DE69411301T2

DE69411301T2 - Gasturbine und Verfahren zur Montage einer Dichtung in dieser Gasturbine

Info

Publication number: DE69411301T2
Application number: DE69411301T
Authority: DE
Inventors: Richard William Fairfield Ohio 45014 Albrecht; Eric Earl West Chester Ohio 45069 Baehre; Christopher Charles Hamilton Ohio 45013 Glynn; Robert John Mason Ohio 45040 Hemmelgarn; Jeffrey Allen Evandale Ohio 45241 Kress; Henry Bryon Mariemont Ohio 45227 Stueber
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1993-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2014-03-02
Also published as: JPH06280615A; US5332358A; EP0616113A1; DE69411301D1; JPH0713479B2; EP0616113B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke und insbesondere auf Flugzeug-Gasturbinentriebwerke mit hohem Bypass-Verhältnis, die vielstufige Verdichter- und Turbinenabschnitte aufweisen.

Hintergrund der Erfindung

Ein typisches modernes Flugzeug-Gasturbinentriebwerk, insbesondere von dem Typ mit einem hohen Bypass-Verhältnis, enthält vielstufige Hochdruck-Verdichter- und Turbinenabschnitte, die durch eine mittlere Verdichterwelle oder, in einigen Modellen, einer vorderen Welle miteinander verbunden sind. In dem letztgenannten Fall erstreckt sich die vordere Welle zwischen den Stegen der Hochdruck-Verdichterscheibe der letzten Stufe und den Hochdruck-Turbinenscheibenstegen der ersten Stufe. Der Hochdruck-Turbinenabschnitt weist üblicherweise Scheiben der ersten und zweiten Stufe auf, und der Verdichterabschnitt enthält mehrere Scheiben. Am radial äußeren Ende von der Scheibe ist eine Reihe von Lauf- bzw. Rotorschaufeln angeordnet, die benachbart zu feststehenden Stator- bzw. Leitschaufeln rotieren.
In dem Brennkammerabschnitt des Triebwerkes sind Statordichtungen angeordnet, eine neben dem Verdichterstator der letzten Stufe oder den Auslaßführungsschaufeln und eine benachbart zu dem Turbinenstator der ersten Stufe oder der Hochdruck-Turbinendüse. Diese Hochdruck-Statordichtungen sind unabhängige Komponenten, die häufig aus einem Material mit kleinem Ausdehnungskoeffizienten hergestellt oder so ausgelegt sind, daß sie eine geschlossene Kammer enthalten. Diese Grundkonstruktionen von Statordichtungen erzeugen eine angemessene Frequenzgrenze zwischen den natürlichen Biegeschwingungsmoden von den Dichtungskomponenten und der entsprechenden Dichtungsrotordrehzahl, diese Konstruktionstypen haben jedoch häufig größere als erforderliche thermische Ausdehnungsspielräume, da die Statorschaufel und die Rotorschaufeln unabhängig auf thermische Zustände reagieren, die von dem Triebwerk erzeugt werden. Eine derartige Dichtung ist in unserem US-Patent 50 96 376 beschrieben.
Diese unerwünscht großen Spielräume sind das Ergebnis einer Fehlanpassung der thermischen Expansion von der Stator- und Rotorstruktur während sowohl des transienten als auch stationären Betriebs des Triebwerkes. Während eines transienten Betriebs ist der Stator durch relativ höhere Wärmeübertragungswerte beeinflußt, wogegen die Rotorbohrung von kleineren Werten umgeben ist. Diese Zustände bewirken, daß sich der Stator signifikant schneller als der Rotor ausdehnt. Während des stationären Betriebs des Triebwerkes wird die Rotorbohrung in viel niedrigeren Temperaturen gebadet als der Stator. Dieser Zustand zwingt den Stator zum Expandieren und auf einem größeren Durchmesser zu bleiben, was größere stationäre Spielräume hervorruft, als es gewünscht wird. Demzufolge besteht ein Bedürfnis für ein Statordichtungsdesign, das thermische Expansion und eine Fehlanpassung bei sowohl transientem als auch stationärem Betrieb des Triebwerkes minimiert, und für ein Design, das die Leistungsfähigkeit des Triebwerkes mit einer verbesserten thermischen Expansionsspaltsteuerung zwischen den Rotordichtungszähnen und der Statordichtung verbessert.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Gasturbinentriebwerk mit einer Rotorscheibe, einer Statorschaufel und einer Statordichtung geschaffen, wobei die Statordichtung einen Dichtungsblock für einen dichtenden Eingriff mit Rotordichtungszähnen aufweist und die Statordichtung ferner ein Dichtungsträgerteil, das von der Statorschaufel herabhängt, ein Armsegment, das den Dichtungsblock umgibt, und ein Haltersegment aufweist, wobei das Dichtungsträgerteil, das Armsegment und das Haltersegment einen geschlossenen Raum bilden, wobei die Statordichtung ferner gekennzeichnet ist durch: einen Steuerring, der in dem geschlossenen Raum angeordnet ist und das Armsegment umgibt zum Steuern des thermischen Wachstums der Statordichtung, wobei der thermische Expansionsspalt zwischen der Statorschaufel und der Rotorscheibe durch den Steuerring minimiert ist und wobei der Steuerring ein Material aufweist, das einen kleineren thermischen Expansionskoeffizienten aufweist als der thermische Expansionskoeffizient des Armsegments. Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zum Montieren der Turbinenstatordichtung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun mit weiteren Einzelheiten anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht von dem Brennkammerabschnitt von einem Gasturbinentriebwerk gemäß der Erfindung ist;
Fig. 2 eine Detaildarstellung von dem Triebwerk gemäß Fig. 1 ist und die Statordichtung für den Verdichterstator der letzten Stufe zeigt;
Fig. 3 eine Detaildarstellung von dem Triebwerk gemäß Fig. 1 ist und die Statordichtung für den Turbinenstator der ersten Stufe zeigt;
Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht, tielweise in Phantomdarstellung, von der Dichtungshalterungseinrichtung ist, die in Fig. 3 dargestellt ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht durch einen Abschnitt von der in Fig. 3 dargestellten Dichtungshalterungsanordnung ist, wobei der Schnitt entlang der Linie 5-5 gelegt ist;
Fig. 6 eine radiale, teilweise geschnittene Ansicht von einem Abschnitt der Statordichtungsanordnung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 7 eine teilweise geschnittene Ansicht von der in Fig. 6 dargestellten Dichtunghalterungsanordnung ist, wobei der Schnitt entlang der Linie 7-7 gelegt ist.

