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EP1531234B1 - Innendeckband für die Statorschaufeln des Verdichters einer Gasturbine - Google Patents

Innendeckband für die Statorschaufeln des Verdichters einer Gasturbine Download PDF

Info

Publication number
EP1531234B1
EP1531234B1 EP04090415A EP04090415A EP1531234B1 EP 1531234 B1 EP1531234 B1 EP 1531234B1 EP 04090415 A EP04090415 A EP 04090415A EP 04090415 A EP04090415 A EP 04090415A EP 1531234 B1 EP1531234 B1 EP 1531234B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inner shroud
plastic
accordance
shroud
plastic component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP04090415A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1531234A1 (de
Inventor
Ingo Jahns
Olaf Lenk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Publication of EP1531234A1 publication Critical patent/EP1531234A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1531234B1 publication Critical patent/EP1531234B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/40—Organic materials
    • F05D2300/43—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced

Definitions

  • the invention relates to an inner shroud for the stator blades of a gas turbine, in particular an aircraft turbine, having means for rotatably supporting the stator blades and for sealing between the rotor stages and with respect to a secondary air system.
  • a vane ring is arranged in each case between the adjacent rotor stages.
  • the front steps of the vanes are adjustable.
  • the adjustable vanes are mounted via pivot pins in the compressor housing.
  • the inner shroud is arranged. With the adjustable vanes, the air is diverted so that it meets at an optimal angle to the subsequent rotor stage.
  • the usually made of a steel or aluminum alloy circular mecanical Kunststoffartband for Statorschaufelkranz is usually composed of two semicircular ring segments, which can also be designed divided in the axial direction and are connected in this case after assembly by suitable fasteners.
  • the inner shroud serves for a rotatable support of the respective stator blade via a connected thereto Trunnion, which is mounted in a fixed bearing bush in the inner shroud.
  • the formation of the inner cover strip from a metallic material provides both the required mechanical properties such as stiffness and strength and also ensures a high resistance to erosion or foreign body impact.
  • Another important function of the inner cover tape is its sealing effect against the rotor to avoid recirculation of the compressed air from the region of higher pressure in the region of lower pressure.
  • sealing tips are formed on the rotor, which faces the stator blades supporting inner cover a separately inserted inlet sealing ring.
  • another object of the inner cover tape is to ensure a seal against the secondary air system. This happens, for example, with a static seal, which is in operative connection with one of these opposite sealing surface of the inner cover tape.
  • the inner shrouds of the type described above have the required strength and thermal expansion properties, but are disadvantageous in that their production by forging and subsequent machining is time-consuming and costly and the inner shroud also has a high weight.
  • the production cost is very high because the plain bearing bushes and seals are separately manufactured components that are expensive and are also used and assembled separately.
  • US Pat. No. 5,062,767 has already proposed inner jacket tape for the stator blade ring, which consists of a C-shaped collar Steel ring and in these inserted, abutting segments of a ceramic material.
  • the ceramic segments which have a low weight, good strength and sliding properties and are also temperature and erosion resistant, the trunnions of the stator blades are mounted.
  • the inner shroud has a total of the prevailing temperatures corresponding thermal expansion behavior, which corresponds to the thermal expansion of the other components of the compressor.
  • GB 22 03 197 A The prior art is still referred to GB 22 03 197 A, in which the formation of a compressor housing made of fiber-reinforced plastic and the adaptation of the fiber-bonded structure to local heat and strength requirements is mentioned.
  • the invention has for its object to provide an inner shroud for the stator blades of the compressor of a gas turbine, which has a low weight, can be easily and inexpensively manufactured and all the required features in terms of thermal expansion, strength, temperature resistance, resistance to foreign body impact as well as the plain bearing and seal.
  • the essential idea of the invention consists in the formation of the inner cover strip made of a known injection molding or other suitable method, made of one piece plastic part, in which to achieve the various functions of the inner cover tape additives such as glass and / or carbon fibers and / or graphite or prefabricated solid inserts, which are the function of the respective part of the inner cover tape fair involved.
  • the inner cover tape additives such as glass and / or carbon fibers and / or graphite or prefabricated solid inserts, which are the function of the respective part of the inner cover tape fair involved.
