DE2422533A1

DE2422533A1 - Schaufeldichtung fuer gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE2422533A1
Application number: DE19742422533
Authority: DE
Inventors: Denis Mccarthy
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1973-05-12
Filing date: 1974-05-09
Publication date: 1974-12-12
Also published as: FR2228967A1; JPS5026904A

Description

Schaufeldichtung für Gasturbinenstrahltriebwerke

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung und insbesondere auf eine solche, die geeignet ist, in ihrer Anwendung als Kopfdichtung für die Kompressorschaufeln eines Gasturbinenstrahltriebwerks .

Eines der Hauptprobleme,mit denen sich der Konstrukteur bei den meisten Kopfdiohtungen bisher befassen mußte beruht auf der Tatsache, daß es nicht möglich gewesen ist, ein angemessenes Scheitelspiel unter allen Laufbedingungen des Triebwerks aufrecht zu erhalten. Bei den herkömmlichen Kopfdichtungen war es erforderlich, einen übermäßig großen Soheitelzwisohenraum vorzusehen, wenn das Triebwerk stationär oder bei kleinen Geschwindigkeiten läuft und dies steht gerade im Gegensatz zu den Forderungen, die bei niedrigen Drehzahlen gestellt sind.

Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn ein Triebwerk sohneil auf die Betriebsdrehzahl hochläuft, der Kompressorrotor zwei Stufen thermischen Wachstums ausgesetzt ist. Zuerst dehnen sich die relativ dünnen Kompressorsohaufeln und der Kompressorrand sohneil gemäß der ansteigenden Lufttemperatur, der den Kompressor durchsetzenden Luft aus, wobei der Sohaufelkopfdurohmesser außerdem in Folge der * auf Schaufel und Schaufelträger wirkenden Zentrifugalkraft anwächst,

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Die zweite Stufe thermischen Wachstums setzt ein, wenn die relativ dicke Kompressorrotornarbe sich auf die Betriebstemperatur aufheizt. Das Kompressorgehäuse wächst aber mit einer stetig abnehmenden Geschwindigkeit^ während des Aufheiz vor ganges. Deshalb muß das Kopfspiel so berechnet werden, daß alle relativen Wachsturasänderungen stattfinden können.

Die Erfindung betrifft eine Kompressorscheiteldichtung, die mit Mitteln versehen ist, die versetzt werden können, um eine Anpassung an einen wesentlichen Teil des thermischen Wachstumes zu ermöglichen, der innerhalb der Kompressorschaufeln und innerhalb des Rotors einsetzt.

Die Erfindung geht aus von einer Dichtungsanordnung mit einem ersten ringförmigen Bauteil, auf dessen inneren Durchmesser eine Dichtungsfläche aufgebracht ist und mit einem zweiten ringförmigen Bauteil radial außerhalb des ersten ringförmigen Bauteils, der eine beträchtlich größere Masse als der erste ringförmige Bauteil aufweist, derart, daß der erste ringförmige Bauteil sich mit einer beträchtlich größeren Geschwindigkeit ausdehnt bzw. zusammenzieht als der zweite ringförmige Bauteil, wenn eine Temperaturänderung auftritt.

Bei einer derartigen Dichtung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Ansteigen der Temperatur des ersten ringförmigen Bauteils seine Ausdehnung mit einer relativ großen Geschwindigkeit stattfindet bis nach Erreichen eines vorbestimmten Durchmessers eine Berührung mit einem Teil des Innendurchmessers des zweiten ringförmigen Bauteils einsetzt, worauf dieser an einer weiteren Ausdehnung in seiner ersten Ausdehnungsgeschwindigkeit gehindert ist und deshalb eine weitere Ausdehnung mit der relativ niedrigen Geschwindigkeit des zweiten ringförmigen Bauteils erfolgt, der sich seinerseits gemäß seiner relativ größeren Masse langsamer ausdehnt.

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Vorzugsweise ist der erste ringförmige Bauteil relativ gegenüber dem zweiten ringförmigen Bauteil beweglich und der erste ringförmige Bauteil ist mit einem radial verlaufenden Flansch ausgestattet, der um seinen äußeren Umfang herumläuft und so angeordnet und ausgebildet ist, daß er in Gleitverbindung mit einem Ringschlitz steht, der im inneren Durchmesser des zweiten ringförmigen Bauteils ausgebildet ist.

