Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, mit einem Rotor und einem Stator.
Stand der Technik
[0002] Insbesondere bei mit Heissgas betriebenen Strömungsmaschinen, wie beispielsweise bei Gasturbinen, aber auch bei mit Arbeitsgas betriebenen Strömungsmaschinen, wie beispielsweise einem Verdichter, ist der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine hauptverantwortlich für einen ökonomischen Betrieb der Strömungsmaschine. Den Wirkungsgrad herabsetzend wirken insbesondere sogenannte Bypass-Strömungen, welche beispielsweise die Laufschaufeln bei einer Turbine oder die Verdichterschaufeln bei einem Kompressor umgehen. Um eine derartige Bypass-Strömung möglichst gering zu halten, das heisst die Strömung der Strömungsmaschine möglichst uneingeschränkt den Schaufeln zuführen zu können, muss der Strömungskanal, in welchem die Schaufeln angeordnet sind, möglichst dicht ausgebildet sein, so dass keine oder zumindest nur eine stark reduzierte Bypass-Strömung möglich ist.
Insbesondere bei Rotorschaufeln von Gasturbinen besteht dabei die Gefahr, dass die Gasströmung durch einen zwischen zwei benachbarten Schaufeln angeordneten Spalt hindurchströmt und dadurch mehr oder weniger durch den Schaufelträger und nicht über das Schaufelblatt strömt. Üblicherweise sind daher derartige Spalte zwischen zwei benachbarten Schaufeln so eng beziehungsweise schmal, dass aufgrund der geringen geometrischen Abmessungen ein Arbeitsgaseinbruch klein gehalten werden kann. Derartig eng ausgebildete Spalte erfordern jedoch eine hohe Bauteilgenauigkeit der einzelnen Schaufeln, welche nur durch eine aufwändige und teure Fertigung erreicht werden kann. Ausserdem können unerwünschte Kopplungen zwischen einzelnen Schaufeln erfolgen, welche die Langlebigkeit der einzelnen Schaufeln herabsetzt.
Ist in den engen Spalten zusätzlich ein Dichtelement angeordnet, so kann dieses aufgrund seiner Steifigkeit einen negativen Effekt auf die Lebensdauer der Schaufeln ausüben. Zugleich ist auch ein Aus- beziehungsweise Einbau der Schaufeln beziehungsweise der Dichtelemente bei der geforderten hohen Genauigkeit teuer und aufwändig.
Darstellung der Erfindung
[0003] Hier setzt die Erfindung an. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Strömungsmaschine eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, bei welcher sich eine den Wirkungsgrad beeinträchtigende Bypass-Strömung konstruktiv einfach minimieren lässt, ohne die Lebensdauer der Schaufeln zu beeinträchtigen.
[0004] Dieses Problem wird erfindungsgemäss durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0005] Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen zwischen zwei benachbarten Schaufeln angeordneten Spalt mit einem im Wesentlichen quer zum Spalt angeordneten und flexiblen Dichtelement auszurüsten, welches jeweils in sich gegenüberliegende Ausnehmungen der benachbarten Schaufeln eingreift und aufgrund seiner flexiblen Ausgestaltung in der Lage ist, sich an eine schräg zum Spalt verlaufende Wandung der sich gegenüberliegenden Ausnehmungen beim Betrieb der Strömungsmaschine dichtend anzulegen. Die Strömungsmaschine, welche beispielsweise als Gasturbine oder als Verdichter ausgebildet sein kann, weist daher zumindest einen Rotor mit benachbart zueinander angeordneten Schaufeln auf, wobei zwischen zwei benachbarten Schaufeln besagter Spalt angeordnet ist.
Durch das erfindungsgemässe Querschnittsprofil der beiden sich gegenüberliegenden Ausnehmungen kann sich die flexible Dichtung aufgrund der beim Betrieb der Strömungsmaschine herrschenden Zentrifugalkräfte und aufgrund der thermischen Ausdehnung dicht an eine radial äussere Wandung der Ausnehmungen anlegen und dadurch den Einbruch von Arbeitsgas wirkungsvoll unterbinden. Durch die erfindungsgemässe Dichtung können somit die eingangs beschriebenen Nachteile der bisherigen Dichtungen, wie beispielsweise eine hohe und teure Bauteilgenauigkeit, vermieden werden. Aufgrund der nunmehr zumindest geringfügig grösseren Spalte besteht auch die Gefahr eines unerwünschten Kontaktes zwischen zwei benachbarten Schaufeln nicht mehr, welche zu Beschädigungen an den Schaufeln führen könnten.
