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Die
Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine,
insbesondere eine Gasturbine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Dichtungselement für eine Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 11.
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Die
DE 102 18 459 B3 zeigt
einen Verdichter einer als Gasturbine ausgebildeten Strömungsmaschine, wobei
der Verdichter mehrere in Axialrichtung desselben hintereinander
angeordnete Laufschaufelkränze
sowie Leitschaufelkränze
umfasst. Die rotierenden Laufschaufelkränze verfügen jeweils über mehrere
rotierende Laufschaufeln, wobei die Laufschaufeln jedes Laufschaufelkranzes
an jeweils einem Rotorgrundkörper
befestigt sind. Zwischen zwei benachbarten, rotierenden Laufschaufelkränzen ist
jeweils ein feststehender Leitschaufelkranz positioniert, wobei
jeder der Leitschaufelkränze
mehrere feststehende Leitschaufeln umfasst. Die Leitschaufeln verfügen an einem
radial innenliegenden Ende über
ein Deckband. Zwischen den radial innenliegenden Deckbändern der
Leitschaufelkränze
und dem Rotor sind Spalte ausgebildet, die abgedichtet werden müssen. Zur
Abdichtung dieser radial innenliegenden Spalte dienen bei der Strömungsmaschine
gemäß
DE 102 18 459 B3 den
Laufschaufelkränzen
zugeordnete, statische Dichtlippen bzw. Dichtfins, wobei die Dichtfins
mit Wabenstrukturen zusammen wirken, die den radial innenliegenden
Deckbändern
der Leitschaufelkränze
zugeordnet sind. Die den rotierenden Laufschaufelkränzen zugeordneten
Dichtfins laufen im Betrieb der Strömungsmaschine in die den Deckbändern der
feststehenden Leitschaufeln zugeordneten Wabenstrukturen ein, wobei
dies zu einem Verschleiß der
Dichtfins sowie der Wabenstrukturen und damit zu einer Verschlechterung
der Dichtwirkung führen
kann.
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Eine
weitere Strömungsmaschine
mit einer Dichtung zur Abdichtung eines Spalts zwischen den radial innenliegenden
Deckbändern
der feststehenden Leitschaufelkränze
und dem Rotor einer Strömungsmaschine ist
aus dem Stand der Technik gemäß
DE 198 07 247 C2 bekannt.
Nach diesem Stand der Technik schließen sich an die radial innenliegenden
Deckbänder
der feststehenden Leitschaufeln Verstärkungen an, wobei den Verstärkungen
als Bürstendichtungselemente
ausgebildete Dichtungselemente zugeordnet sind. Als Borsten ausgebildete
Dichtkörper
dieser Dichtungselemente verlaufen in radialer Richtung der Strömungsmaschine, wobei
freie Enden der Borsten zur Abdichtung des Spalts mit einem Ring
zusammen wirken, der sich zwischen zwei benachbarten, rotierenden
Laufschaufelkränzen
erstreckt und mit Flanschen der Rotorrundkörper der Laufschaufelkränze verbunden
ist.
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Bei
der
DE 198 07 247
C2 bildet sich in einem Bereich unterhalb des radial innenliegenden
Deckbands der feststehenden Leitschaufelkränze ein relativ großer, nicht
durchströmter
Todraum aus. Solche Todräume unterliegen
einem Verschleiß durch
Sulfidation, weiterhin beeinträchtigen
solche Todräume
den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde,
eine neuartige Strömungsmaschine,
insbesondere eine neuartige Gasturbine, und ein neuartiges Dichtungselement
für eine
Strömungsmaschine
zu schaffen. Dieses Problem wird durch eine Strömungsmaschine gemäß Anspruch
1 gelöst. Erfindungsgemäß ist an
dem radial innenliegenden Deckband mindestens eines Leitschaufelkranzes
mindestens ein flexibles Dichtungselement gelagert, wobei Dichtkörper des
oder jedes flexiblen Dichtungselements an jeweils einer Plattform
eines Rotorgrundkörpers
eines stromaufwärts
und/oder stromabwärts
des Leitschaufelkranzes positionierten Laufschaufelkranzes anliegen.
