DE10108559A1 - Adaptive Spitzendichtung für eine axial durchströmte Turbomaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dichten von Spalts zwischen den eine Relativbewegung ausführenden Teilen einer axial durchströmten Turbomaschine, insbesondere zwischen den Laufschaufeln und der äußeren strömungsbegrenzenden Wand einer Turbine oder eines Verdichters. DOLLAR A Die Aufgabe, durch eine adaptive Spaltsteuerung das Betriebsspiel zwischen diesen Teilen weiter zu reduzieren, wird erfindungsgemäß gelöst durch einen die umlaufenden Teile berührungsfrei umschließenden rotationssymmetrischen Dichtungskörper (2) mit einer radial äußeren, am Gehäuse anliegenden Mantelfläche (6) und einer radial inneren, den Spalt zu den umlaufenden Teilen (4) begrenzenden Mantelfläche (7), wobei die radial innere Mantelfläche (7) sich proportional der thermischen Beanspruchung, der der Dichtungskörper (2) insbesondere im Bereich dieser Mantelfläche (7) unterliegt, aufweitet bzw. verengt. DOLLAR A Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Dichtungskörper (2) wenigstens annähernd die Querschnittsform eines Langrunds, dessen Langkanten die äußere und innere Mantelfläche (6) und (7) bilden. DOLLAR A Nach einer zweckmäßigen Ergänzung, insbesondere geeignet für Strömungskanäle mit stark ausgeprägter Konizität, ist der Dichtungskörper (2) an einem axial verstellbaren Einsatzring (11) befestigt, der, eine Gleitbewegung koaxial zur Rotationsachse (25) zulassend, in eine Ausnehmung (12) der Gehäusewandung (18) eingepasst ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dichtung des Spalts zwischen den eine Relativbewegung ausführenden Teilen einer axial durchströmten Turbomaschine, insbesondere zwischen den Laufschaufeln und der äusseren strömungsbegren­ zenden Wand einer Turbine oder eines Verdichters, wobei ein an der strömungs­ begrenzenden Wand anliegender ringförmiger Dichtungskörper mit den umlau­ fenden Teilen der Turbomaschine einen Ringspalt bildet.

STAND DER TECHNIK

Zum berührungslosen Aneinandergleiten der stationären und rotierenden Teile von Turbomaschinen ist zwischen ihnen ein Spalt freigelassen, dessen Dimensio­ nierung allen Betriebszuständen Rechnung tragen muss, um sowohl während des stationären Betriebs als auch während instationärer Betriebsphasen, wie dem An- und Abfahren, stets ausreichend Spiel zwischen den eine Relativbewegung aus­ führenden Teilen zu gewährleisten. In bekannten Turbinen weisen daher diese Teile ein solches Betriebsspiel auf, das das Fliehkraft- und Wärmedehnungsverhalten, die Lagerspiele, die Formbeständigkeit und Fertigungstoleranzen berück­ sichtigt. Darüber hinaus weisen die Turbinenteile einen zusätzlichen Sicherheits­ abstand auf, um das Risiko des Anstreifens zuverlässig auszuschliessen. Da der Minimierung der Spalte somit konstruktive und betriebliche Grenzen gesetzt sind, werden sich die durch das Druckgefälle im Strömungskanal verursachten Spalt­ verluste einstellen.

Um die Spaltverluste dennoch möglichst gering zu halten, ist es alternativ be­ kannt, die Spiele sehr gering auszulegen und ein Anstreifen während bestimmter transienter Betriebsphasen bewusst in Kauf zu nehmen. Dabei ist einer der betei­ ligten Reibpartner mit einer Kontaktfläche aus abreibbarem Material ausgestattet. Im Falle eines Anstreifens kommt es zu einem örtlichen Abschleifen der Ver­ schleissschicht, das dann allerdings unter den wichtigen stationären Nennbe­ triebsbedingungen wiederum grosse Spalte zur Folge haben kann.

