EP4528080A1 - Axial geteiltes innenringsegment für einen verstellbaren leitschaufelkranz eines flugtriebwerks, axial geteilter innenring, verstellbarer leitschaufelkranz für ein flugtriebwerk, und flugtriebwerk - Google Patents

Axial geteiltes innenringsegment für einen verstellbaren leitschaufelkranz eines flugtriebwerks, axial geteilter innenring, verstellbarer leitschaufelkranz für ein flugtriebwerk, und flugtriebwerk Download PDF

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EP4528080A1
EP4528080A1 EP24195647.3A EP24195647A EP4528080A1 EP 4528080 A1 EP4528080 A1 EP 4528080A1 EP 24195647 A EP24195647 A EP 24195647A EP 4528080 A1 EP4528080 A1 EP 4528080A1
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EP
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guide vane
inner ring
guide
receptacles
row
Prior art date
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Pending
Application number
EP24195647.3A
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English (en)
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Inventor
Werner Humhauser
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Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Publication date
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Definitions

  • the components of an aircraft engine are arranged around or on an engine shaft. Therefore, three main axes are defined to describe the geometries found in aircraft engines.
  • the first main axis runs in the direction of the engine's axis of rotation and is also referred to as the longitudinal axis, which runs in the axial direction.
  • the first main axis defines a front and a rear of the respective geometry under consideration, with the flow gas inlet at the front and the outlet at the rear.
  • the second axis runs in a direction perpendicular to the engine's axis of rotation and is also referred to as the radial axis, which runs in the radial direction.
  • connection between the inner ring and the blade roots is subject to leakage.
  • two basic designs are known from the state of the art for internal air seals on adjustable guide vanes of a core flow channel.
  • the second principle concerns so-called vane-tied inner air seals.
  • the guide vanes are guided not only axially and circumferentially, but also radially.
  • "guiding" or “guiding” means that the connection is designed with minimal play or a precise fit.
  • inner ring segments with a circumferential extension of significantly less than 180° are selected.
  • the inner ring segments are axially undivided and have a gap-free connection in the radial direction with the sliding surfaces of the inner vane journals of the guide vanes. This connection is usually achieved by a connection via pins in a groove of the rotating journal. With this design principle, the guide vanes cannot move freely radially in the inner ring mounts.
  • the inner ring segments are moved radially by the outer casing of the core flow channel via the guide vanes, to whose inner journal they are locked.
  • the radial control is achieved via the thermal ambient conditions of the outer casing combined with the elongation of the blades.
  • a disadvantage of the known vane-tied inner air seals in a one-piece design is that the segment size is limited by the radial mounting required from the inside to the journals. Due to the circumferentially angled vanes, this mounting also requires a sufficiently large gap between the vane plates and the bores in the inner ring segments, which leads to increased leakage at the This leads to discs, which in turn lead to aerodynamic loss.
  • the locking mechanism via the pins on the rotating vane pins cannot be supported by bushings. The resulting line contact is subject to wear, which directly affects the sealing gap.
  • the object of the invention is to provide an inner ring and an adjustable guide vane ring with an inner ring for an aircraft engine, which improve the efficiency of the aircraft engine compared to the aforementioned embodiments from the prior art.
  • the series of guide vane receptacles comprises at least one clearance receptacle and at least one guide receptacle that is different from the at least one clearance receptacle, and in that the at least one guide receptacle is designed differently from the at least one clearance receptacle with regard to a geometry for receiving the blade roots.
  • the guide mounts have a guide, i.e., a closer connection, at least in one direction, to the adjustable guide vanes arranged within them, with less play than the clearance mounts.
  • the guide mounts advantageously create a closer connection between the guide mounts and the guide vanes arranged within the guide mounts, which essentially leads to a more direct power transmission between the guide mounts and the corresponding guide vanes, particularly the guide vanes. This allows the inner ring with the inner ring segments to be better adapted to the prevailing temperatures through clever placement of the guide mounts in the row of guide vane mounts. This means that temperature fluctuations and the resulting material expansion have less impact on the leakage gaps.
  • the inner ring can be designed, in particular, for a stator stage of a compressor. However, it is also conceivable for the inner ring to be designed for a stator stage of a turbine.
  • the inner ring serves—as already described in the introductory section—to create an inner air seal and forms part of an inner casing of a core flow duct of the aircraft engine.
  • the number of guide vane receptacles can be the same in all inner ring segments.
  • the guide vane receptacles are essentially complementary to the corresponding blade roots to be accommodated therein and can preferably be precisely fitted in the axial direction and/or in the circumferential direction.
  • the blade roots of the guide vanes of the guide vane ring can have at least one first outer plate facing the core flow duct and a blade pin arranged radially inwardly therefrom. Accordingly, the guide vane receptacles can be provided with a corresponding An outer disk seat and a journal seat can be formed.
  • One of the adjustable guide vanes and a guide vane receptacle accommodating this guide vane form a sliding pair and are sliding partners.
  • Such a connection formed as a sliding pair, consisting of the guide vanes and the guide vane receptacles, can comprise a sliding device, in particular a sliding bushing and/or sliding coating. The sliding device can be part of one or both of the sliding partners.
  • At least either the guide vanes or at least the guide vane receptacles, or both of the sliding partners, can comprise the sliding device entirely or at least partially.
  • the inner ring segment can be formed from at least two inner ring segment sections that abut one another in the axial direction. Both the term “axially split inner ring” and the term “axially split inner ring segment” also encompass embodiments that, due to the division of the inner ring or the inner ring segment, have contact surfaces that do not extend in the radial direction or only partially extend in the radial direction.
  • the row of guide vane receptacles can be arranged evenly distributed along a circumferential extent of the inner ring segment between a first end and a second end of the inner ring segment. In particular, all guide vane receptacles of the inner ring can be arranged evenly distributed in the circumferential direction.
  • the row of guide vane receptacles comprises precisely two guide receptacles.
  • the guide vane ring forms a suspension system, with the inner ring being suspended from the guide vanes.
  • the guide vane suspension system is completely defined, which advantageously further reduces curvature.
  • a guide vane ring comprising the inner ring has precisely two guide vanes, which are arranged with a precise fit in the guide vane receptacles provided for them.
  • a guide mount is arranged at a second location in the row of guide vane mounts and/or at a penultimate location in the row of guide vane mounts.
  • the inner plates, blade pins and outer plates described herein can be substantially cylindrical, wherein the blade pin can in particular have a smaller cylinder diameter than the blade plates, i.e. the corresponding inner plate and outer plate.
  • the differently designed radial gaps allow the thermal displacements occurring along the circumferential extent of the inner ring or the inner ring segment to be compensated even better, since the geometries of the different guide vane receptacles can be adapted to the prevailing temperatures or to the thermal stresses occurring in the components.
  • the inner ring is made up in the circumferential direction of at least three inner ring segments, in particular of at least four inner ring segments, particularly preferably of at least five or formed from multiple inner ring segments.
  • the inner ring segments are arranged in a row in the circumferential direction. Dividing the inner ring in the circumferential direction advantageously prevents bending of the inner ring. Deflecting and/or other types of bending are advantageously better reduced.
  • the adjustable guide vane ring can respond very well to the thermal conditions, reduces leakage compared to a guide vane ring known from the state of the art and thus improves the efficiency of the aircraft engine.
  • one of the guide vane receptacles and one of the blade roots form a sliding connection as sliding partners and that at least one of the sliding partners has a sliding device, in particular a bushing or a coating.
  • a sliding device, in particular a bushing or coating further improves the sliding properties of the sliding partners and thus, on the one hand, reduces wear, so that the service life increases, and on the other hand, reduces leakage, since closer tolerances can be maintained.
  • Bushings can be provided in a split design. The bushings can be axially split and, during assembly, arranged together with the inner ring segment sections on the blade roots. They can also be provided together with the guide vanes, in which case the inner ring segment sections are arranged around the bushings.
  • the sliding device is considered to be part of the guide vane or the guide vane holder, and can accordingly also form part of the fit or the entire fit of the guide vane in the guide recess or part of the fit or the entire fit of the guide recess around or in the guide vane.
  • the guide receptacles each have an inwardly projecting cantilever flange which is arranged in the radial direction between an inner plate and an outer plate of the guide vane arranged in the respective guide receptacle, and a minimal play and/or minimal radial gap is formed between the cantilever flange on the one hand and the inner plate and the outer plate on the other hand, in particular with a precise fit. It can be provided that only the guide receptacles have a precisely fitting cantilever flange between the inner plate and the outer plate.