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Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird eine Strömungsmaschine
vorgeschlagen, bei welcher an den radial innenliegenden Deckbändern der
feststehenden Leitschaufelkränze
jeweils mindestens ein flexibles Dichtungselement gelagert ist.
Die flexiblen Dichtungselemente verfügen über Dichtkörper, die an Plattformen der
Rotorgrundkörper
der rotierenden Laufschaufelkränze
anliegen. Hierdurch ist es möglich,
Todräume
im Bereich des abzudichtenden, radial innenliegenden Spalts zu vermeiden.
Weiterhin können
axiale sowie radiale Bewegungen des Rotors bzw. der rotierenden
Laufschaufelkränze
elastisch ausgeglichen werden.
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Vorzugsweise
verlaufen Dichtkörper
des oder jedes Dichtungselements im wesentlichen in Axialrichtung
der Strömungsmaschine
und liegen in etwa tangential an der jeweiligen Plattform eines
Rotorgrundkörpers
an.
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Das
erfindungsgemäße Dichtelement
ist im unabhängigen
Anspruch 11 definiert. Der oder jeder Dichtkörper des erfindungsgemäßen Dichtelements
ist aus einem Textilgewebe aus Fasern gebildet.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden, ohne hierauf beschränkt
zu sein, an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigt:
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1 einen
schematisierten Ausschnitt aus einer erfindungemäßen Strömungsmaschine im Bereich von
zwei Laufschaufelkränzen
und einem Leitschaufelkranz nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 einen
schematisierten Ausschnitt aus einer erfindungemäßen Strömungsmaschine im Bereich von
zwei Laufschaufelkränzen
und einem Leitschaufelkranz nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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3 eine
schematisierte Darstellung eines Dichtungselements einer erfindungemäßen Strömungsmaschine.
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Nachfolgend
wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 3 in
größerem Detail
beschrieben.
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1 zeigt
einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der hier vorliegenden Erfindung im Bereich von zwei in Axialrichtung
der Strömungsmaschine
hintereinander angeordneten, rotierenden Laufschaufelkränzen 10 und 11,
wobei zwischen den beiden Laufschaufelkränzen 10 und 11 ein
feststehender Leitschaufelkranz 12 angeordnet ist. Die
rotierenden Laufschaufelkränze 10 und 11 verfügen jeweils über mehrere
rotierende Laufschaufeln 13, wobei die Laufschaufeln 13 eines
jeden Laufschaufelkranzes 10 und 11 an einem Rotorgrundkörper 14 befestigt
sind. Die Laufschaufeln 13 können integraler Bestandteil
der Rotorgrundkörper 14 sein,
wobei die Laufschaufelkränze 10 und 11 dann
als sogenannte Blisks (Bladed Disks) ausgebildet sind. In einem Übergangsbereich
zwischen den Laufschaufeln 13 und dem Rotorgrundkörper 14 eines
jeden Laufschaufelkranzes 10 und 11 bildet der
jeweilige Rotorgrundkörper 14 eine
Plattform 15 aus, wobei gemäß 1 die Plattform 15 jedes
Rotorgrundkörpers 14 in
Axialrichtung der Strömungsmaschine
gesehen gegenüber
den Laufschaufeln 13 vorsteht. Unter der Annahme, dass
die Strömungsmaschine
in Axialrichtung in Richtung des in 1 dargestellten
Pfeils 16 durchströmt wird,
stehen die Plattformen 15 der Rotorgrundkörper 14 einerseits
mit einem stromaufwärts
liegenden Abschnitt 17 und andererseits mit einem stromabwärts liegenden
Abschnitt 18 gegenüber
den Laufschaufeln 13 der Laufschaufelkränze 10 und 11 in
Axialrichtung vor.