Beschreibung des(der) bevorzugten Ausführungsbeispiels(e)

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält die vorliegende Erfindung Abwandlungen an dem Hochdruckverdichter(HDV)-Abschnitt, der allgemein mit 10 bezeichnet ist, und dem Hochdruckturbinen(HDT)-Abschnitt, der allgemein mit 12 bezeichnet ist, von einem Flugzeug-Gasturbinentriebwerk mit hohem Bypass-Verhältnis. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf ein Statordichtungsdesign 14 für den Stator der letzten Stufe oder Auslaßführungsschaufeln 18 in dem Verdichterabschnitt 10 und eine Statordichtung 16 für die erste Stufe oder den Hochdruck-Turbinendüsenstator 20 in dem Turbinenabschnitt 12.
Der HDV 10 enthält eine Verdichterscheibe 22 der letzten Stufe mit einem sich nach hinten erstreckenden Kegel 24, der in einem Flansch 26 endet. In dem radial äußeren Ende von der Scheibe 22 ist eine Reihe von Rotorschaufeln 28 angebracht. Der Verdichterstator 18 ist an einer ersten Statorhalterung 30 angeschweißt und durch die Statorhalterung 30 getragen, die entlang der unteren Oberfläche des Stators 18 angeordnet ist und sich in einer stromabwärtigen Richtung erstreckt, wobei sie durch eine Flanschverbindung 34 mit einer zweiten Statorhalterung 32 verbunden ist. Die Statorhalterung 32 endet in einem sich nach innen erstreckenden Flansch 36. Die Statorhalterung 32 trägt auch einen Brenner-Diffusor 38. Der Brenner-Diffusor 38 richtet Verdichterluft zum Brenner 40, wo sie mit Brennstoff, der durch eine Brennstoffdüse 42 zugeführt wird, gemischt und in der Brennkammer 44 gezündet wird.
Die HDT 12 enthält in der ersten Stufe eine Scheibe 46, die eine vordere Welle 48 aufweist, die einstückig mit einem Scheibensteg 50 ist und in einem sich nach unten erstreckenden Flansch 52 endet. Durch die HDT 12 erzeugtes Drehmoment wird durch die vordere Welle 48 zum HDV 10 übertragen.
Auf dem radial äußeren Ende der Scheibe 46 der ersten Stufe sind mehrere Lauf- bzw. Rotorschaufeln 54 angeordnet. Eine vordere Dichtungsanordnung 56, die eine Stirnplatte 58 aufweist, ist mit der Scheibe 50 der ersten Stufe durch eine Bajonett-Verbindung 60 an einem radial äußeren Umfang und einer Bajonett-Verbindung 62 an einem radial inneren Umfang verbunden. Die Dichtungsanordnung 56 enthält mehrere axiale Öffnungen 64 benachbart zu dem inneren Umfang, die Kühlluft von einer stationären, viele Öffnungen aufweisenden Düse 66 empfangen. Die Düse 66 weist ein sich nach vorne erstreckendes Gehäuse 68 auf, das an der Hochdruck-Düsenhalterung 70 der ersten Stufe angelötet bzw. angeschweißt ist. Die Düsenhalterung 70 enthält ein Loch 72, um Luft von dem Diffusor 38 in das Düsengehäuse 68 zu richten.
Die Düsenhalterung 70 endet in einer Richtung nach vorne in einem sich nach unten erstreckenden Flansch 74 und in einer rückwärtigen Richtung in einem sich nach außen erstreckenden Flansch 76 und einem sich nach unten erstreckenden Flansch 78. Der sich nach außen erstreckende Flansch 76 befindet sich neben der Statorhalterung 80, die an der unteren Oberfläche der Turbinendüse 20 angelötet bzw. angeschweißt ist. Die Düsenhalterung 70 ist auch oberhalb des Loches 72 mit der inneren Brennerhalterung 82 durch Bolzen 84 verbunden.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält das Statordichtungsdesign 14 für den Verdichterstator 18 ein Dichtungshalterungs- bzw. -trägerteil 86, das von der Statorhalterung 30 nach innen und hinten verläuft. Das Dichtungsteil 86 kann mit der Statorhalterung 30 einstückig gemacht werden, indem die Komponenten miteinander verschweißt werden. Das Dichtungsteil 86 endet in einer rückwärtigen Richtung in einem sich nach außen erstreckenden Flansch 88, der mit dem Flansch 36 der Statorhalterung 32 und dem Flansch 74 der Düsenhalterung 70 durch Bolzen 90 verbunden ist. Das Dichtungsteil 86 enthält auch eine sich nach vorne erstreckende, ringförmige Dichtungsabstützung in der Form von einem zylindrischen Arm 92, der unter dem Dichtungsteil 86 angeordnet ist, um eine Kammer 94 zu bilden.
Der vordere Arm 92 endet in einem nach unten verlaufenden Flansch 96, der in einem Kanal oder einer Vertiefung 98 angeordnet ist, die in einem Halterungsabschnitt 100 ausgebildet ist. Auf dem gegenüberliegenden Ende des Halterungsabschnittes 100 befindet sich ein Flansch 102, der durch Bolzen 104 mit dem Dichtungsteil 86 verbunden ist. Der Halterungsabschnitt 100 dichtet die Kammer 94 und bildet einen toten Luftraum.
