DE3106905C2

DE3106905C2 - Dichtung für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3106905C2
Application number: DE3106905A
Authority: DE
Inventors: Leslie Gordon Watford Hertfordshire Atterbury
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1980-03-01
Filing date: 1981-02-24
Publication date: 1982-11-25
Also published as: DE3106905A1; FR2477226A1; JPS5853161B2; US4415309A; JPS56138404A; GB2070700B; GB2070700A

Description

Nachstehend werdui AüsführungsbcHpiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Teüvchnittansicht der Turbine eines Gasturbinentriebwerks;

Fig.2 eine schematische Darstellung einer möglichen Herstellungsform der DichtungseiemeriK I?r Turbine gemäß F i g. 1;

Fig.3 einen Schnitt nach der Linie A-A gemäß Fig.l;

F i g. 4 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Aüsführungsform der Herstellung von Dichtungselementen der Turbine gemäß F i g. 1.

Fig.l zeigt eine Axialströmungsturbine 10 eines nicht dargestellten Gasturbinentriebwerks, die abwechselnd aufeinanderfolgend mit Reihen von Stator- und Rotorschaufeln innerhalb eines ringförmigen Gaskanals 11 versehen ist. Die Statorschaufeln, von denen Abschnitte bei 12 und 13 dargestellt sind, überbrücken den Radialspalt zwischen der radial inneren Wand 14 und der radial äußeren Wand 15 des Gaskanals 11. Die Rotorschaufeln, von denen eine Rotorschaufel 16 in der Zeichnung ersichtlich ist, sind auf einer Rotorscheibe 17 festgelegt, die den Kompressor des Triebwerks über eine nicht dargestellte Welle antreibt.

Die Rotorscheibe 17, die die Schaufel 16 und eine Vielzahl weiterer nicht dargestellter Schaufeln trägt, ist mit zwei in entgegengesetzten Richtungen weisenden axial vorspringenden Ringflanschen 18 und 19 versehen. Die Flansche 18 und 19 wirken mit ringförmigen Statorabschnitten 20, 21 der Turbine 10 zusammen, um Ringspalte 22 und 23 zu definieren, die durch ringförmige Dichtungselemente 24 und 25 überbrückt sind.

Jedes Dichtungselement 24 und 25 besteht aus einem Gewebe, das aus metallischen Fäden hergestellt ist. Die metallischen Fäden sind in Form eines versponnenen Garns hergestellt, und sie sind zu einem Stoff verwebt, der allgemein samtartig ist. Demgemäß weist der Stoff, wie bei 27 in F i g. 2 dargestellt, metallische Kettläden 28 und metallische Schußfäden 29 und metallische Polschußfäden 30 auf. Der Stoff ist in der gleichen Weise wie ein Samt verwebt. Da er jedoch aus metallischen Fäden besteht hat es sich gezeigt, daß es zweckmäßiger ist, die Schußschleifen 30 auf den Pegel der strichlierten Linie 31 abzuschleifen, nachdem die Drähte 32, die die freien Ender, der Polschleifen 30 bilden, entfernt sind, anstatt die Schleifen 30 aufzuschneiden, wie es bei der Samtherstellung in der Textilindustrie geschieht.

Nach Verweben und Entfernen der Schleifenenden der Polfäden 30 wird der Stoff 27 an den ringförmigen Stator-Turbinenabschnitten 20, 21 durch Hartverlötung befestigt, obgleich auch pndere Möglichkeiten der Befestigung bestehen. Es bestehen mehrere Möglichkeiten, diese Verlötung durchzuführen. Beispielsweise könnte ein Band aus einer Lötlegierung zwischen die Fäden 28 von Kette und Schuß des Stoffes 27 und die Turbinenabschnitte 20 und 21 gefügt werden. Bei Anwendung von Hitze schmilzt dann die Lötlegierung und verbindet den Stoff mit den Statorabschnitten 20 und 21. Statt dessen und vorzugsweise werden wenigstens einige Schußfäden und einige Kettfaden 28 bzw. 29 in das Gewebe eingebaut, die aus einer solchen Lötlegierung bestehen. Dann wird das Gewebe 27 auf den Statorabschnitten 20 und 21 aufgelegt, so daß die Schuß- und Kettfaden 28 und 29 benachbart dazu liegen, und es wird Wärme aufgebracht, um die Lötlegierung zu schmelzen und das Gewehe 27 an den Statorteilen 20 und 21 festzulegen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß eine genaue Steuerung «Jer Menge der Lötiegierung vorgenommen werden kam. die iür Y-Höcung 'crfiig-V-'.r ist, so daß jeder Tendenz entgegengewirkt w\ri, daC ,'.Wsrhüssige geschmolzene Lötlegierung durch Kapillarwirkung in die Polschleifen hineinläuft.

Ei hat sich a!s zweckmäßig erwiesen, einen geeignet geformten konischen Kern zu benutzen, um das Gewebe 27 am Stator 21 und 22 festzuhalten, während

ίο die Verlötung stattfindet. Dadurch wird gewährleistet, daß das Gewebe 27 an Ort und Stelle gehalten wird, und darüber hinaus wird eine Steuerung des Winkels möglich, mit dem die Polfäden 30 gegenüber den Statorabschnitten 20 und 21 in Richtung der Drehung der Flansche 18 und 19 angestellt werden.

