DE2451247C2

DE2451247C2 - Dichtung zwischen dem Rotor und den Gaskanälen eines Regenerativ-Wärmetauschers

Info

Publication number: DE2451247C2
Application number: DE2451247A
Authority: DE
Inventors: Johann 7057 Winnenden Heil; Klaus 7300 Esslingen Wiegard
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-10-29
Filing date: 1974-10-29
Publication date: 1983-06-01
Also published as: US4098323A; DE2451247A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung zwischen dem Rotor und den Gaskanälen eines Regenerativ-Wärmetauschers einer Gasturbine mit einer für jeweils einen Gaskanal in sich geschlossenen Dichtleiste, die über eine Gleitschicht am Rotor anliegt und mit einer mit der Dichtleiste einen spitzen Winkel bildenden Dichtmembran, die aus einer Vielzahl von an ihren Enden überlappt angeordneten Dichtlamellen zusammengesetzt ist und sich an einem an ihr anliegenden Stützblech abstützt, wobei sich die Dichtmembran schräg über den Spalt zwischen der Dichtleiste und der gegenüberliegenden Wand des Gehäuses erstreckt und die öffnung des durch die Dichtleiste und die Dichtmembran gebildeten Winkels nach dem mit dem größeren Gasdruck beaufschlagten Gaskanai gerichtet ist, und wobei die Dichtmembran mit dem über das Stützblech hinausragenden Rand der Dichtlamellen an der Wand anliegt

Bei einer bekannten derartigen Dichtung (DE-OS 22 42 113) setzt sich das Stützblech aus einer in sich geschlossenen Stützleiste und aus gelenkig sn dieser angeordneten Stützteilen zusammen. An der Stützleiste sind die sich überlappenden Dichtlamellen befestigt Die Stützleiste ist im Bereich desjenigen Randes der Dichtleiste, der einem Kanal für heiße Abgase oder erhitzte Luft zugewandt ist, fest mit der Dichtleiste verbunden. Die Verbindungsstelle ist deshalb thermisch stark belastet Bei Temperaturänderungen der die Kanäle durchströmenden heißen Gase kann es wegen der unterschiedlich raschen Erwärmung oder Abkühlung der dünnen Stützleiste und der verhältnismäßig dicken Dichtleiste zu Spannungen in diesem Bereich kommen, die zu Verwerfungen der Stützleiste führen. Dies wirkt sich auch auf die an der Stützleiste befestigten Dichtlamellen ungünstig aus und beeinträchtigt die Abdichtung der Gaskanäle. Außerdem können sich die gelenkig angeordneten Stützteile des Stückbleches dieser Ausführung zusammen mit den Dichtlamellen bei geringem Anpreßdruck leicht von der Gehäusewand abheben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Dijhtung zu schaffen, die bei allen Betriebsbedingungen zuverlässig an der Gehäusewand anliegt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Stützblech aus zwei zueinander spitzwinklig angeordneten und an der Winkelspitze miteinander verbundenen Schenkeln gebildet ist, dessen erster Schenkel flach an der Dichtleiste anliegt und an der Dichtleiste im Bereich ihres von der Winkelspitze abgewandten Randes befestigt ist, dessen zweiter, sich schräg über den Spalt erstreckender und an der Dichtmembran anliegender Schenkel an seinem dem Gehäuse zugewandten Rand Einschnitte aufweist, die jeweils mit einer Abdecklamelle abgedeckt sind, wobei an der dem ersten Schenkel zugewandten Innenseite des zweiten Schenkels die Dichtlamellen der Dichtmembran befestigt sind, und die Dichtlamellen im Bereich ihrer zwischen jeweils zwei Einschnitten liegenden Überlappung durch zwischen den Schenkeln abgewinkelt angeordnete Blattfedern an den zweiten Schenkel des Stützbleches gedrückt werden.