  • the clearance guide vanes also have a cantilever flange which is arranged in the radial direction between an inner plate and an outer plate of the clearance guide vane arranged in the respective clearance receptacle, wherein a play and/or gap is formed between the cantilever flange of the clearance receptacle on the one hand and the inner plate and the outer plate of the corresponding clearance guide vane on the other.
  • the at least one group of guide vanes comprises at least two guide vanes, and/or that in the row of guide vane receptacles at least two clearance guide vanes are arranged adjacent to the at least one guide vane and/or that a guide vane is arranged at a second location in the row of guide vane receptacles and/or at a penultimate location in the row of guide vane receptacles. Due to the specific design of the combinations of guide vanes and guide vane receptacles proposed here, the thermal expansion of the guide vane ring can be advantageously reduced and/or compensated. Furthermore, the inner ring can be better guided on the guide vanes in the radial direction, so that any curvature of the inner ring segments is advantageously reduced.
  • a third aspect of the invention relates to an aircraft engine with an adjustable guide vane ring, in particular with an adjustable guide vane ring as described above, and/or with an axially split inner ring as described above.
  • FIG. 1 An aircraft engine 1 is shown schematically in a meridional section.
  • the aircraft engine 1 has an engine inlet 1a, from which a bypass duct 1b and a core flow duct 1c are flowed downstream.
  • the bypass duct 1b is used to generate thrust, while the core flow duct 1c is used primarily to generate energy for the components of the aircraft engine 1 and the cabin systems of an aircraft.
  • the main components of the aircraft engine 1, namely a compressor 2, a combustion chamber 3, and a turbine 4, are arranged in sequence in the core flow duct 1c.
  • the aircraft engine 1 has an outer casing 6 surrounding the engine inlet 1a and the bypass duct 1b, and an intermediate casing 7 separating the bypass duct 1b and the core flow duct 1c.
  • the aircraft engine 1 and its components are described in a shaft-fixed cylindrical coordinate system comprising an axial direction Ax, a radial direction R, and a circumferential direction U.
  • the first embodiment of a guide vane ring 2a is schematically illustrated in a cross-section through the guide vane ring 2a and will be explained in more detail in the following description.
  • the guide vane ring 2a comprises an inner ring 10 and a group of guide vanes 20, 20'.
  • Fig. 2 only a rear inner ring segment section 13 of a single inner ring segment 11 of the inner ring 10 is shown.
  • the inner ring 10 consists of a plurality of inner ring segments 11, which are arranged in a row in the circumferential direction U.
  • the illustrated inner ring segment 11 has a series of guide vane receptacles 15, 15', in which the group of guide vanes 20, 20' with their blade roots 21, 21' are accommodated and each has a sliding connection wherein the guide vanes 20, 20' are arranged pivotably and thus adjustable in the guide vane receptacles 15, 15'.
  • the blade roots 20, 20' of all guide vanes in the group of guide vanes 20, 20' are formed with an outer plate 22, 22', which, together with an outer surface of the inner ring segment 11, forms part of an inner casing of the core flow channel 1c.
  • the guide vane receptacles 15, 15' each have an outer plate seat 15a, 15a', which is complementary to the outer plate 22, 22'.
  • a blade pin 23, 23' is arranged radially inwardly on the respective outer plate 22, 22', wherein the blade pin 23, 23' has a smaller diameter than the respective outer plate 22, 22'.
  • the guide vane receptacles 15, 15' have corresponding outer disc seats 15a, 15a' and journal seats 15b, 15b', which form a sliding connection with the blade roots 21, 21', in particular the outer discs 22, 22' and the blade journals 23, 23' as sliding partners.
  • the possible connecting surfaces of the sliding partners are provided with a sliding coating as a sliding device to improve the friction and sliding properties of the sliding partners.
  • the outer plate seat 15a' and the inner plate seat 15c' delimit a pin seat 15b' arranged between the plate seats, which protrudes as an inner flange between the plates and forms radial gaps 16', 17' with the plates 22', 24' of the guide vane 20', which are designed to be minimal in terms of their radial size and tolerances, so that a radial movement of the guide vane 20' in the guide receptacle 15' is hardly possible, in contrast to the floatingly received clearance guide vanes 20 in the clearance receptacles 15.
  • the inner ring segment 11 extends over an angle ⁇ , which in the present embodiment is 90°, so that the inner ring 10 is composed of four inner ring segments 11.
  • the inner ring segments 11 can extend over a different angle, for example, over 120° or 60°.
  • the number of inner ring segments can be varied accordingly.
  • the inner ring segments 11 each have a row of eight guide vane receptacles 15, 15'. Accordingly, the group of guide vanes 20, 20' also comprises eight guide vanes 20, 20'.
  • Fig. 4a and Fig. 4b show a third embodiment of a guide vane ring 2a according to the invention.
  • Fig. 4a a first meridian section through a guide vane 20' and guide receptacle 15' and in Fig. 4b
  • a second meridian section through a clearance guide vane 20 and a clearance receiver 15 is shown in a schematic representation.
  • the inner ring 10 is formed from a plurality of inner ring segments 11, which are formed from a front inner ring segment section 12 in the axial direction Ax and a rear segment section 13.
  • the segment sections 12, 13 abut one another in the axial direction Ax and are fastened to one another via screws or bolts.
  • the clearance guide vanes 20 also have an inner plate 24. This has the advantage that the radial movement of the clearance guide vanes 20 in the clearance receptacles 15 is also limited.
  • the blade roots 21, 21' each comprise sliding devices 30, 30' designed as bushings 30, 30', which are arranged between the blade roots 21, 21' and the guide vane receptacles 15, 15'.
  • the bushings 30' On the blade roots 21' of the guide vanes 20', the bushings 30' have guide flanges 31', which are arranged with a precise fit in the radial direction R between the outer plates 22' and the inner flange 15d', as well as between the inner flange 15d' and the inner plate 24'.
  • the guide vane 20' can pivot easily in the guide receptacle 15', since less friction occurs due to the bushing 30', but at the same time a radial relative movement between the guide receptacle 15' and the guide vane 20' is largely prevented, so that the inner ring 10 can be moved directly in the radial direction R by the guide vanes 20'.
  • the gaps 16, 17 serve as radial clearance between the blade plates 22, 24 and an inner cantilever flange 15d, so that the clearance guide vanes 20 can move radially in the clearance receiver 15 despite the blade plates 22, 24.
  • the inner ring 10 is provided with a seal carrier 14 consisting of a plurality of seal carrier segments 14a, which is inserted radially inward and axially between the two inner ring segment sections 12, 13, and which forms a radially inward stop 14b on the guide vane receptacles 15, 15' for the blade roots 21, 21' of the guide vanes 20, 20'.
  • seal carrier 14 run-in linings 14c are formed or fastened radially inward to form a seal with one or more sealing fins (not shown) running into the run-in linings 14c of a radially inward rotating rotor (not shown).
  • the seal carriers In the circumferential direction, the seal carriers have an approximately identical circumferential extent as the inner ring segments, but are arranged offset relative to them in the circumferential direction, so that the circumferential end faces of the inner ring segments 11 and the circumferential end faces of the seal carrier segments 14a are arranged offset relative to one another.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein axial geteiltes Innenringsegment (11) für einen verstellbaren Leitschaufelkranz (2a, 4a) eines Flugtriebwerks (1), einen axial geteilten Innenring (10), einen verstellbaren Leitschaufelkranz (2a, 4a) für ein Flugtriebwerk (1), sowie ein Flugtriebwerk. Der Innenring (10) und der Leitschaufelkranz (2a, 4a) verbessern den Wirkungsgrad des Flugtriebwerks (1) durch verschieden ausgebildete Leitschaufelaufnahmen (15, 15') in dem Innenring (10).
