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Die
Erfindung betrifft eine Statorstruktur des Typs, der in Rotationsmaschinen
verwendet wird und insbesondere eine Struktur in dem Verdichterabschnitt,
um Arbeitsmediumsgase durch den Abschnitt zu führen.
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Eine
Axialströmungs-Rotationsmaschine, wie
beispielsweise ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug, hat einen Verdichterabschnitt,
einen Verbrennungsabschnitt und einen Turbinenabschnitt. Ein ringförmiger Strömungsweg
für Arbeitsmediumsgase
geht axial durch die Abschnitte der Maschine. Die Gase werden in
dem Verdichterabschnitt komprimiert, um deren Temperatur und den
Druck zu erhöhen.
Brennstoff wird mit den Arbeitsmediumsgasen in dem Verbrennungsabschnitt
verbrannt, um die Temperatur der heißen, druckbeaufschlagten Gase
weiter zu erhöhen.
Die heißen
Arbeitsmediumsgase lässt
man durch den Turbinenabschnitt expandieren, um Schub zu erzeugen
und Energie als Rotationsarbeit von den Gasen zu entziehen. Die
Rotationsarbeit wird auf den Verdichterabschnitt übertragen,
um den Druck der einströmenden
Gase zu erhöhen.
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Der
Verdichterabschnitt und der Turbinenabschnitt haben einen Rotor,
der axial durch die Maschine geht. Der Rotor ist um eine Rotationsachse
Ar angeordnet. Der Rotor weist Anordnungen von Rotorlaufschaufeln
auf, die Rotationsarbeit zwischen dem Rotor und den heißen Arbeitsmediumsgasen übertragen.
Jede Rotorlaufschaufel hat ein Strömungsprofil zu diesem Zweck,
welches über
den Arbeitsmediumsströmungsweg
nach außen
ragt. Die Arbeitsmediumsgase werden durch die Strömungsprofile
geleitet. Die Strömungsprofile
in dem Turbinenabschnitt erhalten Energie von den Arbeitsmediumsgasen
und treiben den Rotor mit hoher Drehzahl um eine Rotationsachse
an. Die Strömungsprofile
in dem Verdichterabschnitt übertragen
diese Energie auf die Arbeitsmediumsgase, um die Gase zu komprimieren,
wenn die Strömungsprofile
um die Rotationsachse von dem Rotor angetrieben werden.
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Die
Maschine weist einen um den Rotor angeordneten Stator auf. Der Stator
hat ein äußeres Gehäuse und
Anordnungen von Statorleitschaufeln, die über den Arbeitsmediumsströmungsweg
nach innen ragen. Der Stator erstreckt sich um fangsmäßig um den
Arbeitsmediumsströmungsweg,
um den Strömungsweg
zu begrenzen. Der Stator weist eine äußere Strömungswegwand (Außengehäuse) und von
der Wand zu diesem Zweck abgestützte
Dichtungselemente auf. Ein Beispiel ist eine Innenkranzanordnung
mit einem umfangsmäßig verlaufenden Dichtungselement
(Reibstreifen). Der Reibstreifen ist radial um eine rotierende Struktur
angeordnet und kann beispielsweise von den Leitschaufeln durch einen
Innenkranz abgestützt
sein. Der Reibstreifen befindet sich in enger Nähe zu den zugehörigen Messerschneiden-Dichtungselementen,
die sich umfangsmäßig an dem
Rotor erstrecken und zusammen bilden sie eine Dichtung, welche Leckage
von Arbeitsmediumsgasen aus dem Strömungsweg blockiert.
