DE2847252B1 - Anordnung zur Abdichtung der Stoßstelle zwischen zwei Statorteilen einer Turbomaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abdichtung der Stoßstelle zwischen zwei Statorteilen einer Turbomaschine gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine solche Turbomaschine ist aus der FR-PS 9 75 785 bekannt; bei ihr sind je zwei in axialer Richtung aneinanderstoßende, in einer horizontalen Trennebene getrennte Gehäuseteile durch in Umfangsrichtung einteilige Ringe gegeneinander zentriert, wobei die Gehäuseteile durch von Schraubenbolzen durchsetzte Flansche zusammengehalten werden. Die einteiligen Ringe, die am inneren Umfang der Gehäuseteile angeordnet sind, haben die Aufgabe, die Montage zu erleichtern und die Symmetrie von radialen Dehnungen und Kontraktionen infolge von Temperatur- und/oder Druckänderungen zu verbessern. Die Möglichkeiten von gegenseitigen Relativbewegungen sind für diese Gehäuse- oder Statorteile sehr begrenzt.

Demgegenüber liegt der Anmeldung folgende Problemstellung zugrunde: Zwischen beweglich zueinander angeordneten Statorteilen einer Turbomaschine ist im allgemeinen ein Ringspalt vorhanden, der abgedichtet werden muß, um Verluste des innerhalb der Maschine strömenden Mittels oder ein unerwünschtes Eindringen eines die Statorteile umgebenden, im allgemeinen gasförmigen Mittels — beispielsweise ein unkontrolliertes Einströmen von Kühlluft zwischen den Leitschaufelträger und die Strömungskanalbegrenzung einer Gasturbine — zu verhindern. Während des Betriebs der Maschine kann der genannte Ringspalt dabei durch axiale Verschiebungen der beiden Statorteile in gewissen Grenzen breiter oder schmaler werden; weiterhin können die Statorteile sich radial ausdehnen und zusammenziehen, wobei die Aufweitungen und Kontraktionen des Umfangs bei beiden Statorteilen verschieden sein können. Schließlich besteht noch die Möglichkeit, daß die Achsen beider Statorteile sich gegenseitig versetzen oder gegenseitig kippen, so daß sich der Ringspalt längs seines Umfangs in einem Bereich erweitert und einem diametral gegenüberliegenden Bereich enger wird.

Schließlich sind die Temperaturen der Statorteile bzw. ihrer Umgebung in sehr vielen Fällen so hoch, daß elastomere Dichtmaterialien nicht verwendet werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst einfache

ίο Abdichtung zu schaffen, die bei den geschilderten

Änderungen des Ringspalts, die relativ groß sein können, wirksam bleibt und temperaturunempfindlich

ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den

Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Die — durch Abdrehen mit relativ feinem Drehstahl — relativ glatten Oberflächen der Dicht- bzw. der schrägen Gegenflächen der Statorteile bzw. des Rings ergeben eine für die genannte Maschine ausreichende Abdichtung; bei einer Versuchsanordnung sind außerordentlich kleine Leckagen erreicht worden. Ein mehr oder weniger tiefes Einsinken in den am Außenumfang der Teile angeordneten V-förmigen Einschnitt ermöglicht dem frei aufliegenden Ring, Abstandsänderungen der beiden Statorteile in axialer Richtung zu folgen, während er dank seines Schlitzes ein Aufweiten und Zusammenziehen in radialer Richtung zuläßt. Eine Fertigung des Ringes aus Stahl ergibt die notwendige Temperaturbeständigkeit und erlaubt darüberhinaus — zusammen mit dem Schlitz —, daß der Ring sich relativ leicht verwindet bzw. biegeelastisch ist und so auch ungleichmäßigen Änderungen des Ringspaltes Rechnung trägt. Eine als federndes Element dienende Schraubenfeder hat schließlich die Aufgabe, den Ring in dauerndem Kontakt mit den Dichtflächen zu halten. Sie ist bei der erwähnten Anwendung er erfindungsgemäßen Konstruktion zur Abdichtung des Spaltes zwischen Leitschaufelträger und Strömungskanal einer Gasturbine nur bei Stillstand und beim Anfahren der Maschine erforderlich, da während des Betriebs der Ring durch die Kühlluft in den Einschnitt gepreßt wird, die relativ zu den Verbrennungsgasen im Schaufelkanal einen Überdruck aufweist.

