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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Strebe für ein Turbinenzwischengehäuse einer
Strömungsmaschine,
insbesondere einer Gasturbine, mit einem ersten Ende zur Anordnung
an einer Innenstruktur des Turbinenzwischengehäuses und einem dem ersten Ende
gegenüberliegenden
zweiten Ende zur Befestigung der Strebe an einem Gehäuse oder
einer inneren Begrenzungswand des Turbinenzwischengehäuses. Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Turbinenzwischengehäuse für eine Strömungsmaschine, insbesondere
eine Gasturbine und ein Verfahren zur Herstellung eines Turbinenzwischengehäuses einer Strömungsmaschine,
insbesondere einer Gasturbine.
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Turbinenzwischengehäuse sind
bei Strömungsmaschinen,
insbesondere bei einer Gasturbine eines Flugtriebwerks zwischen
der Hochdruckturbine und der Niederdruckturbine angeordnet. Das Turbinenzwischengehäuse (auch „Turbine
Center Frame”,
TCF) ist ein Strukturbauteil und hat die Funktion, einen Strömungskanal
zwischen der Hochdruckturbine und der Niederdruckturbine auszubilden und
die Lagerkammer zumindest des Hochdruckrotors mit dem Gehäuse strukturell
zu verbinden. Des Weiteren dient das Turbinenzwischengehäuse zur Verteilung
von Kühlluftströmen für die Niederdruckturbine.
Dabei kreuzen profilierte Streben, welche eine Lagerkammer für den Turbinenrotor
halten, den Gaskanal. Deshalb werden diese Streben mit Leitschaufel-ähnlichen
Bauteilen verkleidet. Dabei hat es sich als kostengünstig erwiesen,
die Streben zusammen mit der Lagerkammer beziehungsweise der Innenstruktur
des Turbinenzwischengehäuses
integral zu gießen.
In diesem Fall müssen
aber die Strebenverkleidungen radial von außen über die Streben montierbar
sein. Da aber die freien Strebenenden an ein Gehäuse oder eine innere Begrenzungswand
des Turbinenzwischengehäuses
montiert werden, besitzen diese in diesem Bereich üblicherweise
eine Verdickung oder einen Flansch, der bei dieser Montageart die
Breite der Strebenverkleidung definiert. Nachteiligerweise können daher
bei derartigen Streben nur Strebenverkleidungen verwendet werden,
die entsprechend breit und nicht strömungsoptimiert ausgebildet
sind. Dies verringert allerdings den Wirkungsgrad der Gasturbine,
da relativ hohe Strömungsverluste
auftreten. Um dies zu vermeiden, wird bei anderen bekannten Turbinenzwischengehäusen auf
eine einstückige
Ausbildung der Streben mit der Innenstruktur, d. h. zum Beispiel
auf einen integral gegossenen Lagerstern, verzichtet. Dadurch erhöhen sich
jedoch wiederum die Kosten der Herstellung des Turbinenzwischengehäuses.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Strebe
für ein
Turbinenzwischengehäuse
bereitzustellen, die eine einfache Verkleidung mit einer strömungsoptimierten
und schlank ausgebildeten Strebenverkleidung ermöglicht.
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Es
ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Turbinenzwischengehäuse mit
einem im Vergleich zu bekannten Turbinenzwischengehäusen höheren Wirkungsgrad
bereitzustellen.
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Es
ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung eines Turbinenzwischengehäuses bereitzustellen, welches
eine schnelle Herstellung des Turbinenzwischengehäuses insgesamt
und eine einfache und schnelle Verkleidung von Streben des Turbinenzwischengehäuses mit
einer strömungsoptimierten
und schlank ausgebildeten Strebenverkleidung gewährleistet.