Darüber hinaus ist auch eine Montage beziehungsweise Demontage der einzelnen Schaufeln einfacher und damit kostengünstiger, da diese aufgrund der grösseren Spaltbreiten mit einer reduzierten Montagegenauigkeit eingebaut werden können. Aufgrund der flexiblen Ausbildung des Dichtelementes kann dieses auch keine Beschädigungen mehr in den Ausnehmungen der benachbarten Schaufeln hervorrufen, wodurch insgesamt die Lebensdauer der Schaufeln und der Dichtelemente erhöht werden kann.
[0006] Zweckmässig liegt das Dichtelement im Nichtbetriebszustand der Strömungsmaschine an einem oder an keinem Grund der sich gegenüberliegenden Ausnehmungen an. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass das Dichtelement im Nichtbetriebszustand der Strömungsmaschine, also vorzugsweise im kalten Zustand, deutlich geringere Aussenabmessungen aufweist als die Innenabmessungen der beiden sich gegenüberliegenden Ausnehmungen. Diese Abmessungsdifferenzen gewährleisten eine gewisse Beweglichkeit des Dichtelementes bei stillstehender Strömungsmaschine im Dichtungsraum, welcher im Wesentlichen von den zwei sich gegenüberliegenden Dichtungen der benachbarten Schaufeln begrenzt wird.
Durch die Abmessungsdifferenzen lässt sich das Dichtelement insbesondere deutlich einfacher montieren beziehungsweise demontieren, wie dies bei einem komplementär, das heisst passgenau zu den Ausnehmungen ausgebildeten Dichtelement der Fall wäre.
[0007] Zweckmässig besteht das Dichtelement aus zumindest zwei radial aneinanderliegenden Lagen. Durch eine mehrlagige Ausbildung des Dichtelementes verringert sich dessen Biegewiderstand, wodurch sich das Dichtelement noch besser an die radial äussere Wandung der sich gegenüberliegenden Ausnehmungen anlegen kann und dadurch eine effektive Abdichtung des Spaltes bewirkt. Die mehrlagige Ausbildung ermöglicht dabei einerseits vorab genannte Reduzierung des Biege- beziehungsweise Torsionswiderstandes, ist aber andererseits dick genug, um den hohen Belastungen, beispielsweise auch hervorgerufen durch eine Oxidation, langfristig standzuhalten.
[0008] Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemässen Strömungsmaschine ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0009] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
[0010] Es zeigen dabei, jeweils schematisch,
<tb>Fig. 1<sep>eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemässe Dichtung zwischen zwei benachbarten Schaufeln einer Strömungsmaschine im Nichtbetriebszustand,
<tb>Fig. 2<sep>eine Darstellung wie in Fig. 1, jedoch im Betrieb der Strömungsmaschine,
<tb>Fig. 3a bis 3c<sep>unterschiedliche Ausführungsformen von zum Spalt hin offenen Ausnehmungen in zwei benachbarten Schaufeln,
<tb>Fig. 4<sep>eine Schnittdarstellung im Bereich einer erfindungsgemässen Dichtung,
<tb>Fig. 5a<sep>ein Dichtelement bei einer sich im Nichtbetriebszustand befindlichen Strömungsmaschine,
<tb>Fig. 5b<sep>eine Darstellung wie in 5a, jedoch mit einem Dichtelement im Betriebszustand der Strömungsmaschine,
<tb>Fig. 6<sep>mögliche geometrische Abmessungen eines Dichtelementes beziehungsweise zwei sich gegenüberliegender Ausnehmungen,
<tb>Fig. 7a bis f<sep>unterschiedliche Ausführungsformen von Positionierelemente
[0011] Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinen oder Verdichter, weisen üblicherweise einen Rotor auf, der zumindest eine Schaufelreihe 1 mit mehreren Schaufeln 2, 2 besitzt. Bei der Schaufelreihe 1 kann es sich beispielsweise um eine Laufschaufelreihe eines Rotors oder um eine Leitschaufelreihe eines Stators handeln. Die einzelnen Schaufeln sind dabei einzeln an einem Schaufelträger 3 (vgl. Fig. 4) befestigt, wobei zwischen den zwei benachbarten Schaufeln 2 und 21 (vgl. Fig. 1und 2) einer Schaufelreihe 1 ein mittels eines Dichtelementes 4 gegenüber einem Arbeitsgaseinbruch abgedichteter Spalt 5 angeordnet ist. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Strömungsmaschine erreichen zu können, ist es erforderlich, den Spalt 5 wirkungsvoll abzudichten und dadurch eine die Schaufeln 2, 2 umgehende Bypass-Strömung zu unterbinden.
