DE102008007321A1

DE102008007321A1 - Vorrichtung mit Rotor, Gehäuse und Anstreifdichtung

Info

Publication number: DE102008007321A1
Application number: DE200810007321
Authority: DE
Inventors: Josef Eichner; Franz Prieschl; Andre Dipl.-Ing. Werner
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2008-02-02
Filing date: 2008-02-02
Publication date: 2009-08-13

Abstract

Eine Vorrichtung, insbesondere eine Gasturbine, umfaßt einen Rotor und ein den Rotor umgebendes Gehäuse. Zwischen dem Rotor und einem dem Rotor gegenüberliegenden Wandabschnitt (18) des Gehäuses ist eine Anstreifdichtung (10) angeordnet. Die Anstreifdichtung (10) ist über eine Trägereinrichtung an das Gehäuse gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere eine Gasturbine, mit einem Rotor und einem den Rotor umgebenden Gehäuse, wobei zwischen dem Rtor und einem dem Rotor gegenüberliegenden Wandabschnitt des Gehäuses eine Anstreifdichtung angeordnet ist.
Bei Gasturbinen sind zur Abdichtung des radialen Spalts zwischen den Rotorschaufelspitzen und dem gegenüberliegenden Wandabschnitt des umgebenden Gehäuses der Gasturbine Wabendichtungen in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Auch Hohlkugelstrukturen, die aus reinem Metall bestehen, werden hierfür eingesetzt. Die Anbringung solcher Anstreifdichtungen (auch als Einlaufbeläge bezeichnet) an der Gehäuseinnenwand erfolgt üblicherweise durch einen Beschichtungsprozeß, z. B. thermisches Spritzen, Löten oder Kleben.
Aus der DE 198 58 031 A1 ist eine Anstreifdichtung für eine Gasturbine bekannt, die vollständig aus einer aufgeschäumten, metallischen, korrosionsbeständigen Hochtemperaturlegierung besteht. Die Anstreifdichtung wird in Form von vorgefertigten Metallschaumelementen durch Hochtemperaturlöten mit einem Gehäuseabschnitt verbunden. Alternativ wird vorgeschlagen, zunächst ein nicht aufgeschäumtes Vormaterial der Anstreifdichtung mit dem Gehäuseabschnitt zu verbinden und dieses anschließend aufzuschäumen.
In allen Fällen führt das unmittelbare Aufbringen der Anstreifdichtung auf die Gehäuseinnenwand dazu, daß die Anstreifdichtung unlösbar und unbeweglich mit dem Gehäuse verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die mit dieser Art der Verbindung der Anstreifdichtung verbundenen Nachteile zu vermeiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei der die Anstreifdichtung über eine Trägereinrichtung an das Gehäuse gekoppelt ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das abreibbare Material einer Anstreifdichtung formgebend bearbeitet werden kann, wenn das Material eine ausreichende Eigenfestigkeit aufweist, wie es z. B. bei zellulären Werkstoffen, insbesondere bei Hohlkugelstrukturen der Fall ist. So gebildete Formkörper müssen nicht wie bislang üblich in einen Beschichtungsprozeß an der Gehäuseinnenwand befestigt werden. Die erfindungsgemäße Kopplung der Anstreifdichtung an die Gehäuseinnenwand über eine Trägereinrichtung ermöglicht eine Flexibilität, die mit unlösbar und unbeweglich an der Gehäusewand angebrachten Anstreifdichtungen nicht erreichbar ist. So kann etwa eine Anstreifdichtung im Ver schleißfall einfach ausgetauscht werden. Je nach Auslegung der Trägereinrichtung sind in vielfältiger Weise vorteilhafte Anpassungen der Anstreifdichtung an die jeweiligen Umstände möglich. Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäß vorgesehene Trägereinrichtung eine adaptive Steuerung der Position der Anstreifdichtung.
