EP3379037A1 - Dichtung am innenring eines leitschaufelkranzes - Google Patents

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EP3379037A1
EP3379037A1 EP17162630.2A EP17162630A EP3379037A1 EP 3379037 A1 EP3379037 A1 EP 3379037A1 EP 17162630 A EP17162630 A EP 17162630A EP 3379037 A1 EP3379037 A1 EP 3379037A1
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EP
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sealing element
guide vane
vane ring
inner ring
receiving channel
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Werner Humhauser
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MTU Aero Engines AG
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Definitions

  • the present invention relates to a vane ring for a turbomachine, a turbomachine and a method for mounting a vane ring.
  • Turbomachines such as aircraft engines and stationary gas turbines often have at least one vane ring to set optimal operating conditions.
  • This comprises an inner ring and a plurality of vanes, one end of which is disposed on the inner ring and extend radially outwardly therefrom;
  • radial axial
  • circumferentially refer in this document - unless otherwise stated - always on a central geometric axis of the vane ring or the inner ring, which is not always specially formulated for readability. If the particulars refer to individual parts of the vane ring, they are to be understood in relation to the intended orientation of the respective item in the vane ring.
  • a guide vane ring can be designed to be adjustable: in this case, the guide vanes are pivotable about an intended pivoting axis, which generally coincides with a longitudinal axis of the guide vanes and extends substantially radially.
  • the pivoting can take place via outer adjusting components on the guide vanes, in particular by means of adjustment pins, which are inserted or used in associated receptacles of the housing and which can then cooperate with a corresponding adjusting device on the outer housing.
  • an adjustable vane ring in which the guide vanes are each mounted in bearing bodies, which have a cuboid basic shape and a bearing bore.
  • the inner ring is composed of two half-rings, which were pushed in the circumferential direction on the bearing body.
  • Such a vane ring in particular offers the advantages of easy installation.
  • the present invention has an object to provide a technique with which the prevention of leakage while maintaining the ease of assembly can be further improved.
  • An inventive vane ring for a turbomachine comprises an inner ring with a receiving groove running on its radially outer surface in the circumferential direction, a plurality of guide vanes and a plurality of bearing bodies, which are arranged in the receiving channel of the inner ring.
  • a radially inner end (for example a bearing element, in particular a bearing journal) of the guide vanes is in each case inserted into a bearing body (or into a bore located therein).
  • the guide vane ring comprises at least one sealing element for sealing at least one gap between the inner ring and at least one of the bearing bodies and / or between two bearing bodies.
  • a turbomachine according to the invention comprises a guide vane ring according to the invention according to one of the embodiments disclosed in this document.
  • a method according to the invention serves for mounting a vane ring (in particular a vane ring according to the invention according to one of the embodiments disclosed in this document). It comprises threading a plurality of bearing bodies in the receiving channel of an inner ring segment of the vane ring. In each case a radially inner end of one of a plurality of vanes of the vane ring is inserted into the bearing body. A gap between a lateral wall of the receiving channel and at least one of the bearing body and / or between two bearing bodies is sealed by at least one sealing element.
  • the method can also (before threading the bearing body) inserting the respective radially inner ends of the guide vanes in the bearing body (or disposed therein bores).
  • the guide vanes are used in threading the bearing body at their radially outer ends (for example, with a respective adjustment pin) in respective housing-side bearings.
  • a guide vane ring according to the invention, a turbomachine according to the invention and a method according to the invention make it possible to seal gaps on the inner ring and thus to significantly reduce leakage.
  • a recirculation of air can be reduced and thus an increase in the efficiency of the turbomachine can be effected. Due to the additional friction on the sealing element this also acts stabilizing on the arrangement of inner ring and bearing bodies.
  • the radially inner ends of the vanes may be plugged into their own dedicated bearing body, and / or the vane ring may include vanes, the radially inner ends of which are plugged into a common bearing body (eg, twos, threes, or with more vanes).
  • the vane ring may comprise as many bearing bodies as vanes or fewer bearing bodies than vanes.
  • the vane ring can be provided in particular for a compressor stage of the turbomachine.
  • the at least one sealing element is preferably at least partially made of sheet metal. As a result, a high durability can be ensured.
  • the at least one sealing element is at least partially disposed in a respective gap which it seals, and constricts and / or bridges it with it.
  • the receiving channel on a side wall at least one groove in which a portion of the at least one sealing element inserted (in particular retracted) is or is, or the receiving channel at two mutually facing lateral changes in each case at least one Groove, in each of which a portion of the sealing element (which then as a Sealing element is inserted in both grooves) or a respective associated sealing element is plugged or will.
  • At least one of the bearing bodies may have at least one groove into which a part (ie a section) of the at least one sealing element is / are inserted.
  • Such in one or more groove (s) inserted sealing element is anchored particularly solid, so that it remains fixed despite the vibrations occurring during operation of the turbomachine, and it causes a particularly high effectiveness of the seal.
  • the sealing element On one side, which is opposite to the section or part inserted in a respective groove, the sealing element can project freely into the gap or abut against a surface of the respective bearing body or on a side wall of the receiving channel and / or be bent over.