[0012] Bisher wurden dazu die Spalte sehr eng gehalten, wodurch sich jedoch eine hohe erforderliche Bauteilgenauigkeit ergab, welche nur durch einen hohen und damit teuren Fertigungsaufwand zu realisieren war. Des Weiteren ist bei sehr engen Spalten nicht auszuschliessen, dass die benachbarten Schaufeln 2, 2 miteinander in Kontakt treten und dabei Schaden nehmen können.
[0013] Die erfindungsgemässe Lösung schlägt vor, das Dichtelement 4 flexibel auszubilden und im Wesentlichen quer zum Spalt 5 anzuordnen, wobei das Dichtelement 4 jeweils in sich gegenüberliegende Ausnehmungen 6 und 6 der benachbarten Schaufeln 2 und 2 eingreift. Dabei verläuft eine radial äussere Wandung 7 und/oder eine radial innere Wandung 8 der sich gegenüberliegenden Ausnehmungen 6, 6 schräg zum Spalt 5. Gemäss Fig. 1 sind dabei Ausnehmungen 6 und 6 gezeigt, bei welchen sowohl die radial äussere als auch die radial innere Wandung 7, 6 geneigt zum Spalt 5 verlaufen. Demgegenüber verläuft ein Grund 9, 9 der jeweiligen Ausnehmung 6, 6 im Wesentlichen parallel zum Spalt 5, wobei dies als rein optional anzusehen ist, so dass beispielsweise gemäss der Fig. 3aauch der Grund 9 beziehungsweise 9 der Ausnehmung 6 beziehungsweise 6 geneigt zum Spalt 5 verlaufen können.
[0014] In Fig. 2 ist das Dichtelement 4 im Betrieb der Strömungsmaschine gezeigt, in welchem es durch die Zentrifugalkraft Fz an die radial äussere Seite 7, 7 der jeweiligen Ausnehmung 6, 6 aufgrund der auftretenden Fliehkräfte gepresst wird. Da im Betrieb der Strömungsmaschine auch eine das Dichtelement 4 beaufschlagende Temperatur im Vergleich zum Nichtbetriebszustand der Strömungsmaschine deutlich höher ist, dehnt sich das Dichtelement 4 aus, wobei insbesondere diese thermische Expansion dazu beiträgt, den positiven Dichteffekt des Dichtelementes 4 zu verstärken.
[0015] Um sich, wie in Fig. 2gezeigt, im Betriebszustand der Strömungsmaschine an die äussere Wandung 7, 7 der jeweiligen Ausnehmung 6, 6 anlegen zu können, muss das Dichtelement flexibel ausgebildet sein. Die Flexibilität kann dabei weiter erhöht werden, indem das Dichtelement 4 aus zumindest zwei radial aufeinanderliegenden Lagen 10, 10 aufgebaut ist. Denkbar sind natürlich auch weitere Lagen, wobei jeweils zumindest zwei Lagen 10 und 10 des Dichtelementes 4 an lediglich einer Stelle miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweisst, verklebt, verlötet oder vernietet, sind. Die einzelnen Lagen 10, 10 des Dichtelementes 4 können dabei eine Dicke d von ca. 0,05 bis 1,5 mm aufweisen, während eine Breite b des Dichtelementes 4 ca. 3 bis 25 mm beträgt.
Dabei ist gemäss den Fig. 1 und 2die Breite b des Dichtelementes 4 geringer als ein Abstand zwischen dem Grund 9 der Ausnehmung 6 und dem Grund 9 der gegenüberliegenden Ausnehmung 6. Somit liegt das Dichtelement 4 im Nichtbetriebszustand der Strömungsmaschine an keinem Grund 9, 9 der sich gegenüberliegenden Ausnehmungen 6, 6 an.
