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Dokumentenidentifikation DE69105148T2 23.03.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0552281
Titel VERBESSERTE ZWISCHENSTUFIGE TURBINENMOTORDICHTUNG.
Anmelder Allied-Signal Inc., Morristown, N.J., US
Erfinder CLEVENGER, Llyod, L., Phoenix, AZ 85016, US;
ROWAN, Robert, C., Jr., Phoenix, AZ 85044, US
Vertreter Eitle, W., Dipl.-Ing.; Hoffmann, K., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Lehn, W., Dipl.-Ing.; Füchsle, K., Dipl.-Ing.; Hansen, B., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Brauns, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Görg, K., Dipl.-Ing.; Kohlmann, K., Dipl.-Ing.; Ritter und Edler von Fischern, B., Dipl.-Ing.; Kolb, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte; Nette, A., Rechtsanw., 81925 München
DE-Aktenzeichen 69105148
Vertragsstaaten DE, ES, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 05.09.1991
EP-Aktenzeichen 919196063
WO-Anmeldetag 05.09.1991
PCT-Aktenzeichen US9106354
WO-Veröffentlichungsnummer 9207177
WO-Veröffentlichungsdatum 30.04.1992
EP-Offenlegungsdatum 28.07.1993
EP date of grant 09.11.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.03.1995
IPC-Hauptklasse F02C 3/08
IPC-Nebenklasse F01D 25/14   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiete von Dichtanordnungen und -verfahren zum Einsatz in einem Turbinenmotor. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen in einem Turbinenmotor angewendeten Dichtungsaufbau, wobei der Turbinenmotor einen Zentrifugalkompressor umfaßt, der Umgebungsluft aufnimmt und diese Umgebungsluft verdichtet, um sie in eine Brennkammer zu fördern; und eine Turbine, die zum Kompressor Rückseite an Rückseite angeordnet ist, und der die Verbrennungsprodukte zugeführt werden, die durch Verbrennung eines Brennstoffes in der verdichteten, vom Kompressor gelieferten Luft erzeugt werden. In der Vergangenheit wurde in solchen Turbinenmotoren ein scheibenähnlicher Zentrifugalkompressorrotor und eine gleichartige scheibenähnliche Radialturbine verwendet, wobei Radialturbine und Kompressor Rückseite an Rückseite angeordnet waren, so daß sie gemeinsam zwischeneinander einen sich radial einwärts erstreckenden ringförmigen Zwischenraum bildeten. Im radial inneren Bereich des ringförmigen Zwischenraumes tragen die Turbinen- und Kompressorrotoren gemeinsam einen Dichtungsläufer oder Zentrierring, der bezüglich den Turbinen- und Kompressorrotoren als eine die Mittenrichtigkeit erhaltende Konstruktion diente.

Ein Gehäuseaufbau des Turbinenmotors trägt konventionell ein scheibenähnliches ringförmiges Dichtelement, das sich radial einwärts in den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Kompressorrotor und dem Turbinenrotor erstreckt, und an seinem radial inneren Bereich eine Dichtanordnung trägt (eine Anordnung solcher Art ist beispielsweise in der Veröffentlichung WO- A-90.07641 beschrieben). Die Dichtstruktur kann vielleicht vom Labyrinthtyp sein, die dichtend am Dichtungsläufer anliegt, der gemeinsam vom Kompressorrotor und vom Turbinenrotor getragen wird. Allgemein gesprochen, wurden diese konventionellen Dichtstrukturen aus Metallblechstanzteilen vergleichsweise geringer Stärke hergestellt und waren wegen ihrer strukturellen Eigenschaften mit einer Vielzahl von Unzulänglichkeiten behaftet.