Das Statordichtungsdesign 14 weist auch einen eine gesteuerte Expansion aufweisenden Ring oder einfach einen Steuerring 106 auf, der auf dem vorderen Arm 92 in der Kammer 94 angeordnet ist. Der Steuerring 106 ist in der Kammer 94 durch einen sich nach unten erstreckenden Flansch 108 ausgerichtet, der in der Vertiefung 98 des Halterungsstückes 100 angeordnet ist. Der Steuerring 106 ist aus einem Material mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt, wie beispielsweise Inconel Alloy 909 oder Titan-Aluminid; es würde jedoch irgendein Material, das einen kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, um Temperaturen bis zu 760ºC (1400ºF) zu widerstehen, zufriedenstellend sein.
Ein Honigwaben-Dichtungsblock 110 ist unter dem vorderen Arm 92 und über den Dichtungszähnen 112 der Rotorscheibe 114 angeordnet. Die Rotorscheibe 114 ist durch Bolzen 116 zwischen dem Flansch 26 des Kegels 24 und dem Flansch 52 der vorderen Welle 48 verbunden.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist das Statordichtungsdesign 16 für die Turbinendüse 20 ein Dichtungshalterungsteil 118 auf, das sich radial nach außen erstreckt und in einem Flansch 120 (Fig. 1) endet, der neben dem Düsenhalterungsflansch 78 angeordnet ist. Die Dichtungshalterung 118 endet in einem sich nach unten erstreckenden Flansch 122, der einen Kanal 124 zur Aufnahme eines sich radial nach außen erstreckenden Flansches 126 von der Düse 66 bildet. Die Düsenhalterung 118 weist eine ringförmige Dichtungsabstützung in der Form von einem zylindrfschen hinteren Arm 128 auf, der sich an seinem radial inneren Ende in axialer Richtung von der Dichtungshalte rung 118 weg erstreckt und eine Kammer 130 bildet. Die Dichtungsabstützung 128 endet an ihrem hinteren Ende in einem Halterungsflansch oder Haken 132, der einen Halterungskanal oder eine Vertiefung 134 bildet, die radial nach außen gerichtet ist.
Eine hintere Wärmeabschirmungs- und Halterungskombination 136 weist einen vorderen Flansch 138 an einem radial äußeren Ende, der durch Bolzen 140 mit der Dichtungshalterung 118 fest verbunden ist, und mehrere sich radial nach innen erstreckende Halterungsansatzstücke 142 auf für eine Befestigung an dem Halterungsflansch 132. Der Halterungsabschnitt 136 schirmt die Kammer 130 ab und bildet einen toten Luftraum. In der Kammer 130 ist ein eine gesteuerte Expansion aufweisender Ring oder einfach ein Steuerring 144 mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten angeordnet, der in einem Festsitz auf der radial äußeren Oberfläche von der Dichtungsabstützung 128 angeordnet ist und dadurch gehaltert wird. Der Steuerring 144 weist mehrere, sich radial nach innen erstreckende Halterungsansatzstücke 146 auf, die sich in den Kanal 134 erstrecken, um den Steuerring 144 zu positionieren.
Radial innen von dem hinteren Arm 128 angeordnet und dadurch gehaltert, befindet sich ein ringförmiger Honigwaben- Dichtungsblock 148, der in üblicher Weise daran angelötet bzw. angeschweißt ist. Der Dichtungsblock 148 ist auch über Labyrith-Dichtungszähnen 150 angeordnet, die sich von der Dichtungsanordnung 56 radial nach außen erstrecken. Der Honigwabenblock 148 ist axial zwischen dem hinteren Armflansch 132 und einer vorderen Wärmeabschirmung 152 angeordnet.
Die Statordichtungsdesigns 14, 16 verbessern die Leistungsfähigkeit des Triebwerks, indem der Spielraum bzw. Spalt zwischen den Rotordichtungszähnen 112, 150 und den Statordichtungsblöcken 110, 148 aufgrund thermischer Expansion verbessert wird. Das Design steuert den Spielraum, indem Auslenkungen der Statordichtungen 14, 16 von ihrer sie umschließender Umgebung getrennt werden. Da die Steuerringe 104, 144 einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen als der vordere Arm 92 bzw. der hintere Arm 128 von den Dichtungsteilen 86, 118 drücken die Steuerringe bei einem stationären Betrieb des Triebwerkes die Dichtungsteile nach unten auf einen kleineren Durchmesser. Die Honigwabenblöcke 110, 148 sind vorzugsweise so ausgelegt, daß sie eine größere Dicke haben, wenigstens die zwei- bis dreifache Dicke der vorherigen Honigwabenblöcke, um den vorderen Arm 48 und den hinteren Arm 128 auf entsprechende Weise von den sehr hohen Wärmeübertragungswerten zu trennen bzw. zu isolieren, die durch das Triebwerk erzeugt werden.