Insbesondere in den Niederdruckteilen von Kondensationsdampfturbinen mit Strömungskanälen von stark ausgeprägter Konizität bedingen die erheblichen axialen Differenzdehnungen zwischen Rotor und Gehäuse teilweise grosse Be­ triebsspiele. Als Gegenmassnahmen sind das Nachschieben des Gehäuses sowie die lokale Verringerung der Gehäusekonizität bekannt. Beide Massnahmen sind jedoch mit erheblichen Nachteilen verbunden. So erfordert das Nachschieben des Gehäuses einen erheblichen konstruktiven Aufwand, während die lokale Verringe­ rung der Gehäusekonizität zusätzliche strömungsmechanische Verluste zur Folge hat.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

In Weiterentwicklung des genannten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Dichten des Spalts zwischen den eine Relativbewegung ausführenden Teilen einer axial durchströmten Turbomaschine bereitzustellen, die es erlaubt, durch eine adaptive Spaltsteuerung das Betriebs­ spiel zwischen besagten Teilen weiter zu reduzieren.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäss der in dem unabhängigen Anspruch 1 genannten Art gelöst, wobei diese Vorrichtung in be­ sonders vorteilhafter Weise mit einer Vorrichtung gemäss der in Anspruch 14 ge­ nannten Art kombiniert werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Vorrichtungen geben die abhängigen An­ sprüche wieder.

Das Wesen der Erfindung besteht in der Anordnung eines die umlaufenden Teile berührungsfrei umschliessenden rotationssymmetrischen Dichtungskörpers mit einer radial äusseren, am Gehäuse anliegenden Mantelfläche und einer radial inneren, den Spalt zu den umlaufenden Teilen begrenzenden Mantelfläche, wobei die radial innere Mantelfläche sich proportional der thermischen Beanspruchung, der der Dichtungskörper insbesondere im Bereich dieser Mantelfläche unterliegt, aufweitet bzw. verengt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Dichtungskör­ per wenigstens annähernd die Querschnittsform eines Langrunds, dessen Lang­ kanten die äussere und innere Mantelfläche bilden.

In zweckmässiger Ausgestaltung sind die Mantelflächen mit einer der umgeben­ den Gehäusekontur entsprechenden Neigung ausgestattet.

Die Fixierung am Gehäuse kann in an sich bekannter Weise, vorzugsweise form- oder kraftschlüssig, erfolgen.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante liegt der Dichtungskörper formschlüssig in einer analog geformten Gehäuseausnehmung ein, wobei kom­ plementäre Ausformungen des Aussenmantels und des korrespondierenden Be­ reichs der Gehäusewandung dem Dichtungskörper einen ausreichenden Halt verleihen.

Der Dichtungskörper ist entweder einteilig als vollständig geschlossener Ring aus­ gebildet oder aus einer Mehrzahl sich zu einem Ring ergänzender Ringsegmente zusammengesetzt. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei ein aus vier Segmen­ ten zusammengesetzter Dichtungskörper erwiesen.

Nach einer zweckmässigen Ergänzung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, in Gehäuseabschnitten mit aus aerodynamischen Gründen stark ausgeprägter Konizität und grossen axialen Differenzdehnungen, wie sie insbesondere in Nie­ derdruckturbinen anzutreffen sind, den ringförmigen Dichtungskörper axial ver­ stellbar am Gehäuse anzuordnen.

Zu diesem Zweck ist der Dichtungskörper an einem axial verstellbaren Einsatzring befestigt, der, eine Gleitbewegung koaxial zur Turbinenlängsachse zulassend, in eine Ausnehmung der Gehäusewandung eingepasst ist.

Dergestalt ausgebildete Spaltdichtungen erlauben eine weitere Reduzierung der Betriebsspiele zwischen stationären und rotierenden Bauteilen in Turbomaschinen und in deren Konsequenz eine Senkung der Spaltverluste. Das bei herkömmli­ chen Lösungen zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs in Kauf genommene relativ grosse Spiel kann bei den Dichtungen gemäss der Erfindung aufgrund ihrer Eigenschaft, entsprechend der thermischen Belastung ihrer exponierten Teile ih­ ren Innendurchmesser zu verändern, deutlich vermindert werden. In Abhängigkeit von der thermischen Beanspruchung erfährt der Dichtungskörper eine Deformati­ on. Bei Erwärmung dehnt er sich dreidimensional aus. Infolge der Verlängerung in Umfangsrichtung findet eine Aufweitung im Bereich der inneren Mantelfläche statt. Der den umlaufenden Teilen zur Verfügung stehende freie Querschnitts nimmt zu. Im umgekehrten Falle verengt sich der freie Querschnitt bei Abkühlung. Während bei herkömmlichen Spitzendichtungen das Anstreifen während des Be­ triebs zu erheblichen Beeinträchtigungen der beteiligten Oberflächen führt, erwei­ tert der erfindungsgemässe Dichtkörper im Falle eines Anstreifens seinen Innen­ durchmesser und dehnt thermisch getrieben weg. Irreversible Deformationen der Dichtungskörper oder Beschädigungen an den rotierenden Oberflächen treten nicht ein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung seien nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Es werden nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Gleiche oder einander entsprechende Elemente figu­ rieren unter demselben Bezugszeichen. Hierbei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt einer grundlegenden Ausführungsform der erfindungs­ gemässen Vorrichtung zum Dichten

