DE102016225604A1 - Dichtungsanordnung für einen Rotor - Google Patents

Dichtungsanordnung für einen Rotor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, insbesondere zur Verwendung bei einem Rotor einer Gasturbine, mit zwei Bauteilen (01,02), zwischen denen Spalt (19) vorhanden ist. Hierbei ist im ersten Bauteil (01) eine sich entlang des Spaltes (19) zum zweiten Bauteil (02) hin öffnende Aufnahmenut (04) vorhanden, in der (04) ein sich längs des Spaltes (19) erstreckendes Dichtelement (11) angeordnet ist. Zur Vereinfachung der Montage ist vorgesehen, dass das Dichtelement (11) einen innerhalb der Aufnahmenut (04) angeordneten bogenförmigen Federabschnitt (12) und einen den Spalt abdeckenden bogenförmigen Anlageabschnitt (13) aufweist, wobei der Federabschnitt (12) ein Anpressen des Dichtelements (11) gegen das zweite Bauteil (02) bewirkt und ein Druckunterschied ein Aufbiegen des Anlageabschnitts (13) und ein Anpressen des Dichtelements (11) gegen das zweite Bauteil (02) bewirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung insbesondere zur Verwendung bei einem Rotor mit zwei Bauteilen mit einem zwischen den Bauteilen abzudichtendem Spalt.
  • Im Stand der Technik werden verschiedene Dichtungsanordnungen zur mehr oder weniger vollständigen Abdichtung von zwei benachbarten Bauteilen eingesetzt. Sofern die Bauteile fest und bleibend aneinander gefügt werden können, stellt die Abdichtung meistens kein größeres Problem dar. Jedoch werden ebenso Bauweisen gefordert, bei denen die beiden Bauteile im Stillstand des Rotors zur wiederholten Montage/Demontage relativ zueinander bewegt werden müssen. Dabei gilt es, insbesondere bei höheren Gewichten und an anderer Stelle unvermeidbaren Reibungen, in aller Regel Reibkräfte zu minimieren bzw. zu vermeiden. Auch treten Fälle auf, in denen Toleranzen eine feste Verbindung zwischen den Bauteilen verhindern. Daher werden bei Rotoren, insbesondere bei Gasturbinen, vielfach Spalt-Abdichtungen eingesetzt, bei denen zwei Bauteile benachbart zueinander derartig positioniert werden, dass ein geringer Spalt zwischen Stirnseiten der Bauteile verbleibt. Hierbei ist verläuft der Spalt in aller Regel parallel zur erforderlichen Bewegungsrichtung und hierbei in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Rotorachse, oder in Umfangsrichtung.
  • Nachteilig bei dieser Situation ist der in aller Regel verbleibende, wenn gleich geringe, Spalt, der eine Abdichtung zwischen dem Bauraum im inneren des Rotors und außerhalb des Rotors verhindert. Daher werden in einigen Fällen Dichtelemente eingesetzt, welche im Spalt zwischen den Bauteilen in Art einer Nut-Feder-Verbindung eingesetzt werden, wobei jedoch das Dichtelement beidseitig in einer in radialer Richtung vergrößerten Nut eingesetzt ist. Hierdurch verbleibt zwar eine geringe Reibung, aber es kann eine weitgehende Abdichtung erreicht werden.
  • Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch die Montage, da das Dichtelement lose in die beidseitigen Nuten eingelegt werden muss.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine vorteilhafte Spaltabdichtung zu erzielen und hierbei eine einfache Montage zu gewährleisten.
  • Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßer Rotor ist im Anspruch 12 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die gattungsgemäße Dichtungsanordnung kann bevorzugt bei einem Rotor eingesetzt werden, wobei zunächst die Art und die Verwendung des Rotors unerheblich sind. Einen besonderen Vorteil bietet die Art der Dichtungsanordnung in der Verwendung bei einer Gasturbine.