Die Dichtungsteile 86, 118 bilden relativ lange Drehmäntel, die die kritischen Dichtungsbereiche von Auslenkungen der Statorhalterungen 36, 80 trennen und die Auslenkungen schnell entlang der Länge der Dichtungsteile abführen oder dämpfen. Der tote Luftraum, der in den Kammern 94, 130 ausgebildet ist, ruft kleine Wärmeübertragungswerte auf die Steuerringe 104, 144 hervor, was das thermische Wachstum verlangsamt. Die radialen Kastenabschnitte, die durch die Dichtungsteile 86, 118 und die Halterungsabschnitte 100, 136 gebildet sind, sorgen für eine verbesserte Torsionssteifigkeit der Dichtung, um für Abmessungs- und Schwingungsstabilität zu sorgen.
Zusätzlich sind die Steuerringe 106, 144 aus den Kammern 94, 130 herausnehmbar, so daß sie durch Steuerringe mit anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder anderen thermischen Massen ersetzt werden können, um die Spaltwerte zwischen den Statoren und Rotoren zu verändern, wenn dies gewünscht wird.
Da die Wärmeabschirmung 136 im Vergleich zu dem Steuerring 144 ein relativ dünnes ringförmiges Bauteil ist, wird es schneller auf Temperaturänderungen ansprechen und deshalb mit einer anderen Geschwindigkeit in radialer Richtung expandieren und kontraktieren als der Steuerring 144 und die dadurch eingeschlossene Dichtungsabstützung 128. Deshalb ist es wünschenswert, die Expansions- und Kontraktionsbewegung zwischen der schnell ansprechenden Wärmeabschirmung 136 und dem Halterungsflansch 132 zu entkoppeln.
Fig. 4 und 5 stellen mit weiteren Einzelheiten die Verbindung zwischen der Wärmeabschirmung 136 und dem Halterungsflansch 132 dar, die diese Teile entkoppelt, um sicherzustellen, daß die thermische Auslenkung des Honigwabenblockes 148, der die Dichtung mit den Rotorzähnen 150 bildet (aus Fig. 3), unabhängig ist von der thermischen Auslenkung der Wärmeabschirmung. In dem Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, erstrecken sich die halternden Ringansatzstücke 146 von dem hinteren Ende des Steuerringes 144 radial nach innen und sind vorzugsweise mit gleichen Umfangsabständen zueinander angeordnet und arbeiten mit dem Halterungsflansch 132 zusammen, um den Steuerring 144 auf der Dichtungsabstützung 128 axial zu haltern ohne radiale Behinderung dazwischen. Da der Steuerring 144 vorzugsweise in einem üblichen Festsitz auf der Dichtungsabstützung 128 angeordnet ist, ist er einer thermischen Ratschenbewegung ausgesetzt aufgrund von Schiebekräften, die durch axiale Temperaturgradienten in dem Steuerring 144 und der Dichtungsabstützung 128 während des Betriebs hervorgerufen werden. Die Steuerring-Halterungsansätze 146 sind in der Halterungsaussparung 134 zwischen den Schenkeln des Halterungsflansches 132 eingeschlossen und verhindern dadurch eine uneingeschränkte axiale Bewegung des Steuerringes 144. Die Ringansätze sind so klein wie praktikabel gemacht und sind eng neben dem Hauptkörper des Steuerringes 144 angeordnet, um Beanspruchungen darin aufgrund der Reaktionskräfte mit dem Halterungsflansch 132 möglichst klein zu machen.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält der vordere Flansch 138 an dem Vorderende der Wärmeabschirmung 136 eine Anzahl von auf dem Umfang im Abstand angeordneten Löchern 154a, die mit einer entsprechenden Anzahl von Löchern 154b in der Dichtungshalterung 118 ausgerichtet sind, durch die die entsprechenden Schrauben 140 eingesetzt und mit ihren entsprechenden Muttern befestigt werden, um die Wärmeabschirmung 136 fest mit der Dichtungshalterung 118 zu verbinden. An dem radial inneren Ende der Wärmeabschirmung 136 befindet sich die Anzahl von sich radial nach innen erstreckenden und vorzugsweise in gleichen Umfangsabständen angeordneten Halterungsansätzen 142, die auch mit dem Halterungsflansch 132 zusammenarbeiten, um die Wärmeabschirmung 136 an ihrem inneren Ende an der Dichtungsabstützung 128 axial festzuhalten, während eine uneingeschränkte und ungekoppelte unterschiedliche radiale Bewegung dazwischen gestattet wird.
