DE102011002172B4

DE102011002172B4 - Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung und Turbinendeckbandvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE102011002172B4
Application number: DE102011002172.8A
Authority: DE
Inventors: Joseph C. Albers; Mark Willard Marusko; Barry Allan Wilson; Michael Dziech
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2024-04-18
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: GB2481481A; GB2481481B; CA2736790C; GB201106682D0; US8753073B2; JP5890965B2; CA2736790A1; JP2012007607A; DE102011002172A1; US20110318171A1

Abstract

Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, aufweisend:(a) ein gebogenes Deckbandsegment (12) mit einem Material niedriger Duktilität, das eine Zugduktilität bei Raumtemperatur von nicht mehr als 1% aufweist, und mit einer Querschnittsform, die durch gegenüberliegende vordere und hintere Wände (18, 20) und gegenüberliegende Innen- und Außenwände (14, 16) definiert ist, wobei sich die Wände (18, 20, 14, 16) zwischen gegenüberliegenden ersten und zweiten Endflächen (48) des Deckbandsegmentes (12) erstrecken; und(b) eine erste Dichtungsanordnung, die in wenigstens einem in der ersten Endfläche (48) ausgebildeten Schlitz (50, 54, 58, 62, 66, 70, 78) aufgenommen ist, wobei die erste Dichtungsanordnung mehrere Keildichtungen (52, 56, 60, 64, 68, 72, 74, 76, 80) aufweist, welche aus der ersten Endfläche (48) vorstehen und welche dafür eingerichtet sind, eine zusammenhängende Dichtungsoberfläche um den Umfang der ersten Endfläche (48) herum zu definieren;wobei die Dichtungsanordnung mehrere ebene Keildichtungen (52, 56, 60, 64, 68, 72, 80) aufweist, die in sich überschneidenden Schlitzen (50, 54, 58, 62, 66, 70, 78) in der ersten Endfläche (48) angeordnet sind; undwobei die Dichtungsanordnung wenigstens eine Eckdichtung (74, 76) mit einem im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt enthält, die an einer Verbindungsstelle von zwei sich überschneidenden Schlitzen (50, 54, 58, 62, 66, 70, 78) angeordnet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein Gasturbinentriebwerke und insbesondere Vorrichtungen zum Abdichten von Deckbändern, die aus einem Material geringer Duktilität in den Turbinenabschnitten derartiger Triebwerke bestehen.
Ein typisches Gasturbinentriebwerk enthält einen Turbomaschinenkern mit einem Hochdruckverdichter, einem Brenner und einer Hochdruckturbine in serieller Strömungsbeziehung. Der Kern kann in bekannter Weise zum Erzeugen eines primären Gasstroms betrieben werden. Die (auch als Gasgeneratorturbine bezeichnete) Hochdruckturbine enthält einen oder mehrere Rotoren, welche Energie aus dem primären Gasstrom entziehen. Jeder Rotor weist eine ringförmige Anordnung von von einer rotierenden Scheibe getragenen Laufschaufeln oder Schaufeln auf. Der Strömungspfad durch den Rotor ist teilweise durch ein Deckband definiert, welches eine stationäre Struktur ist, welche die Spitzen der Laufschaufeln oder Schaufeln umschreibt. Diese Komponenten arbeiten in einer Umgebung mit extrem hoher Temperatur und müssen durch einen Luftstrom gekühlt werden, um eine angemessene Betriebslebensdauer sicherzustellen. Typischerweise wird die für die Kühlung benötigte Luft aus dem Verdichter entnommen (abgezapft). Die Zapfluftnutzung beeinflusst negativ den spezifischen Brennstoffverbrauch („SFC“) und sollte im Allgemeinen minimiert werden.
Es wurde bereits vorgeschlagen, metallische Deckmantelstrukturen durch Materialien mit besseren Hochtemperatureigenschaften, wie z.B. Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen (CMCs) zu ersetzen. Diese Materialien haben besondere mechanische Eigenschaften, die bei der Auslegung und Anwendung eines Gegenstandes, wie z.B. eines Deckbandsegmentes, berücksichtigt werden müssen. Beispielsweise haben CMC-Materialien eine relativ niedrige Zugduktilität oder Bruchdehnung im Vergleich zu metallischen Materialien. Außerdem haben CMCs einen Wärmeausdehnungskoeffizienten („CTE“- coefficient of thermal expansion) in dem Bereich von 256,2 - 258,2 × 10^-6/K (1,5 - 5 Mikroinch/Inch/°F), der sich deutlich von kommerziellen Metalllegierungen unterscheidet, die als Träger für metallische Deckbänder verwendet werden. Derartige Metalllegierungen haben typischerweise einen CTE in dem Bereich von 259,3 - 260,9 × 10^- ⁶/K (7 - 10 Mikroinch/Inch/°F).