  • Zumindest sind ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil erforderlich. Bei der Dichtungsanordnung erstreckt sich zwischen den Bauteilen ein Spalt. Diesbezüglich ist es zunächst unerheblich, ob der Spalt in der Trennung der beiden Bauteile ausschließlich linear oder bogenförmig verläuft. Der Spalt weist normalerweise eine Spalt-Weite zwischen 0,1 mm und 10 mm auf. Dieser ermöglicht - je nach Verwendung - einerseits eine reibungsfreie Montage bzw. Demontage der beiden Bauteile und anderseits einen Toleranzausgleich beispielsweise aufgrund von thermischen Dehnungen.
  • Zur Realisierung der Dichtungsanordnung ist es erforderlich, dass im ersten Bauteil eine sich entlang des Spaltes erstreckende Aufnahmenut vorhanden ist. Die Aufnahmenut hier hierbei zum Spalt offen ausgeführt. In der Aufnahmenut ist ein Dichtelement angeordnet, welches sich längs des Spaltes erstreckt und abschnittsweise aus der Aufnahmenut herausragt und hierdurch eine Abdichtung des Spaltes ermöglicht.
  • Die Dichtungsanordnung, d.h. das erste Bauteil, das Dichtelement und das zweite Bauteil, trennt hierbei eine innere Seite von einer äußeren Seite. Bei der Verwendung der Dichtungsanordnung im Betrieb liegt in aller Regel auf der inneren Seite ein höherer Druck, d.h. ein Überdruck, als auf der äußeren Seite vor, so dass die innere Seite zugleich die Druckseite ist.
  • Die Dichtungsanordnung ist nicht für diejenigen Fälle vorgesehen, in denen eine absolute Dichtigkeit gefordert wird. Insofern sind geringe Leckagen durch die Dichtungsanordnung je nach Verwendung tolerabel. Dies schließt natürlich nicht aus, dass mit dieser Dichtungsanordnung eine vollständige Dichtheit erzielt wird.
  • Während es im Stand der Technik üblich ist, auf gegenüberliegender Seite ebenso eine Nut, in die das Dichtelement eingreift, vorzusehen, ist stattdessen erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Dichtelement mittels einer Federkraft gegen das zweite Bauteil gepresst wird. Daher weist das Dichtelement einen in der Aufnahmenut angeordneten Federabschnitt auf. Dieser ist hierbei im Querschnitt betrachtet zumindest abschnittsweise bogenförmig ausgeführt und stützt sich am Nutgrund der Aufnahmenut ab. Ein Anlageabschnitt des Dichtelements kommt gegenüberliegend dem Nutgrund an einer Stirnseite des zweiten Bauteils zur Anlage. Der Anlageabschnitt befindet sich somit zwangläufig abschnittsweise innerhalb der Aufnahmenut und überdeckt den Spalt zwischen den beiden Bauteilen. Zur Unterstützung einer vorteilhaften Anlage ist hierbei vorgesehen, dass der Anlageabschnitt im Querschnitt betrachtet ebenfalls zumindest abschnittsweise bogenförmig ausgeführt ist.
  • Dabei ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass bei Verwendung der Dichtungsanordnung im Betrieb durch die Formgebung und die Anordnung des Anlageabschnitts ein vorhandener Überdruck auf einer Seite des Spaltes, d.h. auf einer Druckseite, relativ zur anderen Seite des Spaltes, ebenso ein Anpressen des Anlageabschnitts am zweiten Bauteil bewirkt.
  • Alternativ oder ergänzend zur Erhöhung des Anpressdrucks des Anlageabschnitts auf die Stirnseite des zweiten Bauteils ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass bei Verwendung der Dichtungsanordnung im Betrieb durch die Formgebung und die Anordnung des Anlageabschnitts einen radial nach außen wirkende Fliehkraft ebenso ein Anpressen des Anlageabschnitts am zweiten Bauteil bewirkt. Die innere Seite befindet sich hierbei auf der zur Dreh- bzw. Rotorachse weisenden Seite und die äußere Seite auf der von der Dreh- bzw. Rotorachse wegweisenden Seite der Dichtungsanordnung.
