DE3146096C2 - Vorrichtung zur Abdichtung des Turbinenlaufschaufel-Radialspaltes - Google Patents

Abstract

Ein Gasturbinentriebwerk besitzt eine Turbine, die Laufschaufeln (18) umfaßt, welche von einer ringförmigen Abschirmung (24) umgeben sind. Die gesamte Abschirmung oder ein Teil hiervon wird von einem Wärmerohr gebildet. Ein Abstandsmesser mißt den Zwischenraum zwischen den Spitzen der Laufschaufeln (18) und der Abschirmung (24), und der Ausgang des Meßgerätes wird einer Steuerstufe zugeführt, die ein Ventil (41) steuert, welches die Strömungsrate der Kühlluft direkt auf das Wärmerohr einstellt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Temperatur des Wärmerohres auf einem Wert gehalten wird, der gewährleistet, daß der Zwischenraum zwischen den Laufschaufelspitzen und der ringförmigen Abschirmung innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs gehalten wird.

Description

a) das Wärmerohr (25) in Umfangsrichtung des Gehäuserings (23) gesehen ein zum Radialspalt offenes, U-förmiges Hohlproftl hat

b) die Schenkel (26) des Wärmerohrs (25) durch aneinanderstoßende Platten (29) überbrückt sind, die die äußere Begrenzung des Radialspaltes bilden,

c) in dem durch das Wärmerohr (25) und die Platten (29) gebildeten Hohlraum /32) ein Kühlluftverteiler (33) mit auf das Wärmerohr (25) gerichteten Ausblasöffnungen (35) eingesetzt ist,

d) im stromaufwärtigen Schenkel des Wärmerohres (25) und in den Platten (29) den Hohlraum (32) des Gehäuserings (23) mit dem Radialspalt verbindende Auslaßöffnungen (36,37) vorgesehen sind, und

e) ein Abstandsmesser (39) für den Radialspalt vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal zur Steuerung der Kühlluftzufuhr zu dem Kühlluftverteiler (33) dient.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale a) bis e).

Durch die Erfindung wird erreicht, daß in Abhängigkeit von der jeweils herrschenden Belastung und damit in Abhängigkeit von der jeweils auftretenden Temperatur eine mehr oder weniger intensive Kühlung des Wärmerohres bewirkt wird, um dieses und damit das Schaufelspitzenspiel konstant zu halten. Dabei ist es lediglich notwendig, das Wärmerohr an irgendeiner Stelle zu kühlen, wo dies aus konstruktiven Gründen am günstigsten ist, weil die Eigenschaft des Wärmerohres für einen schnellen Temperaturausgleich ringsum und auch an den Platten sogt, die den Dichtungsspalt begrenzen.

Im einzelnen wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht:

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (36, 37) zur Bildung eines Kühlfilms auf der dem Radialspalt zugewandten Oberfläche (30) der Platten (29) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (29) aus Metall oder Keramikmaterial bestehen.

a) Das Wärmerohr erhält eine große Oberfläche, die wirksam gekühlt werden kann,

b) Durch die Überbrückung wird ein abgeschlossener Hohlraum einerseits und andererseits ein definierter Dichtspalt gebildet.

c) Durch die Anordnung des Kühlluftverteilers wird eine direkte Kühlung des Wärmerohres und eine indirekte Kühlung der Begrenzungsplatten gewährleistet.

d) Hierdurch wird ein wirksamer Kühlfilm erzeugt, der die Platten gegen Überhitzung schützt, und

jo dabei wird gleichzeitig ein Auslaß für die Luft

gebildet, die das Wärmerohr gekühlt hat.

e) Durch diese Regelanordnung erfolgt eine selbständige Einstellung des Dichtungsspaltes auf einen vorbestimmten Wert in Abhängigkeit von den herrschenden Belastungs- bzw. Temperaturbedingungen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine solche Dichtungsvorrichtung ist aus der DE-AS 28 11 478 bekannt. Hierbei sind über den Umfang des Gehäuseringes mehrere segmentartige Wärmerohre angeordnet, die zugleich zum Auffangen etwa abgeschleuderter Laufschaufeln dienen. Die Wärmerohre sorgen aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften für einen schnellen Temperaturausgleich, so daß unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet ist, daß der Gehäusering an den vom Wärmerohr berührten Flächen auf gleicher Temperatur steht. Diese Temperatur ändert sich jedoch mit der Belastung, was zur Folge hat, daß unter unterschiedlichen Belastungen zwar eine gleiche Temperatur über dem Gehäusering vorhanden ist, jedoch die Temperatur selbst bei unterschiedlichen Belastungen verschieden ist, was wiederum dazu führt, daß sich der Radialspalt mit der mi Belastung ändert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung derart weiterzubilden, daß der Radialspalt zwischen den Blattspitzen eines Turbinen- tn laufschaufelkranzes und dem Gehäusering bei allen Betriebsbedingungen im wesentlichen konstant gehalten wird.