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Die
Statorleitschaufeln und die Rotorleitschaufeln sind ausgelegt, Arbeitsmediumsgase
aufzunehmen, mit diesen wechselzuwirken und sie abzugeben, wenn
man die Gase durch die Maschine strömen lässt. Die Anordnungen von Statorleitschaufeln
sind strömungsaufwärts der
Anordnungen von Rotorlaufschaufeln sowohl in dem Verdichterabschnitt
als auch dem Turbinenabschnitt angeordnet. Die Statorleitschaufeln
haben jeweils ein in einer vorbestimmten Weise bezüglich der
benachbarten Statorleitschaufeln angeordnetes Strömungsprofil,
um die Arbeitsmediumsgase zu den Rotorlaufschaufeln zu führen. Die
Strömungsprofile
in dem vorderen Bereich des Verdichterabschnitts werden häufig von Fremdkörpern getroffen,
die mit der einkommenden Gasströmung
kommen. Diese können
große
Fremdkörper,
wie beispielsweise Wildvögel
oder Eisstücke sein,
die von benachbarter Struktur unter Betriebsbedingungen wegbrechen.
Die Statorleitschaufel unmittelbar strömungsabwärts der Bläserlaufschaufel muss diese
Treffer tolerieren, ohne sich von der benachbarten Struktur loszureißen und
sich nach rückwärts in die
benachbarte Stufe von rotierenden Laufschaufeln zu bewegen. Außerdem werden
die Statorlaufschaufeln über
die Lebensdauer der Maschine häufig
ersetzt. Die Austauschleitschaufeln sind vorzugsweise in einer wiederholbaren
Weise angeordnet, so dass aeordynamische Eigenschaften der Anordnung
von Verdichterleitschaufeln beibehalten werden. Schließlich müssen Dichtungselemente,
wie beispielsweise die aus Silikonkautschuk gebildeten Reibstreifen,
die von den Statorleitschaufeln abgestützt werden, heftiges Anreiben
der rotierenden Struktur tolerieren. Zu einem derartigen Anreiben kann
es während
normaler oder wegen unnormaler Betriebsbedingungen kommen, die beispielsweise nach
einem Treffer durch einen Fremdkörper
auf die Maschine auftreten kön nen.
Der Reibstreifen muss das heftige Anreiben ohne ein Delaminieren (nicht-kohäsives Versagen)
und, ohne sich in den Ströumungsweg
zu bewegen, tolerieren und die Statorleitschaufel muss eine ausreichend
große
Basis zum Abstützen
des Stömungsprofils
und der Dichtung gegen derartiges Anreiben haben.
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US-3
028 661 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen von Turbinenlaufschaufeln.
US 5 378 110 und GB-5 72
859 beschreiben Verfahren zum Installieren von Verdichterlaufschaufeln
in einem Verdichterrotor.
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Ein
weiteres Augenmerk ist die Herstellung der Statorleitschaufeln aus
einem Leitschaufelrohling. Die vorliegenden Konstruktionen eines
Statorleitschaufelrohlings, wie sie in den Zeichnungen zum Stand
der Technik 3A bis 3C gezeigt
sind, führen
zum Ausbilden eines ziemlich großen Sockels an der inneren
Oberfläche
der Basis der Leitschaufel. Die Masse des Sockels trägt sowohl
zum Triebwerksgewicht als auch zu einer möglichen Unterbrechung des Maschinenströmungswegs
bei. Dennoch ist die Masse an Material an dem geschiedeten Kopf
des Leitschaufelrohlings erforderlich sowohl für das Ausführen des Schmiedens als auch,
in manchen Fällen, für das Ausführen der
maschinellen Bearbeitung.
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Trotz
des Vorangehenden haben sich Wissenschaftler und Ingenieure der
Anmelderin bemüht, Statoranordnungen
zu entwickeln, die Anordnungen von Statorleitschaufeln haben, die
in wiederholbarer Weise nach dem Ersetzen angeordnet werden können und
akzeptable Niveaus der Haltbarkeit und der Austauschbarkeit haben.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Statorleitschaufelrohling
gemäß Anspruch
1 bereitgestellt. Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Herstellen eines Leitschaufelrohlings für eine Statorleitschaufel gemäß Anspruch
8 bereitgestellt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat die äußere Oberfläche einen Freiwinkel α an der äußeren Oberfläche, der
etwa 9° beträgt und einen
Freiwinkel β an
der inneren Oberfläche,
der etwa 3° oder
weniger beträgt.
In einer Ausführungsform
hat die mit Winkel angeordnete Oberfläche einen Freiwinkel β, der etwa
ein einhalb (1 1/2) Grad beträgt.
