DE1038343B - Stator fuer Axialturbomaschinen, insbesondere Gasturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator für Axialturbomaschinen, insbesondere Gasturbinen, mit einem Ring hohler, an ihren inneren und äußeren Enden an hohlen, kastenartigen Aufbauten befestigten Schaufeln, die durch die Hohlräume dieser Aufbauten mit Kühlluft versorgt werden, einem äußeren Gehäuseaufbau, in welchem die Schaufeln montiert sind, und mit Verbindungskanälen zwischen den hohlen Aufbauten einerseits und der Außenseite des Gehäuses sowie einer inneren, Kammer des Schaufelringes andererseits. Derartige Statoren, sind bekannt; die bekannten Ausführungsform sind sehr kompliziert und umständlich im Aufbau und in der Herstellung; sie haben ferner Nachteile in bezug auf Verluste an Kühlluft.

Diese Mängel werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß der Schaufelring in Gruppen von beispielsweise drei Schaufeln aufgeteilt und jeder dieser Gruppen a,m inneren Ende eine gemeinsame Zwischenkammer zugeordnet ist, welche die Schaufel- ao enden ummantelt und einen gemeinsamen Verteilerraum bildet, der mit den Durchgängen durch die Schaufeln verbunden ist und eine einzige Verbindung zu der erwähnten inneren Kammer aufweist.

Durch die Unterteilung des Schaufelringes in Gruppen und die Zuordnung einer gemeinsamen Verteilerkammer zu jeder Gruppe wird, die Herstellung einer jeden Schaufelgruppe bei geringerem Materialaufwand erheblich vereinfacht. Dasselbe gilt für den Einbau der Schaufeln in das Statorgehäuse. Infolge der Verringerung der Zahl der Verbindungen zu dem von dem Schaufelring getragenen Innenteil wird ein Lecken der Druckluft vermindert.

Zweckmäßig ist die Anordnung so getroffen, daß jeder Schaufelgruppe auch eine gemeinsame Außenkammer zugeordnet ist, welche die äußeren Enden dieser Schaufeln ummantelt und einen äußeren Verteilerraum bildet, der mit den Schaufeln verbunden ist und eine einzige Verbindung zur Außenseite des Gehäuses aufweist. Jede Schaufelgruppe kann einen eigenen äußeren Aufbau besitzen, der die Schaufeln ummantelt und einen Raum bildet, in welchen die äußeren Enden der hohlen Schaufeln münden, und der eine einzige Verbindung zur Außenseite des Gehäuses hat. Vorzugsweise besitzen die hohlen, kastenartigen inneren Aufbauten an ihren radialen Innenwandungen radial gerichtete hohle Stutzen, welche in radiale Außenstutzen einer Wandung der Innenkammer des Schaufairinges eingreifen und in diese Kammer münden. Die radialen Stutzen können, zur koaxialen Halterung der Innenkonstruktion der Maschine in dem Schaufelring dienen. Bei der bekannten Konstruktion mit einem Paar von in axialem Abstand angeordneten, ringförmigen Zwischenwänden und Stator für Axialturbomaschinen, insbesondere Gasturbinen

Anmelder:

Rolls-Royce Limited,

Derby (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann und Dr.-Ing. A. Weickmann, Patentanwälte, München 2, Brunnstr. 8/9

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 5. August 1955 und 17. Juli 1956

Nigel Edward Payne, Burton-on-Trent, Staffordshire, und Frederick Freeman, Derby (Großbritannien), sind als Erfinder genannt worden

einem ringförmigen Abstandhalter im äußeren Umfang dieser Zwischenwände, bei welcher letztere und der Abstandhalter Wandungen der inneren Kammer des S chaufel ringes und axiale Flansche des Innenumfanges dieser Zwischenwände eine, radiale Innenwand der Kammer bilden, sind die erwähnten Außenstutzen in dem Abstandhalterring angeordnet und aus diesem herausgearbeitet. Die Zwischenwände können an ihrem Umfang ein Lager für den Rotor tragen. Die Verbindung zur Außenseite des Gehäuses besteht beispielsweise aus in radialle Stutzen des Außengehäuses eingreifenden Rohrstutzen, deren Einsteckkanten zweckmäßig abgerundet sind.

Die Figuren erläutern die Erfindung an Ausführungsbeispielen. Es stellt dar

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Turbine, Fig. 2 den Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 den Achsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform,

Fig. 4 den Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3. Die Turbine hat eine Rotorwelle 10, an deren einem Ende eine Turbinenscheibe 11 sitzt, die auf ihrem Umfang einen Ring oder Rotorschaufeln 12 trägt. Die Turbine hat weiterhin einen Stator mit einem äußeren Gehäuseteil 13, der einen Ring von Leitschaufeln 14 trägt, zwischen welchen die heißen Gase aus der Verbrennungskammer 15 strömen, die so auf die Rotorschaufeln 12 geleitet werden. Die Leitschaufeln 14 ihrerseits tragen ein Lager 16 für das strömungsabwärtige Ende der Turbinenwelle 10.