  • the sealing element may be plugged into a respective groove on both sides (for example, retracted):
  • a variant of the present invention is particularly advantageous, in which a gap between a lateral wall of the receiving channel and at least one bearing body is bridged by the at least one sealing element ,
  • both the lateral wall of the receiving channel and at least one of the bearing bodies each have a groove, and the at least one sealing element (corresponding to a tongue and groove connection) on one side into the groove of the side wall of the receiving channel and on an opposite side be inserted into the groove of the at least one bearing body or be.
  • a preferred embodiment of a method according to the invention comprises inserting the at least one sealing element into a groove arranged in at least one bearing body before the bearing body is threaded into the receiving channel.
  • the sealing element can be pulled when threading into a groove preferably present in a lateral wall of the receiving channel or abut against the lateral wall or bent.
  • At least two circumferentially successively arranged bearing body at their contact surfaces each have a groove into which (according to a tongue and groove connection) a common sealing element is inserted on opposite sides or will.
  • the sealing element can bridge a gap between the bearing bodies over its entire longitudinal extension or partially, for example at least over half the longitudinal extension or at least one third of the longitudinal extension of the gap.
  • the bearing bodies may preferably each have a substantially cuboidal basic shape with a bore for a respective radially inner end of a guide vane;
  • a profile may be formed, for example in the form of at least one (in particular in the axial direction) widened and / or a narrowed region, e.g. at least one step, at least one web and / or - as mentioned above - at least one groove, by means of which the bearing body (for example, form-fitting) can be connected to each other, with the sealing element and / or with the inner ring or can be.
  • the bearing body may for example consist at least partially of carbon. They may be metal-free or comprise a coated metal.
  • the at least one sealing element circulates in a groove of the at least one bearing body at least partially a bore into which the radially inner end of a guide vane is inserted.
  • a central axis of the bore or a longitudinal axis of the guide vane for example, a central axis angle of at least 90 °, at least 120 ° or even at least 150 ° can be encompassed or circulated in each sealing element.
  • the sealing element may for example have a substantially arcuate portion with such a central axis angle. This allows on the one hand an easy-to-manufacture and solid design of the sealing element such that it extends from a lateral wall of the receiving channel particularly far into a gap between two circumferentially arranged bearing bodies inside, so that a particularly effective seal is achieved. On the other hand prevents the arch shape that the bearing body and sealing element move in the circumferential direction against each other.
  • the at least one sealing element may consist of a plurality of individual elements, which may be arranged one behind the other in the circumferential direction.
  • the plurality of individual elements may correspond to the number of bearing bodies or be a (preferably integer) multiple of this number.
  • the plurality of individual elements can be connected to one another by the bearing bodies, for example by inserting each individual element into grooves of at least two bearing bodies (arranged one behind the other in the circumferential direction).
  • the at least one sealing element is formed as a contiguous (preferably one-part or monolithically formed) partial ring, for example as a (divided in the circumferential direction) ring sector. He can thereby span a central axis angle of the inner ring of at least 90 °, at least 120 ° or at least 180 °, so the central axis of the inner ring so at least a quarter, at least a third or at least half rotate.
  • Particularly advantageous is an embodiment with two formed as such partial rings sealing elements, which are arranged on opposite walls of the receiving channel or are.
  • the inner ring may comprise at least one damping element, which may be arranged in the receiving channel between the inner ring and the plurality of bearing bodies or can be.
  • the damping element may for example be designed as a spring element and / or be adapted to press the bearing body and the inner ring in a section against each other. In this way, a vibration-resistant fixation of the at least one sealing element can be improved.
  • Such a damping element may be at least partially formed of metal and / or have a wavy structure; the waves (or their wavefronts) of such a structure can, for example, extend axially or in the circumferential direction.
  • FIG. 1 Fig. 2 shows a part of an adjustable vane ring 1 according to an embodiment of the present invention
  • the vane ring 1 comprises an inner ring 10 composed of a plurality (e.g., two) inner ring segments; shown in the figure, only a part of the inner ring 10, namely one end of an inner ring segment having a bore 14 for connection (by means of a pen to be passed, not shown) with one end of another ring segment, not shown.
  • the inner ring segment has at the end shown an inlet opening in a circumferential direction U extending receiving groove 11 for bearing body 20; During assembly, the bearing bodies can be successively threaded through this inlet opening onto the inner ring segment (and thus onto the inner ring). In the embodiment shown in the figure, a plurality of bearing bodies are already threaded in the receiving channel.
  • the vane ring 1 further includes a plurality of vanes 30, each of which is inserted with its radially inner end 32 (which preferably includes a bearing member such as a journal) into an associated bearing body 20 (i.e., a bore 21 therein).
  • the respective radially inner end of the vanes and / or a surface of the bearing bodies in the bore may / may be coated to reduce friction and / or wear.
  • the foremost bearing body 20 shown is shown unloaded for clarity, i. without an inserted end of a vane.
  • the guide vanes each have an airfoil 31 and can be pivoted via an adjusting pin 33, which is adapted to be inserted into corresponding receptacles of a (not shown) housing.
  • Bearing body 20 and inner ring 10 are positively connected to one another in the embodiment shown in the figure, in the present case both in the axial direction X and in the radial direction R.
  • the vane ring 1 shown in the figure also includes sealing elements 40a, 40b, which are inserted opposite each other in respective grooves 15a, 15b in the lateral wall of the receiving channel 11.
  • sealing elements 40a, 40b which are inserted opposite each other in respective grooves 15a, 15b in the lateral wall of the receiving channel 11.
