DE3130573C2 - Dichtungsanordnung zwischen einem Leitrad und einem Laufrad von Turbomaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zwischen einem Leitrad (37) und einem Laufrad (16) von Turbomaschinen. Um den Dichtspalt der Dichtungsanordnung bei allen Betriebsbedingungen möglichst konstant zu halten, ist einer vom Leitrad gehalterten (48, 52, 56), jedoch relativ dazu radial beweglichen ringförmigen Dichtungsplatte (53), deren Dicht elemente (58, 59) mit entsprechenden Gegenelementen (35, 36) des Laufrads zusammenwirken, eine thermisch träge Masse (57) zugeordnet, die durch ihre Gestaltung und Bemessung auf das Wärmedehnungsverhalten des Laufrads abgestimmt ist und bei ihren Wärmebewegungen die Dichtungsplatte über eine Mitnahmeverbindung mitbewegt, so daß ein auf das Wärmebewegungsverhalten des Laufrads abgestimmtes Bewegungsverhalten der Dichtungsplatte und dadurch eine Konstanthaltung des Dichtspalts erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zwischen einem Leitrad und einem Laufrad von Turbomaschinen.

Aus der DE-OS 19 28 560 ist es bereits bekannt, bei einer Dichtungsanordnung zwischen einem Leitrad und einem Laufrad einer Turbomaschine eine weitgehende Konstanthaltung der Dichtspalte dadurch zu gewährleisten, daß ein am Leitrad gehaltenes Dichtungsteil, das Ober eine entsprechend flexible Verbindung bezüglich des Leitrads radial beweglich daran befestigt ist, in seinem thermischen BewegungsverhaUen auf dasjenige der mit seinen Dichtelementen zusammenwirkenden laufradseitigen Gegenelemente abgestimmt ist, nämlich durch entsprechende, durch die Werkstoffwahl erreichte Anpassung des Wärmedehnungskoeffizienten und durch entsprechende Anpassung der thermischen Masse.

Bei der bekannten Anordnung sind die laufradseitigen

Gegenelemente an einem ebenso wie das lejtradseitige Dichtungsteil ringförmigen Dichtungsteil angeordnet, das, ebenfalls mit dem leitradseitigen Dichtungsteil vergleichbar, ober ein entsprechend flexibles Zwischenglied bezüglich des Laufrads radial beweglich an diesem gehaltert ist

Bei der bekannten Dichtungsanordnung haben das Ieitradseitige Dichtungsteil und das laufradseitige Dichtungsteil beide eine etwa zylindrische Form und

ίο sind, wie schon erwähnt jeweils radial bezüglich des sie tragenden Bauteils (Leitrad bzw. Laufrad) mit diesem verbunden. Demgemäß sind bei der bekannten Dichtungsanordnung die Wärmebewegungsverhalten des leitradseitigen Dichtungsteils und des laufradseitigen Dichtungsteils, ohne Notwendigkeit der Berücksichtigung des Wärmebewegungsverhaltens anderer Bauteile, wie etwa der Laufradscheibe, durch gleiche Wärmedehnungskoeffizienten aufgrund gleicher Werkstoffe und etwa gleicher thermischer Massen aufeinan- der abgestimmt

Will man die mit den Dichtelementen des leitradseitigen Dichtungsteils zusammenwirkenden Dichtungsgegenelemente unmittelbar an der Laufradscheibe, also ohne radiale Bewegungsmöglichkeit relativ zur Lauf radscheibe anordnen, was die Konstruktion in dieser Beziehung vereinfacht tritt das Problem auf, daß eine Konstanthaltung der Dichtspalte nicht i.iehr, wie bei der eben erörterten bekannten Anordnung durch einfache gegenseitige wärmedehnungsmäßige Anpassung des

jo leitradseitigen Dichtungsteils mit den laufradseitigen Gegenelementen möglich ist Vielmehr hängt nunmehr das Wärmebewegungsverhalten der laufradseitigen Gegenelemente von demjenigen der Laufradscheibe ab, die eine vergleichsweise sehr große Masse hat

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem sich aus der bekannten Anordnung ergebenden technischen Prinzip eine brauchbare Lösung zur thermischen Abstimmung eines leitradseitigen Dichtungsteils auf das Bcwegungsverhalten von unmittelbar an der Laufradscheibe angeordneten Dichtungsgegenelementen zu finden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Konstruktion gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Wärmebewegungen der Dichtungsplatte ausschließlich durch den als thermisch träge Masse dienenden massiven Ringkörper gesteuert Da die Dichtungsplatte segmentiert ist, die Dichtungsplattensegmente also in

so Umfangsrichtung nicht fest miteinander zusammenhängen, wirkt der massive Ringkörper als die radialen Bewegungen der Dichtungsplattensegmente mit ihren Dichtelementen führendes Organ, ohne daß diese Führungsbewegung durch eigene Wärmebewegungen der Dichtungsplattensegmente behindert oder verfälscht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachste hend mit Bezug auf die Zeichnung mehr im einzelnen beschrieben, die im Axialhalbschnitt einen Teil einer

Hochdruckturbine mit einer Dichtungsanordnung nach

der Erfindung zeigt

Das Laufrad 16 der dargestellten ersten Turbinenstu-

fe weist an seiner stromaufwärtigen Stirnseite drei Dichtelemente 34, 35 und 36 auf, die jeweils mit einem zugeordneten Gegenelement der stromauf dieses Laufrads befindlichen Statorkonstruktion unter Bildung

einer Spaltdichtung zusammenwirken.

Die Statoriconstruktion weist ein segmentiertes Eintrittsleitrad auf, dessen Segmente jeweils aus einem Innenringsegment 41, einem Außenringsegment 42 und einer Anzahl von diese miteinander verbindenden, tragflügelförmigen Leitschaufeln 43 bestehen. Stromauf des Laufrads ist eine Dichtungsplatte S3 am Leitrad gehaltert.