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Die Leitschaufeln. 14, die hohl ausgebildet sind, sind in Gruppen zu drei angeordnet (vgl. Fig. 2). Jeder Satz dieser drei Leitschaufeln 14 hat eine kastenförmige innere Flächenstruktur zugeordnet und einen hohlraumähnlichen äußeren Flächenaufbau.

Der äußere Flächenaufbau jedes Satzes von Leitschaufeln weist eine Platte 17 auf, die Schlitze hat, in denen die äußeren Enden der Leitschaufeln befestigt sind, beispielsweise durch Schweißen oder Annieten. Die Platte 17 bildet einen Teil der Wandung für den wirksamen Strömungsring der Turbine. Die Platte 17 ist an den Flanschen oder Rändern 18 a- um die Kanten eines äußeren Wandungsteiles 18 befestigt, so daß die Platte 17 im Abstand gehalten wird von dem Teil 18, und zwar derart, daß ein Verteilerraum 19 gebildet wird, in den hinein sich die äußeren Enden der Kanäle durch die Leitschaufeln 14 erstrecken. Der äußere Wandungsteil 18 der äußeren Flächenstruktur trägt einen hohlen, Ansatz 20, dessen Bohrung in den Verteilerraum 19 führt und der einen Sockel bildet zur Aufnahme des einen Endes eines röhrenförmigen Stückes 21, dessen entgegengesetztes Ende in einem Sockel sitzt, der durch einen hohlen Ansatz 22 gebildet wird, der an der äußeren Gehäusestruktur 13 sitzt und einen Durchgang bildet durch den äußeren Gehäuseaufbau zur Atmosphäre. Durch einen Qnerstift 23 in dem Teil 22 wird eine Lösung des Rohrstückes 21 verhindert. Das Rohrstück 21 hat abgerundete Enden, durch welche es in den Bohrungen der hohlen Ansätze 20 und 22 befestigt ist.

Der äußere Wandungsteil 18 ist außen mit nach außen weisenden Vorsprüngen versehen, und zwar an Punkten, die in einem axialen Abstand liegen, wobei diese Vorsprünge 24 mit entsprechenden Nuten 25 an dem äußeren Gehäuseteil 13 zusammenwirken, so daß der äußere Flächenteil auf den Umfang der Turbine festgelegt wird. Der äußere Wandungsteil 18 ist auch mit einer verdickten Kante 26 an dem stromabwärts liegenden Ende versehen. Diese Kante hat eine axiale Nut, um die stromaufwärts liegende Kante eines Abdeckringes 27 für die Rotorschaufeln 12 der Turbine aufzunehmen. Der Abdeckring 27 ist sowohl axial als auch umfangsmäßig in Hinblick auf den äußeren Gehäuseteil 13 angeordnet. Da das auf die Leitschaufeln 14 wirkende Gas die Tendenz hat, diese Schaufeln stromabwärts zu verschieben, dient der Abdeckring 27 auch dazu, die Schaufeln in axialer Richtung festzulegen.

Der innere Flächenaufbau mit einem Satz von Leitschaufeln umfaßt auch eine Fläche 28 mit einem nach innen zu gerichteten Flansch an dem stromaufwärts liegenden Ende. Die Platte 28 ist auch mit Schlitzen versehen, in denen die inneren Enden der Leitschaufeln 14 durch Schweißen oder Hartlöten befestigt sind. Die Platte 28 bildet einen Teil der inneren, Wandung des wirksamen Strömungsringes der Turbine. Die innere Fläche weist weiterhin einen inneren Wandungsteil 29 auf, der Flansche 29a hat, die längs der auf dem Umfang verteilten Kanten und der stromabwärts gerichteten Kanten liegen. Die Fläche 28 ist an den Flanschen 29 a befestigt, so daß die Fläche 28 in einem Abstand von der Wandung 29 liegt, und einen Verteilerraum 30 bildet, in den hinein sich die inneren Enden der Durchgänge in den Schaufeln 14 öffnen. Die innere Wandung 29 bildet hohle Stutzen 31, die den einen Teil eines einsteckbaren Durchganges bilden zwischen dem Verteilerraum 30 des inneren Flächenaufbaues und einer Ringkammer 47, die in dem Träger für das Lager 16 gebildet ist. Der Lagerträger umfaßt auch ein sich stromaufwärts radial erstreckendes, ringförmiges Diaphragma 32, ein sich stromabwärts radial erstreckendes Diaphragma 33 und ein ringförmiges Glied 34. Das Glied 34 ist mit einer Anzahl hohler Stutzen 35 ausgestattet, welche die Sockel für die Aufnahme der hohlen Stutzen 31 bilden. Es ist ferner mit einer Anzahl Ausbuchtungen 36 versehen, deren Zweck weiter unten beschrieben wird.

