DE102009011297A1

DE102009011297A1 - Sealing arrangement for turbine of turbo machine, has groove comprising undercuts provided in axial direction, where platform and/or sealing ring comprise sealing element that engages groove and extends in peripheral direction

Info

Publication number: DE102009011297A1
Application number: DE200910011297
Authority: DE
Inventors: Predrag Todorovic
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-09-09

Abstract

The arrangement has a sealing ring (1) for circularly surrounding a blade sequence. Blades (2) of the blade sequence form an air gap at the sealing ring at a free end. A platform (3) is provided at the free end of each blade. The sealing ring and/or the platform have a radial circular groove provided with a circular opening. The groove has undercuts provided in an axial direction. The platform and/or the sealing ring have a sealing element that engages the groove and extends in a peripheral direction. The annular groove has a C-shaped cross section.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a sealing arrangement according to the preamble of claim 1.

Im Einzelnen bezieht sich die Dichtungsanordnung einer Turbine einer Turbomaschine auf eine Ausgestaltung, bei welcher zumindest ein eine Schaufelreihe ringförmig umschließender Dichtring vorgesehen ist, welcher gegenüber einer Schaufelreihe einen Laufspalt aufweist. An dem radial äußeren Ende weist die Schaufel 2 eine Plattform 3 auf, an welcher mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende Dichtlippen 11 ausgebildet sind. Diese bilden zusammen mit einem strukturierten, ringförmigen Wabenstrukturelement 9 eine Labyrinthdichtung.In detail, the sealing arrangement of a turbine of a turbomachine refers to a configuration in which at least one sealing ring enclosing an annular row of blades is provided, which has a running gap with respect to a row of blades. At the radially outer end, the blade 2 a platform 3 on, at which a plurality of circumferentially extending sealing lips 11 are formed. These form together with a structured, annular honeycomb structural element 9 a labyrinth seal.

Als nachteilig erweist es sich dabei, dass die Fertigungsgenauigkeit sehr hoch sein muss, um den Laufspalt zu minimieren. Bereits geringfügige thermische Änderungen führen durch die Ausdehnung oder Kontraktion des Turbinengehäuses zu einer Vergrößerung des Ringspalts oder zu einer Verringerung, welche bis zum direkten Kontakt führen kann. Auch Flugmanöver beeinflussen den Laufspalt.When disadvantageous it turns out that the manufacturing accuracy must be very high to minimize the running gap. Already minor thermal changes to lead due to the expansion or contraction of the turbine housing an enlargement of the Annular gaps or to a reduction, which until direct contact to lead can. Also flight maneuvers affect the running gap.

Der Stand der Technik sieht vor, durch entsprechende Kühlung des Turbinengehäuses den Laufspalt zu minimieren und damit den Strömungsverlust am Schaufelende zu vermindern. Eine vollständige Abdichtung ist hinsichtlich der auftretenden Wärmeausdehnungen, der Wärmekontraktionen, der Fertigungsgenauigkeit und anderer Parameter, nicht möglich.Of the Prior art provides, by appropriate cooling of the turbine housing to minimize the running gap and thus the flow loss at the blade end to diminish. A complete Sealing is with regard to the occurring thermal expansions, the thermal contractions, the manufacturing accuracy and other parameters, not possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit ein hohes Maß an Effektivität aufweist.Of the Invention is based on the object, a seal arrangement of to create the aforementioned type, which with a simple structure and easier, cheaper Manufacturability a high level effectiveness having.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention Problem solved by the combination of features of claim 1, the under claims show further advantageous embodiments of the invention.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der Dichtring und/oder die Plattform zumindest eine Ringnut aufweisen, welche radial mit einer Ringöffnung versehen ist und welche in zumindest einer Axialrichtung hinterschnitten ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Plattform und/oder der Dichtring zumindest ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes, ringförmiges, in die Ringnut eingreifendes Dichtelement aufweist.According to the invention is thus provided that the sealing ring and / or the platform at least one Have annular groove which is provided radially with an annular opening and which is undercut in at least one axial direction. Farther is provided that the platform and / or the sealing ring at least a circumferentially extending, annular, engaging in the annular groove Has sealing element.