Die erforderliche Abdichtung des Schlitzes kann vorteilhafterweise über ein Schloß erfolgen, in dem die den Schlitz begrenzenden Enden des Ringes relativ zueinander verschiebbar sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt I-I von Fig. 2 eine Stoßstelle zwischen einem Zentriergehäuse im Bereich der ersten Leitschaufel und der Schaufelkanalbegrenzung für die erste Laufschaufel einer Gasturbine.

F i g. 2 ist der Schnitt II-II von F i g. 1 im Bereich des den Schlitz des Ringes überbrückenden Schlosses, während

Fig.3-5 die Schnitte III-III bis V-V von Fig. 2 wiedergeben und ein Beispiel für die Abdichtung des Ringschlitzes in Umfangsrichtung zeigen.

Das in Fig. 1 links dargestellte Zentriergehäuse 1 stützt sich wärmebeweglich auf dem ersten Leitschaufelkranz 2 der Gasturbine ab und geht nach links in den Kühlmantel 3 einer nicht weiter dargestellten Brenn-

bj kammer über. Auf dem Umfang des Mantels des Zentriergehäuses 1 sind Bohrungen 6 vorgesehen, durch die eine definierte Menge Kühlluft in das Gehäuse 1 eintreten kann.

In der Sollage konzentrisch fluchtend und mit der Stirnfläche planparallel zu derjenigen des Zentriergehäuses 1 liegend schließt sich in F i g. 1 nach rechts ein Trägergehäuse 4 an, das im Bereich der Schaufeln 5 des ersten Laufrades 7 der Turbine Wärmeschutzsegmente 8 als radialen Abschluß des Strömungskanals für die heißen Verbrennungsgase trägt In seinem weiter stromabwärts gelegenen, nicht dargestellten Teil dient das Trägergehäuse 4 als Leitschaufelträger für die Leitschaufeln weiterer Turbinenstufen.

Zwischen den in der geschilderten Weise relativ zueinander beweglichen Gehäusen 1 und 4 ist ein Ringspalt 9 vorhanden, der abgedichtet werden muß. Erfindungsgemäß sind daher die einander zugewandten Stirnseiten der Gehäuse 1 und 4 an ihrem äußeren Umfang abgeschrägt, so daß sie einen, zum Ringspalt 9 abfallenden, V-förmigen Einschnitt bilden. Die abgeschrägten Flächen bilden Dichtflächen 10 und 11, auf denen als Dichtelement ein längs seines Umfangs an einer Stelle 18 (Fig.2) geschlitzter Ring 12 mit entsprechend schrägen Gegenflächen 13 aufliegt

Der Ring 12, der beispielsweise aus einem Stahl mit geeigneten Materialeigenschaften hinsichtlich Temperaturbeständigkeit und Verwindungsfähigkeit bzw. Biegcelastizität gefertigt ist, ist auf den Dichtflächen 10, 11 gehalten durch eine, in einer Hohlkehle 14 liegende Schraubenfeder 15, die ihn in Umfangsrichtung umspannt Wie erwähnt besteht die Aufgabe dieser Feder 15 darin, den Ring 12 bei Stillstand und beim Anfahren der Maschine in dem V-förmigen Einschnitt zu halten. Während des Betriebes wird diese Aufgabe von der — gegenüber dem Inneren der Gehäuse 1 und 4 — unter Überdruck stehenden Kühlluft übernommen.

Die Enden der Schraubenfeder 15 sind durch ösen 16 (Fig.2) mit einem Schlußstück oder Schloß 17 verbunden, das im Bereich des Schlitzes 18 den Ring 12 schließt und gleichzeitig eine Abdichtung des Schlitzes 18 nach außen bewirkt

Das Schloß 17, das einen haubenartigen Querschnitt hat (Fig.5), liegt mit den, ebenfalls angeschrägten Endflächen 19 seiner Schenkel — außen an die Gegenflächen 13 des Rings 12 anschließend — gleichfalls auf den Dichtflächen 10 und 11 auf.

