DE2047469A1

DE2047469A1 - Dichtung fur rotierende Warme tauscher insbesondere in Gasturbinen

Info

Publication number: DE2047469A1
Application number: DE19702047469
Authority: DE
Inventors: Carlo A Dearborn Heights. Mich Trudeau John J Avon. N C . Puhck Michael A Livonia Vallance James K Dearborn Heights Mich Fucman, (V St A )
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1969-10-10
Filing date: 1970-09-26
Publication date: 1971-04-22
Also published as: US3559725A; GB1276775A

Description

Dichtung für rotierende Wärmetauscher, insbesondere

in Gasturbinen

Die Erfindung betrifft eine Dichtung für rotierende Wärmetauscher, insbesondere für Gasturbinen, wobei zwischen den abzudichtenden Flächen von Gehäuse einerseits und rotierendem Wärmetauscher andererseits Dichtkörper angebracht sind.

Wärmetauscher in Gasturbinen müssen über einen weiten Temperaturbereich arbeiten. Dimensionelle Änderungen hervorgerufen durch Unterschiede in der thermischen Ausdehnung innerhalb dieses Temperaturbereiches, müssen durch die Dichtungen ausgeglichen werden, wobei weiterhin die Forderung besteht, daß die Dichtungen möglichst geringe Kräfte auf die abzudichtenden Körper ausüben. Bei bekannten Anordnungen ist zu diesem Zweck eine Metallfolie auf einen Träger aufgeschweißt worden, wobei der Träger gegenüber dem Wärmetauscher bewegbar ist, so daß sich die äußere Kante der Folie gegen das Gghäuse legt. Dabei ist der Gasdruck so auf eine Seite der Folie geleitet worden, daß die Folie in dichtendem Kontakt mit dem Gehäuse gehalten wird. Ein Anschweißen der Folie an den Träger bewirkt jedoch eine Verringerung der Flexibilität der Folie bis zu einem Punkt, wo eine Verbiegung der Folie infolge der thermischen Beanspruchung so groß ist, daß die Dichtwirkung beeinträchtigt wird.

Durch die Erfindung soll eine bessere Abdichtung vorgeschlagen werden, durch US-69 / 4. September 1970 - 2 -

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Sitz der Gesellschaft Köln · Regielergericht Köln.HRB 84 ■ Vorsitzender des AufelchUrate»: Max Ueber ■ Voretand: John A.Bannlng,Vorsitzender

Dr. Klaus B.Amedlck ■ Hans-Ado* Barthelmeh Wlhelm Inden ■ Paul H.Kuhn ■ Hermann Miller · Hana Schaberger

a<a«v*rtratand: Horst Baraamann - Hans-Joachim Lehmann

die die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der verwendeten Teile in vorteilhafter Weise ausgeglichen werden können. Außerdem soll die erfindungsgemäße Abdichtfolie geringe Herstellungs- und Montagekosten ermöglichen.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß an den Wärmetauscher Trägerteile angeordnet werden, die mit Schlitzen versehen sind und daß in die Schlitze unter Ermöglichung einer elastischen Verformung metallische Dichtblätter eingelegt sind, so daß die vorstehenden Teile der Dichtblätter dichtend an der Gegenfläche des Gehäuses anliegen.

P Erfindungsgemäß sind dabei die Dichtblätter an ihren Längsseiten in in Winkeln zur Dichtfläche angeordneten Schlitzen so angeordnet, daß die Tiefe der Schlitze ein Einschieben der Dichtblätter unter elastischer Verformung derselben ermöglicht, wobei die Dichtblätter im Querschnitt bogenförmig ausgebildet sind.

Dabei ist auch möglich, daß die Dichtblätter an einer Kante eine Abbiegung besitzen, die entlang des Dichtblattes zurückläuft und deren Ende sich dichtend an die Gegenfläche anlegt.

Eine bessere elastische Verformung der Dichtblätter sowie eine geringe Beanspruchung durch die Wärmeeinwirkung wird dadurch erreicht, daß an den Dichtblättern Öffnungen angeordnet sind, so daß relativ kühles Gas durch Eintritt fc in den Raum zwischen Dichtblatt und Tragteil eine Kühlung der Dichtblätter bewirken kann.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Tragteil zwischen dem Gehäuse und dem Wärmetauscher angeordnet, und zwar am Wärmetauscher. Dabei kann Je nach Konstruktion eine verschiedene Anzahl von Dichtblättern, die meist halbkreisförmig gestaltet sind, verwendet werden.

