DE19931763A1 - Zweistufige oder mehrstufige Axialturbine einer Gasturbine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine zweistuftige oder mehrstufige Axialturbine einer Gasturbine, insbesondere einer Flug-Gasturbine, wobei ein Kühlluftstrom durch eine vordere Laufscheibe zur dahinter liegenden Laufscheibe geführt wird und wobei zwischen diesen Laufscheiben ein Zwischenstufendichtring vorgesehen ist, der am in diesem Scheibenzwischenraum vorgesehenen Leitschaufelkranz befestigt ist und dabei den Scheibenzwischenraum gegenüber dem das Arbeitsgas der Axialturbine führenden Ringkanal abdichtet. Erfindungsgemäß weist der Zwischenstufendichtring einen nahe bei und im wesentlichen parallel zum Leitschaufelkranz verlaufenden Abschnitt auf an dessen der vorderen Laufscheibe zugewandtes Ende sich ein im wesentlichen L-förmiger Fortsatz anschließt, dessen erster in Radialrichtung nach innen verlaufender Schenkel im wesentlichen parallel zur benachbarten Laufscheibe verläuft, und an dessen innenliegendes Ende sich der zweite im wesentlichen in Axialrichtung von der Laufscheibe entfernende Schenkel des Fortsatzes anschließt. Letztgenannter führt den Kühlluftstrom in optimaler Weise durch den Scheibenzwischenraum von der vorderen Laufscheibe zur dahinterliegenden Laufscheibe.

Description

Die Erfindung betrifft eine zweistufige oder mehrstufige Axialturbine einer Gasturbine, insbesondere einer Flug-Gasturbine, wobei ein Kühlluftstrom durch eine vordere Laufscheibe zur dahinter liegenden Laufscheibe geführt wird und wobei zwischen diesen Laufscheiben ein Zwischenstufendichtring vorgesehen ist, der am in diesem Scheibenzwischenraum vorgesehenen Leitschaufelkranz befestigt ist und dabei den Scheibenzwischenraum ge­ genüber dem das Arbeitsgas der Axialturbine führenden Ringkanal abdich­ tet. Zum technischen Umfeld wird neben der GB 2 057 573 A oder der EP 0 757 750 B1 insbesondere auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Pa­ tentanmeldung 198 54 908.3 verwiesen.

An Axialturbinen, insbesondere Hochdruck-Axialturbinen von Flug-Gastur­ binen, mit gekühlten Laufschaufeln und Laufscheiben wird üblicherweise der zur Kühlung benötigte Kühlluftstrom vom Abzapfpunkt des der Axialturbine vorgeschalteten Verdichters an die erste Turbinenstufe herangeführt. Von dieser aus wird zumindest ein Teil des Kühlluftstromes durch die erste Laufradstufe im Laufscheiben- oder Laufschaufelfußbereich hindurchgeführt und in den hinter dieser ersten Laufradstufe liegenden Scheibenzwischen­ raum eingeblasen, von welchem aus dieser Kühlluft-(Teil-)Strom zur dahinter­ liegenden zweiten Laufradstufe gelangt. Dies soll dabei möglichst verlustarm erfolgen, d. h. der jeweils vorliegende Kühlluft-(Teil-)Strom muß auch noch an der hintersten Turbinenstufe ein ausreichendes Kühlpotential besitzen. Aus diesem Grunde soll auch keinerlei Arbeitsgas aus dem Strömungs-Ringkanal der Axialturbine in den Scheibenzwischenraum gelangen, ebenso sollen aus dem mit Kühlluft gefluteten Scheibenzwischenraum möglichst keine bzw. wenige Leckagemengen in den Strömungs-Ringkanal gelangen, was grund­ sätzlich durch je nach Druckgefälle unterschiedlich komplex ausgebildete Dichtungen erreichbar ist.

Wie beispielsweise die o. g. nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmel­ dung 198 54 908.3 zeigt, sind im Scheibenzwischenraum der jeweils ersten, zweiten, dritten und vierten usw. Stufe einer Axialturbine, also generell zwi­ schen zwei hintereinander angeordneten Laufscheiben einer Axialturbine sog. Dichtringelemente bekannt, die zumindest teilweise auch der Kühlluft­ führung im Scheibenzwischenraum dienen können. Diese bilden einen sog. Zwischenstufendichtring, der bei diesem vorbeschriebenen Stand der Tech­ nik zweiteilig ausgeführt ist, wobei die beiden Dichtringelemente dieses Zwi­ schenstufendichtringes jeweils für sich an den Segmenten des diesen Scheibenzwischenraum zum Strömungskanal des Arbeitsgases hin begren­ zenden Leitschaufelkranzes befestigt sind.

Hinsichtlich der bereits genannten Anforderung, daß im Scheibenzwischen­ raum der hineingeleitete Kühlluftstrom in strömungsdynamisch günstiger Weise möglichst verlustarm durch diesen Scheibenzwischenraum hindurch­ geführt werden soll, kann dieser vorbekannte Stand der Technik jedoch nicht völlig befriedigen.