[0016] Gemäss den Fig. 3a bis 3c sind unterschiedliche Ausführungsformen der Ausnehmungen 6 und 6 gezeigt, wobei ein Winkel [alpha] stets einen Neigungswinkel der äusseren Wandung 7, T zu einer Spaltachse 11 und ein Winkel [beta] den Neigungswinkel der inneren Wandung 8 zur Spaltachse 11 bezeichnet. Bei der Ausgestaltung der Ausnehmungen 6, 6 gemäss der Fig. 3a sind ein Winkel [alpha] ebenso wie ein Winkel [beta] kleiner als 90[deg.]. Demgegenüber ist der Winkel [alpha] gemäss der Ausführungsform nach Fig. 3b kleiner als 90[deg.] und der Winkel [beta] grösser als 90[deg.]. Daraus ergibt sich ein Querschnittprofil der sich gegenüberliegenden Ausnehmungen 6, 6 wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist.
Bei der Darstellung gemäss der Fig. 3cbeträgt der Winkel [alpha] 90[deg.], so dass die radial äussere Wandung 7 orthogonal zur Spaltachse 11 verläuft, während der Winkel [beta] grösser als 90[deg.] ist, so dass die innere Wandung 8, 8 der jeweiligen Ausnehmung 6, 6 geneigt zur Spaltachse 11 verläuft. Im Unterschied zu den Fig. 3bund cverläuft ein Grund 9, 9 der jeweiligen Ausnehmung 6, 6 gemäss der Fig. 3aschräg zur Spaltachse 11.
[0017] Gemäss Fig. 4 ist ein Axialschnitt durch die Schaufelreihe 1 im Bereich des Dichtelementes 4 gezeigt, wobei deutlich zu erkennen ist, dass die Ausnehmungen 6, 6 und damit auch das sich in den Ausnehmungen 6, 6 befindliche Dichtelemente 4 zumindest an einem Längsende 12 in radialer Richtung nach innen verlaufen. Dabei ist das Dichtelement 4 an seinem, dem Längsende 12 abgewandten Längsende 12 der Ausnehmungen 6, 6 fest mit zumindest einer der benachbarten Schaufeln 2, 2 verbunden. Typische Befestigungsmöglichkeiten werden dabei in den Fig. 7a bis 7fdargestellt. Durch die erfindungsgemässe Befestigung kann eine im Betriebszustand der Strömungsmaschine vorteilhafte Anlageposition des Dichtelementes 4 an die radial äusseren Seiten 7, 7 der zugehörigen Ausnehmungen 6, 6 erzielt werden.
[0018] In Fig. 5a ist ein Längsschnitt durch eine Ausnehmung 6 gezeigt, wobei sich die Strömungsmaschine im Nichtbetriebszustand befindet, so dass keine Zentrifugalkraft auf das Dichtelement 4 wirkt. Das Dichtelement 4 ist an seinem Längsende 12 fest mit zumindest einer der benachbarten Schaufeln 2, 2 verbunden und erstreckt sich im weiteren Verlauf über seine Länge L entlang der Ausnehmung 6. Dabei liegt das Dichtelement 4 in einem mittleren Bereich an der radial inneren Seite 8 der Ausnehmung 6 an. Demgegenüber zeigt die Fig. 5bdie Lage des erfindungsgemässen Dichtelementes 4 im Betriebszustand der Strömungsmaschine, in welchem das Dichtelement 4 aufgrund der hohen Zentrifugalkräfte Fzan die radial äussere Seite 7 der Ausnehmung 6 gepresst wird. Das Dichtelement 4 liegt somit vorzugsweise an keiner Stelle mehr an der radial inneren Wandung 8 der Ausnehmung 6 an.
Aufgrund der im Betriebszustand der Strömungsmaschine auftretenden hohen Temperaturen kann sich das Dichtelement 4 auch bezüglich seiner Aussenabmessungen verändern, insbesondere ausdehnen, was die Dichtwirkung zusätzlich unterstützt.