Vorzugsweise wird der erste ringförmige Bauteil im wesentlich koaxial mit dem zweiten ringförmigen Bauteil mittels mehrerer Federn getragen, die mit Abstand zwischen zwei Abschnitten der ringförmigen Bauteile angeordnet sind.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind erster und zweiter ringförmiger Bauteil aus einem Material mit im wesentlichen dem gleichen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt.

Vorzugsweise bildet der zweite ringförmige Bauteil den inneren Abschnitt des Kompressorgehäuses eines Gasturbinenstrahltriebwerks .

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine scheraatische Seitenansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks im Kompressorabschnitt aufgebrochen;

Figur 2 in größerem Maßstab einen Teil des Hochdruckkorapressors gemäß Figur Ij

Figur 3 in noch größerem Maßstab eine der Kopfdichtungen, von denen in Figur 2 zwei dargestellt sindj

Figur 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß Figur 3

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Figur 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 mit einem Lufteinlaß 12, einem Niederdruckkompressor 13, einem Hoohdruckkompressor 14, einer Verbrennungseinrichtung 15, einer Hochdruckturbine l6, einer Niederdruckturbine 17 und einer Abgasdüse 18. Der Niederdruckkompressor 13 und die Niederdruckturbine 17 sowie der Hochdruckkompressor l4 und die Hochdruckturbine 16 sind drehbar auf gemeinsamen koaxial liegenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Wellen angeordnet.

Figur 2 zeigt in größerem Maßstab einen Abschnitt des Hochdruckkompressorteils 14 des Triebwerks 10. Der Hochdruckkompressorteil 14 umfasst Statorschaufein 19a, 19b und 19c, die mit ihren radial äußersten stromunterseitigen Enden an sekundären radial äußeren Ringkörpern 20a, 20b und 20c befestigt sind und die mit ihren am weitesten radial stromaufwärts liegenden Ende an Ringkörpern 21a und 21b befestigt sind, die ihrerseits mit den Sekundärringkörpern 20a, 20b und 20c verbunden sind. Die Ringkörper 20a, 20b und 20c sind ihrerseits mittels Flanschen miteinander verbunden, die an ihren äußersten Enden angeordnet sind. Eine Vielzahl von in Umfangsrichtung vorstehenden VorSprüngen 22a und 22b sind radial gleitbar innerhalb eines Ringschlitzes gelagert, der zwischenden Ringkörpern 20a, 20b und den ringförmigen Statorbefestigungskörpern 21a und 21b angeordnet ist. Die Vorsprünge 22a und 22b sind an den Ringkörpern 24a und 24b vorgesehen, deren innerste Abschnitte in ringförmigen Dichtungskörpern 23a und 23b enden. Radial innerhalb der ringförmigen Dichtungskörper 23a und 23b sind ringsum laufende Anordnungen von Kompressorschaufeln 25a, 25b vorgesehen, die hiervon durch einen Spalt G distanziert sind.

Figur 3 zeigt in.noch größerem Maßstab eine der Dichtungen, die in Figur 2 dargestellt sind und in dieser Ansicht ist außerdem eine von mehreren in Umfangsrichtung verlaufenden Federn ersieht-

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lieh, die auch in der Seitenansicht gemäß Figur 4 erkennbar sind.

Wenn das Triebwerk 10 hochläuft, dann strömt Hochdruokluft duroh den Kompressor zwischen Stator und Rotorschaufein hindurch und die Geschwindigkeit des Triebwerks erhöht die Temperatur der durch den Kompressor strömenden Luft. Daher beginnen sich die Kompressorschaufein 25a,25b radial nach außen auszudehnen und dies beginnt relativ schnell infolge der vergleichsweise dünnen Teile der Kompressorschaufeln und der hohen Geschwindigkeit der örtlichen Temperaturübertragung auf den Scheibenrand.

Diese relativ schnelle anfängliche Ausdehnung der Kompressorschaufeln 25a würde eine anfängliche Verminderung der Größe des Spaltes G bewirken, jedoch wird dies durch die ringförmigen Dichtungskörper 23a ausgeglichen, die einen relativ dünnen Querschnitt besitzen und schnell die Wärme aus der Strömung der Hochdruckluft aufnehmen. Der Dichtungskörper 23a dehnt sich daher mit etwa der gleichen Geschwindigkeit aus, wie die Kompressorschaufeln 25a, so daß der Zwischenraum zwischenden beiden Bauteilen im wesentlichen gleichbleibt.

