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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbomaschinenbauteilanordnung mit einem ersten und einem zweiten Turbinenmaschinenbauteil sowie einer Dichtung zur Abdichtung eines Radialspalts zwischen dem ersten und zweiten Turbinenmaschinenbauteil, eine Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, mit der Turbomaschinenbauteilanordnung sowie ein Verfahren zur Dämpfung von Schwingungen der Dichtung.
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Aus der
EP 2 669 474 A1 ist ein leitbeschaufelter Übergangskanal zwischen einer Hoch- und einer Niederdruckturbine („Turning Mid Turbine Frame“, TMTF) bekannt.
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Zur Abdichtung von Radialspalten zwischen solchen Übergangskanälen und Turbinen(gehäusen) ist es nach betriebsinterner Praxis bekannt, eine Ringdichtung in einer Ringnut des TMTFs anzuordnen.
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Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Turbomaschine, insbesondere deren Betriebsverhalten, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Turbomaschinenbauteilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Anspruch 8 stellt eine Turbomaschine mit einer hier beschriebenen Turbomaschinenbauteilanordnung unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Turbomaschine(nbauteilanordnung) zwei jeweils ein- oder mehrteilige Turbinenmaschinenbauteile, die vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit als ein erstes und zweites Turbinenmaschinenbauteil bezeichnet werden, sowie eine Dichtung auf, die einen Radialspalt zwischen dem ersten und zweiten Turbinenmaschinenbauteil abdichtet bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist bzw. verwendet wird, insbesondere hierzu das erste und zweite Turbinenmaschinenbauteil (dichtend) kontaktiert.
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Eine Axialrichtung ist in einer Ausführung parallel zu einer Rotations-, insbesondere (Haupt)Maschinenachse der Turbomaschine, eine Umfangsrichtung eine Drehrichtung um diese Achse, eine Radialrichtung senkrecht zur Axial- und Umfangsrichtung. Entsprechend liegen in einer Ausführung Dichtungsflächen des ersten und zweiten Turbinenmaschinenbauteils einander in Radialrichtung gegenüber und bilden bzw. definieren zwischen sich den Radialspalt.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Turbomaschine(nbauteilanordnung) einen Dämpfer auf, der Schwingungen, insbesondere in Radial-, Axial- und/oder Umfangsrichtung, der Dichtung, insbesondere dissipativ und/oder durch bzw. unter Verformung des Dämpfers, dämpft bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist bzw. verwendet wird, und, insbesondere hierzu, zwischen einer Abstützfläche des zweiten oder ersten Turbinenmaschinenbauteils und einer Abstützfläche der Dichtung angeordnet, insbesondere abgestützt, ist bzw. wird, insbesondere also die Abstützflächen des zweiten bzw. ersten Turbinenmaschinenbauteils und der Dichtung kontaktiert.
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Hierdurch können schwingungsbedingte Relativbewegungen zwischen Dichtung und dem ersten und/oder zweiten Turbinenmaschinenbauteil und dadurch ein Verschleiß reduziert und so das Betriebsverhalten, insbesondere die Dichtheit und/oder Lebensdauer bzw. Wartungshäufigkeit bzw. Ausfallsicherheit, verbessert werden.
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In einer Ausführung sind bzw. werden das erste und zweite Turbinenmaschinenbauteil, insbesondere zerstörungsfrei lösbar oder dauerhaft bzw. nicht zerstörungsfrei lösbar, fest bzw. starr miteinander verbunden, in einer anderen Ausführung sind bzw. werden das erste und zweite Turbinenmaschinenbauteil nicht direkt bzw. nicht einander kontaktierend, insbesondere gar nicht, miteinander verbunden.
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Zusätzlich oder alternativ definieren in einer Ausführung das erste und zweite Turbinenmaschinenbauteil einen Strömungskanal für ein Arbeitsfluid, insbesondere -gas, der Turbomaschine bzw. sind hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. werden hierzu verwendet.
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Insbesondere hierzu können das erste und/oder zweite Turbinenmaschinenbauteil Leitschaufeln zur Strömungsumlenkung eines bzw. des Arbeitsfluids der Turbomaschine aufweisen.