Auf dem Boden Jedes Schlitzes, in das die Dichtblätter eingesteckt sind, befindet sich noch ein freier Raum, in den die Kante des Dichtblattes weiter eintauchen kann, wenn sich das Dichtblatt unter elastischer Verformung dichtend an die Gegenfläche anlegt.

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Die Erfindung wird erläutert anhand eines in den Figuren dargestellten AusfUhrungsbeispiels.

Es' zeigen:

Figur 1

einen Teilschnitt durch einen Teil einer Gasturbine, wobei die Anordnung des Wärmetauschers innerhalb des Gehäuses gezeigt ist;

Figur 2

eine Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 1 entlang der Linie 2-2;

Figur 3

eine vergrösserte Schnittdarstellung des Trägers mit eingesetztem Dichtblatt;

Figur 4

eine andere Ausführungsform der Anordnung nach Figur 3»

Wie insbesondere aus der Figur 1 hervorgeht, ist das Gehäuse der Gasturbine generell mit 10 bezeichnet. Es enthält eine im wesentlichen oval geformte Außenwand 12. Der größere Durchmesser dieser Außenwand 12 erstreckt sich in der Figur 1 in vertikaler Richtung. Weiterhin ist eine halbkreisförmige Innenwand 14 vorgesehen, die in einem gewissen Abstand zur Außenwand angeordnet ist. Die Kanten der Innenwand 14 schneiden sich mit der Außenwand 12 und bilden somit einen Auslaßkanal 16, der im einzelnen in der US Patentschrift 3 401 740 gezeigt ist.

Ein Absatz l8 ist in einem kurzen Abstand, ausgehend vom oberen Teil der Außenwand 12, angeordnet und erstreckt sich nach innen. Eine Trennwand 20 schneidet das Gehäuse quer durch. Dadurch wird das Innere des Gehäuses 10 in zwei halbkreisförmige Kanäle 22 und 24 unterteilt. Das Ende der Trennwand 20 liegt im Bereich des oberen Endes der Innenwand 14 und des Absatzes 18.

Am Gehäuse 10 ist ein Deckel 30 durch konventionelle Mittel, die im einzelnen nicht dargestellt sind, befestigt. Im Deckel 30 ist eine Kammer 32 angeordnet, die in Verbindung mit dem Einlaßkanal l6 steht. Eine Wand 34, die in der Ebene der Trennwand 20 liegt, teilt die Kammer 32 von einer Kammer 36, die gegenüber

mit

der Kammer 24 angeordnet ist. Die Kammer 36 steht in Verbindung einem Auslaßkanal 38· Ein Wärmetauscher 42 aus keramischem Material oder aus Metall ist

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drehbar auf einer nicht dargestellten Spindel befestigt, wobei die Spindel an der Trennwand 20 oder an der Wand 3& angeordnet ist; der Wärmetauseher wird durch geeignete Mittel, so beispielsweise durch ein nicht dargestelltes Getriebe vorzugsweise über den Umfang des Wärmetauschers angetrieben.

Zwischen dem Wärmetauscher 42 und der Innenwand 14 ist ein C-förmiges Tragteil 44 angeordnet. Dieses Tragteil 44 rahmt halbkreisförmig den Kanal 22 ein und wird durch nicht dargestellte Ansätze, die an das Gehäuse 10 stoßen, am Mitdrehen verhindert. Ein ähnliches, C-förmiges Tragteil 46 ist zwischen dem Wärmetauscher und dem Absatz 18 angeordnet, wobei es halbkreisförmig um den Kanal 24 liegt. Zwischen dem Wärmetauscher 42 und dem Ende der Trennwand 20 ist ein gerades Tragteil 48 angeordnet. Das Tragteil 48 sitzt zwischen den offenen Enden der Tragteile 44 und 46, wie insbesondere in Figur 2 dargestellt. Ein Tragteil 50 ist auf der anderen Seite des Wärmetauschers 42 angeordnet, wo es die Öffnung zur Kammer j56 einrahmt. Die Tragteile 46, 48 und 50 werden ebenfalls von einer Drehung mit dem Wärmetauscher 42 durch eine geeignete Konstruktion abgehalten. Jedes dieser Tragteile hat eine Oberfläche, die gegen den Wärmetauscher 42 stößt und eineandere Oberfläche 50, die in einem kurzen Abstand vom Gehäuse 10 oder vom Deckel 30 angeordnet ist. Im vorliegenden ist der Deckel 30 als Teil des Gehäuses ausgebildet. Ein Paar von sich längserstreckenden Schlitzen 52 sind

ei
in die Oberfläche 30 jedes Tragteils hinangeschnitten, wie insbesondere aus der Figur 3 hervorgeht. Die Schlitze 52 sind vorzugsweise so ausgeführt, daß sie in einem Winkel zueinander stehen. Eine typische Ausführungsform ist so ausgebildet, daß der Winkel zwischen den Schlitzen und der Oberfläche 50 etwa 20 beträgt.