Beispielsweise ist die ringförmige Dichtstruktur wegen der Fluiddruckdifferenz, die aus dem Auslaßdruck des Zentrifugalkompressors und dem Einlaßdruck an der Radialturbine besteht, einer Axialkraft ausgesetzt. Dieser Druckunterschied bewirkt, daß die relativ nachgiebige konventionelle Dichtstruktur aus Metallblech axial in Richtung gegen den Turbinenrotor verschoben wird. Zusätzlich ist die Dichtstruktur radialen Temperaturunterschieden ausgesetzt, die von der Strömung der heißen Gase radial einwärts und quer durch den Turbinenrotor herrühren. Die heiße Gasströmung erzeugt einen Wärmeeintrag in die ringförmige Dichtstruktur, die am stärksten an ihrem radial äußeren Bereich spürbar ist und radial einwärts davon progressiv abnimmt. Andererseits ist die Dichtstruktur an der Kompressorseite einem vergleichbaren Kühleffekt ausgesetzt, als Ergebnis des kleinen Anteils eines aus dem Kompressor abströmenden Luftstromes, der im rückseitigen Raum zwischen dem Kompressorrotor und der benachbarten Seite der ringförmigen Dichtstruktur zirkuliert. Wegen dieser unterschiedlichen radialen Aufheizung und Kühlung an einander entgegengesetzten Seiten der Dichtstruktur haben konventionelle Dichtstrukturen ein Verziehen oder Ausbeulen gezeigt, ähnlich dem, wie es vom Boden einer Bratpfanne bekannt ist, die am intensivsten in der Mitte aufgeheizt wird und am äußeren Umfang kühler ist.

Solche Dichtstrukturen, die aufgrund dieses Sachverhaltes in radialer Richtung der Struktur eine veränderliche thermische Ausdehnung erfahren, werden sich an einem Ort in der einen axialen Richtung verziehen und an einem benachbarten Ort in der entgegengesetzten axialen Richtung verziehen oder verschieben. Im Falle der konventionellen ringförmigen Dichtstruktur führt dieser Verzug und diese Verschiebungen, die den axialen Verschiebungen überlagert sind, die aus den Differenzdrücken über der Dichtstruktur resultieren, zu Verlagerungen der Dichtstruktur an der zentralen Ausnehmung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung, wo die Unversehrtheit der Abdichtung zu erhalten ist.

Im weiteren kann der Wärmeeintrag in die Dichtstruktur über den Umfang uneinheitlich sein. Deshalb wird die Dichtstruktur eine uneinheitliche umfängliche und radiale Temperaturverteilung haben. Diese umfänglich uneinheitliche Temperaturverteilung trägt weiter zum Verzug der Dichtstruktur bei. Als Ergebnis wird die Labyrinth- oder andere konventionelle Dichtstruktur, die in der zentralen Ausnehmung der zwischen den Stufen angeordneten Dichtung aufgenommen ist, ebenso axial wie auch radial verschoben und die Unversehrtheit der Abdichtung wird im allgemeinen durch konventionelle zwischenstufige Dichtungen der oben beschriebenen Art nicht erfolgreich zu erhalten sein.

Eine Folge des Verzugs und der axialen und radialen Verschiebungen, die sich bei konventionellen Dichtstrukturen ergaben, war die Notwendigkeit, einen größeren als den gewünschten Freiraum zwischen der Turbinenrückseite und der Dichtstruktur einzurichten. Folgerecht geht ein Teil der Verbrennungsprodukte, die radial einwärts in die Turbine strömen, in dem übermäßig großen Freiraum an der Dichtstruktur verloren. Die Turbinenleistung ist durch diesen Verlust eines Teils der Verbrennungsprodukte ungünstig betroffen. Auch wird der Wärmeeintrag in die Dichtstruktur in dem Maße verstärkt, wie die Energiezufuhr zur und die Leistung der Turbine durch den übermäßigen Freiraum an der Dichtanordnung abnehmen.

Demgemäß ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Dichtanordnung der beschriebenen Art aufzuzeigen, die axialen, radialen und auf Verzug beruhenden Verschiebungen widersteht, und die es auch ermöglicht, den Freiraum auf der Turbinenrückseite zu verringern.