Fig. 2 einen Längsschnitt einer alternativen Ausführungsform für Strömungska­ näle mit stark ausgeprägter Konizität und grossen axialen Differenzdeh­ nungen

Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau eines Ringsegments des erfindungsgemässen Dichtungskörpers

Fig. 4 Ringsegment eines Dichtungskörpers in einer bevorzugten Ausführungs­ form

Fig. 4a, 4b Varianten einer formschlüssigen Fixierung des Dichtungskörpers am Statorgehäuse

Fig. 5 Draufsicht auf einen axial verstellbaren Einsatzring gemäss alternativer Ausführungsform

Fig. 6 Details zur Ausführungsform gemäss Fig. 2

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 stellt in prinzipieller Weise das Wesen der Erfindung in einer ersten Ausfüh­ rungsform am Beispiel einer Turbinenstufe mit gering ausgebildeter Gehäusekoni­ zität und geringen bis mittleren axialen Differenzdehnungen dar. Wiedergegeben ist lediglich ein Ausschnitt eines Strömungskanals (1) mit einer Laufschaufel (4) und deren Zusammenwirken mit dem erfindungsgemässen Dichtungskörper (2). Die hier dargestellte Ausführungsform ist analog auch für nicht konische Strö­ mungskanäle mit grossen Differenzdehnungen geeignet.

Die umlaufenden Laufschaufeln (4) bilden zum Statorgehäuse (3) einen Radial­ spalt (5). In Weiterentwicklung des genannten Standes der Technik besteht die Dichtung aus einem die umlaufenden Laufschaufeln (4) beabstandet umschliessenden rotationssymmetrischen Hohlkörper mit der Querschnittsform eines Langrunds. Im Detail zeigt Fig. 3 in perspektivischer Darstellung die wesentlichen Merkmale eines solchen Dichtungskörpers (2). Die radial äussere Mantelfläche (6) des Langrunds liegt am Gehäuse (3) an, während die radial innere Mantelfläche (7) den Spalt (5) zu den umlaufenden Schaufelspitzen (4a) begrenzt. Die konvex gekrümmten Seitenflächen (8) und (9) des Dichtungskörpers (2) können strö­ mungsgünstig ausgeformt sein, wie in Fig. 2 angedeutet, um die Bildung wirkungs­ gradvermindernder Kavitäten ein- und austrittsseitig der Dichtung einzuschränken und eine negative Beeinflussung der Hauptströmung zu vermeiden. Aus in erster Linie montagetechnisch bedingten Gründen ist der ringförmige Dichtungskörper (2) nicht einteilig ausgebildet, sondern aus wenigstens zwei Ringsegmenten (22) zusammengesetzt, die mit ihren Innenflächen (7) eine durch­ gehende Dichtfläche bilden. Um eine gleichförmige Aufweitung des Dichtungskör­ pers (2) zu gewährleisten, sind benachbarte Ringsegmente (22) an ihren Stoss­ kanten (23) in einer geeigneten Weise miteinander verbunden und radial geführt.