CMC-Deckbänder können segmentiert werden, um Belastungen aus der Wärmeausdehnung zu verringern und eine effektive Wirkung des Abstandsteuerungssystems der Maschine zu ermöglichen. Die Segmentendflächen oder „Schlitz“-Flächen können Endspalte bei Betriebsbedingungen haben, wobei CMC-Deckbänder möglicherweise größere Spalte im Vergleich zu Metalldeckbändern haben. Aufgrund der Schlitzflächenspalte müssen Dichtungen verwendet werden, um den Leckagestrom einzuschränken und den Rückstromrand des Deckbandes zu schützen.
Eine Art von segmentiertem CMC-Deckband enthält eine „Kasten“-Konstruktion, der herkömmliche Deckbandaufhänger erübrigt, welche zum Montieren von herkömmlichen metallischen Turbinendeckbändern verwendet werden. In der herkömmlichen Praxis wird der Deckbandaufhänger üblicherweise zum Dosieren des dem Deckband zugeführten Kühlluftstroms verwendet, indem ein erheblicher Anteil des Kühlluftdruckes weggenommen wird. Da ein Kastendeckband keinen Deckbandaufhänger hat, könnte der äußere Abschnitt des Deckbandes mit sehr hohen Luftdrücken in Verbindung stehen.
US 7 201 559 B2 offenbart eine Turbinendeckbandvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Mittellinienachse, die eine ringförmige stationäre Struktur, ein ringförmiges Turbinendeckband, das in der stationären Struktur montiert ist, und eine Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung mit einer Dichtungsanordnung umfasst. Das ringförmige Turbinendeckband weist mehrere gebogene Deckbandsegmente auf, wobei jedes Deckbandsegment gegenüberliegende vordere und hintere Wände und gegenüberliegende Innen- und Außenwände umfasst, die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Endflächen erstrecken. Die Deckbandsegmente sind mit Gegenendflächen in unmittelbarer Nähe dergestalt angeordnet, dass sie Endspalte zwischen allen gegenüberliegenden Paaren von Endflächen definieren. Die Dichtungsanordnung ist in jedem von den Endspalten angeordnet und weist eine oder mehrere Keildichtungen auf, die so angeordnet sind, dass sie eine zusammenhängende Dichtungsoberfläche um die Umfänge der Gegenendflächen definieren. Es sind mehrere ebene Keildichtungen vorgesehen, die in sich überschneidenden Schlitzen angeordnet sind, die in jeder von den Endflächen ausgebildet sind.
Aus der JP H10- 103 014 A ist es bekannt, dass Turbinendeckbandsegmente aus einem keramischen Matrix-Verbundwerkstoffmaterial ausgeführt sein können, um im Vergleich zu einer Ausführung aus üblichen Metalllegierungen eine höhere Temperaturbeständigkeit zu gewährleisten und das Gewicht der Bauteile zu reduzieren.
DE 28 49 747 A1 beschreibt einen aus keramischem Werkstoff bestehenden Axial-Leitschaufelkranz für Gasturbinen mit Leitschaufeln und diese am radial inneren und äußeren Umfang verbindenden Deckringen.
EP 2 105 581 A2 offenbart eine Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung mit einer Dichtungsanordnung, die mehrere Keildichtungen aufweist, die so angeordnet sind, dass sie eine zusammenhängende Dichtungsoberfläche um die Umfänge der gegenüberliegenden Endflächen der Turbinendeckbandsegmente definieren.
US 5 154 577 A offenbart eine Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung mit einer Dichtungsanordnung, welche mehrere Keildichtungen sowie eine in Schlitzen in Endflächen der Deckbandsegmente eingeordnete Eckdichtung mit L-förmigem Querschnitt aufweist.