Die Anstreifdichtung ist mittels der Trägereinrichtung vorzugsweise beweglich angebracht, insbesondere in Richtung eines abzudichtenden Rotorteils. Dadurch kann die Position der Anstreifdichtung an die aktuellen Gegebenheiten, wie etwa die Abnutzung der Anstreifdichtung, die thermischen Ausdehnungen des Gehäuses, der Anstreifdichtung und des Rotors, etc. angepaßt werden.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Trägereinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Trägereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere für Anstreifdichtungen vorgesehen, die eine abreibbare Struktur aus einem zellulären metallischen Werkstoff, insbesondere eine Hohlkugelstruktur aufweisen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Anbringung einer Anstreifdichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Anbringung einer Anstreifdichtung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Anbringung einer Anstreifdichtung nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine Anbringung einer Anstreifdichtung nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Die im folgenden am Beispiel einer Gasturbine beschriebenen Konstruktionen sind allesamt geeignet, eine Anstreifdichtung beweglich an einem Abschnitt der Gehäuseinnenwand der Gasturbine anzubringen. Die in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung haben alle einen ähnlichen Aufbau, so daß für einander entsprechende Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
Bei der in 1 gezeigten Konstruktion ist eine Anstreifdichtung 10 alleine durch einen aus einer abreibbaren Struktur 12 gearbeiteten Formkörper gebildet. Die abreibbare Struktur 12 ist vorzugsweise ein zellulärer metallischer Werkstoff, insbesondere eine Hohlkugelstruktur, der aufgrund seiner hohen Eigenstabilität formgebend bearbeitet werden kann. Die Anstreifdichtung 10 ist als selbsttragendes Einlegebauteil in einem Trägergehäuse 14 untergebracht. Das zwischen einer Schaufelspitze 16 eines Rotors und einem Wandabschnitt 18 des Gasturbinengehäuses angeordnete Trägergehäuse 14 ist entweder Teil des Gasturbinengehäuses oder in geeigneter Weise an dem Innenwandabschnitt 18 befestigt. Auf der der Schaufelspitze 16 zugewandten Seite weist das Trägergehäuse 14 eine bezüglich der Rotationsachse des Rotors radial nach innen mündende Öffnung 20 auf.
Die Anstreifdichtung 10 ist mittels mehrerer Federelemente 22, 24 im Trägergehäuse 14 beweglich gelagert. Ein erstes Federelement 22 spannt die Anstreifdichtung 10 radial nach innen vor, während zweite Federelemente 24 dieser Vorspannkraft entgegenwirken. Das Trägergehäuse 14 und die Federelemente 22, 24 stellen die wesentlichen Komponenten einer Trägereinrichtung für die Anstreifdichtung 10 dar. Die Federelemente 22, 24 und die Form der Anstreifdichtung 10 sind so gewählt, daß zunächst ein Teil der Anstreifdichtung 10 so weit durch die Öffnung 20 aus dem Trägergehäuse 14 herausragt, daß die Anstreifdichtung 10 die (im dargestellten Beispiel deckbandlose) Schaufelspitze 16 des Rotors berührt. Bei einem Einlaufen des Rotors gräbt sich die Schaufelspitze 16 eine Mulde in die Anstreifdichtung 10, wobei durch entsprechende Auslegung der Federelemente 22, 24 eine automatische Nachführung der Anstreifdichtung 10 in gewissem Maße möglich ist.
Die in 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen dadurch, daß die abreibbare Struktur 12 auf einem Träger 26 aus einem anderen Material aufgebracht ist. Die Anstreifdichtung 10 umfaßt in diesem Fall also neben der abreibbaren Struktur 12 noch den Träger 26. Im Falle einer metallischen Hohlkugelstruktur oder eines anderen zellulären Werkstoffs wird der Träger 26 bei der Herstellung des zellulären Werkstoffs mit diesem direkt versintert. Diese Konstruktion eignet sich besonders für Rotorschaufelspitzen 16, die mit einem Deckband 28 mit Dichtfins 30 versehen sind, oder für eine Labyrinthdichtung, obwohl die erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Trägereinrichtung alle grundsätzlich unabhängig vom jeweils verwendeten Dichtungssystem sind.