Eine demgegenüber verbesserte Ausbildung eines Zwischenstufendichtrin­ ges aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischen­ stufendichtring einen nahe bei und im wesentlichen parallel zum Leitschau­ felkranz verlaufenden Abschnitt aufweist, an dessen der vorderen Lauf­ scheibe zugewandtes Ende sich ein im wesentlichen L-förmiger Fortsatz an­ schließt, dessen erster in Radialrichtung nach innen verlaufender Schenkel im wesentlichen parallel zur benachbarten Laufscheibe verläuft, und an des­ sen innenliegendes Ende sich der zweite im wesentlichen in Axialrichtung von der Laufscheibe entfernende Schenkel des Fortsatzes anschließt. Vor­ teilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist der Zwischenstufendichtring in mehrere Abschnitte un­ terteilt, die jeweils im Hinblick auf eine Hauptfunktion geeignet ausgebildet sind. So dient der im wesentlichen parallel zum Leitschaufelkranz sowie na­ he diesem verlaufende Abschnitt der Abdichtung des Scheibenzwischen­ raumes vom das Arbeitsgas führenden Ringkanal. Hierzu können insbeson­ dere an diesem Abschnitt des Zwischenstufendichtringes geeignete Vor­ sprünge oder dgl. vorgesehen sein, die mit dem Leitschaufelkranz oder mit der bzw. den Laufscheiben Dichtungsspalte bilden. Ein weiterer Abschnitt des Zwischenstufendichtringes ist in Form eines im wesentlichen L-förmigen Fortsatzes ausgebildet, der bzw. insbesondere dessen im wesentlichen in Axialrichtung verlaufender zweiter Schenkel aufgrund seiner Gestaltung als ein Leitelement für den Kühlluftstrom im Scheibenzwischenraum fungiert.

Bevorzugt befindet sich dieser im wesentlichen in Axialrichtung verlaufende Schenkel des Fortsatzes in Radialrichtung betrachtet in etwa in Höhe einer Kühlluft-Austrittsöffnung, die in der vorderen Laufscheibe vorgesehen ist. Somit kann die aus dieser Austrittsöffnung in den Scheibenzwischenraum gelangende Kühlluft sofort in optimaler Weise geführt werden. Gleiches gilt, wenn sich Durchtrittsbohrungen des Zwischenstufendichtringes, über welche der Kühlluftstrom aus dem Scheibenzwischenraum zur dahinterliegenden Laufscheibe gelangt, in Radialrichtung betrachtet in etwa in Höhe dieses in Axialrichtung verlaufenden Schenkels des Fortsatzes vorgesehen sind. Im Sinne einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann dieser Fortsatz dabei einen (ringförmigen) Strömungskanal für die Kühlluftströmung im Scheibenzwischenraum bilden.

Weitere in den Unteransprüchen angegebene Merkmale betreffen vorteil­ hafte Weiterbildungen derart, daß hierdurch die Montage des Zwischenstu­ fendichtringes bzw. des gesamten Rotors der Axialturbine vereinfacht wird. Dies sowie weitere ggf. erfindungswesentliche Merkmale geht/gehen auch aus der folgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbei­ spiele der Erfindung hervor.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine zweistufige Hochdruck- Axialturbine mit einem ersten Ausführungsbeispiel für einen er­ findungsgemäßen Zwischenstufendichtring,

Fig. 2 in einer weitere Details zeigenden Darstellung einen ähnlichen Teillängsschnitt für ein zweites Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Zwischenstufendichtringes,

Fig. 3 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in einem Zwischenzustand beim Zusammenbau der Axialturbine, wobei die Dichtringele­ mente des Zwischenstufendichtringes axial gegeneinander ver­ schoben sind,

Fig. 4 den Ausschnitt X aus Fig. 1 zur Verdeutlichung der gegenseiti­ gen Befestigung der Dichtringelemente, sowie

Fig. 5 die Darstellung gemäß Fig. 4 für ein Segment des Zwischen­ stufendichtringes in perspektivischer Darstellung.

In sämtlichen Figurendarstellungen ist mit der Bezugsziffer 8 die Laufscheibe der ersten Stufe einer Hochdruck-Axialturbine eines Flugtriebwerkes be­ zeichnet, welcher eine sog. Stufe-II-Laufscheibe 8' nachgeordnet ist. Die Stufe-I-Laufscheibe 8 und die Stufe-II-Laufscheibe 8' tragen wie üblich über ihrem Umfang verteilt eine Vielzahl von Turbinen-Schaufeln 2 bzw. 2' (im folgenden auch nur Schaufeln 2, 2' genannt), die in einen das Arbeitsgas der Strömungsmaschine gemäß Pfeilrichtung 10 führenden Ringkanal 11 hinein­ ragen, und in welchen zwischen den Stufe-I-Schaufeln 2 und den Stufe-II- Schaufeln 2' wie üblich eine Vielzahl von letztlich am nicht gezeigten Gehäu­ se der Axialturbine befestigten Leitschaufeln 12 hineinragen. Die in Radial­ richtung 16 innen liegende Abdeckung der Leitschaufeln 12 ist (wie üblich) in Form eines sog. Leitschaufelkranzes 12a ausgebildet. Mit der Bezugsziffer 14 ist die Rotationsachse der Axialturbine bezeichnet, um welche die mitein­ ander - wie in Fig. 2 dargestellt - über eine Schraubverbindung 17 verbunde­ nen Laufscheiben 8, 8' rotieren.