Der Aussenmantel (6) bietet vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten für eine form­ schlüssige Verbindung mit dem Gehäuse (3), zu welchem Zweck die äussere Mantelfläche (6) mit Ausformungen ausgerüstet ist, die mit komplementären Aus­ formungen der Gehäusewandung (18) kommunizieren. In perspektivischer Dar­ stellung zeigt Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform des Dichtungskörpers (2), in der zum Zwecke der Fixierung am Gehäuse (3) auf eine durchgehend ausgebil­ dete äussere Mantelfläche (6) verzichtet wird. Varianten einer formschlüssigen Fixierung eines derart ausgebildeten Dichtungskörpers (2) sind in den Fig. 4a und 4b schematisch wiedergegeben. Die Gehäusewandung (18) ist mit einer ringförmigen Ausnehmung (24) ausgestattet, welche eine der langrunden Kontur des Dichtungskörpers (2) analoge Querschnittsform besitzt. Dabei ist zu beach­ ten, dass im Bereich der gekrümmten Verbindungskanten (8) und (9) zwischen Gehäusewandung (3) und Dichtungskörper (2) ein ausreichendes Spiel zur Auf­ nahme der Wärmebewegungen verbleibt. Durch Eingriff der Schnittkanten (26) und (27) der radial äusseren Mantelfläche (6) in Hinterschneidungen eines in die Ausnehmung (24) ragenden Gehäusevorsprungs (28) wird der Dichtungskörper (2) am Gehäuse (3) fixiert (Fig. 4a).

Nach einem alternativen in Fig. 4b dargestellten Lösungsvorschlag ist über die Schnittkanten (26) und (27) am Aussenmantel (6) des Ringsegments (22) eine Anzahl von wenigstens zwei Haltefüssen (29) eingeschoben und in gleichmässi­ ger Umfangsverteilung durch beispielsweise Hartlötung mit dem Dichtungskörper (2) starr verbunden. Die Kontaktfläche des Gehäuses (3) zum Aussenmantel (6) der Ringsegmente (22) weist eine der Kontur der Haltefüsse (29) komplementäre Ausnehmung (30) zur Aufnahme der Haltefüsse (29) auf.

Diese beispielhaft vorgestellten Ausführungsvarianten einer fromschlüssigen Fi­ xierung erlauben es, die Verbindung des Dichtungskörpers (2) mit dem Gehäuse (3) durch einfaches Einschieben der Ringsegmente (22) in die korrespondieren­ den Gehäuseausformungen (24) bzw. (24) und (30) herzustellen. Über die Ge­ häusetrennebene können dabei die vorzugsweise zwei bis vier den Dichtungskör­ per (2) bildenden Ringsegmente (22) leicht eingeschoben bzw. aus ihr herausge­ zogen werden.

Diese Massnahme erbringt eine Reihe von Vorteilen, insbesondere im Hinblick auf eine erhebliche Vereinfachung von Montage, Wartung und Austausch der Dich­ tungskörper (2).

Aus aerodynamischen Erfordernissen heraus folgt der Dichtungskörper (2) zumin­ dest im Bereich seiner inneren Mantelfläche (7) der Kontur (10) des Strömungs­ kanals (1). Den Darstellungen der Fig. 3 und 4 sind konisch strukturierte Dichtungskörper (2) zum Einsatz in sich konisch erweiternden Strömungskanälen (1) zu entnehmen. Der Einsatz in zylindrischen Bereichen eines Strömungskanals (1) erfordert selbstverständlich Dichtungskörper (2) mit zylindrisch verlaufenden Mantelflächen (7).

Beim Anfahren der Maschine steigt zunächst die Umfangsgeschwindigkeit. Infolge der Fliehkräfte steigt der von den Laufschaufeln (4) beanspruchte Querschnitt. Der Abstand der Schaufelspitzen (4a) zum Gehäuse (3) nimmt ab. In der folgen­ ringe thermische Trägheit des Dichtungskörpers (2) besonders vorteilhaft aus. Die dem heissen Durchflussmedium ausgesetzten Bereiche des Dichtungskörpers (2) werden erwärmt und dehnen sich rasch und vor allen anderen Bauteilen entspre­ chend ihrer Erwärmung aus. Damit gelingt es, die in der Anfahrphase dominieren­ de Wirkung der Fliehkräfte auf die Spaltbreite weitgehend zu kompensieren. Im Ergebnis läuft eine gleichgerichtete Umfangserweiterung der umlaufenden Schaufelspitzen (4a) und der zugewandten Mantelfläche (7) des Dichtungskörpers (2) ab. Dieser gleichwirkende Bewegungsablauf sichert in der Konsequenz einen annähernd gleichbleibenden, zumindest aber einen einer geringeren Schwan­ kungsbreite unterworfenen Abstand zwischen den eine Relativbewegung zuein­ ander ausführenden Teilen der Turbomaschine auch in instationären Betriebs­ phasen, wie den An- und Abfahrprozessen. Und eben diese geringere Schwan­ kungsbreite erlaubt es, den Spalt (5) von vornherein geringer auszulegen als dies die Lösungen des Standes der Technik erlauben. Sollte es dennoch zu einem An­ streifen der umlaufenden Schaufelspitzen (4a) an den Dichtungskörper (2) kom­ men, führt der reibungsbedingte Wärmeeintrag zu einer zumindest lokalen Er­ wärmung des Dichtungskörpers (2) im Bereich der Kontaktfläche, die zu einer thermisch bedingten Ausdehnung und damit Durchmessererweiterung führt. Auf­ grund der erheblichen Wärmeströme beim Anstreifen und ihrer geringen thermi­ schen Trägheit dehnt die Kontaktfläche innerhalb Sekundenbruchteilen thermisch getrieben weg. Dieses Verhalten erlaubt eine weitgehende Reduktion des sonst erforderlichen Sicherheitsabstandes.