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Der
in 1 dargestellte, feststehende Leitschaufelkranz 12 wird
von mehreren feststehenden Leitschaufeln 19 gebildet, wobei
die Leitschaufeln 19 an einem radial innenliegenden Abschnitt über ein
Deckband 20, ein sogenanntes Innendeckband, verfügen.
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Die
Rotorgrundkörper 14 der
Laufschaufelkränze 10 und 11 verfügen über sich
in axialer Richtung der Strömungsmaschine
erstreckende Flansche 21, wobei die Rotorgrundkörper 14 an
den Flanschen 21 miteinander verschraubt sind. Zwischen
dem Innendeckband 20 des Leitschaufelkranzes 12 und
den Flanschen 21 ist ein radial innenliegender Spalt ausgebildet,
der zur Wirkungsgradsteigerung der Turbomaschine möglichst gut
abgedichtet werden muss. Zur Abdichtung dieses radial innenliegenden
Spalts wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung vorgeschlagen,
am radial innenliegenden Deckband 20 des feststehenden
Leitschaufelkranzes 12 mindestens ein Dichtungselement 22, 23 zu
befestigen bzw. zu lagern, wobei Dichtkörper 24 der Dichtungselemente 22, 23 an
jeweils einer Plattform 15 eines Rotorgrundkörpers 14 eines
stromaufwärts und/oder
stromabwärts
des Leitschaufelkranzes 12 positionierten Laufschaufelkranzes 10 bzw. 11 anliegen. Die
Dichtungselemente 22 und 23 sind dabei als flexible
Dichtungselemente ausgebildet, wobei die Dichtkörper 24 derselben
im Wesentlichen in Axialrichtung der Strömungsmaschine verlaufen und
in etwa tangential an der jeweiligen Plattform 15 des Rotorgrundkörpers 14 des
jeweiligen Laufschaufelkranzes 10 bzw. 11 anliegen.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
der 1 ist ein erstes Dichtungselement 22 an
einem stromaufwärts
liegenden Abschnitt 25 des Deckbands 20 befestigt,
ein zweites Dichtungselement 23 ist an einem stromabwärts liegenden
Abschnitt 26 des Deckbands 20 befestigt. Die Dichtkörper 24 des
ersten Dichtelements 22 erstrecken sich ausgehend von dem
Abschnitt 25 des Deckbands 20 in Axialrichtung
der Strömungsmaschine
entgegengesetzt zur Durchströmungsrichtung
(Pfeil 16 derselben), und liegen mit freien Enden an dem
stromabwärts
liegenden Abschnitt 18 der Plattform 15 des stromaufwärts des
Leitschaufelkranzes 12 angeordneten Laufschaufelkranzes 10 an.
Die Borsten 24 des am Abschnitt 26 des Deckbands 20 befestigten Dichtungselement 23 erstrecken
sich ebenfalls in Axialrichtung der Strömungsmaschine, jedoch in Durchströmungsrichtung
(Pfeil 16) derselben, und liegen mit freien Enden an dem
stromaufwärts
liegenden Abschnitt 17 der Plattform 15 des stromabwärts des
Leitschaufelkranzes 12 positionierten Laufschaufelkranzes 10 an.
Die Dichtkörper 24 der
Dichtelemente 23 können,
wie 1 zeigt, an einer radial außenliegenden Fläche 27 der Plattformen 15 bzw.
der Abschnitt 17 und 18 derselben anliegend. Dies
ist vorzugsweise dann der Fall, wenn sowohl stromaufwärts als
auch stromabwärts
des feststehenden Leitschaufelkranzes 12 der Druck oberhalb der
Dichtungselemente 20 und 23 größer ist als der Druck unterhalb
derselben.
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Bei
solchen Druckverhältnissen
werden dann im Ausführungsbeispiel
der 1 die Dichtkörper 24 beider
Dichtungselemente 22 und 23 gegen die radial außenliegenden
Flächen 27 der
Abschnitte 17 und 18 der Plattformen 15 gedrückt.