Unter den gewöhnlichen Arbeitsbedingungen würden die Kompressorschaufeln sehr schnell die Temperatur des Gasstromes erreichen, d.h. nach etwa 10 bis 15 Sekunden. Der Dichtungsring würde sich dann jedoch weiter ausdehnen, aber dies wird durch die Rückseite 30a des ringförmigen Dichtungskörpers 23a, durch den zweiten ringförmigen Gehäuseteil 20a und den Statorträger 21a verhindert. Die Körper 20a und 21a dehnen sich weiter, aber mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Dichtungsring 23a aus, weil sie eine viel größere Masse besitzen.

Die Massen der Körper 20a und 21a sind insbesondere so gewählt,

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daß ihre Ausdehnungsgesohwindigkeit der Ausdehnungsgeschwindigkeit der relativ schweren Rotornarbe angepaßt ist, die
in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Dadurch wird im
wesentlichen der gewünschte Spalt G zwisohen den Kompressorschaufeln 25a und dem ringförmigen Dichtungskörper 23a aufrechterhalten. Beim Niederfahren des Gasturbinenstrahltriebwerks tritt das Umgekehrte auf, so daß auch hierbei der Zwischenraum im wesentlichen konstant bleibt wenn eine Verzögerung des Triebwerks einsetzt.

Um einen ringförmigen Abschnitt 34a und 35a auf dem äußeren Gehäuseteil 20a bzw. dem ringförmigen Statorbefestigungskörper 21a sind mehrere Federn 33 angeordnet. Der Mittelabschnitt jeder Feder 33 steht mit einem Durchmesser 3^ am
Umfang des Diohtungskörpers 23a in Berührung.

Die Federn sind derart angeordnet, daß sie in Gestalt einer Dämpfungseinrichtung wirken, um eine innerhalb des Systems
auftretende Vibration zu vermindern. Es kann jedoch auch
in gewissen Fällen ihrer Anwendung unnötig sein.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Dichtungsanordnung für Gasturbinenstrahltriebwerke mit einem ersten ringförmigen Körper, über dessen inneren Durchmesser eine Dichtungsfläche angeordnet ist und mit einem zweiten ringförmigen Körper radial außerhalb des ersten ringförmigen Körpers, wobei der zweite ringförmige Körper eine beträchtlich größere Masse hat als der erste ringförmige Körper, derart, daß der erste ringförmige Körper sich mit einer wesentlich größeren Geschwindigkeit ausdehnt als der zweite ringförmige Körper, wenn sich die Tmperatur ändert, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ansteigen der Temperatur des ersten ringförmigen Körpers(23a) dieser sich mit einer relativ hohen Geschwindigkeit ausdehnt bis er bei Erreichen eines vorbestimmten Durchmessers Teile des inneren Durohmessers des zweiten ringförmigen Körpers (20a) berührt, worauf dieser erste ringförmige Körper an einer weiteren Ausdehnung mit dieser hohen Geschwindigkeit gehindert wird und sich danach mit der relativ niedrigen Geschwindigkeit des zweiten ringförmigen Körpers (20a) ausdehnt, dessen Ausdehnungsgeschwindigkeit durch die relativ größere Masse bestimmt und kleiner ist als die Ausdehnungsgeschwindigkeit des ersten Ringes.
2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ringkörper (23a) relativ zu dem zweiten Ringkörper (20a) beweglich ist, daß der erste ringförmige Körper (23a) mit einem radial verlaufenden Plansch (21a)

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versehen ist, der um seinen Umfang herumläuft, daß der Flansch(21a) in Gleitberührung mit einem Ringschlitz steht, der am inneren Durchmesser des zweiten ringförmigen Körpers (20a) ausgebildet ist.
3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtungskörper (23a) koaxial gegenüber dem zweiten ringförmigen Körper (20a) mittels mehrerer Federn (33) getragen wird, die in einem Spalt untergebracht sind, der zwischen zwei Abschnitten der beiden Ringkörper (23a und 20a) ausgebildet ist.
4. Dichtungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ringförmige Körper (23a) una der zweite ringförmige Körper (20a) aus einem Material hergestellt sind, welches etwa den gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzt.
5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite ringförmige Körper (20a) den inneren Teil des Kompressorgehäuses eines Gasturbinentriebwerks bildet.

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