Die für die Auslegung des Dichtungskörpers (2) in den verschiedenen Betriebs­ phasen relevanten thermischen Parameter sind insbesondere die lokale, zeitab­ hängige Strömungstemperatur der Maschine sowie die im Falle des Anstreifens eines umlaufenden Bauteils (4) erzeugte Reibungswärme. Neben dem gewählten Material beeinflusst die Wandstärke des Dichtungskörpers (2) die Geschwindigkeit der thermisch bewirkten Ausdehnung.

Die Niederdruckstufen von Dampfturbinen sind in ihrer strömungsmechanischen Bestform gekennzeichnet durch Strömungskanäle (1) mit stark ausgeprägter Ko­ nizität und mitunter erhebliche axiale Differenzdehnungen zwischen Stator und Rotor, die nach den Lösungen des Standes der Technik zum Teil erhebliche Spiele erforderlich machen. Nach einer zweckmässigen Ergänzung der Erfindung - wie sie insbesondere den schematischen Darstellungen in Fig. 2, 5 und 6 zu entnehmen ist, ist in diesen Fällen der ringförmige Dichtungskörper (2) nicht un­ mittelbar mit dem Statorgehäuse (3) verbunden, sondern an einem axial verstell­ baren Einsatzring (11) befestigt, der, eine Gleitbewegung koaxial zur Rotati­ onsachse (25) zulassend, in eine Ausnehmung (12) der Gehäusewandung (18) eingepasst ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zu diesem Zweck in die sich konisch erweiternde Gehäusewandung (18) im Bereich zwischen den axialen Extremstellungen der zu dichtenden Schaufelreihe (4) eine ringförmige Aussparung (12) zur Aufnahme des Einsatzrings (11) eingearbeitet. Die Gleitflä­ chen (19; 20) für den Einsatzring (11) verlaufen koaxial zur Rotationsachse (25) der Turbine. An seinem Aussenumfang ist der Einsatzring (11) mit einer Mehrzahl von Führungsnuten (13) und (14) ausgerüstet, in die Führungsstifte (15) und min­ destens ein Betätigungsstift (16) eingreifen. Während die Führungsstifte (15) fest im Gehäuse (3) verankert sind, ist der mindestens eine Betätigungsstift (16) in seiner Lage manipulierbar. Zu diesem Zweck kann er exzentrisch aus der Stirnflä­ che (21) einer senkrecht zur Oberfläche des Einsatzrings (11) orientierten Welle (17) hervortreten. Drehbewegungen dieser Welle (17) um ihre Rotationsachse bewirken eine Bewegung des Betätigungsstiftes (16) entlang einer Kreisbahn, de­ ren Radius dem Abstand der Symmetrieachse des Betätigungsstiftes (16) von der Rotationsachse dieser Welle (17) entspricht. Infolge des Eingriffes des Betäti­ gungsstiftes (16) in die korrespondierende Führungsnut (14) am Einsatzring (11) erfährt letzterer eine partielle Drehbewegung entsprechend dem Durchmesser der Kreisbahn, auf der sich der Betätigungsstift (16) bewegt. Zur Gewährleistung einer massgenauen axialen Verschiebung des Einsatzrings (11) sind die Führungsstifte (15) und korrespondierenden Führungsnuten (13) gleichmässig über den gesam­ ten Umfang verteilt angeordnet. Die Mittelachsen der Führungsnuten (13) nehmen einen Winkel zur Rotationsachse ein, der Selbsthemmung sicher ausschliesst. Entsprechend diesem Steigungswinkel der Führungsnuten (13) wird die partielle Drehbewegung des Einsatzrings (11) in eine axiale Differenzbewegung umge­ wandelt, deren Extremstellungen vom Umfang der partiellen Drehbewegung des Einsatzrings (11) und vom Steigungswinkel der Führungsnuten (13) abhängen.