Die Lötlegierung hält nach Abkühlung die Polfäden 30 in dieser Lage. Die Anstellung der Polfäden 30 kompensiert auf diese Weise eine Dichtungsabnutzung und es wird gewährleistet, daß sämtliche Polfäden 30 in Berührung mit den jeweiligen Flanschen 18 und 19 stehen. Die Anstellung der Polfäden ist aus Fig.3 ersichtlich, wobei der Pfeil B die ^Vehrichtung der Scheibe 17 andeutet.

Es können auch andere herkömmliche Verfahren zum Weben des Stoffes 27 Anwendung finden. So besteht beispielsweise der Stoff 27a gemäß F i g. 4 aus einer Gruppe /on Kettfaden 30a, der zwei Gruppen von Kettfäden 28a und Schußfäden 29a gemeinsam ist. Nach dem Verweben werden die beiden Gruppen von Kettfäden 28a und die Schußfäden 29a getrennt, indem ein Schnitt längs der strichlierten Linie 3 la geführt wird.

Statt dessen kann eine Gruppe von Kettfäden 28a und

Schußfäden 29a abgeschliffen werden, um die Polfäden 30a freizulegen.

Die Dichtungselemente 24 und 25 sind wie erwähnt an den ringförmigen Oberflächen der Turbinenstatorabschnitte 20 und 21 festgelegt, so daß sie eine ähnliche Kreisringgestalt einnehmen. Dabei sind sie auf den Turbinenstatorabschnitten 20 und 21 so angeordnet, daß

■to die Kettfäden 30 über die Spalte 22 und 23 so verlaufen, daß ihre freien Enden an den Ringoberflächen der Scheibenflansche 18 und 19 angreifen. Die Kettfaden 30 bilden demgemäß Gasdichtungen zwischen Turbinenstatorabschnitten 20 bzw. 21 und der Scheibe 17.

■•5 Infolgedessen werden die Gase, die im Betrieb durch den Gaskanal 11 strömen, daran gehindert, in die radial inneren Bereiche der Turbine 10 einzutreten und so den Wirkungsgrad zu vermindern.

Die Gase, die durch den Gaskanal 11 hindurchtreten, stehen auf hoher Temperatur. Aus diesem Grunde müssen die Metallfaden, aus denen das Gewebe 27 hergestellt ist, aus einer Legierung bestehen, die eine genügende Temperaturfestigkeit besitzt. Je nach der Umgebungstemperatur, iii der die Dichtungen arbeiten mi'ssei., können die Fäden, die die Kette 28, den Schuß 29 und die Polfäden 30 bilden, aus einer Nickellegierung, z. B. aus Nimonic 90 uder rostfreiem Stahl bestehen.

Die Gase, die durch den Gaskanal 11 strömen, sHehen nicht nur unter hoher Temperatur, sondern auch unter hohem Druck. Ein geeignetes Gewebe 27, weiches diesen Bedingungen standhalten kann, besteht aus einem leicht verdrillten Garn aus rostfreiem Stahl, wobei das. verdrillte Garn acht Fäden aus rosti'reicm Stahl aufweist, die 0,036 mm dick sind. Ein solches Gewebe 27 ergiS oin*- wirksame Gasabdichiuiig über einer¹ ipalt, der 3,1 S r<w breit ist. Es ist jedoch k>.r, oaß für die Erfindung auch Faden mit anderen Durchmessern anwendbar sind, ie nach der speziellen Aufsah.' der

5 6

Dichtung, und auch die Kettfaden können in geeigneter ncntriebwerken sind, die kompakte Dimensionen

Weise dimensioniert sein, um eine Abdichtung über aufweisen. Da kein Klemmkörper erforderlich ist, um

Spalte unterschiedlicher Breite zu gewährleisten. die Kettpolfäden zusammenzuhalten, kann das Dich-

Daraus ist ersichtlich, daß Dichtungselemente gemäß tungselement in verhältnismäßig kleinen Spalten unter·

der Erfindung in erster Linie vorteilhaft bei Gasturbi- ί gebracht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtung zwischen Rotor und Stator der Turbine eines Gasturbinentriebwerks mit einem ringförmigen Dichtungselement, das aus Metallfäden mit freien Enden ohne Schleifen besteht und an dem einen Teil des Triebwerks in der Weise festgelegt ist, daß die freien Enden der Fäden an dem zweiten Triebwerksteil dichtend anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfaden aus metallischen Polfäden (30) eines Gewebes (27) bestehen, welches zusätzlich metallische Kettfaden (28) und metallische Schußfäden (29) aufweist

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfaden (28, 29, 30), die das Gewebe (27) bilden, in Form eines leicht verdrillten Garns ausgebildet sind.

3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das leicht verdrillte Garn der Kette (28), des S Jiusses (29) und der Polfäden (30) aus acht Metallfasern besteht.