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Description

  • Die Erfindung betrifft einen axial geteilten Innenring für einen verstellbaren Leitschaufelkranz eines Flugtriebwerks, umfassend eine Mehrzahl in axialer Richtung geteilter und in Umfangsrichtung aneinandergereihter Innenringsegmente, wobei in zumindest einem der Innenringsegmente eine Reihe von Leitschaufelaufnahmen ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Leitschaufelkranz für ein Flugtriebwerk, umfassend eine Gruppe von verstellbaren Leitschaufeln (engl. "variable vanes") und einen die verstellbaren Leitschaufeln aufnehmenden axial geteilten Innenring, wobei der Innenring aus einer Mehrzahl von Innenringsegmenten gebildet ist, und wobei zumindest eines, insbesondere jedes, der Mehrzahl von Innenringsegmenten eine Reihe von Leitschaufelaufnahmen zur Aufnahme zumindest eines Teils der Gruppe der Leitschaufeln aufweist. Der Innenring nimmt die Leitschaufeln an ihren Schaufelfüßen auf, die zumindest einen Außenteller und einen Schaufelzapfen und in einigen Ausführungsformen einen Innenteller aufweisen.
  • Die Komponenten eines Flugtriebwerks sind um oder auf einer Triebwerkswelle angeordnet. Zur Beschreibung der in den Flugtriebwerken vorkommenden Geometrien sind daher drei Hauptachsen definiert. Die erste Hauptachse verläuft in Richtung der Triebwerksdrehachse und wird auch als Längsachse bezeichnet, die in Axialrichtung oder axialer Richtung verläuft. Durch die erste Hauptachse wird ein Vorne und ein Hinten der jeweils betrachteten Geometrie festgelegt, wobei vorne der Eintritt und hinten der Austritt des Strömungsgases erfolgt. Die zweite Achse verläuft entlang einer auf der Triebwerksdrehachse senkrecht stehenden Richtung und wird auch als Radialachse bezeichnet, die in Radialrichtung oder radialer Richtung verläuft. Durch die zweite Hauptachse wird ein Außen und ein Innen des Triebwerks bestimmt, wobei innen die Triebwerksachse liegt und die Radialrichtung von der Triebwerksachse nach außen verläuft. Die dritte Hauptachse verläuft in Umfangsrichtung senkrecht zu den beiden anderen Hauptachsen. Die drei Hauptachsen bestimmen zusammen drei Hauptebenen: Meridianebenen, die auch als Meridianschnitte bezeichnet werden können und die von der Längsachse und jeweils einer Radialachse aufgespannt sind; Umfangsebenen, die auf einer Zylindermantelfläche um die Triebwerksdrehachse liegen; und Querschnittsebenen des Triebwerks, die normal zu der Triebwerksdrehachse angeordnet sind.
  • Der Innenring und der verstellbare Leitschaufelkranz sind in der Regel in einem Kernstromkanal des Flugtriebwerks angeordnet. Der Kernstromkanal wird von einem Außengehäuse und einem Innengehäuse begrenzt, wobei der Innenring gemeinsam mit Außentellern der Leitschaufeln einen Teil des Innengehäuses bildet. Eine gemeinsame Funktion sowohl des Innenrings für den verstellbaren Leitschaufelkranz und des verstellbaren Leitschaufelkranzes ist die Bildung einer Innenluftdichtung (engl. "inner air seal"), wozu der Innenring einerseits von den Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes gehalten und andererseits mit einem Dichtungsring ausgebildet ist. An dem Dichtungsring befinden sich Dichtungsbeläge, die mit entsprechenden Dichtfins an dem Rotor zusammenwirken und zur Abdichtung eines Radialspalts zwischen Rotor und Stator eine Labyrinthdichtung bilden.
  • Die Verbindung zwischen dem Innenring und den Schaufelfüßen ist Leckage behaftet. Um diese Leckageströmung möglichst gering zu halten, sind aus dem Stand der Technik für Innenluftdichtungen an verstellbaren Leitschaufeln eines Kernstromkanals zwei prinzipielle Bauweisen bekannt.
  • Das erste Prinzip betrifft schwebende, das heißt spielbehaftete Innenluftdichtungen (engl. "floating inner air seals"). Der Innenring kann aus zwei sich über 180° in Umfangsrichtung erstreckende Halbringsegmente bestehen, die speichenzentriert an den Gleitflächen der inneren Schaufelzapfen der verstellbaren Leitschaufeln geführt werden. Der Innenring weist Leitschaufelaufnahmen auf, die in radialer Richtung mit einem Spiel ausgebildet sind, so dass die in den Leitschaufelaufnahmen angeordneten verstellbaren Leitschaufeln sich zumindest in radialer Richtung bewegen können. In axialer Richtung und in Umfangsrichtung ist die Verbindung mit minimalem Spiel oder passgenau ausgebildet, um die Leckage möglichst gering zu halten. Die Halbringsegmente können in vordere und hintere Abschnitte in axialer Richtung geteilt sein und sind dabei meist miteinander verschraubt oder durch Stifte miteinander verbunden. Ein Beispiel für diese Ausführungsform ist aus der EP 2 093 380 A1 bekannt. Die Halbringsegmente können auch einstückig ausgebildet sein und von innen an die Leitschaufeln über eine elastische Verformung montiert werden. Bei diesem Konstruktionsprinzip kann sich der Innenring frei dehnen und radial bewegen und wird durch seine eigenen thermischen Umgebungsbedingungen in der Rotorkavität radial gesteuert.
  • Die spielbehafteten Innenluftdichtungen weisen durch die nahezu spielfreie Kinematik einen gute Führung des Innenringes auf, neigen aber zur thermischen Entkrümmung (engl. "cording"), was wiederum zu einem größeren radialen Spalt der Innenluftdichtungen und zu einer Pressung und/oder einem Verkeilen der Stirnseiten der Innenringsegmente führt.
  • Das zweite Prinzip betrifft sogenannte Leitschaufel-gebundene-Innenluftdichtungen (engl. "vane tied inner air seals"). Die Leitschaufeln werden dabei nicht nur Axialrichtung und in Umfangsrichtung, sondern auch in Radialrichtung geführt. Führung oder führen heißt dabei im Sinne der vorliegenden Beschreibung, dass die Verbindung mit minimalem Spiel oder passgenau ausgeführt ist. Üblicherweise werden Innenringsegmente mit einer Umfangserstreckung von deutlich unter 180° gewählt. Die Innenringsegmente sind axial ungeteilt und weisen in radialer Richtung eine spaltfreie Verbindung mit den Gleitflächen der inneren Schaufelzapfen der Leitschaufeln auf. Diese Verbindung erfolgt meist durch eine Verbindung über Stifte in einer Nut des sich drehenden Zapfens. Bei diesem Konstruktionsprinzip können sich die Leitschaufeln in den Aufnahmen des Innenrings nicht frei radial bewegen. Die Innenringsegmente werden von dem Außengehäuse des Kernstromkanals über die Leitschaufeln, an deren innerem Zapfen sie verriegelt sind, radial bewegt. Die radiale Steuerung erfolgt über die thermischen Umgebungsbedingungen des Außengehäuses verbunden mit der Längendehnung der Schaufeln.
  • Nachteilig ist bei den bekannten Leitschaufel-gebundenen-Innenluftdichtungen (engl. "vane tied inner air seals") in einteiliger Ausführung, dass die Segmentgröße durch die radial von innen notwendige Montage an die Zapfen beschränkt ist. Diese Montage erfordert wegen der in Umfangsrichtung angewinkelten Leitschaufeln auch einen ausreichend großen Spalt zwischen den Leitschaufeltellern und den Bohrungen in den Innenringsegmenten, was zu einer erhöhten Leckage an den Tellern führt, die wiederum zu einem aerodynamischen Verlust führen. Die Verriegelung über die Stifte an den drehenden Leitschaufelzapfen kann nicht über Buchsen gelagert werden. Die resultierende Linienberührung ist verschleißbehaftet, welcher direkt auf den Dichtspalt wirkt.
  • Es ist demgegenüber die Aufgabe der Erfindung einen Innenring und einen verstellbaren Leitschaufelkranz mit einem Innenring für ein Flugtriebwerk anzugeben, welche den Wirkungsgrad des Flugtriebwerks gegenüber den genannten Ausführungsformen aus dem Stand der Technik verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Innenringsegment mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Innenring nach Anspruch 5 und einen verstellbaren Leitschaufelkranz mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
  • Ein erfindungsgemäßes axial geteiltes Innenringsegment für einen Leitschaufelkranz eines Flugtriebwerks - wobei der Leitschaufelkranz eine Gruppe von verstellbaren Leitschaufeln aufweist, und wobei die Leitschaufeln jeweils einen Schaufelfuß aufweisen - umfasst zur Aufnahme der Schaufelfüße der Gruppe von verstellbaren Leitschaufeln eine Reihe von Leitschaufelaufnahmen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Reihe der Leitschaufelaufnahmen zumindest eine Spielaufnahme und zumindest eine, von der zumindest einen Spielaufnahme verschiedene Führungsaufnahme umfasst, und dass die zumindest eine Führungsaufnahme zu der zumindest einen Spielaufnahme hinsichtlich einer Geometrie zur Aufnahme der Schaufelfüße verschieden ausgebildet ist.
