DE2553493B2 - Regeneratordichtung fuer eine gasturbine - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeneratordichtung für eine Gasturbine, mit zwei bogenförmigen Dichtungselementen und einem sekantenförmig angeordneten bzw. querverlaufenden Dichtungselement, die an ihren Enden über eine ein Spiei aufweisende Verbindung miteinander verbunden sind, wobei jedes Dichtungselement eine flache Grundplatte, ein einen geringen Reibungswiderstand aufweisendes Dichtungselement, das an der einen Seite der Grundplatte 6s angeordnet ist und gegen die Oberfläche des Regenerators anliegt, sowie ein fest angeordnetes Federelement mit einem zweiten Dichtungselement aufweist, das mit der anderen Seite der Grundplatte verbunden ist, während das freie Ende des zweiten Dichtungselementes gegen die Gehäuseseite der Gasturbine anliegt

Es ist eine Regeneratordichtung obiger Gattung aus der US-PS 37 61 101 bekannt, wobei das zwischen zwei halbkreisförmigen Dichtungselementen vorgesehene, querverlaufende Dichtungselement auf einer flachen Grundplatte fest angeordnet ist und mittels einer zusätzlichen parallel zum Dichtungselement verlaufenden Feder abgestützt wird. Die Feder liegt hierzu auf dem Dichtungselement und ist über entsprechende Verbindungselemente ebenfalls mit der Grundplatte verbunden. Da das Dichtungselement mit der Grundplatte und dem nicht abgewinkelten Teil der Feder fest verbunden ist, besteht bei Temperaturdifferenzen die Gefahr, daß das Dichtungselement sich gegenüber der Feder verschiebt und dadurch beschädigt wird.

Das durch die US-PS 37 43 008 bekannt gewordene Dichtungselement ist ebenfalls auf einer Seite einer Grundplatte angeordnet, während auf der anderen Seite der Grundplatte ein Dichtungselement aufliegt, das mit einem freitragenden Teil versehen ist Der gegen die Grundplatte aufliegende Teil des Dichtungselementes ist mittels einer Halterung gesichert so daß das Dichtungselement gegenüber der Grundplatte unverschiebbar ist. Die Halterung weist einen nach unten abgewinkelten Anlenkteil auf, der mit Abstand zum Dichtungselement angeordnet ist und einen Spalt bildet, in dem eine Tragplatte eingeschoben ist Das untere Ende der Tragplatte stützt sich ebenfalls am Gehäuse auf.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das zwischen den beiden halbkreisförmigen Dichtungselementen sekanienformig angeordnete Dichtungselement derart in einer Halterung aufzunehmen, daß eine radiale und axiale Verstellung bzw. Verschiebung des Dichtungselementes ohne Beschädigung .nöglich ist. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Da das Dichtungselement zwischen zwei parallel verlaufenden Teilen, die untereinander einen Spalt bilden, aufgenommen ist, kann bei auftretenden Temperaturdifferenzen zwischen dem Dichtungselement und den beiden Teilen insbesondere eine radiale Verschiebung des Dichtungselements in der Schlitzführung erfolgen, ohne daß eine Beschädigung an dem Dichtungselement bzw. an den anderen Teilen auftritt Um eine einwandfreie Lagerung des Dichtungselementes zu gewährleisten, ist dieses bis in den Bereich der Knickstelle der Feder geführt. Da der freitragende Teil der Feder und des Anlageteils parallel zueinander verlaufen, kann bei einer schnelleren Ausdehnung des Federelementes gegenüber der Dichtung das Federelement sich an dem Dichtungselement vorbeischieben, ohne daß dabei das Dichtungselement verformt wird.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel einer Abdichtung für einer Regenerator nach der Erfindung erläutert. Es zeigt

F i g. I eine Draufsicht der gesamten Dichtungsvorrichtung von der Seite, die gegen den rotierenden Regenerator der Gasturbine anliegt,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 gemäß Fig. 1.