[0019] Gemäss der Fig. 6 sind mögliche geometrische Abmessungen für eine Ausnehmung 6 beziehungsweise ein darin anordenbares Dichtelement 4 dargestellt. Dabei kann eine Länge L1 bis zu 250 mm betragen, während ein Krümmungsradius R1 und ein Krümmungsradius R2 grösser gleich 10 mm sein sollte. Die Länge L2 beträgt dabei maximal ca. 150 mm. Die Winkel [chi] können sich in einem Bereich von ca. 30 bis 150[deg.] bewegen, während sich der Winkel [delta] von ca. -15[deg.] bis + 85[deg.] bewegt.
[0020] Um das Dichtelement 4 zuverlässig in der Ausnehmung 6 beziehungsweise 6 halten zu können und gleichzeitig einen Ausziehwiderstand erhöhen zu können, kann zumindest die radial innerste Lage 10 des Dichtelementes 4 an ihrem der Befestigung dienenden Längsende 12 gekrümmt ausgebildet sein und/oder ein Befestigungselement 13 aufweisen. Ein gekrümmtes Längsende 12 ist beispielsweise in den Fig. 7bund cgezeigt, während ein erfindungsgemässes Befestigungselement 13 in den Fig. 7dund e dargestellt ist. Um darüber hinaus einen Ausziehwiderstand des Dichtelementes 4 aus den Ausnehmungen 6, 6 erhöhen zu können, kann das Dichtelement 4 entlang seiner Längserstreckung L zumindest ein Positionierelement 14, wie es beispielsweise in Fig. 7a und f gezeigt ist, aufweisen.
Dabei ist das Positionierelement 14 gemäss der Fig. 7a als Welle ausgebildet, während das Positionierelement 14 gemäss der Fig. 7fals seitlich abgeklappter Flügel ausgebildet ist. Insbesondere ein im Bereich des Längsendes 12 angeordnetes Positionierelement 14 und/oder Befestigungselement 13 bewirkt dabei eine vordefinierte Lage des Dichtelementes 4 in den Ausnehmungen 6, 6, wobei das Dichtelement 4 vorzugsweise gegen die radial äussere Wandung 7, 7 der jeweilig zugehörigen Ausnehmungen 6, 6 gedrückt wird.
[0021] Die gemäss den Fig. 7bund c gezeigten gekrümmten Längsenden 12 können dabei, ebenso wie die Befestigungselemente 13 und/oder die Positionierelemente 14 auch eine andere Form aufweisen, solange sie den gestellten Positionier-/Befestigungseffekt bewirken.
Bezugszeichenliste
[0022]
<tb>1<sep>Schaufelreihe
<tb>2<sep>Schaufel
<tb>3<sep>Schaufelträger
<tb>4<sep>Dichtelement
<tb>5<sep>Spalt
<tb>6<sep>Ausnehmung
<tb>7<sep>radial äussere Seite
<tb>8<sep>radial innere Seite
<tb>9<sep>Grund der Ausnehmung
<tb>10<sep>Lage
<tb>11<sep>Spaltachse
<tb>12<sep>Längsende
<tb>13<sep>Befestigungselement
<tb>14<sep>Positionierelement
<tb>[alpha]<sep>Neigungswinkel der radial äusseren Wandung 7 zur Spaltachse 11
<tb>[beta]<sep>Neigungswinkel der radial inneren Wandung 8 zur Spaltachse 11
<tb>[chi], [delta]<sep>Krümmungswinkel
<tb>b<sep>Breite des Dichtelementes 4
<tb>d<sep>Dicke der Lage 10
<tb>Fz<sep>Zentrifugalkraft
<tb>L<sep>Längenabmessung des Dichtelementes 4
<tb>R<sep>Krümmungsradius des Dichtelementes 4
Technical area
The invention relates to a turbomachine, in particular a gas turbine, with a rotor and a stator.
State of the art
Especially when operated with hot gas flow machines, such as in gas turbines, but also in working with gas-powered turbomachinery, such as a compressor, the efficiency of the turbomachine is mainly responsible for an economic operation of the turbomachine. In particular, so-called bypass flows, which bypass, for example, the blades in a turbine or the compressor blades in a compressor, reduce the efficiency. In order to keep such a bypass flow as low as possible, that is to be able to supply the flow of the turbomachine as unrestricted as possible to the blades, the flow channel in which the blades are arranged, must be formed as tight as possible, so that no or at least only a greatly reduced Bypass flow is possible.