In üblicher Weise sind hier auch die Schaufeln 2 bzw. 2' auf den zugehöri­ gen Laufscheiben 8 bzw. 8' befestigt. Die Schaufeln 2, 2' weisen (in Strö­ mungsrichtung 10 betrachtet) tannenbaumförmig geformte Schaufelfüße 1 bzw. 1' auf, mit denen die Schaufeln 2, 2' in entsprechend gestaltete Aus­ sparungen in den Scheiben 8, 8' eingesetzt sind. Gegen axiale Verschie­ bung (in Pfeilrichtung 10) gesichert sind die Schaufeln 2, 2' dabei durch ge­ eignet gestaltete und an den Laufscheiben 8, 8' befestigte Schließplatten 3 bzw. 3'.

Wegen der hohen Temperaturbelastung durch das im Ringkanal 11 strö­ mende Arbeitsgas sind die Schaufeln 2, 2' luftgekühlt, d. h. in den Schaufeln 2, 2' verläuft zumindest ein hier nicht dargestellter Kühlkanal, der über eine Vielzahl von sog. Effusionslöchern auf der das Arbeitsgas führenden bzw. von diesem beaufschlagten Oberfläche der Schaufeln 2, 2' mündet. Mit Kühlluft versorgt wird dieser nicht dargestellte Kühlkanal von einer im Schaufelfuß 1 bzw. 1' vorgesehenen Kühlluftkammer aus, die der Einfach­ heit halber nicht figürlich dargestellt ist.

Mit Kühlluft versorgt wird diese Kühlluftkammer über einen jeweils in den Laufscheiben 8, 8' (und dabei nur für die Stufe-I-Laufscheibe 8 dargestellten) verlaufenden Versorgungskanal 15, der ausgehend von der bezogen auf die Strömungsrichtung 10 vorderen Stirnseite 8a der Laufscheibe(n) 8 (bzw. 8') in der den Schaufelfuß 1 aufnehmenden nicht näher bezeichneten Ausspa­ rung der Laufscheibe 8 mündet. An die Eintrittsöffnung des Versorgungska­ nales 15 auf der Stirnseite 8a der Stufe-I-Laufscheibe 8 wird auf nicht darge­ stellte Weise hierzu ein vom dieser Hochdruck-Axialturbine vorgeschalteten Verdichter geförderter Kühlluftstrom herangeführt. Dieser Kühlluftstrom, von welchem ein Teil auf die im folgenden beschriebene Weise in Strömungs­ richtung 10 durch den Schaufelfuß 1 hindurchgeführt wird, ist mittels nicht mit Bezugsziffern versehenen Pfeilen dargestellt.

Von der besagten im Schaufelfuß 1 der Stufe-I-Schaufel(n) 2 vorgesehenen Kühlluftkammer zweigt nicht nur der zumindest eine nicht dargestellte und letztendlich über die oben bereits genannten Effusionslöcher auf der Ober­ fläche der Schaufeln 2 im Ringkanal 11 mündende Kühlkanal ab, sondern zusätzlich ein weiterer lediglich teilweise dargestellter Kühlluftkanal 4, der praktisch vollständig im Schaufelfuß 1 verläuft und dabei - ohne den in den Ringkanal 11 hineinragenden Teil der Schaufel 2 zu tangieren, in Strö­ mungsrichtung 10 betrachtet auf der Rückseite 1a des Schaufelfußes 1 mündet. Von hier aus kann somit ein Teil des Kühlluftstromes, der zur an der Stirnseite 8a der Laufscheibe 8 liegenden Eintrittsöffnung des Versorgungs­ kanales 15 herangeführt wird, in den sog. Scheibenzwischenraum 6 zwi­ schen den beiden Laufscheiben 8 und 8' gelangen, und zwar durch eine beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 unterhalb der Schließplatte 3 und beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in der Schließplatte 3 vorgesehene Austrittsöffnung 5. Von diesen (über dem Umfang der Axialturbine bzw. der Laufscheibe 8 selbstverständlich mehrfach vorhandenen) Austrittsöffnungen 5 aus gelangt die Kühlluft dann auf die im folgenden näher beschriebene Weise zur Stufe-II-Laufscheibe 8' bzw. zu deren Schaufeln 2'.

