DE4101872A1 - Turbinenmantel-spaltsteuervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Gasturbinen­ triebwerksummantelung und betrifft insbesondere eine gleichmäßig gekühlte und druckausgeglichene Segmentummante­ lung, bei der jedes Ummantelungssegment sowohl die Hoch­ druckturbinenlaufschaufeln als auch die Niederdruckturbi­ nenlaufschaufeln durchgehend überspannt. Diese Konstruktion eliminiert einen Kranz von Leitschaufeln zwischen den Lauf­ schaufeln, wodurch sich eine große Gewichtsverringerung, beträchtliche Kosteneinsparungen und eine höhere Leistung durch reduzierten Kühlluftbedarf ergeben.

Die Hauptfunktion einer Gasturbinentriebwerksummantelung ist es, eine profilierte ringförmige Oberfläche längs des äußeren Abgasströmungsweges zu bilden und ein möglichst kleines Spiel an den Spitzen der Turbinenlaufschaufeln zu schaffen. Das Aufrechterhalten dieses kleinen Spiels oder Spalts ist notwendig, um das Entweichen von Abgas zwischen den Laufschaufelspitzen und der äußeren Strömungswegfläche zu minimieren. Das radiale Spiel zwischen den Laufschau­ felspitzen und der stationären Ummantelung hat eine be­ trächtliche Auswirkung auf den Turbinenwirkungsgrad, wobei kleines Spiel größeren Wirkungsgrad ergibt.

Die Auswirkung des Schaufelspitzenspiels auf den Turbinen­ wirkungsgrad und die Turbinenleistung ist bei den Hochreak­ tionsgasturbinenzwecken, bei denen die Erfindung benutzt wird, am größten. Je enger der Spalt gehalten werden kann, umso besser ist die Leistung der Turbine. Deshalb wird viel Anstrengung auf die Konstruktion der Ummantelung sowie auf den Ummantelungshalter gerichtet, um maximale Kontrolle über die Radialposition der Ummantelung zu erhalten, weil die Radialposition der Ummantelung das Schaufelspitzenspiel festlegt.

Da das minimale Spiel zwischen der Ummantelung und den Laufschaufeln, das heißt der sogenannte Verengungspunkt normalerweise während eines transienten Betriebes auftritt, ist es von größter Bedeutung, das transiente Verhalten des Ummantelungshalters zu kontrollieren, um akzeptable Lauf­ schaufelspitzenspielwerte bei stationären Betriebsbedingun­ gen aufrechtzuerhalten. Im Idealfall sollte das Statorver­ halten dem transienten Rotorverhalten angepaßt sein, damit minimale stationäre Spiele erzielt werden und die Trieb­ werksleistung verbessert wird.

Zum Erzielen einer guten Triebwerksleistung ist es außerdem notwendig, die Ummantelung und den Ummantelungshalter so rund wie möglich zu halten. Ungleichmäßige mechanische und/oder thermische Radialbelastungen, welche bestrebt sind, den Ummantelungshalter und die Ummantelung zu verzie­ hen, könnten zu lokalem Reiben der Laufschaufelspitzen an der Ummantelung führen. Das ergibt ungleichmäßigen Ummante­ lungsverschleiß verbunden mit Laufschaufelspitzenverlust und führt zu verschlechterter Triebwerksleistung.

Die Ummantelungshalterkonstruktion, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist bei bekannten herkömmlichen Konstruktionen üblich. Die Spielsteuerungs- oder Tragringe 10, 12, die an dem Triebwerksgehäuse 14 gebildet sind, werden durch Kühlluft­ kreise erwärmt und gekühlt, welche die Kühlluft tangential in Kanälen leiten, die zwischen den Spielsteuerungsringen gebildet sind. Die Hochdruckturbinenummantelung 18 ist se­ parat und hat axialen Abstand von der Niederdrucktur­ binenummantelung 20. Die freien Enden der Hochdruckturbi­ nenlaufschaufeln 22 und der Niederdruckturbinenlaufschau­ feln 24 bilden Spalte 25 mit den Ummantelungen 18 bzw. 20.

Ein Test dieser herkömmlichen Konstruktion hat Umfangstem­ peraturgradienten ergeben, die 44°C (80°F) übersteigen. Es wird angenommen, daß diese Temperaturveränderung hauptsäch­ lich auf die Umgebung unter der Verkleidung und auf eine Leckage von Kühlluft an verschiedenen Rohranschlußstücken 16 zurückzuführen ist. Solche Temperaturgradienten können die Laufschaufelspitzenspalte 25 um 0,2 mm (0,008 Zoll) nach einem Laufschaufelspitzenreiben öffnen. Das ist ein beträchtlicher Nachteil, weil stationäre Spiele oder Spalte im allgemeinen in dem Bereich von 0,38-0,51 mm (0,015- 0,020 Zoll) liegen.

Ein Hauptgesichtspunkt bei der Konstruktion jedes Ummante­ lungssystems ist dessen Fähigkeit, Kühlluft effektiv auszu­ nutzen und parasitäre Leckage dieser Luft zu reduzieren. Heutige Hochdruckturbinenkonstruktionen werden unter Verwendung von Verdichteraustrittsluft gekühlt, welche um die Brennkammer und um die äußeren Düsentragbänder herum­ geleitet wird. Die Leckage dieser Luft in den Abgasströ­ mungsweg wird üblicherweise durch die Verwendung von Bei­ lagdichtungen aus dünnem Blech zwischen den Ummante­ lungssegmentenden gesteuert. Solche herkömmlichen Ummante­ lungskonstruktionen gestatten dem vollen Ummantelungskühl­ mitteldruck, an diesen Dichtungen zu lecken. Diese Leckage ist in Fig. 1 durch Richtungspfeile 23 dargestellt.

Neuere Konstruktionen wie die in Fig. 2 gezeigte besitzen durchgehende 360°-Prallbleche 26, durch welche die Druck­ differenz an den Ummantelungsenddichtungen 21 reduziert wird. Diese geringere Druckdifferenz führt zu geringerer Kühlmittelleckage. Die Konstruktion mit 360°-Prallblechen ist jedoch nicht bei einer Segmentummantelungsaufhängerkon­ figuration wie der in Fig. 2a schematisch dargestellten einsetzbar. Das kann ein Nachteil sein, weil es erwünscht ist, die Ummantelungsaufhänger 19 als eine Reihe von gegen­ seitigen Umfangsabstand aufweisenden Segmenten auszubilden, welche verhindern, daß die ungleichmäßig erhitzten Strö­ mungswegummantelungen 18 die Temperatur des Ummantelungs­ halters beeinflussen, der vorzugsweise als ein durchgehen­ der 360°-Tragring 12 ausgebildet ist. Auf diese Weise wird durch den Segmentummantelungsaufhänger die Ummantelung von dem Tragring 12 thermisch isoliert.

Es besteht demgemäß ein Bedarf an einer Segmentgasturbinen­ triebwerksummantelung, welche ein enges, umfangsmäßig gleichmäßiges Spiel an den Turbinenlaufschaufeln sowohl während transienten als auch während stationären Trieb­ werksbetriebsbedingungen aufrechterhält.