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In einer Ausführung ist die Turbomaschine eine Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks.
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In einer Weiterbildung kann eine Turbine, insbesondere eine Hoch-, Mittel- oder Niederdruckturbine, oder ein Verdichter, insbesondere ein Hoch-, Mittel- oder Niederdruckverdichter, der Turbomaschine das erste und/oder zweite Turbinenmaschinenbauteil aufweisen, insbesondere das erste und/oder zweite Turbinenmaschinenbauteil ein Gehäuse- oder anderes, insbesondere statisches, Bauteil der Turbine bzw. des Verdichters aufweisen, insbesondere sein.
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Zusätzlich oder alternativ kann in einer Weiterbildung ein, insbesondere beschaufelter, insbesondere Leitschaufeln zur Strömungsumlenkung eines bzw. des Arbeitsfluids der Turbomaschine aufweisender, Übergangskanal zwischen zwei Turbinen, insbesondere zwischen einer Hoch- und einer Mittel- oder Niederdruckturbine oder zwischen einer Mittel- und einer Niederdruckturbine, oder zwischen zwei Verdichtern, insbesondere zwischen einem Nieder- und einem Mittel- oder Hochdruckverdichter oder zwischen einem Mittel- und einem Hochdruckverdichter, der Turbomaschine das erste und/oder zweite Turbinenmaschinenbauteil aufweisen, insbesondere das erste und/oder zweite Turbinenmaschinenbauteil ein Gehäuse- oder anderes, insbesondere statisches, Bauteil des Übergangskanals aufweisen, insbesondere sein.
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Insbesondere kann also ein solcher Übergangskanal, insbesondere ein sogenannter „Turning Mid Turbine Frame“ (TMTF), das zweite Turbinenmaschinenbauteil aufweisen und eine damit verbundene Turbine, insbesondere Niederdruckturbine („Low Pressure Turbine“, LPT), das erste Turbinenmaschinenbauteil aufweisen, insbesondere das zweite Turbinenmaschinenbauteil ein Gehäuse- oder anderes, insbesondere statisches, Bauteil des Übergangskanals aufweisen, insbesondere sein, und das erste Turbinenmaschinenbauteil ein Gehäuse- oder anderes, insbesondere statisches, Bauteil der Turbine, insbesondere ein sogenanntes „Outer Air Seal“ (OAS), aufweisen, insbesondere sein.
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Gleichermaßen kann in einer anderen Ausführung ein solcher Übergangskanal, insbesondere TMTF, das erste Turbinenmaschinenbauteil aufweisen und eine damit verbundene Turbine, insbesondere LPT, das zweite Turbinenmaschinenbauteil aufweisen, insbesondere das erste Turbinenmaschinenbauteil ein Gehäuse- oder anderes, insbesondere statisches, Bauteil des Übergangskanals aufweisen, insbesondere sein, und das zweite Turbinenmaschinenbauteil ein Gehäuse- oder anderes, insbesondere statisches, Bauteil der Turbine, insbesondere ein OAS, aufweisen, insbesondere sein.
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Dies stellt, insbesondere aufgrund der hier auftretenden mechanischen, aerodynamischen und/oder thermischen Belastungen, besonders vorteilhafte Anwendungen der vorliegenden Erfindung dar.
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In einer Ausführung ist die Dichtung einteilig ausgebildet. Hierdurch kann in einer Ausführung ihre Dichtwirkung verbessert werden. In einer anderen Ausführung ist die Dichtung mehrteilig ausgebildet. Hierdurch kann in einer Ausführung ihre Montage verbessert werden.
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In einer Ausführung ist die Dichtung ringartig ausgebildet, sie kann insbesondere eine Rotations-, insbesondere (Haupt)Maschinenachse der Turbomaschine umgreifen bzw. -schließen. Hierdurch kann in einer Ausführung ihr Betriebsverhalten verbessert werden.