Durch diese Anordnung ist die Verbindungsstelle zwischen dem Stützblech und der Dichtleiste aus der heißen Zone der Gaskanäle herausgerückt in einen Bereich niederer Temperatur, in dem die thermischen Belastungen wesentlich kleiner sind. Wärmespannungen, die durch die unterschiedlich raschen Temperaturänderungen der Dichtleiste und des sich schräg zur Gehäusewand erstreckenden Schenkels des Stützble-

ehes entstehen, werden schon in dem an der Pichtleiste anliegenden Sehenkel abgebaut Trotz seiner durch Einschnitte weiter erhöhten Nachgiebigkeit, hat das Stützblech gegenüber einer gelenkigen Ausführung eine bessere Stützwirkung. So ergeben die Gestalt und die Art der Befestigung des Stützbleches im Zusammenwirken mit den am Stützblech befestigten Dichtlamellen eine Dichtung, die sich bei allen Betriebsbedingungen durch eine sichere Anlage am Gehäuse und damit durch eine zuverlässige Abdichtung auszeichnet

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist jeder der Einschnitte im Stützblech V-förmig ausgebildet und weist im spitzen Winkel eine Bohrung auf, in deren Bereich die streifenförmige Abdecklamelle befestigt ist Gegenüber einer bekannten Dichtung eines Regenerativ-Wärmetauschers (US-PS 35 42 122), deren Stützblech mit rechteckigen Einschnitten und einer in sich geschlosseaen Abdeckmembran versehen ist, weist die erfindungsgemäße Ausführung durch die Form der Einschnitte und die einzelnen einseitig befestigten Abdecklamellen eine erhöhte Nachgiebigkeit auf, die eine bessere Abdichtung ergibt

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Dichtung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Die erfindungsgemäße Dichtung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsmittelschnitt durch einen Regenerativ-Wärmetauscher in schematischer Darstellung,

Fig.2 eine Draufsicht auf die beiden an der einen Seite des Rotors anliegenden Dichtleisten,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die am Rotor anliegende Seite einer aus Bogenstücken und einem Mittelsteg bestehenden Dichtung und dessen Halterung am Gehäuse,

Fig.4 einen Querschnitt durch eine eingebaute Dichtung nach der Linie IV-IV der F i g. 3,

F i g. 5 eine Draufsicht auf die am Gehäuse anliegende Seite eines Teiles einer Dichtung in teilweise gebrochener Darstellung,

Fig. 6 ein Querschnitt durch die Dichtung nach der Linie VI-VI der Fig.5,

F i g. 7 eine Draufsicht auf die am Gehäuse anliegende Seite eines Eckteiles einer Dichtung mit einer Eckmembraa

Fig.8 ein Querschnitt durch die Dichtung nach der Linie VIH-VIII der F i g. 7 und

F i g. 9 eine Draufsicht auf die Eckmembran der Dichtung.

Der in Fig. 1 dargestellte Regenerativ-Wärmetauscher einer Kraftfahrzeug-Gasturbine besteht im wesentlichen aus einem auf einer Achse 11 in einem Gehäuse 12 drehbar gelagerten scheibenförmigen Rotor 13, aus Kanälen 14 und 15 für die Verbrennungsluft sowie aus Kanälen 16 und 17 für die Abgase. Der Rotor 13 wird in axialer Richtung von einer Vielzahl kleiner Durchgangskanäle 18 durchsetzt. Auf dem Mantel 19 des Rotors 13 ist mit elastischen Zwischengliedern 20 ein koaxialer Zahnkranz 21 befestigt. Ein auf einer Welle 22 im Gehäuse 12 gelagertes Ritzel 23 greift in den Zahnkranz 21 ein. Der Rotor 13 wird über den Zahnkranz 21, das Ritzel 23 und die Welle 22 von einem nicht dargestellten Nebenabtrieb der Gasturbine in Drehung versetzt.