  • an associated bearing body into which the sealing elements 40a, 40b visible in the figure are provided is not shown.
  • Such a bearing body has on its sides facing the side walls of the receiving channel 11 sides each grooves, which are adapted to receive the sealing elements 40a, 40b. These then each bridge a gap between the walls of the receiving channel 11 and the bearing body, in the present case over the full longitudinal extent of the respective gap.
  • the sealing elements 40a, 40b are each formed as ring sectors (eg half-rings), which partially circulate along the receiving groove, the central axis of the inner ring 10 and thereby (which is not visible in the figure) in corresponding grooves of the shown, in the circumferential direction U behind the other continue arranged bearing body 20.
  • the sealing elements 40a, 40b thus engage in grooves of adjacent bearing bodies at their contact surfaces (in particular at the contact surface 22 of the foremost bearing body in the figure) and thus also bridge a gap between circumferentially successively arranged bearing bodies.
  • the sealing elements 40a, 40b together then bridge more than 80% of the longitudinal extent of this gap.
  • the sealing elements 40a, 40b shown for clarity as a flush with the end of the inner ring segment shown final.
  • the sealing elements protrude beyond a connection of inner ring segments, thus bridging this connection.
  • a bearing body can be arranged so that it bridges the said connection (which is also not shown in the figure) by being inserted to a part in the receiving channel of a first inner ring segment and partly in the receiving channel of a second inner ring segment.
  • the seal members 40a, 40b each have an arcuate portion adapted to partially circulate in a corresponding groove of a bearing body 20 a bore 21 disposed therein into which the radially inner end of a respective vane is inserted;
  • each of the sealing elements 40a, 40b thereby encompasses a central axis angle about a longitudinal axis of the respective guide vane, which is more than 120 °.
  • the vane ring 1 further comprises a damping element 50, which is arranged on a (radially inner) bottom of the receiving channel 11 between the inner ring 10 and the bearing bodies 20.
  • the damping element 50 is adapted to bridge a connection of the inner ring segment with another inner ring segment, so that it can also serve as a damping element in the other inner ring segment.
  • the damping element 50 may, for example, be formed as a spring element (for example, made of a metal sheet) whose spring force presses the bearing bodies 20 outward in the radial direction R.
  • the damping element is formed as a strip having a wavy structure whose wavefronts extend in the axial direction X.
  • the guide vane ring 1 comprises a seal 60 (designed here as an inlet lining) for sealing a radial gap between the inner ring and an opposite rotor section (not shown).
  • the inner ring 10 acts as a seal carrier.
  • An inventive vane ring 1 comprises an inner ring 10, on the radially outer surface of a receiving groove 11 extends in the circumferential direction U, a plurality of bearing bodies 20 which are arranged in the receiving channel of the inner ring, a plurality of vanes 30, each with its radially inner end 32 inserted in one of the bearing body are, and at least one sealing element 40a, 40b for sealing at least one gap between the inner ring 10 and at least one of the bearing body and / or between two bearing bodies.
  • a turbomachine according to the invention comprises a vane ring 1 according to the invention.
  • a method according to the invention serves for mounting a vane ring 1.

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Abstract

Ein erfindungsgemäßer Leitschaufelkranz 1 umfasst einen Innenring (10), an dessen radial äußerer Oberfläche eine Aufnahmerinne (11) in Umfangsrichtung (U) verläuft, eine Mehrzahl an Lagerkörpern (20), die in der Aufnahmerinne des Innenrings angeordnet sind, eine Mehrzahl an Leitschaufeln (30), die jeweils mit ihrem radial inneren Ende (32) in einen der Lagerkörper einsteckt sind, und mindestens ein Dichtungselement (40a, 40b) zur Abdichtung wenigstens eines Spalts zwischen dem Innenring (10) und mindestens einem der Lagerkörper und/oder zwischen zwei Lagerkörpern. Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine umfasst einen erfindungsgemäßen Leitschaufelkranz (1). Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient einer Montage eines Leitschaufelkranzes (1).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leitschaufelkranz für eine Strömungsmaschine, eine Strömungsmaschine und ein Verfahren zur Montage eines Leitschaufelkranzes.
  • Strömungsmaschinen wie Flugzeugtriebwerke und stationäre Gasturbinen haben zur Einstellung optimaler Betriebsbedingungen häufig mindestens einen Leitschaufelkranz. Dieser umfasst einen Innenring und eine Mehrzahl an Leitschaufeln, deren eines Ende am Innenring angeordnet ist und die sich von diesem ausgehend radial nach außen erstrecken; die Bezeichnungen "radial", "axial" und "in Umfangsrichtung" beziehen sich in dieser Schrift - sofern nichts anderes angegeben ist - stets auf eine zentrale geometrische Achse des Leitschaufelkranzes bzw. des Innenrings, was zur besseren Lesbarkeit nicht immer extra ausformuliert ist. Sofern sich die jeweiligen Angaben auf Einzelteile des Leitschaufelkranzes beziehen, sind sie in Bezug auf die vorgesehene Ausrichtung des jeweiligen Einzelteils im Leitschaufelkranz zu verstehen.
