweiten Ringsegment (3) mittels wenigstens einem Befestigungselement lösbar verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das erste Ringsegment (1) und/ oder das zweite Ringsegment (3) mit wenigstens einem Dichtungssegment verbunden ist, und
    - der Innenring (100) ein Sicherungselement zum Sichern des Befestigungselements umfasst, wobei das Sicherungselement mit dem ersten Ringsegment (1) und/ oder mit dem zweiten Ringsegment (3) verbunden ist.
  2. Innenring (100) nach Anspruch 1, wobei das Befestigungselement das erste Ringsegment (1) mit dem zweiten Ringsegment (3) kraftschlüssig verbindet.
  3. Innenring (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Befestigungselement eine Schraube (7) ist.
  4. Innenring (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Schraube (7) in einem Gewindeeinsatz (9) zum Verbinden des ersten Ringsegments (1) mit dem zweiten Ringsegments (3), oder umgekehrt, angeordnet ist.
  5. Innenring (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Sicherungselement formschlüssig mit dem ersten Ringsegment (1) und/ oder mit dem zweiten Ringsegment (3) verbunden ist.
  6. Innenring (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Sicherungselement in Umfangsrichtung segmentiert ist.
  7. Innenring (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Sicherungselement in radialen Nuten (27) des ersten Ringsegments (1) oder des zweiten Ringsegments (3) angeordnet ist.
  8. Innenring (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Sicherungselement stirnseitig im Bereich des Schraubenkopfes (25) angeordnet ist.
  9. Innenring (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Sicherungselement separat von dem Befestigungselement angeordnet ist.
  10. Innenring (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Innenring (100) ein Sicherungselement je Befestigungselement aufweist.
  11. Leitschaufelkranz (41) einer Strömungsmaschine mit Leitschaufeln (13), die einen Innenring (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist.
  12. Leitschaufelkranz (41) nach Anspruch 11, wobei der Leitschaufelkranz (41) mit einem Gehäuse eines Verdichters, insbesondere eines axialen Hochdruckverdichters, verbunden ist.
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