DE2517044C2 - Schaufelspitzenabdichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine öchaufelspitzenabdichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art für die Laufschaufeln der Axialturbine eines Gasturbinentriebwerks.

Zur Erzielung der maximalen Leistung muß bei einem solchen Triebwerk das gesamte Arbeitsmedium über die Laufschaufeln der Turbine geK-itet werden. Die die Laufschaufeln umgebende Schaufelspitzenabdichtung verhindert eine Leckage zwischen den Laufschaufeln und dem sie umschließenden Gehäuse, damit entsprechende Leistungsverluste vermieden werden.

Bei einer Schaufelspitzenabdichtung der eingangs genannten Art (FR-PS 13 39 482) sind die Segmente mit einander durch in gegenüberliegende Nuten einfassende bewegliche Zungen verbunden und an dem Gehäuse durch die in dessen Umfangsnut eingreifenden bogenförmigen Haken abgestützt Weiter sind radiale Stiiie vorgesehen, die fest in das Gehäuse eingesetzt sind und mit Spiel in Umfangsöffnungen in den Segmenten einfassen. Die Stifte und die Haken gestatten den Segmenten nur sehr begrenzte Bewegungen in Umfangsrichtung und in radialer Richtung und kaum eine Bewegung in axialer Richtung. Die Segmente sind radial so einwärts durch Blattfedern belastet, deren Wirkung aber aufgehoben ist, wenn die Segmente radial nach außen bis in Anlage an die Stifte bewegt sind Dieser Aufbau der bekannten Schaufelspitzenabdichtung hält zwar Schwingungen klein, weil die Segmente nur ein sehr geringes Spiel haben, bei hohen Temperaturen besteht aber die Gefahr, daß sich die Segmente festsetzen. Wenn das geschieht, kann sich die Schaufelspitzenabdichtung nicht mehr axial frei einstellen, so daß ihr stromabwärtiges Ende nicht mehr mit dem stromaufwärtigen Ende von benachbarten Turbinenleitschaufeln in Berührung kommen kann, um an diesen eine radiale Abdichtung herzustellen. Weiter entstehen bei festgesetzten Segmenten und bei sich fortsetzender Wärmeausdehnung Beanspruchungen in den Segmenten, die zur dauernden Verformung derselben führen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaufelspitzenabdichtung der eingangs genannten An zu schaffen, die bei allen Triebwerksbetriebsbedingungen stabil abgestützt wird und trotzdem frei axial beweglich bleibt

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Wärmegradienten an einer Schaufelspitzenabdichtung Biegekräfte hervorrufen, die ausgenutzt werden können, um der Abdichtungsfläche neue Krümmungsradien zu geben. Durch die thermischen Bedingungen dehnt sich die Abdichtungsfläche stärker aus als die bogenförmigen Haken, wodurch sich die Abdichtungsfläche und ihr Krümmungsradius entsprechend vergrößern. Mittels der Schaufelspitzenabdichtung nach der Erfindung läßt sich der Abdichtungsspalt an den Laufschaufelspitzen besser kontrollieren, weil die sich unter Wärmeeinwirkung biegende Abdichtung den Krümmungsradius ihrer Abdichtungsfläche vergrößert und ihn dem Turbinenläuferradius an den Laufschaufelspitzen bei Nennbelastung angleicht Die Schaufelspitzenabdichtung nach der Erfindung bleibt dabei frei axial beweglich, so daß sie sich an stromabwärtige Leitschaufelplattformen anlegen und an diesen radial abdichten kann. Durch die Berührung an zwei linienförmigen Abstützstellen zwischen der Umfangsnut und dem bogenförmigen Haken werden die Segmente der Schaufelspitzenabdichtung stabil abgestützt, ohne deren axiale Beweglichkeit zu beseitigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte Querschnittansicht eines Teiles der Axialturbine eines Gasturbinentriebwerkes, wobei eine Laufschaufel und eine Leitschaufel dargestellt sind,

F i g. 2 eine Ansicht nach der Linie 2-2 in F i g. 1,

Fig.3 eine Darstellung wie in Fig.2, wobei die Schaufelspitzenabdichtung aber im warmen oder Reiseflugzustand ist

Mehrere Laufschaufeln 12 sind an einem Turbinenläufer 16 befestigt Eine äußere Schauvelspitzenabdichtung 18 aus einzelnen Abdichtungssegmenten 20 ist um die Laufschaufelspitzen 14 angeordnet.