  • Ein Leitschaufelkranz kann insbesondere verstellbar ausgebildet sein: In diesem Falle sind die Leitschaufeln um eine vorgesehene Verschwenkungsachse verschwenkbar, die im Allgemeinen mit einer Längsachse der Leitschaufeln übereinstimmt und im Wesentlichen radial verläuft.
    Die Verschwenkung kann über äußere Verstellkomponenten an den Leitschaufeln, insbesondere mittels Verstellzapfen erfolgen, die in zugehörige Aufnahmen des Gehäuses eingesetzt bzw. einzusetzen sind und die dann mit einer entsprechenden Verstelleinrichtung am äußeren Gehäuse zusammenwirken können.
  • Eine innere Stabilisierung der Leitschaufeln erfolgt bei bekannten Leitschaufelkränzen häufig über Lagerzapfen, die sich von einem jeweiligen Leitschaufelteller radial nach innen erstrecken und die in Lagerbuchsen des Innenrings geführt sein können.
  • In der EP 2 696 041 A1 wird ein verstellbarer Leitschaufelkranz vorgeschlagen, bei dem die Leitschaufeln jeweils in Lagerkörpern gelagert sind, die eine quaderförmigen Grundform und eine Lagerbohrung aufweisen. Der Innenring ist dabei aus zwei Halbringen zusammengesetzt, die in Umfangsrichtung auf die Lagerkörper aufgeschoben wurden. Ein derartiger Leitschaufelkranz bietet insbesondere die Vorteile einer einfachen Montage.
  • Allerdings können infolge von Fertigungstoleranzen bzw. Vibrationen Rezirkulationen von Luft durch Spalte an den Randflächen der Lagerkörper auftreten. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine gemindert.
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Technik bereitzustellen, mit der die Vermeidung von Leckage unter Beibehaltung der einfachen Montage weiter verbessert werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leitschaufelkranz für eine Strömungsmaschine gemäß Anspruch 1, durch eine Strömungsmaschine gemäß Anspruch 10 und ein Verfahren zur Montage eines Leitschaufelkranzes gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
  • Ein erfindungsgemäßer Leitschaufelkranz für eine Strömungsmaschine umfasst einen Innenring mit einer an seiner radial äußeren Oberfläche in Umfangsrichtung verlaufenden Aufnahmerinne, ferner eine Mehrzahl an Leitschaufeln und eine Mehrzahl an Lagerkörpern, die in der Aufnahmerinne des Innenrings angeordnet sind. Ein radial inneres Ende (beispielsweise ein Lagerungselement wie insbesondere ein Lagerzapfen) der Leitschaufeln ist dabei jeweils in einen Lagerkörper (bzw. in eine darin befindliche Bohrung) eingesteckt. Darüber hinaus umfasst der Leitschaufelkranz mindestens ein Dichtungselement zur Abdichtung wenigstens eines Spalts zwischen dem Innenring und mindestens einem der Lagerkörper und/oder zwischen zwei Lagerkörpern.
  • Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine umfasst einen erfindungsgemäßen Leitschaufelkranz gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient einer Montage eines Leitschaufelkranzes (insbesondere eines erfindungsgemäßen Leitschaufelkranzes gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen). Es umfasst ein Auffädeln einer Mehrzahl an Lagerkörpern in die Aufnahmerinne eines Innenringsegments des Leitschaufelkranzes. In die Lagerkörper ist jeweils ein radial inneres Ende einer von mehreren Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes eingesetzt. Ein Spalt zwischen einer seitlichen Wandung der Aufnahmerinne und wenigstens einem der Lagerkörper und/oder zwischen zwei Lagerkörpern wird durch mindestens ein Dichtungselement abgedichtet. Das Verfahren kann zudem (vor dem Auffädeln der Lagerkörper) ein Einsetzen der jeweiligen radial inneren Enden der Leitschaufeln in die Lagerkörper (bzw. darin angeordnete Bohrungen) umfassen. Vorzugsweise sind die Leitschaufeln beim Auffädeln der Lagerkörper an ihren radial äußeren Enden (z.B. mit einem jeweiligen Verstellzapfen) in jeweilige gehäuseseitige Lagerungen eingesetzt.
  • Ein erfindungsgemäßer Leitschaufelkranz, eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine und ein erfindungsgemäßes Verfahren ermöglichen eine Abdichtung von Spalten am Innenring und damit eine deutliche Reduzierung von Leckage. Insbesondere kann eine Rezirkulation von Luft vermindert und so eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Strömungsmaschine bewirkt werden. Infolge der zusätzlichen Reibung am Dichtungselement wirkt dieses zudem stabilisierend auf die Anordnung aus Innenring und Lagerkörpern.
  • Die radial inneren Enden der Leitschaufeln können in einen jeweils eigenen, zugeordneten Lagerkörper eingesteckt sein bzw. werden, und/oder der Leitschaufelkranz kann Leitschaufeln umfassen, deren radial innere Enden in einen gemeinsamen Lagerkörper eingesteckt sind bzw. werden (z.B. zu zweit, zu dritt oder mit mehr Leitschaufeln). Insbesondere kann der Leitschaufelkranz genauso viele Lagerkörper umfassen wie Leitschaufeln oder weniger Lagerkörper als Leitschaufeln.
  • Der Leitschaufelkranz kann insbesondere für eine Verdichterstufe der Strömungsmaschine vorgesehen sein.