  • Ein erfindungsgemäßer axial geteilter Innenring für einen Leitschaufelkranz eines Flugtriebwerks - wobei der Leitschaufelkranz eine Gruppe von verstellbaren Leitschaufeln aufweist, und wobei die Leitschaufeln jeweils einen Schaufelfuß aufweisen - umfasst eine Mehrzahl in axialer Richtung geteilter Innenringsegmente, wobei in zumindest einem der Innenringsegmente zur Aufnahme der Schaufelfüße der Gruppe von verstellbaren Leitschaufeln eine Reihe von Leitschaufelaufnahmen ausgebildet ist.
  • Die Führungsaufnahmen weisen eine Führung, das heißt eine zumindest in einer Richtung engere, mit weniger Spiel behaftete Verbindung zu den in ihnen angeordneten verstellbaren Leitschaufeln auf, als die Spielaufnahmen. Durch die Führungsaufnahmen kann vorteilhaft eine engere Verbindung zwischen den Führungsaufnahmen und den in den Führungsaufnahmen angeordneten Leitschaufeln geschaffen werden, die im Wesentlichen zu einer direkteren Kraftübertragung zwischen den Führungsaufnahmen und den entsprechenden Leitschaufeln, insbesondere Führungsleitschaufeln, führt. Dadurch kann der Innenring mit den Innenringsegmenten durch geschickte Platzierung der Führungsaufnahmen in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen an die herrschenden Temperaturen besser angepasst werden, so dass Temperaturschwankungen, und daraus resultierende Materialdehnungen, geringere Auswirkungen auf die Leckagespalte haben, gleichzeitig aber eine gezielte und verbesserte Führung der Innenringlage stattfindet, was den Wirkungsgrad des Flugtriebwerks insgesamt erhöht. Ferner wird bei einem auf diese Weise besser angepassten Innenring auch die Entkrümmung (engl. "cording") reduziert, wodurch insbesondere der Verschleiß zwischen den Innenringsegmenten reduziert und damit die Lebensdauer positiv beeinflusst wird. Es versteht sich, dass auch die Spielaufnahmen einen so geringen Spalt zu den in ihnen anzuordnenden Leitschaufeln auf, dass die aerodynamischen Verluste möglichst gering sind.
  • Der Innenring kann insbesondere für eine Statorstufe eines Verdichters ausgebildet sein. Es ist aber auch denkbar, dass der Innenring für eine Statorstufe einer Turbine ausgebildet ist. Der Innenring dient - wie bereits im Einführungsteil beschrieben - der Herstellung einer inneren Luftdichtung (engl. "inner air seal") und bildet einen Teil eines Innengehäuses eines Kernstromkanals des Flugtriebwerks. Die Anzahl der Leitschaufelaufnahmen kann in allen Innenringsegmenten gleich ausgebildet sein. Die Leitschaufelaufnahmen sind im Wesentlichen komplementär zu den entsprechenden, in ihnen aufzunehmenden Schaufelfüßen ausgebildet und können bevorzugt in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung passgenau ausgebildet sein. Die Schaufelfüße der Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes können zumindest einen ersten, dem Kernstromkanal zugewandten Außenteller und einen daran radial innen angeordnet anschließenden Schaufelzapfen aufweisen. Entsprechend komplementär dazu können die Leitschaufelaufnahmen mit einem entsprechenden Außentellersitz und Zapfensitz ausgebildet sein. Eine der verstellbaren Leitschaufeln und eine diese Leitschaufel aufnehmende Leitschaufelaufnahme bilden eine Gleitpaarung und sind Gleitpartner. Eine solche als Gleitpaarung ausgebildete Verbindung aus den Leitschaufeln und den Leitschaufelaufnahmen kann eine Gleitvorrichtung, insbesondere eine Gleitbuchse und/oder Gleitbeschichtung umfassen. Dabei kann die Gleitvorrichtung Teil eines oder beider Gleitpartner sein. Es können zumindest entweder die Leitschaufeln oder zumindest die Leitschaufelaufnahmen oder beide Gleitpartner die Gleitvorrichtung ganz oder zumindest teilweise umfassen. Das Innenringsegment kann aus zumindest zwei in axialer Richtung aneinander anliegender Innenringsegmentabschnitte (engl. "inner ring segment sections") gebildet sein. Sowohl der Wortlaut "axial geteilter Innenring" als auch der Wortlaut "axial geteiltes Innenringsegment" umfassen auch solche Ausführungsformen, die aufgrund der Teilung des Innenrings beziehungsweise des Innenringsegments Anlageflächen aufweisen, die sich nicht in radialer Richtung oder nur anteilig in radialer Richtung erstrecken. Bevorzugt kann die Reihe der Leitschaufelaufnahmen entlang einer Umfangserstreckung des Innenringsegments zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende des Innenringsegments gleichmäßig verteilt angeordnet sein. Insbesondere können alle Leitschaufelaufnahmen des Innenrings in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sein.
  • Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie den abhängigen Ansprüchen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Reihe der Leitschaufelaufnahmen genau zwei Führungsaufnahmen. Der Leitschaufelkranz bildet ein Aufhängungssystem, wobei der Innenring an den Leitschaufeln aufgehangen ist. Durch Anordnung von genau zwei Führungsaufnahmen ist das System der Leitschaufelaufhängung vollständig bestimmt, was eine Entkrümmung vorteilhaft noch stärker reduziert. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass ein den Innenring aufweisender Leitschaufelkranz genau zwei Führungsleitschaufeln aufweist, die passgenau in den für sie vorgesehenen Leitschaufelaufnahmen angeordnet sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die zumindest eine Führungsaufnahme in der Reihe benachbart zu zwei Spielaufnahmen angeordnet ist. Diese Anordnung erlaubt die noch gezieltere Führung des Innenrings an den Leitschaufeln, wobei gleichzeitig ein Spiel vorgesehen ist, welches die Materialdehnungen in vorbestimmter und damit vorteilhaft weitestgehend unschädlicher Weise zulässt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einer zweiten Stelle in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen und/oder an einer vorletzten Stelle in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen eine Führungsaufnahme angeordnet ist. Dadurch, dass zumindest eine Spielaufnahme in Umfangsrichtung außen in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen angeordnet ist, wird eine Entkrümmung vorteilhaft optimal reduziert.