Weiter gibt es einen Bedarf an einem Gasturbinentrieb­ werksummantelungshalter, der umfangsmäßig gleichmäßig er­ hitzt und gekühlt wird, so daß umfangsmäßige Temperaturgra­ dienten vermieden und so die daran befestigten Ummantelun­ gen zu allen Zeiten so rund wie möglich gehalten werden.

Außerdem gibt es einen Bedarf an einer Gasturbinentrieb­ werksummantelung, bei der die Kühlluft wirksam ausgenutzt wird, indem Druckdifferenzen an den Ummantelungsdichtungen reduziert werden und dadurch parasitäre Leckage der Kühl­ luft reduziert wird.

Darüber hinaus sollen durch die Erfindung die Wärme­ übergangszahlen längs des Ummantelungshalters und insbe­ sondere längs der ringförmigen radialen Flansche, welche die drei Ummantelungshalterpositionssteuerringe bilden, ge­ steuert und gleichmäßig gehalten werden.

Weiter soll durch die Erfindung der Druck an und zwischen dem Ummantelungshalter und der Segmentummantelung so ge­ steuert werden, daß radiale Belastungen an diesen Teilen minimiert oder eliminiert werden.

Ferner soll durch die Erfindung eine Ummantelung geschaffen werden, die zwei benachbarte Rotoren überspannt und für eine Laufschaufelspitzenspielsteuerung an beiden sorgt. Die Verwendung von separaten Ummantelungen für jeden Rotor würde mehr Bauteile, mehr Verbindungen und größere Leckage von Kühlluft durch die Verbindungen ergeben.

Schließlich sollen durch die Erfindung die Montage und die Demontage einer Segmentgasturbinentriebwerksummantelung an ihren Aufhängern und dem Ummantelungstragteil erleichtert werden.

Die Erfindung ist geschaffen worden, um den vorstehend dar­ gelegten Bedarf zu decken, weshalb ein Hauptzweck der Er­ findung die Schaffung einer Segmentgasturbinentriebwerksum­ mantelung ist, die sowohl die Hochdruckturbinenlaufschau­ feln als auch die Niederdruckturbinenlaufschaufeln durch­ gehend überspannt.

Die Erfindung schafft, kurz gesagt, eine Segmentgasturbi­ nentriebwerksummantelung, die durch vordere und hintere Um­ mantelungsaufhänger gehaltert ist, wobei durch jeden Auf­ hänger zwei Ummantelungssegmente gehaltert sind. Die Umman­ telungssegmente sind ihrerseits durch einen durchgehenden 360°-Ummantelungshalter gehaltert, der mit dem Gasturbinen­ triebwerksgehäuse über einen ringförmigen hinteren radialen Befestigungsflansch verschraubt ist, welcher an dem Umman­ telungshalter gebildet ist. Der Ummantelungshalter, welcher die Radialposition der Ummantelung steuert, hält enge ra­ diale Spalte zwischen den Turbinenlaufschaufeln und der Segmentummantelung über drei gesonderte durchgehende 360°- Radialflansche oder -Positionssteuerringe aufrecht, von welchen einer als der hintere radiale Befestigungsflansch dient.

Eine Reihe von ringförmigen Kühllufthohlräumen ist zwischen den Ummantelungssegmenten, dem Triebwerks- oder Brennkam­ mergehäuse und den vorderen und hinteren Ummantelungsauf­ hängern gebildet. Die Öffnungen, welche die ringförmigen Hohlräume miteinander verbinden, sind so bemessen, daß sich eine gedrosselte oder nahezu gedrosselte Strömung aus einem Hohlraum in den nächsten ergibt. Die Menge der in die Hohl­ räume strömenden Kühlluft bleibt effektiv konstant, ob­ gleich sich die Gesamtströmung der Kühlluft verändern kann.

Dieser konstante Luftdurchsatz sorgt für eine gleichmäßige 360°-Umfangskühlung der Ummantelung und ihres Tragteils und steuert die Wärmeübergangszahl an den drei Positionssteu­ erringen und hält dieselbe aufrecht. Dieser konstante Durchsatz gewährleistet seinerseits eine gesteuerte gleichmäßige thermische Expansion und Kontraktion des Ummantelungshalters und ermöglicht so eine genaue Steuerung des Spiels zwischen den Turbinenlaufschaufeln und der Um­ mantelung. Ein weiterer Vorteil, der durch das Hindurchlei­ ten der Kühlluft durch eine Reihe von Hohlräumen erzielt wird, ist die Reduktion der Kühlluftleckage durch sequenti­ elles Verringern des Luftdruckes in den Kühllufthohlräumen in stromabwärtiger Richtung.

Der Druck in jedem Kühllufthohlraum wird auf einem vorbe­ stimmten Wert gehalten, um Belastungen entgegenzuwirken, welche über die Ummantelungsaufhänger auf den Ummantelungs­ halter ausgeübt werden. Auf diese Weise können die mechani­ schen Belastungen an dem Ummantelungshalter minimiert wer­ den. Durch Reduzieren der mechanischen Belastungen kann eine leichtere Ummantelungstragvorrichtung geschaffen wer­ den, da die Materialquerschnitte des Ummantelungstragteils reduziert werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Teilaxialschnittansichten von bekannten Gasturbinentriebwerksummantelungssystemen,

Fig. 2a ein Teilschema einer herkömmlichen Segmentummantelungsaufhängerkonstruktion,

Fig. 3 ein Schema des Ummantelungssystems nach Fig. 4, welches in vereinfachter Form die relativen Lagen und Verbindungen zwischen den Segmentummantelungen, den Segmentummantelungsaufhängern, dem Ummantelungshalter und den Ummantelungshalterpositionssteuerringen zeigt,

Fig. 4 eine Teilaxialschnittansicht eines Gasturbinentriebwerksummantelungssystems nach der Erfindung,

Fig. 4a eine Teilaxialschnittansicht des Kühlluftkreises um den hinteren Positionssteuerring nach Fig. 4,

Fig. 4b eine Schnittansicht der Kühlluftwege nach der Linie A-A in Fig. 4a,

Fig. 4c in einer auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung das Ummantelungstragsystem nach Fig. 4,

Fig. 5 eine Teilaxialschnittansicht eines Teils des Ummantelungssystems nach Fig. 3, welche ausführlich die Lage von Drallrohren zeigt,

Fig. 6 eine Teilumfangsschnittansicht nach der Linie A-A in Fig. 5,

Fig. 7 eine schematische perspektivische Teilansicht, welche das tangentiale Zusammenfügen der Ummantelung mit dem vorderen Ummantelungsaufhänger zeigt,

Fig. 8 bis 10 axiale Seitenansichten, welche die Zusammen­ baufolge bei dem Montieren der Ummantelung und des vorderen Ummantelungsaufhängers an dem Ummantelungshalter zeigen,

Fig. 11 eine Teilaxialansicht, welche das Abbauen der Ummantelung von dem Ummantelungshalter zeigt,

Fig. 11a eine Teilansicht eines Ummantelungssegments,

Fig. 11b eine vergrößerte Ansicht eines ausgewölbten mittleren Ummantelungsbefestigungshakens,

Fig. 11c eine Schnittansicht nach der Linie G-G in Fig. 11a,

Fig. 12 eine Teilaxialschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Gasturbinentriebwerksummantelung,

Fig. 13 eine Teilaxialschnittansicht der Ummantelung nach Fig. 3, welche die axiale Halterung der Ummantelung innerhalb des Triebwerksbrennkammergehäuses zeigt, und

Fig. 14 eine Teilaxialschnittansicht eines vorderen Teils der Ummantelung nach Fig. 3, welche die Lage der Ummantelungsdichtungen zeigt.