Die vorliegende Erfindung verwirklicht diese Ziele mit einem Turbinenmotor, der eine verbesserte Dichtstruktur hat, wobei besagter Turbinenmotor eine Kompressorbaugruppe umfaßt, die Umgebungsluft ansaugt und diese Luft verdichtet in eine Brennkammer fördert, Mittel zum Zuführen von Brennstoff zur verdichteten Luft in der Brennkammer, um die Verbrennung zu unterhalten und einen Strom verdichteter Verbrennungsprodukte hoher Temperatur zu erzeugen, und mit einer Turbinenbaugruppe, die die Verbrennungsprodukte gegen die Umgebung hin expandiert, um daraus Wellenleistung zu ziehen, wobei die Kompressorbaugruppe, die einen Zentrifugalkompressorrotor umfaßt, und die Turbinenbaugruppe, die eine Radialturbine aufweist Rückseite an Rückseite zueinander angeordnet sind, so daß die Luft, die zum Kompressorrotor strömt, und die Verbrennungsprodukte, die vom Turbinenrotor abströmen, in eine einzige axiale Richtung strömen, und wobei diese Rotoren einen ringförmigen Zwischenraum begrenzen, der sich radial einwärts dazwischen erstreckt, gekennzeichnet durch eine Dichtstruktur, mit einem zellenartigen, ringförmigen, undurchlässigen Wandelement, das vom Turbinenmotor getragen ist und sich radial in den Zwischenraum hineinerstreckt, um dort dichtend mit den Rotoren zusammenzuwirken, wobei das zellenartige Wandelement eine umfänglich angeordnete Vielzahl von sich axial erstreckenden Zellen enthält.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIG. 1 stellt ein Systemschema eines Turbinenmotors einschließlich eines Dichtelements gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

FIG. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen in Figur 1 schematisch abgebildeten Turbinenmotor, einschließlich eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Dichtelements;

FIG. 3 zeigt eine vergrößerte Teilansicht eines Längsschnitts eines in FIG. 2 eingekreisten Abschnittes;

die FIG. 4 und 5 zeigen jeweils entsprechende Teilansichten der axial gegenüberliegenden Seiten des in den FIG. 2 und 3 abgebildeten Dichtelements;

die FIG. 6, 7 und 8 sind perspektivische Explosionsansichten der Schritte im Herstellungsverfahren einer in den vorangehenden Figuren gezeigten Dichtstruktur.

FIG. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Turbinenmotors 10. Um einen allgemeinen Überblick über die Arbeitsweise des Turbinenmotors 10 zu gewinnen, ist es notwendig, zu wissen, daß der Motor 10 eine dynamische Kompressorbaugruppe 12 umfaßt, die im Betriebe Umgebungsluft ansaugt, wie durch den Pfeil 14 angedeutet ist, und diese Luft verdichtet und in eine Brennkammer 16 fördert, wie durch den Pfeil 18 angedeutet ist. Der verdichteten Luft wird in der Brennkammer 16 ein Brennstoffstrom hinzugefügt, wie durch den Pfeil 20 angedeutet ist. Durch die in der Brennkammer 16 unterhaltene Verbrennung wird ein Strom von unter Druck stehenden Verbrennungsprodukten hoher Temperatur erzeugt. Diese Verbrennungsprodukte strömen zu einer Turbinenbaugruppe 22 (wie durch den Pfeil 24 angedeutet ist), in der sie auf den Umgebungsdruck expandiert und ausgestoßen werden (wie durch den Pfeil 26 angedeutet ist), um eine Wellenleistung zu erzeugen. Die Turbinenbaugruppe 22 treibt eine Welle 28 an, die wiederum die dynamische Kompressorbaugruppe 12 antreibt. Die Welle 28 umfaßt einen außen überstehenden Teil 28', über den der Turbinenmotor 10 Wellenleistung an eine externe leistungsverbrauchende Einrichtung (nicht gezeigt) abgeben kann.

Zwischen der Kompressorbaugruppe 12 und der Turbinenbaugruppe 22 ist auf der Welle 28 eine Dichtvorrichtung 30 angeordnet, die mit der Welle 28 zusammenwirkt, um im wesentlichen eine Strömung verdichteter Luft entlang der Welle 28 von der Kompressorbaugruppe 12 zur Turbinenbaugruppe 22 zu verhindern. Das bedeutet, daß aufgrund der Dichtvorrichtung 30 im wesentlichen die gesamte von der Kompressorbaugruppe 12 verdichtete Luft zur Turbinenbaugruppe 22 über die Brennkammer 16 strömt.