  • Ferner kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass nur Führungsaufnahmen in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen einen Innentellersitz für einen Innenteller der Führungsleitschaufeln aufweisen. Diese Konfiguration setzt voraus, dass die Gruppe der Leitschaufeln zumindest eine Spielleitschaufel und zumindest eine, von der zumindest einen Spielleitschaufel verschiedene Führungsleitschaufel umfasst, und dass die zumindest eine Führungsleitschaufel zu der zumindest einen Spielleitschaufel hinsichtlich einer Geometrie der Schaufelfüße verschieden ausgebildet ist, dass zumindest ein Schaufelfuß der zumindest einen Führungsleitschaufel einen Innenteller aufweist. Durch diese Ausgestaltung können die Leitschaufeln vorteilhaft enger zueinander angeordnet werden, da die Leitschaufeln zueinander in Umfangsrichtung angewinkelt ein Leitgitter bilden und der radial innen genutzte Raum der Leitschaufeln in dem Innenring den diesbezüglichen limitierenden Faktor darstellt. Dadurch können vorteilhaft verbesserte Leitschaufelkranzgeometrien geschaffen werden. Die hierin beschriebenen Innenteller, Schaufelzapfen und Außenteller können sind im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei der Schaufelzapfen insbesondere einen geringeren Zylinderdurchmesser als die Schaufelteller, das heißt der entsprechende Innenteller und Außenteller, aufweisen kann.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung setzt voraus, dass die in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen angeordneten Schaufelfüße zumindest einen ersten, einem Kernstromkanal des Flugtriebwerks zugewandten Außenteller und einen daran radial innen gelegenen Schaufelzapfen aufweisen, und dass die Schaufelfüße jeweils mit einem, an dem Schaufelzapfen radial innen angeordneten, dem Außenteller gegenüberliegenden Innenteller ausgebildet sind. In der vorteilhaften Ausführungsform kann dann die zumindest eine Führungsaufnahme von der zumindest einen Spielaufnahme hinsichtlich radialer Spalte zwischen den Außentellern und/oder den Innentellern der aufzunehmenden Schaufelfüße einerseits und den Leitschaufelaufnahmen andererseits, verschieden ausgebildet sein. Durch die verschieden ausgebildeten radialen Spalte lassen sich die entlang der Umfangserstreckung des Innenrings beziehungsweise des Innenringsegments auftretenden thermischen Verschiebungen noch besser ausgleichen, da die Geometrien der unterschiedlichen Leitschaufelaufnahmen an die herrschenden Temperaturen oder an in den Bauteilen auftretenden thermischen Spannungen angepasst werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die radialen Spalte in den Führungsaufnahmen in Bezug auf eine radiale Größe und auf Fertigungstoleranzen minimal ausgebildet, so dass die Führungsaufnahme und eine in ihr anzuordnende Führungsleitschaufel in radialer Richtung passgenau zueinander ausgebildet sind. Dadurch wird vorteilhaft ein in radialer Richtung passgenauer Lagersitz der verstellbaren Führungsschaufeln an dem Innenring geschaffen, so dass eine Verschiebung des Innenring über die Führungsschaufeln radial unmittelbar und direkt geführt ist. Dadurch wird das Entkrümmen (engl. "cording") stark reduziert. Die übrigen Leitschaufeln sind in den Spielaufnahmen in radialer Richtung vorteilhaft schwebend gelagert, so dass hierüber keine Radialkräfte übertragen werden. Hierdurch lässt sich eine thermische Verformung des Innenrings weitestgehend kompensieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Innenring in Umfangsrichtung aus zumindest drei Innenringsegmenten, insbesondere aus zumindest vier Innenringsegmenten, besonders bevorzugt aus zumindest fünf oder mehr Innenringsegmenten gebildet. Die Innenringsegmente werden in Umfangsrichtung aneinandergereiht. Durch die Teilung des Innenrings in Umfangsrichtung wird eine Verbiegung des Innenrings vorteilhaft verhindert. Eine Entkrümmung und/oder anders geartete Verbiegung wird vorteilhaft besser reduziert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jedes Innenringsegment in der jeweiligen Reihe der Leitschaufelaufnahmen zwischen fünf und zwölf Leitschaufelaufnahmen aufweist. Durch die geringe Anzahl an Leitschaufeln lassen sich die Innenringsegmente leicht an den Leitschaufeln oder umgekehrt montieren. Es sind auch mehr oder weniger Leitschaufelaufnahmen in einem Innenringsegment denkbar. Die Innenringsegmente können auch unterschiedliche Anzahlen an Leitschaufelaufnahmen aufweisen. Bevorzugt sind in jedem Innenringsegment zwischen sechs und elf Leitschaufelaufnahmen vorgesehen. Besonders bevorzugt sind in jedem Innenringsegment zwischen acht und zehn Leitschaufelaufnahmen vorgesehen.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Innenring so weitergebildet, dass der Innenring ferner einen aus mehreren Dichtungsträgersegmenten bestehenden Dichtungsträger umfasst, dass der Dichtungsträger einen radial innen liegenden Anschlag an einer oder mehrerer der Leitschaufelaufnahmen aus der Reihe der Leitschaufelaufnahmen für die Schaufelfüße der Leitschaufeln bildet, und/oder dass jeweils umfangsseitige Stirnseiten der Innenringsegmente und umfangsseitige Stirnseiten der Dichtungsträgersegmente versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch werden unvorteilhafte Krümmungen weiter reduziert und Dichtungsträger sowie Innenringsegment stützen sich vorteilhaft gegenseitig gegen Verbiegung ab.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen verstellbare Leitschaufelkranz für ein Flugtriebwerk, umfassend zumindest eine Gruppe von verstellbaren Leitschaufeln mit Schaufelfüßen und einen die Schaufelfüße der verstellbaren Leitschaufeln aufnehmenden axial geteilten Innenring, insbesondere einen der weiter oben beschriebenen axial geteilten Innenringe, wobei der Innenring aus einer Mehrzahl von Innenringsegmenten gebildet ist, und wobei zumindest eines, insbesondere jedes, der Mehrzahl von Innenringsegmenten eine Reihe von Leitschaufelaufnahmen zur Aufnahme der Schaufelfüße der zumindest einen Gruppe der Leitschaufeln aufweist. Die Leitgitterstufe löst die Aufgabe dadurch, dass die zumindest eine Gruppe der Leitschaufeln zumindest eine Führungsleitschaufel umfasst, die zu den übrigen Leitschaufeln, insbesondere den Spielleitschaufeln, in der Gruppe der Leitschaufeln hinsichtlich einer eine Verbindung zwischen den Leitschaufelaufnahmen und den Schaufelfüßen bildenden Geometrie verschieden ausgebildet ist, und/oder dass die Reihe der Leitschaufelaufnahmen zumindest eine Führungsaufnahme umfasst, die zu den übrigen Leitschaufelaufnahmen, insbesondere den Spielaufnahmen, der Reihe der Leitschaufelaufnahmen hinsichtlich der die Verbindung zwischen den Leitschaufelaufnahmen und den Schaufelfüßen bildenden Geometrie verschieden ausgebildet ist.
  • Durch die unterschiedlichen Verbindungen der Leitschaufeln und Leitschaufelaufnahmen kann der verstellbare Leitschaufelkranz auf die thermischen Bedingungen sehr gut reagieren, verringert gegenüber einem aus der Stand der Technik bekannten Leitschaufelkranz die Leckagen und verbessert so den Wirkungsgrad des Flugtriebwerks.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des verstellbaren Leitschaufelkranzes ist vorgesehen, dass jeweils eine der Leitschaufelaufnahmen und einer der Schaufelfüße als Gleitpartner eine Gleitverbindung bilden und dass zumindest einer der Gleitpartner eine Gleitvorrichtung, insbesondere eine Buchse oder eine Beschichtung, aufweist. Eine Gleitvorrichtung, insbesondere eine Buchse oder Beschichtung, verbessert die Gleiteigenschaften der Gleitpartner weiter und verringert so einerseits die Abnutzung, so dass die Lebensdauer steigt, und verringert andererseits die Leckage, da geringere Toleranzen eingehalten werden können. Buchsen können in geteilter Ausführung vorgesehen sein. Die Buchsen können axial geteilt sein und bei der Montage zusammen mit den Innenringsegmentabschnitten an den Schaufelfüßen angeordnet werden. Sie können auch gemeinsamen mit den Leitschaufeln vorgesehen sein, wobei dann die Innenringsegmentabschnitte um die Buchsen angeordnet werden.