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Demgegenüber zeigt 2 ein
Ausführungsbeispiel
einer Strömungsmaschine,
bei welcher das am stromaufwärts
liegenden Abschnitt 25 des Deckbands 20 befestigte
Dichtungselement 22 mit seinen Dichtkörpern 24 gegen eine
radial innenliegende Fläche 28 der
Plattform 15 bzw. des Abschnitts 18 derselben
drückt, und
bei welcher das am stromabwärts
liegenden Abschnitt 26 des Deckbands 20 gelagerte
Dichtungselement 23 mit seinen Dichtkörpern 24 gegen die
radial außenliegende
Fläche 27 der
Plattform 15 bzw. des Abschnitts 17 derselben
drückt.
Diese Anordnung wird vorzugsweise dann gewählt, wenn stromabwärts des
Leitschaufelkranzes 12 der Druck oberhalb des Dichtelements 23 größer ist
als unterhalb desselben und wenn stromaufwärts des Leitschaufelkranzes 12 der
Druck unterhalb des Sichtelements 22 größer ist als der Druck oberhalb
desselben. Dies ist bei konventionellen Verdichtern einer Strömungsmaschine
wie z.B. eines Gasturbinenflugtriebwerks der Fall.
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Obwohl
in 1 und 2 nicht dargestellt, sind auch
Ausführungsbeispiele
denkbar, bei welchen die Dichtkörper 24 beider
Dichtelemente 22 und 23 jeweils an der radial
innenliegenden Fläche 27 der
Plattformen 15 bzw. der Abschnitte 17 und 18 derselben
anliegen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist es möglich, dass
das am stromaufwärts
liegenden Abschnitt 25 der Plattform 20 befestigte
Dichtungselement 22 mit seinen Dichtkörpern auf der radial außenliegenden
Fläche 27 der
Plattform 15 des jeweiligen Laufschaufelkranzes 10 anliegt,
und dass das am stromabwärts
liegenden Ende 26 des Deckbands 20 befestigte
Dichtungselement 23 mit seinen Dichtkörpern 24 an der radial
innenliegenden Fläche 28 der
Plattform 15 des entsprechenden Laufschaufelkranzes 11 anliegt.
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Wie
bereits mehrfach erwähnt,
handelt es sich bei den Dichtungselementen 22 und 23 um
flexible Dichtungselemente, deren Dichtkörper 24 in axialer
Richtung der Strömungsmaschine
verlaufen und in etwa tangential an den Plattformen 15 der
Laufschaufelkränze
anliegen. Bei den flexiblen Dichtungselementen 22, 23 kann
es sich um Bürstendichtungselemente
handeln, deren Dichtkörper 24 als
Borsten ausgebildet ist. Dabei können
als Hakenbürstendichtungen
ausgebildete Bürstendichtungselemente
zum Einsatz kommen.
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Die
flexiblen Dichtungselemente
22,
23 können auch
als Textildichtungselemente ausgebildet sein. In diesem Fall sind
die Dichtkörper
24 der
Dichtungselemente
22,
23 aus einem Textilgewebe
aus Fasern gebildet, wobei es sich bei den Fasern um Silikat-Fasern
handelt. Vorzugsweise finden in solchen Textildichtungselementen
Fasern Verwendung, die folgende Zusammensetzung aufweisen:
| 52
bis 60 | Gew.-%
Siliziumdioxid; |
| 16
bis 25 | Gew.-%
Kalziumoxid; |
| 10
bis 12 | Gew.-%
Aluminiumoxid; |
| 8 bis
13 | Gew.-%
Boriumoxid; |
| 0 bis
6 | Gew.-%
Magnesiumoxid; |
| 0 bis
1 | Gew.-%
Natriumoxid und/oder Kaliumoxid. |
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Die
obigen Fasern können,
zur Bereitstellung einer erhöhten
Hitzebeständigkeit,
mit einer Wärmedämmschicht
beschichtet sein. Weiterhin ist es möglich, dass zur Erhöhung eines
Verschleißschutzes
zusätzlich
zu den Fasern metallische, drahtartige Borsten in das Textilgewebe
integriert sind.