Zwischen den beiden Laufscheiben 8, 8' ist im bereits genannten Scheiben­ zwischenraum 6 ein sog. Zwischstufendichtring 20 vorgesehen, der diesen Scheibenzwischenraum 6 gegenüber dem das Arbeitsgas führenden Ring­ kanal 11 abschirmt. Dieser Zwischenstufendichtring 20 ist aus zwei Dicht­ ringelementen 21, 22 aufgebaut, wobei das in Strömungsrichtung 10 be­ trachtet hintere Dichtringelement 22 das davor liegende vordere Dichtring­ element 21 auf später noch näher erläuterte Weise trägt. Damit der Zwi­ schenstufendichtring 20 seine besagte Abschirmfunktion möglichst optimal erfüllen kann, weist das vordere Dichtringelement 21 zunächst einen im we­ sentlichen parallel zum Leitschaufelkranz 12a verlaufenden Abschnitt 21a auf, der nicht nur in seinem der Laufscheibe 8 zugewandten stirnseitigen Bereich, sondern auch auf seiner dem Leitschaufelkranz 12a zugewandten Seite mit Vorsprüngen 23 versehen ist, die im Zusammenwirken entweder mit der Laufscheibe 8 oder mit dem Leitschaufelkranz 12a jeweils zumindest einen Dichtungsspalt bilden. Dabei ist an der Innenseite des Leitschaufel­ kranzes 12a ein finnenartiger Vorsprung 24 vorgesehen, der mit den beiden in diesem Bereich vorgesehenen Vorsprüngen 23 des Dichtringelementes 21 (bzw. des Abschnittes 21a desselben) in entsprechender Weise zusammen­ wirkt. Ein Übertritt von heißem Arbeitsgas aus dem Ringkanal 11 über die Spalte zwischen den Schaufelfüßen 1 und dem Leitschaufelkranz 12a in den Scheibenzwischenraum 6 wird somit von diesem Abschnitt 21a des vorderen Dichtringelementes 21 sicher verhindert.

In gleicher Weise verhindert das hintere Dichtringelement 22 des Zwischen­ stufendichtringes 20, daß heißes Arbeitsgas aus dem Ringkanal 11 über die Spalte zwischen den Schaufelfüßen 1' der Stufe-II-Laufscheibe 8' und dem Leitschaufelkranz 12a in den Scheibenzwischenraum 6 gelangt. Hierzu ist das hintere Dichtringelement 22 zunächst einmal mit dem Leitschaufelkranz 12a verbunden bzw. ist an diesem befestigt. In eine gabelförmige Aufnahme 22a des Dichtringelementes 22 ragt ein vom Leitschaufelkranz 12a in Radial­ richtung 16 nach innen abstehender Steg 18 hinein und umgreift seinerseits einen die gabelförmige Aufnahme 22a in Axialrichtung 19 (diese ist parallel zur Rotationsachse 14) durchdringenden Vierkantstift 25.

In diesem Zusammenhang sei bereits an dieser Stelle kurz auf den Zusam­ menbau des u. a. aus den Laufscheiben 8, 8' bestehenden Rotors und des­ sen Einbau in das den Ringkanal 11 umgebende Gehäuse der Axialturbine eingegangen:
Zunächst wird hierzu der einen geschlossenen Ring bildende Zwischenstu­ fendichtring 20 an der dem Scheibenzwischenraum 6 zugewandten Seite der Laufscheibe 8' angehängt, danach wird auf später noch näher erläuterte Weise die Laufscheibe 8' mit der Laufscheibe 8 über die Schraubverbindun­ gen 17 (vgl. hierzu Fig. 2) verbunden. Anschließend daran werden die Leit­ schaufeln 12 in diesen somit entstandenen, zumindest aus den beiden Lauf­ scheiben 8, 8' bestehenden Rotor eingelegt und zwar werden die (ringförmig angeordneten) Leitschaufeln 17 nacheinander gegen Radialrichtung 16 nach innen aufgesteckt, wobei die besagten Stege 18 in die zugeordneten gabel­ förmigen Aufnahmen 22a eingeführt werden. In diesen werden dann die Leitschaufeln 12 bezüglich des hinteren Dichtringelementes 22 auch im Zu­ sammenwirken mit den Vierkantstiften 25 gehalten. Abschließend kann die­ ser vormontierte und mit den Leitschaufeln 12 versehene Rotor in das Ge­ häuse der Axialturbine in Axialrichtung 19 eingeführt werden.

Zurückkommend zur Abschirmfunktion des Zwischenstufendichtringes 20 bzw. genauer zur Abdichtfunktion des hinteren Dichtringelementes 22 be­ züglich des Scheibenzwischenraumes 6 gegenüber dem das Arbeitsgas füh­ renden Ringkanal 11 erkennt man auch an diesem Dichtringelement 22 ei­ nen geeigneten Vorsprung 23, der mit dem Schaufelfuß 1' zusammenwir­ kend einen Dichtungsspalt bildet, sowie einen nicht mit einer separaten Be­ zugsziffer versehenen U-förmigen Abschnitt des Dichtringelementes 22, in­ nerhalb dessen Anstreifdichtungen 22b vorgesehen sind, die mit geeignet gestalteten Dichtungsstegen 26, die an der Laufscheibe 8' vorgesehen sind, im Sinne einer optimalen Abdichtung zusammenwirken. Im übrigen sind in diesem hinteren Dichtringelement 22 ringförmig angeordnet mehrere Durch­ trittsbohrungen 22c vorgesehen, über welche die Kühlluft, die wie weiter oben erläutert wurde, aus der Austrittsöffnung 5 in den Scheibenzwischen­ raum 6 gelangt, hindurchtreten kann, um zur dem Scheibenzwischenraum 6 zugewandten Stirnseite der Laufscheibe 8 zu gelangen und von dieser aus (bspw. ähnlich wie bei der Laufscheibe 8) den Schaufeln 2' der Laufscheibe 8' zugeführt zu werden.