Es ist zwar durch die US-PS 32 27 418, Fig. 9, bekannt einen Abstandsmesser vorzusehen, der die Größe des Dichtspaltes zwischen den Schaufelspitzen und dem Gehäusering feststellt, jedoch wird hierdurch keine Kühlung bewerkstelligt, sondern es werden über hydraulische Mittel die die Begrenzung bildenden Bleche bzw. Platten von außen her beaufschlagt, um den Dichtspalt konstant zu halten.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspriichen 2 und 3.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Schnittansicht des Dichtspaltes mit Gehäusering und Schaufelspitzen.

Die Laufschaufeln 18 einer Turbinenstufe eines Gasturbinentriebwerks sind unter Belastung eines Dichtspaltes von einem Gehäusering 23 umschlossen, der einen äußeren Ringkörper 24 aufweist, der ein Wärmerohr 25 umschließt und einen allgemein U-förmigen Querschnitt besitzt, wodurch zwei radial nach innen stehende Schenkel 26 gebildet werden. Die Innenwände des Wärmerohrs 25 sind mit einem aus rostfreiem Stahl bestehenden Gewebe 27 bedeckt, welches als Wärmerohr-Kapillare wirkt. Die radial inneren Abschnitte des die Schenkel 26 des Wärmerohres umschließenden Abschnitte des Ringkörpers 24 tragen nach innen gerichtete Flansche 28, die in Nuten 31 von Platten 29 einstehen, deren innere Oberfläche 30 den Dichtungsspalt radial außen begrenzt. Die Platten 29 können aus Metall oder aus Keramikmaterial bestehen. Der Ringkörper 24 umschließt zusammen mit den Platten 29

einen ringförmigen Hohlraum 32, der einen Kühlluftverteiler in Form eines rechteckigen Kastenprofils 33 umschließt, das mit Kühlluft vom Verdichter des Triebwerks über eine Leitung 34 gespeist wird. Die radial äußere Oberfläche des Kühlluftverteilers 33 ist mit Ausblasöffnungen 35 versehen, die so angeordnet sind, daß die Kühlluft auf die innere Oberfläche des Ringkörpers 24 gerichtet wird. Diese Kühlluft wird aus dem ringförmigen Hohlraum 32 über Auslaßöffnungen 36 und 37 ausgeblasen. Die öffnungen 36 liegen ι ο benachbart zum stromaufwärtigen Rand des Ringkörpers 24, und die Öffnungen 37 laufen durch die Platten

29 hindurch und münden im Dichtspalt. Damit wird eine Prallkühlung des Ringes innerhalb des Hohlraums 32 bewirkt und eine Filmkühlung entlang der Oberfläche π

30 des Dichtspaltes. Um eine Filmkühlung des

stromaufwärtigen Randes des Ringkörpers 24 zu gewährleisten, sind jene Teile der anschließenden Düsenleitschaufel mit Ausnehmungen 38 versehen.

Ein Abstandsmesser 39 sitzt am Dichtspalt und mißt das radiale Spiel zwischen den Schaufelspitzen und der Oberfläche 30. Er liefert ein elektrisches Ausgangssignal, das proportional zu dem Schaufelspitzenspiel ist. Der Ausgang des Abstandsmessers 39 wird einer Steuerstufe 40 zugeführt, die ihrerseits ein Ventil 41 in der Kühlluftzuführungsleitung 34 steuert.

Die Steuerstufe 40 ist so ausgebildet, daß nur so viel Kühlluft durch das Steuerventil 41 hindurchtreten kann wie erforderlich ist um die Temperatur des Ringkörpers 24 auf einem Wert zu halten, der übereinstimmt mit einem vorbestimmten optimalen Dichtungsspalt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abdichtung des Radialspaltes zwischen den Blattspitzen eines Turbinenlaufschaufelkranzes und einem aus wenigstens einem Wärmerohr aufgebauten Gehäusering eines Gasturbinentriebwerks, dadurch gekennzeichnet, daß