Als Stellgrösse für die partielle Drehbewegung der Welle (17) fungieren die durch Fliehkraft- und Wärmedehnung bedingte axiale und radiale Relativbewegung von Rotor und Gehäuse, abgenommen beispielsweise an der Rotorkupplung (31), wie in Fig. 6 angedeutet.

Durch die vorgeschlagene zweckmässige Ergänzung der Erfindung, den Dich­ tungskörper (2) auf einem axial verstellbaren Einsatzring (11) zu fixieren, dessen axiale Anordnung die Differenzdehnung zwischen Stator und Rotor ausgleicht, ist zwischen der Oberfläche der umlaufenden Teile (4) und dem Dichtungskörper (2) ein Spalt (5) von in allen Betriebsphasen gleichbleibend geringer Dimension ge­ währleistet.

Gegenüber den Lösungen des Standes der Technik erlaubt diese Ausführungs­ form eine näher an aerodynamischen Erfordernissen orientierte Gestaltung des Strömungskanals, insbesondere im Hinblick auf Schaffung einer weitgehend ge­ raden Kanalkontur und bietet mehr Freiheitsgrade im Beschaufelungsdesign.

Indes ist an dieser Stelle anzumerken, dass die Anwendung des axial verstellba­ ren Einsatzrings (11) nicht ausschliesslich auf den kombinierten Einsatz mit einem Dichtungskörper (2) der vorbeschriebenen Art beschränkt ist. Selbstverständlich ist es darüber hinaus möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, die­ sen Einsatzring (11) auch mit einer anders strukturierten Dichtung oder mit einer Abriebschicht auszurüsten.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Strömungskanal

2

Dichtungskörper

3

Statorgehäuse

4

Laufschaufel;

4

a Laufschaufelspitze

5

Radialspalt

6

äussere Mantelfläche

7

innere Mantelfläche

8

gekrümmte Verbindungskante

9

gekrümmte Verbindungskante

10

Kanalkontur

11

Einsatzring

12

Ausnehmung für Einsatzring (

11

)

13

Führungsnut

14

Führungsnut für Betätigungsstift

15

Führungstift

16

Betätigungsstift

17

Stellwelle

18

Gehäusewandung

19

Gleitfläche

20

Gleitfläche

21

Stirnfläche der Stellwelle

22

Ringsegment

23

Stirnfläche des Ringsegments

24

Ausnehmung für Dichtungskörper (

2

)

25

Rotationsachse

26

Schnittkante der äusseren Mantelfläche (

6

)

27

Schnittkante der äusseren Mantelfläche (

6

)

28

Vorsprung der Gehäusewandung

29

Haltefuss

30

Ausnehmung für Haltefuss (

29

)

31

Rotorkupplung

Claims (20)