Beim Betrachten der FIG. 2 ist zu erkennen, daß der Turbinenmotor 10 ein Gehäuse umfaßt, das allgemein mit der Bezugszahl 32 versehen ist. Das Gehäuse 32 begrenzt einen Einlaß 34, der über ein Einlaßgitter 36 zur Umgebungsluft geöffnet ist, und durch den ein Strom von Umgebungsluft (Pfeil 14) aufgenommen wird. Im Gehäuse 32 ist ein Rotorelement gelagert, das allgemein mit der Bezugsziffer 33 versehen ist. Der Rotor 33 umfaßt einen Kompressorrotorteil 35, einen Turbinenrotorteil 37 und einen langgestreckten Spannbolzen 39. Im wesentlichen bilden die Teile 33, 35, der Spannbolzen 39 und der außen überstehende Wellenteil 28' gemeinsam die rotierende Baugruppe 38 des Motors 10, wobei an die schematische Abbildung der FIG. 1 erinnert wird. Die rotierende Baugruppe ist durch ein Paar von Schrägkugellagern 41 im Gehäuse 32 gelagert, die Radial- und Schubkräfte aufnehmen. Am linken Ende, siehe FIG. 2, beinhaltet der Wellenteil 28' einen kerbverzahnten Antriebskupplungsteil 43, wodurch die Wellenleistung vom Motor auf beispielsweise ein Leistungsverteilergetriebe (nicht dargestellt) übertragen wird.

Der Kompressorrotor 35 ist drehbar im Gehäuse 32 gelagert und erhält die vom Einlaß zuströmende Umgebungsluft 14. Das Rotorelement 35 liefert die erhaltene Luft in verdichteter Form (Pfeil 18) über einen Diffusoraufbau 40 in einen Raum 42 für Druckluft. Der Raum 42 umgibt die Brennkammer 16, die äussere perforierte wände umfaßt, die es gestatten, daß über sie Luft einwärts aus dem Raum 42 abströmt.

Im Gehäuse 32 ist eine Vielzahl von brennstoffördernden Düsen 44 aufgenommen, die sich einwärts über den Raum 42 in die Brennkammer 16 erstrecken, von denen aber nur zwei in Figur 2 sichtbar sind. Die Düsen 44 liefern zerstäubten Brennstoff (Pfeil 20) in die Brennkammer 16, so daß die Verbrennung darin unterhalten wird. Die Verbrennungsprodukte strömen von der Brennkammer 16 zur Turbinenbaugruppe 22 (Pfeil 24) über ein Düsenelement 46. Die Turbinenbaugruppe 22 umfaßt den Radialturbinenrotor 37, der, wie vorher erwähnt, mit dem Zentrifugalkompressorrotor 35 Rückseite an Rückseite angeordnet ist. Der Turbinenrotor 37 entnimmt bei der Drehung Wellenleistung aus den Verbrennungsprodukten 24, die dann vom Motor 10 über einen Abgasleitungsauslaß 50 (Pfeil 26) auspuffen.

Beim Betrachten der Figuren 3-5 ist zu erkennen, daß der Kompressorrotor 35 und der Turbinenrotor 37 Rückseite an Rückseite angeordnet sind. Mit anderen Worten, der dem Kompressorrotor 35 zuströmende Fluidstrom und der vom Turbinenrotor 37 abströmende Fluidstrom bewegt sich in dieselbe axiale Richtung. Die Rotoren 35 und 37 begrenzen zwischeneinander einen sich einwärts erstreckenden Zwischenraum 52, der zu einem zwischen den Rotoren 35 und 37 aufgenommen Führungsring 54 führt und daran endet. Der Führungsring 54 unterstützt die beiderseitige Mittenrichtigkeit der Rotorelemente 35 und 37 und bildet auch eine radial außenliegende äußere Oberfläche 56.