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Die
Summe der Freiwinkel α und β kann etwa 11° oder weniger
betragen. Das Verhältnis
von α/β ist vorzugsweise > 3.
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Ein
Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung ist der der Freiwinkel α an der äußeren Oberfläche nach
dem Schmieden des Laufschaufelrohlings. Ein weiteres Merkmal ist
der Freiwinkel β an
der inneren Oberfläche
nach dem Schmieden des Leitschaufelrohlings. Ein weiteres Merkmal
ist die Masse an Material an der äußeren Oberfläche des
Leitschaufelrohlings verglichen mit der geringeren Masse an Material
an der inneren Oberfläche
des Leitschaufelrohlings, wobei die Gesamtmasse an Material eine erforderliche
minimale Menge für
das Ausführen
des Schmiedens und des maschinellen Bearbeitens ist. Ein weiteres
Merkmal ist die Größe des Sockels
nach dem maschinellen Bearbeiten der inneren Oberfläche, um
die innere Oberfläche
der Statorleitschaufel zu bilden, weil der Winkel β kleiner
als der Winkel α ist
und somit ein kleinerer Sockel gebildet wird wegen des Abstands
von der inneren Oberfläche
zu dem innersten Bereich des Kopfes an dem Leitschaufelrohling.
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Ein
Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung sind die Kosten zum maschinellen
Bearbeiten einer Statorleitschaufel aus einem geschmiedeten Leitschaufelrohling,
wobei die Statorleitschaufel weniger an ihrer Innenoberfläche angeordnetes
Material hat, welches maschinell weggearbeitet werden muss, weil
der Freiwinkel β kleiner
ist als der Freiwinkel α an der äußeren Oberfläche. Ein
weiterer Vorteil ist die Maschineneffizienz, die sich aus dem Gewicht
der Maschine ergibt, welches Gewicht durch den kleineren zurückbleibenden
Sockel nach dem endgültigen maschinellen
Bearbeiten verringert ist, durch das Anordnen der Masse an Material,
das am Kopf während des
Schmiede- und Bearbeitungsvervorgangs erforderlich ist, an der Außenoberfläche, wo
das Material in dem abschließenden
maschinellen Bearbeitungsprozess entfernt wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun nur beispielhaft mit Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
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1 ist
eine schematische Seitenansicht einer Gasturbinenmaschine, wobei
Bereiche der Maschine weggebrochen sind, um den Verdichterabschnitt
der Maschine zu zeigen.
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2 ist
eine Seitenansicht eines Teils des in 1 gezeigten
Verdichterabschnitts.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer Statorleitschaufel von der in 1 gezeigten
Gasturbinenmaschine.
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3A bis 3C sind
schematische Darstellungen des Verfahrens zum Formen der Basis der in 2 gezeigten
Leitschaufel im Stand der Technik.
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4A bis 4C sind
schematische Darstellungen des Verfahrens zum Formen der Basis der Statorleitschaufel
und einer kooperierenden flachen ebenen Oberfläche an dem äußeren Gehäuse.
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5 ist
ein Detail eines von 2.
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1 ist
eine schematische Seitenansicht einer Rotationsmaschine 10,
beispielsweise eines Turbobläsergasturbinentriebwerks.
Die Maschine ist um eine Symmetrieachse A angeordnet und hat eine Rotationsachse
Ar. Die Maschine weist einen Verdichterabschnitt 12, einen
Verbrennungsabschnitt 14 und einen Turbinenabschnitt 16 auf.
Ein ringförmiger, primärer Strömungsweg 18 für Arbeitsmediumsgase verläuft axial
durch die Abschnitte der Maschine. Ein Beipasströmungsweg 20 ist außerhalb
des primären Strömungswegs.
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Die
Maschine ist teilweise weggebrochen, um einen Stator 22 und
einen Rotor 24 in dem Verdichterabschnitt 12 zu
zeigen. Der Stator 22 weist ein äußeres Gehäuse 26 (Strömungswegwand)
auf, welches sich umfangsmäßig um den
primären
Strömungsweg
erstreckt. Der Stator weist Anordnungen von Statorleitschaufeln
auf, wie durch die Statorleitschaufel 28 und die Statorleitschaufel 32 in
dem Verdichterabschnitt repräsentiert.