Dieser Zwischenstufendichtring 20 dient aber nicht nur der Abschirmung des Scheibenzwischenraumes 6 gegenüber dem Ringkanal 11, sondern kann vorteilhafterweise auch den aus der vorderen Laufscheibe 8 über die Aus­ trittsöffnung 5 austretenden Kühlluftstrom möglichst wirkungsgradoptimal und somit verlustarm zu den Durchtrittsbohrungen 22c im hinteren Dichtrin­ gelement 22 führen, durch welche hindurch dieser Kühlluftstrom dann zur Stirnseite der hinteren Laufscheibe 8' gelangen kann.

Bei beiden Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 schließt sich hierzu an das vordere (der Laufscheibe 8 zugewandte) Ende des Abschnittes 21a des Dichtringelementes 21 ein im wesentlichen L-förmigen Fortsatz 27 an, dessen erster in Radialrichtung 16 nach innen verlaufender Schenkel 27a im wesentlichen parallel zur benachbarten Laufscheibe 8 verläuft, und an des­ sen innnenliegendes Ende sich ein zweiter im wesentlichen in Axialrichtung 19 verlaufender (horizontaler) Schenkel 27b anschließt, der sich sozusagen von der vorderen Laufscheibe 8 entfernt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 befindet sich dieser (horizontale) Schenkel 27b in etwa in der Höhe der Austrittsöffnung(en) 5, bzw. in Radialrichtung 16 betrachtet geringfügig wei­ ter außen, so daß dieser Schenkel 27b die aus den Austrittsöffnungen 5 austretende Kühlluft in optimaler Weise durch den Scheibenzwischenraum 6 in Richtung zur dahinter liegenden Laufscheibe 8' führen kann.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist im Schnittpunkt der beiden Schen­ kel 27a, 27b abermals ein Vorsprung 23 vorgesehen, der sich somit im we­ sentlichen in der Höhe der Austrittsöffnungen 5 befindet. Durch seine Form­ gebung verhindert dieser Vorsprung 23, daß ein Teil des aus diesen Aus­ trittsöffnungen 5 austretenden Kühlluftstromes durch den Raum zwischen dem vertikalen Schenkel 27a des Fortsatzes 27 und der Laufscheibe 8 nach außen letztlich in den Ringkanal 11 abfließt. Vielmehr wird dieser Kühlluft­ strom durch den horizontalen, im wesentlichen in Axialrichtung 19 verlaufen­ den Schenkel 27b des Fortsatzes 27 bestmöglich zur hinteren Laufscheibe 8' bzw. genauer zu den über dem Umfang des hinteren Dichtringelementes 22 mehrfach vorhandenen Durchtrittsbohrungen 22c geführt, welche sich in Radialrichtung 16 betrachtet ebenfalls im wesentlichen in Höhe des freien Endes dieses (horizontalen) Schenkels 27b des Fortsatzes 27 befinden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weist der Fortsatz 27 einen ringförmi­ gen Strömungskanal 28 für die durch den Scheibenzwischenraum 6 zu füh­ rende Kühlluft auf. Hierzu ist an den (horizontalen) Schenkel 27b des im we­ sentlichen L-förmigen Fortsatzes 27 über mehrere Stege 27c eine zu diesem Schenkel 27b im wesentlichen parallel verlaufende Leitwand 27d befestigt, so daß hiermit ein im wesentlichen in Axialrichtung 19 verlaufender Strö­ mungskanal 28 gebildet wird, in dem die Kühlluft wie durch Pfeile dargestellt eine Zwangsführung von der vorderen Laufscheibe 8 letztendlich zur dahin­ ter angeordneten Laufscheibe 8' erfährt. Der linksseitige Anfangsbereich dieses Strömungskanales 28 ist dabei in Form eines an die Austrittsöffnun­ gen 5 angepaßten Einlauftrichters ausgebildet.

