DE2532538A1

DE2532538A1 - Kombinierte dicht- und fuehrungsanordnung

Info

Publication number: DE2532538A1
Application number: DE19752532538
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Beckershoff
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1975-07-21
Publication date: 1977-01-27
Also published as: JPS528213A; FR2316500A1; FR2316500B1; CH592262A5; US4078812A; DE2532538C2; DE7523184U

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Kombinierte Dicht- und Führungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte Dicht- und Führungsanordnung für zwei koaxial angeordnete Maschinenteile, beispielsweise für Schaufelträger in Gehäusen von Turbomaschinen, wobei die Anordnung ein Dichtelement aus zwei Ringhälften aufweist, welches in eine an einem der Maschinenteile angebrachte Ringnut eingreift.

Im Turbomaschinenbau sind derartige Dichtanordnungen bekannt, beispielsweise für die Führung und Abdichtung von Diffusoren und Leitschaufelträgern gegenüber Gehäusen. Es liegt hier das Problem vor, ein und dasselbe Maschinenteil nicht gleichzeitig mit hohen Druckdifferenzen und hohen Temperaturen zu beaufschlagen, da beim "Vorliegen von ersteren nur geringe Temperaturen, von letzteren nur geringe mechanische Beanspruchungen

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ertragen werden. Es hat sich bewährt, die Funktionen so aufzuteilen, dass der kältere Teil, im Falle von Turbomaschinen das Gehäuse, die Druckbelastung übernimmt, während der sogenannte Leitschaufelträger die heissen Gase führt und die Leitschaufeln trägt. Dabei wird beachtet, dass der heissere Teil bei seiner Ausdehnung nicht behindert wird, sondern in radialer Richtung wärmebeweglich, aber auch druckdicht geführt wird. Bei einer bekannten Ausführung sind die zwei Ringhälften des Dichtelementes als feste Leisten oder Trennwände am einen der abzudichtenden Teile ausgebildet (Buch von Traupel "Thermische Turbomaschinen", II. Band, 2. Auflage,Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg/New York, 1968, S. 342, Abbildung 18.H.7). Es handelt sich hier um eine Gasturbine, in welcher ein im Eintrittsstutzen angeordneter Einsatz an der Stopfbüchse und ein Leitschaufelträger an dem Gehäuse mit Trennwänden geführt sind. Diese greifen in aus dem Vollen gedrehte Nuten des jeweils korrespondierenden Maschinenteils ein, wobei im Nutengrund ein genügend grosses Radialspiel zwecks Wärmeausdehnung vorgesehen ist. Ein derartiges System ist nicht nur geeignet, hohe Axialschübe aufzunehmen, sondern der gleiche Axialschub hilft die Abdichtung zu verbessern.

Da im Turbinenbau zwecks Leistungssteigerung immer höhere Temperaturen und Drücke angewendet werden, sind im Betrieb auch die Aussengehäuse nur noch relativ kalt; ihr Temperatur-

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niveau ist jedoch schon dermassen hoch, dass starker Wärmeverzug - der Teile auftritt, welcher von inneren Restspannungen herrührt, die durch die Betriebstemperatur abgebaut werden und durch ihr Fehlen-Deformationen auslösen können. Auch örtliche Temperaturspitzen können einen als "Katzenbuckel" bekannten Verzug verursachen. Sie können bei wiederholter Montage und Demontage zu Schwierigkeiten führen, weil die in axialer Richtung starren Führungen nicht mehr aufeinander passen, wodurch sich die Notwendigkeit ergibt, die Leitschaufelträgerfü'hrungen auf der vorzugsweise drucklosen Seite mit vergrössertem Spiel und unterbrochener Führungsbahn auszuführen, was sich nachteilig auf die Dichtheit auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Dicht- und Führungsanordnung der genannten Art zu schaffen, welche bei durch Wärmeverzug verursachten Unrundheiten eines oder beider Maschinenteile eine über den Umfang lückenlose Abdichtung gewährleistet und zugleich eine relative Axialverschiebung beider Teile zueinander gestattet.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ringhälften mittels Spannelementen druckdicht an dem einen der zwei abzudichtenden und zu führenden Maschinenteile angepresst sind, und dass sie in einer am anderen Maschinenteil vorgesehenen Ringnut spielfrei einliegen.