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Gelöst werden
diese Aufgaben durch eine Strebe, ein Turbinenzwischengehäuse und
ein Verfahren zur Herstellung eines Turbinenzwischengehäuses gemäß den Merkmalen
der unabhängigen Ansprüche.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
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Eine
erfindungsgemäße Strebe
für ein
Turbinenzwischengehäuse
einer Strömungsmaschine, insbesondere
für eine
Gasturbine, umfasst ein erstes Ende zur Anordnung an einer Innenstruktur
des Turbinenzwischengehäuses
und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes
zweites Ende zur Befestigung der Strebe an einem Gehäuse oder
einer inneren Begrenzungswand des Turbinenzwischengehäuses, wobei
an dem zweiten Ende mindestens ein flanschartiges Element mit mindestens
einer ersten Öffnung
zur Aufnahme oder Hindurchführung
eines Befestigungsmittels lösbar
angeordnet ist. Durch die lösbare
Anordnung des flanschartigen Elements ist es möglich, zunächst eine strömungsoptimierte
Strebenverkleidung radial von außen über die Strebe zu schieben
und erst anschließend
das flanschartige Element an dem zweiten Ende anzuordnen und die Strebe
mittels des flanschartigen Elements an dem Gehäuse oder der inneren Begrenzungswand
des Turbinenzwischengehäuses
zu befestigen. Durch die Möglichkeit
der Montage von schlankeren, strömungsoptimierten
Strebenverkleidungen werden die Strömungsverluste innerhalb des
Turbinenzwischengehäuses
signifikant reduziert, wodurch sich wiederum ein höherer Wirkungsgrad
der Strömungsmaschine
ergibt. Des Weiteren ist es vorteilhafterweise möglich, dass die erfindungsgemäße Strebe
als Teil eines integral gegossenen Lagersterns, dessen Herstellung
kostengünstig
zu realisieren ist, verwendet wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Strebe
weist diese im Bereich des zweiten Endes mindestens eine Nut oder
Ausnehmung auf, in die ein entsprechender Vorsprung des flanschartigen
Elements eingreifen kann. Dadurch ist eine einfache Montage des
flanschartigen Elements an der Strebe im Bereich des zweiten Endes
der Strebe möglich.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Strebe
weist diese am zweiten Ende mindestens einen zusätzlichen umlaufenden oder nicht-umlaufenden
Flansch auf. Durch den Flansch vergrößert sie die Auflagefläche zwischen der
Strebe beziehungsweise dem zweiten Ende der Strebe und dem damit
zu verbindenden Gehäuse oder
der damit zu verbindenden inneren Begrenzungswand des Turbinenzwischengehäuses. Das flanschartige
Element setzt bei dieser Ausführungsform
an dem Flansch der Strebe an. Dabei kann der Flansch mindestens
eine Abstützfläche zur
Abstützung
einer Schulter des flanschartigen Elements ausbilden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Strebe
weist das flanschartige Element mindestens eine Stützfläche zur
Abstützung
an dem Gehäuse
oder der inneren Begrenzungswand des Turbinenzwischengehäuses auf. Durch
die Ausbildung einer zusätzlichen
Stützfläche ergibt
sich eine gleichmäßige Druckverteilung
zwischen der Strebe und dem Gehäuse
beziehungsweise der inneren Begrenzungswand des Turbinenzwischengehäuses.
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In
weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung weist die Strebe
am zweiten Ende mindestens eine zweite Öffnung zur Aufnahme oder Hindurchführung eines
Befestigungsmittel auf. Dabei kann die zweite Öffnung im Flansch oder auch
in einem zweiten flanschartigen Element ausgebildet sein. Durch
die Ausbildung einer zweiten Öffnung
ergibt sich nach der Befestigung der Strebe an dem Gehäuse oder
der inneren Begrenzungswand des Turbinenzwischengehäuses eine
feste und innige Verbindung zwischen diesen Elementen. Es ist auch denkbar,
dass diese Verbindung nicht nur mit zwei Befestigungsmitteln, sondern
auch mit einer Vielzahl von Befestigungsmitteln erfolgt.
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Üblicherweise
ist das Befestigungsmittel eine Schraube.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind im
Flansch am zweiten Ende der Strebe und dem flanschartigen Element
korrespondierende Öffnungen
zur Aufnahme eines Spannstiftes ausgebildet. Der Spannstift dient
dabei vorteilhafterweise zum Halten des flanschartigen Elements
an der Strebe während
der Befestigung, insbesondere Verschraubung an dem Gehäuse oder
der inneren Begrenzungswand des Turbinenzwischengehäuses.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Strebe mit der Innenstruktur des Turbinenzwischengehäuses einstückig ausgebildet. Zudem
ist die Strebe zumindest teilweise von einer Strebenverkleidung
umgeben, wobei die Strebenverkleidung strömungsoptimiert ausgebildet
ist. Zudem kann die Strebenverkleidung aus einem hitzebeständigen Material
bestehen.
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Ein
erfindungsgemäßes Turbinenzwischengehäuse für eine Strömungsmaschine,
insbesondere eine Gasturbine, umfasst mehrere an einer Innenstruktur
radial angeordnete Streben zur Verbindung mit einem Gehäuse oder
einer inneren Begrenzungswand des Turbinenzwischengehäuses, wobei
die Streben wie im Vorhergehenden beschrieben ausgebildet sind.