  • certain additives are concentrated in certain portions of the plastic part that have a particular function.
  • a wear protection layer is formed from long fibers incorporated in the plastic or from a prefabricated wear protection plate formed during injection molding.
  • an additive with sliding properties such as graphite.
  • an inlet layer is integrated into the plastic, which consists either of the base material, an accumulation of additives introduced during production in high concentration or of a prefabricated, molded during the production molding with inlet properties against the sealing points located on the rotor.
  • the seal to the secondary air system can be made due to the formation of the inner cover strip of a plastic part, preferably with an elastic sealing lip formed from this, due to the additive (concentration or type of additives) has the required elasticity and can create a sealing surface due to the prevailing air pressure.
  • the plastic also has the advantageous property of expanding, as required for the inner cover tape, under the action of heat.
  • the additives present in the plastic material moreover ensure that the thermal expansion of the inner cover strip is matched to the thermal expansion of the adjacent components.
  • the one-piece made of plastic with the necessary additives or prefabricated inserts by injection molding or other suitable method produced inner cover tape is used according to the heat load capacity of the plastic, preferably in the first stages of the compressor of an aircraft turbine. Particularly advantageous are the low weight and the simple, cost-effective production of such an inner cover tape.
  • the supply of material, spatially and temporally, can be controlled such that plastic material with a predetermined proportion of additives passes into certain regions of the casting mold.
  • Prefabricated inserts for certain functional areas of the mold are inserted into the mold and formed during the casting process in the plastic material.
  • the inner cover band consists of two semicircular plastic parts, which together form the annular inner cover tape.
  • the plastic parts can also be divided axially. In this case, the two parts are held together after assembly during assembly by a screw, by a directly engaging in the plastic or in a molded-in plastic part threaded bushing screw. When connecting with Bolts and nuts of the plastic part in this area is solidified by additives or molded in two halves socket.
  • FIG. 1 The illustrated in Fig. 1 for a better understanding of the integration of the inner shroud in the compressor, formed according to the prior art compressor usually comprises a rotor 1 with a plurality of rotor blades formed by a rotor stages and each one of the respective rotor stage upstream, a stator blade ring comprehensive stator.
  • 1 shows a rotor blade 2 of the first rotor stage and a stator blade 3 connected upstream thereof.
  • the stator blade 3 is rotatably and adjustably mounted via an inner and outer pivots 4 and 5 in an undivided metallic inner shroud 6 and the compressor housing 7 the position of the stator blade to be able to set a desired air inlet angle for the next rotor stage.
  • the inner pivot 4 is mounted in a slide bushing 8.
  • a static (first) seal 10 is attached to seal against the secondary air system, the with a sealing surface on the inner shroud 6 is in sealing operative connection.
  • a dynamic (second) seal 11 is provided between the inner shroud and the rotor stage.
  • the undivided inner shroud 6 formed on the basis of the present invention which is integrated into the compressor in the manner described above, consists of a one-piece plastic part manufactured by injection molding or other suitable method, in which coal is set to set a given thermal expansion behavior - And / or glass fibers are involved.
  • the integrated fibers also affect the strength and elasticity of the plastic part.
  • the plastic part can additionally contain graphite in order to improve the sliding and running-in properties in the region of the bearing of the inner pivot 4 and the dynamic seal 11.
  • the dynamic seal 11 comprises an existing from the material of the plastic part inlet layer (sliding layer) 12, which is in contact with formed on the rotor 1 sealing tips 13. As shown in FIG.
  • the running-in layer may also consist of a prefabricated insert 14 of another material with inlet and sliding properties, which is molded into the plastic part during injection molding.
  • a slide bushing (not shown) can be positively locked in the plastic part.
  • additives having certain properties in concentrated form are introduced into the bearing or run-in layer region of the plastic part in order to form a highly effective sliding layer or running-in layer integral with the plastic. An example of this is shown in FIG. 2 on the air guide side of the inner cover tape 6
  • the wear-resistant layer 15 may also be an insert formed in the plastic part during injection molding, for example a metal sheet.