Kurzzusammenfassung der Erfindung
Diese und weitere Nachteile des Stands der Technik werden durch die vorliegende Erfindung in Angriff genommen, welche eine Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung, die eine zusammenhängende Umfangsdichtungsoberfläche zwischen Turbinendeckband-Endspalten bereitstellt, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 3 und eine Turbinendeckbandvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 6 und 7 bereitstellt. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung kann am besten durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren verstanden werden, in welchen:

1 eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Turbinenabschnittes eines Gasturbinentriebwerks ist, der eine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung aufgebaute Deckbanddichtungsvorrichtung enthält;
2 eine perspektivische Explosionsansicht eines gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung aufgebauten Turbinendeckbandes ist, das mit mehreren Keildichtungen dargestellt ist; und
3 eine schematische Vorderseitenaufrissansicht von zwei benachbarten Deckbandsegmenten mit einer darin eingebauten Keildichtung ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Gemäß den Zeichnungen, in welchen identische Bezugszeichen dieselben Elemente durchgängig durch die verschiedenen Ansichten bezeichnen, stellt 1 einen kleinen Abschnitt einer Hochdruckturbine dar, welche Teil eines Gasturbinentriebwerks eines bekannten Typs ist. Die Funktion der Hochdruckturbine besteht in dem Entzug von Energie aus den unter Druck stehenden Hochtemperaturverbrennungsgasen aus einem (nicht dargestellten) stromaufwärts befindlichen Brenner und in der Umwandlung der Energie in mechanische Arbeit in bekannter Weise. Die Hochdruckturbine treibt einen stromaufwärts befindlichen (nicht dargestellten) Verdichter über eine Welle an, um so dem Brenner unter Druck stehende Luft zuzuführen.
In dem dargestellten Beispiel ist das Triebwerk ein Turbobläsertriebwerk und eine Niederdruckturbine wäre stromabwärts von der Gasgeneratorturbine angeordnet und mit einer einen Bläser antreibenden Welle gekoppelt. Jedoch sind die hierin beschriebenen Prinzipien gleichermaßen auf Turbojet- und Turbowellentriebwerke sowie Turbinentriebwerke anwendbar, die für andere Fahrzeuge oder in stationären Anwendungen eingesetzt werden.
Die Hochdruckturbine enthält einen Rotor, der sich um eine Mittenlinienachse des Triebwerks dreht und eine Anordnung flügelförmiger Turbinenlaufschaufeln 10 trägt. Ein mehrere gebogene Deckbandsegmente 12 aufweisendes Deckband ist so angeordnet, dass es eng anliegend die Turbinenlaufschaufeln 10 umgibt, um dadurch die äußere radiale Strömungspfadbegrenzung für den durch den Rotor strömenden heißen Gasstrom zu definieren.
Wie es in 2 zu sehen ist, hat jedes Deckbandsegment 12 im Wesentlichen eine rechteckige oder „Kasten“förmige hohle Querschnittsform, die durch gegenüberliegende Innen- und Außenwände 14 und 16 und vordere und hintere Wände 18 und 20 definiert ist. In dem dargestellten Beispiel sind abgerundete Übergänge zwischen den Wänden vorgesehen, aber scharfe oder rechteckige Übergänge können ebenfalls verwendet werden. Das Deckbandsegment 12 hat eine (am besten in 1 zu sehende) radial innere Strömungspfadoberfläche 22 und eine radial äußere Rückseitenoberfläche 24. Die Rückseitenoberfläche 24 enthält eine oder mehrere vorstehende Anlageflächen 26, welche für Ausrichtungszwecke verwendet werden. Eine optionale Schiene 28 mit einer abgerundeten Vorderkante erstreckt sich von der vorderen Wand 14 aus nach vorne. Ein Befestigungsloch 30 verläuft durch die Außenwand 16. Ein Deckbandhohlraum 32 ist innerhalb der Wände 14, 16, 18 und 20 definiert.
Die Deckbandsegmente 12 sind aus einem Keramikmatrix-Verbundwerkstoff (CMC-Material bekannten Typs) aufgebaut. Im Wesentlichen enthalten kommerziell verfügbare CMC-Materialien eine Keramikfaser, wie z.B. aus SiC, wovon Formen mit einem nachgiebigen Material, wie z.B. Bornitrid (BN), beschichtet sind. Die Fasern werden in einer keramikartigen Matrix gehalten, wovon eine Form Siliziumkarbid (SiC) ist. Typischerweise haben CMC-Materialien eine Zugduktilität bei Raumtemperatur von nicht mehr als etwa 1%, was hierin zur Definition und in der Bedeutung eines Materials mit niedriger Zugduktilität genutzt wird. Im Wesentlichen haben CMC-Materialien eine Zugduktilität bei Raumtemperatur in dem Bereich von etwa 0,4 bis etwa 0,7%. Diese steht im Vergleich zu Metallen mit einer Zugduktilität bei Raumtemperatur von mindestens etwa 5% beispielsweise in dem Bereich von etwa 5% bis etwa 15%. Das Deckband 12 könnte auch aus anderen hochtemperaturfähigen Materialien mit niedriger Duktilität aufgebaut sein.