In den verschiedenen Zeichnungen tragen gleiche Teile glei­ che Bezugszeichen.

Die Erfindung wird nun in Verbindung mit den Zeichnungen beginnend mit Fig. 3 beschrieben, welche eine Gesamtdar­ stellung des Ummantelungstragsystems nach der Erfindung zeigt. Ein einstückiges Ummantelungssegment 30 ist mit ei­ nem vorderen Befestigungshaken 32, einem zentralen oder mittleren Befestigungshaken 34 und einem hinteren Befesti­ gungshaken 36 versehen. Der vordere Befestigungshaken 32 und der hintere Befestigungshaken 36 sind mit freien Enden 38 bzw. 40 versehen, welche sich axial nach hinten erstrek­ ken, wogegen der mittlere Befestigungshaken 34 mit einem freien Ende 42 versehen ist, das sich axial nach vorn er­ streckt.

Eine Anzahl von Ummantelungssegmenten 30 ist auf allgemein bekannte Weise umfangsmäßig so angeordnet, daß eine in Seg­ mente geteilte 360°-Ummantelung gebildet ist. Eine Anzahl von vorderen und hinteren Segmentummantelungsaufhängern 58, 60 verbinden die Ummantelungssegmente 30 starr mit dem Um­ mantelungshalter 44. Jeder Segment- oder segmentierte Auf­ hänger 58, 60 überspannt zwei Ummantelungssegmente 30 um­ fangsmäßig und trägt dieselben. Üblicherweise gibt es 32 Ummantelungssegmente, 16 vordere Ummantelungsaufhänger und 16 hintere Ummantelungsaufhänger bei der hier beschriebenen Vorrichtung.

Jeder Segmentummantelungsaufhänger und sein zugeordnetes Ummantelungssegmentpaar sind durch einen einstückigen, ringförmigen, durchgehenden 360°-Ummantelungshalter 44 starr gehalten. Die Radialposition jedes Ummantelungsseg­ ments 30 wird durch drei gesonderte 360°-Tragflansche oder -Positionssteuerringe 46, 48, 50, welche an dem Ummante­ lungshalter vorgesehen sind, eng kontrolliert. Der vordere und der mittlere Positionssteuerring 46, 48 sind mit axial nach vorn vorstehenden Befestigungshaken 52 bzw. 54 verse­ hen, wogegen der hintere Positionssteuerring 50 mit einem axial nach hinten vorstehenden Befestigungshaken 56 verse­ hen ist. Eine auseinandergezogene Darstellung dieser Vor­ richtung ist der Übersichtlichkeit halber in Fig. 4c ge­ zeigt, in welcher auch axiale Versteifungsrippen 31 zu er­ kennen sind, die an jedem Ummantelungssegment 30 vorgesehen sind.

Zum Maximieren der radialen Abstützung und der radialen Po­ sitionskontrolle, die für jedes Ummantelungssegment 30 durch den Ummantelungshalter 44 erfolgen, ist jeder Befe­ stigungshaken 52, 54, 56 an dem Ummantelungshalter in di­ rekter axialer Ausrichtung (d. h. in derselben Radialebene ausgerichtet) mit seinem Positionssteuerring 46, 48 bzw. 50. Diese Ausrichtung erhöht die Steifigkeit der gesamten Ummantelungstragvorrichtung.

Der Ummantelungshalter 44 ist mit dem Brennkammergehäuse 96 an seinem hinteren Ende verschraubt. Die gesamte Ummante­ lungstragvorrichtung ist an ihrem hinteren Ende an dem hin­ teren Positionssteuerring 50 freitragend aufgehängt. Der vordere und der mittlere Positionssteuerring, die mehrere Zentimeter (Zoll) von dem hinteren Flansch entfernt sind, sind dadurch von allen ungleichmäßigen Umfangsveränderungen bei radialem Verbiegen des Brennkammergehäuses 96 deutlich getrennt.

Die Segmentummantelungskonstruktion ist erforderlich, um Wärmespannungen aufzunehmen, welche durch die aggressive Umgebung erzeugt werden, die sich durch das heiße strömende Abgas ergibt. Die Segmentummantelungsaufhänger 58, 60 tren­ nen die Wärmeleitstrecke zwischen den auf hoher Temperatur befindlichen Ummantelungsbefestigungshaken und den Positi­ onssteuerringen wirksam auf. Die Positionssteuerringe sind so von der aggressiven und ungleichmäßigen Umgebung des Strömungsweges gut isoliert.

Jeder vordere Ummantelungsaufhänger 58 ist mit einem axial nach vorn vorstehenden vorderen Eingriffsflansch 62, einem axial nach hinten vorstehenden mittleren Eingriffsflansch 64 und zwei radial beabstandeten, axial nach hinten vorste­ henden hinteren Eingriffsflanschen, nämlich einem inneren hinteren Eingriffsflansch 66 und einem äußeren hinteren Eingriffsflansch 68 versehen. Jeder hintere Ummantelungs­ aufhänger 60 ist mit zwei radial beabstandeten, axial nach vorn vorstehenden Eingriffsflanschen versehen, nämlich ei­ nem inneren Eingriffsflansch 70 und einem äußeren Ein­ griffsflansch 72. Gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 4 bilden die vorderen und hinteren Ummantelungsaufhänger 58, 60 umfangsmäßige Nut-Feder-Verbindungen zwischen den Befe­ stigungshaken an den Ummantelungssegmenten 30 und dem Um­ mantelungshalter 44 und den Eingriffsflanschen an den vor­ deren und hinteren Segmentummantelungsaufhängern.

Zum engen Steuern und Aufrechterhalten eines gleichmäßigen Laufschaufelspitzenspiels müssen die thermische Expansion und die thermische Kontraktion des Ummantelungshalters 44 und der Ummantelungssegmente 30 eng und gleichmäßig gesteuert werden. Der Hauptparameter, der das Ummantelungs­ haltertemperaturverhalten beeinflußt, sind die Wärmeüber­ gangszahlen h der Kühlluft an den Positionssteuerringen 46, 48, 50. Die Hauptfaktoren, welche zu diesen Wärmeübergangs­ zahlen beitragen, sind der Kühlluftdurchsatz und die Kühl­ luftströmungsgeschwindigkeit. Durch die Erfindung werden diese Wärmeübergangszahlen umfangsmäßig gleichmäßig gesteu­ ert und aufrechterhalten, indem eine wirbelnde Strömung in Umfangsrichtung in einem feststehenden Hohlraum erzeugt wird, der zwischen dem vorderen und dem mittleren Positi­ onssteuerring 46 bzw. 48 gebildet ist.