Auf der — in F i g. 2 linken — Seite ist in eine Nut 20 des Schlosses 17 ein Dichtblech 21 eingeschweißt, das πϊ eine entsprechende Ausnehmung 22 des Rings 12 nahe seinem linken Ende eingreift. Dieses Dichtblech 21 stellt die Abdichtung des Schlitzes 18 und der Hohlkehle 14 auf der linken Seite der F i g. 2 des Schlitzes 18 dar.

In F i g. 2 ist rechts als Abdichtung ein weiteres Blech 23 in eine Nut 24 des Dichtrings 12 eingeschweißt Wie F i g. 4 zeigt ist dieses Blech mit dem äußeren Umfang des Rings 12 bündig, so daß die Basisfläche des

ι ο haubenartigen Querschnitts des Schlosses 17 auf diesem Blech 23 aufliegt, Schloß 17 und Ring 12 an dieser Seite jedoch relativ zueinander verschiebbar bleiben, damit der abgedichtete Ring 12 einem »Atmen« der Gehäuse 1 und 4 nachgeben kann.

Selbstverständlich ist die Erfindung beispielsweise hinsichtlich des Materials des Rings 12 oder hinsichtlich der Schraubenfeder 15 als Halteelement für den Ring 12 nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt Es kann bei anderer Anordnung -er Stahlring 12

beispielsweise durch ein in sich längselaslisches Element — z. B. ein Elastomer — ersetzt sein, wobei unter Umständen die Schraubenfeder 15 vollständig entbehrlich wird.

,₅ Zusammenfassung

Zur Abdichtung des Ringspaltes (9) zwischen zwei gegeneinander beweglichen Statorteilen (1, 4) einer Turbomaschine wird ein vorzugsweise aus Stahl gefertigter Ring (12), der geschlitzt und daher verwindungsfähig, biegeelastisch und aufweitbar ist in einen V-förmigen Einschnitt gelegt und durch eine Schraubenfeder (15) gehalten.

Der Einschnitt wird am äußeren Umfang der einander zugewandten Stirnflächen der Statorteile (1, 4) durch angeschrägte Dichtflächen (10, 11) gebildet; der Ring (12) liegt mit angeschrägten Gegenfiächen (13) von außen frei auf.

Der Schlitz (18) des Rings (12) ist mit Hilfe eines Schlosses (17) überbrückt und abgedichtet das ein Au/weiten und eine Kontraktion des Rings (12) in radialer Richtung zuläßt. Durch beiderseits des Schlitzes (18) angebrachte Dichtbleche (21, 24), die in das Schloß (17) bzw. den Ring (12) eingeschweißt sind, wird der Schlitz (18) in Umfangsrichtung abgedichtet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Abdichtung der Stoßstelle zwischen zwei Statorteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, die aus ihrer gegenseitig koaxialen, fluchtenden Soll-Lage auswandern und unterschiedlichen Wärmedehnungen unterworfen sein können, wobei die einander zugewandten Enden der Statorteile einen Einschnitt aus V-förmig zueinander verlaufenden Dichtflächen bilden, zwischen denen ein Ring mit entsprechend schrägverlaufenden Gegenflächen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (12) an einer Stelle seines Umfangs geschlitzt, verwindungsfähig und biegeelastisch ist, daß er ferner mit den an seinem Innendurchmesser angeordneten, schrägverlaufenden Gegenflächen (13), frei auf den am Außenumfang der Statorteile (1, 4) angeoröTWten Dichtflächen (10, 11) aufliegend, gieitfähig gelagert ist, und daß der Ring (12) schließlich durch ein mindestens einen Teil des Umfanges überspannendes, federndes Element (15) auf den Dichtflächen (10,11) gehalten ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (18) des Ringes (12) durch ein Schloß (17) überbrückt und abgedichtet ist, in dem die den Schlitz (18) begrenzenden Enden des Ringes (12) relativ zueinander verschiebbar sind.