Die Dichtungsplatte 53 ist ringförmig und besteht aus einer Anzahl von Segmenten. Die radial verlaufenden Trennfugen zwischen den einzelnen Dichtungsplattensegmenjen sind entweder durch Überlappung der benachbarten Segmente oder mittels einer am jeweils einen von zwei benachbarten Segmenten befestigten dünnen Deckplatte abgedichtet An ihrem Außenumfang ist die Dichtungsplatte 53 mit einer Umfangsnut versehen, in welche ein radial einwärts ragender Flansch der Innenringsegmente 41 des Leitrads eingreift Die Dichtungsplatte 53 ist an ihrer vom Laufrad 16 abgewandten Stirnseite mit zwei stromaufwärts weisenden Ringnuten versehen, in weldie jeweils ein dünnwandiges Zwischenglied 54 bzw. 55 eingreift, das stromaufwärts von der Dichtungsplatte 53 wegragt und mittels Schrauben 52 und Muttern 56 mit einer Wand 48 verschraubt ist Diese Wand ist mittels Bolzen an einem radial einwärts ragenden Flansch des Leitrads gehaltert, die eine relative Radialbewegung zwischen der Wand und dem Leitrad zulassen.

Am dichtungsplattenseitigen Ende des Zwischenglieds 55 ist eine sich an den Innenumfang der Dichtungsplatte 53 anschließende große Masse in Form eines massiven Ringkörpers 57 gebildet der an seiner stromabwärtigen Stirnfläche eine Ringnut 61 aufweist in welche ein entsprechender Flansch der Dichtungsplatte 53 eingreift Der Ringkörper 57 bildet eine thermisch träge Masse, wobei sein Wlrmedehnungsverhalten durch seine Bemessung, Gestaltung und Anord' nung relativ zum Laufrad 16 sowie durch entsprechende Werkstoffwahl so auf das Wärmebewegungsverhalten der Laufradscheibe abgestimmt ist, daß er im Betrieb das radiale Bewegungsverhalten der Dichtungsplatte 53 in Obereinstimmung mit dem Wärmebewegungsverhalten der Laufradscheibe steuert, indem er bei seinen eigenen Wärmebewegungen die Dichtungsplattensegmente über die durch seine Ringnut und den darin eingreifenden Dichtungsplattenflansch gebildete Mitnahmeverbindung mitbewegt

An der Dichtungsplatte 53 sind zwei konzentrische axiale Ringflansche 58 und 59 gebildet die zum Laufrad 16 hin ragen. Diese Ringflansche 58 und 59 haben mit den Dichtelementen der axialen Laufradvorsprünge 35 und 36 zusammenwirkende Dichtflächen. Durch die Steuerung der radialen Bewegung der Dichtungsplatte

53 in Anpassung an die Wärmebewegungen der Laufradscheibe des Laufrads 16 werdni die Dichtspalte zwischen diesen Dichtflächen und den dar. Jt zusammenwirkenden Dichtelementen des Laufrads konstant und somit in jedem Betriebszustand auf einem eine optimale Dichtwirkung ergebenden Wert gehalten.

Der die thermisch träge Masse bildende Ringkörper 57 weist außerdem eine Ringnut zur Halterung einer Abdeckplatte 60 auf, welche die stromaufwärtige Stirnseite der Radscheibe des Laufrads 16 überdeckt

Die Wand 48 und die ringförmigen Zwischenglieder

54 und 55 begrenzen verschiedene Strömungswege für Kühlluft die durch Pfeile angedeutet sind. Ein Teil dieser Strömungswege verläuft durch in der Dichtungsplatte 53 gebildete Durchtrittsdüsen 62 und 63 hindurch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche;

   J, Dichtungsanordnung zwischen einem Leitrad und einem Laufrad von Turbomaschinen mit einem vom Leitrad gehalterten, jedoch relativ dazu radial beweglichen ringförmigen DichtungsteU, dessen Dichtelemente mit entsprechenden Gegenelementen des Laufrads zusammenwirken, wobei das DichtungsteU in seinem thermischen Bewegungsverhalten auf dasjenige der Gegenelemente des Laufrads so abgestimmt ist, daß sich die Dichtspalte im Betrieb nicht wesentlich ändern, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsteil als segmenüerte Dichtungsplatte (S3) ausgebildet und mit einer thermisch trägen Masse in Form eines massiven Ringkörpers (57) gekuppelt ist, der durch Gestaltung und Bemessung auf das thermische Bewegungsverhalten der die Gegenelemente (35, 36) tragenden Laufradscheibe (16) abgestimmt is.t und bei ibrin Wärmebewegungen die Dichtungsiplattensegmente mitbewegt

   Z Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch träge Masse (57) am radial inneren Umfang der Dichtungsplatte (53:) angeordnet ist

   3. Dichtungsanordnung nacii Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch träge Masse (57) als selbständiges Bauteil ausgebildet und mit einer stirnseitigen Umfangsnut (61) versehen ist in welche die Dichtungsplatte (53) mit einem Gegenelemeiit eingreift und daß die thermisch träge Masse Ober ein flexfetes Zwischenglied (55) radial beweglich mit der Statorkonstruktion (48) verbunden ist

   4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurdh gekennzeichnet daß die Dichtungsplatte (53) Ober ein weiteres flexibles Zwischenglied (54) radial beweglich mit der Statorkonstruktion (48) verbunden ist

   5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die thermisch träge Masse einteilig mit der Dichtungsplatte ausgebildet ist und die Dichtungsplatte Ober ein flexibles Zwischenglied radial beweglich mit der Statorkonstruktion verbunden ist