  • In dem Sinne der vorliegenden Erfindung wird die Gleitvorrichtung als Teil der Leitschaufel oder der Leitschaufelaufnahme angesehen, und kann dementsprechend auch einen Teil des Passsitzes oder den gesamten Passsitz der Führungsleitschaufel in der Führungsaufnahme oder einen Teil des Passsitzes oder den gesamten Passsitz der Führungsaufnahme um oder in der Führungsleitschaufel bilden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Leitschaufelkranzes weisen die Führungsaufnahmen jeweils einen nach innen ragenden Kragflansch auf, der zwischen einem Innenteller und einem Außenteller der in der jeweiligen Führungsaufnahme angeordneten Führungsleitschaufel in radialer Richtung angeordnet ist und ein minimales Spiel und/oder minimale radiale Spalte zwischen dem Kragflansch einerseits und dem Innenteller und dem Außenteller andererseits, insbesondere passgenau, ausgebildet ist. Es kann vorgesehen sein, dass nur die Führungsaufnahmen einen passgenauen Kragflansch zwischen dem Innenteller und dem Außenteller aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass auch die Spielleitschaufeln einen Kragflansch aufweisen, der zwischen einem Innenteller und einem Außenteller der in der jeweiligen Spielaufnahme angeordneten Spielleitschaufel in radialer Richtung angeordnet ist, wobei ein Spiel und/oder Spalte zwischen dem Kragflansch der Spielaufnahme einerseits und dem Innenteller und dem Außenteller der entsprechenden Spielleitschaufel andererseits ausgebildet ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Leitschaufelkranzes ist vorgesehen, dass die zumindest eine Gruppe der Leitschaufeln zumindest zwei Führungsleitschaufeln umfasst, und/oder dass in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen zumindest zwei Spielleitschaufeln benachbart zu der zumindest einen Führungsleitschaufel angeordnet sind und/oder dass an einer zweiten Stelle in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen und/oder an einer vorletzten Stelle in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen eine Führungsleitschaufel angeordnet ist. Durch die spezifische Ausgestaltung der hier vorgeschlagenen Kombinationen aus Leitschaufeln und Leitschaufelaufnahmen können die thermischen Dehnungen des Leitschaufelkranzes vorteilhaft verringert und/oder kompensiert werden. Ferner kann der Innenring besser an den Leitschaufeln in radialer Richtung geführt werden, so dass eine Entkrümmung der Innenringsegmente vorteilhaft verringert wird.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Flugtriebwerk mit einem verstellbaren Leitschaufelkranz, insbesondere mit einem wie oben beschriebenen verstellbaren Leitschaufelkranz, und/oder mit einem wie oben beschriebenen, axial geteilten Innenring.
  • Die Erfindung wird bezüglich der nachfolgenden Zeichnungen anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt einen Meridianschnitts eines Flugtriebwerks mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leitschaufelkranzes mit einem erfindungsgemäßen Innenring
    Fig. 2
    zeigt einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leitschaufelkranzes mit einem erfindungsgemäßen Innenring
    Fig. 3
    zeigt einen Querschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Innenrings
    Fig. 4a
    zeigt einen Meridianschnitt einer Führungsverbindung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leitschaufelkranzes mit einem erfindungsgemäßen Innenring
    Fig. 4b
    zeigt einen Meridianschnitt einer Spielverbindung des vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leitschaufelkranzes mit einem erfindungsgemäßen Innenring
  • In Fig. 1 ist ein Flugtriebwerk 1 in einem Meridianschnitt schematisch dargestellt. Das Flugtriebwerk 1 weist einen Triebwerkseinlauf 1a auf, aus dem heraus stromabwärts ein Nebenstromkanal 1b und einen Kernstromkanal 1c angeströmt werden. Der Nebenstromkanal 1b dient der Schuberzeugung, der Kernstromkanal 1c dient hauptsächlich der Energieerzeugung für die Komponenten des Flugtriebwerks 1 und von Kabinensystemen eines Flugzeugs. In dem Kernstromkanal 1c sind der Reihe nach die Hauptkomponenten des Flugtriebwerks 1 angeordnet, nämlich ein Verdichter 2, eine Brennkammer 3 und eine Turbine 4. Das Flugtriebwerk 1 weist ein den Triebwerkseinlauf 1a sowie den Nebenstromkanal 1b umgebendes Außengehäuse 6 und ein den Nebenstromkanal 1b und den Kernstromkanal 1c separierendes Zwischengehäuse 7 auf. In dem Triebwerkseinlass 1a ist ein Fan 5 zum Ansaugen und ersten Verdichten von Luft vorgesehen. Der Fan 5, der Verdichter 2 sowie die Turbine 4 sind mittels zumindest einer um eine Triebwerksdrehachse 8a drehende Welle 8 mechanisch gekoppelt, wobei der Fan 5 und gegebenenfalls auch (nicht dargestellte) vordere Niederdruckverdichterstufen von der schneller laufenden Turbine 4 durch ein Getriebe 9 entkoppelt sein können. Ein Teil der von dem Fan angesaugten und verdichteten Luft strömt in den Kernstromkanal 1c, wo sie von dem Verdichter 2 stark verdichtet wird, um in der Brennkammer 3 mit Brennstoff vermischt und gezündet zu werden und schließlich in der Turbine 4 zum Antrieb der zumindest einen Welle 8 zu expandieren.
  • Das Flugtriebwerk 1 und dessen Komponenten werden in einem wellenfesten Zylinderkoordinatensystem umfassend eine Axialrichtung Ax, eine Radialrichtung R, und eine Umfangsrichtung U beschrieben.
  • In Fig. 1 sind zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Leitschaufelkranzes 2a, 4a mit jeweils einer Gruppe von Leitschaufeln 20, 20' und einem erfindungsgemäßen Innenring 10 dargestellt. Ein erstes Ausführungsbeispiel ist als Verdichterleitkranz 2a in dem Verdichter 2, ein zweites Ausführungsbeispiel als ein Turbinenleitkranz 4a in der Turbine 4 ausgebildet. Es versteht sich, dass sich die Gruppe von Leitschaufeln 20, 20' und die Innenringe 10 des Verdichterleitkranzes 2a und des Turbinenleitkranzes 4a voneinander unterscheiden. In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand eines als Verdichterleitkranz 2a ausgebildeten Leitschaufelkranzes 2a, 4a näher beschrieben.
  • In Fig. 2 und Fig. 3 ist das erste Ausführungsbeispiel eines Leitschaufelkranzes 2a in einem Querschnitt durch den Leitschaufelkranz 2a schematisch dargestellt und wird anhand der folgenden Beschreibung näher erläutert. Der Leitschaufelkranz 2a umfasst einen Innenring 10 und eine Gruppe von Leitschaufeln 20, 20'. In Fig. 2 ist lediglich ein hinterer Innenringsegmentabschnitt 13 eines einzelnen Innenringsegments 11 des Innenrings 10 gezeigt ist. Der Innenring 10 besteht aus einer Mehrzahl an Innenringsegmenten 11, die in Umfangsrichtung U aneinandergereiht sind. Das dargestellte Innenringsegment 11 weist eine Reihe von Leitschaufelaufnahmen 15, 15' auf, in der die Gruppe der Leitschaufeln 20, 20' mit ihren Schaufelfüßen 21, 21' aufgenommen sind und jeweils eine Gleitverbindung eingehen, wobei die Leitschaufeln 20, 20' in den Leitschaufelaufnahmen 15, 15' schwenkbar und damit verstellbar angeordnet sind.