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Dann,
wenn derartige Textildichtungselemente als Dichtungselemente 22 und 23 verwendet
werden, sind die Abschnitte 17 und 18 der Plattformen 15,
an welchen die Dichtkörper
der jeweiligen Dichtungselemente anliegen, vorzugsweise poliert
und/oder mit einer Schicht mit niedrigem Reibungskoeffizienten versehen.
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An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass unter einem Textilgewebe
jede gewebeähnliche
Struktur verstanden werden soll, also Gewebe, Gewirke, Geflechte,
Gestricke oder auch Filze.
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Die
Verwendung solcher Textildichtungselemente verfügt gegenüber der Verwendung von Bürstendichtungselementen über den
Vorteil, dass Textildichtungselemente keine scharfkantigen, freien
Enden aufweisen, die zu einer Beschädigung der Plattformen 15,
z. B. durch Reibkorrosion, führen
können.
Des Weiteren verfügen
Textildichtungselemente über
keine Vorzugsrichtung, so dass der Rotor bei der Montage in beiden
Richtungen gedreht werden kann. Des Weiteren verfügen Textildichtungselemente
aus Fasern, welche die oben angegebene Zusammensetzung aufweisen, über eine
sehr gute Wärmeleitfähigkeit,
so dass entstehende Reibwärme
gut abgeführt
werden kann.
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Die
Dichtungselemente 22 und 23 können über beliebige Halteelemente
an den Deckbändern
der feststehenden Leitschaufelkränze
befestigt bzw. gelagert werden. So ist es z. B. möglich, die
Dichtungselemente 22, 23 über Klemmhalterungen an den
Deckbändern
der Leitschaufelkränze
zu befestigen. So zeigt 3 einen schematisierten Ausschnitt
aus einem Dichtungsele ment 22 bzw. 23, dessen
Dichtkörper 24 an
einem als Klemmhalterung ausgebildeten Halteelement 30 gelagert
sind, über
welches das Dichtungselement 22 bzw. 23 an einem
Deckband eines feststehenden Leitschaufelkranzes befestigt bzw.
gelagert werden kann. Über eine
Nietverbindung oder Schraubverbindung 31 sind die Dichtkörper 24 in
dem Halteelement 30 geklemmt.
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Ein
weiterer Unterschied der in 1 und 2 gezeigten
Strömungsmaschinen
gegenüber
den aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsmaschinen besteht darin,
dass im Ausführungsbeispiel
der 1. und 2 die Verbindung der Rotorgrundkörper 14 über die
Flansche 21 über
radial außenliegende Abschnitte 29 der
Flansche 21 erfolgen kann. Hierdurch kann die Montage der
Strömungsmaschine
vereinfacht werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Montage über derartige,
radial außenliegende
Abschnitte 29 jedoch nur dann zur Anwendung kommt, wenn
die Strömungsmaschine über ein
in Längsrichtung
bzw. Axialrichtung der Strömungsmaschine
geteiltes Gehäuse
verfügt.
Dann, wenn wie bei Flugtriebwerken üblich, ungeteilte bzw. geschlossene
Gehäuse
verwendet werden, liegen die Abschnitte 29 der Flansche 21 zur
Verbindung der Rotorgrundkörper 14 radial
innen.
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- 10
- Laufschaufelkranz
- 11
- Laufschaufelkranz
- 12
- Leitschaufelkranz
- 13
- Laufschaufel
- 14
- Rotorgrundkörper
- 15
- Plattform
- 16
- Pfeil
- 17
- Abschnitt
- 18
- Abschnitt
- 19
- Leitschaufel
- 20
- Deckband
- 21
- Flansch
- 22
- Dichtungselement
- 23
- Dichtungselement
- 24
- Dichtkörper
- 25
- Abschnitt
- 26
- Abschnitt
- 27
- Fläche
- 28
- Fläche
- 29
- Abschnitt
- 30
- Halteelement
- 31
- Schraubverbindung