  • Durch die neue Ausführungsform wird die Montage des Bauteils mit dem Dichtelement zur Abdichtung des Spaltes und dem daran angeordneten Federelement bzw. den Federabschnitten deutlich gegenüber bisherigen Ausführungsformen verbessert. Insbesondere ist es nicht mehr erforderlich, dass in dem zweiten gegenüberliegenden Bauteil ebenso eine Aufnahmenut vorhanden ist.
  • Dabei ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der Anlageabschnitt neben der Anlage an einer Stirnseite des zweiten Bauteils weiterhin an einer zur äußeren Seite weisenden äußeren Flanke der Aufnahmenut anliegt, so dass eine Abdichtung des Spaltes über die Anlagen an den beiden benachbarten Bauteil an der Stirnseite des zweiten Bauteils und der äußeren Flanke der Aufnahmenut des ersten Bauteils erfolgt.
  • Dabei ist analog besonders vorteilhaft vorgesehen, dass bei Verwendung der Dichtungsanordnung im Betrieb durch die Formgebung und die Anordnung des Anlageabschnitts ein vorhandener Überdruck auf einer Seite des Spaltes, d.h. auf einer Druckseite, relativ zur anderen Seite des Spaltes, ebenso ein Anpressen des Anlageabschnitts an die äußere Flanke bewirkt.
  • Alternativ oder ergänzend zur Erhöhung des Anpressdrucks des Anlageabschnitts auf die äußere Flanke ist vorteilhaft vorgesehen, dass bei Verwendung der Dichtungsanordnung im Betrieb durch die Formgebung und die Anordnung des Anlageabschnitts eine radial nach außen wirkende Fliehkraft ebenso ein Anpressen des Anlageabschnitts auf die äußere Flanke bewirkt. Die innere Seite befindet sich hierbei auf der zur Dreh- bzw. Rotorachse weisenden Seite und die äußere Seite auf der von der Dreh- bzw. Rotorachse wegweisenden Seite der Dichtungsanordnung.
  • Zur Sicherung der Lage des Dichtelements in der Aufnahmenut ist es besonders vorteilhaft, wenn dieses zumindest in einem Ruhezustand ohne Druckunterschiede oder äußere Kräfte spielfrei in der Aufnahmenut gelagert ist. Dieses begünstigt einerseits die Montage mit vormontiertem Dichtelement im ersten Bauteil und anderseits eine definierte Position zur Abdeckung des Spaltes mit Anlage des Anlageabschnitts am zweiten Bauteil nach der Montage vor einer Inbetriebnahme.
  • Zur Sicherung der Lage des Dichtelements innerhalb der Aufnahmenut ist es weiterhin vorteilhaft, wenn sich an den Anlageabschnitt ein Fixierabschnitt anschließt. Dieser erstreckt sich bei der bogenförmigen Gestalt des Anlageabschnitts zurück aus dem Spalt in Richtung auf den Federabschnitt weisend in die Aufnahmenut hinein. Hierbei liegt der Fixierabschnitt an einer zur inneren Seite, d.h. zur Druckseite, weisenden inneren Flanke in der Aufnahmenut an.
  • Dabei ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass der Fixierabschnitt in eine Mehrzahl Abschnitte unterteilt ist oder eine Mehrzahl Durchbrüche aufweist, so dass innerhalb des Dichtelements zwischen dem Anlageabschnitt und dem Fixierabschnitt im Wesentlichen der gleiche Überdruck wie im Spalt an der Druckseite vorhanden ist.
  • Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn im Betrieb bei Verwendung der Dichtungsanordnung eine Erhöhung des Anpressdrucks vom Anlageabschnitt auf die äußere Flanke gegeben ist. Dieses wird bei vorteilhafter Anordnung des Dichtelements erreicht, so dass ein Überdruck auf der Druckseite, d.h. der inneren Seite, unmittelbar über den Anlageabschnitts auf die äußere Flanke wirkt. Weiterhin kann alternativ oder ergänzend ein erhöhter Anlagedruck erzielt werden, wenn eine Fliehkraft auf den Anlageabschnitt in Richtung auf die äußere Flanke wirkt, d.h. der Anlageabschnitt auf der zur Dreh- bzw. Rotorachse weisenden Seite der äußeren Flanke angeordnet ist.
  • Eine vorteilhafte Abdichtung eines Spaltes unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist insbesondere möglich, wenn die Spalt-Weite höchstens 2 mm beträgt. Eine Spalt-Weite ab 0,1 mm gewährleistet vorteilhaft die Montage der benachbarten Bauteile.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Weite der Aufnahmenut, d.h. der Abstand zwischen den Flanken der Aufnahmenut beidseitig des Dichtelements, zwischen 1 mm und 5 mm beträgt.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Weite der Aufnahmenut, d.h. der Abstand zwischen den Flanken der Aufnahmenut beidseitig des Dichtelements, zumindest dem 1,05-fachen der Stärke des Federabschnitts entspricht. Entsprechend verbleibt zwischen den Flanken der Aufnahmenut und dem Federabschnitt ein kleiner Freiraum. Dieses gewährleistet den Einbau des Dichtelements in der Aufnahmenut und sichert insbesondere die Beweglichkeit des Federabschnitts. Dabei ist eine Weite der Aufnahmenut entsprechend dem 1,5-fachen der Stärke des Federabschnitts hinreichend, so dass dem Federabschnitt nicht unnötig Bauraum zur Realisierung der Elastizität genommen wird. Anzumerken ist, dass die Stärke des Federabschnitts den erforderlichen Bauraum im Abstand zwischen den Flanken bezeichnet (und nicht die Materialstärke).
  • Die Aufnahmenut schwächt das Bauteil und sollte daher nicht unnötig tief ausgeführt werden. Jedoch sollte die Tiefe der Aufnahmenut von der Stirnseite des ersten Bauteils bis zum Grund der Aufnahmenut zur sicheren Lagerung des Dichtelements mit den Federabschnitten oder mit dem Federelement nicht zu klein gewählt werden.
  • Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn die Tiefe zumindest 3 mm beträgt. Besonders vorteilhaft ist eine Tiefe von zumindest 6 mm.
  • Unter Berücksichtigung der Spalt-Weite ist es vorteilhaft, wenn die Tiefe zumindest dem 3-fachen der Spalt-Weite entspricht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Tiefe zumindest dem 6-fachen der Spalt-Weite entspricht.
  • Unter Berücksichtigung der Stärke des Federelements ist es analog vorteilhaft, wenn die Tiefe der Aufnahmenut zumindest dem 3-fachen der Weite der Aufnahmenut entspricht. Besonders vorteilhaft ist eine Tiefe von zumindest dem 5-fachen der Weite der Aufnahmenut.
  • Ein gebogener Anlageabschnitt kann vorteilhaft realisiert werden, wenn dieser im Querschnitt betrachtet eine C-förmige oder U-förmige oder V-förmige Formgebung aufweist, wobei die offene Seite zur Druckseite hin ausgerichtet ist.
  • Dieses begünstigt in besonderem Maße bei einem Überdruck auf der Druckseite relativ zur gegenüberliegenden Seite des Anlageabschnitts, dass - wäre nicht bereits eine Anlage am zweiten Rotorbauteil gegeben oder ist noch keine vollständige Anlage vorhanden - ein Aufbiegen des in C-/U- oder V-Form bogenförmigen Anlageabschnitts und somit eine verbesserte Anlage am zweiten Bauteil und somit eine verbesserte Abdichtung.
  • Zur Realisierung eines elastischen bogenförmigen Federabschnitts weist dieser vorteilhaft eine C-förmige oder U-förmige oder V-förmige Gestalt auf, wobei die offene Seite von der Druckseite wegweisen ausgerichtet ist. Hieraus abgeleitet ist es naheliegend möglich, die bogenförmige von der Druckseite wegweisende Gestalt zur Bildung des Federabschnitts zu erweitern.