  • Das mindestens eine Dichtungselement besteht vorzugsweise mindestens teilweise aus Blech. Dadurch kann eine hohe Haltbarkeit gewährleistet werden.
  • Vorzugsweise ist das mindestens eine Dichtungselement ist mindestens teilweise in einem jeweiligen Spalt angeordnet, den es abdichtet, und verengt und/oder überbrückt diesen damit.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Aufnahmerinne an einer seitlichen Wandung wenigstens eine Nut auf, in die ein Abschnitt des mindestens einen Dichtungselementes eingesteckt (insbesondere eingezogen) ist bzw. wird, oder weist die Aufnahmerinne an zwei einander zugewandten seitlichen Wandlungen jeweils wenigstens eine Nut auf, in die jeweils ein Abschnitt des Dichtungselements (das dann als ein Dichtungselement in beide Nuten eingesteckt ist) oder eines jeweiligen zugehörigen Dichtungselements eingesteckt ist bzw. wird.
  • Analog kann (alternativ oder zusätzlich) mindestens einer der Lagerkörper wenigstens eine Nut aufweisen, in die ein Teil (also ein Abschnitt) des mindestens einen Dichtungselements eingesteckt ist bzw. wird.
  • Ein derart in eine oder mehrere Nut(en) eingestecktes Dichtungselement ist besonders solide verankert, so dass es trotz der im Betrieb der Strömungsmaschine auftretenden Vibrationen fixiert bleibt, und es bewirkt eine besonders hohe Effektivität der Abdichtung.
  • An einer Seite, die dem in eine jeweilige Nut eingesteckten Abschnitt bzw. Teil entgegengesetzt ist, kann das Dichtungselement frei in den Spalt ragen oder an eine(r) Oberfläche des jeweiligen Lagerkörpers bzw. an eine Seitenwandung der Aufnahmerinne anstoßen und/oder umgebogen werden.
  • Alternativ kann das Dichtungselement an beiden Seiten in eine jeweilige Nut eingesteckt sein (beispielsweise eingezogen worden sein): Insbesondere vorteilhaft ist eine Variante der vorliegenden Erfindung, bei der ein Spalt zwischen einer seitlichen Wandung der Aufnahmerinne und mindestens einem Lagerkörper durch das mindestens eine Dichtungselement überbrückt wird. Beispielsweise können sowohl die seitliche Wandung der Aufnahmerinne als auch mindestens einer der Lagerkörper jeweils eine Nut aufweisen, und das mindestens eine Dichtungselements kann (entsprechend einer Nut-Feder-Verbindung) an einer Seite in die Nut der seitlichen Wandung der Aufnahmerinne und an einer gegenüberliegenden Seite in die Nut des mindestens einen Lagerkörpers eingesteckt sein bzw. werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Einsetzen des mindestens einen Dichtungselements in eine in wenigstens einem Lagerkörper angeordnete Nut, bevor der Lagerkörper in die Aufnahmerinne aufgefädelt wird. Dabei kann das Dichtungselement beim Auffädeln in eine vorzugsweise in einer seitlichen Wandung der Aufnahmerinne vorhandene Nut eingezogen werden oder an der seitlichen Wandung anstoßen oder umgebogen werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen mindestens zwei in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Lagerkörper an ihren Kontaktflächen jeweils eine Nut auf, in die (entsprechend einer Nut-Feder-Verbindung) ein gemeinsames Dichtungselement an gegenüberliegenden Seiten eingesetzt ist bzw. wird. So kann das Dichtungselement einen Spalt zwischen den Lagerkörpern über dessen gesamte Längserstreckung oder teilweise, beispielsweise mindestens über die halbe Längserstreckung oder mindestens ein Drittel der Längserstreckung des Spaltes überbrücken.
  • Die Lagerkörper können vorzugsweise jeweils eine im Wesentlichen quaderförmige Grundform mit einer Bohrung für ein jeweiliges radial inneres Ende eine Leitschaufel aufweisen; an bzw. in der Grundform kann zudem ein Profil ausgebildet sein, beispielsweise in Form mindestens eines (insbesondere in axialer Richtung) erweiterten und/oder eines verengten Bereichs, z.B. mindestens einer Stufe, mindestens eines Stegs und/oder - wie oben erwähnt - mindestens einer Nut, mittels deren die Lagerkörper (beispielsweise formschlüssig) miteinander, mit dem Dichtungselement und/oder mit dem Innenring verbunden sein bzw. werden können. Die Lagerkörper können beispielsweise mindestens teilweise aus Kohlenstoff bestehen. Sie können metallfrei ausgebildet sein oder ein beschichtetes Metall umfassen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umläuft das mindestens eine Dichtungselement in einer Nut des mindestens einen Lagerkörpers mindestens teilweise eine Bohrung, in die das radial innere Ende einer Leitschaufel eingesteckt ist. Bezogen auf eine zentrale Achse der Bohrung bzw. eine Längsachse der Leitschaufel kann bei jedem Dichtungselement dabei beispielsweise ein Mittelachsenwinkel von mindestens 90°, mindestens 120° oder sogar mindestens 150° umspannt bzw. umlaufen werden.