Die Hauptluftströmungskühlwege sind in Fig. 4 gezeigt. Die Ummantelungskühlluft geht zuerst durch Löcher hindurch, die in dem vorderen Ummantelungsaufhänger 58 gebildet sind, und dann zwischen dem vorderen und dem mittleren Positionssteu­ erring 46, 48, bevor sie den hinteren Positionssteuerring 50 erreicht. Die Kühlluft 74 tritt in einen ringförmigen Hohlraum A über Öffnungen 76 ein. Ein Teil dieser Luft wird radial einwärts durch Öffnungen 78 und durch Segmentprall­ bleche 80 und gegen den Hochdruckteil 83 der UmmanteIungs­ segmente 30 geleitet. Ein weiterer Teil dieser Luft wird radial nach außen durch Öffnungen 82 in einen Hohlraum B geleitet.

Ein hohes Druckverhältnis wird an den Öffnungen 82 aufge­ baut, um einen gedrosselten oder nahezu gedrosselten Strö­ mungszustand zu erzeugen, so daß die Austrittsluftgeschwin­ digkeit aus dem Hohlraum A im wesentlichen fest ist (Schallgeschwindigkeit hat). Zum Erzeugen der gewünschten wirbelnden Kühlluftströmung und zum Erzielen und Steuern der gewünschten Wärmeübergangszahlenwerte an dem vorderen und dem mittleren Positionssteuerring 46, 48 muß die Luft entspannt werden, um ihre Geschwindigkeit zu verringern, und dann tangential und umfangsmäßig durch den Hohlraum B geleitet werden, wie es im folgenden beschrieben ist.

Nach dem Eintritt in den Hohlraum B wird die tangential wirbelnde Luft zwischen dem vorderen und dem mittleren Po­ sitionssteuerring 46, 48 axial zu dem hinteren Abschnitt des Ummantelungshalters 44 geleitet. Die meiste Luft wird einem Hohlraum C zugeführt, der an dem Niederdruckteil 85 jedes Ummantelungssegments 30 angeordnet ist. Die Kühlluft tritt in den Hohlraum C über Löcher 84 ein, welche in einem Tragkonusteil 86 des Ummantelungshalters 44 gebildet sind. Ein 360°-Prallblech 81 ist an dem Turbinenummantelungshal­ ter 44 befestigt, um aufprallende Kühlluft aus dem Hohlraum C zuzumessen und auf den Niederdruckteil 85 der Ummante­ lungssegmente 30 zu richten.

Die übrige Luft 88 wird zur Auslaßleitschaufelkühlung be­ nutzt, dient aber auch zum Erwärmen oder Kühlen des hinte­ ren Flansches (der den hinteren Positionssteuerring 50 bil­ det), wenn sie durch einen hinteren Flanschkühlkreis hin­ durchgeht. Die Fig. 4a und 4b zeigen die Einzelheiten des hinteren Flanschkühlkreises. Der hintere Flansch 97 des äu­ ßeren Brennkammergehäuses 96 ist bei 99 bis zu Schraubenlö­ chern 101 radial geschlitzt. Ein ähnlicher Schlitz 103 ver­ läuft umfangsmäßig längs des Flansches 97. Ebenso sind Schlitze 99, 103 in den vorderen Flansch 105 des daran be­ festigten Turbinenrahmens 107 maschinell eingearbeitet.

Luft geht am Anfang an der Stirnseite des Flansches 97 des Brennkammergehäuses 96 nach oben und um die Stirnseite herum. Die Kühlluft 88 wird am direkten Durchgang durch den hinteren Positionssteuerring 50 durch einen Festsitzbolzen an einer Stelle 101a gehindert. Ein Bolzen mit Spielpassung bei 101b gestattet Luft, durch den hinteren Positionssteu­ erring 50 hindurchzugehen. Die Luft 88 bewegt sich dann wieder in Umfangsrichtung zurück zu dem radialen Schlitz 99 in dem Flansch 105, bevor sie austritt. Diese Anordnung er­ zeugt eine gleichmäßige Erwärmung des hinteren Positions­ steuerringes 50.

Es können zwar mehrere Methoden zum Erzeugen der Wirbel­ oder Drallströmung zwischen dem vorderen und dem mittleren Positionssteuerring 46, 48 benutzt werden, bei einer Kon­ struktion sind jedoch Minidüsen vorgesehen, die in den Um­ mantelungshalter 44 eingegossen sind. Eine bevorzugte und wirtschaftlichere sowie weniger Gewicht mit sich bringende Konstruktion beinhaltet das Herstellen einer einfachen Lufthutze 90 aus einem Rohr mit Standardgröße, wie es in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Rundes Rohr wird in eine ovale Form gebracht und dann an einem Ende 92 zusammenge­ quetscht. Eine Reihe von Lufthutzen 90 wird dann durch Hartlöten in einem Kranz mit gegenseitigem Umfangsabstand an dem Ummantelungshalter 44 wie dargestellt befestigt. Die ovale Form jeder Lufthutze 90 wird so ausgebildet, daß sich der richtige Austrittsquerschnitt ergibt, um die erforder­ liche Luftströmungsgeschwindigkeit zum Erzeugen der ge­ wünschten Wärmeübergangszahlen an dem vorderen und dem mittleren Positionssteuerring 46, 48 zu erzielen.

Es ist wichtig, daß alle drei Ummantelungspositionssteuer­ ringe 46, 48, 50 gleichmäßig ansprechen, um die Laufschau­ felspitzen-Spaltsteuerung aufrechtzuerhalten und ein Verbiegen der Ummantelungen zu vermeiden. Eine Hauptfunktion des Turbinenummantelungshalters 44 ist es, minimale Spiele zwischen den Ummantelungen und den Turbinenlaufschaufelspitzen aufrechtzuerhalten. Am besten wird das bei stationären und transienten Bedingungen erreicht, wenn das thermische Verhalten des Ummantelungshalters dem des Turbinenrotors, der die Laufschaufeln trägt, angepaßt ist. Das thermische Verhalten des Ummantelungshalters 44 wird durch dessen Masse und durch die Wärmeübergangszahlen an seinen Grenzen bestimmt. Zum Erzielen der erforderlichen Werte der Wärme­ übergangszahlen an dem vorderen und dem mittleren Positi­ onssteuerring 46, 48 wird das transiente Temperaturverhal­ ten des Ummantelungshalters 44 bestimmt und so ausgelegt, daß es dem thermischen Wachstum der Hochdruckturbinen­ scheibe, welche die Hochdruckturbinenlaufschaufeln 22 trägt, angepaßt ist.