Der Rotor hat Anordnung von Rotorlaufschaufeln, wie durch die Rotorlaufschaufel 38 und
die Rotorlaufschaufel repräsentiert.
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2 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Teils der in 1 gezeigten Maschine, der aus Gründen der
Klarheit zum Teil im Schnitt und weggebrochen gezeigt ist. Wie in 1 und 2 gezeigt, hat
jede Statorleitschaufel 28, 32 ein Strömungsprofil,
wie durch das Strömungsprofil 34 und
das Strömungsprofil 36 repräsentiert.
Die Strömungsprofile ragen
von dem äußeren Gehäuse nach
innen, um die Strömung
von Arbeitsmediumsgasen zu lenken, wenn die Gase durch den Verdichterabschnitt
und den Turbinenabschnitt strömen.
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Jede
Rotorlaufschaufel 38, 42 hat ein Strömungsprofil,
wie durch das Strömungsprofil 44 und das
Strömungsprofil 46 repräsentiert.
Die Rotorlaufschaufel-Strömungsprofile
ragen radial nach außen über den
Arbeitsmediumsströmungsweg
und in enge Nähe
zu dem Stator 22.
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2 zeigt
die erste Anordnung von Statorleitschaufeln 28, die von
dem äußeren Gehäuse radial
nach innen ragen. Jede Leitschaufel 28 ist um eine Erstreckungsachse
As angeordnet, die in einer generell radialen Richtung verläuft. Die
Leitschaufel hat eine Basis 48 und eine Leitschaufelspitze 52.
Die Leitschaufelspitze ist eine Verlängerung des Strömungsprofils 34.
Eine Mehrzahl von Strömungsprofilabschnitten
ist in Profilsehnenrichtung um die Erstreckungsachse As angeordnet,
um die Konturen des Strömungsprofils
zu definieren (so wie es hier verwendet wird, bedeutet Mehrzahl
eine unbestimmte Zahl von 2 oder mehr). Das Strömungsprofil hat eine Profilsehnenrichtung
C und eine Erstreckungsrichtung S, die Referenzrichtungen liefern.
Die Erstreckungsrichtung ist generell rechtwinklig zur Rotationsachse
Ar.
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Eine
Innenkranzanordnung 54 erstreckt sich umfangsmäßig um die
Rotationsachse Ar und außerhalb
des Rotors. Die Innenkranzanordnung kann umfangsmäßig kontinuierlich
oder umfangsmäßig segmentiert
sein. Die Innenkranzanordnung weist einen Innenkranz 56 und
einen Reibstreifen 58 auf. Der Innenkranz ist aus Aluminium
gebildet. Bei einer Ausführungsform
ist der Innenkranz ein umfangsmäßig kontinuierlicher
Ring. Der Reibstreifen 58 ist aus einem Elastomermaterial,
beispielsweise Silikonkautschuk, gebildet.
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Die
Spitze 52 der Statorleitschaufel 28 ragt radial
durch den Innenkranz 56. Ein Clip- oder Schnappelement 62 aus
Titan erstreckt sich umfangsmäßig durch
eine Öffnung 64 in
der Statorleitschaufelspitze 52. Das Clipelement und die
Spitze sind in einem aus einem zweiten Elastomermaterial gebildeten
Vergusselement 63 angeordnet. Das Vergusselement kapselt
die Spitze und das Clipelement ein. Das zweite Elastomermaterial
kann lokal an jeder Leitschaufel angeordnet sein oder sich umfangsmäßig als
ein umfangsmäßig kontinuierliches
Band erstrecken. Eine Grundschicht 65 aus einem dritten Elastomermaterial
erstreckt sich umfangsmäßig, um den
Reibstreifen abzustützen.
