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Die
Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine
Gasturbine sowie eine Dampfturbine.
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Gasturbinen
bestehen aus mehreren Baugruppen, so z. B. aus mindestens einem
Verdichter, einer Brennkammer sowie mindestens einer Turbine. Der
oder jeder Verdichter sowie die oder jede Turbine verfügen über einen
Rotor, der gegenüber
einem feststehenden Stator rotiert. Bei dem Stator handelt es sich
insbesondere um ein feststehendes Gehäuse, dem feststehende Leitschaufeln
zugeordnet sind. Dem Rotor sind Laufschaufeln zugeordnet, die sich zusammen
mit dem Rotor gegenüber
den feststehenden Leitschaufeln sowie dem feststehenden Gehäuse drehen.
Zur Optimierung des Wirkungsgrads von Gasturbinen ist es erforderlich,
Leckageströmungen
zwischen dem rotierenden Rotor und dem feststehenden Stator zu minimieren.
Hierbei muss insbesondere ein Spalt zwischen radial innenliegenden Enden
der feststehenden Leitschaufeln und dem sich drehenden Rotor abgedichtet
werden. Eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung des Spalts zwischen den
radial innenliegenden Enden der feststehenden Leitschaufeln und
dem sich drehenden Rotor bezeichnet man auch als „inner
air seal". Ein weiterer abzudichtender
Spalt befindet sich zum Beispiel zwischen den radial außenliegenden
Enden der rotierenden Laufschaufeln und dem feststehenden Gehäuse. Eine
Dichtungsanordnung zur Abdichtung des Spalts zwischen den radial
außenliegenden
Enden der rotierenden Laufschaufeln und dem Gehäuse bezeichnet man auch als „outer
air seal".
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Nach
dem Stand der Technik wird eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung
zum Beispiel des Spalts zwischen den radial innenliegenden Enden der
feststehenden Leitschaufeln und dem Rotor dadurch gebildet, dass
dem Stator – hier
einem Innendeckband der feststehenden Leitschaufeln – ein Dichtungsträger mit
mindestens einem dynamischen Dichtungselement zugeordnet ist. Das
oder jedes dynamische Dichtungselement dient dabei der Abdichtung
der Primärleckage
zwischen dem Stator – also den
feststehenden Leitschaufeln – und
dem sich drehenden Rotor. Ebenfalls ist es aus dem Stand der Technik
bereits bekannt, das oder jedes dynamische Dichtungselement als
Bürstendichtung
auszubilden. Hiermit ist zwar eine gute Abdichtung gegenüber den Primärleckagen
möglich,
vorhandene Sekundärleckagen
werden jedoch nur unzureichend abgedichtet.
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Die
Patentschrift
US 5 746
573 A schützt eine
spezielle Abdichtung gegen Sekundärleckagen im Bereich der „Inner
Air Seal". Ein die
primäre
Abdich tung gegenüber
dem Rotor mittels kamm- bzw. borstenartiger Elemente übernehmender
Dichtungsträger
ist an Umfangsstegen von Leitschaufelsegmenten mittels Bürstendichtungen
statisch abgedichtet, wobei die Umfangsstege radial innerhalb des
inneren Deckbandes angeordnet sind.
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Die
Patentschrift
US 5 639
211 A betrifft eine Abdichtung gegen Primärleckagen
im Bereich der „Inner
Air Seal" mittels
einer Bürstendichtung.
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Das
Abstract
JP 10220204
A beschreibt die Abdichtung von Laufschaufelspitzen mittels
einer Bürstendichtung
mit keramischen Borsten.
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Die
Patentschrift
DE 30
23 609 C2 schützt eine
spezielle Abdichtung im Bereich der „Outer Air Seal", wobei ein einen
Laufschaufelkranz umgebender Mantelring mittels einer zweireihigen
Bürstendichtung
am Turbinengehäuse
elastisch zentriert und abgedichtet ist.
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Das
Problem der Abdichtung zwischen den Segmenten von segmentierten
Bauelementen, wie Dichtungsträgern,
Deckbändern,
Mantelringen etc. wird im genannten Stand der Technik nicht behandelt und
somit auch nicht gelöst.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde,
eine neuartige Dichtungsanordnung zu schaffen, die eine vorteilhafte
Abdichtung zwischen den Segmenten von segmentierten Bauteilen ermöglicht.
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Dieses
Problem wird dadurch gelöst,
dass die eingangs genannte Dichtungsanordnung durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.
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Die
Erfindung geht davon aus, dass der Dichtungsträger derart segmentiert ist,
dass sich über
den Umfang des Rotors mehrere Segmente erstrecken, die zusammen
einen kreisringförmigen Dichtungsträger ergeben,
wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Segmenten eines kreisringförmigen Dichtungsträgers mindestens
ein zweites statisches Dichtungselement angeordnet ist, welches
der Abdichtung einer Sekundärleckage
zwischen jeweils zwei benachbarten Segmenten des Dichtungsträgers dient.