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Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere in der Einfachheit und Zuverlässigkeit ihrer Funktion zu sehen; wegen Leckage bedingte Leistungs- und Wirkungsgradeinbussen werden unterbunden. Ferner eignet sich die Erfindung oft zum nachträglichen Einbau in ausgeführten Anlagen. ·

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann eine der Ringhälften axial verschiebbar ausgeführt werden. Hierdurch wird bei zweigeteilten Maschinenteilen, beispielsweise bei Gehäusen mit horizontaler Trennebene, erreicht, dass selbst beim Auftreten von axialen Dehnungsdifferenzen zwischen Ober- und Unterteil die Dichtfunktion voll gewährleistet wird.

Ferner ist es zweckmässig, dass die Ringhälften aus einem gegenüber den Maschinenteilen elastischeren Werkstoff bestehen und dass sie von der Herstellung her einen grösseren Durchmesser aufweisen als jenen, den sie in der Dichtanordnung einnehmen. Ersteres gewährt ein spielfreies und druckdichtes Anliegen der Ringhälften am jeweiligen Maschinenteil, während letzteres eine kostengünstige Ringherstellung dadurch ermöglicht, dass die beiden Ringhälften aus einem geschlossenen, einteiligen Ring oder sogar aus einem Rohr, falls mehrere Dichtelemente gleichen Durchmessers benötigt werden, gearbeitet werden können. Der Ring wird im Durchmesser, vorzugsweise um soviel grosser bemessen, als für die Breite der Trennschnitte

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und für die Bearbeitungszugaben an deren Teilflächen notwendig ist.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemässe Ausführung beispielsweise dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Turbomaschine

Fig. 2 einen Teillängsschnitt entlang der Linie A-A gemäss Fig. 1

Fig. 3 einen Teillängsschnitt entlang der Linie B-B gemäss Fig. 1.

Erfindungsunwesentliche Teile wie beispielsweise der Turbinenrotor, die Leitbeschauflung sowie der zylindrische Teil des Leitschaufelträgers sind der besseren Uebersicht wegen nicht dargestellt. Gleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Gemäss Fig. 1, 2 und 3 ist mit 1 das Oberteil, mit I¹ das Unterteil des Turbinengehäuses bezeichnet; beide sind in der horizontalen Teilebene 2 zusammengeflanscht. Konzentrisch zum Turbinengehäuse ist der nur teilweise dargestellte und ebenfalls horizontal geteilte. Leitschaufelträger 3,3' angeordnet.

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Das erfindungsgemässe Dicht- und Führungselement ist wie die abzudichtenden Teile 1,1', 3,3' horizontal geteilt und besteht aus zwei gleichen Ringhälften '1,4' mit rechteckigem Querschnitt. Ueber eine Anzahl Spannelemente 5, im vorliegendem Fall sechs gleichmässig am Umfang verteilte Schrauben je Ringhälfte, ist das aus relativ elastischem Werkstoff bestehende Dichtelement mit seiner Aussenfläche 6 spielfrei und druckdicht am inneren Umfang des Turbxnengehäuses 1,1' angepresst. Die Schrauben stecken in radial am Gehäuse angebrachten Durchgangslöchern 7 mit vergrössertem Spiel.