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3 ist
eine perspektivische Teilansicht der in 2 gezeigten
Anordnung von Statorleitschaufeln 28. Wie man sehen kann,
hat das äußere Gehäuse eine
Mehrzahl von Öffnungen 66 für Befestigungselemente,
wie durch die drei Nietenlöcher
repräsentiert.
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Die
Basis 48 der Statorleitschaufel 28 hat drei korrespondierende
Nietenlöcher 68,
jedes zum Aufnehmen eines zugehörigen
Niets, der aus einer Kupfer-Nickel-Zusammensetzung wie beispielsweise einem
Monel®-Material
gebildet ist. Die Nieten sind massive Nieten und zusammengedrückt und
aufgeweitet, um das Loch vollständig
zu füllen
und eine feste Passung zum Drücken
der Basis der Leitschaufel 28 in Zusammenwirkung zu dem
Außengehäuse zu schaffen.
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Das
Außengehäuse hat
eine Mehrzahl von umfangsmäßig beabstandeten Öffnungen,
wie durch die Öffnungen 70, 70a repräsentiert.
Die Öffnung 70 ist
zum Teil versenkt oder freigestellt und bildet einen Schelf 71,
der die Öffnung
begrenzt. Das Außengehäuse hat
eine nach außen
gerichtete Oberfläche 72, die
nicht zum Strömungsweg
gehört
und die umfangsmäßig verläuft und
gegen die Basis der Leitschaufel 28 drückt. Ein befriedigendes Material
für das
Außengehäuse ist
Aluminium. Die nach außen gerichtete
Oberfläche
hat eine Mehrzahl von Flachbereichen 74 oder planaren Oberflächen, die
in die Außenoberfläche maschinell
gearbeitet sind, und der Öffnung 70 benachbart
sind. Die Oberflächen
können umfangsmäßig beabstandet
sein oder sich an einer Grenze berühren. Der Begriff „flach" bedeutet Ebenen-artig
innerhalb vernünftiger
Herstellungstoleranzen und nicht gekrümmt.
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Die
Leitschaufel 28 hat eine nach innen gerichtete Oberfläche 76,
die zu der Außenoberfläche des
Gehäuses
passt. Die nach innen gerichtete Oberfläche 76 an der Basis
der Leitschaufel 28 ist planar und liegt in einer Ebene
an der Lagerfläche. Die
Ebene an der Basis ist parallel zu der Ebene 74 des fertig
bearbeiteten Oberflächenbereichs.
In alternativen Ausführungsformen
kann die fertige Oberfläche
an dem Außengehäuse aus
zwei Flachbereichen bestehen, die in der gleichen Ebene liegen,
mit zwei Flachbereichen, die zueinander mit einem Winkel angeordnet
sind oder parallel zueinander sind, jedoch in radial geringfügig beabstandeten
Ebenen liegen. Der einfachste Ansatz ist es, eine einzige ebene
Oberfläche 74 oder
einen einzigen ebenen Flachbereich für den fertig bearbeiteten Oberflächenbereich
an jeder der Positionen an dem Außengehäuse und eine passende ebene
Oberfläche
für diese
Bereiche an der Statorleitschaufel 28, die an der ebenen
Oberfläche anliegt,
vorzusehen. Eine einzige ebene Oberfläche hat viele Vorteile, beispielsweise
die Einfachheit der Herstellung, Inspizierbarkeit und die Fähigkeit,
mit der Statorleitschaufel 28 zusammenzuwirken.
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Die
Statorleitschaufel 28 ragt radial nach innen in und über den
Arbeitsmediumsströmungsweg 18.
Der Schlitz 64 oder die Öffnung in dem Strömungsprofil 46 macht
das Strömungsprofil
daran angepasst, das Clipelement 62 aufzunehmen. Die Öffnung erstreckt
sich annähernd
bis zu einer Kante des Strömungsprofil,
sie ist jedoch von der Kante unter Zurücklassung eines Abstützstreifens 78 aus
relativ schmalem Material, welches die Öffnung begrenzt, beabstandet.