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Erfindungsgemäß ist das
oder jedes zweite statische Dichtungselement als Bürstendichtung
ausgebildet.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird, ohne hierauf beschränkt
zu sein, an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigt:
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1 einen
Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung;
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2 ein
Querschnitt durch die Dichtungsanordnung der 1 entlang
der Schnittlinie II-II gemäß 1;
und
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3 eine
Draufsicht auf die Dichtungsanordnung der 1 in Blickrichtung
III gemäß 1.
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Nachfolgend
wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 3 in
größerem Detail
beschrieben. Obwohl nachfolgend die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung
unter Bezugnahme auf 1 bis 3 am Beispiel
einer „inner
air seal" zur Abdichtung
eines Spalts zwischen den radial innenliegenden Enden von feststehenden Leitschaufeln
und einem sich drehenden Rotor beschrieben wird, sei bereits an
dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung
generell zur Abdichtung von Spalten zwischen statischen Baugruppen
und einem Rotor verwendet werden kann, also auch als „outer
air seal".
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1 zeigt
einen stark schematisierten Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 10,
wobei 2 einen Querschnitt durch die Dichtungsanordnung 10 entlang
der Schnittrichtung II-II und 3 eine Draufsicht
auf die Dichtungsanordnung 10 in Blickrichtung III zeigt.
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Die
erfindungsgemäße Dichtungsanordnung 10 dient
im gezeigten Ausführungsbeispiel
der Abdichtung eines Spalts 11 zwischen radial innenliegenden
Enden feststehender Leitschaufeln und einem sich drehenden Rotor 12.
Von den feststehenden Leitschaufeln ist in 1 bis 3 lediglich
ein sogenanntes Innendeckband 13 gezeigt, wobei am Innendeckband 13 ein
Dichtungsträger 14 angreift. Der
Dichtungsträger 14 ist
im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 mit
einem hammerkopfartigen Abschnitt 15 in einer Ausnehmung 16 des
Innendeckbands 13 verankert. An einem dem hammerkopfartigen
Abschnitt 15 gegenüberliegenden
Abschnitt 17 sind in den Dichtungsträger 14 im gezeigten
Ausführungsbeispiel
insgesamt vier dynamische Dichtungselemente 18 integriert.
Die dynamischen Dichtungselemente 18 sind im gezeigten
Ausführungsbeispiel als
Bürstendichtungen
ausgebildet, die in jeweils einer Ausnehmung 19 innerhalb
des Abschnitts 17 des Dichtungsträgers 14 angeordnet
sind.
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Wie 2 entnommen
werden kann, sind Borsten der als Bürstendichtungen ausgebildeten
dynamischen Dichtungselemente 18 über ein im Querschnitt C- förmiges Klemmprofil an einem
Seelendraht fixiert, wobei freie Enden der Borsten am Rotor 12 anliegen.
Die als Bürstendichtungen
ausgebildeten dynamischen Dichtungselemente 18 sind über ein
winkelförmiges
Halteelement 20 sowie ein Klemmelement 21 in den
Ausnehmungen 19 des Dichtungsträger 14 fixiert. Die
als Bürstendichtungen
ausgebildeten dynamischen Dichtungselemente 18 dienen der
Abdichtung einer Primärleckage
zwischen dem rotierenden Rotor 12 und den feststehenden Leitschaufeln.
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Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist in den hammerkopfartigen
Abschnitt 15 des Dichtungsträgers 14, über welchen
derselbe in der Ausnehmung 16 des Innendeckbands 13 fixiert
ist, mindestens ein erstes statisches Dichtungselement 22 integriert.
Das erste statische Dichtungselement 22 ist im Ausführungsbeispiel
der 2 als Bürstendichtung
ausgebildet und dient der Abdichtung einer Sekundärleckage
zwischen dem feststehenden Innendeckband 13 und dem ebenfalls
feststehenden Dichtungsträger 14.
Die statische Dichtungsanordnung 22 ist in eine Ausnehmung 23 des
hammerkopfartigen Abschnitts 15 integriert.
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Wie 2 entnommen
werden kann, sind Borsten des als Bürstendichtung ausgebildeten,
ersten statischen Dichtungselements um einen Seelendraht gewickelt
und an demselben über
ein C-förmiges
Klemmprofil fixiert. Das als Bürstendichtung
ausgebildete erste statische Dichtungselement 22 ist in der
Ausnehmung 23 über
ein winkelförmiges
Halteelement 20 sowie ein Klemmelement 21 fixiert.
Die Borsten der Bürstendichtung
ragen aus der Ausnehmung heraus und liegen auf einer Innenkontur
der Ausnehmung 16 des Innendeckbands 13 an.
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Der
Dichtungsträger 13 der
erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
ist üblicherweise
nicht als geschlossener Ring ausgebildet, sondern vielmehr aus mindestens
zwei Segmenten 23 und 24 zusammengesetzt. 1 und 2 zeigen
eine Trennfuge zwischen zwei benachbarten Segmenten 23 und 24 des
Dichtungsträgers 14.
Die Trennfuge ist in 3 mit der Bezugsziffer 25 gekennzeichnet.