Für dieses Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist in der im folgenden erläuter­ ten Fig. 3 der bereits weiter oben kurz beschriebene Montagevorgang bzw. Zusammenbau-Prozeß detaillierter dargestellt. Wie ersichtlich ist in diesem Zustand der Zwischenstufendichtring 20 - allerdings in einer veränderten Konfiguration - vorhanden und quasi vorübergehend an der hinteren Lauf­ scheibe 8' aufgehängt, die über die Schraubverbindung 17 in der figürlichen Darstellung bereits mit der vorderen Laufscheibe 8 verbunden ist. Die Konfi­ guartion des Zwischenstufendichtringes 20 ist dabei jedoch insofern verän­ dert, als das vordere Dichtringelement 21 in Axialrichtung 19 zum hinteren Dichtringelement 22 hin verschoben ist, d. h. die beiden Dichtringelemente 21, 22 umgreifen sich hierbei gewissermaßen bereichsweise. Die in Axial­ richtung 19 gemessene Längserstreckung der dermaßen (d. h. in einer sog. Montageposition) angeordneten Dichtringelemente 21, 22 ist nun erheblich geringer als diejenige der sich in der sog. Funktionsposition gemäß Fig. 2 befindenden Dichtringelemente 21, 22 bzw. des Zwischenstufendichtringes 20.

In der in Fig. 3 dargestellten Montageposition des Dichtringelementes 20, in welcher wie ersichtlich die Leitschaufeln 12 und somit auch der Leitschaufel­ kranz 12a noch nicht montiert sind bzw. ist, ist somit zwischen der linken Stirnseite des vorderen Dichtringelementes 21 und der Rückseite 1a der Schaufel(n) 1 ein ausreichender Freiraum vorhanden, über welchen ein mit dem Pfeil 29 verdeutlichter Zugang von außen zum radial innenliegenden Bereich der Laufscheiben 8, 8' möglich ist. Über diesen sog. Zugang 29 kann mittels eines geeigneten Werkzeuges die Schraubverbindung 17 zwi­ schen den beiden zueinander bereits vorpositionierten Laufscheiben 8, 8' hergestellt werden. Nach der Herstellung dieser Schraubverbindung 17 kann dann das vordere Dichtringelement 21 gegenüber dem hinteren Dichtringe­ lement 22 in Axialrichtung 19 und dabei entgegengerichtet zur Strömungs­ richtung 10 (nach links) verschoben werden, um seine in Fig. 2 dargestellte sog. Funktionsposition einzunehmen.

Nach Verschieben des vorderen Dichtringelementes 21 ausgehend von der in Fig. 3 dargestellten Montageposition in die sog. Funktionsposition nach Fig. 2 können nun im nächsten Schritt beim Zusammenbau des Rotors die­ ses Axialturbine (wie weiter oben bereits erwähnt wurde) die Leitschaufeln 12 in den Scheibenzwischenraum 6 eingelegt werden, womit auch der Leit­ schaufelkranz 12a aufgebaut wird. Bei diesem Montageschritt werden nun die bereits erwähnten Stege 18 des Leitschaufelkranzes 12a in die nunmehr (anders als beim Zustand nach Fig. 3) freiliegenden gabelförmigen Aufnah­ men 22a des hinteren Dichtringelementes 22 eingesteckt. Mit Abschluß die­ ses Montageschrittes ist somit der Zwischenstufendichtring 20 am Leit­ schaufelkranz 12a befestigt bzw. wird von diesem getragen. Dabei sei aus­ drücklich darauf hingewiesen, daß dieser soeben beschriebene Montage­ prozeß unabhängig von der detaillierten Ausgestaltung des vorderen Dich­ tringelementes 21 ist, d. h. er kann so auch mit dem in Fig. 1 dargestellten Dichtringelement 21 (oder einem andersartig gestalteten Dichtringelement) durchgeführt werden.

Im folgenden wird nun beschrieben, auf welche Weise die beiden Dichtring­ elemente 21, 22 ihrerseits miteinander verbunden sind, da - wie soeben er­ läutert wurde - lediglich das hintere Dichtringelement 22 am Leitschaufel­ kranz 12a befestigt ist, während das vordere Dichtringelement 21 vom hinte­ ren Dichtringelement 22 getragen wird. Für diese Erläuterung wird neben Fig. 1 insbesondere auf die Fig. 4, 5 verwiesen.

Wie ersichtlich ist das vordere Dichtringelement 21 am hinteren Dichtring­ element 22 mittels eines Sicherungsringes 30 lösbar gehalten, wozu dieser Sicherungsring 30 in einer umlaufenden Nut 22d des letztgenannten Dichtringelementes 22 geführt ist und gleichzeitig in eine umlaufende Nut 21d des erstgenannten Dichtringelementes 21 eingreift. Der Sicherungsring 30 ist dabei kolbenringartig ausgebildet und weist zumindest einen in Radial­ richtung 16 verlaufenden Schlitz auf, welcher jedoch nicht figürlich darge­ stellt ist. Aufgrund dieses Schlitzes ist der Durchmesser dieses Sicherungs­ ringes 30 in einem gewissen Bereich veränderbar, wobei eine in diesen Si­ cherungsring 30 eingebrachte Vorspannung dafür sorgt, daß der Siche­ rungsring 30 ohne Vorhandensein zusätzlicher Elemente danach trachtet, mit kleinstmöglichem Durchmesser im wesentlichen vollständig in der Nut 22d versenkt zu liegen.