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3A zeigt
mit unterbrochenen Linien einen Leitschaufelrohling 82,
hergestellt, wie im Stand der Technik geschmiedet. Der Leitschaufelrohling
hat einen Kopf 84 oder einen Vorläufer der Basis 48pa, wie
in der 3C gezeigt. Der Kopf hat eine äußere oder
nach außen
gerichtete Seite 86 und eine innere oder nach innen gerichtete
Seite 88. Der Kopf ist in durchgezogener Linie gezeigt,
wobei Material des Kopfes für
Vergleichszwecke mit der vorliegenden Erfindung entfernt ist. Wie
mit durchgezogenen Linien gezeigt, ist die innere Oberfläche parallel
zur Innenseite 88 der Leitschaufel in dem geschmiedeten Zustand.
Der Kopf ist gezeigt, wobei Material entfernt ist, bis die Kante
ihre fertige Radialabmessung erreicht hat.
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Der
Kopf 84 hat einen Freiwinkel oder Zugwinkel α an der nach
außen
gerichteten Seite 86 und einen Freiwinkel β an der nach
innen gerichteten Seite 88. Der gesamte eingeschlossene
Winkel (die Summe von α + β) ist für Schmiedezwe cke
eingestellt und beträgt
elf (11) Grad. Die Winkel der zwei gezeigten Oberflächen sind
gleich zueinander und fünfeinhalb
(5,5) Grad. Der Kopf 84 für die Basis 48pa ist
mit einer minimal erforderlichen Höhe M gebildet (gemessen zwischen
der inneren und der äußeren Oberfläche) und
mit diesen Winkeln so, dass das Schmiedestück maschinell bearbeitet werden
kann und in einer geeigneten Weise mit der Form wechselwirken kann,
in der das Schmiedestück
geformt wird, um so aus der Form gelöst zu werden. Der Kopf und,
nach dem maschinellen Bearbeiten die Basis 48pa der fertig
bearbeiteten Leitschaufel 28pa haben einen Sockel 92,
der die in dem Außengehäuse gebildete Öffnung füllt, die
keinen Schelf hat.
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3B zeigt
die Menge H an Material, welches durch maschinelles Bearbeiten entfernt
wird, damit der Leitschaufelrohling 82 zur zylinderförmigen Oberfläche des
Gehäuses
passt. Die Oberflächen
an der Leitschaufel 28pa nach dem maschinellen Bearbeiten
sind flach oder gekrümmt
und sind mit einem Winkel nach innen angeordnet, um gegen die zylindrische
Oberfläche
des Außengehäuses zu
drücken. Das
Zusammenwirken erfolgt entlang einer Kontaktlinie L. Folglich ist
ein Vorteil der vorliegenden Erfindung (wie in 4C gezeigt)
das stabile Zusammenwirken zwischen dem Flachbereich 76 an
der planaren Basis und der Oberfläche des Außengehäuses, jetzt ein Flachbereich 74,
zum Anordnen und Abstützen
der Statorleitschaufel, indem ein Kontakt in einer Ebene statt ein
Linienkontakt, wie im Stand der Technik gezeigt, vorgesehen ist.
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3C zeigt
den Linienkontakt L der flachen Oberfläche der maschinell bearbeiteten
Statorleitschaufel, die mit dem gekrümmten Gehäuse zusammenwirkt. Der ziemlich
große
Sockel 92 erstreckt sich radial durch das Gehäuse und
hat eine große Ausrundung 94 mit
einem Radius, der nun in den Arbeitsmedienströmungsweg 18 ragt.
Diese Ausrundung kann Strömungsstörungen verursachen.
Außerdem
ist der Sockel ziemlich groß (schwerer),
verglichen mit dem Leitschaufelrohling 96, der einen kleineren
Sockel 98 hat, wie in der 4A gezeigt.
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4A ist
eine Darstellung des vorliegenden Leitschaufelrohlings 96,
wie er während
des Schmiedeverfahrens geschmiedet wird. Die vertikale Höhe M ist
kleiner als die vertikale Höhe
M, die in 3A zu Zwecken der Erklärung gezeigt
ist. Selbst bei gleicher Höhe
M hat die Konstruktion der 4A die
gleichen Vorteile, die hier beschrieben sind, obwohl die Höhe des Schelfs
F geringfügig
verringert sein wird.