  • the static (first) seal 10 consists of a molded from the plastic part sealing lip, which applies elastically due to their elastic properties and also under the effect of prevailing on the side of the first rotor stage high pressure to the opposite stationary seal member 16 of the housing part 9.
  • various fibers for example glass, carbon and / or metal fibers are provided as additives for achieving the various functional effects of the plastic part.
  • these fibers can be introduced at the desired location with different lengths, for example, long fibers are desirable for the wear protection layer, while for the adjustment of the mechanical strength and the thermal expansion behavior short fibers are sufficient.
  • FIG. 3 In the embodiment of an axially divided inner shroud shown in FIG. 3, which consists of two separate plastic parts (inner shroud halves 6a, 6b) produced in one piece by injection molding or other suitable processes, only the first (static) seal 10 is in the form of the sealing lip provided and formed on the first inner shroud half 6a.
  • the two Innerendeckbandhdonn 6a, 6b are held together by screw, each consisting of a screw and a nut.
  • Screws 19a, 19b In order not to damage the plastic parts (inner cover halves) by the screw, are in the plastic material Bushings 19a, 19b formed, which are able to absorb the forces applied in the preparation of the compound forces. A certain strength in this area can also be achieved by a high additive content (fiber content).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Innendeckband für die Statorschaufeln einer Gasturbine, insbesondere einer Flugturbine, das Mittel zur drehbeweglichen Abstützung der Statorschaufeln und zur Abdichtung zwischen den Rotorstufen und gegenüber einem sekundären Luftsystem aufweist.
  • Bei einer Gasturbine ist, beispielsweise bei dem der Brennkammer vorgeschalteten Verdichter, zwischen den benachbarten Rotorstufen jeweils ein Leitschaufelkranz angeordnet. Die vorderen Stufen der Leitschaufeln sind verstellbar ausgeführt. Die verstellbaren Leitschaufeln sind über Drehzapfen im Verdichtergehäuse gelagert. An dem inneren Drehzapfen der Leitschaufeln ist das Innendeckband angeordnet. Mit den verstellbaren Leitschaufeln wird die Luft so umgeleitet, dass sie in einem optimalen Winkel auf die darauffolgende Rotorstufe trifft.
  • Das üblicherweise aus einer Stahl- oder Aluminiumlegierung gefertigte kreisförmige Innendeckband für den Statorschaufelkranz ist üblicherweise aus zwei Halbkreis-Ringsegmenten zusammengesetzt, die in axialer Richtung auch geteilt ausgeführt sein können und in diesem Fall nach der Montage durch geeignete Befestigungsmittel miteinander verbunden werden. Das Innendeckband dient zum einen zur drehbaren Abstützung der jeweiligen Statorschaufel über einen mit dieser verbundenen Drehzapfen, der in einer in dem Innendeckband fixierten Gleitlagerbuchse gelagert ist. Die Ausbildung des Innendeckbandes aus einem metallischen Werkstoff sorgt sowohl für die erforderlichen mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit und Festigkeit und gewährleistet zudem eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Erosion oder Fremdkörpereinwirkung. Eine weitere wichtige Funktion des Innendeckbandes besteht in dessen Dichtwirkung gegenüber dem Rotor zur Vermeidung einer Rezirkulation der verdichteten Luft aus dem Bereich höheren Druckes in den Bereich niedrigeren Druckes. Zu diesem Zweck sind am Rotor Dichtspitzen angeformt, denen an dem die Statorschaufeln abstützenden Innendeckband ein separat eingesetzter Einlaufdichtring gegenübersteht. Schließlich besteht eine weitere Aufgabe des Innendeckbandes darin, eine Abdichtung gegenüber dem sekundären Luftsystem zu gewährleisten. Das geschieht beispielsweise mit einer statischen Dichtung, die mit einer dieser gegenüberliegenden Dichtfläche des Innendeckbandes in Wirkverbindung steht.