  • Die Schaufelfüße 20, 20' sämtlicher Leitschaufeln der Gruppe der Leitschaufeln 20, 20' sind mit einem Außenteller 22, 22' ausgebildet, der zusammen mit einer Außenfläche des Innenringsegments 11 einen Teil eines Innengehäuses des Kernstromkanals 1c bildet. Um die Außenteller 22, 22' aufnehmen zu können weisen die Leitschaufelaufnahmen 15, 15' jeweils einen Außentellersitz 15a, 15a` auf, der komplementär zu dem Außenteller 22, 22' ausgebildet ist. An dem jeweiligen Außenteller 22, 22` ist ein Schaufelzapfen 23, 23' radial innen liegend angeordnet, wobei der Schaufelzapfen 23, 23' einen geringeren Durchmesser aufweist als der jeweilige Außenteller 22, 22'. Die Leitschaufelaufnahmen 15, 15' weisen entsprechende Außentellersitze 15a, 15a' und Zapfensitze 15b, 15b' auf, die mit den Schaufelfüßen 21, 21', insbesondere den Außentellern 22, 22' und den Schaufelzapfen 23, 23' als Gleitpartner eine Gleitverbindung bilden. Die möglichen Verbindungsflächen der Gleitpartner sind mit einer Gleitbeschichtung als Gleitvorrichtung ausgebildet, um die Reib- und Gleiteigenschaften der Gleitpartner zu verbessern.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Arten Leitschaufeln und zwei Arten Leitschaufelaufnahmen gezeigt, nämlich Spielleitschaufeln 20 und Führungsleitschaufeln 20' sowie dazu entsprechende Spielaufnahmen 15 und Führungsaufnahmen 15' in dem Innenring 10. Die Spielleitschaufeln 20 sind in den Spielaufnahmen 15 schwebend gelagert, das heißt eine geringe radiale Bewegung der Spielleitschaufeln 20 ist möglich. Dadurch kann der Innenring 10 Dehnungen und Verschiebungen aufgrund hoher Temperaturen in einem Betriebszustand des Flugtriebwerks 1 sehr gut ausgleichen. Im Unterschied zu den Spielleitschaufeln 20 weisen die Führungsleitschaufeln 20' in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an ihren Schaufelfüßen 21' zusätzlich radial innen einen Innenteller 24' auf, der in einem komplementär ausgebildeten Innentellersitz 15c' der Führungsaufnahme 15' angeordnet ist. Das heißt, dass nur Führungsaufnahmen 15' einen Innentellersitz 15c` für einen Innenteller 24` der Führungsleitschaufeln 20' aufweisen. Diese Konstruktionsweise hat zusätzlich den Vorteil, dass die Innenringsegmente 11 im inneren radialen Bereich stabiler ausgebildet sind und die Leitschaufeln innen näher aneinander angeordnet werden können. Der Außentellersitz 15a' und der Innentellersitz 15c' begrenzen einen zwischen den Tellersitzen angeordneten Zapfensitz 15b`, der als Innenflansch zwischen den Tellern vorragt und mit den Tellern 22', 24' der Führungsleitschaufel 20' radiale Spalte 16', 17' bildet, die in Bezug auf ihre radiale Größe und Toleranzen minimal ausgebildet ist, so dass eine radiale Bewegung der Führungsschaufel 20' in der Führungsaufnahme 15' im Gegensatz zu den schwebend aufgenommenen Spielleitschaufeln 20 in den Spielaufnahmen 15 kaum möglich ist. Bei einer radialen Längenänderung der Leitschaufeln, insbesondere der Führungsleitschaufeln, oder bei Dehnungen in dem als Außengehäuse des Kernstromkanals 1c dienenden Zwischengehäuses 7, führen die Führungsleitschaufeln 20' den Innenring 10 in Wirkverbindung mit den Führungsaufnahmen 15' unmittelbar. Das Innenringsegment 11 weist somit in radialer Richtung einen festen Sitz auf und wird in radialer Richtung an den Führungsleitschaufeln 20' geführt.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt, sind in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen 15, 15' genau zwei Führungsaufnahmen 15', nämlich an zweiter Stelle und (nicht gezeigt) an vorletzter Stelle der Reihe angeordnet. Benachbart zu den beiden Führungsaufnahmen 15' sind in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen 15, 15' jeweils Spielaufnahmen 15 angeordnet. Dies führt dazu, dass die Verbindung des Innenrings zu einem Außengehäuse, das heißt dem Zwischengehäuse 7 des Kernstromkanals 1c, statisch bestimmt ist. Dadurch wird eine unbestimmte, insbesondere überbestimmte Führung des Innenringsegments 11 an den Leitschaufeln 20, 20' vorteilhaft vermieden.
  • Das Innenringsegment 11 erstreckt sich über einen Winkel α, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 90° beträgt, so dass sich der Innenring 10 aus vier Innenringsegmenten 11 zusammensetzt. Es kann vorgesehen sein, dass sich die Innenringsegmente 11 über einen anderen Winkel erstrecken, beispielsweise über 120° oder 60°. Entsprechend kann die Anzahl der Innenringsegmente variiert werden. Die Innenringsegmente 11 weisen jeweils eine Reihe von acht Leitschaufelaufnahmen 15, 15' auf. Dementsprechend umfasst die Gruppe der Leitschaufeln 20, 20' ebenfalls acht Leitschaufeln 20, 20'.
  • Fig. 4a und Fig. 4b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leitschaufelkranzes 2a. Dabei ist in Fig. 4a ein erster Meridianschnitt durch eine Führungsleitschaufel 20' und Führungsaufnahme 15' und in Fig. 4b ein zweiter Meridianschnitt durch eine Spielleitschaufel 20 und eine Spielaufnahme 15 in schematischer Darstellung gezeigt. Der Innenring 10 wird aus einer Mehrzahl von Innenringsegmenten 11 gebildet, die aus einem in axialer Richtung Ax vorderen Innenringsegmentabschnitt 12 und einem hinteren Segmentabschnitt 13 gebildet sind. Die Segmentabschnitte 12, 13 liegen in axialer Richtung Ax aneinander an und werden über Schrauben oder Bolzen aneinander befestigt.
  • Im Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel weisen auch die Spielleitschaufeln 20 einen Innenteller 24 auf. Dies hat den Vorteil, dass auch die radiale Bewegung der Spielleitschaufeln 20 in den Spielaufnahmen 15 begrenzt ist.
  • Zur Ausbildung der Gleitverbindung umfassen die Schaufelfüße 21, 21' jeweils als Buchsen 30, 30' ausgebildete Gleitvorrichtungen 30, 30', die zwischen den Schaufelfüßen 21, 21' und den Leitschaufelaufnahmen 15, 15' angeordnet sind. An den Schaufelfüßen 21' der Führungsleitschaufeln 20' weisen die Buchsen 30' Führungsflansche 31' auf, die in radialer Richtung R zwischen den Außentellern 22' und dem Innenflansch 15d` sowie dem Innenflansch 15d` und dem Innenteller 24' passgenau angeordnet sind. Dadurch kann die Führungsleitschaufel 20' gut in der Führungsaufnahme 15' verschwenken, da aufgrund der Buchse 30' geringere Reibung auftritt, gleichzeitig ist aber auch eine radiale relative Bewegung zwischen der Führungsaufnahme 15' und der Führungsleitschaufel 20' weitestgehend verhindert, so dass der Innenring 10 in radialer Richtung R von den Führungsleitschaufeln 20' unmittelbar bewegt werden kann.
  • Die Buchsen 30 zwischen den Spielaufnahmen 15 und den Spielleitschaufeln 20 weisen hingegen keine Führungsflansche auf und sind in radialer Richtung R etwas kürzer ausgebildet, so dass geringe Spalte 16, 17 zwischen der Buchse 30 und den Schaufeltellern 22, 24 der Spielleitschaufel 20 ausgebildet sind. Die Spalte 16, 17 dienen als Radialspiel zwischen den Schaufeltellern 22, 24 und einem inneren Kragflansch 15d, so dass sich die Spielleitschaufeln 20 trotz der Schaufelteller 22, 24 radial in der Spielaufnahme 15 bewegen können.
  • Ferner ist in dem dritten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der Innenring 10 einen aus mehreren Dichtungsträgersegmenten 14a bestehenden Dichtungsträger 14 aufweist, der radial innen und axial zwischen den beiden Innenringsegmentabschnitten 12, 13 eingeschoben ist, und der einen radial innen liegenden Anschlag 14b an den Leitschaufelaufnahmen 15, 15' für die Schaufelfüße 21, 21' der Leitschaufeln 20, 20' bildet. An dem Dichtungsträger 14 sind radial innen Einlaufbeläge 14c zur Bildung einer Dichtung mit einem oder mehreren in die Einlaufbeläge 14c einlaufenden Dichtfins (nicht gezeigt) eines radial innen rotierenden Rotors (nicht gezeigt) ausgebildet oder befestigt.