  • Zwischen dem Federabschnitt und dem Anlageabschnitt kann ein Zwischenbereich vorhanden sein, welcher zur Vermeidung einer unnötigen Tiefe der Aufnahmenut jedoch vorteilhaft vermieden wird, so dass der Federabschnitt unmittelbar in den Anlageabschnitt übergeht.
  • Zur Herstellung des Dichtelements bietet sich die Verwendung eines Flachmaterials an, welches entsprechend der erforderlichen Formgebung geformt wird. Hierbei kann das Flachmaterial entlang einer parallelen zu einer Seitenkante längs seiner Erstreckung zumindest zweifach gebogen werden, so dass der Federabschnitt und der Anlageabschnitt gebildet werden.
  • Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines dauerhaft elastischen und temperaturfesten Materials. Insofern bietet sich die Verwendung eines Federstahls an. Bei entsprechender Temperaturbelastung wird vorteilhaft ein warmfester Stahl beispielsweise vom Typ X22 eingesetzt. Ebenso ist die Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung, insbesondere einer aushärtbaren Nickelbasis-Superlegierung, möglich. Besonders geeignete Materialtypen sind hierbei 718 und X-750.
  • Nachfolgend ist es möglich - sofern sich der Spalt nicht geradlinig erstreckt, das hergestellte zumindest zweifach gebogene Profil nochmals entsprechend dem Verlauf der Aufnahmenut zu biegen.
  • Weiterhin ist es von Vorteil, wenn am zweiten Bauteil gegenüberliegend zum ersten Bauteil eine Einbuchtung vorhanden ist, in die der Anlageabschnitt bei Anlage innerhalb der Einbuchtung eintaucht. Die Tiefe der Einbuchtung ist vorzugsweise gering, d.h. geringer als die Spalt-Weite und/oder die Weite der Aufnahmenut ausgeführt.
  • Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ermöglicht die Realisierung eines erfindungsgemäßen Rotors, bei dem zur Abdichtung eines Spaltes zwischen zwei Rotorbauteilen eine entsprechende Dichtungsanordnung wie zuvor beschrieben eingesetzt wird. Bei den Bauteilen kann es sich beispielsweise um Rotorscheiben oder um Dichtsegmente zur Bildung eines Dichtringes handeln.
  • Der zwischen den Rotorbauteilen abzudichtende Spalt kann einen verschiedenartigen Verlauf relativ zur Rotorachse aufweisen. In einfachster Weise verläuft der Spalt parallel zur Rotorachse, d.h. in axialer Richtung, und somit weist die Aufnahmenut ebenso einen axialen Verlauf auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich der Abstand zur Rotorachse über den Verlauf ändert. Anderseits kann ein um die Rotorachse vollständig oder abschnittsweise umlaufender Spalt zwischen den beiden Rotorbauteilen vorhanden sein, wobei sich ebenso über den Verlauf der Abstand zur Rotorachse ändern kann. Weiterhin ist ein Verlauf in axialer Richtung und in Umfangsrichtung, d.h. ein Helix-artiger Verlauf, möglich.
  • Entsprechend verläuft die Aufnahmenut bevorzugt im Wesentlichen axial und/oder in Umfangsrichtung ausgerichtet. Wenngleich eine Änderung des Abstands zur Rotorachse über dem Verlauf der Aufnahmenut möglich ist, so wird die Dichtungsanordnung bevorzugten eingesetzt, wenn die relative Änderung des Abstands zur Rotorachse kleiner ist als die Wegstrecke in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung.
  • Die Ausrichtung des Dichtelements längs des Verlaufs entlang des Spaltes kann je nach abzudichtendem Spalt unterschiedlich ausfallen. Einerseits kann sich der Spalt zwischen einem radial außen liegenden Rotorbauteil und einem auf der zur Rotorachse weisenden Seite angeordneten Rotorbauteil befinden. Hierbei erstreckt sich das Dichtelement quer zu dessen Verlauf in radialer Richtung. Hierbei öffnet sich vorteilhaft die Aufnahmenut radial nach außen oder zur Rotorachse weisend.
  • Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der Dichtungsanordnung bei nebeneinander angeordneten Rotorbauteilen, d.h. entlang des Spaltes haben die benachbarten Rotorbauteile im Wesentlichen den gleichen Abstand zur Rotorachse. Hieraus resultierend öffnet sich die Aufnahmenut in axialer und/oder tangentialer Richtung vom ersten Rotorbauteil zum zweiten Rotorbauteil weisend. Folglich erstreckt sich das Dichtelement - betrachtet quer zum Verlauf längs des Spaltes - in axialer und/oder tangentialer Richtung.
  • Bei besonders vorteilhafter Verwendung, bzw. beim Verfahren zum Betrieb, des Rotors treten naheliegend Fliehkräfte auf. Diese unterstützen wesentlich die Abdichtung des Spaltes durch das Dichtelement. Weiterhin liegt im Betrieb bei besonders vorteilhafter Verwendung, bzw. beim vorteilhaften Verfahren zum Betrieb, des Rotors auf der zur Rotorachse weisenden Seite relativ zu der vom Spalt radial nach außen weisenden Seite ein Überdruck vor. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Dichtungsanordnung unter Berücksichtigung des Spaltes in folgender Weise eine Abdichtung bewirkt, wobei der Druck auf das zweite Bauteil anteilig zwischen 1% bis 10% vom Federabschnitt (12) und zwischen 5% bis 60% durch die Fliehkraft und zwischen 30% bis 90% durch den Überdruck bewirkt wird und der Druck auf die äußere Flanke (07) anteilig bis zu 10% vom Fixierabschnitt (14) und zwischen 30% bis 90% durch die Fliehkraft und zwischen 5% bis 60% durch den Überdruck bewirkt wird.
  • In den nachfolgenden Figuren wird schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung skizziert, welche deren Verwendung sich insbesondere bei einem Rotor anbietet. Es zeigen:
    • 1 eine perspektivische Ansicht auf ein S-förmige Dichtelement schematisch dargestellt und
    • 2 die Ausführung in einer Schnittansicht.
  • In den Figuren eins und zwei ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung in der Verwendung zur Abdichtung eines Spaltes 19 zwischen einem ersten Rotorbauteil 01 und einem zweiten Rotorbauteil 02 schematische skizziert. Vorgesehen ist, dass im ersten Rotorbauteil 01 auf der zum zweiten Rotor Bauteil 02 weisenden Seite eine Aufnahmenut 04 vorhanden ist, in der 04 ein Dichtelement 11 eingesetzt ist. Dabei erstreckt sich das Dichtsegment 11 aus der Aufnahmenut 04 heraus bis an die Stirnseite des gegenüberliegenden zweiten Rotorbauteils 02 und deckt somit den Spalt 19 ab.
  • Um eine besonders vorteilhafte Dichtwirkung zu erzielen und dennoch einen vorteilhaften Einbau der Rotorbauteile zu ermöglichen ist das Dichtsegment 11 S-förmig ausgeführt. Dieses elf weist einen Federabschnitt 12 auf, der 12 sich am Nutgrund 05 der Aufnahmenut 04 abstützt. Der Federabschnitt 12 ist hierbei bogenförmig bzw. hier V-förmig ausgeführt und bewirkt im montierten Zustand durch ein Hineindrücken des Dichtsegments 11 in die Aufnahmenut 04 eine Federkraft, die wiederum eine Abdichtung des Spaltes 19 gewährleistet. An den Federabschnitt 12 schließt sich der Anlageabschnitt 13 an, der 13 einerseits an einer äußeren Flanke 07 der Aufnahmenut 04, d.h. am ersten Rotorbauteil 01, und andererseits an der Stirnseite des zweiten Rotorbauteils 02 anliegt. Dabei ist vorgesehen, dass sich der bogenförmige Anlageabschnitt 13 in der Verwendung zu einer Druckseite 08 hin offen ausgeführt ist. Entsprechend der S-förmigen Ausführung des Dichtsegments 11 mit Federabschnitt 12 und Anlageabschnitt 13 ist entsprechend der Federabschnitte zwölf von der Druckseite 08 wegweisend offen ausgeführt. Ein Überdruck auf der Druckseite 08 relativ zur gegenüberliegenden Seite am Spalt 19 führt aufgrund der vorteilhaften Formgebung des Anlageabschnitts 13 zu einer weiteren Erhöhung des Anlagedrucks sowohl an der äußeren Flanke 07 als auch am gegenüberliegenden zweiten Rotorbauteil 02.