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Um
nun auch eine Abdichtung der Dichtungsanordnung im Hinblick auf
die Sekundärleckage
zwischen zwei benachbarten Segmenten 23 und 24 des
Dichtungsträgers 14 zu
gewährleisten,
ist in mindestens eines der Segmente 23 des Dichtungsträgers 14 ein
zweites statisches Dichtungselement 26 integriert. Dieses
ist im Ausführungsbeispiel
der 1 bis 3 wiederum als Bürstendichtung
ausgebildet und in einer Ausnehmung 27 des Segments 23 positioniert.
Die Fixierung des zweiten statischen Dichtungselements 26 in
der Ausnehmung 27 des Segments 23 erfolgt auf
die bereits beschriebene Art und Weise über das winkelförmige Halteelement 20 und
das Klemmelement 21. Die Borsten des als Bürstendichtung
ausgebildeten zweiten statischen Dichtungselements 26 ragen
aus der Ausnehmung 27 des Segments 23 heraus und
liegen am benachbarten Segment 24 an. Auf diese Art und
Weise kann demnach auch die Trennfuge 25 zwischen zwei
benachbarten Segmenten 23 und 24 des Dichtungsträgers 14 hinsichtlich
einer Sekundärleckage
abgedichtet werden.
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An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass nicht lediglich der Dichtungsträger 15 segmentiert
ausgeführt
ist, sondern vorzugsweise auch das Innendeckband 13, so
dass auch zwischen zwei benachbarten Segmenten des Innendeckbands 13 zur Abdichtung
der Sekundärleckage
ein weiteres statisches Dichtungselement angeordnet sein kann. Dieses
weitere statische Dichtungselement würde dann der Abdichtung der
Sekundärleckage
zwischen jeweils zwei benachbarten Segmenten des Innendeckbands 13 dienen
und ebenso wie das erste statische Dichtungselement 22 sowie
das zweite statische Dichtungselement 26 als Bürstendichtung
ausgebildet sein.
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Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach vorgeschlagen,
eine dynamische Dichtungsanordnung, die im gezeigten Ausführungsbeispiel
der Abdichtung des Spalts 11 zwischen den radial innenliegenden
Enden feststehender Leitschaufeln und dem Rotor 12 dient,
dadurch gegenüber
Sekundärleckagen
abzudichten, das einerseits zwischen dem feststehenden Dichtungsträger 14 und dem
feststehenden Innendeckband 13 und andererseits zwischen
benachbarten Segmenten 23 und 24 des feststehenden
Dichtungsträgers 14 statische Dichtungselemente
angeordnet sind. Die dynamischen Dichtungselemente sowie die statischen
Dichtungselemente sind dabei vorzugsweise als Bürstendichtungen ausgeführt. Mit
einer solchen, erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
können
Sekundärleckagen
deutlich reduziert werden. Die Dichtungsanordnung stellt ein kompaktes
und sehr gut dichtendes Dichtsystem zur Verfügung.
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Die
erfindungsgemäße Dichtungsanordnung eignet
sich insbesondere zur Verwendung in Turbomaschinen, insbesondere
in Gasturbinen wie z. B. Flugtriebwerken oder auch in Dampfturbinen.
So kann die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung
als „inner
air seal" oder auch „outer
air seal" im Verdichterbereich
oder auch Turbinenbereich eines Flugtriebwerks zum Einsatz kommen.
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Wie
bereits ausgeführt,
wurde unter Bezugnahme auf 1 bis 3 die
erfindungsgemäße Dichtungsanordnung
am Beispiel einer „inner
air seal" zur Abdichtung
eines Spalts zwischen den radial innenliegenden Enden von feststehenden
Leitschaufeln und einem sich drehenden Rotor beschrieben. In dem
Fall, in welchem die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung als „outer
air seal" verwendet wird,
ist der Dichtungsträger
mit den dynamischen Dichtungselementen einem feststehenden Gehäuse zugeordnet,
wobei die dynamischen Dichtungselemente der Abdichtung einer Primärleckage
zwischen dem Gehäuse
und radial außenliegenden
Enden von rotierenden Laufschaufeln dienen. Zwischen dem Dichtungsträger und
dem Gehäuse
ist dann mindestens ein erstes statisches Dichtungselement angeordnet,
wobei das oder jedes erste statische Dichtungselement der Abdichtung
einer Sekundärleckage zwischen
dem Gehäuse
und dem ebenfalls feststehenden Dichtungsträger dient. Hinsichtlich weiterer Details
kann auf die obigen Ausführungen
verwiesen werden.
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Auch
ist die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung
zur Verwendung in einer Dampfturbine im Bereich von Ausgleichskolben
und Stopfbuchse geeignet.
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- 10
- Dichtungsanordnung
- 11
- Spalt
- 12
- Rotor
- 13
- Innendeckband
- 14
- Dichtungsträger
- 15
- Abschnitt
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Abschnitt
- 18
- dynamisches
Dichtungselement
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Halteelement
- 21
- Klemmelement
- 22
- erstes
statisches Dichtungselement
- 23
- Segment
- 24
- Segment
- 25
- Trennfuge
- 26
- zweites
statisches Dichtungselement
- 27
- Ausnehmung