Der Halterungsflansch 132 weist mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Einschnitte oder Einführungsschlitze 156 in seinem hinteren Ende oder Schenkel auf, um für einen axialen Zugang zu der Halterungsaussparung 134 zu sorgen. In dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zahl der Abschirmungsansätze 142, Ringansätze 146 und der Einführungsschlitze 156 untereinander gleich, beispielsweise 20, und ihr Umfangsabstand oder ihre Steigung ist im wesentlichen miteinander gleich. Jeder der Einführungsschlitze 156 hat eine Umfangsbreite Wl, und die Ringansätze 146 sind mit einer kleineren Umfangsbreite Wr versehen, damit der Steuerring 144 auf der Dichtungsabstützung 128 montiert werden kann, wobei die Ringansätze 146 in axialer Richtung durch entsprechende Einführungsschlitze 156 geschoben werden, wie es durch die Einführungspfeile in Fig. 4 dargestellt ist. In ähnlicher Weise haben die Abschirmungsansätze 142 Umfangsbreiten WS, die kleiner sind als die Breite Wl der Einführungsschlitze 156, damit die Wärmeabschirmung 136 mit dem Halterungsflansch 132 verbunden werden kann, indem die Abschirmungsansätze 142 in axialer Richtung durch entsprechende Einführungsschlitze 156 geschoben werden.
Das Verfahren zum Montieren der in Fig. 4 dargestellten Statordichtungsanordnung enthält zunächst die Schritte, daß der Steuerring 144 axial verschoben wird, um die Ringansätze 146 durch entsprechende Einführungsschlitze 156 hindurch und in die Halterungsaussparung 134 zu positionieren. Der Steuerring 144 wird dann in seine Endstellung bewegt, indem der Steuerring 144 gedreht wird, beispielsweise in der Gegenuhrzeigerrichtung, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, um die Ringansätze 146 in die Halterungsaussparung 134 und von den Einführungsschlitzen 156 weg zu bewegen. In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein einziger zylindrischer Anschlagstift 158 in üblicher Weise fest verbunden durch die vorderen und hinteren Schenkel des Halterungsflansches 132 hindurch und überbrückt in axialer Richtung die Halterungsaussparung 134 an einer einzigen Stelle. Der Steuerring 144 kann deshalb in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht werden, bis einer der Ringansätze 146 in Umfangsrichtung an dem Anschlagstift 158 anschlägt, was seine weitere Tangential- oder Umfangsbewegung in der Gegenuhrzeigerrichtung über den Anschlagstift 158 hinaus verhindert.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, hat die Halterungsaussparung 134 eine axiale Dicke T, und die Abschirmungsansätze 142 und die Ringansätze 146 haben gleiche Dicken t, die in geeigneter Weise kleiner als die Dicke T der Halterungsaussparung 134 sind, damit sowohl die Ringansätze 146, wie es oben beschrieben ist, als auch die Abschirmungsansätze 142 während der Montage in der Halterungsaussparung 134 in Umfangsrichtung gedreht werden können.
In ähnlicher Weise wird die Wärmeabschirmung 136 an dem Halterungsflansch 132 montiert, indem die Wärmeabschirmung 136 in axialer Richtung geschoben wird, um die Abschirmungsansätze 142 durch entsprechende Einführungsschlitze 156 hindurch und in die Halterungsaussparung 134 entlang der gleichen Bahn zu schieben, wie diejenige der Ringansätze 146 und wie es durch die Einführungspfeile in Fig. 4 dargestellt ist. Die Wärmeabschirmung 136 wird in ihre Endstellung bewegt, indem die Wärmeabschirmung 136 in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird, um die Abschirmungsansätze 142 von den Einführungsschlitzen 156 weg und in einen Stoßkontakt mit entsprechenden Ringansätzen 146 zu bewegen. An dieser Stelle sind die entsprechenden Löcher 154a und 154b miteinander ausgerichtet, so daß die mehreren Schraubbolzen 140 durch sie hindurch eingesetzt werden können, um den vorderen Flansch 138 an der Dichtungshalterung 118 zu befestigen. Die Ringansätze 146 sind dann zwischen dem Anschlagstift 158, der ihre ungehinderte Bewegung in Gegenuhrzeigerrichtung verhindert, und den Abschirmungsansätzen 142 eingeschlossen, die ihre ungehinderte Bewegung in Uhrzeigerrichtung verhindern. Dementsprechend sind sowohl die Abschirmungsansätze 142 als auch die Ringansätze 146 in der Halterungsaussparung 134 axial zwischen den vorderen und hinteren Schenkeln des Halterungsflansches 132 und in Umfangsrichtung entfernt von den Einführungsschlitzen 156 angeordnet, so daß die Wärmeabschirmung 136 und der Steuerring 144 in axialer Richtung in der Halterungsaussparung 134 gehaltert sind. Da die Abschirmungs- und Ringansätze 142, 146 in einer Nut- und Federanordnung mit der Halterungsaussparung 134 angeordnet sind, sind sie ohne Behinderung in radialer Richtung darin verschiebbar. Auf diese Weise sind sowohl der Steuerring 144 als auch die Wärmeabschirmung 136 durch ihre entsprechenden Ansatzstücke 146, 142 in der radialen Richtung unbehindert. Da die Wärmeabschirmung 136 auf Temperaturänderungen schnell anspricht, kann sie somit frei expandieren und kontraktieren ohne eine Störung bzw. einen