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In einer Ausführung ist bzw. wird die Dichtung wenigstens teilweise in einer Nut, insbesondere Ring- bzw. Umfangsnut, des zweiten oder ersten Turbinenmaschinenbauteils angeordnet und/oder, insbesondere elastisch, in einer Ausführung durch bzw. unter elastische(r) Deformation, insbesondere Kompression, der Dichtung, radial, insbesondere nach radial außen oder nach radial innen, gegen eine Dichtungsfläche des ersten oder zweiten Turbinenmaschinenbauteils vorgespannt. Hierdurch kann in einer Ausführung die Dichtung vorteilhaft gelagert und/oder ihre Dichtwirkung verbessert werden.
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In einer Ausführung ist der Dämpfer einteilig ausgebildet. Hierdurch kann in einer Ausführung seine Dämpfungswirkung verbessert werden. In einer anderen Ausführung ist der Dämpfer mehrteilig ausgebildet. Hierdurch kann in einer Ausführung seine Montage verbessert werden.
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In einer Ausführung ist der Dämpfer ringartig ausgebildet, er kann insbesondere eine Rotations-, insbesondere (Haupt)Maschinenachse der Turbomaschine umgreifen bzw. -schließen. Hierdurch kann in einer Ausführung sein Betriebsverhalten verbessert werden.
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In einer Ausführung ist bzw. wird der Dämpfer ganz oder teilweise in einer bzw. der Nut des zweiten oder ersten Turbinenmaschinenbauteils angeordnet und/oder, insbesondere elastisch, in einer Ausführung durch bzw. unter elastische(r) Deformation, insbesondere Kompression, des Dämpfers, radial, insbesondere nach radial außen und/oder innen, gegen die Abstützfläche der Dichtung und/oder die Abstützfläche des zweiten oder ersten Turbinenmaschinenbauteils vorgespannt. Hierdurch kann in einer Ausführung der Dämpfer vorteilhaft gelagert und/oder seine Dämpfungswirkung verbessert werden. Vorteilhafterweise kann der Dämpfer in einer Ausführung die Vorspannung der Dichtung unterstützen bzw. verstärken bzw. hierzu eingerichtet sein bzw. verwendet werden.
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In einer Ausführung weist der Dämpfer in Umfangsrichtung (gesehen) eine oder mehrere Unterbrechungen auf bzw. ist ein- oder mehrfach geschlitzt bzw. -trennt. Hierdurch kann in einer Ausführung seine Montage verbessert werden. In einer alternativen Ausführung ist der Dämpfer in Umfangsrichtung durchgehend bzw. umlaufend bzw. geschlossen (ausgebildet). Hierdurch kann in einer Ausführung seine Stabilität und/oder Lebensdauer verbessert werden.
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In einer Ausführung weist der Dämpfer in Umfangsrichtung abschnittsweise oder über seine gesamte (Umfangs)Länge bzw. Erstreckung einen Vollquerschnitt auf, er kann somit insbesondere abschnittsweise oder über seine gesamte (Umfangs)Länge bzw. Erstreckung schnurartig ausgebildet sein. Hierdurch kann in einer Ausführung seine Stabilität und/oder Lebensdauer verbessert werden.
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In einer Ausführung weist der Dämpfer in Umfangsrichtung abschnittsweise oder über seine gesamte (Umfangs)Länge bzw. Erstreckung einen offenen oder geschlossenen Hohlquerschnitt auf, er kann somit insbesondere abschnittsweise oder über seine gesamte (Umfangs)Länge bzw. Erstreckung schlauchartig ausgebildet sein. Hierdurch kann in einer Ausführung seine Dämpfungswirkung verbessert werden.
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In einer Ausführung weist der Dämpfer in Umfangsrichtung abschnittsweise oder über seine gesamte (Umfangs)Länge bzw. Erstreckung einen ellipsoiden Voll- oder Hohlquerschnitt auf. Hierdurch kann in einer Ausführung seine Montage, Lagerung und/oder Dämpfungswirkung verbessert werden. Dabei wird ein Kreis(ring)querschnitt verallgemeinernd ebenfalls als ellipsoid bezeichnet.
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In einer Ausführung ist der Dämpfer in Umfangsrichtung abschnittsweise oder über seine gesamte (Umfangs)Länge bzw. Erstreckung wendelartig gewunden (ausgebildet), in einer Ausführung als Spirale, insbesondere als Federspirale. Hierdurch kann in einer Ausführung seine Montage und/oder Lagerung verbessert werden.