  • Die Innendeckbänder der oben beschriebenen Art verfügen zwar über die erforderlichen Festigkeits- und Wärmeausdehnungseigenschaften, sind aber insofern nachteilig, als deren Herstellung durch Schmieden und anschließende spangebende Bearbeitung zeit- und kostenaufwendig ist und das Innendeckband zudem ein hohes Gewicht aufweist. Der Fertigungsaufwand ist zum anderen dadurch sehr hoch, dass die Gleitlagerbuchsen und Dichtungen separat gefertigte Bauteile sind, die zum einen teuer sind und außerdem separat eingesetzt bzw. montiert werden.
  • Zur Vermeidung der durch das hohe Gewicht bedingten Nachteile wurde mit der US 5 062 767 bereits in Innendeckband für den Statorschaufelkranz vorgeschlagen, das aus einem C-förmigen Stahlring und in diesen eingelegten, aneinanderstoßenden Segmenten aus einem keramischen Material besteht. In den Keramiksegmenten, die ein geringes Gewicht aufweisen, über gute Festigkeits- und Gleiteigenschaften verfügen und zudem temperatur- und erosionsbeständig sind, sind die Drehzapfen der Statorschaufeln gelagert. Durch die Unterbringung der Keramiksegmente in dem Stahlring ist gewährleistet, dass das Innendeckband insgesamt über ein den herrschenden Temperaturen entsprechendes thermisches Ausdehnungsverhalten verfügt, das der thermischen Ausdehnung der anderen Bauteile des Verdichters entspricht. Zwar wird mit dieser Ausbildung eine Gewichtsreduzierung und die erforderliche thermische Ausdehnung erreicht, dennoch ist auch diese Innendeckbandkonstruktion nachteilig, da der Fertigungsaufwand für das aus dem Metallring, den Keramiksegmenten und den separaten Dichtelementen bestehende Innendeckband hoch ist.
  • Zum Stand der Technik wird noch auf die GB 22 03 197 A verwiesen, in der die Ausbildung eines Kompressorgehäuses aus faserverstärktem Kunststoff und die Anpassung der fasergebundenen Struktur an örtliche Wärme- und Festigkeitsanforderungen erwähnt ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Innendeckband für die Statorschaufeln des Verdichters einer Gasturbine anzugeben, das ein geringes Gewicht aufweist, einfach und kostengünstig hergestellt werden kann und über alle erforderlichen Merkmale in Bezug auf die Wärmeausdehnung, die Festigkeit, die Temperaturbeständigkeit, Widerstandsfähigkeit gegenüber Fremdkörpereinwirkung sowie die Gleitlagerung und Abdichtung verfügt.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Innendeckband gelöst. Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht in der Ausbildung des Innendeckbandes aus einem nach bekannten Spritzgussverfahren bzw. einem anderen geeigneten Verfahren hergestellten, aus einem Stück bestehenden Kunststoffteil, in das zur Erzielung der verschiedenen Funktionen des Innendeckbandes Additive wie beispielsweise Glas- und/oder Kohlefasern und/oder Graphit oder auch vorgefertigte feste Einsätze, die der Funktion des jeweiligen Teils des Innendeckbandes gerecht werden, eingebunden sind. Vorzugsweise sind bestimmte Additive in bestimmten Teilbereichen des Kunststoffteils, die eine bestimmte Funktion haben, konzentriert. So ist in dem von der Luftströmung unmittelbar beaufschlagten Bereich des Innendeckbandes eine Verschleißschutzschicht aus in den Kunststoff eingebundenen langen Fasern oder aus einer vorgefertigten, beim Spritzgießen eingeformten Verschleißschutzplatte ausgebildet. In dem Bereich des Innendeckbandes, in dem die Statorschaufeln drehbar gelagert sind, ist in dem Kunststoff ein hoher Anteil eines Additivs mit Gleiteigenschaften, beispielsweise Graphit. Zur Abdichtung zum Rotorschaufelkranz hin ist in den Kunststoff eine Einlaufschicht integriert, die entweder aus dem Basismaterial, einer Anhäufung von während der Herstellung in hoher Konzentration eingebrachten Additiven oder aus einem vorgefertigten, während der Herstellung eingeformten Formteil mit Einlaufeigenschaften gegenüber den am Rotor befindlichen Dichtspitzen besteht. Die Abdichtung zum sekundären Luftsystem kann aufgrund der Ausbildung des Innendeckbandes aus einem Kunststoffteil vorzugsweise mit einer aus diesem ausgeformten elastischen Dichtlippe erfolgen, die aufgrund der Additive (Konzentration oder Art der Additive) die erforderliche Elastizität aufweist und sich infolge des herrschenden Luftdruckes an eine Dichtfläche anlegen kann. Der Kunststoff hat zudem die vorteilhafte Eigenschaft, sich, wie für das Innendeckband erforderlich, unter Wärmeeinwirkung auszudehnen. Die in dem Kunststoffmaterial vorhandenen Additive sorgen jedoch darüber hinaus auch dafür, dass die Wärmedehnung des Innendeckbandes an die Wärmedehnung der benachbarten Bauteile, angepasst ist.