Die Strömungspfadoberfläche 22 des Deckbandes 12 enthält eine Schicht eines abtragbaren oder reibtoleranten Materials 34 eines bekannten Typs, der zur Verwendung mit CMC-Materialien geeignet ist. Diese Schicht wird manchmal als „Reibschicht“ bezeichnet. In dem dargestellten Beispiel ist das Abriebmaterial 34 etwa 0,51 mm (0,020 Inch) bis etwa 0,76 mm (0,030 Inch) dick.
Die Deckbandsegmente 12 sind an einer stationären Struktur, welche in diesem Beispiel Teil eines Turbinengehäuses 36 ist, mittels mechanischer Einrichtungen befestigt. Ein Abstandshalter 38 ist innerhalb jedes der Befestigungslöcher 30 angeordnet. Ein Befestigungselement 40, wie z.B. die dargestellte Schrauben/Mutter-Kombination, verläuft durch den Abstandshalter 38 und klemmt die Anlageflächen 26 des Deckbandsegmentes 12 gegen die Innenseite des Gehäuses 36. Der Abstandshalter 38 oder eine (nicht dargestellte) getrennte Scheibe können verwendet werden, um eine Luftleckage in den oder aus dem Deckbandhohlraum 32 durch die Befestigungslöcher 30 zu verhindern, indem ein enger Sitz zwischen dem Abstandshalter 38 (oder der Scheibe) und dem Schaft des Befestigungselementes 40 und zwischen dem Abstandshalter 38 (oder der Scheibe) und der Außenwand 16 des Deckbandes 12 bereitgestellt wird. In diesem speziellen Beispiel enthält das Gehäuse 36 einen Flansch 42, welcher radial nach innen steht und an der hinteren Wand 20 des Deckbandsegmentes 12 anliegt. Der Flansch 42 trägt eine ringförmige „W“-Dichtung 44, welche die Leckage zwischen der hinteren Wand 20 und dem Flansch 42 reduziert. Eine Blattdichtung 46 oder andere Umfangsdichtung eines herkömmlichen Typs ist vor dem Deckbandsegment 12 befestigt und liegt an der vorderen Wand 14 an. Es ist anzumerken, dass 1 nur eine spezielle Befestigungskonfiguration veranschaulicht, und dass die hierin beschriebenen Dichtungsprinzipien und Vorrichtungen mit jeder anderen Art von Dichtungssegmen-Montagestruktur verwendet werden können.
Die Deckbandsegmente 12 enthalten (auch als „Schlitz“-Flächen bezeichnete) gegenüberliegende Endflächen 48. Wie es in 2 dargestellt ist, liegt jede von den Endflächen 48 in einer Ebene parallel zu der Mittellinienachse des Triebwerks, die als eine „Radialebene“ bezeichnet wird. Sie können auch so ausgerichtet sein, dass die Ebene in einem spitzen Winkel zu einer derartigen radialen Ebene liegt. Wenn sie wie vorstehend beschrieben zusammengebaut und befestigt sind, sind Endspalte zwischen den Endflächen 48 angrenzender Deckbandsegmente 12 vorhanden. Demzufolge ist eine Anordnung von Dichtungen an den Endflächen 48 vorgesehen. Ähnliche Dichtungen sind allgemein als „Keildichtungen“ bekannt und nehmen die Formen dünner Streifen aus Metall oder anderen geeignetem Material an, welche in Schlitze in den Endflächen 48 eingesetzt sind. Die Keildichtung überspannt den Spalt. 3 ist eine vereinfachte Bezugsansicht, welche zwei benachbarte Deckbandsegmente 12 mit einem Spalt „G“ zwischen deren benachbarten Endflächen 48 und in Schlitzen in den Endflächen 48 aufgenommene repräsentative Keildichtungen „S“, um so den Spalt (G) zu überspannen, darstellt. Es wird verständlich, dass in der nachstehenden Beschreibung, wenn spezielle „Schlitze“ und Keildichtungen angesprochen werden, jede von den Keildichtungen in entsprechenden Schlitzen in den Gegenendflächen 48 von zwei benachbarten Deckbandsegmenten 12 aufgenommen werden, um so den Spalt dazwischen in der in 3 dargestellten Weise zu überspannen.
1 und 2 stellen die Dichtungen dar, die zum Verringern der Leckage durch die Spalte zwischen den Deckbandsegmenten 12 verwendet werden. Es ist anzumerken, dass während des Triebwerksbetriebs der Bereich innerhalb der in 1 dargestellten gestrichelten Linie der primären Strömungspfadluft bei der ersten Temperatur und dem gesamten und statischen Druck ausgesetzt ist. Diese Niederdruckzone ist mit „P1“ bezeichnet. Der Bereich außerhalb der gestrichelten Linie ist der sekundären Strömungspfadluft bei einem wesentlich höheren statischen Druck ausgesetzt. Diese Hochdruckzone ist mit „P2“ bezeichnet. In der Praxis variiert die genaue Lage und spezielle Form der Begrenzung zwischen den zwei Druckzonen P1 und P2. Im Gegensatz zu herkömmlichen metallischen Deckbandkonstruktionen, welche einen getrennten abgedichteten Deckbandaufhänger nutzen, ist das Deckbandsegment 12 selbst sowohl den Hoch- als auch Niederdruckzonen P1 und P2 ausgesetzt.