Ebenso werden die Wärmeübergangszahlen an dem hinteren Po­ sitionssteuerring 50 festgelegt durch Festlegen der Geome­ trie des Kühlkreises und des Druckverhältnisses, damit er im Gleichlauf mit dem vorderen und dem mittleren Positions­ steuerring 46, 48 anspricht. Erreicht wird das zum Teil durch Anpassen der (thermischen) Masse der Positionssteuer­ ringe sowie ihrer Steifigkeit. Auf diese Weise wird das transiente Temperaturverhalten von allen drei Positions­ steuerringen so gesteuert, daß sich optimale Spiele zwi­ schen den Ummantelungssegmenten 30 und den Hoch- und Nie­ derdruckturbinenlaufschaufeln 22, 24 ergeben.

Der vordere und der mittlere Positionssteuerring 46, 48 werden durch dieselben Wärmeübergangszahlen begrenzt. Der hintere Positionssteuerring 50 hat nicht dieselbe Wärme­ übergangszahl wie der vordere und der mittlere Positions­ steuerring 46, 48. Das thermische Verhalten ist eine Funk­ tion der Masse der Ringe und ihrer Grenzwärmeübergangszah­ len. Wenn die Masse des hinteren Positionssteuerringes 50 größer ist als die Masse des vorderen und des mittleren Po­ sitionssteuerringes 46, 48, ist die Wärmeübergangszahl un­ terschiedlich. Die Massen und die Wärmeübergangszahlen an den Ringen werden so festgelegt, daß sich gleiche radiale Expansion und Kontraktion ergeben, um ein Verbiegen der Um­ mantelung auszuschließen.

Gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist eine E-Dichtung 94 zwi­ schen dem Ummantelungshalter 44 und dem Brennkammergehäuse 96 vorgesehen, um den Druck in dem Hohlraum B auf einem ge­ wünschten Wert zu halten. Der Druck in dem Hohlraum B wird beträchtlich niedriger eingestellt als der Druck in dem Hohlraum A, wodurch eine beträchtliche Auswärtsradialbela­ stung an dem Ummantelungshalter 44 erzeugt wird. Es gibt jedoch auch eine Einwärtsradialbelastung an jedem Positi­ onssteuerringbefestigungshaken 52, 54, 56 aufgrund der Be­ lastungen der vorderen und hinteren Aufhänger. Die Druckbe­ lastungen werden so eingestellt, daß sie den Aufhängerbela­ stungen entgegenwirken, um insgesamt eine mechanische Bela­ stung von null an dem Ummantelungshalter 44 zu erzeugen. Dieses Merkmal gestattet, das Verhalten der Positionssteu­ erringe strikt durch deren thermisches Verhalten zu steu­ ern, da ihre mechanischen Belastungen unter allen Bedingun­ gen einschließlich der kritischen Bedingungen minimalen Spiels, die beim Wiederaufreißen des Leistungshebels auftreten, ausgeglichen bleiben.

Die Spannungen in dem Ummantelungshalter 44 werden so stark reduziert, da nur thermische Spannungen vorhanden sind, und das Gewicht kann infolge des Ausgleichens der auf den Um­ mantelungshalter einwirkenden radialen Belastungen mini­ miert werden. Stromabwärts von dem vorderen und dem mittle­ ren Positionssteuerring 46, 48 erbringt der reduzierte Druck in dem ringförmigen Hohlraum B einen weiteren Vorteil an dem hinteren Abschnitt des Ummantelungshalters 44. Die­ ser niedrige Druck führt zur Reduzierung der Druckdifferenz an dem Tragkegel 86, wodurch Spannungen an Schlüsselstellen beschränkt werden, wo sonst hohe Biegespannungen und uner­ wünschte mechanische Auslenkungen auftreten würden.

Der abgestufte und sequentiell reduzierte Hohlraumdruck von dem Hohlraum A zu dem Hohlraum B zu dem Hohlraum C ergibt hohe Druckverhältnisse an der Ummantelungstragvorrichtung. Diese hohen Druckverhältnisse führen zu gedrosselten oder nahezu gedrosselten Strömungsbedingungen an den Kühlluft­ öffnungen 82, 84, wodurch eine ausgezeichnete Luftströ­ mungssteuerung erzielt wird, selbst wenn die Hohlraumdrücke aufgrund einer Verschlechterung der Dichtung etwas schwan­ ken. Dieses gut aufrechterhaltene Kühlströmungssystem ge­ währleistet eine gute Schaufelspitzenspielkontrolle, da die Erwärmungs- und Kühlungswärmeübergangszahlen der Positions­ steuerringe stabil bleiben. Darüber hinaus erfolgt eine ge­ eignete Steuerung der Kühlluft 74, mit der die Ummante­ lungssegmente 30 beaufschlagt werden, durch diese Konstruk­ tion ebenfalls.

Die Zusammenbauprozedur für das Ummantelungstragsystem ist in den Fig. 7 bis 10 dargestellt, wobei die Richtungspfeile 98 die relative Richtung der Bewegung zwischen den Teilen angeben. Diese Zusammenbauprozedur erleichtert die Montage und verbessert die Leistung. Zuerst werden zwei Ummante­ lungssegmente 30 tangential auf einen vorderen Aufhänger 58 geschoben, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Danach wird der vordere Aufhänger 58 zusammen mit den beiden Ummantelungs­ segmenten 30 axial in den 360°-Ummantelungshalter 44 ge­ schoben, wie es in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, in denen sich jeweils an eine nach hinten gerichtete axiale Zusam­ menfügungsbewegung des Ummantelungshalters eine radiale Auswärtsbewegung anschließt. Schließlich wird der hintere Aufhänger 60 axial angesetzt, damit er den hinteren Befe­ stigungshaken 36 und den Ummantelungshalter 44 über den hinteren Befestigungshaken 56 erfaßt.

Die Erfahrung zeigt, das Ummantelungssegmente eine perma­ nente bogenförmige Verwindung aufgrund von Wärmegradienten, die während des Triebwerksbetriebes auftreten, annehmen. Diese Verwindung macht es insgesamt schwierig oder sogar unmöglich, ein Ummantelungssegment 30 in Umfangsrichtung über seinen Ummantelungshalter 44 zu schieben, wenn während des normalen Betriebes enge Spiele aufrechterhalten werden sollen. Um dieses Klemmen bei der Demontage zu verhindern, ist bei der Erfindung eine Entkoppelungsmaßnahme vorgesehen worden.

Die Entkoppelungsmaßnahme beinhaltet eine radiale Ausspa­ rung 100 oder radiale Ausnehmung, die in den äußeren Umfang des vorderen Befestigungshakens 38 der Ummantelung maschi­ nell eingearbeitet ist, wie es an der Stelle X in Fig. II gezeigt ist. Nachdem die axiale Trennung des vorderen Auf­ hängers 58 zusammen mit zwei daran befestigten Ummante­ lungssegmenten 30 von dem Ummantelungshalter 44 durch Um­ kehren der Zusammenbaufolge erfolgt ist, gestattet die Aus­ nehmung 100 dem mittleren Befestigungshaken 34 der Ummante­ lung, sich radial nach außen zu bewegen, wie es bei 102 ge­ zeigt ist. Diese Drehung des Ummantelungssegments 30 ge­ stattet dessen freie tangentiale und umfangsmäßige Bewegung selbst in einem verwundenen Zustand und erleichtert dadurch die Demontage.