  • Das einstückig aus Kunststoff mit den erforderlichen Zusätzen oder vorgefertigten Einsätzen durch Spritzgießen oder andere geeignete Verfahren hergestellte Innendeckband wird entsprechend der Wärmebelastbarkeit des Kunststoff eingesetzt, vorzugsweise in den ersten Stufen des Verdichters einer Flugturbine. Besonders vorteilhaft sind das geringe Gewicht und die einfache, kostengünstige Fertigung eines derart ausgebildeten Innendeckbandes. Beim Herstellungsprozess kann die Materialzufuhr, räumlich und zeitlich, so gesteuert werden, dass in bestimmte Bereiche der Gießform Kunststoffmaterial mit einem vorgegebenen Anteil an Additiven gelangt. Vorgefertigte Einsätze für bestimmte Funktionsbereiche der Gießform werden in die Form eingelegt und beim Gießvorgang in das Kunststoffmaterial eingeformt.
  • Das Innendeckband besteht aus zwei halbkreisförmigen Kunststoffteilen, die insgesamt das kreisringförmige Innendeckband bilden. Die Kunststoffteile können aber auch axial geteilt sein. In diesem Fall werden die beiden Teile nach dem Zusammenfügen bei der Montage durch eine Schraubverbindung aneinandergehalten, und zwar durch eine unmittelbar in den Kunststoff oder in eine in das Kunststoffteil eingeformte Gewindebuchse eingreifende Schraube. Bei einer Verbindung mit Schrauben und Muttern ist des Kunststoffteil in diesem Bereich durch Additive oder eine in beide Hälften eingeformte Buchse verfestigt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Teilansicht eines für eine Flugturbine vorgesehenen Verdichters mit einem der ersten Stufe des Rotors vorgeschalteten Stator, der ein in herkömmlicher Weise ausgebildetes Innendeckband aufweist;
    Fig. 2
    eine Schnittansicht eines ungeteilten erfindungsgemäßen Innendeckbandes aus Kunststoff mit in diesem drehbar gelagerter Statorschaufel; und
    Fig. 3
    eine Schnittansicht eines axial geteilten erfindungsgemäßen Innendeckbandes, jedoch ohne Abdichtung zur Rotorstufe.
  • Der in Fig. 1 zum besseren Verständnis der Einbindung des Innendeckbandes in den Verdichter dargestellte, nach dem Stand der Technik ausgebildete Verdichter umfasst üblicherweise einen Rotor 1 mit mehreren von einem Rotorschaufelkranz gebildeten Rotorstufen und jeweils einen der betreffenden Rotorstufe vorgeschalteten, einen Statorschaufelkranz umfassenden Stator. Fig. 1 zeigt eine Rotorschaufel 2 der ersten Rotorstufe und eine dieser vorgeschaltete Statorschaufel 3. Die Statorschaufel 3 ist über einen mit dieser verbundenen inneren und äußeren Drehzapfen 4 und 5 in einem ungeteilten metallischen Innendeckband 6 und dem Verdichtergehäuse 7 drehbar und einstellbar gelagert, um aufgrund der Stellung der Statorschaufel einen gewünschten Lufteinfallswinkel für die nächste Rotorstufe einstellen zu können. Der innere Drehzapfen 4 ist in einer Gleitbuchse 8 gelagert. An einem Gehäuseteil 9 der Flugturbine ist zur Abdichtung gegen das sekundäre Luftsystem eine statische (erste) Dichtung 10 befestigt, die mit einer Dichtfläche am Innendeckband 6 in abdichtender Wirkverbindung steht. Eine dynamische (zweite) Dichtung 11 ist zwischen dem Innendeckband und der Rotorstufe vorgesehen.