Das Gehäuse 12 begrenzt einen radial einwärts angeordneten ringförmigen Zwischenraum 58, der axial zwischen dem Diffusor 40 und der Turbinendüse 46 liegt. Der Zwischenraum 58 liegt axial im gleichen Bereich wie der Zwischenraum 52, so daß die zwei Zwischenräume 52 und 58 radial übereinstimmen.

Im Zwischenraum 58 ist eine ringförmige Dichtanordnung aufgenommen, die sich radial einwärts in den Zwischenraum 52 erstreckt und allgemein mit der Bezugsziffer 30 versehen ist. Unter Erinnerung daran, daß die Quelle für verdichtete Luft im Motor 10 die Kompressorbaugruppe 12 ist, ist es offensichtlich, daß die Dichtanordnung 30 an ihrer linken Seite der vom Kompressor 12 verdichteten Luft ausgesetzt ist, und an ihrer rechten Seite dem niedrigeren Druck, aber den höheren Temperaturen der Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer 16. Als Folge davon befindet sich die Dichtanordnung 30 aufgrund axialer Druckbeaufschlagung mit einer axial angeordneten, radial äußeren ringförmigen Randfläche 62 in Dichtanlage am Gehäuse 32 an einer axial gelegenen ringförmigen Schulter 60 des Zwischenraums 58.

Um die Dichtanordnung 30 nachgiebig gegen die Schulter 60 zu verspannen, umfaßt die Anordnung 30 ein ringförmiges Federelement 64. Das Federelement 64 ist an der kühlen Seite der Dichtanordnung gegen den Kompressor 12 hin angeordnet und an seinem radial inneren Rand an der Anordnung 30 durch eine Vielzahl von Nieten befestigt. Das Federelement 64 kann an seinem Umfang zusammenhängend wie eine Belleville-Feder ausgebildet sein oder, wie abgebildet, eine Vielzahl von nachgiebigen Fingern 68 umfassen, von denen nur einer in Figur 3 sichtbar ist. Das Federelement 64 erstreckt sich radial auswärts, um an einer Schulter 70 des Gehäusezwischenraumes 58 anzuliegen, die der Schulter 60 axial gegenüberliegend angeordnet ist.

Wichtig ist, daß die Dichtanordnung 30 ein ringförmiges Wandelement umfaßt, das allgemein mit der Bezugsziffer 72 versehen ist. An seinem radial äußeren Rand ist das Wandelement 72 mit einem axial verdickten Wulstteil 74 versehen, der eng, aber axial beweglich im Zwischenraum 58 aufgenommen ist. Sich radial vom Wulstteil 74 einwärts erstreckend umfaßt die Wand 72 einen im Vergleich zu konventionellen Dichtungen axial dicken Wandabschnitt 76, der im wesentlichen zellenartig aufgebaut ist, wie sich zeigen wird. Der Wandabschnitt 76 erstreckt sich einwärts bis zum Führungsring 54, woran ein axial gegeneinander beabstandetes Paar von Deckplatten 78 der Wand 72 jeweils eines von einem Paar von axial fluchtenden Spalten (80, 82) begrenzt. An den entsprechenden Spalten 80, 82 begrenzen die Deckplatten 78 jeweils eine entsprechende radiale Oberfläche 84, die verhältnismäßig eng aber radial beabstandet zur äußeren Oberfläche 56 des Führungsringes 54 steht. Als Folge des Zusammenwirkens der Wand 72 mit dem Führungsring wird eine Fluidströmung vom Kompressor 12 zur Turbine 22 entlang der Welle 28 verhindert. Die zwei axial beabstandeten Oberflächen 84 der Spalte 80, 82 arbeiten ungefähr wie eine Messerschneide oder Labyrinthdichtung, um eine Leckage von Fluid zwischen der Wand 72 und dem Führungsringe 54 zu verhindern.

Wegen der zellenartigen Struktur der zwischen den zwei Deckplatten liegenden Wand 72 umfaßt der Wandabschnitt 76 ein Ringelement 86. Dieser Ring 86 ist im Querschnitt im wesentlichen U-förmig und begrenzt den Führungsring 54 außen mit radialem Abstand dazu. Der Ring 86 ist jeweils dichtend an den Deckplatten 78 befestigt, so daß eine Leckage durch Fluiddruck in die Zellen der Wand 72 ebenso wie ein Eindringen von Flüssigkeit in diese Zellen verhindert wird.