Der Einbau der vorderen Segmentaufhänger 58 in den Ummante­ lungshalter 44 ist einfach, weil nur zwei Aufhängerflan­ sche, nämlich der vordere und der mittlere Flansch 64, 68, den Ummantelungshalter erfassen. Selbst wenn jedes Ummante­ lungssegment 30 drei Befestigungshaken aufweist, müssen deshalb nur zwei Haken, nämlich der vordere und der mitt­ lere Aufhängerflansch (Haken) den Ummantelungshalter erfas­ sen, wodurch sich ein einfacher und aufrechterhaltbarer Zu­ sammenbau ergibt, da viel weniger Verwindung an den vorde­ ren Aufhängern während des Triebwerksbetriebes auftritt. Das heißt, an den Ummantelungssegmenten 30 treten zwischen dem Strömungsweg und ihren Befestigungshaken Temperaturgra­ dienten von 222-278°C (400-500°F) auf. Wenn die Umman­ telungssegmente festgehalten sind, können die Wärmespannun­ gen die Streckgrenze des Materials übersteigen und zu einer dauerhaften Verformung führen.

Im Vergleich dazu betragen die radialen Temperaturgradien­ ten in den Ummantelungsaufhängern üblicherweise etwa 28°C (50°F) und führen daher nicht zu derartiger Verwindung. Das ist eine Hauptverbesserung gegenüber einer alternativen Konstruktion, die in Fig. 12 gezeigt ist und den Eingriff von drei Befestigungshaken 104, 106, 108 gleichzeitig in den Ummantelungshalter 110 verlangt und daher lose Toleran­ zen mit einer daraus resultierenden Einbuße an Laufschau­ felspitzenspielkontrolle und Kühlluftleckage erfordert.

Gemäß den Fig. 4, 11, 11a, 11b und 11c ist der mittlere Um­ mantelungsbefestigungshaken 34 bei 111 an seiner äußeren Oberfläche 112 nach außen gewölbt, um einen extrem festen Preßsitz an der inneren Oberfläche 114 des mittleren Umman­ telungsbefestigungshakens 34 ohne tatsächliches Einfassen in irgendwelche Nuten zu gewährleisten. Die Auswölbungen oder Warzen 111 gewährleisten nur lokalen Kontakt der Um­ mantelungssegmente 30 mit dem Ummantelungshalter 44, so daß die Temperatur des mittleren Ummantelungsbefestigungshakens wenig, wenn überhaupt, Einfluß auf die Temperatur des mitt­ leren Positionssteuerringes 48 des Ummantelungshalters hat. Gemäß der Darstellung in Fig. 11b kann die Abmessung A an dem mittleren Befestigungshaken 34 etwa 2,41 mm (0,095 Zoll) und die Abmessung B etwa 2,29 mm (0,090 Zoll) betra­ gen.

Das hintere Ende des vorderen Aufhängers 58 wirkt wie eine C-Klammer, um die Ummantelungssegmente 30 und den Ummante­ lungshalter 44 an dem mittleren Ummantelungsbefestigungsha­ ken 34 eng gekuppelt und radial zusammengespannt zu halten. C-Klammern werden bei bekannten Ummantelungskonstruktionen des in Fig. 1 gezeigten Typs benutzt, um die Ummantelungen in ihrer Position radial zu befestigen. In Fig. 1 ist eine C-Klammer an einer Stelle X gezeigt. Die C-Klammern sind Segmente mit der gleichen Umfangslänge wie eine einzelne Ummantelung. Sie werden üblicherweise mit Preßsitz einge­ baut, um die Ummantelung an dem Halter fest anzubringen. Das schließt jede Radialbewegung der Ummantelung relativ zu dem Halter aus, die eine Vergrößerung des Betriebsspiels verursachen würde. Bei der Erfindung spannt das hintere Ende des vorderen Aufhängers das Ummantelungssegment 30 an dem Traghaken 54 fest und wirkt so ähnlich wie eine C-Klam­ mer.

Gemäß der Darstellung in Fig. 13 ist das hintere Ende 116 der Hochdruckturbinendüse, die unmittelbar stromaufwärts der Ummantelungssegmente 30 angeordnet ist, so ausgebildet, daß es seine axiale Druckkraft auf die Segmentummantelung überträgt. Die Kraft oder Belastung F wird direkt auf die vorderen Aufhänger 58 übertragen und durch den Ummante­ lungshalter 44 auf das Brennkammergehäuse 96, wie es in Fig. 13 weiter gezeigt ist. Diese Maßnahme eliminiert die Notwendigkeit eines äußeren Düsenhalters, wie er bei ande­ ren Triebwerken gegenwärtig erforderlich ist.

Praktisch ebenso wichtig ist, daß diese große axiale Kraft von der Hochdruckdüse her benutzt wird, um die Ummante­ lungssegmente 30 an den vorderen Aufhängern in einem Punkt Y abzudichten und die vorderen Aufhänger 58 an dem Ummante­ lungshalter in einem Punkt Z abzudichten. Durch diese Kon­ struktion werden diese Teile axial formschlüssig gehalten, außerdem ergibt diese Konstruktion aber ausgezeichnete Flä­ chendichtungen zum wirksamen Abdichten und Trennen der va­ riierenden Drücke in den Hohlräumen A, B und C und weiter zum Verschließen von kritischen Leckagewegen.

Ein Vergleich der Fig. 1 und 4 zeigt, daß aufgrund der An­ ordnung des vorderen und des mittleren Ummantelungsbefesti­ gungshakens 32, 34 der typische Überhang 118 (Fig. 1) an dem vorderen und dem hinteren Ende der herkömmlichen Hoch­ druckturbinenummantelung 18 eliminiert wird. Die Anordnung der Prallbleche 80 an dem vorderen Aufhänger 58 gestattet eine Prallkühlung der gesamten Rückseite jedes Ummante­ lungssegments 30, insbesondere an der Ecke des vorderen Be­ festigungshakens und an dem mittleren Befestigungshaken, wo die höchsten Temperaturen und Biegespannungen vorherrschen. Die Erfindung eliminiert die Notwendigkeit eines durch Hartlöten an der Ummantelung befestigten Prallbleches, wie es bei bekannten Konstruktionen erforderlich ist.

Es wird allgemein als erwünscht betrachtet, durchgehende 360°-Prallbleche zu benutzen, um parasitäre Leckage von Kühlluft an den Beilagdichtungen zu reduzieren, wie es oben dargelegt worden ist. Die Verwendung von segmentierten Um­ mantelungsaufhängern erfordert jedoch die Verwendung von zusätzlichen Beilagdichtungen und kann zu zusätzlicher Leckage führen. Gemäß der Darstellung in Fig. 14 sorgt eine Keilverzahnungsdichtung 120 an den vorderen Aufhängern für eine Abdichtung zwischen benachbarten vorderen Aufhängern, und Dichtungen 122, 124 an den vorderen und mittleren Befe­ stigungshaken sorgen für Abdichtungen zwischen benachbarten Ummantelungssegmenten 30. Da jedoch das Druckverhältnis an diesen Dichtungen sehr niedrig ist, beträgt die Leckage we­ niger als 5% der Gesamtströmung. Das ist im Vergleich zu den Kühllufteinsparungen vernachlässigbar, die durch den wirksamen Einsatz der Prallluft und der anderen Dichtungs­ maßnahmen, die oben beschrieben worden sind, realisiert werden.