  • Insbesondere kann das Dichtungselement beispielsweise einen im Wesentlichen bogenförmigen Abschnitt mit einem derartigen Mittelachsenwinkel aufweisen. Dies ermöglicht zum einen eine einfach zu fertigende und solide Ausbildung des Dichtungselements derart, dass dieses sich ausgehend von einer seitlichen Wandung der Aufnahmerinne besonders weit in einen Spalt zwischen zwei in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Lagerkörpern hinein erstreckt, sodass eine besonders effektive Dichtung erreicht wird. Zum anderen verhindert die Bogenform, dass sich Lagerkörper und Dichtungselement in Umfangsrichtung gegeneinander verschieben. Das mindestens eine Dichtungselement kann aus einer Vielzahl an Einzelelementen bestehen, die in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sein bzw. werden können. Insbesondere kann die Vielzahl an Einzelelementen der Anzahl an Lagerkörpern entsprechen oder ein (vorzugsweise ganzzahliges) Vielfaches dieser Anzahl sein. Die Vielzahl an Einzelelementen kann durch die Lagerkörper miteinander verbunden sein bzw. werden, beispielsweise indem jedes Einzelelement in Nuten von mindestens zwei (in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten) Lagerkörpern eingesteckt ist bzw. wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Dichtungselement als zusammenhängender (vorzugsweise einteilig bzw. monolithisch ausgebildeter) Teilring ausgebildet, beispielsweise als (in Umfangsrichtung geteilter) Ringsektor. Er kann dabei einen Mittelachsenwinkel des Innenrings von mindestens 90°, mindestens 120° oder mindestens 180° umspannen, die zentrale Achse des Innenrings also zu mindestens einem Viertel, mindestens einem Drittel bzw. mindestens zur Hälfte umlaufen. Insbesondere vorteilhaft ist eine Ausführungsform mit zwei als derartige Teilringe ausgebildeten Dichtungselementen, die an einander gegenüberliegenden Wandungen der Aufnahmerinne angeordnet sind bzw. werden.
  • Der Innenring kann wenigstens ein Dämpfungselement aufweisen, das in der Aufnahmerinne zwischen dem Innenring und der Mehrzahl an Lagerkörpern angeordnet sein bzw. werden kann. Das Dämpfungselement kann beispielsweise als Federelement ausgebildet und/oder dazu eingerichtet sein, die Lagerkörper und den Innenring in einem Abschnitt gegeneinander zu drücken. Auf diese Weise kann eine vibrationsresistente Fixierung auch des mindestens einen Dichtungselements verbessert werden. Ein derartiges Dämpfungselement kann mindestens teilweise aus Metall gebildet sein und/oder eine wellige Struktur aufweisen; die Wellen (bzw. deren Wellenfronten) einer derartigen Struktur können beispielsweise axial oder in Umfangsrichtung verlaufen.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten fakultativ sind und/oder auch anders kombiniert werden können als dargestellt.
  • Es zeigt schematisch:
    • Figur 1:
    einen Teil eines exemplarischen erfindungsgemäßen Leitschaufelkranzes in perspektivischer Darstellung.
  • In Figur 1 ist ein Teil eines verstellbaren Leitschaufelkranzes 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt; zum besseren Verständnis des Aufbaus sind dabei einzelne Elemente ungeachtet einer vorteilhaften Reihenfolge an Montageschritten weggelassen.
  • Der Leitschaufelkranz 1 umfasst einen Innenring 10, der aus mehreren (z.B. zwei) Innenringsegmenten zusammengesetzt ist bzw. wird; in der Figur gezeigt ist lediglich ein Teil des Innenrings 10, nämlich ein Ende eines Innenringsegments, das eine Bohrung 14 zur Verbindung (mittels eines hindurchzuführenden, nicht dargestellten Stiftes) mit einem Ende eines anderen, nicht dargestellten Ringsegments aufweist. Das Innenringsegment weist an dem gezeigten Ende eine Eintrittsöffnung in eine in Umfangsrichtung U verlaufende Aufnahmerinne 11 für Lagerkörper 20 auf; bei der Montage können durch diese Eintrittsöffnung hindurch die Lagerkörper nacheinander auf das Innenringsegment (und damit auf den Innenring) aufgefädelt werden. Im in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere Lagerkörper bereits in der Aufnahmerinne aufgefädelt.
  • Der Leitschaufelkranz 1 umfasst weiterhin eine Mehrzahl an Leitschaufeln 30, die jeweils mit ihrem radial inneren Ende 32 (das vorzugsweise ein Lagerelement wie beispielsweise einen Lagerzapfen umfasst) in einen zugehörigen Lagerkörper 20 (d.h. in eine darin befindliche Bohrung 21) eingesteckt sind. Das jeweilige radial innere Ende der Leitschaufeln und/oder eine Oberfläche der Lagerkörper in der Bohrung können/kann zur Reduktion von Reibung und/oder Verschleiß beschichtet sein. In der Figur ist der vorderste dargestellte Lagerkörper 20 zur Verdeutlichung unbestückt gezeigt, d.h. ohne ein eingestecktes Ende einer Leitschaufel.
  • Die Leitschaufeln weisen jeweils ein Schaufelblatt 31 auf und können über einen Verstellzapfen 33 verschwenkt werden, der dazu eingerichtet ist, in entsprechende Aufnahmen eines (nicht dargestellten) Gehäuses eingesteckt zu werden.