Die Kanäle 15 bis 17 weisen im Bereich des Rotors 13 eine etwa halbkreisförmige Querschnittsfläche auf (F ie. 21. An den Stirnseiten 24 der die Kanäle begrenzenden Wände 25 des Gehäuses 12 hind dem Kanalquerschnitt entsprechende D-förmig ausgebildete Dichtungen 26 angeordnet, die an den Berührungsstellen mit dem Rotor 13 ein Entweichen der Abgase bzw. der Verbrennungsluft verhindern. Am Ende des Kanales 14 ist keine Dichtung nötig, da die zugeführte Verbrennungsluft innerhalb des Gehäuses 12 wegen dar Dichtungen 26 der übrigen Kanäle 15,16 und 17 nur den Weg durch den Rotor 13 in den Kanal 15 nehmen kann.

Die Dichtung gemäß F i g. 3 besteht aus Dichtelementen 27, die aus zwei halbkreisförmigen Bogenstücken 28 und einem geraden Mittelsteg 29 gebildet sind. Die Dichtelemente 27 sind durch am Gehäuse 12 befestigte Haltebolzen 30, die in gabelförmige Ansätze 31 am Umfang der Bogenstücke 28 greifen, zwischen dem Gehäuse 12 und dem Rotor 13 gelagert Die Haltebolzen 30 verhindern beim Drehen des Rotors 13 eine Mitnahme der an diesen angedrückten Dichtelemente 27. Im Zusammenwirken mit den gabelförmigen Ansätzen 31 iassen die Haltebolzen 30 jedoch axiale und radiale Bewegungen der Dichtelemei..<: 27 zu, so daß sich deren Lage allen Betriebsbedingung ;n anpassen kann.

Gemäß F i g. 4 bestehen sowohl die Dichtungen 26 als auch die Dichtelemente 27 im wesentlichen aus einer Dichtleis'e 32, die mit einer Gleitschicht 33 am Rotor 13 anliegt und aus einem elastischen Teil 34, der sich schräg bis zur gegenüberliegenden Wand 25 des Gehäuses 12 erstreckt und an dieser anliegt. Der Anpreßdruck der

jo Dichtleiste 32 an den Rotor 13 kann durch die Gestalt und die Befestigung des elastischen Teiles 34 der Dichtungen 26 bzw. der Dichtelemente 27 beeinflußt werden. Der Anpreßdruck ist ferner von den im Wärmetauscher herrschenden Gasdrücken abhängig.

Die Öffnung des durch die Dichtleiste 32 und des elastischen Teiles 34 gebildeten Winkels ist deshalb nach der Seite mit dem größeren Gasdruck gerichtet, so daß dieser die Anlage der Dichtleiste 32 und des elastischen Teiles 34 am Rotor 13 bzw. an der Wand 25 des Gehäuses 12 unterstützt. Durch die freie Anlage der Dichtungen 26 bzw. der Dichtelemente 27 werden im wesentlichen gleichbleibende Anpreßkräfte erreicht.

Der elastische Teil 34 einer Dichtung 26 oder eines Dichtelementes 27 besteht aus einem Stützb'ech 35.

Abdecklamellen 36, einer aus Dichtlameilen 37 zusammengesetzten Dichtmembran 38 und aus Blattfedern 39 (F i g. 5 und 6). Das Stützblech 35 bildet im Querschnitt einen spitzen Winkel, dessen erster Schenkel 40 flach an der Dichtleiste 32 anliegt, während der zweite Schenkel 41 schräg absteht. Beide Schenkel 40 und 41 sind an der Außenseite der Winkelspitze, z. B. durch Löten oder Punktschweißen, miteinander verbunden. Vom Rand 42 des zweiten Schenkels 41 des Stützbleches 35 gehen sich sch'vacli V-förmig verjüngende Einschnitte 43 aus, die jeweils in einer Bohrung 44 enden, die ein Einreißen des Stützbleches 35 verhindern.