Die Konstruktion gemäß 3 gleicht der in 1 gezeigten Konstruktion. Allerdings ist hier eine Steuereinrichtung 32 vorgesehen, mittels der die radiale Position der Anstreifdichtung 10 einstellbar ist, wie durch den unteren Doppelpfeil in 3 angedeutet. Die Steuereinrichtung 32 umfaßt ein an die Anstreifdichtung 10 gekoppeltes Stellglied 34, das in beide radialen Richtungen bewegbar ist (oberer Doppelpfeil). Die Steuereinrichtung 32 kann Teil eines Steuer- oder Regelkreises zur automatischen Positionierung der Anstreifdichtung 10 (auch im laufenden Betrieb) sein.
Auch bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist eine Steuereinrichtung 32 mit einem Stellglied 34 zur Einstellung der radialen Position der Anstreifdichtung 10 vorgesehen. Das Stellglied 34 wird bei dieser Ausführungsform jedoch in axialer Richtung bewegt (rechter Doppelpfeil). Das Stellglied 34 ist an einen Gehäuseteil 14a des Trägergehäuses 14 gekoppelt, der relativ zum restlichen Trägergehäuse 14 in axialer Richtung bewegbar ist. Die abreibbare Struktur 12 ist mittels erster Federelemente 22 radial nach innen vorgespannt und darüber hinaus durch axial wirkende Federelemente 36 gelagert. Der Rand der Öffnung 20 des Trägergehäuses 14 weist eine Rampe 38 auf, die mit einer gegenüberliegenden schrägen Kontur der abreibbaren Struktur 12 zusammenwirkt. Gemäß der beispielhaften Darstellung in 4 führt eine Bewegung des Stellglieds nach links aufgrund der Konturen der Rampe 38 und der abreibbaren Struktur 12 zu einer Verschiebung der abreibbaren Struktur 12 radial nach außen, entgegen der Vorspannung durch die ersten Federelemente 22. Eine Bewegung des Stellglieds nach rechts hingegen erlaubt eine Verschiebung der abreibbaren Struktur radial nach innen.
Die Erfindung ist nicht auf Gasturbinen und die konkret beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die einzelnen Merkmale der Ausführungsformen können auch in geeigneter Weise untereinander kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19858031 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung, insbesondere eine Gasturbine, mit einem Rotor und einem den Rotor umgebenden Gehäuse, wobei zwischen dem Rotor und einem dem Rotor gegenüberliegenden Wandabschnitt (18) des Gehäuses eine Anstreifdichtung (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstreifdichtung (10) über eine Trägereinrichtung an das Gehäuse gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstreifdichtung (10) mittels der Trägereinrichtung beweglich angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstreifdichtung (10) in Richtung eines abzudichtenden Rotorteils (16) beweglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstreifdichtung (10) in Richtung des abzudichtenden Rotorteils (16) vorgespannt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstreifdichtung (10) in einem Trägergehäuse (14) angeordnet ist, das eine dem Rotor gegenüberliegende Öffnung (20) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstreifdichtung (10) mittels Federelementen (22, 24) beweglich gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung eine Steuereinrichtung (32) aufweist, mittels der die Position der Anstreifdichtung (10) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (32) Teil eines Steuer- oder Regelkreises ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (32) ein Stellglied (34) zum Verschieben der Anstreifdichtung (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (34) unmittelbar auf die Anstreifdichtung (10) einwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (34) über eine Rampenkonstruktion auf die Anstreifdichtung (10) einwirkt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstreifdichtung (10) eine abreibbare Struktur (12) aus einem zellulären metallischen Werkstoff, insbesondere eine Hohlkugelstruktur aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstreifdichtung (10) alleine durch einen beweglich angeordneten Formkörper gebildet ist, der ausschließlich aus der abreibbaren Struktur (12) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die abreibbare Struktur (12) mit einem beweglich angebrachten Träger (26) verbunden ist.