DE2119113A1

DE2119113A1 - Selbsteinstellende Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE2119113A1
Application number: DE19712119113
Authority: DE
Inventors: George M. Wilmington; Rahaim Thomas J. Claymont; Del. Mierley jun. (V.StA.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1970-04-29
Filing date: 1971-04-20
Publication date: 1971-11-11
Also published as: GB1299684A; US3609968A; FR2086462A1; NL7105761A; CA929464A; FR2086462B1; BE766326A

Description

PATS) SIASWAM

DIEL·. ING. K. HOLSEB ίί9 AUGSIiUIiG

W.418

Augsburg, den 19. April 1971

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15 222, V.St.A.

Selbsteinstellende Dichtungsanordnung

Die Erfindung betrifft selbsteinstellende Dichtungsanordnungen für Axialgasturbinen mit einem inneren Gehäuseteil, welcher von einem äußeren Gehäuseteil umschlossen ist, und welche zusammen einen Speicherraum bilden, innerhalb welchem eine Vielzahl von Brennkammern sowie Kanäle angeordnet sind, welche die Brennkammern mit der ersten Turbinenstufe verbinden.

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Gasturbinen müssen bei hohen Temperaturen und Drücken, die für einen hohen Wirkungsgrad erforderlich sind, arbeiten. Es hat sich gezeigt, daß unter hohem Druck stehende Luft aus dem Verdichter, die in die erste Turbinenstufe als r^schluft eindringt und eine andere "Geschwindigkeit und Richtung als das Arbeitsmittel aufweist, bei der Beaufschlagung Vibrationen in den Turbinenschaufeln verursacht.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Dichtungsanordnung für Axialgasturbinen zu schaffen, Vielehe das Eindringen von unter höherem Druck stehender kühlerer Luft in die erste Turbinenstufe auf ein Minimum reduziert.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine selbsteinstellende Dichtungsanordnung für Axialgasturbinen mit einem inneren Gehäuseteil, welcher von einem äußeren Gehäuseteil umschlossen ist, und welche zusammen einen Speicherraum bilden, innerhalb welchem eine Vielzahl von Brennkammern sowie Kanäle angeordnet sind, welche die Brennkammern mit der ersten Turbinenstufe verbinden, welche gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß an den Kanälen jeweils in umfangsmäßigen Abständen voneinander angeordnete

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Ringplattenteile befestigt sind, welche an ihren radial inneren und äußeren Rändern an den Turbinenajehäuseteilen' anliegen, ¹UId daß auf der stromauf gelegenen Seite jeweils? federnd gegen diese Ringplattenteile angepreßte Dichtelemente angeordnet sind, die zur Verhinderung des Eindringens von Druckluft aus dem Speicherraum in die erste Turbinenstufe die durch die umfangsmäßigen Abstände zwischen jeweils benachbarten Ringplattenteilen gebildeten Spalte dicht verschließen.

Die selbsteinstellende Dichtungsanordnung nach der Erfindung gestattet das Expandieren bzw. Kontraktieren der Brennkammern an den Übergangsteilen, rleichtdadurch automatisch eine Verkleinerung bzw. Vergrößerung der radialen Spalte aus und reduziert auf diese V/eise das Eindringen von verdichteter Luft in die erste Turbinenstufe auf ein Minimum.

Sin Ausführungsbeippiel der Erfindung ist in den Zeichnunpen argestellt und wird in folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ■ einen Teillän-sschnitt einer

Axialgasturbine, welche mit einer Dichtungsanordnung nach

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der Erfindung versehen ist,

Fig. 2 eine vergrößerte Abwicklung

eines Schnittes II-II in Fig. 1, und

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung

eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Dichtungsanordnung nach der Erfindung.

" In Fig. 1 ist ein Teil einer Axialgasturbine 10 dargestellt. Die Turbine 10 weist einen zylindrischen äußeren Gehäuseteil 11,einen von diesem Gehäuseteil umschlossenen zylindrischen inneren Gehäuseteil 12 sowie einen Rotor 13 auf, v/elcher innerhalb des inneren Gehäuseteiles 12 in geeigneter, nicht dargestellter Weise drehbar gelagert ist. Mindestens eineRingreihe rotierender Schaufeln 16, von welchen nur eine Reihe dargestellt ist, erstreckt sich von dem Rotor 13 aus radial nach außen. Zur Bildung von Stufen für die Expansion eines Arbeitsmittels ist den rotierenden Schaufeln mindestens eine mit diesen zusammenwirkende Ringreihe stationärer Schaufeln 14 zugeordnet, von welchen nur eine Reihe

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dargestellt ist, die innerhalb des inneren Gehäuseteils gehaltert sind. Die erste stationäre Reihe von Schaufeln und die erste rotierende Reihe von Schaufeln 16 bilden gemeinsam die erste Turbinenstufe 17.