Es ergibt sich somit erfindungsgemäß durch das Zusammenwirken der Ringnut und des in der Ringnut angeordneten Dichtelements ein vorgegebener Strömungsweg, welcher bevorzugterweise mäanderförmig ausgebildet ist und eine mehrfache Umlenkung der Spaltströmung bewirkt. Bedingt durch diese Umlenkung erfolgt eine Störung und Behinderung des Durchflusses der Spaltströmung, wodurch sich ein erheblich gesteigerter Dichtungseffekt ergibt.It thus results according to the invention by the Cooperation of the annular groove and arranged in the annular groove sealing element a predetermined flow path, which is preferably meander-shaped is and causes a multiple deflection of the gap flow. Due to this Redirection is a fault and obstruction of the flow of the slit flow, resulting in a significant Increased sealing effect results.

Bevorzugterweise umfasst die Ringnut einen im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt. Das Dichtelement ist bevorzugterweise mit einem T-förmigen oder L-förmigen Querschnitt versehen.preferably, the annular groove has a substantially C-shaped cross-section. The sealing element is preferably provided with a T-shaped or L-shaped cross-section.

In günstiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Ringnut und/oder am Dichtelement zumindest eine ringförmige Wirbelkammer vorgesehen ist, welche zu einer zusätzlichen Störung der Durchströmung in Axialrichtung führt.In better Further development of the invention is provided that in the annular groove and / or at least one annular vortex chamber is provided on the sealing element which is to an additional Disruption of the flow in the axial direction.

Das Dichtelement ist im Wesentlichen über seine axiale Höhe in der Ringnut angeordnet und taucht somit in den Freiraum der Ringnut ein. Dabei ergibt sich ein Freiraum, welcher einen direkten metallischen Kontakt verhindert und welcher zusätzlich einen Strömungsweg der Spaltströmung bildet, welcher jedoch durch die mehrfache Umlenkung zu der beschriebenen Dichtwirkung führt.The Sealing element is essentially over its axial height in the Arranged annular groove and thus immersed in the free space of the annular groove one. This results in a free space, which is a direct metallic Contact prevents and which additionally a flow path the gap flow forms, which, however, by the multiple deflection to the described Sealing effect leads.

Weiterhin ist es günstig, wenn das Dichtelement in axialer Richtung im Wesentlichen die gleiche Breite aufweist, wie die Breite der Ringnut. Es ist somit bei der Montage möglich, das Dichtelement in axialer Richtung in die Ringnut einzustecken, wodurch sich die Herstellung und die Montage erheblich vereinfachen.Farther is it cheap when the sealing element in the axial direction substantially the same width has, as the width of the annular groove. It is thus during assembly possible, insert the sealing element in the axial direction into the annular groove, which considerably simplifies the manufacture and assembly.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:in the Below, the invention is based on an embodiment in connection described with the drawing. Showing:

1 eine vereinfachte Teil-Schnittansicht längs der Maschinenachse, 1 a simplified partial sectional view along the machine axis,

2 eine vergrößerte Teil-Ansicht der Anordnung gemäß 1, 2 an enlarged partial view of the arrangement according to 1 .

3 eine Ansicht, analog den 1 und 2, während des Montagevorgangs, 3 a view analogous to 1 and 2 during the assembly process,

4 eine Ansicht, analog 2, im montierten Zustand, 4 a view, analog 2 , when assembled,

5 eine Ansicht, analog den 3 und 4, mit Axialversatz, und 5 a view analogous to 3 and 4 , with axial offset, and

6 eine Darstellung, analog 1, der Ausgestaltung gemäß dem Stand der Technik. 6 a representation, analog 1 , the embodiment of the prior art.

Die 1 zeigt einen Dichtring, welcher zwei nebeneinanderliegende Ringnuten 5 umfasst, die jeweils in Axialrichtung eine Hinterschneidung 6 aufweisen. Die Ringnuten 5 weisen jeweils eine Ringöffnung 4 auf, so dass der Dichtring 1 zwei ringförmige Kammern aufweist, welche jeweils radial innen geöffnet sind.The 1 shows a sealing ring, which two adjacent annular grooves 5 includes, each in the axial direction an undercut 6 on point. The ring grooves 5 each have a ring opening 4 on, leaving the sealing ring 1 has two annular chambers, which are each open radially inward.