In particular, in the case of rotor blades of gas turbines, there is the risk that the gas flow passes through a gap arranged between two adjacent blades and thereby flows more or less through the blade carrier and not over the blade. Usually, therefore, such gaps between two adjacent blades are so narrow or narrow that due to the small geometric dimensions, a working gas burglary can be kept small. However, such narrow gaps require a high component accuracy of the individual blades, which can be achieved only by a complex and expensive production. In addition, unwanted couplings between individual blades can be made, which reduces the longevity of the individual blades.
If a sealing element is additionally arranged in the narrow gaps, this may have a negative effect on the service life of the blades due to its rigidity. At the same time a removal or installation of the blades or the sealing elements at the required high accuracy is expensive and expensive.
Presentation of the invention
This is where the invention begins. The invention, as characterized in the claims, deals with the problem of providing a turbomachine an improved or at least another embodiment in which a bypass flow affecting the efficiency can be structurally easily minimized without the life of the blades affect.
This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
The invention is based on the general idea to arrange a arranged between two adjacent blades gap with a substantially transverse to the gap and flexible sealing element, which engages in each case in opposite recesses of the adjacent blades and due to its flexible configuration in the situation to apply sealingly to a wall running obliquely to the gap of the opposing recesses during operation of the turbomachine. The turbomachine, which may be designed, for example, as a gas turbine or as a compressor, therefore has at least one rotor with vanes arranged adjacent to one another, wherein said gap is arranged between two adjacent vanes.
Due to the inventive cross-sectional profile of the two opposing recesses, the flexible seal due to the prevailing centrifugal forces during operation of the turbomachine and due to the thermal expansion close to create a radially outer wall of the recesses and thereby effectively prevent the onset of working gas. The inventive seal thus the disadvantages of the previous seals described above, such as a high and expensive component accuracy can be avoided. Due to the now at least slightly larger column there is no longer the risk of undesired contact between two adjacent blades, which could lead to damage to the blades.
In addition, an assembly or disassembly of the individual blades is easier and thus more cost-effective, since they can be installed due to the larger gap widths with a reduced mounting accuracy. Due to the flexible design of the sealing element, this can also cause no more damage in the recesses of the adjacent blades, whereby overall the life of the blades and the sealing elements can be increased.
Suitably, the sealing element is in the non-operating state of the turbomachine at one or no reason of the opposite recesses. In other words, this means that the sealing element in the non-operating state of the turbomachine, that is preferably in the cold state, has significantly smaller external dimensions than the inner dimensions of the two opposing recesses. These dimensional differences ensure a certain mobility of the sealing element with a stationary turbomachine in the sealing chamber, which is essentially limited by the two opposing seals of the adjacent blades.
Due to the dimensional differences, the sealing element can in particular significantly easier to assemble or disassemble, as would be the case with a complementary, that is precisely fitting to the recesses formed sealing element.
Conveniently, the sealing element consists of at least two radially adjacent layers. By a multi-layered design of the sealing element whose bending resistance is reduced, whereby the sealing element can create even better on the radially outer wall of the opposing recesses and thereby causes an effective sealing of the gap. On the one hand, the multi-layer design makes it possible on the one hand to reduce the bending or torsion resistance in advance, but on the other hand it is thick enough to withstand the high loads, for example also caused by oxidation, in the long term.
Further important features and advantages of the inventive turbomachine will become apparent from dependent claims from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.
Brief description of the drawings
Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Show, in each case schematically,
<Tb> FIG. 1 <sep> is a sectional view through an inventive seal between two adjacent blades of a turbomachine in the non-operating state,
<Tb> FIG. 2 <sep> is a representation as in FIG. 1, but during operation of the turbomachine,
<Tb> FIG. 3a to 3c <sep> different embodiments of gap-open recesses in two adjacent blades,
<Tb> FIG. 4 <sep> is a sectional view in the region of a seal according to the invention,
<Tb> FIG. 5a <sep> a sealing element in a turbomachine in non-operating state,
<Tb> FIG. 5b <sep> is a representation as in FIG. 5a, but with a sealing element in the operating state of the turbomachine, FIG.