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Das
Schmiedestück
ist mit einem Gesamt-Freiwinkel oder gesamten Ziehwinkel von elf (11)
Grad versehen. Folglich ist der gesamte eingeschlossene Winkel der
gleiche, wie die in der 3A gezeigten
11 Grad. Der Freiwinkel β an
der nach innen gerichteten Oberfläche 106 ist kleiner
als der Freiwinkel α an
der nach außen
gerichteten Seite 104. Der Winkel β kann bis zu drei (3) Grad oder
kleiner sein, oder wie in der Ausführungsform gezeigt, eineinhalb
(1 1/2) Grad. Der Winkel α der
nach außen gerichteten
Oberfläche
beträgt
neuneinhalb (9 1/2). Im Ergebnis wird weniger Material an der Innenoberfläche von
dem Kopf entfernt und der Sockel 98 ist kleiner. Vorzugsweise,
wie in der Ausführungsform gezeigt,
hat das Paar von mit Winkeln angeordneten Oberflächen, welche die Außenoberfläche bilden,
einen größeren Winkel
als der Winkel zwischen dem Paar von mit Winkel angeordneten Oberflächen, welche
die Innenoberfläche
bilden.
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Wie
in 4B gezeigt, ist die Menge H an Material zum maschinellen
Bearbeiten an dem Leitschaufelrohling 96 an der Innenseite
kleiner. Es wird auch zu ein der einfachen Flachbereich 76 maschinell
bearbeitet, wie vorangehend beschrieben. Der an dem Gehäuse maschinell
bearbeitete Bereich ist auch gezeigt und er ist flach (eben), was
das Gehäuse
von einer zylinderförmigen
Oberfläche
zu einer Oberfläche ändert, der
eine Mehrzahl von umfangsmäßig um das Äußere des
Gehäuses
angeordneten Flachbereichen hat. Bei der gezeigten Ausführungsform
sind diese Flachbereiche umfangsmäßig beabstandet. Das maschinelle
Bearbeiten eines einzigen Flachbereichs an jeder Öffnung,
ob nun die Flachbereiche beabstandet oder kontinuierlich sind, führt zu weniger
maschineller Bearbeitung und einer besseren, stabileren Wechselwirkung
zwischen der nach innen gerichteten Oberfläche 76 der Basis 48 der Leitschaufel 28 und
der nach außen
gerichteten Oberfläche 74 des äußeren Gehäuses. Außerdem ist das
umfangsmäßig gerichtete
Außengehäuse mit
der ersten Öffnung 70,
welche den Sockel mit dem verringerten Volumen aufnimmt, versenkt.
Der Sockel 98 und sein Ausrundungsradius 102 sind
außerhalb des
Schelfs 71 angeordnet und sind somit an dem Inneren des
Gehäuses
angeordnet und ragen nicht nach außen in den Arbeitsmediumströmungsweg 18. Ein
Elastomermaterial 108, wie beispielsweise Silikonkautschuk
oder ein anderes geeignetes Gummimaterial ist in der zweiten Öffnung 70a angeordnet, durch
welche das Strömungsprofil
in den Arbeitsmedienströmungsweg
während
des Zusammenbaus und unter Betriebsbedingungen ragt.
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Folglich
beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen der Konstruktion das Bilden
eines großen Frei-
oder Zugwinkels an dem Schmiedestück, wobei der Winkel α der nach
außen
gerichteten Oberfläche größer ist
als der Winkel β der
nach innen gerichteten Oberfläche,
gemessen bezüglich
einer Linie, die generell rechtwinklig zu der Erstreckung des Strömungsprofils
ist. Die Schritte beinhalten ferner das Zurücksetzen oder Versenken des
umfangsmäßig verlaufenden
Gehäuses,
so dass es eine erste Öffnung 70 zum
Aufnehmen des Sockels und eine zweite Öffnung 70a zum Durchführen der
Leitschaufel 28 in den Arbeitsmediumsströmungsweg
hat. Außerdem
werden die 3 Nietlöcher 66 in
dem Gehäuse
gebildet, um die Statorleitschaufel zu halten. Wegen des Kontakts
von flacher Oberfläche
zu flacher Oberfläche
zwischen der nach innen gerichteten Oberfläche der Statorleitschaufel
und der nach außen
gerichteten Oberfläche
des Gehäuses
kommt es zu einem guten Kontakt und einer guten Ausrichtung der Statorleitschaufel 28 zu
benachbarten Statorleitschaufeln selbst bei lediglich 3 Nieten.