Die Längskanten der Dichtblätter 53,54 und 55 sind in die Schlitze 52 der Tragteile 44, 46 und 48 in der Weise eingesetzt, daß der Mittelteil des Dichtblatts gegen das Gehäuse 10 oder den Deckel 30 stößt. Die Dichtblätter 53, 54 und 55 sind vorzugsweise aus rostfreiem Federstahl hergestellt und sind so ausgebildet, daß ihre Enden lose in den Schlitzen 52 liegen. Dabei ist die Ausführung so voigenommen, daß das Ende der Kante jedes Dichtblattes in einem kurzen Abstand vom Ende des Schlitzes endet, wie insbesondere aus der Figur 3 hervorgeht.

Bei der Ausführungsform des Tragteiles 50 ist das Dichtblatt so ausgebildet, US-69 / 4. September l^c>70 - 5 -

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daß ein Ende zurückgefaltet ist, so daß dieses Ende entlang am Dichtblatt zurückläuft. Dadurch entsteht eine Abbiegung 58, die insbesondere aus der Figur 4 hervorgeht. Der Teil des Dichtblattes, der die Abbiegung trägt, gehört in einen vergrösserten Schlitz 52* im Tragteil 50 eingesetzt, während die andere Kante in einen Schlitz 52 des gleichen Tragteils eingeschoben wird. Das abstehende Ende der Abbiegung 58 erstreckt sich über das Dichtblatt 56 hinaus, so daß dieses Ende gegen den Deckel 30 stößt, da es der am weitesten herausragende Teil des Dichtblattes ist.

Wie insbesondere aus der Figur 2 hervorgeht, erstreckt sich das Dichtblatt des querliegenden Tragteils in radialer Richtung über die Schnittpunkte des Dichtblattes mit den Dichtblättern 53 und 54. Die Enden der Dichtblätter 55 und 54 sind gezackt ausgeführt, wie bei 59 dargestellt, so daß sie sich so eng wie möglich an die Enden des Dichtblattes 55 anlegen. Diese Anordnung erlaubt eine gerade Anordnung des querverlaufenden Dichtblattes sowie des dazugehörigen Tragteils, was vorteilhaft ist, da diese Teile den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind. Wo dieses Problem nicht existiert, kann die Konstruktion so getroffen werden, daß die Dichtblätter 53 und 54 in ein einziges Dichtblatt kombiniert werden. In diesem Fall umrahmt das einzige Dichtblatt die gesamte Peripherie der Öffnung, während die gezackten Enden eines Dichtblattes 55 gegen die Innenwand des einstückigen Dichtblattes stößt.

Während des Betriebes der Gasturbine strömt relativ kalte Luft vom Kompressor durch den Einlaßkanal l6 in Richtung des Pfeiles 60 in die Kammer 32. Die komprimierte Luft, die aus dem Einlaßkanal 16 kommt, berührt den gesamten Umfang des Wärmetauschers durch die Kammer 40. Das dient zur Kühlung. Luft von der Kammer 32 strömt durch den unteren Abschnitt des Wärmetauschers 42 und durch den Kanal 22 in Richtung des Pfeiles 62. Der Kanal 22 leitet die Luft zur Brennkammer des Motors und dann zu den Schaufeln der Turbine (nicht dargestellt).