Im Bereich jeder Bohrung 44 ist die sehr dünne streifenförmige Abdecklamelle 36 befestigt, die sich bis knapp über den Rand 42 des Stützbleches 35 hinaus erstreckt und dabei den Einschnitt 43 vollständig abdeckt. Im Bereich der Winkelspitze des Stützbleches 35 sind an der Innenseite des zweiten Schenke's <tl die Dichtlamellen 37 befestigt, die mit ihren oberen Rändern 45 so weit über den Rand 42 des Stützbleches

t>5 35 hinausragen, daß sie sich an der Wand 25 des Gehäuses 12 flach anlegen können, wobei sich die Dichtlamellen 37 jeweils zwischen zwei Einschnitten 43 des Stützbleches 35 seitlich überlappen, lede der

Pichtlameüen 37 weist einen konvexen seitlichen Rand 46 und einen konkaven seitlichen Hand 47 auf. die so angeordnet sind, daß sich jeweils der konvexe Rand 46 einer Dichtlamelle 37 mit dem konkaven Rand 47 der benachbarten Dichtlamelle 37 überlappt. Die seitliche Erstreckung der einzelnen Dichtlamellen 37 kann sich ebenso wie die Abstände der Einschnitte 43 am Stützblech 35 längs des Umfangcs der Dichtungen 26 oder der Dichtelemente 27 ändern. So sind im allgemeinen die Dichtlamellen 37 und die Abstande der ■ Einschnitte 43 um so kürzer, je stärker die Dichtungen 26 oder die Dichtelemente 27 in deren Bereich gekrümmt sind. Die Dichtlamcllen 37 sind ebenso wie die Abdecklamellen 36 um ein mehrfaches dünner als das Stützblech 35.

|ede der Blattfedern 39 ist abgewinkelt und weist zwei Schenkel 49 und 50 auf. Sie drücken jeweils mit dem einen schwach gewölbten, am oberen Rand 48 •j«;« ahoeriinHpipn SrhpnkH 49 die Dichtlamellen 37 im Bereich ihrer Überlappung dicht aneinander, während der andere Schenkel 50 sich an der Innenseite des ersten Schenkels 40 des Stützbleches 35 abstützt. Das Ende des Schenkels 50 der Blattfeder 39 ist zusammen mit dem Ende des ersten Schenkels 40 des Stützbleches 35 nur im Bereich des von der Winkelspit- y, ze abgelegenen Randes 51 an der Dichtleiste 32 befettigt.

Die Befestigung des Stützbleches 35 und der Blattfedern 39 an der Dichtleiste 32 sowie der Dichtlamellen 37 und der Abdecklamellen 36 am i" zweiten Schenkel 41 des Stützbleches 35 kann beispielsweise durch Punktschweißen oder Löten erfolgen. Die Befestigung des Stützbleches 35 und der Dichtlamellen 37 ist gasdicht ausgeführt.

Bei Dichtungen, deren Dichtelemente 27 wie im Beispiel nach F" i g. 3 aus Bogenstücken 28 und einem Mittelsteg 29 zusammengesetzt sind, wird beim Betrieb des Wärmetauschers der Mittelsteg 29 stärker erwärmt als die Bogenstücke 28. Zum Ausgleich der damit verbundenen größeren Wärmedehnungen ist der Mittelsteg 29 in die Bogenstücke 28 mit Spiel in Längsrichtung eingesetzt. Um die durch Wärmedehnungen hervorgerufenen Relativbewegungen an den StoBstellen zwischen den Bogenstücken 28 und dem Mittelsteg 29 zu ermöglichen, ist zur Überbrückung der an der Stoßstelle !'«'bildeten Trennfuge 52 im Bereich des Überganges \wn den Bogenstücken 28 auf den Mittelsteg 29 eine Eckmembran 53 eingesetzt, die zwischen dem an der Dichtleiste 32 anliegenden ersten Schenkel 40 des Stützbleches 35 und den Dichtlamellen 37 einerseits und den Blattfedern 39 andererseits an das Stützblcch 35 angepaßt ist (Fi g. 7 bis 9). Dabei ist der inn^pr^p K riimmiinosrarliin AJrlcr Frkmpmhran 53 kleiner - · - .--_ _σ. ...

als der entsprechende Krümmungsradius des Stützbleches 35. Dadurch kann sich die Eckmembran 53 an die beiderseits der Trennfuge 52 gegebenenfalls gegeneinander versetzten Bauteile der Dichtelemente 27 besser anpassen.