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 gemäß Fig. 1,

F i g. 4 eine Endansicht eines Teiles der Dichtungsvorrichtung gemäß F i g. 1, wobei jedoch die andere Seite der Dichtungsvorrichtung dargestellt ist

Fig.5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 eemäß il

F i g. 6 einen Teilschnitt entlang der Linie 6-6 gemäß Fig-Ϊ

In der Zeichnung ist in F i g. 1 eine Regeneratordich- s tungsvorrichtung mit 10 gekenrwfschnet, die aus einem oberen halbkreisförmigen Dichtungselement 12, einem mittleren querverlaufenden Dichtungselement 14 und einem unteren halbkreisförmigen Dichtungselement 16 gebildet ist Die Dichtungsvorrichtung 10 ist in F i g. 1 so dargest/ilt, daß die in F i g. 1 sichtbare Seite gegen einen in der Zeichnung nicht dargestellten Regenerator anliegt, der sich um eine Achse 20 dreht Die unten liegende Seite gemäß F i g. 1 liegt dagegen gegen das in der Zeichnung nicht dargestellte Gehäuse der Gasturbinean.

Im Arbeitseinsatz, bei mittlerer Temperatur und hohem Druck, wandert Gas durch den ur.teren Teil des Regenerators, der durch das quer erlaufende Dichtungselement f4 und das untere Dichtungselement 16 gebildet im wobei die Gasströmung dann eine Richtung einnimmt, die senkrechi zur Zeichnungsebene verläuft, wie dies in Fig.! dargestellt ist. Bei hohem Druck werden die Gase, die durch den unteren Teil des Regenerators wandern, erhitzt, so daß die Gase an der Eingangsseite des Regenerators einen größeren Druck aufweisen als an der Ausgangsseite des Regenerators. Somit entsteht nur ein geringer Druckabfall an dem Dichtungselement 16. jedoch ein großer Temperatur unurschied. Die austretenden Gase, die eu.an Atmosphärendruck bei einer Temperatur von 650°C aufweisen, wandern durch die Dichtung und den Regenerator am oberen Teil zwischen dem kurvenförmigen Dichtungselement 12 und dem mittleren Dichtungselement 14 in einer Richtung, die durch die Zeichnungsebene gemäß F i g. 1 verläuft. Die aus dem Regenerator austretenden Gase werden auf eine Temperatur von circa 400⁰C abgekühlt. Die Dichtungsvorrichtung 10 ist somit zwischen Arbeitseinsatz und einem ruhenden Zustand Temperaturschwankungen ausgesetzt. Während normaler Arbeitsbedingungen ist sie wesentlichen Temperatur- und Druckschwankungen ausgesetzt.

Das obere Dichtungselement 12 ist mit einer Grundplatte 30 ausgerüstet (F i g. 2), die eine Regeneratorseite 32 und eine Gehäuseseite 34 aufweist. Die Grundplat'e 30 besteht aus einem gebogenen Teil mit einer Stirnfläche bzw. Preßkante 36 und einer äußeren Stirnfläche bzw. Preßkante 38.

Ein Kohlenstoffdichtungselement 40 mit einem geringen Reibiingswiderstandswert weist zwei schrägverlaufende Kantenflächen 42 und 44 ?uf, die gegen die Regeneratorseite 32 der Grundplatte 30 anliegen und mittels Anpreßelementen 46 und 48 angedrückt werden, die mit der Grundplatte 30 verbunden sind und gegen die schrägverlaufendcn Kantenflächen 42 und 44 anliegen. Die Kohlenstoffdichtungselemente 40 sind endseitig mit ineinandergreifenden Paßstücken 50 versehen, so daß die Gasleckage gering gehalten werden kann.

Eine Rlattfcdervorrichtung 60 besteht aus einem (₎₀ dünnen, federnden Dichtungselement 62 und einer etwas steiferen, federnden Blattfeder 64, die an der Gehäuseseite 34 der Grundplatte 30 befestigt ist. Das Dichtungselement 62 und die Blattfeder 64 sind mit einem ersten Teil 66 und 68 und einem zweiten h«, Anlagetcil 70 bzw. 72 versehen, wobei sich die Teile 70 und 72 von der Grundplatte 30 weg erstrecken. Der freitragende Anlageteil 70 und 72 bildet mit der Grundplatte 30 einer; kleinen Winkel zwischen 11° und 12°. Das Dichtungselement 62, das breiter ist als die Blattfeder 64, weist einen freien, überstehenden Randteil 74 auf, der sich im Bereich der Stirndichtfläche 76 befindet, die abgeflacht sein kann, um eine schmale Oberfläche zu bilden, die dann gegen die Oberfläche des Motorgehäuses anliegt