<Tb> FIG. 6 <sep> possible geometric dimensions of a sealing element or two opposing recesses,
<Tb> FIG. 7a to f <sep> different embodiments of positioning elements
Turbomachines, in particular gas turbines or compressors, usually have a rotor having at least one blade row 1 with a plurality of blades 2, 2. The blade row 1 may be, for example, a blade row of a rotor or a stator blade row of a stator. The individual blades are fastened individually to a blade carrier 3 (see Fig. 4), wherein between the two adjacent blades 2 and 21 (see Fig. 1 and 2) of a row of blades 1 a sealed by a sealing element 4 against a working gas burglary gap is arranged. In order to achieve the highest possible efficiency of the turbomachine, it is necessary to effectively seal the gap 5 and thereby prevent the blades 2, 2 immediate bypass flow.
So far, the column were kept very tight, which, however, resulted in a high required component accuracy, which could only be realized by a high and therefore expensive manufacturing costs. Furthermore, in the case of very narrow gaps, it can not be ruled out that the adjacent blades 2, 2 may come into contact with each other and thereby be damaged.
The inventive solution proposes to form the sealing element 4 flexible and to arrange substantially transversely to the gap 5, wherein the sealing element 4 engages in each case in opposite recesses 6 and 6 of the adjacent blades 2 and 2. In this case, a radially outer wall 7 and / or a radially inner wall 8 of the opposing recesses 6, 6 extends obliquely to the gap 5. According to FIG. 1, recesses 6 and 6 are shown in which both the radially outer and the radially inner Wall 7, 6 inclined to the gap 5 run. In contrast, a base 9, 9 of the respective recess 6, 6 extends substantially parallel to the gap 5, which is to be regarded as purely optional, so that, for example, according to the Fig. 3a also the bottom 9 or 9 of the recess 6 and 6 inclined to the gap. 5 can run.
In Fig. 2, the sealing element 4 is shown in operation of the turbomachine, in which it is pressed by the centrifugal force Fz to the radially outer side 7, 7 of the respective recess 6, 6 due to the centrifugal forces occurring. Since, during operation of the fluid-flow machine, a temperature acting on the sealing element 4 is markedly higher in comparison with the non-operating state of the turbomachine, the sealing element 4 expands, with this thermal expansion in particular contributing to reinforcing the positive sealing effect of the sealing element 4.
To be able to create, as shown in Fig. 2, in the operating state of the turbomachine to the outer wall 7, 7 of the respective recess 6, 6, the sealing element must be flexible. The flexibility can be further increased by the sealing element 4 is composed of at least two radially superimposed layers 10, 10. Of course, other layers are also conceivable, wherein in each case at least two layers 10 and 10 of the sealing element 4 connected to one another at only one point, in particular welded together, glued, soldered or riveted, are. The individual layers 10, 10 of the sealing element 4 may have a thickness d of about 0.05 to 1.5 mm, while a width b of the sealing element 4 is about 3 to 25 mm.
In this case, according to FIGS. 1 and 2, the width b of the sealing element 4 is less than a distance between the bottom 9 of the recess 6 and the bottom 9 of the opposite recess 6. Thus, the sealing element 4 in non-operating state of the turbomachine at no reason 9, 9 opposite recesses 6, 6 at.
According to Figs. 3a to 3c different embodiments of the recesses 6 and 6 are shown, wherein an angle [alpha] always an inclination angle of the outer wall 7, T to a gap axis 11 and an angle [beta] the inclination angle of the inner wall 8 to the gap axis 11. In the embodiment of the recesses 6, 6 according to FIG. 3a, an angle [alpha] as well as an angle [beta] are smaller than 90 [deg.]. In contrast, the angle [alpha] according to the embodiment according to FIG. 3b is smaller than 90 [deg.] And the angle [beta] is greater than 90 [deg.]. This results in a cross-sectional profile of the opposing recesses 6, 6 as shown in Figs. 1 and 2 is shown.
In the illustration according to FIG. 3c, the angle [alpha] is 90 °, so that the radially outer wall 7 is orthogonal to the gap axis 11, while the angle [beta] is greater than 90 °, so that the angle .alpha inner wall 8, 8 of the respective recess 6, 6 inclined to the gap axis 11 extends. In contrast to FIGS. 3 b and c, a base 9, 9 of the respective recess 6, 6 according to FIG. 3 runs as a slit axis 11.