4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (24) am Stator (20) des Triebwerks durch Hartverlötung befestigt ist.

5. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Dichtungselement (24) aus einer Vielzahl von Fäden aus einer Nickellegierung gewebt ist.

6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, jo dadurch pekennzeichnet, daß das ringförmige Dichtungselement (24) aus einer Vielzahl von Fäden aus rostfreiem Stahl verwebe ist.

7. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die js Polfäden (30) sämtlich gegenüber dem Stator (20) des Triebwerks schräggestellt sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Dichtungselementes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und zur Befestigung dieses Dichtungselementes an einer -»ο ringförmigen Oberfläche der Turbine eines Gasturbinentriebwerks, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewebe (27) mit metallischen Kettfäden (28). metallischen Schußfäden (29) und metallischen Polfäden (30) hergestellt wird, wobei die Polfäden (30) an ihren freien Enden aufgeschittene Schleifen besitzen und wenigstens einige der Schuß- und Kettfäden (29, 28) aus einer Lötlegierung bestehen, daß das Gewebe (27) auf der ringförmigen Oberfläche des Gasturbinenbauteils (20) clcnrt angeordnet wird, daß die Kettfäden (28) und die Schußfäden (29) benachbart zu dieser Oberfläche (20) zu liegen kommen, und daß dann das Gewebe (27) so weit erhitzt wird, daß die Lötlegierung schmilzt und das Gewebe (27) mit der Oberfläche dii Triebwerksbauteils (20) verlötet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (27) auf der ringförmigen Oberfläche des Turbinenbauteils während der Verlötung durch Mittel festgehalten wird, die die Polfäden (30) gegenüber der Ringoberfläche schrägstellen, und daß alle diese Fäden (30) in der gleichen Richtung eingestellt werden, wobei genügend Lötlegierung vorhanden ist, um die Polfäden (30) nach der Verlötung in dieser Schrägstellung zu halten.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Bauart.

Um einen Betrieb mit hohem Wirkungsgrad zu gewährleisten ist es erforderlich, Gasdichtungen zwischen verschiedenen relativ zueinander drehbaren Bauteilen der Turbine vorzusehen. Derartige Dichtungen müssen unter Bedingungen mit hoher Temperatur und hohem Druck arbeiten und imstande sei;., solchen Bedingungen längere Zeit ausgesetzt zu werden, ohne daß sie ausfallen oder undicht werden.

Es sind verschiedene Dichtungen vorgeschlagen worden, aber alle diese Dichtungen haben Nachteile. Reibdichtungen ergeben beispielsweise eine wirksame Dichtung bei geringer Drehzahl, sie sind jedoch ungeeignet bei den hohen Drehzahlen, mit denen ein Gasturbinentriebwerk arbeitet. Diese Dichtungen werden bei hohen Drehzahlen überhitzt, was gelegentlich zu einer Zerstörung der Dichtung führt Es ist auch bekannt eines der Elemente der Dichtung mit einem abreibbaren Oberzug zu versehen, der vom anderen Dichtungselement abgenutzt werden soll. Wenn jedoch eine Berührung zwischen den Dichtungselementen stattfindet, kann zuviel von dem abschleifbaren Material abgetragen werden, so daß der Dichtungsspalt sich schließlich vergrößert und die Dichtwirkung abfällt.

Eine andere Lösung des Dichtungsproblems zeigt die GB-PS 14 50 553, von der die Erfindung ausgeht Diese Patentschrift beschreibt ein Dichtungselement in Form einer Vielzahl metallischer Fäden, die an einem Ende in einem gesonderten Klemmring so festgeklemmt sind, daß ihre freien Enden an einem zweiten Dichtungselement anliegen, welches die Form einer glatten Ringoberfläche besitzt. Derartige Dichtungen ergeben eine wirksame Abdichtung, aber sie sind an räumlich begrenzten Stellen schwer einsetzbar. Da die Fäden zusammengeklemmt werden müssen, kann der Klemmkörper in begrenzten Räumen einen großen Anteil des Spaltes einnehmen, der abgedichtet werden soll. Dies führt infolgedessen zwangsläufig zu einer Verminderung der freien Fadenlänge, was wiederum zu einer Beeinträchtigung der Dichtwirkung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Dichtung zu schaffen, welche eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet und auch an räumlich begrenzten Stellen angewendet werden kann.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Hierdurch wird erreicht, daß unter Vermeidung von Klemmkörpern das Gewebe unmittelbar auf Rotor oder Stator aufgebracht werden kann. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Dichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur Herstellung der Dichtung und zur Befestigung der Dichtung an der Oberfläche eines Bauteils des Gasturbinentriebwerks. Erfindungsgemäß wird dieses Verfahren in der Weise durchgeführt, wie dies im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 8 angegeben ist.

Das Gewebe wird vorzugsweise auf der ringförmigen Oberfläche während der Verlötung durch Mittel gehalten, die die Polfäden gegenüber der Ringoberfläche in der gleichen Richtung schrägstellen, wobei genügend Lötlegierung vorhanden ist, um diese Polfäden nach der Verlötung in der angestellten Lage zu halten.