  • Lagerkörper 20 und Innenring 10 sind in dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel formschlüssig miteinander verbunden, und zwar vorliegend sowohl in axialer Richtung X als auch in radialer Richtung R. Dazu weist die Aufnahmerinne 11 einen in axialer Richtung X erweiterten Bereich 12 auf, in den ein entsprechender (in der Figur nicht sichtbarer) Vorsprung der Lagerkörper 20 jeweils eingesetzt ist.
  • Der in der Figur dargestellte Leitschaufelkranz 1 umfasst zudem Dichtungselemente 40a, 40b, die einander gegenüber in jeweilige Nuten 15a, 15b in der seitlichen Wandung der Aufnahmerinne 11 eingesteckt sind. Zur Verdeutlichung ist ein zugehöriger Lagerkörper, in den einzugreifen die in der Figur sichtbaren Dichtungselemente 40a, 40b vorgesehen sind, nicht dargestellt. Ein derartiger Lagerkörper weist an seinen den seitlichen Wandungen der Aufnahmerinne 11 zugewandten Seiten jeweils Nuten auf, die dazu eingerichtet sind, die Dichtungselemente 40a, 40b aufzunehmen. Diese überbrücken dann jeweils einen Spalt zwischen den Wandungen der Aufnahmerinne 11 und dem Lagerkörper, und zwar vorliegend über die volle Längserstreckung des jeweiligen Spaltes.
  • Vorzugsweise sind die Dichtungselemente 40a, 40b jeweils als Ringsektoren (z.B. Halbringe) ausgebildet, die entlang der Aufnahmerinne die zentrale Achse des Innenrings 10 teilweise umlaufen und sich dabei (was in der Figur nicht sichtbar ist) in entsprechenden Nuten der gezeigten, in Umfangsrichtung U hintereinander angeordneten Lagerkörper 20 fortsetzen. Die Dichtungselemente 40a, 40b greifen damit in Nuten benachbarter Lagerkörper an deren Kontaktflächen (insbesondere an der Kontaktfläche 22 des in der Figur vordersten Lagerkörpers) ein und überbrücken damit auch einen Spalt zwischen in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Lagerkörpern. Im gezeigten Beispiel überbrücken die Dichtungselemente 40a, 40b zusammen dann mehr als 80% der Längserstreckung dieser Spalte.
  • In der Figur sind die Dichtungselemente 40a, 40b zur besseren Übersicht als bündig mit dem Ende des gezeigten Innenringsegments abschließend dargestellt. Gemäß einer vorteilhaften (nicht dargestellten) Ausführungsform ragen die Dichtungselemente über eine Verbindung von Innenringsegmenten hinaus, überbrücken also diese Verbindung. Alternativ oder zusätzlich kann ein Lagerkörper so angeordnet sein, dass er die genannte Verbindung überbrückt (was ebenfalls nicht in der Figur dargestellt ist), indem er zu einem Teil in die Aufnahmerinne eines ersten Innenringsegments und zum Teil in die Aufnahmerinne eines zweiten Innenringsegments eingesetzt ist. Dadurch kann jeweils eine Leckage an der Verbindung der Innenringsegmente vermindert werden.
  • Die Dichtungselemente 40a, 40b weisen jeweils einen bogenförmigen Abschnitt auf, der dazu eingerichtet ist, in einer entsprechenden Nut eines Lagerkörpers 20 eine darin angeordnete Bohrung 21 teilweise zu umlaufen, in die das radial innere Ende einer jeweiligen Leitschaufel eingesetzt ist; im gezeigten Beispiel umspannt jedes der Dichtungselemente 40a, 40b dabei einen Mittelachsenwinkel um eine Längsachse der jeweiligen Leitschaufel, der mehr als 120° beträgt. Dadurch kann - trotz der vorhandenen Bohrung - ein besonders tiefes Eingreifen des Dichtungselements in den jeweiligen Lagerkörper 20 realisiert werden. Darüber hinaus verhindert die Bogenform, dass sich Lagerkörper und Dichtungselement in Umfangsrichtung gegeneinander verschieben.
  • Der Leitschaufelkranz 1 umfasst weiterhin ein Dämpfungselement 50, das an einem (radial innen liegenden) Boden der Aufnahmerinne 11 zwischen dem Innenring 10 und den Lagerkörpern 20 angeordnet ist. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Dämpfungselement 50 dazu eingerichtet, eine Verbindung des Innenringsegments mit einem anderen Innenringsegment zu überbrücken, so dass es also auch im anderen Innenringsegment als Dämpfungselement dienen kann.
  • Das Dämpfungselement 50 kann beispielsweise als ein Federelement ausgebildet sein (z.B. aus einem Metallblech), dessen Federkraft die Lagerkörper 20 in radialer Richtung R außen drückt. Im gezeigten Beispiel ist das Dämpfungselement als ein Streifen ausgebildet, der eine wellige Struktur aufweist, deren Wellenfronten in axialer Richtung X verlaufen.
  • Mittels des Dämpfungselements 50 können Relativbewegungen zwischen Innenring 10 und Leitschaufeln 30 gedämpft werden.
  • Überdies umfasst der Leitschaufelkranz 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel eine (vorliegend als Einlaufbelag ausgebildete) Dichtung 60 zum Abdichten eines Radialspaltes zwischen Innenring und einem (nicht dargestellten) gegenüberliegenden Rotorabschnitt. Der Innenring 10 wirkt dabei als ein Dichtungsträger.
