DE102009044074A1

DE102009044074A1 - Gasturbinendichtung

Info

Publication number: DE102009044074A1
Application number: DE102009044074A
Authority: DE
Inventors: Victor Morgan; Kevin Thomas Mcgovern; David Richard Johns
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2009-09-22
Publication date: 2010-04-01
Also published as: US20100072710A1; JP2010071466A; CN101684735A

Abstract

Eine ringförmige Dichtung (20) mit einem maßdimensionalen, transversalen Querschnittsprofil weist ein erstes und ein zweites Ende (28, 30) auf. Das zweite Ende (30) enthält einen eingeschnürten Abschnitt (32), der in einer überlappenden Eingriffsverbindung innerhalb des ersten Endes (28) aufgenommen ist.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Dichtungen, die zwischen Oberflächen angeordnet sind, die bei einer Relativbewegung in Bezug aufeinander miteinander in Eingriff gelangen können.
Eine Gasturbine enthält mehrere Komponenten, die verschiedene Dichtungen erfordern, um eine unerwünschte Leckage entweder heißen Abgases oder komprimierter Luft zu verhindern. Axial benachbarte Komponenten verwenden gewöhnlich eine dazwischen zusammengedrückte ringförmige oder kreisringförmige Dichtung. Die kreisringförmige Dichtung kann ein die vollen 360° umspannendes Element sein, oder sie kann längs des Umfangs an einer oder mehreren Stellen geteilt sein, um eine Ausdehnung der Dichtung in Umfangsrichtung aufgrund von Wärmegradienten, die sie während des Betriebs der Gasturbine erfährt, zuzulassen. Die ringförmige Dichtung ist radial elastisch, so dass sie sich mit einer benachbarten Komponente ohne Einschränkung frei ausdehnen kann. Jedoch unterbricht jede Umfangsteilung die Dichtung derart, dass ein Spalt gebildet wird, der eine Leckstelle ergeben kann. Ringförmige Dichtungen können auch derart axial elastisch sein, dass sie zwischen den benachbarten Komponenten axial zusammengedrückt werden können, um eine effektive Abdichtung dazwischen zu schaffen.
Um eine Leckage durch eine umfangsseitige Teilung bzw. einen umfangsseitigen Spalt in einer ringförmigen Dichtung zu reduzieren, kann eine Abdeckplatte verwendet werden, die an dem Dichtungselement auf einer Seite des Spaltes mechanisch fixiert ist und mit dem Dichtungselement auf der anderen Seite des Spaltes in Gleitkontakt steht. Alternativ ist eine doppellagige Dichtungskonfiguration bekannt, in der ein inneres Dichtungselement in Gleitbeziehung innerhalb eines äußeren Dichtungselementes angeordnet ist, um den Spalt zu überspannen und einen Leckstrom zu reduzieren. Beide Konfigurationen erfordern mehrere Komponenten sowie eine mechanische Verbindung irgendeiner Art zwischen diesen. Ein üblicherweise verwendetes Verfahren zum Verbinden der Komponenten kann Schweißen enthalten, was die Komplexität und Kosten der Dichtung weiter erhöht. Zusätzlich kann das Einbringen von Schweißnähten oder anderen mechanischen Verbindungen entsprechende wärmebeeinflusste Zonen hervorrufen. Schweißverbindungen sind zwangsläufig wärmesteigernde Elemente, die berücksichtigt werden müssen, um eine übermäßige Materialbeanspruchung zu verhindern, die die Haltbarkeit der Dichtung beeinflussen kann.
Demgemäß ist es erwünscht, derartige Dichtungen durch Beseitigung mehrerer Dichtungskomponenten sowie Schweißen oder anderer die mechanische Beanspruchung steigernder Elemente zu verbessern und in sonstiger Weise deren Aufbau und Herstellung zu vereinfachen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine kreisringförmige Dichtung mit einem maßdimensionalen, transversalen Querschnitt weist ein erstes und ein zweites Ende auf. Das zweite Ende enthält einen verengten, eingeschnürten Abschnitt, der in dem ersten Ende in überlappender Eingriffsverbindung aufgenommen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung gemäß bevorzugten und beispielhaften Ausführungsformen ist gemeinsam mit ihren weiteren Aufgaben und Vorteilen in größeren Einzelheiten in der folgenden detaillierten Beschreibung beschrieben, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen angegeben ist, in denen zeigen:
1 eine vergrößerte Axialschnittansicht durch einen Abschnitt einer Gasturbine, der eine verschachtelte Dichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
2 eine Stirnansicht der in 1 veranschaulichten Dichtung, in isolierter Aufsicht;
3 eine vergrößerte, ausschnittsweise Schnittansicht der ineinander verschachtelten ersten und zweiten Enden der Dichtung innerhalb des gestrichelten Kreises, der in 2 mit 3 bezeichnet ist;
4 eine vergrößerte, ausschnittsweise Schnittansicht der ersten und zweiten geschachtelten Enden der Dichtung, wie sie in 3 veranschaulicht ist, wobei die Enden nicht ineinander geschachtelt sind, um weitere Details aufzuzeigen;
5 eine transversale Querschnittsansicht einer verschachtelten Dichtung gemäß der einen Ausführungsform der Erfindung; und
6 eine transversale Querschnittsansicht einer geschachtelten Dichtung gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 1 ist ein Abschnitt einer beispielhaften Hochdruck-Turbinendüse 10 einer Gasturbine veranschaulicht, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung abgedichtet sein kann. Die Hochdruck-Turbinendüse 10 enthält mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Düsenleitschaufeln 12, wobei lediglich der radial innere Abschnitt jeder Leitschaufel veranschaulicht ist. Die Düsenleitschaufeln 12 wirken, um heißes Abgas 14, das von einer (nicht veranschaulichten) stromaufwärtigen Brennkammer empfangen wird, zu leiten und zu beschleunigen. Die Leitschaufeln 12 sind an einem radial inneren Band 16 integral befestigt, das wiederum an einen kreisringförmigen Halteflansch 18 montiert ist.