Vorgesehen sind desweiteren mehrere (zumindest zwei) über dem Umfang des Zwischenstufendichtringes 20 verteilt angeordnete Halteklammern 31, durch die der Sicherungsring 30 letztlich in seiner radialen Außenposition gehalten wird, d. h. in einer solchen Position, daß er sowohl in die Nut 22d als auch in die Nut 21d eingreift. In dieser in den Fig. 1, 4, 5 darge­ stellten Position fixiert der Sicherungsring 30 dabei die beiden Dicht­ ringelemente 21, 22 relativ zueinander. Die den Sicherungsring 30 in dieser figürlich dargestellten Position haltenden Halteklammern 31 weisen dabei einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf und sind wie ersichtlich in Aussparungen 22e des Dichtringelementes 22 eingesetzt, wobei sie sich am Steg 18 des montierten Leitschaufelkranzes 12a abstützen und das andere, vordere Dichtringelement 21 umgreifen, vgl. insbesondere Fig. 4. In der Per­ spektivdarstellung von Fig. 5 ist dabei lediglich die obere (bzw. hintere) Halteklammer 31 im montierten Zustand dargestellt, während die vordere (bzw. weiter unten liegende) Halteklammer 31 quasi freischwebend im Raum liegt und noch in der zugeordneten Aussparung 22e montiert werden muß.

Für eine Befestigung des vorderen Dichtringelementes 21 am hinteren Dichtringelement 22 ausgehend von der in Fig. 3 dargestellten sog. Montageposition zur Erzielung der in den Fig. 2, 4, 5 dargestellten sog. Funktionsposition ist somit der Sicherungsring 30 zunächst vollständig in der Nut 22e des hinteren Dichtringelementes 22 versenkt, wobei die Halteklammern 31 selbstverständlich noch nicht montiert sind. Daraufhin wird das vordere Dichtringelement 21 bspw. mittels elektrischer Heizbänder erwärmt, um die ansonsten vorliegende Preßpassung zwischen diesem sowie dem hinteren Dichtringelement 22 zu lösen. Daraufhin kann das vordere Dichtringelement 21 gegenüber dem hinteren Dichtringelement 22 in Axialrichtung 19 verschoben und in die (gewünschte) Funktionsposition gebracht werden. Anschließend werden die Halteklammern 31 montiert, wodurch der Sicherungsring 30 in seine figürlich dargestellte Position gebracht und in dieser gehalten wird. Abschließend wird, wie bereits weiter oben beschrieben wurde, der Leitschaufelkranz 12a (bzw. die Leitschaufeln 12) montiert. Wie insbesondere Fig. 4 zeigt, bildet der Steg 18 des Leitschaufelkranzes 12a dabei gleichzeitig eine axiale Verliersicherung für die Halteklammern 31.

Die Halteklammern 31 dienen somit als Umfangssicherung zur form­ schlüssigen Positionierung der beiden Dichtringelemente 21, 22 zueinander durch den Sicherungsring 30. Dieser kann abweichend vom beschriebenen Ausführungsbeispiel im übrigen auch zweiteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Ferner können eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstrukti­ ver Art durchaus abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen ge­ staltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets erhält man einen Zwischenstufendichtring 20, der nicht nur jegliche Leckageströ­ mungen vermeidet, sondern im Scheibenzwischenraum 6 den hindurchzufüh­ renden Kühlluftstrom optimal leitet. Ferner wird auf die beschriebene Weise trotz der engen Platzverhältnisse eine einfache Montage der Dichtringele­ mente 21, 22 ermöglicht, dabei können diese temporär axial ineinander ver­ schoben werden, bspw. auch zur Demontage derselben. Die ohne zusätzli­ che Befestigungspunkte an den Leitkranzsegmenten 12a ausgelegte Kon­ struktion läßt desweiteren ein geringeres Gewicht und günstigere Ferti­ gungsmöglichkeiten zu.

Bezugszeichenliste

1

,

1

' Schaufelfuß der Schaufel

2

bzw.

2

'

1

a Rückseite von

1

(in Strömungsrichtung

10

betrachtet)

2

,

2

' Schaufel (der Stufe I bzw. der Stufe II der Hochdruck-Axialturbine)

3

,

3

' Schließplatte der Laufscheibe

8

bzw.

8

'

4

Kühlluftkanal

5

Austrittsöffnung von

4

6

Scheibenzwischenraum

8

,

8

' Laufscheibe (der Stufe I bzw. der Stufe II der Hochdruck-Axialturbine)

8

a vordere Stirnseite von

8

10

Strömungsrichtung des Arbeitsgases in

11

11

Ringkanal für das Arbeitsgas

12

Leitschaufel

12

a Leitschaufelkranz

14

Rotationsachse

15

Versorgungskanal

16

Radialrichtung

17

Schraubverbindung (zwischen

8

und

8

')

18

Steg (von

12

a abstehend, in

22

a hineinragend)

19

Axialrichtung

20

Zwischenstufendichtring

21

vorderes Dichtringelement (von

20

)

21

a Abschnitt (von

21

, parallel zu

12

a verlaufend)