4, an axial section through the blade row 1 in the region of the sealing element 4 is shown, wherein it can be clearly seen that the recesses 6, 6 and thus also located in the recesses 6, 6 sealing elements 4 at least at one Longitudinal end 12 extend in the radial direction inwards. In this case, the sealing element 4 at its longitudinal end 12 facing away from the longitudinal end 12 of the recesses 6, 6 fixedly connected to at least one of the adjacent blades 2, 2. Typical attachment possibilities are shown in FIGS. 7a to 7f. As a result of the attachment according to the invention, an abutment position of the sealing element 4 which is advantageous in the operating state of the turbomachine can be achieved at the radially outer sides 7, 7 of the associated recesses 6, 6.
In Fig. 5a, a longitudinal section through a recess 6 is shown, wherein the turbomachine is in the non-operating state, so that no centrifugal force acts on the sealing element 4. The sealing element 4 is connected at its longitudinal end 12 fixed to at least one of the adjacent blades 2, 2 and extending in the course over its length L along the recess 6. In this case, the sealing element 4 is in a central region on the radially inner side 8 of Recess 6 at. In contrast, Fig. 5b shows the position of the inventive sealing element 4 in the operating state of the turbomachine, in which the sealing element 4 is pressed due to the high centrifugal forces Fzan the radially outer side 7 of the recess 6. The sealing element 4 is therefore preferably at no point on the radially inner wall 8 of the recess 6 at.
Due to the high temperatures occurring in the operating state of the turbomachine, the sealing element 4 can also change with respect to its outer dimensions, in particular expand, which additionally supports the sealing effect.
According to FIG. 6, possible geometric dimensions for a recess 6 or a sealing element 4 which can be arranged therein are shown. In this case, a length L1 can be up to 250 mm, while a radius of curvature R1 and a radius of curvature R2 should be greater than or equal to 10 mm. The length L2 is a maximum of about 150 mm. The angles [chi] can move within a range of approximately 30 to 150 [deg.], While the angle [delta] moves from approximately -15 [deg.] To + 85 [deg.].
To be able to reliably hold the sealing element 4 in the recess 6 and 6 and at the same time be able to increase a pull-out resistance, at least the radially innermost layer 10 of the sealing element 4 may be formed curved at its attachment to the longitudinal end 12 and / or a fastener 13 have. A curved longitudinal end 12 is shown for example in Figures 7b and c, while a fastener 13 according to the invention is shown in Figures 7d and e. Moreover, in order to be able to increase a pull-out resistance of the sealing element 4 from the recesses 6, 6, the sealing element 4 can have at least one positioning element 14 along its longitudinal extent L, as shown for example in FIGS. 7a and 7f.
In this case, the positioning element 14 according to FIG. 7a is formed as a shaft, while the positioning element 14 is formed according to FIG. 7fals laterally folded-down wings. In particular, arranged in the region of the longitudinal end 12 positioning member 14 and / or fastener 13 causes a predefined position of the sealing element 4 in the recesses 6, 6, wherein the sealing element 4 preferably against the radially outer wall 7, 7 of the respective associated recesses 6, 6 is pressed.
The curved longitudinal ends 12 shown in FIGS. 7b and c can, as well as the fastening elements 13 and / or the positioning elements 14, also have a different shape, as long as they bring about the positioning / fastening effect provided.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0022]
<Tb> 1 <sep> blade row
<Tb> 2 <sep> shovel
<Tb> 3 <sep> blade carrier
<Tb> 4 <sep> sealing element
<Tb> 5 <sep> gap
<Tb> 6 <sep> recess
<tb> 7 <sep> radially outer side
<tb> 8 <sep> radially inner side
<tb> 9 <sep> Reason for the recess
<Tb> 10 <sep> Location
<Tb> 11 <sep> gap axis
<Tb> 12 <sep> longitudinal end
<Tb> 13 <sep> fastener
<Tb> 14 <sep> positioning
<tb> [alpha] <sep> inclination angle of the radially outer wall 7 to the gap axis 11th
<tb> [beta] <sep> Inclination angle of the radially inner wall 8 to the gap axis 11th
<tb> [chi], [delta] <sep> Curvature angle
<tb> b <sep> Width of the sealing element 4
<tb> d <sep> thickness of the layer 10
<Tb> Fz <sep> centrifugal
<tb> L <sep> Length dimension of the sealing element 4
<tb> R <sep> radius of curvature of the sealing element 4