  • Ein erfindungsgemäßer Leitschaufelkranz 1 umfasst einen Innenring 10, an dessen radial äußerer Oberfläche eine Aufnahmerinne 11 in Umfangsrichtung U verläuft, eine Mehrzahl an Lagerkörpern 20, die in der Aufnahmerinne des Innenrings angeordnet sind, eine Mehrzahl an Leitschaufeln 30, die jeweils mit ihrem radial inneren Ende 32 in einen der Lagerkörper einsteckt sind, und mindestens ein Dichtungselement 40a, 40b zur Abdichtung wenigstens eines Spalts zwischen dem Innenring 10 und mindestens einem der Lagerkörper und/oder zwischen zwei Lagerkörpern.
  • Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine umfasst einen erfindungsgemäßen Leitschaufelkranz 1. Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient einer Montage eines Leitschaufelkranzes 1.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Leitschaufelkranz
    10
    Innenring
    11
    Aufnahmerinne
    12
    erweiterter Bereich der Aufnahmerinne
    14
    Bohrung zur Verbindung von Ringsegmenten
    15a, 15b
    Nut in seitlicher Wandung der Aufnahmerinne
    20
    Lagerkörper
    21
    Bohrung
    22
    Kontaktfläche
    30
    Leitschaufel
    31
    Schaufelblatt
    32
    radial inneres Ende der Leitschaufel
    33
    Verstellzapfen
    40a, 40b
    Dichtungselement
    50
    Dämpfungselement
    60
    Dichtung
    R
    radiale Richtung
    U
    Umfangsrichtung
    X
    axiale Richtung

Claims (13)

  1. Leitschaufelkranz (1) für eine Strömungsmaschine, der umfasst:
    einen Innenring (10), an dessen radial äußerer Oberfläche eine Aufnahmerinne (11) in Umfangsrichtung (U) verläuft;
    eine Mehrzahl an Lagerkörpern (20), die in der Aufnahmerinne des Innenrings angeordnet sind;
    eine Mehrzahl an Leitschaufeln (30), die jeweils mit ihrem radial inneren Ende (32) in einen der Lagerkörper einsteckt sind; und
    mindestens ein Dichtungselement (40a, 40b) zur Abdichtung wenigstens eines Spalts zwischen dem Innenring (10) und mindestens einem der Lagerkörper und/oder zwischen zwei Lagerkörpern.
  2. Leitschaufelkranz gemäß Anspruch 1, wobei die Aufnahmerinne (11) an einer seitlichen Wandung eine Nut (15a, 15b) aufweist, in die ein Abschnitt des mindestens einen Dichtungselements eingesteckt ist.
  3. Leitschaufelkranz gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Aufnahmerinne an zwei einander zugewandten seitlichen Wandungen je mindestens eine Nut (15a, 15b) aufweist, in die ein jeweiliger Abschnitt des mindestens einen Dichtungselements oder in die ein Abschnitt eines jeweiligen Dichtungselements (40a, 40b) eingesteckt ist.
  4. Leitschaufelkranz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Lagerkörper (20) eine Nut aufweist, in die ein Teil des mindestens einen Dichtungselements (40a, 40b) eingesteckt ist.
  5. Leitschaufelkranz gemäß Anspruch 4, wobei das mindestens eine Dichtungselement in der Nut des mindestens einen Lagerkörpers eine Bohrung (21) des Lagerkörpers, in die das radial innere Ende (32) einer Leitschaufel eingesteckt ist, mindestens teilweise umläuft.
  6. Leitschaufelkranz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Dichtungselement (40a, 40b) mindestens einen Spalt zwischen zwei Lagerkörpern überbrückt.
  7. Leitschaufelkranz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Dichtungselement (40a, 40b) mindestens teilweise aus Blech besteht.
  8. Leitschaufelkranz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Dichtungselement (40a, 40b) als zusammenhängender Teilring ausgebildet ist, der einen Mittelachsenwinkel von mindestens 90°, mindestens 120° oder mindestens 180° umspannt.
  9. Leitschaufelkranz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Dichtungselement aus einer Vielzahl an Einzelelementen besteht, die in Umfangsrichtung (U) hintereinander angeordnet sind.
  10. Strömungsmaschine mit einem Leitschaufelkranz (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Verfahren zur Montage eines Leitschaufelkranzes (1), das umfasst:
    ein Auffädeln einer Mehrzahl an Lagerkörpern (20), in die jeweils ein radial inneres Ende (32) einer Leitschaufel (30) eingesetzt ist, in einer Aufnahmerinne (11) eines Innenringsegments (10) des Leitschaufelkranzes,
    wobei ein Spalt zwischen einer seitlichen Wandung der Aufnahmerinne und wenigstens einem der Lagerkörper (20) und/oder zwischen zwei in Umfangsrichtung (U) hintereinander angeordneten Lagerkörpern durch mindestens ein Dichtungselement (40a, 40b) abgedichtet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, das zudem ein Einsetzen des mindestens einen Dichtungselements (40a, 40b) in eine Nut im wenigstens einen Lagerkörper umfasst, bevor dieses in der Aufnahmerinne aufgefädelt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das mindestens eine Dichtungselement (40a, 40b) in eine Nut (15a, 15b) in einer seitlichen Wandung der Aufnahmerinne eingezogen wird.
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