21

d umlaufende Nut (für

30

)

22

hinteres Dichtringelement (von

20

)

22

a gabelförmige Aufnahme

22

b Anstreifdichtung

22

c Durchtrittsbohrung

22

d umlaufende Nut (für

30

)

22

e Aussparung (zur Aufnahme von

31

)

23

Vorsprung (an

21

,

22

)

24

finnenartiger Vorsprung (an

12

a)

25

Vierkantstift

26

Dichtungssteg(e) (an

8

')

27

Fortsatz (an

21

)

27

a erster Schenkel (von

27

, im wesentlich in

19

verlaufend)

27

b zweiter Schenkel (von

27

, im wesentlich in

16

verlaufend)

27

c Steg (

27

d tragend)

27

d Leitwand

28

Strömungskanal (in

27

)

29

Zugang (Pfeil)

30

Sicherungsring

31

Halteklammer

Claims (9)

1. Zweistufige oder mehrstufige Axialturbine einer Gasturbine, insbeson­ dere einer Flug-Gasturbine, wobei ein Kühlluftstrom durch eine vorde­ re Laufscheibe (8) zur dahinter liegenden Laufscheibe (8') geführt wird und wobei zwischen diesen Laufscheiben (8, 8') ein Zwischenstufen­ dichtring (20) vorgesehen ist, der am in diesem Scheibenzwischen­ raum (6) vorgesehenen Leitschaufelkranz (12a) befestigt ist und dabei den Scheibenzwischenraum (6) gegenüber dem das Arbeitsgas der Axialturbine führenden Ringkanal (11) abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenstufendichtring (20) einen nahe bei und im wesentlichen parallel zum Leitschaufelkranz (12a) verlaufenden Abschnitt (21a) aufweist, an dessen der vorderen Lauf­ scheibe (8) zugewandtes Ende sich ein im wesentlichen L-förmiger Fortsatz (27) anschließt, dessen erster in Radialrichtung nach innen verlaufender Schenkel (27a) im wesentlichen parallel zur benachbar­ ten Laufscheibe (8) verläuft, und an dessen innenliegendes Ende sich der zweite im wesentlichen in Axialrichtung (19) von der Laufscheibe (8) entfernende Schenkel (27b) des Fortsatzes (27) anschließt.

2. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der im wesentlichen in Axialrich­ tung (19) verlaufende Schenkel (27b) des Fortsatzes (27) in Radial­ richtung (16) betrachtet in etwa in Höhe einer Kühlluft-Austrittsöffnung (5) befindet, die in der vorderen Laufscheibe (8) vorgesehen ist.

3. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenscheibendichtring (20) ringförmig angeordnet sowie in Radialrichtung (16) betrachtet sich in etwa in Höhe des in Axialrichtung (19) verlaufenden Schenkels (27b) befindend mehrere Durchtrittsbohrungen (22c) zur Überleitung des Kühlluftstromes aus dem Scheibenzwischenraum (6) zur diesem zu­ gewandten Stirnseite der dahinterliegenden Laufscheibe (8') vorgese­ hen sind.

4. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am im wesentlichen in Axialrichtung (19) verlaufenden zweiten Schenkel (27b) beabstandet von diesem über mehrere Stege (27c) eine im wesentlichen parallel hierzu ver­ laufende Leitwand (27d) befestigt ist, so daß der Fortsatz (27) einen ringförmigen Strömungskanal (28) aufweist.

5. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenstufendichtring (20) ge­ eignet ausgebildete Vorsprünge (23) oder dgl. aufweist, die mit dem Leitschaufelkranz (12a) oder mit einer Laufscheibe (8, 8') einen Dich­ tungsspalt bilden.

6. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, wobei der Zwischenstufendichtring (20) in Axialrich­ tung (19) geteilt ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringelemente (21, 22) des Zwi­ schenstufendichtringes (20) lösbar miteinander verbunden sind und bei Lösung dieser Verbindung sowie bei nicht montiertem Leitschau­ felkranz (12a) gegeneinander im wesentlichen in Axialrichtung (19) verschiebbar sind.

7. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur das in Axialrichtung (19) hintere Dichtringelement (22) am Leitschaufelkranz (12a) befestigt ist und da­ bei das vorderere Dichtringelement (21) mittels eines Sicherungs­ ringes (30) lösbar trägt, wozu dieser Sicherungsring (30) in einer umlaufenden Nut (22d) des hinteren Dichtringelementes (22) geführt ist und in eine umlaufende Nut (21d) des vorderen Dichtringelementes (21) eingreift.

8. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (30) kolbenringartig ausgebildet ist und zumindest einen in Radialrichtung (16) verlaufen­ den Schlitz aufweist und ferner durch zumindest zwei Halteklammern (31) in radialer Außenposition gehalten wird.

9. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die in Aussparungen (22e) eines der Dichtringelemente (22) eingesetzten Halteklammern (31) an ei­ nem Steg (18) des montierten Leitschaufelkranzes (12a) abstützen und einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen und das andere Dichtringelement (21) umgreifen.