  • Das gemäß Fig. 2 auf der Basis der vorliegenden Erfindung ausgebildete ungeteilte Innendeckband 6, das in der oben beschriebenen Weise in den Verdichter integriert ist, besteht aus einem durch Spritzgießen oder einem anderen geeigneten Verfahren hergestellten einstückigen Kunststoffteil, in das zur Einstellung eines vorgegebenen Wärmeausdehnungsverhaltens Kohle- und/oder Glasfasern eingebunden sind. Mit den integrierten Faserstoffen werden auch die Festigkeit und die Elastizität des Kunststoffteils beeinflusst. Darüber hinaus kann das Kunststoffteil zusätzlich Graphit enthalten, um im Bereich der Lagerung des inneren Drehzapfens 4 und der dynamischen Dichtung 11 die Gleit- und Einlaufeigenschaften zu verbessern. Die dynamische Dichtung 11 umfasst eine aus dem Material des Kunststoffteils bestehende Einlaufschicht (Gleitschicht) 12, die mit am Rotor 1 ausgebildeten Dichtspitzen 13 in Kontakt ist. Wie Fig. 2 anhand der Einzelheit Z in einer Ausführungsvariante zeigt, kann die Einlaufschicht auch aus einem vorgefertigten Einsatz 14 aus einem anderen Material mit Einlauf- und Gleiteigenschaften bestehen, der beim Spritzgießen in das Kunststoffteil eingeformt wird. In gleicher Weise kann auch im Bereich der Lagerstelle des inneren Drehzapfens 4 eine Gleitbuchse (nicht dargestellt) formschlüssig in das Kunststoffteil eingebunden werden. Es ist darüber hinaus möglich, dass Additive mit bestimmten Eigenschaften in konzentrierter Form in den Lager- oder Einlaufschichtbereich des Kunststoffteils eingebracht werden, um integral mit dem Kunststoff eine hoch wirksame Gleitschicht bzw. Einlaufschicht auszubilden. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 2 eine auf der Luftführungsseite des Innendeckbandes 6 aus in diesem Bereich konzentriert in den Kunststoff eingebrachten Additiven gebildete Verschleißschutzschicht 15. Die Verschleißschutzschicht 15 kann jedoch auch ein in das Kunststoffteil beim Spritzgießen eingeformter Einsatz, beispielsweise ein Metallblech, sein. Die statische (erste) Dichtung 10 besteht aus einer aus dem Kunststoffteil ausgeformten Dichtlippe, die sich aufgrund ihrer biegeelastischen Eigenschaften und auch unter der Wirkung des auf der Seite der ersten Rotorstufe herrschenden hohen Druckes elastisch an das gegenüberliegende feststehende Dichtungsteil 16 des Gehäuseteils 9 anlegt. Neben dem oben bereits erwähnten Graphit zur Einstellung der Gleiteigenschaften sind als Additive zur Erzielung der verschiedenen funktionellen Wirkungen des Kunststoffteils verschiedene Fasern, beispielsweise Glas-, Kohle-und/oder Metallfasern vorgesehen. Zur Erzielung der gewünschten Funktionen, können diese Fasern an der gewünschten Stelle mit unterschiedlichen Längen eingebracht werden, z.B. sind für die Verschleißschutzschicht lange Fasern wünschenswert, während für die Einstellung der mechanischen Grundfestigkeit und des thermischen Ausdehnungsverhaltens Kurzfasern ausreichend sind.
  • Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform eines axial geteilt ausgebildeten Innendeckbandes, das aus zwei separaten, einstückig durch Spritzgießen bzw. andere geeignete Verfahren hergestellten Kunststoffteilen (Innendeckbandhälften 6a, 6b) besteht, ist lediglich die erste (statische) Dichtung 10 in Form der Dichtlippe vorgesehen und an die erste Innendeckbandhälfte 6a angeformt. Die beiden Innendeckbandhälften 6a, 6b sind durch Schraubverbindungen, jeweils bestehend aus einer Schraube und einer Mutter, zusammengehalten. Um die Kunststoffteile (Innendeckbandhälften) durch die Schraubverbindung nicht zu beschädigen, sind in das Kunststoffmaterial Buchsen 19a, 19b eingeformt, die in der Lage sind, die bei der Herstellung der Verbindung aufgebrachten Kräfte aufzunehmen. Eine bestimmte Festigkeit in diesem Bereich kann aber auch durch einen hohen Additivanteil (Faseranteil) erzielt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rotor
    2
    Rotorschaufel
    3
    Statorschaufel
    4
    Innerer Drehzapfen v. 3
    5
    Äußerer Drehzapfen v. 3
    6
    Innendeckband
    6a, 6b
    Innendeckbandhälften
    7
    Verdichtergehäuse
    8
    Gleitbuchse
    9
    Gehäuseteil
    10
    Erste (statische) Dichtung (Dichtlippe)
    11
    Zweite (dynamische) Dichtung
    12
    Einlaufschicht v. 11
    13
    Dichtspitzen v. 11
    14
    Einsatz (Einlaufschichteinsatz) v. 11
    15
    Verschleißschutzschicht (Verschleißschutz-Einsatzplatte)
    16
    Dichtungsteil v. 9
    17
    Schraube
    18
    Mutter
    19a/b
    Buchsen

Claims (7)

  1. Innendeckband für die Statorschaufeln des Verdichters einer Gasturbine, insbesondere Flugturbine, das Mittel zur drehbeweglichen Abstützung der Statorschaufeln und zur Abdichtung zu den Rotorstufen und/oder einem sekundären Luftsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innendeckband aus einem einstückigen Kunstoffteil mit an die Wärmedehnung benachbarter Bauteile angepasster thermischer Ausdehnung besteht, in das, konzentriert in Teilbereichen mit bestimmter Funktion, jeweils spezifische Additive und/oder vorgefertigte Einsätze zur Erzielung der in den jeweiligen Teilbereichen notwendigen Eigenschaften eingeformt sind, wobei an der Luftaufprallseite des Innendeckbandes (6) eine Verschleißschutzschicht (15) und/oder an der Dichtungsseite zum sekundären Luftsystem eine statische Dichtung (10) in Form einer elastischen Dichtlippe und/oder an der Dichtungsseite zur nachfolgenden Rotorstufe eine Einlaufschicht (12) mit bestimmten Einlauf-/Abriebeigenschaften und im Bereich der Kontaktfläche mit der drehbar gelagerten Statorschaufel (3) eine Gleitschicht gebildet ist; und wobei die vorgefertigten Einsätze in Form einer Gleitbuchse (8), einer Verschleißschutzplatte (15) und eines Einlaufeinsatzes (14) in das Kunststoffteil eingeformt und in diesem formschlüssig gehalten sind.
  2. Innendeckband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil Additive in Faser- und/oder Pulverform enthält.
  3. Innendeckband nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive Metallfasern und/oder Kohlefasern und/oder Glasfasern in variabler Länge und/oder Graphit umfassen.
  4. Innendeckband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil axial geteilt ist und die beiden Innendeckbandhälften (6a, 6b) durch Befestigungsmittel lösbar verbunden sind.
  5. Innendeckband nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Befestigungsmittel eine Schraubverbindung vorgesehen ist, wobei eine Befestigungsschraube unmittelbar in dem Kunststoff oder in einer in diesen eingeformten Gewindebuchse verschraubbar ist.
  6. Innendeckband nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Befestigungsmittel eine Schrauben-Mutter-Verbindung (17, 18) vorgesehen ist, wobei zum Schutz des Kunststoffs an der Verbindungsstelle Buchsen (19a, 19b) aus einem hochfesten Material eingeformt sind
  7. Innendeckband nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es nach bekannten Verfahren zur Faserverbundherstellung mit einem Kunststoff mit gleichem oder veränderlichem Additivanteil in einer Form und/oder in die Form eingelegten vorgefertigten Einsätzen herstellbar ist.
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