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In einer Ausführung ist der Dämpfer in Umfangsrichtung abschnittsweise oder über seine gesamte (Umfangs)Länge bzw. Erstreckung mehrfach, insbesondere alternierend, radial abgewinkelt, insbesondere gefaltet, und/oder gekrümmt, insbesondere gebogen (ausgebildet), in einer Ausführung als gefaltetes bzw. in Umfangsrichtung alternierend gekrümmtes Band. Hierdurch kann in einer Ausführung seine Dämpfungswirkung verbessert werden.
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In einer Ausführung ist bzw. wird der Dämpfer radial innerhalb bzw. radial innen von der Dichtung angeordnet, die Dichtung kann den Dämpfer insbesondere umgreifen bzw. -schließen. Hierdurch kann der Dämpfer in einer Ausführung vorteilhaft kompakt(er) bauen. In einer alternativen Ausführung ist bzw. wird der Dämpfer radial außerhalb bzw. radial außen von der Dichtung angeordnet, er kann diese insbesondere umgreifen bzw. -schließen. Hierdurch kann in einer Ausführung seine Dämpfungswirkung verbessert werden.
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In einer Ausführung weist der Dämpfer wenigstens ein Blech und/oder mehrere Fasern auf, er kann somit insbesondere eine Faserschnur oder ein(en) Faserschlauch, eine Federspirale, ein gefaltetes und/oder gebogenes Blechband aufweisen, insbesondere sein. Hierdurch kann in einer Ausführung seine Montage, Lagerung und/oder Dämpfungswirkung besonders vorteilhaft verbessert werden.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird bzw. ist zur Dämpfung von Schwingungen der Dichtung der Dämpfer zwischen der Abstützfläche des zweiten oder ersten Turbinenmaschinenbauteils und der Abstützfläche der Dichtung angeordnet bzw. abgestützt. In einer Weiterbildung wird bzw. ist hierzu, insbesondere zunächst, der Dämpfer in der Nut des zweiten bzw. ersten Turbinenmaschinenbauteils angeordnet und, insbesondere anschließend, die Dichtung wenigstens teilweise in der Nut des zweiten bzw. ersten Turbinenmaschinenbauteils und auf dem darin angeordneten Dämpfer angeordnet bzw. abgestützt, insbesondere unter elastischer Verformung, insbesondere Kompression, von Dämpfer und/oder Dichtung zur Vorspannung gegen die Abstütz- bzw. Dichtungsfläche der Dichtung bzw. des ersten bzw. zweiten Turbinenmaschinenbauteils. Hierdurch kann in einer Ausführung die Montage, Lagerung und/oder Dämpfungswirkung besonders vorteilhaft verbessert werden.
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Der Dämpfer reduziert in einer Ausführung Relativbewegungen aufgrund von Vibrationen bzw. dissipiert die Energie von Schwingungen und kann so insbesondere den Verschleiß reduzieren.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
- 1 einen Teil einer Turbomaschinenbauteilanordnung einer Turbomaschine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Meridianschnitt;
- 2 einen Schnitt eines Teils einer Turbomaschinenbauteilanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung längs der Linie II-II in 1; und
- 3 einen Schnitt eines Teils einer Turbomaschinenbauteilanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 2 entsprechender Darstellung;
- 4 einen perspektivischen Teilschnitt der Turbomaschinenbauteilanordnung der 1;
- 5 einen Teil einer Turbomaschinenbauteilanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 4 entsprechender Darstellung;
- 6 einen perspektivischen Teilschnitt der Turbomaschinenbauteilanordnung der 3 in 4,5 entsprechender Darstellung;
- 7 eine Ansicht des Teils der Turbomaschinenbauteilanordnung der 3;
- 8 eine perspektivische Teilansicht eines zweiten Turbomaschinenbauteils und eines Dämpfers einer Turbomaschinenbauteilanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;
- 9 einen Teil der Turbomaschinenbauteilanordnung der 8 in 7 entsprechender Darstellung; und
- 10 einen Teil der Turbomaschinenbauteilanordnung der 2 in 7 entsprechender Darstellung.