Das Qberteil 3 und das Unterteil 3' des Leitschaufelträgers sind mit einer Ringnut 8 versehen, deren axiale Breite der axialen Erstreckung des Dichtelementes entspricht, so dass dieses beidseitig mit seinen Planflächen 9,9' anliegt. In der Tiefe ist die Ringnut 8 so dimensioniert, dass für Wärmedehnungen ein genügend grosses Radialspiel im Nutengrund zur Verfügung steht. Aus Montagegründen sind sowohl der Leitschaufelträger als auch das Dichtelement an den Einführungskanten gefast.

In der gezeigten Anordnung (Fig. 3) ist die Ringhälfte 4' am Gehäuseunterteil 1' starr befestigt, was insbesondere dann zweckmässig,ist, wenn beispielsweise die Reibungskräfte zwischen der Fläche 6 des Dichtelementes und der inneren Umfangs-

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fläche des Gehäuses nicht ausreichen, um den Axialschub des Schaufelträgers zu übertragen. Die Befestigung, welche die axiale Verschiebbarkeit des unteren Dichtelementes gegenüber dem Gehäuse blockiert, geschieht in Form von gebogenen Keilsegmenten 10, welcher in einer Ringnut 11 einliegen, die sowohl in der Ringhälfte 4' als auch im Gehäuseunterteil I¹ eingearbeitet ist. Falls es fertigungsmässig vorteilhaft ist, kann die Nut in das zusammengeschraubte Gehäuse eingedreht werden. Dies hat neben herstellungstechnischen Gründen den Vorteil, dass an der axial verschiebbaren Ringhälfte 4 durch das Vorhandensein der Ringnut 11 im Gehäuseoberteil 1, in welchem keine Keilsegmente vorgesehen sind, eine grössere spezifische Flächenpressung erzielt wird, was sich wiederum günstig auf die Dichtwirkung und auf das Standmoment gegen Kanten auswirkt.

Bezüglich der Herstellung der Ringnut 11 im Dichtelement, welches, wie oben erwähnt, aus einem geschlossenen Ring oder aus einem Rohr gearbeitet werden kann, gelten die oben angeführten Ueberlegungen.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist nun fo'lgende:

Damit eine vollständige Abdichtung im Betrieb erreicht werden kann, werden die Ringhälften 4,4' an ihren Teilflächen 12 mit

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den Teillfächen 2 der Gehäusehälften 1 ,.1' bündig bearbeitet. Hierzu ist es zweckmässig, dass zuvor die Schrauben 5, beginnend bei der mittleren, wechselweise bis zu den Teilflächen fest angezogen werden, damit ein spaltloses, sattes Anliegen der Berührungsfläche 6 des Dichtelementes an der Umfangsfläche des Gehäuses erreicht wird. Da sich die Ringhälften 4, 4' dabei auf jeden.Fall der Gehäuseinnenwand anpassen, können diese, wie schon erwähnt, aus einem um die Trennschnittbreite plus Bearbeitungszugabe im Umfang grösseren Ring durch Drehen hergestellt werden. Dies ist beispielsweise bei den bekannten Segmentkonstruktionen mit vielen losen Teilen wegen der Vielzahl der Trennschnitte und der Versatzungen zu Dichtungszwecken ausgeschlossen.

Die Ringhälften 4, 4' sind im montierten Zustand über ihre Planflächen 9,9' mit dem Leitschaufelträger 3,3' und über die zylindrische Fläche 6 mit der Gehäuseinnenwand in Berührung; sie sind demnach hauptsächlich vom Material des wärmeren Leitschaufelträgers 3,3' umgeben. Dadurch ist gewährleistet, dass das Dichtelement immer eine etwas höhere Temperatur hat als das Gehäuse·; seine Teilflächen bleiben im Be.trieb immer fest gegeneinander gepresst und gewährleisten eine gute Abdichtung.