Heißes Arbeitsmittel, wie beispielsweise unter Druck stehendes Verbrennungsgas, wird in einer Vielzahl von umfangsmäßig angeordneten Brennkammern 25 (Pig· I und 2) erzeugt. Die Kammern 25, welche der bekannten Kanister-Bauart angehören, weisen zylindrische Teile jeweils an den stromaufwärts gelegenen Enden sowie an den stromabwärts gelegenen Enden 27 entsprechende Übergangsteile 26 auf, welch letztere den Übergang des kreisförmigen Querschnittes der Kammern auf einen rechteckigen Querschnitt an den Auslaßöffnungen 29 bewirken (Pig. 3). Die Auslaßöffnungen liegen eng nebeneinander auf einem Kreisring und bilden gemeinsam eine Ringauslaßöffnung zur Einleitung der heißen Arbeitsgase in Form eines vollen und kontinuierlichen Umfangsstromes in die erste Turbinenstufe 17. Die Gase strömen in der durch Pfeile angedeuteten Richtung von links nach rechts an den stationären Schaufeln 14 und an den rotierenden Schaufeln 16 vorbei, wobei eine Expansion der Gase erfolgt und sich eine Drehung des Rotors 13 um seine Längsachse ergibt.

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Gemäß der Darstellung in Fig.l sind die Brennkammern in einem Raum angeordnet, welcher teilweise durch den äußeren Gehäuseteil 11 festgelegt ist. Dieser als Speicherraum 31 bezeichnete Raum wird durch Luft aus einem nicht dargestellten Verdichter unter Druck gesetzt. Die Druckluft wird in die Brennkammern 25 eingeleitet, vermischt sich mit dem Brennstoff und bildet ein brennbares Gemisch, welches verbrannt wird und die heißen Arbeitsgase ergibt. An den stromabwärts gelegenen Enden 27 der Übergangsteile 26 ist eine Vielzahl von Rahmenflanschen 33 (Fig. 3) angeordnet. Die Flansche 33 umschließen die Übergangsteile 26 und sind an den Übergangsteilen in geeigneter Weise, beispielsweise durch Schweißen, starr befestigt. Jeder Flansch 33 weist einen radial-äußeren, gekrümmten Teil 33a, einen radialinneren, gekrümmten Teil 33b und zwei radial verlaufende Seitenteile 33c auf. Der radial-äußere Teil 33a jedes Rahmenflansches 33 und der radial-innere Teil 33b passen sich der bogenförmigen Gestalt jedes Übergangsteiles 26 an. Die radial-äußeren Teile 33a bildenzusammen einen aus Segmenten bestehenden äußeren Ring, während die radialinneren Teile 33b einen aus Segmenten bestehenden inneren Ring bilden.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 2 und 3 greifen bogenförmige Haltesegmente 37 über die stromaufwärts gelegene Seite der radial-äußeren Teile 33a der Flansche y^>.

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Auf der stromabwärts gelegenen Seite der radial-äußeren Flanschteile 33a befindet sich der innere Gehäuseteil 12'. Die Haltesegmente 37 sind durch Befestigungsmittel, beispielsweise durch Schrauben 38 (Fig. 1 und 3)> an dem inneren Gehäuseteil 12 befestigt. Die Haltesegmente 37, die radial-äußeren Teile 33_a der Flansche 33 und der innere Gehäuseteil 12 bilden zusammen eine Dichtungsanordnung, welche verhindert, daß die in dem Speicherraum 3I befindliche, unter hohem Druck stehende Luft aus dem Verdichter längs der radial-äußeren Seiten der Übergangsteile 26 der Brennkammern 25 in die erste Turbinenstufe eindringt.

Zur Abdichtung der radial-inneren Seite der Übergangsteile 26 gegenüber der ersten Turbinenstufe ist eine aus Segmenten bestehende Dichtung 5^ (Pig- 1 und 3) an den radial-inneren Flanschteilen 33b befestigt'und wird durch eine Feder 56 in einem Dichtungsgehäuse 57 unter Spannung gehalten. Das Gehäuse 57 kann ein Teil eines zylindrischen Teiles 59 sein, welches die Innenwandung des Speicherraumes 3I bildet und diesen sowie die erste Stufe I7 auf der radial-inneren Seite der Übergangsteile 26 abdichtet, wie an sich bekannt.