Angrenzend an den Dichtring 1 ist ein durch die einzelnen Plattformen 3 der Schaufeln 2 gebildetes ringartiges Element vorgesehen. Die einzelnen Plattformen 3 umfassen jeweils ein im Querschnitt T-förmiges Dichtelement 7, welches sich durch die Ringöffnung 4 in den Innenraum der Ringnut 3 erstreckt. Durch die Hinterschneidung ist die jeweilige Ringnut 5 im Querschnitt im Wesentlichen C-förmig ausgebildet, während das Dichtelement im Wesentlichen T-förmig gestaltet ist.Adjacent to the sealing ring 1 is one through each platform 3 the blades 2 formed ring-like element provided. The individual platforms 3 each comprise a cross-sectionally T-shaped sealing element 7 which extends through the ring opening 4 in the interior of the annular groove 3 extends. Through the undercut is the respective annular groove 5 formed in cross-section substantially C-shaped, while the sealing element is designed substantially T-shaped.

Zwischen den beiden T-förmigen Dichtelementen 7 ist eine Wirbelkammer 8 ausgebildet (siehe 2).Between the two T-shaped sealing elements 7 is a vortex chamber 8th trained (see 2 ).

Durch das Zusammenwirken der Ringnut 9 des Dichtrings 1 und des Dichtelements 7 ergibt sich ein in Axialrichtung mäanderförmig verlaufender Strömungsweg 10, dessen Durchströmung zusätzlich durch die Wirbelkammer 8 gestört wird. Durch die mehrfache Umlenkung der Strömung ergeben sich eine Verlangsamung der Strömung und eine Bremswirkung, die verhindern, dass eine wirksame Strömung zwischen den freien Enden der Schaufeln 2 und dem Dichtring 1 stattfindet. All dies bewirkt den Dichtungseffekt bei der vorliegenden Erfindung.Through the interaction of the annular groove 9 of the sealing ring 1 and the sealing element 7 results in a meandering in the axial direction flow path 10 , whose flow additionally through the vortex chamber 8th is disturbed. The multiple deflection of the flow results in a slowing down of the flow and a braking effect that prevent an effective flow between the free ends of the blades 2 and the sealing ring 1 takes place. All this causes the sealing effect in the present invention.

Die 3–5 zeigen jeweils unterschiedliche Zustände. Bei 3 ist ein noch nicht montierter Zustand dargestellt, die endgültige Zuordnung gemäß 2 ist gestrichelt gezeigt. Daraus folgt, dass, wie durch den Pfeil in 3 gezeigt, ein Einschieben der Dichtelemente in die Ringöffnungen des Dichtrings 1 möglich ist.The 3 - 5 each show different states. at 3 an unassembled condition is shown, the final assignment according to 2 is shown in dashed lines. It follows that, as indicated by the arrow in 3 shown, an insertion of the sealing elements in the annular openings of the sealing ring 1 is possible.

Die 4 zeigt einen Zustand vor der endgültigen Montage in dem Gehäuse. Die 5 zeigt, dass selbst bei einer extremen axialen Versetzung, welche in der Praxis nicht vorkommen wird, der Dichtvorgang der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung nicht beeinträchtigt wird.The 4 shows a state before final assembly in the housing. The 5 shows that even with an extreme axial displacement, which will not occur in practice, the sealing process of the seal assembly according to the invention is not impaired.

Es ergibt sich erfindungsgemäß somit eine Dichtungsanordnung, die mit einer Minimalanzahl an Bauelementen in hohem Maße wirksam ist und die insbesondere ohne besonders ausgeprägte Fertigungstoleranzen herstellbar ist. Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ist in hohem Maße betriebssicher und wirkungsvoll.It arises according to the invention thus a sealing arrangement that with a minimum number of components to a great extent is effective and in particular without particularly pronounced manufacturing tolerances can be produced. The sealing arrangement according to the invention is in high degree reliable and effective.

Erfindungsgemäß kann es günstig sein (nicht gezeigt), aus Gründen der Geräuschdämmung radial außenliegend an dem Dichtring 1 ein ringförmiges Wabenstrukturelement vorzusehen.According to the invention, it may be favorable (not shown), for reasons of noise insulation, radially outward on the sealing ring 1 to provide an annular honeycomb structural element.