Durch dieselben Nieten, durch die das Federelement 64 befestigt ist, aber an der entgegengesetzten Seite der Wand mit der Feder 64, ist eine ringförmige Halterung 88 befestigt. Die Halterung 88 bildet zusammen mit der Wand 72 eine radial auswärts angeordnete ringförmige Ausnehmung 90. Beweglich an der Ausnehmung 90 aufgenommen und im Zwischenraum 58 des Gehäuses 32, der Schulter 60 benachbart, befindet sich eine ringförmige Turbinenrückseitenabdeckung 92. Die Rückseitenabdeckung 92 bildet die ringförmige Fläche 62, die durch die Feder 64 und die Druckdifferenz der Luft axial in Dichtkontakt mit der Schulter 60 gedrängt wird, wenn der Motor 10 in Betrieb ist. Die Halterung 83 erlaubt eine relativ freie radiale Bewegung der Turbinenrückseitenabdeckung 92 relativ zur Wand 72, beschränkt aber Relativbewegungen in axialer Richtung auf die Größenordnung eines relativ kleinen Spiels (nicht gezeigt) dazwischen. Wie noch ausgeführt wird, wird die Rückseitenabdeckung 92 auch axial in Anlage an die Halterung 88 gedrängt.

An der Ausnehmung 90 und im Zwischenraum 58 ist zusammen mit der Turbinenrückseitenabdeckung 92 auch ein ringförmiger Wärmestrahlungsschild 94 aufgenommen. Die Teile 92 und 94 sind über dem größten Teil ihrer radialen Ausdehnung gegeneinander axial beabstandet. Wie die Turbinenrückseitenabdeckung 92 ist das Strahlungsschild 92 in der Ausnehmung 90 relativ verschieblich. Jedoch ist der Strahlungsschirm 92 selbst konisch geformt wie eine Belleville-Feder. An seinem äußeren radialen Rand liegt der Schild 94 am Wulstteil 74 an. An seinem radia1 inneren Rand liegt die Turbinenrückseitenabdeckung 94 am inneren Bereich der Rückseitenabdeckung 92 an, um letztere in Anlage an die Halterung 88 zu drängen.

Wendet man sich nun den Figuren 6-8 zu, so sind dort Schritte des Herstellungsverfahrens für das Dichtelement 30 abgebildet. Figur 6 zeigt eine Ringscheibe 96, die aus einem Wabenmaterial 98 besteht. Die Ringscheibe 96 ist aus einem größeren Körper aus Wabenmaterial geformt und hat einen äußeren Durchmesser, der ein wenig kleiner ist als der der Dichtung 30, einen inneren Durchmesser, der ein wenig größer ist als der Ring 86 und besitzt eine Vielzahl von umfänglich beabstandeten Öffnungen 100, die auswärts und im Abstand zu einer zentralen Öffnung 102 liegen. Zusätzlich enthält das Wabenmaterial 98 selbst eine Vielzahl von allgemein mit der Bezugsziffer 104 versehenen feinen Wänden, die sich im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Ringscheibe 96 erstrecken. Die feinen Wände 104 beschreiben gemeinsam ein regelmäßiges, sich wiederholendes geometrisches Feld von Zellen 106, die sich durch die Ringscheibe 96 hindurcherstrecken.