Zur weiteren Befestigung und Halterung der Übergangs-

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teile 26 der Brennkammern 25 an dem inneren Gehäuse 12 ist eine Vielzahl von Halteklammern 6O vorgesehen, und zwar jeweils eine Klammer für jedes Übergangsteil. Jede Klammer 60 weist einen radial verlaufenden Teil 60a, und einen Befestigungsringflanschteil 60b auf (Fig. 1 und 3). Die radial verlaufenden Teile 60a sind jeweils an den Übergangsteilen 26 befestigt, während der Befestigungsteil 60b an einer Stelle an dem inneren Gehäuseteil 12 befestigt ist, welche radial außerhalb des Halteringes liegt.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Haltesegmente und der innere Gehäuseteil 12 in bezug auf die Brennkammern 25 einen radialen Abstand voneinander aufweisen, welcher ein Ausdehnen der Kammern zuläßt. Wie oben bereits beschrieben, liegen die Brennkammern 25 und ihre Übergangsteile 26 eng nebeneinander auf einem Kreisring (Fig. und 3), wodurch ein Ausdehnen der Kammern 25 und der Übergangsteile 26 möglich ist. Die radial verlaufenden Seiten 33c der Rahmenflansche 33* welche die Übergangsteile 26 umgreifen, sind ebenfalls mit Abstand voneinander auf einem Ring angeordnet. Die zueinander benachbarten Seiten 33c bilden eine Vielzahl von radial verlaufenden Spalten 62. ,

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Es 1st zwar erforderlich, daß die Dichtungsanordnung das Eindringen von unter hohem Druck stehender Luft aus dem Verdichter durch diese radialen Spalte 62 hindurch verhindert, es muß jedoch ebenfalls dafür Sorge getragen werden, daß zwischen den Übergangsteilen 26 und entsprechend zwischen den Planschen 33 eine Ausdehnung stattfinden kann.

Stromaufwärts von den Planschert 33 sind an den Übergangsteilen 26 der Brennkammern 25 jeweils Paare von Anschlagplatten 64 befestigt, von welch letzteren jeweils eine an jeder Seite jeder Brennkammer angeschweißt ist. Die Platten 64 sind derart auf einem Kreisring angeordnet, daß zwischen einander benachbarten Platten 64 ein Zwischenraum gebildet ist (Pig. 2 und 3). Jede Anschlagplatte 64 besteht aus einem ganzen Stück und verläuft von der radial-äußeren Seite des Übergangsteiles zur radial-inneren Seite, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt. Aus der Anordnung der Anschlagplatten 64 auf einem Kreisring mit jeweils einem Zwischenraum zwischen einander benachbarten Anschlagplatten ergibt sich eine Vielzahl weiterer radial verlaufender Spalte 65 (Fig. 2 und 3). Die obengenannten Spalte 62 und die weiteren radialen Spalte 65 sind axial aufeinander ausgerichtet.

Zwischen jeweils zwei benachbarten Übergangsteilen

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ist jeweils eine Dichtungsanordnung angebracht. Da alle diese Dichtungsanordnung en jedoch den gleichen Aufbau aufweisen, wird hier nur eine beschrieben.

Ein Winkelteil 67 mit V-förmigem Querschnitt ist in den erstgenannten radialen Spalt 62 eingebracht, und ein weiteres, gleiches Winkelteil 69 ist in den weiteren radialen Spalt 65 eingebracht, wobei die Scheitel der Winkelteile in entgegengesetzte Richtungen weisen. Zwischen die beiden Winkelteile 67 und 69 ist auf der radial-äußeren Seite der benachbarten Übergangsteile eine Federanordnung 70 (Fig. 2) angebracht. Die Federanordnung 70 besteht aus einer Schraubenfeder 70a und aus zwei Halteteilen 70b, welche am Scheitel der Winkelteile 67 und 69 befestigt sind. Die Federanordnung 70 bewirkt, daß zwischen den beiden Winkelteilen 67 und eine Federspannung aufrechterhalten wird, '-reiche eine Keildichtwirkung zwischen den Flanschen 33 und den Platten 64 bewirkt. Eine weitere Federanordnung 72 (Fig.l), welche in gleicher Weise wie die Federanordnung 70 aufgebaut ist, ist zwischen den beiden Winkelteilen 67 und 69 auf der radial-inneren Seite der Übergangsteile 26 angebracht und stellt einen Ausgleich der auf die Winkelteile auf den radial-inneren und -äußeren Seiten der Übergangsteile

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ausgeübten Federkraft sicher. Es könnte jedoch auch eine einzige Federanordnung (nicht dargestellt) verwendet werden, welche in der Mitte der Übergangsteile angebracht ist.

Die stromaufwärts gelegenen Seiten der einander benachbarten Flansche 33 sollten zur Aufnahme des Scheitels des erstgenannten Winkelteiles 67 leicht verjüngt sein, d.h. sich in Stromaufwärtsrichtung erweitern, und entsprechend sollten die Anschlagplatten 64 zur Aufnahmedes Scheitels des weiteren Winkelteiles 69 ebenfalls verjüngt sein, d.h. sich in Stromabwärtsrichtung erweitern. Dadurch wird eine bessere Dichtwirkung zwischen den Winke!teilen 67 und und den diesen zugeordneten radialen Spalten 62 und 65 sichergestellt und außerdem eine Ausdehnung zwischen den Übergangsteilen 26 mit geringeren Beanspruchungen gestattet, da sich bei der Verschiebung der Winkelteile in den Spalten 62 und 65 ein niedrigerer statischer Reibungskoeffizient ergibt.