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1 zeigt einen Teil einer Turbomaschinenbauteilanordnung einer Turbomaschine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Meridianschnitt, 4 einen perspektivischen Teilschnitt dieser Turbomaschinenbauteilanordnung.
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Die Turbomaschinenbauteilanordnung weist ein erstes Turbinenmaschinenbauteil in Form einer Outer Air Seals eines Niederdruckturbinengehäuses 10 und ein zweites Turbinenmaschinenbauteil in Form eines Übergangskanals (TMTF) 20 mit einer Ringnut 21 und Leitschaufeln 23 auf.
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Eine Ringdichtung 30 ist teilweise in der Ringnut 21 aufgenommen und elastisch radial nach außen gegen eine Dichtungsfläche 11 des ersten Turbinenmaschinenbauteils 10 vorgespannt, um einen Radialspalt R abzudichten.
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Zwischen einer radial inneren Abstützfläche 31 (vgl. 2) der Ringdichtung 30 und einer radial äußeren Abstützfläche des zweiten Turbinenmaschinenbauteils in Form eines Nutgrundes 22 der Ringnut 21 (vgl. 2) ist bzw. wird im Ausführungsbeispiel der 1 ein Dämpfer in Form einer Faserschnur 4 angeordnet und dabei elastisch komprimiert, so dass er gegen die Abstützflächen 22, 31 vorgespannt ist bzw. wird. In einer in 5 dargestellten Abwandlung ist der Dämpfer in Form eines Faserschlauchs 4'" mit Hohlprofil ausgebildet.
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2 zeigt einen Schnitt eines Teils einer Turbomaschinenbauteilanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung längs der Linie II-II in 1, wobei einander entsprechende Merkmale durch identische Bezugszeichen identifiziert sind und daher auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede eingegangen wird.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 ist der Dämpfer als in Umfangsrichtung alternierend gebogenes Blechband 4' ausgebildet. In einer in 8, 9 dargestellten Abwandlung kann der Dämpfer auch in Form eines in Umfangsrichtung alternierend gefalteten Blechbands 4' ausgebildet sein. Dabei ist zur besseren Erkennbarkeit der Nut 21 die Dichtung in 8 wie auch in den entsprechenden Darstellungen der 4-6 vollständig und in der Ansicht der 9 wie auch in den entsprechenden Darstellungen der 7, 10 teilweise ausgeblendet
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Im Ausführungsbeispiel der 2 weist der Dämpfer 4' auch eine Unterbrechung in Umfangsrichtung in Form eines Schlitzes S auf. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann der Dämpfer 4' auch in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet sein.
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3 zeigt einen Schnitt eines Teils einer Turbomaschinenbauteilanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 2 entsprechender Darstellung, 6 einen perspektivischen Teilschnitt dieser Turbomaschinenbauteilanordnung in 4 entsprechender Darstellung und 7 eine Ansicht des Teils der Turbomaschinenbauteilanordnung der 3 in 9, 10 entsprechender Darstellung mit teilweise ausgeblendeter Dichtung, wobei einander entsprechende Merkmale wieder durch identische Bezugszeichen identifiziert sind und daher auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede eingegangen wird.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 ist der Dämpfer als Federspirale 4" ausgebildet.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
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So können insbesondere die Dichtung in einer Ringnut des OAS des Niederdruckturbinengehäuses 10 und der Dämpfer in dieser Ringnut zwischen deren Nutgrund und der Dichtung angeordnet sein bzw. werden.
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Auch die Dämpfer 4, 4" können in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet sein oder eine oder mehrere Unterbrechungen aufweisen.
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Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- LPT-OAS (erstes Turbinenmaschinenbauteil)
- 11
- Dichtungsfläche
- 20
- TMTF (zweites Turbinenmaschinenbauteil)
- 21
- Ringnut
- 22
- Nutgrund (Abstützfläche)
- 23
- Leitschaufeln
- 30
- Dichtring (Dichtung)
- 31
- Abstützfläche
- 4
- Faserschnur (Dämpfer)
- 4'
- gebogenes/-faltetes Blechband (Dämpfer)
- 4"
- Federspirale (Dämpfer)
- 4'"
- Faserschlauch (Dämpfer)
- R
- Radialspalt
- S
- Schlitz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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