Die ersten Teile 66 und 68 des Dichtungselementes 62 und der Blattfeder 64 können beispielsweise an die Grundplatte 30 punktförmig angeschweißt sein. Die ersten Teile 66 und 68 liegen an der inneren Stirnfläche 36 der Grundplatte 30 an, auf deren Seite ein geringerer Druck auftritt Die Anlageteile 70 und 72 sind zur Hochdruckpreßkante 38 der Grundplatte 30 hin geöffnet so daß das Druckdifferential die Stimdichtflä- che 76 des Dichtungselementes 62 fester anpreßt Die Ausbiegung des Dichtungselementes 62 und der Blattfeder 64 gleicht geringe, ungleichförmige Drehbe wegungen des Regenerators aus. Die relativ steife Blattfeder 64 dient als Tragvorrichtung für das relativ dünne Dichtungselement 62, so daß bei zunehmendem Druck der Dichiungsvorrichtung 10 gegen den Regenerator verhindert wird, daß die Federvorrichtung 60 vollständig auf der Grundplatte 30 aufliegt.

Das querverlaufende Dichtungselement 14, das im Detail in den F i g. 4 und 5 dargestellt ist, besteht aus einem horizontal verlaufenden Teil, das sich unterhalb der Achse 20 quer zum Regenerator erstreckt. Das mittlere Dichtungselement 14 ist in gewisser Weise dem Dichtungselement 12 ähnlich und weist eine gradlinig verlaufende, elastisch ausgebildete Grundplatte 92 auf, die eine Regeneratorseite 94 und eine Gehäuseseite % aufweist. Unterhalb der Regeneratorseite 94 sitzt ein einen geringen Reibungswiderstand aufweisender Kohlenstoffdichtungsblock 98, der gegen den Regenerator anliegt. Anpreßelemente 102 und 104, die an der Grundplatte 92 angeordnet sind, liegen gegen schrägverlaufende Kantenflächen 106 und 108 des Kohlenstoffdichtungsblockes 98 an und sichern somit den Kohlenstoffdichtungsblock.

Eine Druckfedervorrichtung 110 ist an der Gehäuseseite % der Grundplatte 92 im Bereich der unteren, einem geringen Druck ausgesetzten Druckkante 111 angeordnet. Die Druckfedervorrichtung 110 weist eine Blattfeder 112 und ein Stützblatt 114 auf, die mit je einem Randteil 118 und 120 ausgerüstet sind, das an der Grundplatte 92 angeordnet ist. Hierzu liegt der Randteil 120 zwischen dem Randteil 118 und der Grundplatte 92. Die Blattfeder 112 und das Stützblatt 114 weisen zwei parallel zueinander verlaufende, mit Abstand zueinander angeordnete, freitragende Teile 122 und 124 auf, die von einer Knickstelle 126 aus gesehen, sich divergierend von der Grundplatte 92 fort erstrecken. Die freitragenden Teile 122 und 124 sind federelastisch ausgebildet und so vorgespannt, daß sie den zwischen sich liegenden Raum normalerweise schließen. In diesem Raum ist ein Dichtungselement 11b lose gehalten, das innerhalb bestimmter Grenzen mit Bezug auf die Feder 112 und das Stützblatt 114 sich bewegen kann.

Die Feder 112 ist etwas dicker und steifer als das Stützblatt 114 und weist eine Breite auf, die kleiner ist als das Dichtungselement 1i6, so daß das Dichtungselement einen überstehenden, freitragenden Teil 128 mit einer Stirndichtfläche 130 bildet. Die Breite des Stützblattes 114 ist ebenfalls kleiner als die Breite des Dichtungselementes 116. Ferner ist das Stützblatt 114 schmaler als die Feder 112. Die Stirndichtfläche 130 des Dichtungselementes 116 und die äußere Stirnfläche 132

der Feder können abgeflacht sein, um eine flache Dichtungsfläche zu bilden, die gegen die Oberfläche des Motorgehäuses anliegt.