Die Strömungsmaschine
kann dabei eine Gasturbine eines Flugtriebwerks sein. Das erfindungsgemäße Turbinenzwischengehäuse weist
einen im Vergleich zu bekannten Turbinenzwischengehäusen höheren Wirkungsgrad
auf, da die verwendeten Streben mit strömungsoptimierten Strebenverkleidungen
versehen sind. Durch die schlanken und strömungsoptimierten Strebenverkleidungen
werden Strömungsverluste
reduziert und somit ein höherer Wirkungsgrad
der Gasturbine, insbesondere des Flugtriebwerks, möglich.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung eines Turbinenzwischengehäuses einer Strömungsmaschine,
insbesondere einer Gasturbine, umfasst folgende Schritte: a) Bereitstellung
einer Innenstruktur des Turbinenzwischengehäuses mit mehreren radial angeordneten
Streben, wobei die Streben jeweils wie im Vorhergehenden beschrieben ausgebildet
sind; b) Montage von mindestens einer Strebenverkleidung an den
einzelnen Streben, wobei die Strebenverkleidung die Strebe jeweils
ganz oder teilweise umgibt und die Montage radial von außen erfolgt;
c) Verbinden der zweiten Enden der Streben mit jeweils mindestens
einem flanschartigen Element; und d) Verbinden der flanschartigen
Elemente oder der flanschartigen Elemente und dem jeweiligen Flansch
der Streben mit einem Gehäuse
oder einer inneren Begrenzungswand des Turbinengehäuses. Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
eine schnelle Herstellung des Turbinenzwischengehäuses insgesamt
und eine einfache und schnelle Verkleidung von Streben des Turbinenzwi schengehäuses mit
einer strömungsoptimierten
und schlank ausgebildeten Strebenverkleidung. Die üblicherweise
an den freien Strebenenden der Streben gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten
Verdickungen bestimmen nicht mehr die Breite der Strebenverkleidung.
Die einsetzbaren schlankeren und strömungsoptimierten Strebenverkleidungen
reduzieren die Strömungsverluste
innerhalb des Turbinenzwischengehäuses und ermöglichen
so einen höheren
Wirkungsgrad der Strömungsmaschine.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt die Verbindung gemäß Verfahrensschritt
d) mittels eines Verschraubens. Die Verbindung gemäß Verfahrensschritt
c) kann mittels eines Spannstiftes erfolgen, der im Flansch des
zweiten Endes der Strebe und dem flanschartigen Element in korrespondierenden Öffnungen
gelagert ist. Dadurch ist eine schnelle und sichere Fixierung des
flanschartigen Elements an der Strebe gewährleistet.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung zweier zeichnerisch dargestellter
Ausführungsbeispiele.
Es zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Strebe für ein Turbinenzwischengehäuse gemäß einer
ersten Ausführungsform;
und
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Strebe für ein Turbinenzwischengehäuse gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Strebe 10 für ein Turbinenzwischengehäuse einer
Strömungsmaschine,
insbesondere einer Gasturbine für
ein Flugtriebwerk. Die Strebe 10 ist dabei mit einer Innenstruktur
des Turbinenzwischengehäuses einstückig ausgebildet
(nicht dargestellt). Insbesondere bilden mehrere Streben 10 zusammen
mit der Innenstruktur einen so genannten integral gegossenen Lagerstern.
Der Lagerstern dient dabei zur Lagerung von Wellen beziehungsweise
Rotoren einer Gasturbine. In der 1 ist in
einem oberen Bereich die Strebe 10 in einer Aufsicht und
in einem unteren Bereich in einer entsprechenden Schnittdarstellung gezeigt.
Dabei wird deutlich, dass die Strebe 10 profiliert ausgebildet
ist. Des Weiteren erkennt man, dass die Strebe 10 ein erstes
Ende zur Anordnung an der Innenstruktur des Turbinenzwischengehäuses (nicht
dargestellt) und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende 12 zur
Befestigung der Strebe 10 an einem Gehäuse 42 (vergleiche 2) oder
einer inneren Begrenzungswand des Turbinenzwischengehäuses aufweist.
An dem zweiten Ende 12 ist dabei ein flanschartiges Element 14 mit einer
ersten Öffnung 18 zur
Aufnahme eines Befestigungsmittels, insbesondere einer Schraube
(nicht dargestellt), lösbar
angeordnet.
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Das
flanschartige Element 14 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
länglich
ausgebildet, wobei das Maximum der Längserstreckung entlang der
Längsachse
der Strebe 10 verläuft.
Das flanschartige Element 14 weist dabei einen Vorsprung 34 auf,
der in eine an der Strebe 10 ausgebildete Nut 32 eingreift.
An dem dem Vorsprung 34 gegenüberliegenden Ende weist das
flanschartige Element 14 zudem eine Schulter 36 auf,
die an einer Abstützfläche 38 eines
Flansches 16 der Strebe 10 abgestützt ist. Der
Flansch 16 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
am zweiten Ende 12 der Strebe 10 teilweise umlaufend
ausgebildet.