Die Diaphragmen 32 und 33 liegen mit ihrem äußeren Umfang gegen die stromaufwärts und stromabwärts gerichteten Flächen der ringförmigen Glieder 34, wobei sie in ihrer Stellung durch strömungsaufwärts und strömungsabwärts angeordnete Klemmringe 37 und 38 gehalten werden und durch Bolzen, welche durch diese Klemmringe, die Umfange der Diaphragmen 32 und 33 und die Ausbuchtungen 36 des Ringgliedes 34 hindurchgehen.

An einem inneren Radius haben die Diaphragmen 32 und 33 axial gerichtete Flanschen 39 und 40, die aneinanderstoßen und die Diaphragmen 32, 33 in axialem Abstand an diesem Radius halten. Das Diaphragma 32 ist auch noch innen mit einem sich radial nach innen erstreckenden Flansch 41 versehen, der an seinem freien Ende einen verzahnten Vorsprung 42 hat, in welchen die entsprechenden Verzahnungen des äußeren Lagerringes 16a des Lagers 16 eingreifen.

Die Klemmringe 37 und 38 dienen nicht allein dazu, die Diaphragmen 32 und 33 gegenüber dem ringförmigen Glied 34 zu halten, sondern auch dazu, die inneren Enden der Leitschaufeln untereinander zu befestigen. Hierzu hat der Klemmring 37 einen Flanschteil 43 mit einem sich axial erstreckendem Ringschlitz zur Aufnahme der axialen Vorsprünge 44 an der strömungsaufwärts liegenden Kante der inneren Wandteile bzw. Flächen 28; der Klemmring 38 hat einen axialen Flansch 45 mit einem axial gerichteten Ringschlitz zur Aufnahme der Vorsprünge 46 von, den stromabwärts gerichteten Kanten der inneren Wandungsteile 29.

Die Ringkammer 47 wird durch die Diaphragmen 32, 33, die Flansche 39, 40 und das Ringglied 34 begrenzt; die Kammer dient als mehrfach unterteilte Verzweigung für Niederdruckluft, welche durch die Leitschaufeln 14 in die freie Atmosphäre gepreßt wird. Die Luft kann Niederdruckluft sein, welche in den Raum 50 ausströmt, der in dem Kompressor liegt, etwa durch eine Kompressor-Rotor-Abdichtung; diese Luft kann in die Ringkammer 47 durch Löcher 51 treten in dem Diaphragma 32.

An Stelle dessen oder zusätzlich kann die Luft Niederdruckkühlluft sein, die von einer Niederdruckstufe des Kompressors der Maschine geliefert wird und die durch die Rotorwelle 10 durch öffnungen 52 in den Raum 53 in die Nähe des Lagers 16 strömt und von da durch die rotierende Dichtung 55, welche als Strömungsdrossel gegenüber dem Raum 56 zu dient. Die Luft strömt dann durch die Kanäle 54 in dem Flansch 40 von dem Raum 56 nach der Ringkammer 47. Die Luft strömt nach außen von der Ringkammer 47 durch die Kanäle, welche durch die Stutzen 35 und 31 gebildet sind in die Verteilerräume 30 in den inneren Flächenaufbauten und dann durch die hohlen Leitschaufeln 14 in die Verteilerräume 19 der äußeren F lachen aufbauten und von da aus in die Atmosphäre durch Kanäle, welche durch die Rohrstücke 21 gebildet werden.

Da die Luft Niederdruckluft ist, ist die Strömungsmenge der Luft geringer, als wenn es Hochdruckluft wäre, und infolgedessen arbeitet die Maschine mit

besserem Wirkungsgrad, da weniger Energie in der Maschine aufgewendet werden muß zum Komprimieren der Luft, die in diesem Falle besonders abgezweigt wird für Kühlzwecke, oder da die Kühlluft Verlustluft ist.

Es muß bemerkt werden, daß die Schaufeln 14 und ihr Flächenaufbau eine einfache Konstruktion aufweisen, jedoch in der Lage sind, heftige Belastungen auszuhalten. Ebenso unterstützt der S chaufel aufbau durch die hohlen Stutzen 31 und 35 die Zentrierung des Lagers 16.