  • In Umfangsrichtung weisen die Dichtungsträger eine annähernd gleiche Umfangserstreckung auf wie die Innenringsegmente, sind allerdings in Umfangsrichtung versetzt zu diesen angeordnet, so dass jeweils umfangsseitige Stirnseiten der Innenringsegmente 11 und umfangsseitige Stirnseiten der Dichtungsträgersegmente 14a versetzt zueinander angeordnet sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Flugtriebwerk
    1a
    Triebwerkseinlauf
    1b
    Nebenstromkanal
    1c
    Kernstromkanal
    2
    Verdichter
    2a
    Leitschaufelkranz des Verdichters, Verdichterleitkranz
    3
    Brennkammer
    4
    Turbine
    4a
    Leitschaufelkranz der Turbine, Turbinenleitkranz
    5
    Fan
    6
    Triebwerksaußengehäuse
    7
    Zwischengehäuse
    8
    Welle(n)
    8a
    Triebwerksdrehachse
    9
    Getriebe
    10
    Innenring
    11
    Innenringsegment
    12
    Vorderer Innenringsegmentabschnitt
    13
    Hinterer Innenringsegmentabschnitt
    14
    Dichtungsträger
    14a
    Dichtungsträgersegmente
    14b
    Einlaufdichtung
    14c
    Anschlag
    15
    Leitschaufelaufnahme
    15'
    Führungsaufnahme
    15a, 15a'
    Außentellersitz
    15b, 15b'
    Zapfensitz
    15c, 15c'
    Innentellersitz
    15d, 15d'
    Kragflansch
    16
    radialer Spalt
    16'
    radialer Spalt (passgenau)
    17
    radialer Spalt
    17'
    radialer Spalt (passgenau)
    18'
    Kragflansch (passgenau)
    20
    Leitschaufel, insbesondere Verdichterleitschaufel
    20'
    Führungsleitschaufel
    21, 21'
    Schaufelfuß
    22, 22'
    Außenteller
    23, 23'
    Schaufelzapfen
    24, 24'
    Innenteller
    30, 30'
    Buchse/Beschichtung
    31'
    Führungsflansch
    40
    Innere Luftdichtung
    Ax
    Axialrichtung
    R
    Radialrichtung
    U
    Umfangsrichtung
    α
    Winkel

Claims (14)

  1. Axial geteiltes Innenringsegment (11) für einen verstellbaren Leitschaufelkranz (2a, 4a) eines Flugtriebwerks (1), wobei der Leitschaufelkranz (2a, 4a) eine Gruppe von verstellbaren Leitschaufeln (20, 20') aufweist, und wobei die Leitschaufeln (20, 20') jeweils einen Schaufelfuß (21, 21') aufweisen,
    wobei das Innenringsegment (11) zur Aufnahme der Schaufelfüße (21, 21') der Gruppe von verstellbaren Leitschaufeln (20, 20') eine Reihe von Leitschaufelaufnahmen (15, 15') aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Reihe der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') zumindest eine Spielaufnahme (15) und zumindest eine, von der zumindest einen Spielaufnahme (15) verschiedene Führungsaufnahme (15') umfasst, und
    dass die zumindest eine Führungsaufnahme (15') zu der zumindest einen Spielaufnahme (15) hinsichtlich einer Geometrie zur Aufnahme der Schaufelfüße (21, 21') verschieden ausgebildet ist.
  2. Innenringsegment (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Reihe der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') genau zwei Führungsaufnahmen (15') umfasst.
  3. Innenringsegment (11) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass die zumindest eine Führungsaufnahme (15') in der Reihe benachbart zu zwei Spielaufnahmen (15) angeordnet ist.
  4. Innenringsegment (11) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass an einer zweiten Stelle in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') und/oder an einer vorletzten Stelle in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') eine Führungsaufnahme (15') angeordnet ist.
  5. Axial geteilter Innenring umfassend eine Mehrzahl in Axialrichtung geteilter und in Umfangsrichtung aneinandergereihter Innenringsegmente nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Innenring (10) in Umfangsrichtung (U) aus zumindest drei Innenringsegmenten (11), insbesondere aus zumindest vier Innenringsegmenten (11), besonders bevorzugt aus zumindest fünf oder mehr Innenringsegmenten (11) gebildet ist.
  6. Axial geteilter Innenring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
    dass jedes Innenringsegment (11) in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') zwischen fünf und zwölf Leitschaufelaufnahmen (15, 15') aufweist.
  7. Axial geteilter Innenring nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Innenring (10) ferner einen aus mehreren Dichtungsträgersegmenten (14a) bestehenden Dichtungsträger (14) umfasst,
    dass der Dichtungsträger (14) einen radial innen liegenden Anschlag an einer oder mehrerer der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') aus der Reihe der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') für die Schaufelfüße (21, 21') der Leitschaufeln (20, 20') bildet, und/oder
    dass jeweils umfangsseitige Stirnseiten der Innenringsegmente (11) und umfangsseitige Stirnseiten der Dichtungsträgersegmente (14a) versetzt zueinander angeordnet sind.
  8. Verstellbarer Leitschaufelkranz (2a, 4a) für ein Flugtriebwerk (1), umfassend zumindest eine Gruppe von verstellbaren Leitschaufeln (20, 20') mit Schaufelfüßen (21, 21') und einen die Schaufelfüße (21, 21') der zumindest einen Gruppe der verstellbaren Leitschaufeln (20, 20') aufnehmenden axial geteilten Innenring (10), insbesondere einen axial geteilten Innenring (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Innenring (10) aus einer Mehrzahl von Innenringsegmenten (11) gebildet ist, wobei zumindest eines, insbesondere jedes, der Mehrzahl von Innenringsegmenten (11) eine Reihe von Leitschaufelaufnahmen (15, 15') zur Aufnahme der Schaufelfüße (21, 21') der zumindest einen Gruppe der Leitschaufeln (20, 20') aufweist, wobei die Gruppe der Leitschaufeln (20, 20') zumindest eine Spielleitschaufel (20) und zumindest eine, von der zumindest einen Spielleitschaufel (20) verschiedene Führungsleitschaufel (20') umfasst, wobei die zumindest eine Führungsleitschaufel (20') zu der zumindest einen Spielleitschaufel (20) hinsichtlich einer Geometrie der Schaufelfüße (21, 21') verschieden ausgebildet ist, und wobei der Schaufelfuß (21') der zumindest einen Führungsleitschaufel (20') einen Innenteller (24`) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
    dass nur Führungsaufnahmen (15') in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') einen Innentellersitz (15c') für einen Innenteller (24') der Führungsleitschaufeln (20') aufweisen.
  9. Verstellbarer Leitschaufelkranz (2a, 4a) nach Anspruch 8, wobei die in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') angeordneten Schaufelfüße (21, 21') zumindest einen ersten, einem Kernstromkanal (1b) des Flugtriebwerks (1) zugewandten Außenteller (22, 22') und einen daran radial innen gelegenen Schaufelzapfen (23, 23') aufweisen, und wobei die Schaufelfüße (21, 21') jeweils mit einem, an dem Schaufelzapfen (23, 23') radial innen angeordneten, dem Außenteller (22, 22') gegenüberliegenden Innenteller (24, 24') ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
    dass die zumindest eine Führungsaufnahme (15') zu der zumindest einen Spielaufnahme (15) hinsichtlich radialer Spalte (16, 17, 16', 17') zwischen dem Außentellern (22, 22') und/oder den Innentellern (24, 24') der aufzunehmenden Schaufelfüße (21') einerseits und den Leitschaufelaufnahmen (15, 15') andererseits, verschieden ausgebildet ist.
  10. Verstellbarer Leitschaufelkranz (2a, 4a) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
    dass die radialen Spalte (16', 17') in der zumindest einen Führungsaufnahme (15') in Bezug auf eine radiale Erstreckung und in Bezug auf Fertigungstoleranzen minimal ausgebildet sind, so dass die zumindest eine Führungsaufnahme (15') und eine in ihr anzuordnende Führungsleitschaufel (20') in radialer Richtung passgenau zueinander ausgebildet sind.
  11. Verstellbarer Leitschaufelkranz (2a, 4a) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
    dass jeweils eine der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') und einer der Schaufelfüße (21, 21') als Gleitpartner eine Gleitverbindung bilden und dass zumindest einer der Gleitpartner eine Gleitvorrichtung (30, 30'), insbesondere eine Buchse oder eine Beschichtung, aufweist.
  12. Verstellbarer Leitschaufelkranz (2a, 4a) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Führungsaufnahmen (15') jeweils einen nach innen ragenden Kragflansch (15d') aufweisen, der zwischen einem Innenteller (22') und einem Außenteller (24') der in der jeweiligen Führungsaufnahme (15') angeordneten Führungsleitschaufel (20') in radialer Richtung (R), insbesondere passgenau, ausgebildet ist und dass ein minimales Spiel und/oder minimale Spalte (16', 17') zwischen dem Kragflansch (15d`) einerseits und dem Außenteller (22') und dem Innenteller (24`) andererseits ausgebildet ist.
  13. Verstellbarer Leitschaufelkranz (2a, 4a) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gruppe der Leitschaufeln (20, 20') zumindest zwei Führungsleitschaufeln (20') umfasst, und/oder in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') zumindest zwei Spielleitschaufeln (20) benachbart zu der zumindest einen Führungsleitschaufel (20`)angeordnet sind und/oder dass an einer zweiten Stelle in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') und/oder an einer vorletzten Stelle in der Reihe der Leitschaufelaufnahmen (15, 15') eine Führungsleitschaufel (20') angeordnet ist.
  14. Flugtriebwerk (1) mit einem Leitschaufelkranz (2a, 4a) nach den Ansprüchen 8 bis 13, einem Innenring nach einem der Ansprüche 5 bis 7 und/oder mit einem Innenringsegment (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
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