  • Die zuverlässige Anlage des Anlageabschnitts 13 am zweiten Rotorbauteil 02 wird durch eine der Aufnahmenut 04 gegenüberliegend am Spalt 19 angeordnete Einbuchtung 09 verbessert. Dieses verhindert bei sehr hohem Überdruck auf der Druckseite 08 nicht zu einem ungewollten Hereinpressen des Anlageabschnitts 13 mit einem Gleiten entlang der Stirnseite des zweiten Rotorbauteils 02 in den von der Druckseite 08 weg weisenden Abschnitt des Spalts 19.
  • Die zuverlässige Lage des Dichtsegments 11 bei der Montage am ersten Rotorbauteil 01 wird durch den Einsatz eines Fixierabschnitts 14 verbessert, der 14 sich an den Anlageabschnitt 13 anschließt und sich aus dem Spalt 19 zurück in die Aufnahmenut 04 erstreckt. Hierbei liegt der Fixierabschnitt 14 an einer der Druckseite 08 zugewandten inneren Flanke 06 der Aufnahmenut 04 gegenüberliegend der äußeren Flanke 07 an. Dabei ist vorgesehen, dass der Fixierabschnitt eine Mehrzahl längs der Erstreckung voneinander getrennte Abschnitte - wie hier skizziert - oder wahlweise mehrere sich zum Spalt 19 (auf der zur Druckseite hin weisenden Seite) öffnende Durchbrüche aufweist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Überdruck auf der Druckseite 08 ebenso im Bereich innerhalb des Anlageabschnitts 13 wirkt.
  • Diese Anordnung ist insbesondere vorgesehen zur Verwendung bei einem Rotor, wobei sich der Spalt 19 in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung entlang der Rotorachse erstreckt. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Dichtelement 11 mit dem bogenförmigen Anlageabschnitt 13 derart ausgerichtet ist, dass die Fliehkräfte von der hier skizzierten Druckseite 08 zur gegenüberliegenden Seite wirken. Somit unterstützen die Fliehkräfte ein Aufbiegen des Anlageabschnitts 13 und somit analog dem vorhandenen Überdruck eine verbesserte Anlage des Dichtsegments 11 an der äußeren Flanke 07 sowie an der gegenüberliegenden Stirnseite des zweiten Rotorbauteils 02 in der Einbuchtung 09.

Claims (16)

  1. Dichtungsanordnung, insbesondere zur Verwendung bei einem Rotor einer Gasturbine, mit einem ersten Bauteil (01) und mit einem zweiten Bauteil (02), wobei zwischen den Bauteilen (01,02) ein Spalt (19) vorhanden ist, wobei im ersten Bauteil (01) eine sich entlang des Spaltes (19) zum zweiten Bauteil (02) hin öffnende Aufnahmenut (04) vorhanden ist, in der (04) ein sich längs des Spaltes (19) erstreckendes Dichtelement (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11) einen innerhalb der Aufnahmenut (04) angeordneten bogenförmigen Federabschnitt (12) und einen den Spalt (19) abdeckenden bogenförmigen Anlageabschnitt (13) aufweist, wobei der Federabschnitt (12) ein Anpressen des Anlageabschnitts (13) gegen das zweite Bauteil (02) bewirkt, wobei insbesondere ein Überdruck auf einer Druckseite (08) und/oder eine Fliehkraft ein Anpressen des Anlageabschnitts (13) gegen das zweite Bauteil (02) bewirkt.