Wie aus Fig.4 hervorgeht, weisen die seitlich herausstehenden Teile des Dichtungselementes 116 Nasen 140 auf, die sich hinter das Ende der Blattfeder 112 erstrecken. Ein Schiebekopf 142 ist mit der Nase 140 verbunden und wirkt mit einer Führungskante 144 auf einer Nase 146 der Feder 112 zusammen, so daß in einem bestimmten Bereich eine seitliche sowie eine Auf- und Abwärtsverstellung des Dichtungselementes mit Bezug auf die Feder 112, das Stützblatt 114 und die Grundplatte 92 möglich ist. Da das schwimmend angeordnete Dichtungselement 116 in einem bestimmten Bereich mit Bezug auf die Feder 112 und das Stützblatt 114 sich bewegen kann, werden durch Ausdehnung oder durch Zusammenziehen der Feder 112 keine Krikfte auf das schwimmende Dichtungselement 116 übertragen und dieses dadurch beschädigt. Der Verlauf der Stirndichtfläche 130 bleibt bei zahlreichen Arbeitsgängen des Regenerators gleichmäßig flach, so daß keine Dichtungsverluste auftreten.

Das untere Dichtungselement 16 der Dichtungsvorrichtung 10 ist nur geringen Druckunterschieden ausgesetzt und deshalb in seinem Aufbau einfacher gehalten, wie dies aus F i g. 3 hervorgeht. Das Dichtungselement 16 besteht aus einer Grundplatte 150 mit einer Regeneratorseite 152 und einer Gehäuseseite 154. Die Regeneratorseite 152 wird mit einem einen geringen Reibungswiderstand aufweisenden Dichtungsmaterial 156 überzogen, das beispielsweise aus einer kohlenstoffartigen Verbindung bestehen kann. An die Gehäuseseite 154 ist eine einfache Blattfederdichtung 158 angeschlossen, die einen ersten, an die Grundplatte 150 angeschlossenen Teil 160 aufweist, der mit einem freitragenden Teil 162 ausgerüstet ist der sich von der Grundplatte 150 weg erstreckt und eine Dichtungskante 164 aufweist, die gegen die Oberfläche des Motorgehäuses anliegt. Die Blattfederdichtung 158 ist ähnlich wie das Dichtungselement 62 und das Dichtungselement 116 der querverlaufenden Dichtungsvorrichtung relativ dünn ausgebildet und weist ein geringes spezifisches Gewicht auf und kann hohen Temperaturen ausgesetzt werden, ohne daß die Elastizität darunter leidet. Aufgrund des geringen Druckdifferentials an dem unteren Dichtungselement 16 ist es nicht notwendig, zusätzliche Anlageteile für die Blattfederdichtung 158 zur Abstützung vorzusehen.

Die drei Dichtungselemente 12, 14 und 16 sind, wie aus den Fig. 1,4 und 6 hervorgeht, an den Stellen 170 und 172 lose miteinander verbunden. Durch diese Kupplungen ist eine relativ leichte Verstellung der einzelnen Dichtungselemente bei Temperaturschwankungen bzw. bei Ausdehnung oder Einziehung der verschiedenen Teile möglich. Da die linke und rechte Kupplungseinrichtung gemäß F i g. 1 einander gleich sind, ist lediglich eine Kupplungsvorrichtung näher veranschaulicht.

Eine jede Grundplatte 30,92 und 150 ist mit je einer öse 174 bzw. 176,178 ausgerüstet, die sich am Ende der Grundplatte nach außen erstrecken. Die ösen 174,176 und 178 weisen Längsschlitze 180 auf. Wie aus Fig.6 hervorgeht, liegen die ösen 174, !76 und 178 einer jeden Dichtungsvorrichtung aufeinander, so daß die entsprechenden Schlitze 180 untereinander fluchten. Ein in der Zeichnung nicht dargestellter, beweglicher Befestigungsbolzen wird in die Schlitze 180 eingeführt und an das Motorgehäuse angeschlossen.