Gemäß F i g. 1 hat jedes Segment 20 der Abdichtung 18 eine Abdichtungsfläche 22 und eine Leitschaufelabdichtungskante 24. Jedes Abdichtungssegment 20 ist mittels zwei bogenförmiger Haken 26 abgestützt, welche von dem Abdichtungssegment wegragen. Jeder bogenförmige Haken 26 ragt in eine Umfangsnut 28 eines Tragstückes 30. Jede Umfangsnut 28 hat eine Innenfläche 32. Ein ringförmiger Hohlraum 34 ist zwischen der Schaufelspitzenabdichtung und einem Turbinengehäuse 36 gebildet und liegt axial zwischen uen Tragstücken 30. Eine Turbinenleitschaufel 38 mit einer vorderen Plattformkante 40 ist am Turbinengehäuse 36 befestigt

Die Abdichtungsfläche 22 jedes Segmentes 20 der Abdichtung 18 hat gemäß Fi g. 2 einen Krümmungsradius R-i, und jeder bogenförmige Haken 26 hat einen Krümmungsradius R-2. Jeder bogenförmige Haken 26 hat eine Abstützstelle 42 an jedem Ende. Ein Radius /7*3 des Turbinenilufers 16 wird zwischen der Turbinenachse und den Laufschaufelspitzen 14 gemessen. Die Innenfläche 32 der Umfangsnut 28 hat einen Krümmungsradius R-4.

Im Betrieb wird der Hohlraum 34 unter Druck gesetzt, wodurch die Abdichtungssegmente 20 in Richtung zur Turbinenachse gedrückt werden, bis die

Abstützstellen 42 die Innenfläche 32 der Umfangsmu 28 berühren, wo sie bei allen Triebwerksbetriebsbedingungen gehalten werden. Durch den Druckunterschied zwischen benachbarten Turbinenstufen werden die Abdichtungssegmente 20 axial stromabwärts gedrückt, bis die Leitschaufelabdichtungskante 24 sich gegen die Plattformkante 40 einer benachbarten Leitschaufel 38 legt

In kaltem Zustand des Triebwerkes (Fig.2) ist der Krümmungsradius R-i der Abdichtungsfläche 22 !deiner als der Turbinenläuferradius Ä-3. Der Krümmungsradius R-i der Abdichtungsfläche 22 ist derart gewählt, daß er im wesentlichen dem Radius Ä-3 des Turbinenläufers 16 an den Laufschaufelspitzen bei Nennbelastung des Triebwerkes entspricht, wie es in F i g. 3 für den wärmen Zustand dargestellt ist In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Temperatur bei Reiseflug an der Abdichtungsfläche 22 700⁰C und an den Haken 26 510⁰C Durch den Temperaturunterschied zu beiden Seiten der Schaufelspitzenabdichtung wird die Abdichtungsfläche ia 22 abgeflacht, wodurch der Krümmungsradius R-i der Abdichtungsfläche 22 zunimmt Wenn sich die Abdichtungsfläche 22 abflacht, so macht der bogenförmige Haken 26 diese Verformung mit (obgleich dessen Krümmung in Fig.3 der Deutlichkeit halber übertrieben stark dargestellt ist). Der Krümmungsradius R-Z der bogenförmigen Haken 26 ist derart gewählt, daß er immer kleiner ist als der Krümmungsradius Ä-4 der Innenfläche 32 der Umfangsnut 28, und dadurch bleibt jeder bogenförmige Haken immer in Berührung mit dem inneren Umfang der Umfangsnut 28 an den beiden Abstützstellen 4Z Durch die Abstützung an zwei verschiedenen Stellen ist eine Schwenkbewegung der Schaufelspitzenabdichtung nicht möglich und demnach ist diese bei allen Triebwerksbetriebsbedingungen stabil gelagert Es ist ein ausreichendes Spiel zwischen den bogenförmigen Haken 26 und der Umfangsnut 28 vorgesehen, so daß sich die Schaufelspitzenabdichtung immer frei axial einstellen kann.

Es ist wichtig, daß die bogenförmigen Haken 26 der Schaufelspitzenabdichtung das Biegen der Abdichtungsfläche 22 nicht verhindern. Jeder bogenförmige Haken 26 hat einen konstanten Querschnitt und eine minimale Dicke und dementsprechend eine maximale Biegsamkeit und verteilt Wärmespannungen gleichmäßig.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   SchaufeLStzenabdichtung für die Laufschaufeln der Axialturbine eines Gasturbinentriebwerks mit einem äußeren Gehäuse, das eine Umfangsnut hat, deren Krümmungsradius größer ist als derTurbinenläuferradius an den Laufschaufelspitzen, wobei die Schaufelspitzenabdicbtung in mehrere Segmente unterteilt ist, von denen aus sich jeweils ein bogenförmiger Haken erstreckt, der in die Umf angs- ι ο nut eingreift und das Segment darin abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Haken (26) einen Krümmungsradius (R-2) hat, der kleiner ist als der Krümmungsradius (R-4) der Umfangsnut (28), daß jedes Segment (20) eine Abdichtungsfläche (22) aufweist, deren Krümmungsradius (R-I) in kaltem Zustand kleiner als der Turbinenläuferradius (R-3) an den Laufschaufelspitzen (14) und in warmem Zustand im wesentlichen gleich dem Turbinenläuferradius (R-S) an den Laufschaufelspitzen (14) ist, und daß der Haken (26) zur Abstützung des Segments (20) die «UJnfangsnut (28) an zwei Iinienförmigen Abstützstellen (42) berührt