Außerdem hat,
wenn eine Statorleitschaufel 28 ersetzt wird, die Ersatzstatorleitschaufel
einen ebenen Kontakt, der nicht merklich durch Toleranzvariationen
gestört
ist, wie das eine flache Oberfläche
wäre, die
mit einer zylinderförmigen
Oberfläche
zusammenwirkt. Stattdessen wirken die Toleranzvariantionen an der
Oberfläche
der Statorleitschaufel mit einer flachen Oberfläche zusammen und liefern eine
stabilere Zusammenwirkung.
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5 zeigt
detaillierter die umfangsmäßig verlaufende
Innenkranzanordnung 54 aufweisend ein Clipelement 62,
welches in einer Öffnung
in der Spitze 52 einer Statorleitschaufel 28 (wie
sie durch das vorangehend beschriebene Verfahren gebildet wurde)
angeordnet ist. Wie man erkennen kann, sind die Öffnung und das Clipelement
radial von der nach innen gerichteten Oberfläche 118 des Kranzes
beabstandet. Ein Elastomermaterial 53, wie beispielsweise
Silikonkautschuk oder ein anderes geeignetes Gummimaterial, wird
in den Kranz als ein viskoses Material angeordnet, welches bei der
Herstellung um die Spitze 52 und das Clipelement fließt, um die
Spitze und das Clipelement mit dem Kranz zu verbinden, um die Kranzanordnung
zu bilden. Ein spezieller Vorteil dieser Konstruktion ist, dass
das Clipelement einer Bewegung der Strömungsprofilspitze nach innen weg
von dem Kranz entgegenwirkt. Dazu kann es während eines plötzlichen
Aufpralls eines Fremdkörpers
kommen, der eine Bewegung des Strömungsprofils in den Weg der
Rotoranordnung bewirken kann oder sonst wieder Strömungsprofil
von dem Gehäuse
freimachen kann. Ein spezieller Vorteil ist die Beabstandung der
Spitze von dem Kranz. Dies erlaubt eine bestimmte Menge an elastisch
nachgiebiger Bewegung zwischen dem Kranz und der Anordnung aus Leitschaufel 28 und
Clipelement in Reaktion auf Durchmesseränderungen, die durch Fehlanpassungen
der thermischen Ausdehnung zwischen dem Außengehäuse und dem inneren Gehäuse verursacht
sind. Normalerweise werden Fehlanpassungen der thermischen Ausdehung
gering sein. Jedoch ist ein wichtigeres Augenmerk die Absorption
von Energie während
und nach dem Aufprall eines Fremdkörpers auf das Strömungsprofil.
Die Kraft des Aufpralls wird auf das Strömungsprofil übertragen
und zieht tendenziell die Leitschaufelspitze radial nach innen.
Das Elastomermaterial absorbiert die Energie des Aufpralls und dann
absorbiert der Kranz den Rest der Energie, wenn der Kranz mit dem
Clipelement zusammenwirkt. Das elastische Material schwächt den
Stoßeffekt
des plötzlichen
Aufpralls ab, der sich aus der scharfen Änderung der Beschleunigungen
und der Rate der Beschleunigung der Leitschaufel 28 in
Reaktion auf die aufgebrachte Kraft ergibt.
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Obwohl
die Erfindung hinsichtlich detaillierter Ausführungsformen davon gezeigt
und beschrieben wurde, sollte der Fachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen
in deren Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der
beanspruchten Erfindung abzuweichen, wie sie durch die Ansprüche definiert
ist.