Um Dichtungsverluste an den Kupplungsstellen zu vermeiden, ist ein Enddichtungsblock 190 aus Kohlenstoff bzw. Graphit vorgesehen, der in den Kohlenstoffdichtungsblock 98 der querverlaufenden Dichtungsvorrichtung eingreift. Der Enddichtungsblock 190 wird in vertikaler Richtung mittels der Anpreßelemente 102 und 104 gesichert und gegen eine seitliche Verschiebung des einen kurzen Anspreßelementes 192, das sich entlang der Peripherie der Dichtungsvorrichtung erstreckt. Auf ähnliche Weise greift ein Enddichtungsblock 194 aus Kohlenstoff bzw. Graphit in das untere Dichtungselement 40 des oberen Dichtungselementes 12 ein und füllt den Raum zwischen dem Dichtungselement 40 und dem Enddichtungsblock 190. Der kurze Enddichtungsblock 194 wird gegen eine seitliche Verschiebung mittels der Anpreßelemente 46 und 48 gesichert

Zwischen dem unteren Dichtungselement 16 und dem querverlaufenden Dichtungselement 14 besteht ein geringes Druckgefälle, was zu einer kleinen Leckage an der Anlagefläche 200 führt, jedoch toleriert werden kann. Jedoch muß die Leckage zwischen dem oberer Dichtungselement 12 und dem querverlaufenden Dichtungselement 14 (infolge größerer Druckunterschiede] klein gehalten werden. Der kurze Enddichtungsblock 194 und der Enddichtungsblock 190 sind so angeordnet daß bei drehendem Regenerator die Tendenz besteht bei Auftreten eines Spaltes an der Anlagefläche 202 zwischen den beiden Enddichtungsblöcken diesen Spal zu schließen, und die Anpreßkraft zwischen den beidei Enddichtungsblöcken an der Anlagefläche zu erhöher Wie aus F i g. 6 ferner hervorgeht, überlappen sich di< Grundplatten 30 und 92 im Bereich der Anlageflächi 202 der Enddichtungsblöcke 190 und 194, um eim weitere Leckage auszuschließen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Regeneratordichtung für eine Gasturbine, mit zwei bogenförmigen Dichtungselementen und einem sekantenförmig angeordneten bzw. querverlaufenden Dichtungselement, die an ihren Enden über eine ein Spiel aufweisende Verbindung miteinander verbunden sind, wobei jedes Dichtungselement eine flache Grundplatte, ein einen geringen Reibungswiderstand aufweisendes Dichtungselement, das an der einen Seite der Grundplatte angeordnet ist und gegen die Oberfläche des Regenerators anliegt, sowie ein fest angeordnetes Federelement mit einem zweiten Dichtungselement is aufweist, das mit der anderen Seite dei Grundplatte verbunden ist, während das freie Ende des zweiten Dichtungselementes gegen die Gehäuseseite der Gasturbine anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Seite der querverlaufenden Grundplatte (92) ein Stützblatt (114) und darauf die Feder (112) fest angeordnet sind, die mit je einem abgewinkelten, freitragenden, einen Abstand untereinander aufweisenden Teil (122 und 124) ausgerüstet sind, zwischen denen das zweite Dichtungxelement (116) verschiebbar aufgenommen ist, wobei die Stirndichtfläche (130) des zweiten Dichtungselementes (116) sich über den freitragenden Teil (124) des Stützblattes (114) hinausstreckt.

2. Regeneratordichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Stirndichtfläche des zweiten Dichtungselementes (116) bis in den Bereich der Knickstelle (126) der Feder (112) und des Stützblattes (114) geführt ist

3. Regeneratordichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (116) steifer als das Stützblatt (114) ist, und der freitragende (abgewinkelte) Teil der Feder (122) breiter als der freitragende (abgewinkelte) Teil (124) des Stützblattes (114) ist.

4. Regeneratordichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (112) und das Stützblatt (114) über die gesamte Breite parallel zueinander verlaufen.

5. Regeneratordichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden freitragenden Teile (122,124) in Richtung des Zwischenraumes der Teile vorgespannt sind.

6. Regeneratordichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Dichtungselement (116) über ein Reibschlußverbindungselement mit der zweiten Seite der Grundplatte (92) verbunden ist.