Um das radial innere Band 16 mit dem ringförmigen Halteflansch 18 dichtend zu verbinden, ist dazwischen eine kreisringförmige Dichtung 20 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung angeordnet, um eine Leckage durch die Verbindungsstelle zu reduzieren oder zu verhindern. Die ringförmige Dichtung 20 ist vorzugsweise aus einem dünnen Blech oder einem anderen geeigneten Material erzeugt, das die geeignete Festigkeit, Flexibilität und Formbarkeit aufweist. Die ringförmige Dichtung 20 erstreckt sich in einer Radialrichtung über den Raum zwischen dem kreisringförmigen Halteflansch 18 und dem radial inneren Band 16. Die Dichtung kann verschiedene dimensional transversale Querschnittskonfigurationen beispielsweise als E-Dichtungen, W-Dichtungen, V-Dichtungen oder jedes beliebige sonstige geeignete Querprofil aufweisen.
In Abhängigkeit von der Anwendung der ringförmigen Dichtung 20 kann diese aus einem einzigen Materialstück konstruiert sein, oder sie kann mehr als ein einziges kreisringförmiges Segment aufweisen. Die ringförmige Dichtung 20 ent hält Dichtungsflächen 22, 24, die mit dem radial inneren Band 16 und dem Halteflansch 18 in Kontakt stehen und dadurch eine effektive Abdichtung dazwischen erzeugen. In einer beispielhaften Ausführungsform weist die ringförmige Dichtung 20 ein einziges sich in Umfangsrichtung erstreckendes Element 26 auf, das ein erstes Ende 28 und ein zweites Ende 30 definiert, wie dies in Einzelheiten in den 3 und 4 veranschaulicht ist. An dem zweiten Ende 30 ist ein verengter bzw. eingeschnürter Abschnitt 32 ausgebildet, der konfiguriert ist, um in einer verschiebbar überlappenden Weise innen in das erste Ende 28 einzugreifen. Indem insbesondere auf die 4 und 5 Bezug genommen wird, hat der verengte bzw. eingeschnürte Abschnitt, der durch jeden beliebigen geeigneten mechanischen Umformvorgang erzeugt werden kann, ein kleineres, jedoch ähnliches axiales Querprofil im Vergleich zu dem ersten Ende 28, was dem zweiten Ende in einem in der Turbine 10 montierten Zustand ermöglicht, in dem ersten Ende 28 eingebettet oder geschachtelt zu sein. Das zweite Ende 30 kann winkelig oder angeschrägt sein, um sein Einführen in das erste Ende 28 hinein während der Montage zu unterstützen.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie in den 3 und 4 veranschaulicht, endet der verengte bzw. eingeschnürte Abschnitt 32 an einer Schulter 34 und weist eine Länge „L” auf, die eine überlappende Eingriffsverbindung und relative Bewegung zwischen den ineinander geschachtelten Enden 28 und 30 in dem gesamten Maschinentemperaturprofil ermöglicht. Die Konfiguration der ringförmigen Dichtung, wie beschrieben, kommt ohne die Notwendigkeit eines Spalts zwischen den Enden 28 und 30 aus, um unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen dem Innenband 16 der Düse und dem Halteflansch 18 und die resultierende Relativbewegung dazwischen zu berücksichtigen. Weil das zweite Ende 30 eingeschnürt ist, was dem ersten und dem zweiten Ende 28 und 30 ermöglicht, in einer einander überlappenden Beziehung ineinander verschachtelt zu sein, ist kein Schweißen, Löten oder eine sonstige mechanische Störstelle erforderlich. Das Ergebnis ist eine robuste einfache Dichtung 20, die die Notwendigkeit hinzugefügter, die mechanische Beanspruchung steigernder Elemente, die schließlich ihr Verhalten beeinflussen könnten, beseitigt.
Wie vorstehend angezeigt, kann die ringförmige Dichtung 20 jeden beliebigen von einer Anzahl dimensionaler transversaler Querschnitte bzw. Querprofile aufweisen und dennoch den Vorteil der verschiebbar ineinander geschachtelten relativen Enden nutzen, die durch Verengung des zweiten Endes 30, um dieses in das erste Ende 28 eingreifen zu lassen bzw. einzubetten, gebildet werden können. Beispielsweise veranschaulicht 6 eine modifizierte Ausführungsform der ringförmigen Dichtung, die mit 120 bezeichnet ist und die einen transversalen Querschnitt in einer E- oder W-förmigen Konfiguration aufweist. Obwohl sich die Querkonfiguration der ringförmigen Dichtung 120, wie sie in 6 veranschaulicht ist, von derjenigen der in den 1–4 veranschaulichten ringförmigen Dichtung 20 unterscheidet, werden die gleichen Bezugszeichen, die den gleichen Merkmalen entsprechen, verwendet.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform, zu offenbaren und auch um jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen, wozu auch eine Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und eine Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die den Fachleuten einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie ä quivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Eine ringförmige Dichtung 20 mit einem maßdimensionalen, transversalen Querschnittsprofil weist ein erstes und ein zweites Ende 28, 30 auf. Das zweite Ende 30 enthält einen eingeschnürten Abschnitt 32, der in einer überlappenden Eingriffsverbindung innerhalb des ersten Endes 28 aufgenommen ist.