  2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlageabschnitt (13) an einer von der Druckseite (08) wegweisenden äußeren Flanke (07) der Aufnahmenut (04) anliegt, wobei insbesondere ein Überdruck auf einer Druckseite (08) und/oder eine Fliehkraft ein Anpressen des Anlageabschnitts (13) gegen die äußere Flanke (07) bewirkt.
  3. Dichtungsanordnung nach einem der Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11) spielfrei in der Aufnahmenut (04) angeordnet ist.
  4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Anlageabschnitt (13) ein zum Nutgrund (05) weisender Fixierabschnitt (14) anschließt, welcher (14) zumindest im Ruhezustand an einer zur Druckseite (08) weisenden inneren Flanke (06) der Aufnahmenut (04) anliegt.
  5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine elastische Verformung des Fixierabschnitts (14) und/oder der Überdruck und/oder die Fliehkraft ein Anpressen des Anlageabschnitts (13) gegen die äußere Flanke (07) bewirkt.
  6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalt-Weite zwischen 0,1 mm und 2 mm beträgt; und/oder dass die Weite der Aufnahmenut (04) zwischen 1 mm und 5 mm beträgt.
  7. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Aufnahmenut (04) zumindest 3 mm, insbesondere zumindest 6 mm, beträgt; und/oder dass die Tiefe der Aufnahmenut (04) zumindest dem 3-fachen, insbesondere zumindest dem 6-fachen, der Spalt-Weite; und/oder dass die Tiefe der Aufnahmenut (04) zumindest dem 3-fachen, insbesondere zumindest dem 6-fachen, der Weite der Aufnahmenut (04) entspricht.
  8. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlageabschnitt (13) C-/U- oder V-förmig radial zu einer Druckseite offen ausgeführt ist.
  9. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (12) C-/U- oder V-förmig von einer Druckseite wegweisend offen ausgeführt ist; oder dass der Federabschnitt (12) einen C-/U- oder V-förmigen von einer Druckseite wegweisend offenen Abschnitt umfasst.
  10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (12) unmittelbar in den Anlageabschnitt (13) übergeht.
  11. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11) aus einem mehrfach gebogenen Flachmaterial, insbesondere aus Federstahl und/oder einem warmfesten Stahl und/oder einer Ni-Basis-Legierung, hergestellt ist.
  12. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (02) gegenüberliegend der Aufnahmenut (04) eine Einbuchtung (09) aufweist, in der (09) der Anlageabschnitt (13) absatzweise eintaucht.
  13. Rotor, insbesondere einer Gasturbine, mit einem ersten Rotorbauteil (01) und einem zweiten Rotorbauteil (02), deren (01,02) zwischenliegender Spalt über eine Dichtungsanordnung gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche abgedichtet ist.
  14. Rotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Spalt (19) im Wesentlichen axial und/oder in Umfangsrichtung erstreckt.
  15. Rotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aufnahmenut (04) im Querschnitt im Wesentlichen axial und/oder tangential erstreckt.
  16. Rotor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei bestimmungsgemäßer Verwendung - der Druck auf das zweite Bauteil (02) anteilig zwischen 1% bis 10% vom Federabschnitt (12) und zwischen 5% bis 60% durch die Fliehkraft und zwischen 30% bis 90% durch den Überdruck bewirkt wird und - der Druck auf die äußere Flanke (07) anteilig bis zu 10% vom Fixierabschnitt (14) und zwischen 30% bis 90% durch die Fliehkraft und zwischen 5% bis 60% durch den Überdruck bewirkt wird.
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US20160115811A1 (en) * 2014-10-24 2016-04-28 United Technologies Corporation Conformal seal

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