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Des
Weiteren erkennt man, dass in dem dem flanschartigen Element 14 beziehungsweise
der ersten Öffnung 18 gegenüberliegenden
Ende der Strebe 10 eine zweite Öffnung 22 zur Aufnahme
eines zweiten Befestigungsmittels ausgebildet ist. Dabei weisen sowohl
die erste Öffnung 18 wie
auch die zweite Öffnung 22 jeweils
ein Innengewinde 20, 24 zur Einführung und
Befestigung einer Schraube mit einem entsprechenden Außengewinde
auf. Die zweite Öffnung 22 ist
dabei im Flansch 16 ausgebildet.
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Des
Weiteren sind im Flansch 16 und dem flanschartigen Element 14 korrespondierende Öffnungen 26, 28 zur
Aufnahme eines Spannstiftes 30 ausgebildet. Dadurch ist
eine einfache und sichere Befestigung des flanschartigen Elementes 14 an
der Strebe 10 im Bereich des zweiten Endes 12 möglich. Vor
einer Befestigung des flanschartigen Elements 14 an der
Strebe 10 wird über
die Strebe 10 von außen
eine strömungsoptimierte,
schlanke Strebenverkleidung geschoben. Anschließend wird das flanschartige
Element 14 mithilfe des Spannstiftes 30 an der
Strebe 10 befestigt, so dass in einem weiteren Schritt
die Verschraubung des zweiten Endes 12 der Strebe 10 mit
dem Gehäuse 42 erfolgen
kann.
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Des
Weiteren erkennt man, dass die Strebe 10 hohlförmig ausgebildet
ist und einen Gaskanal 40 aufweist.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Strebe 10 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
Auch in 2 ist in dem oberen Bereich eine
Aufsicht auf die Strebe 10 und in einem unteren Bereich
eine entsprechende Schnittzeichnung der Strebe 10 dargestellt.
Die Strebe 10 gemäß der zweiten
Ausführungsform
weist grundsätzlich
einen mit der Strebe 10 gemäß der in 1 beschriebenen ersten
Ausführungsform
vergleichba ren Aufbau auf. Gleiche Bezugszeichen in den 1 und 2 bezeichnen
daher jeweils gleiche Elemente der Streben 10. Im Gegensatz
zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist hier jedoch das flanschartige Element 14 nicht in seiner
Längsrichtung
ungefähr
parallel zur Längsachse
der Strebe 10 angeordnet. Vielmehr verläuft die Längsachse des ebenfalls länglich ausgebildeten
flanschartigen Elements 14 ungefähr senkrecht zur Längsachse
der Strebe 10. Man erkennt, dass an dem der Strebe 10 abgewandten Ende
des flanschartigen Elements 14 eine Stützfläche 44 zur Abstützung des
Gehäuses 42 ausgebildet ist.
An dem der Stützfläche 44 gegenüberliegenden Ende
weist das flanschartige Element 14 wiederum einen Vorsprung 34 auf,
der in eine entsprechende Nut beziehungsweise Ausnehmung 32 im
Bereich des zweiten Endes 12 der Strebe 10 eingreift.
Dabei sind die Ausnehmung 32 und der Vorsprung 34 derart ausgebildet,
dass sich parallele Flächen
ausbilden, die ein Verdrehen des flanschartigen Elements 14 relativ
zur Strebe 10 während
der Montage verhindern.
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Das
flanschartige Element 14 wird wiederum mittels eines Spannstifts 30 an
der Strebe 10 gehalten. Zur Aufnahme und Lagerung des Spannstifts 30 weist
der Flansch 16 des zweiten Endes 12 der Strebe 10 wiederum
eine Öffnung 26 auf,
die mit einer Öffnung 28 in
dem flanschartigen Element 14 korrespondiert. Die Öffnung 28 ist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
dabei in dem Vorsprung 34 ausgebildet. Die Öffnung 26 erstreckt
sich auf beiden Seiten der die Ausnehmung 32 umgebenden
Wände des Flansches 16.
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Zur
Befestigung des Gehäuses 42 an
der Strebe 10 weist das Gehäuse 42 ebenfalls zwei Öffnungen 46, 48 auf,
die mit der ersten Öffnung 20 und der
zweiten Öffnung 22 des
flanschartigen Elements 14 beziehungsweise des Flansches 16 korrespondieren.
Die Verbindung des Gehäuses 42 mit
der Strebe 10 erfolgt dabei mittels einer Schraubverbindung.
Vor dieser Verbindung wird wiederum die Strebe 10 mit einer
entsprechenden Strebenverkleidung, die strömungsoptimiert ausgebildet
ist, versehen, wie dies bereits mit dem in 1 vorgestellten
Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist. Auch die in 2 dargestellte
Strebe 10 ist einstückig
mit einer Innenstruktur des Turbinenzwischengehäuses ausgebildet (nicht dargestellt).