Aus diesem Grund ist der gesamte Umfang des Deckbandsegmentes 12 mit einer Dichtungsoberfläche mit geschlossenem Umfang oder „Vollumlauf“ von Dichtungen versehen, um den Druck im Inneren des Deckbandhohlraums 32 zu begrenzen. Diese Dichtungen werden zusammengefasst als „Dichtungsanordnung“ bezeichnet. Ein im Wesentlichen axial ausgerichteter erster Schlitz 50 ist in der Endfläche 48 entlang der Innenwand 14 ausgebildet. Eine axiale innere Keildichtung 52 ist in dem ersten Schlitz 50 aufgenommen.
Ein im Wesentlichen radial ausgerichteter zweiter Schlitz 54 ist in der Endfläche 48 entlang der vorderen Wand 18 ausgebildet. Ein Innenende des zweiten Schlitzes 54 schneidet das vordere Ende des ersten Schlitzes 50. Eine vordere radiale Keildichtung 56 ist in dem zweiten Schlitz 54 angeordnet. Die vordere radiale Keildichtung 56 dient zwei Zwecken. In der Hochdruckzone P2 begrenzt sie die Leckage in das Deckbandsegment 12. In der Niederdruckzone P1 begrenzt sie die Leckage aus dem Deckbandhohlraum 32 zu dem Bereich im Inneren des Deckbandsegmentes 12 und vor der Turbinenschaufel 12, welcher als Vorderkantenhohlraum bezeichnet wird und mit „LE“ in der 1 bezeichnet ist.
Ein im Wesentlichen radial ausgerichteter dritter Schlitz 58 ist in der Endfläche 48 entlang der hinteren Wand 20 ausgebildet. Ein Innenende des dritten Schlitzes 58 schneidet das hintere Ende des ersten Schlitzes 50. Eine hintere radiale Keildichtung 60 ist in dem dritten Schlitz 58 angeordnet. Diese Dichtung wird dazu genutzt, die Leckage aus dem Deckbandhohlraum 32 zu dem Bereich im Inneren des Deckbandsegmentes 12 und hinter das Turbinenblatt 10, welche als Hinterkantenhohlraum bezeichnet wird und in der 1 mit „TE“ bezeichnet ist, zu begrenzen. Die hintere radiale Keildichtung 60 kann auch zu einer Umfangsdichtung oder einem Gehäuseelement ausgerichtet sein, wie z.B. einem Teil des Flansches 42, um einen Leckagestrom entlang dem Gefälle hinter der Dichtung 60 zu begrenzen.
Ein im Wesentlichen axial ausgerichteter vierter Schlitz 62 ist in der Endfläche 48 entlang der Außenwand 16 ausgebildet. Eine äußere Keildichtung 64 ist in dem vierten Schlitz 62 aufgenommen. Ein im Wesentlichen radial ausgerichteter fünfter Schlitz 66 ist in der Endfläche 48 entlang der vorderen Wand 14 aufgenommen, der sich zwischen dem zweiten Schlitz 50 und dem vorderen Ende des vierten Schlitzes 62 erstreckt. Eine vordere äußere Keildichtung 68 ist in dem fünften Schlitz 66 angeordnet. Ein im Wesentlichen radial ausgerichteter sechster Schlitz 70 ist in der Endfläche 48 entlang der hinteren Wand 20 ausgebildet, und erstreckt sich zwischen dem dritten Schlitz 58 und dem hinteren Ende des vierten Schlitzes 62. Eine hintere äußere Keildichtung 72 ist in dem sechsten Schlitz 70 angeordnet. Zusammen begrenzen die äußere, vordere äußere und hintere äußere Keildichtung 64, 68 und 72 (die als eine Gruppe „oberer Keildichtungen“ bezeichnet werden), eine Luftleckage in dem Deckbandhohlraum 32 aus dem Hochdruckbereich P2.