Beim Betrachten der Figur 7 ist zu erkennen, daß das Ringelement 86 in der zentralen Öffnung 102 der Wabenwand 96 aufgenommen ist. In jeder der Öffnungen 100 ist in der Wabenwand 96 eine entsprechende Vielzahl von ringförmigen Verstärkungshülsen 108 aufgenommen. Die Ringscheibe 96 selbst ist in einem Ringglied 110 aufgenommen, das an seinem äußeren Umfang den Wulst 74 bildet. Nachdem die Ringscheibe 96, der Ring 86, die Hülsen 108 und das äußere Ringglied 110 miteinander beispielsweise durch Hartlöten verbunden sind, werden die Deckscheiben 78 mit den vorgehend beschriebenen Bauteilen verbunden. Dieser Vorgang, die Deckscheiben 78 mit den vorher hartgelöteten Bauteilen der Wand 72 zu verbinden, kann in einem Hartlötofen unter Verwendung einer zwischen den Scheiben 78 und der Wabenringscheibe 96 eingelegten Hartlötfolie ausgeführt werden. In der Folge ist jede der feinen Wände 106 strukturell mit den Deckscheiben 78 im Stoß verbunden. Diese Verbindung der feinen Wände 106 mit den Deckscheiben 78 hat eine extrem steife Struktur für die Wand 72 zum Ergebnis.

Schließlich zeigt Figur 8 den Zusammenbau des Federelements 64 mit der Wand 72 und der Halterung 88 mittels Nieten 66. Die Halterung 88 hält die Turbinenrückseitenabdeckung 92 und den Strahlungsschild 94, so daß diese Teile verschieblich in Anlage am Wandteil 72 gehalten werden. Die Verstärkungshülsen 108 lassen es zu, daß die Nieten 66 mit Köpfen versehen werden, ohne daß die feine Wandstruktur 104 des Wabenmateriales zerstört wird.

Für eine Betrachtung der Funktion der Dichtung 30 bei in Betrieb genommenem Motor 10 wird in kurzem Rückblick daran erinnert, daß eine Luftdruckdifferenz die Dichtung 30 nach rechts drängt. Diese Luftdruckdifferenz ist darauf gerichtet, den Wandabschnitt 72 zu biegen, so daß der zentrale Teil davon sich axial gegen den Turbinenrotor 48 verschiebt. Jedoch ist die Wand 72, die aus zwei Deckscheiben 78 und feinem, sich dazwischen erstreckendem Wabenmaterial 98 zusammengesetzt ist, sehr steif, so daß praktisch keine Biegung der Wand 72 auftritt. Diese hochgradige Steifigkeit der Wand 72 führt auch dazu, daß das Wandelement 72 bei umfänglich nicht einheitlichen Temperaturen nicht beult, die an der Dichtung 30 wirken. Auch ist die Turbinenrückseitenabdeckung 92 relativ massiv, so daß sie auch den Ausgleich von umfänglich nicht einheitlichen Temperaturen unterstützt. Zusätzlich ist die Turbinenrückseitenabdeckung 92 frei bezüglich Relativverschiebungen gegen die Wand 72, so daß Temperaturschwankungen und umfängliche Uneinheitlichkeiten, die physische Verschiebungen der Rückseitenabdekkung 92 bewirken, nicht Spannungen ergeben, die auf das Wandelement 72 übertragen werden. Letztlich trägt im weiteren der Wärmeschild 94 zur Isolierung des zellenartigen Wandelementes 72 gegen die harten Hochtemperaturbedingungen in der anschliessenden Turbinenbaugruppe 22 bei. Das Ergebnis von all dem obenstehenden ist, daß der radial innere Umfang der Dichtanordnung keine physischen Verwerfungen und Verschiebungen in ihrer physischen Position bei sich ändernden Betriebsbedingungen des Motors 10 erfährt, wie dies bei konventionellen zwischenstufigen Dichtungen der Fall ist. Folglich kann der Motor mit engerem Freiraum zwischen dem Turbinenrotor 37 und der Rückseitenabdeckung 92 konstruiert werden. Ein verbesserter Wirkungsgrad und verbesserte Leistungsabgabe ergeben sich für den Motor 10.