Im Betrieb drücken die Federanordnungen 70 und 72 die Winkelteile 67 und 69 dicht an die Flansche y$ bzw. an die Anschlagplatten 64 an und verhindern, daß unter hohem Druck stehende Luft aus dem Speicherraum ^l durch die Radialspalte 62 hindurch entweichen kann. Wenn sich

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die iibergangsteile 26 ausdehnen und dadurch die Radialspalte 62 schmaler werden, werden die Winkelteile 67 in Stromaufwärtsrichtung gedrückt, so daß sie sich den schmaleren Radialspalten anpassen. Wenn sich die Übergangsteile 26 und die Rahmenflansche 33 zusammenziehen und dadurch eine Vergrößerung der Radialspalte 62 bewirken, drücken die Pederanordnungen 70 und 72 die Winkelteile stromabwärts in die größeren Spalte hinein, so daß eine

m richtige Abdichtung erhalten bleibt. Die weiteren Radialspalte 65 und die weiteren Winkelteile 69 haben die Aufgabe sicherzustellen, daß die Winkelteile 67 in Längsrichtung ausgerichtet bleiben, so daß ein richtiger Dichtungskontakt erhalten bleibt. Da die unter hohem Druck stehende Luft aus dem Verdichter in dem Speicherraum 3I eine Druckkraft auf die Winkelteile 67 ausübt, liefert sie während des Betriebes wegen der großen Druckdifferenz auf den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Seiten der Flansche zwischen

^ den Winkelteilen 67 und den Planschen 33 die Hauptdruckkraft.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die selbsteinstellende Dichtungsanordnung 70 nach der Erfindung einfach aufgebaut ist, ein Ausdehnen und Zusammenziehen zwischen benachbarten Übergangsteilen gestattet und gleichzeitig verhindert, daß Strömungsmittel aus dem

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Speicherraum j51 in die erste Turbinenstufte 17 eindringt. Die Teile 6j und 69 sind zwar als Teile mit V-förmigem Querschnitt beschrieben worden, sie können jedoch auch einen gekrümmten Querschnitt aufweisen, solange sichergestellt ist, daß die Teile in die Spalte 62 und 65 hineinpassen.

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Claims

Patentansprüche:

ΛΆ

( l.)Selbsteinstellende Dichtungsanordnung für

Axialgasturbinen mit einem inneren Gehäuseteil, v/elcher von einem äußeren Gehäuseteil umschlossen ist und welche zusammen einen Speicherraum bilden, innerhalb welchem eine Vielzahl von Brennkammern sowie Kanäle angeordnet sind, welche die Brennkammern mit der ersten Turbinenstufe verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kanälen (26) jeweils in umfangsmäßigen Abständen voneinander angeordnete Ringplattenteile (33) befestigt sind, welche an ihren radial inneren und äußeren Rändern (33b* 33a) an den Turbinengehäuseteilen (11, 12) anliegen, und daß auf der stromauf gelegenen Seite jeweils federnd (70) an diese Ringplattenteile angedrückte Dichtelemente (67) angeordnet sind, die zur Verhinderung des Eindringens von Druckluft aus dem Speicherraum (31) in die erste Turbinenstufe (17) die durch die umfangsmäßigen Abstände zwischen jeweils benachbarten Ringplattenteilen gebildeten Spalte (62) dicht verschließen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren und inneren Ränder (33a, 33b) der Ringplattenteile (33) jeweils von Ringnuten aufgenommen werden, welche in den Turbinengehäuseteilen (12, 37, 57) gebildet sind.

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3. Anordnung nach Anspruch·1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Gruppe von Ringplattenteilen (64) axial stromaufwärts von den erstgenannten Ringplattenteilen (33) derart an den Kanälen (26) befestigt ist, daß die jeweils zwischen einander benachbarten Plattenteilen gebildeten Spalte (62, 65) axial aufeinander ausgerichtet sind, und daß die Dichtelemente als keilförmige Teile (67,69) ausgebildet sind, welche federnd (70) voneinander weg in die aufeinander ausgerichteten Spalte zwischen entsprechenden Ringplattenteilen hinein gedrückt werden.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringplattenteile (33, 64) sich entsprechend der Form der Dichtelemente (67, 69) verjüngende Wandungen aufweisen.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte (62, 65) zwischen den Ringplattenteilen (33* 64) in bezug auf die Drehachse der Turbine (10) radial verlaufen.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (26) jeweils durch eine am Turbinengehäuse (12l angebrachte Klammer (60) in ihrer Lage gehalten werden.

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