In einer anderen Konstruktion, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, hat jede Schaufel 14 des Schaufelsatzes eine individuelle, kammerartige äußere Flächenstruktur, a,n Stelle der im vorstehenden an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Anordnung, bei der immer eine Anzahl von Schaufeln gemeinsam eine Kammer aufweisen.

Die äußere Flächenstruktur mit einem Satz von Schaufeln hat drei Flächen 117, die an den betreffenden Schaufeln 14 angeordnet sind; die äußeren Enden der Schaufeln sind durch Schweißung oder Hartlötung in Schlitzen befestigt, und die entsprechenden äußeren Wandungsteile 118 mit den Flanschen 118 a sind an den Flächen 117 befestigt. Jede Fläche 117 und der dazugehörige äußere Wandungsteil 118 bildet einen Raum 119, in den sich das äußere Ende eines Kanals öffnet durch die dazugehörige Schaufel.

Die Teile 118 haben alle einen hohlen Stutzen 120, in den ein Rohrstück 121 eingesetzt ist, dessen entgegengesetztes Ende in einen entsprechenden hohlen Stutzen 122 an der äußeren Gehäusestruktur 13 eingreift.

Die Teile 118 haben ebenfalls nach außen gerichtete Vorsprünge 124, die zwischen die entsprechenden Vorsprünge 125 in dem Gehäuse 13 eingreifen und so die äußere Flächenstruktur in ihrer Lage halten.

Claims (8)

Patentansprüche: 40

1. Stator von Axialturbomaschinen, insbesondere Gasturbinen, mit einem Ring hohler, an ihren inneren und äußeren Enden an, hohlen, kastenartigen Aufbauten befestigten Schaufeln, die durch die Hohlräume dieser Aufbauten mit Kühlluft versorgt werden, einem äußeren Gehäuseaufbau, in welchem die Schaufeln montiert sind, und mit Verbindungskanälen zwischen den hohlen Aufbauten einerseits und der Außenseite des Gehäuses sowie einer inneren Kammer des Schaufelringes andererseits, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelring in Gruppen von beispielsweise drei Schaufeln aufgeteilt und jeder dieser Gruppen am inneren Ende eine gemeinsame Zwischenkammer (28, 29, 30) zugeordnet ist, welche die Schaufelenden (14) ummantelt und einen gemeinsamen Verteilerraum (30) bildet, der mit den Durchgängen durch die Schaufeln (14) verbunden ist und eine einzige Verbindung (31) zu der erwähnten inneren Kammer (47) aufweist.

2. Stator für Axialturbomaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaufelgruppe auch eine gemeinsame Außenkammer (17, 18, 19) zugeordnet ist, welche die äußeren Enden dieser Schaufeln ummantelt und einen äußeren Verteilerraum (19) bildet, der mit den Schaufeln verbunden ist und eine einzige Verbindung (21) zur Außenseite des Gehäuses (13) aufweist.

3. Stator für Axialturbomaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufelgruppe einen eigenen, äußeren Aufbau (117, 118) aufweist, der die Schaufeln ummantelt und einen Raum (119) bildet, in welchen die äußeren Enden der hohlen Schaufeln münden und der eine einzige Verbindung (121) zur Außenseite des Gehäuses (13) aufweist.

4. Stator für Axialturbomaschinen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen, kastenartigen inneren Aufbauten (28, 29) an ihren radialen Innenwandungen (29) radial gerichtete, hohle Stutzen (31) aufweisen, die in radiale Außenstutzen (35) einer Wandung der Innenkammer (47) des Schaufelringes eingreifen und in diese Kammer münden.

5. Stator für Axialturbomaschinen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Stutzen (31) zur koaxialen Halterung der Innenkonstruktion der Maschine in dem Schaufelring dienen.

6. Stator für Axialturbomaschinen nach Anspruch 5, mit einem Paar von in axialem Abstand angeordneten, ringförmigen Diaphragmen oder Zwischenwänden (32, 33) und einem ringförmigen Abstandhalter (34) im äußeren Umfang dieser Zwischenwände, wobei letztere und der Abstandhalter Wandungen der inneren Kammer (47) des Schaufelringes und axiale Flansche des Innenumfanges dieser Zwischenwände eine radiale Innenwand der Kammer bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenstutzen (35) in dem Abstandhalterring (34) angeordnet und aus diesem herausgearbeitet sind.

7. Stator für Axialturbomaschinen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diaphragmen oder Zwischenwände (32) an ihrem Innenumfang ein Lager (16) für den Rotor tragen.

8. Stator für Axialturbomaschinen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen (21) zur Außenseite des Gehäuses (13) aus in radiale Stutzen (22) des Außengehäuses eingreifenden Rohrstutzen (21) bestehen, deren Einsteckkanten abgerundet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften,:
Schweizerische Patentschrift Nr. 294130.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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