1. Vorrichtung zum Dichten des Spaltes zwischen eine Relativbewegung zueinander ausführenden Teilen einer axial durchströmten Turbomaschine, ins­ besondere zwischen den Laufschaufeln (4) und der äusseren strömungsbegren­ zenden Wand (18) einer Turbine oder eines Verdichters, im wesentlichen umfas­ send ein einen Strömungskanal (1) umschliessendes Statorgehäuse (3) sowie auf einer Rotorwelle umlaufende Laufschaufeln (4), die unter Freilassung eines Spal­ tes (5) eine Relativbewegung zu dem Statorgehäuse (3) ausführen und welcher Spalt (5) mit einer am Gehäuse (3) fixierten Dichtung ausgerüstet ist, gekenn­ zeichnet durch einen die umlaufenden Teile (4) berührungsfrei umschliessenden rotationssymmetrischen Dichtungskörper (2) mit einer radial äusseren, zumindest teilweise an dem Statorgehäuse (3) anliegenden Mantelfläche (6) und einer radial inneren, den Spalt (5) zu den umlaufenden Teilen (4) begrenzenden Mantelfläche (7), wobei sich Mantelfläche (7) proportional der thermischen Beanspruchung des Dichtungskörpers (2), insbesondere im Bereich dieser radial inneren Mantelfläche (7), aufweitet bzw. verengt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dich­ tungskörper (2) zumindest annähernd die Querschnittsform eines Langrunds be­ sitzt, dessen Langkanten die Mantelflächen (6) und (7) bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die radial innere Mantelfläche (7) eine der umgebenden Kanalkontur (10) entspre­ chende Neigung aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantel­ flächen (6) und (7) sich konisch erweitern.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantel­ flächen (6) und (7) im wesentlichen parallel ausgerichtet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dich­ tungskörper (2) aus einzelnen eine durchgehende Dichtfläche bildenden Ring­ segmenten (22) zusammengesetzt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dich­ tungskörper (2) aus wenigstens zwei, vorzugsweise vier Ringsegmenten (22) zu­ sammengesetzt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirn­ flächen (23) der Ringsegmente (22) aneinanderstossen und radial geführt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäu­ sewandung (18) mit einer ringförmigen Ausnehmung (24) zur Aufnahme des Dichtungskörpers (2) ausgerüstet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ring­ förmige Ausnehmung (24) eine zur Querschnittsform des Dichtungskörpers (2) korrespondierende Querschnittsform besitzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dich­ tungskörper (2) formschlüssig an der Gehäusewandung (18) fixiert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die äus­ sere Mantelfläche (6) des Dichtungskörpers (2) und die Gehäusewandung (18) komplementäre Ausformungen besitzen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die äus­ sere Mantelfläche (6) mit Haltefüssen (29) ausgerüstet ist, die in Ausnehmungen (30) der Gehäusewandung (18) eingreifen.

14. Vorrichtung zum Dichten des Spaltes zwischen den Laufschaufeln (4) und der äusseren strömungsbegrenzenden Wand (18) einer axial durchströmten Turbomaschine, insbesondere in Gehäuseabschnitten mit einer stark ausgepräg­ ten Konizität des Strömungskanals (1), im wesentlichen umfassend das sich ko­ nisch erweiternde, den Strömungskanal (1) umschliessende Statorgehäuse (3) sowie die auf einer Rotorwelle umlaufenden Laufschaufeln (4), die unter Freilas­ sung eines Spaltes (5) eine Relativbewegung zu dem Statorgehäuse (3) ausfüh­ ren, dadurch gekennzeichnet, dass in einer konzentrischen Ausnehmung (12) des Statorgehäuses (3) ein parallel zur Rotationsachse (25) der Turbomaschine glei­ tend gelagerter Einsatzring (11) fixiert ist, und dieser Einsatzring (11) den Spalt (5) zu den umlaufenden Schaufelspitzen (4a) begrenzt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein­ satzring (11) an seinem Aussenumfang eine Mehrzahl von Führungsnuten (13) aufweist, in die korrespondierende Führungsstifte (15) des Gehäuses (3) eingrei­ fen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenig­ stens ein in eine weitere Führungsnut (14) eingreifender Betätigungsstift (16) dem Einsatzring (11) eine partielle Drehbewegung auferlegt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Be­ tätigungsstift (16) exzentrisch auf der Stirnfläche (21) einer Stellwelle (17) ange­ ordnet ist, welche Stellwelle (17) in Abhängigkeit von der axialen Differenzdeh­ nung zwischen Gehäuse (3) und umlaufenden Teilen (4) des betreffenden Be­ reichs eine Stellbewegung ausführt, die mittels besagtem Betätigungsstift (16) auf den Einsatzring (11) übertragen wird und selbigen zu einer die Differenzdehnung ausgleichenden axialen Verschiebung veranlasst.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dem zu dichtenden Spalt (5) zugewandte Oberfläche (23) des Einsatzrings (11) mit einem Dichtungskörper (2) ausgerüstet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein­ satzring (11) mit einem Dichtungskörper (2) nach wenigstens einem der Ansprü­ che 1-13 ausgerüstet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein­ satzring (11) mit einer Abriebschicht (24) ausgerüstet ist.