Eingriff, der die Position des Dichtungsblockes 148 nachteilig beeinflussen und seine Wirksamkeit der Abdichtung mit seinen kooperierenden Dichtungszähnen 150 verschlechtern könnte. In dem Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, weist einer der Ringansätze 146 einen tangential gerichteten Einschnitt 160 auf, der so bemessen ist, daß er den Anschlagstift 158 voll aufnimmt. Auf diese Weise können alle Ringansätze 146 eine gleiche Größe haben und in gleichen Abständen angeordnet sein, um ihre Umfangsbreite Wr zu maximieren, die vorzugsweise gleich der Umfangsbreite Ws der Abschirmungsansätze 142 und etwas kleiner als die Breite Wl des Einführungsschlitzes 156 ist. Der hintere Schenkel des Halterungsflansches 132 zwischen benachbarten Einführungsschlitzen 156 kann deshalb eine Umfangsbreite haben, die im wesentlichen gleich den kombinierten Breiten von einem der Ringansätze 146 und einem der Abschirmungsansätze 142 ist, die dadurch axial überdeckt und gehaltert werden.
In dem in den Fig. 3-5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Wärmeabschirmung 136 eine undurchlöcherte, ringförmige Ventilationsabdeckung 162 auf, die mit ihrem inneren Ende einstückig verbunden und in axialer Richtung im Abstand von den Abschirmungsansätzen 142 angeordnetet ist, um dazwischen eine im allgemeinen U-förmige Vertiefung zu bilden. Die Ventilationsabdeckung 162 ist neben dem hinteren Schenkel von dem Halterungsflansch 132 angeordnet, um den Halterungsflansch 132 und die Einführungsschlitze 156 darin abzudecken, um aerodynamische Verluste zu verkleinern, wenn während des Betriebs Luft darüberströmt aufgrund der Rotation der vorderen Dichtungsanordnung 56, die in Fig. 3 gezeigt ist.
Dementsprechend gestattet die oben beschriebene Statordichtungsanordnung ohne weiteres eine einfache Montage und Demontage des Steuerrings 144 und der Wärmeabschirmung 136 von der Dichtungsabschirmung 128, was auch die Möglichkeiten der Inspektion und die Wartung verbessert. Das Design sorgt sowohl für axiale als auch tangentiale Halterungen für den Steuerring 144, um eine thermische Ratschenbewegung zu verhindern. Das Design sorgt auch für axiale und tangentiale Halterungen für die Wärmeabschirmung 136, um Abschirmungsauslenkungen zu begrenzen, die durch Temperaturdifferenzen zwischen der Abschirmung und ihrer Stützstruktur hervorgerufen werden. Das Design ist auch kompakt, da die Ringansätze 146 und die Abschirmungsansätze 142 sich den Halterungsflansch 132 teilen. Dies ist besonders wichtig bei Designs mit axialen räumlichen Einschränkungen aufgrund von relativ engen Anordnungen von benachbarten Komponenten. Das Design sorgt auch für eine glatte Begrenzung, die durch die Wärmeabschirmung 136 und ihre Ventilationsabdeckung 162 herbeigeführt wird, um aerodynamische Verluste zu verkleinern. Und, was besonders signifikant ist, das Design entkoppelt in radialer Richtung den Dichtungsblock 148 von der Wärmeabschirmung 136, indem die radiale Gleitverbindung zwischen den Abschirmungsansätzen 142 und dem Halterungsflansch 132 ausgebildet wird.
Fig. 6 und 7 stellen ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem die Einführungsschlitze 156 wiederum in dem hinteren Schenkel des Halterungsflansches 132 sind, und sein vorderer Schenkel enthält weiterhin mehrere auf den Umfangs im Abstand angeordnete Halterungsschlitze 164, die in Umfangsrichtung wenigstens zum Teil mit entsprechenden Einführungsschlitzen 156 ausgerichtet sind, um sowohl die Ringansätze 146 als auch die Abschirmungsansätze 142 für eine Halterung darin aufzunehmen. Auf diese Weise sind die Abschirmungs- und Ringansätze 142, 146 in Umfangsrichtung ausgerichtet und in den Halterungsschlitzen 164 gehaltert und sind in axialer Richtung darin durch einen in Umfangsrichtung geteilten Halterungsring 166 gehaltert, der in der Halterungsaussparung 134 zwischen den vorderen und hinteren Schenkeln des Halterungsflansches 132 angeordnet ist.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die hintere Statordichtung 16 beschrieben worden ist, kann sie auch für die vordere Statordichtung 14 verwendet werden.
Hier wurde zwar beschrieben, was als bevorzugte und Ausführungsbeispiele der Erfindung betrachtet wird, aber aus den hier gegebenen Lehren werden für den Fachmann andere Abwandlungen der Erfindung deutlich, und deshalb ist es beabsichtigt, daß alle diese Abwandlungen von den beigefügten Ansprüchen umfaßt sind.