10: Hochdruck-Turbinendüse
12: Düsenleitschaufeln
14: Abgas
16: Radial inneres Band
18: Kreisringförmiger Halteflansch
20: Kreisringförmiger Dichtungsring
22: Dichtungsfläche
24: Dichtungsfläche
26: Einzelnes in Umfangsrichtung verlaufendes Element
28: Erstes Ende
30: Zweites Ende
32: Verengter, eingeschnürter Abschnitt
34: Schulter
120: Kreisringförmige Dichtung

Claims

Ringförmige Dichtung (20) mit einem dimensionalen, transversalen Querprofil, die aufweist: ein erstes Ende (28); ein zweites Ende (30) und einen eingeschnürten Abschnitt (32), der an dem zweiten Ende (30) ausgebildet und konfiguriert ist, um in einer überlappenden Eingriffsverbindung innen in das erste Ende (28) einzugreifen.
Ringförmige Dichtung (20), wie in Anspruch 1 definiert, wobei der eingeschnürte Abschnitt (32) eine Länge aufweist, die eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (28, 30) zulässt.
Ringförmige Dichtung (20), wie in Anspruch 1 definiert, wobei das dimensionale Querprofil eine V-förmige Gestalt definiert.
Ringförmige Dichtung (20), wie in Anspruch 1 definiert, wobei das dimensionale Querprofil eine W-förmige Gestalt definiert.
Ringförmige Dichtung (20), wie in Anspruch 1 definiert, wobei das dimensionale Querprofil eine E-förmige Gestalt definiert.
Dichtung zur Abdichtung zweier benachbarter Komponenten (16, 18) einer Gasturbine, die aufweist: eine ringförmige Dichtung (20) mit einem dimensionalen transversalen Querprofil; eine erste (22) und eine zweite (24) Dichtungsfläche, die funktionsfähig sind, um mit den benachbarten Komponenten (16, 18) dichtend in Eingriff zu kommen, um eine Abdichtung dazwischen zu schaffen; ein erstes Ende (28) und ein zweites Ende (30), wobei das zweite Ende einen eingeschnürten Abschnitt (32) aufweist, der daran ausgebildet und konfiguriert ist, um in einer überlappenden Eingriffsverbindung innen in das erste Ende einzugreifen.
Dichtung (20) zur Abdichtung zweier benachbarter Komponenten (16, 18) einer Gasturbine, wie in Anspruch 6 definiert, wobei der eingeschnürte Abschnitt (32) eine Länge aufweist, die eine Relativbewegung zwischen den benachbarten Komponenten sowie dem ersten und dem zweiten Ende (28, 30) ermöglicht.
Dichtung (20) zur Abdichtung zweier benachbarter Komponenten (16, 18) einer Gasturbine, wie in Anspruch 6 definiert, wobei das dimensionale Querprofil eine V-förmige Gestalt definiert.
Dichtung (20) zur Abdichtung zweier benachbarter Komponenten (16, 18) einer Gasturbine, wie in Anspruch 6 definiert, wobei das dimensionale Querprofil eine W-förmige Gestalt definiert.
Dichtung (20) zur Abdichtung zweier benachbarter Komponenten einer Gasturbine, wie in Anspruch 6 definiert, wobei das dimensionale Querprofil eine E-förmige Gestalt definiert.