Die Ringhälften 4,4' sind in den Ringnuten 8 des Leitschaufelträgers 3,3' geführt und ihre axiale Lage wird wegen der

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starren Verbindung im Unterteil I¹ des Gehäuses von diesem bestimmt. Entsteht nun eine axiale Dehnungsdifferenz S (Fig. 2) zwischen dem Gehäuseoberteil 1 und dem Gehäuseunterteil 1', so ist die axial starre Verbindung im Unterteil 1' festigkeitsmässig überlegen. Da im Gehäuseoberteil 1 keine Keilsegmente 10 zwischen diesem und der Dichtringhälfte 4 vorhanden sind, wird die Reibung an der Berührungsfläche 6 gewaltsam überwunden, ohne dass die Abdichtung unterbrochen wird.

Beim Abdecken der Maschine werden die radialen Schrauben S im Gehäuseoberteil 1 mit Vorteil etwas gelöst, wodurch Verspannungen aus Wärmeverzug zwischen diesen Teilen freiwerden können und kein Klemmen beim Abheben des Gehäuseoberteils möglich ist. Im Gehäuseunterteil 1' hingegen bleiben die Schrauben 5 immer fest angezogen. Auch das Aufsetzen des Gehäuseoberteils 1 bei der Montage erfolgt bei gelösten Schrauben 5, damit sich die obere Ringhälfte 4 leicht verschieben und in die Ringnute 8 am Leitschaufelträger 3 einfach einfügen lässt. Nach dem Anziehen der nicht gezeigten Teilflächenschrauben des Gehäuses werden auch die Dichtringbefestigungsschrauben 5 am Gehäuseoberteil 1 angezogen, wobei zweckmässigerweise wieder in der Mitte angefangen wird, wechselweise fortschreitend, bis zu den letzten Schrauben in Teilflächennähe.

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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung Dargestellte beschränkt. So könnte beispielsweise die Ringnut 8 auch in das Gehäuse eingearbeitet sein und das Dichtelement mit seiner inneren zylindrischen Fläche am Schaufelträger anliegen. Ebenso könnten zur axialen Befestigung der Ringhälfte 4' im Gehäuseunterteil I¹ statt der gezeigten gebogenen Keilsegmente 10 ebenso Stifte, Scherbüchsen oder dergleichen verwendet werden. Unter Umständen könnten sogar im Gehäuseunterteil· I¹ die Spannelemente 5 und die Elemente zur axialen Blockierung, die Keile 10, durch Schweissungen ersetzt werden; dies würde allerdings eine geeignete Lippenschweissung voraussetzen, welche jeden Schweissverzugausschliesst.

Schlussfolgend kann zusammengefasst werden, dass mit der erfindungsgemässen Dichtanordnung zweier koaxialer Maschinenteile deren radiale und axiale Wärmebeweglichkeit bei gleichzeitiger Durckdichtheit nicht behindert wird.

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Claims

Paten tans ρ r ü ehe

Kombinierte Dicht- und Führungsanordnung für zwei koaxial angeordnete Maschinenteile, beispielsweise für Schaufelträger in Gehäusen von Turbomaschinen, wobei die Anordnung ein Dichtelement aus zwei Ringhälften aufweist, welches in eine an einem der Maschinenteile angebrachte Ringnut eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringhälften (4, 4') mittels'Spannelementen (5) druckdicht an dem einem der zwei abzudichtenden und zu führenden Maschinenteile (1,1.'; 3,3') angepresst sind, und dass sie in einer am anderen Maschinenteil vorgesehenen Ringnut (8) spielfrei einliegen.
2. Kombinierte Dicht- und Führungsanordnung nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet,- dass eine der Ringhälften (4,4') axial verschiebbar ist.
3. Kombinierte Dicht- und Führungsanordnung nach Anspruch 1, ■ dadurch gekennzeichnet, dass die Ringhälften (4,4') aus einem gegenüber den Maschinenteilen (1,1'; 3,3') elastischeren Werkstoff, bestehen.
4. Kombinierte Dicht- und Führungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die' Ringhälften (4,4') von

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der Herstellung h'er einen grösseren Durchmesser aufweisen als jenen, den sie in der Dichtanordnung einnehmen.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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