Claims

1. Gasturbinentriebwerk mit einer Rotorscheibe (22, 46), einer Statorschaufel (18, 20) und einer Statordichtung (14, 16), wobei die Statordichtung einen Dichtungsblock (110,148) für einen dichtenden Eingriff mit Rotordichtungszähnen (112, 150) aufweist und die Statordichtung (14, 16) ferner ein Dichtungsträgerteil (86, 118), das von der Statorschaufel (18, 20) herabhängt, ein Armsegment (92, 128), das den Dichtungsblock umgibt, und ein Haltersegment (100,136) aufweist, wobei das Dichtungsträgerteil (86, 118), das Armsegment (92, 128) und das Haltersegment (100, 136) einen geschlossenen Raum (94, 130) bilden, wobei die Statordichtung ferner gekennzeichnet ist durch: einen Steuerring (106, 144), der in dem geschlossenen Raum (94, 130) angeordnet ist und das Armsegment (92, 128) umgibt zum Steuern des thermischen Wachstums der Statordichtung (14, 16), wobei der Spielraum für die thermische Expansion zwischen der Statorschaufel (18, 20) und der Rotorscheibe (22, 46) durch den Steuerring (106, 144) minimiert ist und wobei der Steuerring (106, 144) ein Material aufweist, das einen kleineren thermischen Expansionskoeffizienten aufweist als der thermische Expansionskoeffizient des Armsegments (92, 128).

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, wobei ein Hochdruck- Verdichterabschnitt (10), der eine Verdichterrotorscheibe (22), eine Verdichterstatorschaufel (18) und eine Verdichterstatordichtung (14) aufweist, und ein Hochdruck-Turbinenabschnitt (12) vorgesehen sind, der eine Turbinenrotorscheibe (46) und eine Turbinenstatorschaufel (20) und eine Turbinenstatordichtung (16) aufweist.

3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steuerring (106, 144) Titan-Aluminid ist.

4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei ein Steuerring (106, 144) austauschbar ist gegen einen anderen Steuerring mit einem unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder einer unterschiedlichen thermischen Masse, um das thermische Wachstum der Statordichtung (14, 16) optimal zu steuern.

5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, wobei ein Turbinenstator-Dichtungsarmsegment (128) einen einstückigen Halterungsflansch (132) an seinem einen Ende aufweist, der eine radial nach außen gerichtete Halterungsvertiefung (134) aufweist, ein Turbinenstator-Dichtungssteuerring (144) das Armsegment umgibt und an seinem einen Ende mehrere sich radial nach innen erstreckende und auf dem Umfang im Abstand angeordnete Steuerring-Halterungsansätze (146) aufweist, die mit dem Halterungsflansch (132) zusammenarbeiten zum axialen Haltern des Steuerrings (144) auf dem Armsegment (128), und wobei ein Turbinenhaltersegment (136) eine ringförmige Wärmeabschirmung ist, die an dem einen Ende mit dem Turbinenstator-Dichtungsarmsegment (128) fest verbunden ist und an einem radial inneren Ende mehrere sich radial nach innen erstreckende und auf dem Umfang im Abstand angeordnete Wärmeabschirmungs-Halterungsansätze (142) aufweist, die mit dem Halterungsflansch (132) zusammenarbeiten zum axialen Haltern der Haltersegment-Wärmeabschirmung (136) an dem Turbinenstator-Dichtungsärmsegment (128), während eine ungehinderte differentielle Radialbewegung gestattet wird.

6. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 5, wobei der Halterungsflansch (132) mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Einführungsschlitze (156) in seinem einen Ende aufweist zum Ausbilden eines Zugangs zu der Halterungsaussparung (134), und wobei der Umfangsabstand der Einführungsschlitze (156), der Ringhalterungsansätze (146) und der Abschirmungsansätze (142) untereinander im wesentlichen gleich sind, und wobei die Ringansätze so bemessen sind, daß der Steuerring (144) an dem Turbinenstator-Dichtungsarmsegment (128) montiert werden kann, wobei die Ringansätze (146) in axialer Richtung durch entsprechende Einführungsschlitze (156) geschoben werden, und wobei die Abschirmungsansätze (142) so bemessen sind, daß die Haltersegment-Wärmeabschirmung (136) mit dem Halterungsflansch (132) verbunden werden kann, wobei die Abschirmungsansätze (142) in axialer Richtung durch entsprechende Einführungsschlitze (156) geschoben werden.

7. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 6, wobei die Halterungsaussparung (134) eine axiale Dicke hat und die Abschirmungsansätze (142) und die Ringansätze (146) eine axiale Dicke haben, die kleiner als die axiale Dicke der Halterungsaussparung ist, damit die Abschirmungsansätze (142) und die Ringansätze (146) während der Montage in Umfangsrichtung in der Halterungsaussparung (134) gedreht werden können.

8. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 7, wobei die Abschirmungsansätze (142) und die Ringansätze (146) in der Halterungsaussparung (134) in Umfangsrichtung entfernt von den Einführungsschlitzen (156) angeordnet sind, so daß die Halterungssegment-Wärmeabschirmung (136) und der Steuerring (144) in axialer Richtung in der Halterungsaussparung (134) gehalten sind, wobei die Abschirmungsansätze und die Ringansätze (146) in der Halterungsaussparung (134) radial verschiebbar sind.

9. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 8, wobei ferner ein tangentialer Anschlagstift (158) vorgesehen ist, der mit dem Halterungsflansch (132) in der Halterungsaussparung (134) fest verbunden ist, um in Umfangsrichtung an einem der Ansatzringe (146) anzuliegen, um eine Drehung des Steuerrings (144) über den Anschlagstift (158) hinaus zu verhindern.

10. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 9, wobei die Halterungssegment-Wärmeabschirmung (136) ferner eine undurchlöcherte, ringförmige Ventilationsabdeckung (162) aufweist, die einstückig mit ihrem inneren Ende verbunden und axial im Abstand von den Abschirmungsansätzen (142) angeordnet ist, wobei die Ventilationsabdeckung (162) neben dem Halterungsflansch (132) angeordnet ist, den Halterungsflansch (132) und den Einführungsschlitz (156) darin zu überdecken.

11. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 10, wobei der Anschlagstift (158) zylindrisch ist und einer der Ringansätze (146) einen Einschnitt (160) hat, der zur Aufnahme des Anschlagstiftes (158) bemessen ist.

12. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 6, wobei der Halterungsflansch (132) ferner erste und zweite Schenkel aufweist, die dazwischen die Halterungsaussparung (134) bilden, wobei die Einführungsschlitze (156) im ersten Schenkel angeordnet sind, und der zweite Schenkel mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Halterungsschlitze (164) aufweist, die in Umfangsrichtung wenigstens teilweise mit entsprechenden Einführungsschlitzen (156) ausgerichtet sind, um sowohl die Ringansätze (146) als auch die Abschirmungsansätze (142) aufzunnehmen für eine Halterung darin, und wobei ferner ein auf dem Umfang geteilter Halterungsring (166) vorgesehen ist, der in der Halterungsaussparung (134) zwischen den ersten und zweiten Schenkeln angeordnet ist zum axialen Haltern der Abschirmungsansätze (142) und der Ringansätze (146) in den Halterungsschlitzen (164).

13. Verfahren zum Montieren einer Turbinenstatordichtung (16) in dem Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 9, enthaltend die Schritte:

axiales Verschieben des Steuerrings (144), um die Ringansätze (146) durch entsprechende Einführungsschlitze (156) hindurch und in die Halterungsaussparung (134) hinein anzuordnen,

Drehen des Steuerrings (144), um die Ringansätze (146) von den Einführungsschlitzen (156) weg zu bewegen, bis einer der Ringansätze gegen den Anschlagstift (158) anschlägt, axiales Verschieben der Halterungssegment-Wärmeabschirmung (136), um die Abschirmungsansätze (142) durch entsprechende Einführungsschlitze (156) hindurch und in die Halterungsaussparung (134) hinein anzuordnen, und Drehen der Halterungssegment-Wärmeabschirmung (136), um die Abschirmungsansätze (142) von den Einführungsschlitzen (156) weg und in einen Anlagekontakt mit einem entsprechenden der Ringansätze (146) zu bewegen.