Der gesamte Druckverlust über den zwischen dem Dichtring 1 und der Plattform 3 gebildeten Spalt wird erfindungsgemäß mit einer Vielzahl von kleineren Druckverlust-Koeffizienten gebildet, die in der Summe den gesamten Druckverlust über die Dichtungsanordnung ergeben. Jede der Umlenkungen der Strömungen und jede Störung der Strömung bewirkt einen Teilverlust-Koeffizienten, wobei sich die Teilverlust-Koeffizienten in der Summe addieren. Insgesamt ergibt sich erfindungsgemäß somit nicht die Notwendigkeit, engste Fertigungstoleranzen und Montagetoleranzen einzuhalten. Es ergibt sich vielmehr ein passives System, welches auch unter ungünstigsten Betriebsbedingungen hochwirksam ist. Insbesondere bewirken thermische Ausdehnungen oder Schrumpfungen ebenso wenig nennenswerte Änderungen der Dichtwirkung wie Zentrifugalkräfte und Belastungen durch Flugmanöver. Selbst bei ungünstigen axialen Versetzungen ergibt sich im Vergleich zum Stand der Technik, wie in 5 gezeigt, eine bessere und noch gestärkte Dichtwirkung.The total pressure drop across the between the sealing ring 1 and the platform 3 formed gap is formed according to the invention with a plurality of smaller pressure loss coefficients, which in sum give the total pressure loss across the seal assembly. Each of the deflections of the flows and any disturbance of the flow causes a partial loss coefficient, with the partial loss coefficients adding in the sum. Overall, according to the invention, there is thus no need to adhere to the tightest manufacturing tolerances and assembly tolerances. It results rather a passive system, which is highly effective even under worst-case operating conditions. In particular, thermal expansions or shrinkages cause as little appreciable changes in the sealing effect as centrifugal forces and loads due to flight maneuvers. Even with unfavorable axial dislocations results in comparison to the prior art, as in 5 shown a better and even stronger sealing effect.

Insgesamt ergibt sich erfindungsgemäß weiterhin eine einfache Konstruktion, welche nicht einer speziellen Überprüfung und Kontrolle bedarf. Es ergibt sich eine Gewichts- und Kostenreduktion, zusammen mit einer verstärkten Robustheit und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems.All in all arises according to the invention further a simple design, which is not a special review and Control needs. It results in a weight and cost reduction, together with a reinforced Robustness and reliability of the overall system.

11: Dichtringseal
22: Schaufelshovel
33: Plattformplatform
44: Ringöffnungring opening
55: Ringnutring groove
66: Hinterschneidungundercut
77: Dichtelementsealing element
88th: Wirbelkammerswirl chamber
99: WabenstrukturelementHoneycomb element
1010: Strömungswegflow
1111: Dichtlippesealing lip
1212: Turbinenscheibeturbine disk
1313: Turbinengehäuseturbine housing
1414: KernströmungsrichtungCore flow direction
1515: Maschinenachsemachine axis

Claims

Sealing arrangement of a turbine of a turbomachine, with a ring at least one blade row enclosing sealing ring ( 1 ), with blades ( 2 ) of the blade row at its free, a platform ( 3 ) having a running gap to the sealing ring ( 1 ), characterized in that the sealing ring ( 1 ) and / or the platform ( 3 ) at least one radially with a ring opening ( 4 ) provided annular groove ( 5 ) which undercut in at least one of their axial directions ( 6 ) and that the platform ( 3 ) and / or the sealing ring ( 1 ) too at least one circumferentially extending into the annular groove ( 5 ) engaging sealing element ( 7 ) exhibit.

Sealing arrangement according to claim 1, characterized in that the annular groove ( 5 ) and the sealing element ( 7 ) cooperatively form a meandering flow path.

Sealing arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the annular groove ( 5 ) has a substantially C-shaped cross-section.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sealing element ( 7 ) has a substantially T-shaped cross-section.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sealing element ( 7 ) has a substantially L-shaped cross-section.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the annular groove ( 5 ) and / or on the sealing element ( 7 ) at least one annular vortex chamber ( 8th ) is trained.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sealing element ( 7 ) substantially over its axial height in the annular groove ( 5 ) is arranged.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sealing element ( 7 ) has in the axial direction substantially the same width as the width of the annular groove ( 5 ).

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that radially on the outside of the sealing ring ( 1 ) An annular honeycomb structural element is arranged.