Die Eckmembran 53 ermöglicht damit trotz der im Eckbereich zwischen den Bogenstücken 28 und dem Mittelsleg 29 auftretenden Relativbewegungen eine zuverlä« .ge Abdichtung zwischen dem Rotor 13 und der gegenüberliegenden Wand 25 des Gehäuses 12. Die Eckmembran 53 wird durch Punktschweißen oder Löten zusammen mit dem Stützblech 35 und der Blattfeder 39 am Rand 51 der Dichtleiste 32 befestigt oder wird lediglich durch den Druck der Blattfeder 39 in ihrer Stellung gehalten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Dichtung zwischen dem Rotor und den Gaskanälen eines Regenerativ-Wärmetauschers einer Gasturbine mit einer für jeweils einen Gaskanal in sich geschlossenen Dichtleiste, die über eine Gleitschicht am Rotor anliegt, und mit einer mit der Dichtleiste einen spitzen Winkel bildenden Dichtmembran, die aus einer Vielzahl von an ihren Enden überlappt angeordneten Dichtlamellen zusammengesetzt ist und sich an einem an ihr anliegenden Stützblech abstützt, wobei sich die Dichtmembran schräg über den Spalt zwischen der Dichtleiste und der gegenüberliegenden Wand des Gehäuses erstreckt und die öffnung des durch die Dichtleiste und die Dichtmembran gebildeten Winkels nach dem mit dem größeren Gasdruck beaufschlagten Gaskanal gerichtet ist, und wobei die Dichtmembran mit dem über das Stützblech hinausragenden Rand der Dichtlamellen an der Wand anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützblech (35) aus zwei zueinander spitzwinklig angeordneten und an der Winkelspitze miteinander verbundenen Schenkeln (40 und 41) gebildet ist, dessen erster Schenkel (40) flach an der Dichtleiste (32) anliegt und an der Dichtleiste (32) im Bereich ihres von der Winkelspitze abgewandten Randes (51) befestigt ist, dessen zweiter, sich schräg über den Spalt erstreckender und an der Dichtmembran anliegender Schenkel (41) an seinem dem Gehäuse (12) zugewandten Rand Einschnitte (43) aufweist, die jeweils mit einer Abdecklamei'e (36) abgedeckt sind, wobei an der dem ersten Schenkel (40) zugewandten Innenseite des zweiten Schenkeis (41) üie Dichtlamellen (37) der Dichtmembran (38) befestigt sind, und die Dichtlamellen (37) im Bereich ihrer zwischen jeweils zwei Einschnitten (43) liegenden Überlappung durch zwischen den Schenkeln (40 und 41) abgewinkelt angeordnete Blattfedern (39) an den zweiten Schenkel (41) des Stützbleches (35) gedruckt werden.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Einschnitte (43) V-förmig ausgebildet ist und im spitzen Winkel eine Bohrung (44) aufweist, in deren Bereich die streifenförmige Abdecklamelle (36) befestigt ist.

3. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtlamellen (37) einen konvexen seitlichen Rand (46) und einen konkaven seitlichen Rand (47) aufweist, die so angeordnet sind, daß sich jeweils der konvexe Rand

(46) einer Dichtlamelle (37) mit dem konkaven Rand

(47) der benachbarten Dichtlamelle (37) überlappt.

4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dichtung aus Bogenstücken und einem mit Spiel in Längsrichtung eingesetzten Mittelsteg besteht, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des eine Trennfuge (52) bildenden Überganges von den Bogenstücken (28) auf den Mittelsteg (29) eine Eckmembran (53) angeordnet ist, die zwischen dem ersten Schenkel (40) des Stückbleches (35) und den Dightlamellen (37) einerseits und den Blattfedern (39) andererseits an das Slülzblech (35) angepaßt ist.