Um die „Gefälle“-Leckage entlang den Schlitzen zu verringern, die die Keildichtungen aufnehmen, können im Aufbau den Keildichtungen ähnliche Eckdichtungen, aber mit im Wesentlichen L-förmigen Querschnitten an den Schnittpunkten der verschiedenen Keildichtungen eingebaut sein. Gemäß Darstellung in 2 sind die Eckdichtungen 74 und 76 an den Übergangsstellen der inneren und vorderen radialen Keildichtungen 52 und 56 und der inneren und hinteren radialen Keildichtungen 52 bzw. 60 eingebaut.
Die optionale Schiene 28 liegt an der Blattdichtung 46 an. Um eine Endwandleckage an der Blattdichtung 46 und der Schiene 28 vorbei zu verhindern, ist ein im Wesentlichen axial ausgerichteter siebenter Schlitz 78 in der Endfläche 48 in dem Querschnitt der Schiene 28 ausgebildet, die den zweiten Schlitz 54 schneidet. Eine vordere Hilfskeildichtung 80 ist in dem siebenten Schlitz 78 aufgenommen. Im Wesentlichen sollte die Hilfsdichtung 80 so konfiguriert sein, dass sie sich so nahe wie möglich an die Blattdichtung 46 erstreckt, um eine Endwandleckage zu begrenzen.
Zusammengenommen stellen die Keildichtungen eine „voll umlaufende“ oder zusammenhängende Dichtungsoberfläche um den Umfang der Spalte bereit. In Betrieb begrenzt dieses die Luftleckage in die oder aus den Deckbandsegmenten 12 selbst bei Fehlen eines herkömmlichen druckverringernden Deckbandaufhängungselementes bereit.
Vorstehendes hat eine Turbinendeckband-Dichtungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk beschrieben. Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen daran ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung vorgenommen werden können. Demzufolge werden die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und die beste Art der praktischen Umsetzung der Erfindung nur für den Zweck der Veranschaulichung und nicht für den Zweck der Einschränkung bereitgestellt.
Eine Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk enthält: (a) ein gebogenes Deckbandsegment 12 mit einem Material niedriger Duktilität und mit einer Querschnittsform, die durch gegenüberliegende vordere und hintere Wände 18, 20 und gegenüberliegende Innen- und Außenwände 14, 16 definiert ist, wobei sich die Wände zwischen gegenüberliegenden ersten und zweiten Endflächen 48 des Deckbandsegmentes 12 erstrecken; und (b) eine erste Dichtungsanordnung, die in wenigstens einem in der ersten Endfläche 48 ausgebildeten Schlitz aufgenommen ist, wobei die erste Dichtungsanordnung eine oder mehrere Keildichtungen aufweist, welche aus der ersten Endfläche 48 vorstehen und welche dafür eingerichtet sind, eine zusammenhängende Dichtungsoberfläche um den Umfang der ersten Endfläche 48 herum zu definieren.

Claims

Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, aufweisend: (a) ein gebogenes Deckbandsegment (12) mit einem Material niedriger Duktilität, das eine Zugduktilität bei Raumtemperatur von nicht mehr als 1% aufweist, und mit einer Querschnittsform, die durch gegenüberliegende vordere und hintere Wände (18, 20) und gegenüberliegende Innen- und Außenwände (14, 16) definiert ist, wobei sich die Wände (18, 20, 14, 16) zwischen gegenüberliegenden ersten und zweiten Endflächen (48) des Deckbandsegmentes (12) erstrecken; und (b) eine erste Dichtungsanordnung, die in wenigstens einem in der ersten Endfläche (48) ausgebildeten Schlitz (50, 54, 58, 62, 66, 70, 78) aufgenommen ist, wobei die erste Dichtungsanordnung mehrere Keildichtungen (52, 56, 60, 64, 68, 72, 74, 76, 80) aufweist, welche aus der ersten Endfläche (48) vorstehen und welche dafür eingerichtet sind, eine zusammenhängende Dichtungsoberfläche um den Umfang der ersten Endfläche (48) herum zu definieren; wobei die Dichtungsanordnung mehrere ebene Keildichtungen (52, 56, 60, 64, 68, 72, 80) aufweist, die in sich überschneidenden Schlitzen (50, 54, 58, 62, 66, 70, 78) in der ersten Endfläche (48) angeordnet sind; und wobei die Dichtungsanordnung wenigstens eine Eckdichtung (74, 76) mit einem im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt enthält, die an einer Verbindungsstelle von zwei sich überschneidenden Schlitzen (50, 54, 58, 62, 66, 70, 78) angeordnet ist.
Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner eine zweite Dichtungsanordnung aufweist, die in wenigstens einem in der zweiten Endfläche (48) ausgebildeten Schlitz (50, 54, 58, 62, 66, 70, 78) aufgenommen ist, wobei die zweite Dichtungsanordnung eine oder mehrere Keildichtungen (52, 56, 60, 64, 68, 72, 74, 76, 80) aufweist, welche aus der zweiten Endfläche (48) vorstehen und dafür eingerichtet sind, eine zusammenhängende Dichtfläche um den Umfang der zweiten Endfläche (48) zu definieren.
Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, aufweisend: (a) ein gebogenes Deckbandsegment (12) mit einem Material niedriger Duktilität, das eine Zugduktilität bei Raumtemperatur von nicht mehr als 1% aufweist, und mit einer Querschnittsform, die durch gegenüberliegende vordere und hintere Wände (18, 20) und gegenüberliegende Innen- und Außenwände (14, 16) definiert ist, wobei sich die Wände (18, 20, 14, 16) zwischen gegenüberliegenden ersten und zweiten Endflächen (48) des Deckbandsegmentes (12) erstrecken; und (b) eine erste Dichtungsanordnung, die in wenigstens einem in der ersten Endfläche (48) ausgebildeten Schlitz (50, 54, 58, 62, 66, 70, 78) aufgenommen ist, wobei die erste Dichtungsanordnung mehrere Keildichtungen (52, 56, 60, 64, 68, 72, 74, 76, 80) aufweist, welche aus der ersten Endfläche (48) vorstehen und welche dafür eingerichtet sind, eine zusammenhängende Dichtungsoberfläche um den Umfang der ersten Endfläche (48) herum zu definieren; wobei die Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung aufweist: (a) einen ersten Schlitz (50) in der ersten Endfläche (48) entlang der Innenwand (14) mit einer darin aufgenommenen ersten Keildichtung (52); (b) einen zweiten Schlitz (54) in der ersten Endfläche (48) entlang der vorderen Wand (18) mit einem Innenende, welches ein vorderes Ende des ersten Schlitzes (50) schneidet, und mit einer darin angeordneten zweiten Keildichtung (56); (c) einen dritten Schlitz (58) in der ersten Endfläche (48) entlang der hinteren Wand (20) mit einem Innenende, welches ein hinteres Ende des ersten Schlitzes (50) schneidet, und mit einer darin angeordneten dritten Keildichtung (60); (d) einen vierten Schlitz (62) in der ersten Endfläche (48) entlang der Außenwand (16) mit einer darin aufgenommenen vierten Keildichtung (64); (e) einen fünften Schlitz (66) in der ersten Endfläche (48) entlang der vorderen Wand (18), der sich zwischen dem zweiten Schlitz (54) und einem vorderen Ende des vierten Schlitzes (62) erstreckt, mit einer darin angeordneten fünften Keildichtung (68); und (f) einen sechsten Schlitz (70) in der ersten Endfläche (48) entlang der hinteren Wand (20), der sich zwischen dem dritten Schlitz (58) und einem hinteren Ende des vierten Schlitzes (62) erstreckt, mit einer darin angeordneten sechsten Keildichtung (72).
Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die vordere Endwand (18) des Deckbandsegmentes (12) eine daraus vorstehende Schiene (28) enthält; und wobei die erste Endfläche (48) einen siebenten Schlitz (78) in der ersten Endfläche (48) entlang der Innenwand (14) enthält, der an der Stelle der Schiene (28) positioniert ist und den zweiten Schlitz (54) schneidet, wobei der siebente Schlitz (78) eine darin aufgenommene siebente Keildichtung (80) hat.
Turbinendeckband-Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Deckbandsegment (12) ein Keramikmatrix-Verbundwerkstoffmaterial aufweist.
Turbinendeckbandvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Mittellinienachse, aufweisend: (a) eine ringförmige stationäre Struktur (36); (b) ein ringförmiges Turbinendeckband, das in der stationären Struktur (36) montiert ist, mit mehreren gebogenen Deckbandsegmenten (12), wobei jedes Deckbandsegment (12) ein Material mit niedriger Duktilität mit einer Zugduktilität bei Raumtemperatur von nicht mehr als 1% aufweist und gegenüberliegende vordere und hintere Wände (18, 20) und gegenüberliegende Innen- und Außenwände (14, 16) hat, wovon sich jede von den Wänden (18, 20, 14, 16) zwischen entgegengesetzten Endflächen (48) erstreckt, wobei die Deckbandsegmente (12) mit gegenüberliegenden Endflächen (48) in unmittelbarer Nähe dergestalt angeordnet sind, dass sie Endspalte zwischen allen gegenüberliegenden Endflächen (48) definieren; und (c) eine Dichtungsanordnung, die in jedem von den Endspalten angeordnet ist, wobei die Dichtungsanordnung mehrere Keildichtungen (52, 56, 60, 64, 68, 72, 74, 76, 80) aufweist, welche so angeordnet sind, dass sie eine zusammenhängende Dichtungsoberfläche um die Umfänge der gegenüberliegenden Endflächen (48) definieren; wobei die Dichtungsanordnung mehrere ebene Keildichtungen (52, 56, 60, 64, 68, 72, 80) in sich überschneidenden Schlitzen (50, 54, 58, 62, 66, 70, 78) aufweist, die in jeder von den gegenüberliegenden Endflächen (48) ausgebildet sind; und wobei die Dichtungsanordnung ferner wenigstens eine Eckdichtung (74, 76) mit einem im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt enthält, die an einer Verbindungsstelle von zwei sich überschneidenden Schlitzen (50, 54, 58, 62, 66, 70, 78) angeordnet ist.
Turbinendeckbandvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Mittellinienachse, aufweisend: (a) eine ringförmige stationäre Struktur (36); (b) ein ringförmiges Turbinendeckband, das in der stationären Struktur (36) montiert ist, mit mehreren gebogenen Deckbandsegmenten (12), wobei jedes Deckbandsegment (12) ein Material mit niedriger Duktilität mit einer Zugduktilität bei Raumtemperatur von nicht mehr als 1% aufweist und gegenüberliegende vordere und hintere Wände (18, 20) und gegenüberliegende Innen- und Außenwände (14, 16) hat, wovon sich jede von den Wänden (18, 20, 14, 16) zwischen entgegengesetzten Endflächen (48) erstreckt, wobei die Deckbandsegmente (12) mit gegenüberliegenden Endflächen (48) in unmittelbarer Nähe dergestalt angeordnet sind, dass sie Endspalte zwischen allen gegenüberliegenden Endflächen (48) definieren; und (c) eine Dichtungsanordnung, die in jedem von den Endspalten angeordnet und in wenigstens einem in jeder der gegenüberliegenden Endflächen (48) ausgebildeten Schlitz (50, 54, 58, 62, 66, 70, 78) aufgenommen ist, wobei die Dichtungsanordnung mehrere Keildichtungen (52, 56, 60, 64, 68, 72, 74, 76, 80) aufweist, welche so angeordnet sind, dass sie eine zusammenhängende Dichtungsoberfläche um die Umfänge der gegenüberliegenden Endflächen (48) definieren; wobei die Dichtungsanordnung aufweist: (a) einen ersten Schlitz (50) in jeder der gegenüberliegenden Endflächen (48) entlang der Innenwand (14) mit einer darin aufgenommenen ersten Keildichtung (52); (b) einen zweiten Schlitz (54) in jeder der gegenüberliegenden Endflächen (48) entlang der vorderen Wand (18) mit einem Innenende, welches ein vorderes Ende des ersten Schlitzes (50) schneidet, und mit einer darin angeordneten zweiten Keildichtung (56); (c) einen dritten Schlitz (58) in jeder der gegenüberliegenden Endflächen (48) entlang der hinteren Wand (20) mit einem Innenende, welches ein hinteres Ende des ersten Schlitzes (50) schneidet, und mit einer darin angeordneten dritten Keildichtung (60); (d) einen vierten Schlitz (62) in jeder der gegenüberliegenden Endflächen (48) entlang der Außenwand (16) mit einer darin aufgenommenen vierten Keildichtung (64); (e) einen fünften Schlitz (66) in jeder der gegenüberliegenden Endflächen (48) entlang der vorderen Wand (18), der sich zwischen dem zweiten Schlitz (54) und einem vorderen Ende des vierten Schlitzes (62) erstreckt, mit einer darin angeordneten fünften Keildichtung (68); und (f) einen sechsten Schlitz (70) in jeder der gegenüberliegenden Endflächen (48) entlang der hinteren Wand (20), der sich zwischen dem dritten Schlitz (58) und einem hinteren Ende des vierten Schlitzes (62) erstreckt, mit einer darin angeordneten sechsten Keildichtung (72).
Turbinendeckbandvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die vordere Endwand (18) des Deckbandsegmentes (12) eine daraus vorstehende Schiene (28) enthält; und wobei jeder der gegenüberliegenden Endflächen (48) einen siebenten Schlitz (78) entlang der Innenwand (14) enthält, der an der Stelle der Schiene (28) positioniert ist und den zweiten Schlitz (54) schneidet, wobei der siebente Schlitz (78) eine darin aufgenommene siebente Keildichtung (80) hat.
Turbinendeckbandvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Deckbandsegment (12) ein Keramikmatrix-Verbundwerkstoffmaterial aufweist.