Die Beilag- oder Keilverzahnungsdichtungen 120 zwischen den vorderen Aufhängersegmenten dienen auch zum Festhalten der Beilagdichtungen 122, 124 an dem vorderen und dem mittleren Ummantelungshaken (vgl. Fig. 14). Das ist eine Schlüssel­ maßnahme bei dem Vereinfachen der Montageprozedur und bie­ tet einen klaren Aufrechthaltbarkeitsvorteil.

Die Erfindung hält also die Kontrolle über die Laufschau­ felspitzenspiele aufrecht und verbessert diese, und zwar durch Verwendung einer umfangsmäßigen Wirbelluftströmung zum gleichmäßigen Steuern des transienten Temperaturverhal­ tens des Ummantelungshalters 44. Die Wirbelströmung zwi­ schen den Positionssteuerringen eliminiert effektiv die Möglichkeit des Erzielens einer umfangsmäßig ungleichförmi­ gen Positionssteuerringtemperatur.

Der vordere und der mittlere Positionssteuerring, die bei dem Festlegen des Hochdruckturbinenlaufschaufelspitzen­ spiels kritisch sind, sind von allen Luftströmungs- und Temperatureffekten abgeschieden, welche außerhalb des Brennkammergehäuses 96 auftreten. Beide Positionssteuer­ ringe sprechen gleichmäßig an, da die Wirbelströmung jeden von ihnen auf gleiche Weise beeinflußt. Es werden zwar drei Positionssteuerringe benutzt, um die Laufschaufelspitzen­ spiele zu steuern, es sind jedoch nur zwei Wärmeübergangs­ zahlenwerte kritisch, um ein angepaßtes thermisches Verhal­ ten zu erzielen, da der vordere und der mittlere Positions­ steuerring durch dieselbe Luft- und Temperaturquelle ge­ steuert werden.

Die tangentialen Lufthutzen 90 lenken die radiale Strömung der Kühlluft effizient ab und um und richten sie tangen­ tial. Die Lufthutzenkonstruktion kann leicht abgestimmt werden, indem der Austrittsströmungsquerschnitt der Luft­ hutzenrohre so eingestellt wird, daß sich die gewünschte Luftströmungsgeschwindigkeit ergibt, welche zum Festlegen der vorgewählten Wärmeübergangszahlenwerte notwendig ist, wie oben dargelegt. Die Verwendung von Rundrohr zum Her­ stellen der Lufthutzen bietet eine ausgezeichnete Kontrolle und Toleranz für den verlangten Austrittsquerschnitt, da der Rohrumfang konstant bleibt. Die Verwendung von Stan­ dardrundrohr zum Herstellen der Lufthutzen ist außerdem sehr kostengünstig.

Die einstückigen Ummantelungssegmente 30 sind so ausgelegt, daß sie sowohl den Hochdruck- als auch den Niederdrucktur­ binenlaufschaufelkranz überspannen. Da die Ummantelungsseg­ mentbefestigungshaken wie beschrieben einander zugewandt sind, kann Pralluft benutzt werden, um die gesamte Rück­ seite jedes Segments zu kühlen. Die tangential belastete, d. h. tangential zusammengesetzte Ummantelungskonstruktion eliminiert außerdem den vorderen Überhang der bekannten Konstruktionen. Die Aussparung oder Ausnehmung an den vor­ deren Ummantelungshaken gestattet dieses tangentiale Zusam­ mensetzen.

Wenn die Ummantelungssegmente auf Betriebstemperatur sind, sind ihre Gaswegseiten heißer als ihre Befestigungshaken. Infolgedessen versuchen die Ummantelungssegmente sich zu strecken, d. h. flacher zu werden als gekrümmte Segmente. Der Ummantelungshalter widersetzt sich diesem Strecken, und so bilden sich hohe Kontaktkräfte an den Enden aus und zen­ trieren die Ummantelungssegmente. Da sich die Ummantelungs­ segmente 30 außerdem in ihrer axialen Richtung relativ zu dem Ummantelungshalter 44 thermisch ausdehnen, sind die Um­ mantelungssegmente bestrebt, von dem Ummantelungshalter "wegzulaufen", wenn die Kontaktkräfte versuchen, die Umman­ telungssegmente durch Reibung zu verankern, und das thermi­ sche Wachstum veranlaßt sie, sich zu bewegen oder "zu lau­ fen". Das wird als thermische Verschiebung bezeichnet.

Dadurch, daß die Ummantelungssegmente 30 über segmentierte Ummantelungsaufhänger befestigt sind, ist die entgegenwir­ kende Kontaktkraft viel geringer. Das bedeutet, daß die Kraft, die erforderlich ist, um die Ränder eines gekrümmten Ummantelungsaufhängers zu verbiegen, beträchtlich kleiner ist als diejenige, die erforderlich ist, um einen 360°-Ring in einem ähnlichen Ausmaß lokal zu verbiegen. Da die Rei­ bungs- oder Verankerungskraft reduziert ist, ist die Ten­ denz einer thermischen Verschiebung ebenfalls reduziert.

Da der mittlere Ummantelungsbefestigungshaken nach vorn weist, im Gegensatz zu dem vorderen und dem hinteren Umman­ telungsbefestigungshaken, kann sich die Ummantelung nicht nach vorn bewegen, z. B. aufgrund von thermischer Verschie­ bung, wie sie bei den bekannten Konstruktionen auftritt, ohne auch den vorderen Aufhänger zu bewegen. Die Möglich­ keit, daß das eintritt, ist stark reduziert, da keiner der Befestigungshaken in eine 360°-Nut einfaßt, die viel stei­ fer ist als in Segmente geteilte Nuten. Weiter ist der C- Klammer-Eingriff an dem mittleren Ummantelungsbefestigungs­ haken bestrebt die Ummantelung nach hinten zu drücken, was erwünscht ist.

Wenn sich jedoch die Ummantelungssegmente und die vorderen Aufhänger nach vorn bewegen sollten, begrenzt ein axialer Anschlag 124 (Fig. 13) an dem vorderen Ummantelungsaufhän­ ger die axiale Vorwärtsbewegung. Eine Leckage an dem mitt­ leren Ummantelungsbefestigungshaken wird durch die Verwen­ dung einer E-Dichtung 126 minimiert. Die enge Kopplung der Ummantelung und des Ummantelungshalters 44 an dieser Stelle führt dazu, daß die relative Radialbewegung praktisch null ist und somit ein idealer Einsatzzweck für eine E-Dichtung vorliegt. Wenn der mittlere Ummantelungsbefestigungshaken richtungsmäßig umgedreht würde, müßte der Haken viel länger sein, um die E-Dichtung aufnehmen zu können. Die gezeigte Konstruktion minimiert deshalb sowohl Leckage als auch Ge­ wicht.