Relativ heiße Verbrennungsgase von der Turbine strömen durch den Kanal 24 in Richtung des Pfeiles 64. Sie bewegen sich dann weiter durch den oberen Sektor des Wärmetauschers 42 und durch die Kammer 36 zum Auslaßkanal 38. Der rotierende Wärmetauscher transferiert die Wärme von den Gasen, die den Kanal 24 verlassen, zu den Gasen, die in dem Kanal 22 einströmen. Das Dichtblatt 54, das

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elastisch ist, bewegt sich innerhalb der Schlitze 52 und absorbiert so die dimensionellen Schwankungen, die durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der Teile innerhalb der Konstruktion entstehen. Die Abbiegung 58 trägt dazu bei, daß eine gute Abdichtung zwischen der Kammer 36, in der im wesentlichen Atmosphärendruck herrscht, und der Kammer 32 vorhanden ist, in der viel höherer Druck besteht. Dies wird dadurch erreicht, daß der Differenzdruck zwischen den Kammern 32 und 36 aufdie Abbiegung 58 wirkt, so daß diese in Kontakt mit dem Deckel 30 kommt und wodurch auch erreicht wird, daß der gefaltete Abschnitt bei 57 in Kontakt mit den Wänden des Schlitzes 52 bleibt.

Komprimierte Luft aus dem Kanal l6 kann in den Abstandsraum 70 zwischen dem Dichtblatt und den Trageteilen geleitet werden, so daß die Dichtblätter in Kontakt mit dem Gehäuse des Motors gezwungen werden. Eine solche Luftzuführung trägt auch dazu bei, daß ein dichtender Kontakt der Kanten des Dichtblattes zu den Wänden der Schlitze gehalten wird. Die Luft kann in den Abstandsraum 70 durch kleine Öffnungen 72 geleitet werden; weiterhin können ähnliche Öffnungen in der querliegenden Dichtblattdichtung angeordnet sein. Eine Kühlung dieses Dichtblattes kann durch kleine öffnungen 74 erreicht werden, die verbunden sind mit dem Kanal 22 und ähnlichen Öffnungen 7β auf dem anderen Ende des Dichtblattes, wobei diese öffnungen mit dem Kanal 24 kommunizieren. Relativ kühle Luft aus dem Kanal 22 wird in diesen Fällen durch den Abstandsraum 70 fließen und wird die in diesem Bereich entstehende Wärme abführen. Eine ähnliche Anordnung ψ kann bei den am Umfang angeordneten Dichtblättern getroffen werden, sofern das erforderlich ist.

Auf diese Weise wird durch die Erfindung eine Abdichtung vorgeschlagen, durch die Differenzen bei der thermischen Ausdehnung innerhalb der Elemente der Dichtung ausgeglichen werden können. Die Dichtung kann mit einem Minimum an technischem Aufwand konstruiert und eingebaut werden, und sie beansprucht zu ihrer Verwirklichung nicht die Einhaltung von kritischen Herstellungstoleranzen. Es ist selbstverständlich auch möglich, die erfindungsgemäße Dichtung nur an den hochbelasteten Stellen zu verwenden, während an den anderen Stellen konventionelle Dichtungen Veniendung finden.

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Claims

Patentans pruche

1. Dichtung für rotierende Wärmetauscher, insbesondere in Gasturbinen, wobei •^zwischen den abzudichtenden Flächen von Gehäuse einerseits und rotierendem •Wärmetauscher andererseits Dichtkörper angebracht sind, dadurch gekennzeichnet , daß an dem Wärmetauscher (42) Tragteile (44, 46, 48, 50) nicht mitdrehend angeordnet sind, die mit Schlitzen (42, 42) versehen sind und daß in die Schlitze unter Ermöglichung einer elastischen Verformung metallische Dichtblätter (53,54,55) eingelegt sind, so daß die vorstehenden Teile der Dichtblätter (53,54,55) dichtend an der Gegenfläohe des Gehäuses anliegen.

2. Dichtung nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtblätter (53,54,55) an ihren Längsseiten in in Winkeln zur Dichtfläche angeordneten Schlitzen (52, 52¹) so angeordnet sind, daß die Tiefe der Schlitze ein Einschieben der Dichtblätter (53,54,55) unter elastischer Verformung derselben ermöglichen, wobei die Dichtblätter im Querschnitt bogenförmig ausgebildet sind.

3. Dichtung nach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtblatt (52, 52*) an einer Kante eine Abbiegung (58) besitzt, die entlang des Dichtblattes zurückläuft und deren Ende dichtend an der Gegenfläche anliegt.

4. Dichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Diehtblättern (53,54,55) Öffnungen (72,74,76) angeordnet sind, so daß relativ kühles Gas durch Eintritt in den Raum zwischen Dichtblatt (53j 54,55) und Tragteil (44,46,48,50) eine Kühlung der Dichtblätter bewirken kann.

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