Anspruch[de]

1. Turbinenmotor (10), mit einer Kompressorbaugruppe (12) zum Ansaugen und Verdichten von Umgebungsluft und zum Fördern dieser verdichteten Luft in eine Brennkammer (16), mit Mitteln (44) zum Zuführen von Brennstoff zur verdichteten Luft in der Brennkammer (16), um die Verbrennung zu unterhalten und einen Strom verdichteter Verbrennungsprodukte hoher Temperatur zu erzeugen, und mit einer Turbinenbaugruppe (22), die die Verbrennungsprodukte gegen die Umgebung hin expandiert, um Wellenleistung daraus zu ziehen, wobei die Kompressorbaugruppe (12), die einen Zentrifugalkompressorrotor (35) umfaßt, und die Turbinenbaugruppe (22), die einen Radialturbinenrotor (37) aufweist, Rückseite an Rückseite zueinander angeordnet sind, so daß die Luft, die zu dem Kompressorrotor (35) strömt und die Verbrennungsprodukte, die vom Turbinenrotor (37) abströmen, in eine einzige axiale Richtung strömen, und wobei diese Rotoren (35, 37) einen ringförmigen Zwischenraum (52) begrenzen, der sich radial dazwischen einwärts erstreckt, gekennzeichnet durch eine Dichtstruktur (30) mit einem zellenartigen ringförmigen undurchlässigen Wandelement (72), das vom Turbinenmotor (10) getragen wird und sich radial in den Zwischenraum (52) hineinerstreckt, um dort dichtend mit den Rotoren (35, 37) zusammenzuwirken, wobei das zellenartige Wandelement (72) eine umfänglich angeordnete Vielzahl von sich axial erstreckenden Zellen enthält.

2. Motor gemäß Anspruch 1, bei dem das zellenartige, ringförmige Wandelement (72) ein Paar von undurchlässigen, ringförmigen Deckplatten (78) an einander gegenüberliegenden Seiten aufweist, wobei das Paar von Deckscheiben (78) die Vielzahl von Zellen an einander gegenüberliegenden Seiten abdeckt und dichtend mit den Rotoren (35, 37) an entsprechenden axial beabstandeten Stellen zusammenwirkt.

3. Motor gemäß Anspruch 1, bei dem das zellenartige Wandelement (72) eine ringförmige Turbinenrückseitenabdeckung (92) trägt, die zwischen dem Turbinenrotor (37) und dem zellenartigen Wandelement (72) liegt.

4. Motor gemäß Anspruch 3, bei dem das zellenartige Wandelement (72) und die ringförmige Turbinenrückseitenabdekkung (92) zusammenwirkende Halterungsmittel (88) zur Befestigung der Turbinenrückseitenabdeckung (92) am zellenartigen Wandelement (72) bilden, so daß freie radiale relative Verschiebungen ermöglicht werden, während axiale Relativbewegungen dazwischen beschränkt sind.

5. Motor gemäß Anspruch 3, der ferner einen ringförmigen Wärmestrahlungsschild (94) aufweist, der axial zwischen der zellenartigen Wand (72) und der Turbinenrückseitenabdeckung (92) liegt, und über einen mittleren, radialen Teil davon sowohl vom zellenartigen Wandelement (72) als auch von der Turbinenruckseitenabdeckung (91) axial beabstandet ist.

6. Motor gemäß Anspruch 3, der ferner nachgiebige Mittel (64) zum Verspannen der Dichtstruktur (30) in axialer Richtung relativ zum Turbinenmotor (10) in eine vorbestimmte axiale Position aufweist.

7. Motor gemäß Anspruch 6, bei dem das zellenartige Wandelement (72) eine Vielzahl von axial langgestreckten Befestigungsmitteln (66) trägt, die durch es hindurchgesteckt sind und an dessen einander gegenüberliegenden Enden an den nachgiebigen Mitteln (64) und den Halterungsmitteln (88) anliegen, um diese Einrichtungen am zellenartigen Wandelement (72) zu befestigen.

8. Motor gemäß Anspruch 1, bei dem das zellenartige Wandelement (72) eine sich axial und radial erstreckende feine Wandstruktur (104) aufweist, die die Vielzahl von sich axial erstreckenden Zellen bildet, welche regelmäßig im Wandelement (72) angeordnet sind.

9. Motor gemäß Anspruch 8, der ferner ein undurchlässiges, ringförmiges Ringelement (86) aufweist, das zentral im ringförmigen Wandelement (72) aufgenommen ist und dichtend damit zusammenwirkt, um das Eindringen von Fluiden vom Turbinenmotor (10) in die Zellen zu verhindern.







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