Da der mittlere Ummantelungsbefestigungshaken nach vorn ge­ wandt ist, ist der Übergangsabschnitt der Ummantelung zwi­ schen den zylindrischen Hochdruck- und Niederdruckströ­ mungswegen für das Vorsehen eines Ansatzes für ein Boh­ rungsmeßgerät zugänglicher. Das ist ein Hauptgrund für das Nachvornrichten des mittleren Ummantelungsbefestigungsha­ kens, da bei den bekannten Konstruktionen die Anordnung des Ansatzes für ein Bohrlochmeßgerät übermäßig komplex ist.

Ein großer Druckabfall wird an dem Ummantelungshalter 44 hervorgerufen, um den Ummantelungsdruckbelastungen entge­ genzuwirken. Deshalb wird die radiale Verbiegung der Posi­ tionssteuerringe nur durch ihr Temperaturverhalten beein­ flußt. Wenn noch höhere Druckabfälle akzeptabel sind, kön­ nen die Positionssteuerringe so ausgelegt werden, daß sie eine Gesamtauswärtsbiegung erfahren, die die Gesamtspiele verbessert (reduziert). Die radial ausgeglichene mechani­ sche Belastung führt zu niedrigen Spannungen in dem Umman­ telungshalter 44 und erlaubt ein System geringen Gewichts.

Der vordere und der mittlere Positionssteuerring 46, 48 sind direkt über dem Hochdruckummantelungsteil 83 angeord­ net, um die Kontrolle über das Hochdruckturbinenlaufschau­ felspitzenspiel zu maximieren, das den größten Einfluß auf den Turbinenwirkungsgrad hat. Das Hochdruckverhältnis an dem Ummantelungshalter 44 führt zu beinahe gedrosselten Strömungsbedingungen, die eine ausgezeichnete Kontrolle über die Kühlströmungswerte ermöglichen.

Claims (18)

1. Segmentummantelungsvorrichtung für ein Gasturbinentrieb­ werk, das eine Vielzahl von Hochdruckturbinenlaufschaufeln (22) und eine Vielzahl von Niederdruckturbinenlaufschaufeln (24) hat, gekennzeichnet durch:
eine Vielzahl von Ummantelungssegmenten (30), die umfangs­ mäßig angeordnet sind und eine Segmentummantelung bilden,
wobei die Ummantelungssegmente (30) innerhalb des Gasturbi­ nentriebwerks so angeordnet sind, daß sie sowohl die Hoch­ druckturbinenlaufschaufeln (22) als auch die Niederdruck­ turbinenlaufschaufeln (24) axial überspannen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einstückigen, ringförmigen Ummantelungshalter (44), der die Segmentummantelung mit dem Gasturbinentriebwerk verbindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Segmentummantelungsaufhängern (58, 60), welche die Ummantelungssegmente (30) mit dem Ummantelungshalter (44) verbinden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Ummantelungshalter (44) einen vorderen Po­ sitionssteuerring (46), einen mittleren Positionssteuerring (48) und einen hinteren Positionssteuerring (50) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Segmentummantelungsaufhängern (58, 60) eine Vielzahl von vorderen Ummantelungsaufhängern (58) um­ faßt, welche den Ummantelungshalter (44) in radialer, ebe­ ner Ausrichtung mit dem vorderen Positionssteuerring (46) und dem mittleren Positionssteuerring (48) erfassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Segmentummantelungsaufhängern (58, 60) eine Vielzahl von hinteren Ummantelungsaufhängern (60) um­ faßt, welche den Ummantelungshalter (44) in radialer, ebe­ ner Ausrichtung mit dem hinteren Positionssteuerring (50) erfassen.

7. Einstückiges Ummantelungssegment zur Verwendung bei ei­ ner Segmentummantelung eines Gasturbinentriebwerks, gekenn­ zeichnet durch ein vorderes Befestigungsteil (32), ein mittleres Befestigungsteil (34) und ein hinteres Befesti­ gungsteil (36) zum Befestigen des Ummantelungssegments (30) an dem Gasturbinentriebwerk.

8. Ummantelungssegment nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Hochdruckummantelungsteil, der einstückig mit einem Niederdruckummantelungsteil ausgebildet ist.

9. Ummantelungssegment nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das mittlere Befestigungsteil (34) einen axial nach vorn vorstehenden freien Endteil aufweist.

10. Ummantelungssegment nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Befestigungsteil (32) einen axial nach hinten vorstehenden freien Endteil aufweist und daß das hintere Befestigungsteil (36) einen axial nach hinten vorstehenden freien Endteil aufweist.

11. Ummantelungssegment nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Befestigungsteil (32) mit einer radialen Ausnehmung versehen ist, um das De­ montieren des Ummantelungssegments (30) von dem Gasturbi­ nentriebwerk zu erleichtern.

12. Ummantelungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, gekennzeichnet durch:
eine Segmentturbinenummantelung;
einen Ummantelungshalter (44) zum radialen Positionieren der Segmentturbinenummantelung innerhalb des Gasturbinen­ triebwerks;
eine Vielzahl von vorderen Segmentaufhängern (58), welche die Segmentturbinenummantelung und den Ummantelungshalter (44) miteinander verbinden; und
eine Vielzahl von hinteren Segmentaufhängern (60) , welche die Segmentturbinenummantelung und den Ummantelungshalter (44) miteinander verbinden, so daß ein erster Kühllufthohl­ raum (A) zwischen den vorderen Aufhängern (58) und dem Um­ mantelungshalter (44) und ein zweiter Kühllufthohlraum (B) zwischen dem Ummantelungshalter (44) und der Segmentturbi­ nenummantelung und den hinteren Aufhängern (60) gebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftdruck in dem ersten Hohlraum (A) auf einem ersten vorbestimmten Wert gehalten wird und daß der Kühl­ luftdruck in dem zweiten Hohlraum (B) auf einem zweiten vorbestimmten Wert gehalten wird, der kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kühlluftdruck in dem ersten und dem zweiten Hohlraum (A, B) auf Werten gehalten werden, welche mechanischen Belastungen entgegenwirken, die auf die Ummantelungsvorrichtung ausgeübt werden.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ummantelungshalter (44) einen er­ sten Positionssteuerring (46) und einen zweiten Positions­ steuerring (48) aufweist, wobei der erste und der zweite Positionssteuerring an der Außenseite des ersten und des zweiten Hohlraums (A, B) angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekenn­ zeichnet durch ein Brennkammergehäuse (96), das den Umman­ telungshalter (44) umschließt, und durch einen dritten Kühllufthohlraum (C), der zwischen dem Brennkammergehäuse (96) und dem Ummantelungshalter (44) gebildet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftdruck in dem dritten Hohlraum (C) auf einem dritten vorbestimmten Wert gehalten wird, der zwischen dem ersten und dem zweiten vorbestimmten Wert liegt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der dritte Hohlraum (C) Kühlluft aus dem er­ sten Hohlraum (A) empfängt und Kühlluft in den zweiten Hohlraum (B) leitet.