DE3226052C2

DE3226052C2 - Spaltdichtung für axial durchströmte Gasturbinen

Info

Publication number: DE3226052C2
Application number: DE3226052A
Authority: DE
Inventors: George Stanton-by-Bridge Derbyshire Pask
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1981-07-11
Filing date: 1982-07-12
Publication date: 1984-05-03
Also published as: FR2509373B1; GB2103294A; US4472108A; GB2103294B; FR2509373A1; DE3226052A1; JPS5925848B2; JPS5818502A

Abstract

Ein Deckbandaufbau wird pneumatisch betätigt, um den Zwischenraum zwischen den Deckbandsegmenten und den Spitzen der Rotorschaufeln des zugeordneten Rotors einzustellen. Der Deckbandaufbau weist ein Gehäuse (19) auf, an dem ein Wandkörper (27) befestigt ist, der eine Kammer (30) definiert und der Druck innerhalb dieser Kammer kann über ein Ventil (32) eingestellt werden. Der Wandkörper (27) trägt Deckbandsegmente (44, 53), von denen einige die stationäre Wand definieren, mit der die Rotorschaufeln (17) zusammenwirken. Um eine ordnungsgemäße Bewegung der Deckbandsegmente zu gewährleisten, sind die Träger (40, 41), die die Segmente von der Wand abstützen, klein in Axialrichtung, bemessen im Vergleich mit der Axialerstreckung der Wand. Die Erfindung wird besonders anwendbar auf den Turbinenrotor eines Gasturbinentriebwerks.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spaltdichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine solche Spaltdichtung ist aus der GB-AS 50 527 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung erstreckt sich die Ringkammer, die durch Kompressorluft beaufschlagt wird, über die axiale Länge einer Rotorstufe, und die Innenwand dieser Ringkammer bo bildet unmittelbar den Dichtring, der den Dichtspalt außenseitig begrenzt, oder die Druckkammerwand wirkt über Stützfüße auf den Dichtring ein. Hierdurch bedingt kann die Vorrichtung nur im Sinne einer Verminderung des Dichtspaltes wirken und die Einstellbreite ist daher begrenzt. Außerdem läßt sich auf diese Weise eine Feineinstellung eines optimalen Schaufelspiels nicht erreichen, da dem Druck auf den Dichtring von außen her immer der Druck aus dem Gaskanal entgegenwirkt der unterschiedlich sein kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Spaltdichtung derart zu verbessern, daß willkürlich der Spalt in seiner Weite gleichmäßig über den Umfang verlaufend in beiden Richtungen eingestellt werden kann, wobei für den Dichtring die üblichen massiven, hitzebeständigen Segmente benutzt werden können, die außerdem noch von außen her einer Kühlung durch Luft ausgesetzt werden können.

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

Durch die Erfindung wird es möglich massiv ausgebildete Dichtringsegmente und Trägersegmente zu benutzen, die an der flexiblen Innenwand der Druckkammer befestigt sind, die in einem nicht unbeträchtlichen radialen Abstand außerhalb des Dichtungsringes liegt während die Innenwand im bekannten Falle selbst den Dichtring bildet und daher flexibel ausgebildet sein muß.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird ein Raum zwischen der unter veränderbarem Druck stehenden Ringkammer und dem den Gaskanal begrenzenden Gehäuseteil geschaffen, durch den Kühlluft hindurchtreten kann, die nicht nur die Trägersegmente sondern auch die Dichtringsegmente von außen bestreicht, wobei jedoch eine sichere Abdichtung der Dichtringsegmente gegenüber dem Gehäuseaufbau bewirkt wird, so daß eine vorbestimmte Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Ringkammer und dem von ihr umschlossenen Raum hergestellt werden kann, so daß wahlweise der die Innenwand bildende und die Trägersegmente halternde Ring radial nach außen oder radial nach innen verstellt werden kann.

Durch die Dichtungsanordnung wird auch mit Sicherheit verhindert, daß heiße Gase aus dem Hauptströmungskanal nach außen in den von Kühlluft durchströmten Kanal eindringen kann.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spaltdichtung;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Spaltdichtung;

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß F i g. 2.

Der den Dichtspalt der Spaltdichtung außen begrenzende Dichtring wird vom Gehäuse 19 des Triebwerks getragen. Das Gehäuse 19 besteht aus zwei Abschnitten, die über eine Flanschverbindung 20 verbunden sind. Das Gehäuse 19 weist einen vorderen Ringflansch 21 auf, der eine nach hinten weisende Ringnut 22 definiert. Außerdem weist das Gehäuse eine nach innen weisende Radialnut 23 auf, in die ein radialer Abschnitt eines Ringflansches 24 einsteht, der an einem kegelstumpfförmigen Träger 25 ausgebildet ist und eine nach vorn weisende Ringnut 26 definiert. In die Nuten 22 bzw. 26 ist ein dünnwandiger Zylinderring 27 mit seinen verdickten Enden 28 bzw. 29 eingesetzt. Auf diese Weise wird zwischen Gehäuse 19 und Zylinderring 27 eine abgedichtete Ringkammer 30 gebildet. Der Ring 27 besteht aus einem Material mit geringem Elastizitätsmodul, vorzugsweise aus Titan, und ist demgemäß entsprechend der herrschenden Druckdifferenz defor-

mierbar. Die Ringkammer 30 ist über eine Leitung 31 und von dort über eine Leitung 33 mit einer Hochdruckquelle bzw. über eine Leitung 34 mit einer Niederdruckquelle verbindbar. Der Ventilstößel 35 des Umschaltventils 32 wird von einem Kolbenantrieb 36 angetrieben, der seinerseits durch eine Steuerstufe 39 eingestellt wird. Der Ventilstößel 35 schließt bzw. öffnet die nach der Hochdruckleitung 33 bzw. der Niederdruckleitung 34 führenden Ventilöffnungen 37 bzw. 38.

Der Zylinderring 27 weist nach innen stehende, im ι ο Querschnitt L-förmige Lagerflansche 40 bzw. 41 auf, die nach hinten weisende Nuten bilden, in die nach vorn gerichtete Vorsprünge 42 und 43 von U-förmig ausgebildeten Trägersegmenten 44 eingreifen.

Die Trägersegmente 44 sind gegeneinander über Nuten 45 und in diese eingreifende Dichtungsleisten abgedichtet. Die Schenkel der U-förmigen Trägerjoche 4* sind mit öffnungen 46, 47 versehen, um eine freie Strömung der Kühlluft zu gewährleisten, die über Kanäle 48 eintritt.

Die Trägersegmente 44 sind an ihren radial inneren Oberflächen mit nach innen gerichteten, im Querschnitt L-förmigen Flanschen 49,50 versehen, in die Vorsprünge 51 bzw. 52 eines Dichtringes 53 eingreifen, der aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt ist. Die Lage dieses Dichtringes 53 bestimmt die Größe des Dichtspaltes gegenüber den Spitzen der Turbinenschaufeln 17.

Damit der Heißgasstrom nicht um die Trägersegmente 44 herumströmen kann, ist mit dem Gehäuse eine innenwand 54 verbunden, die stromauf an die Trägersegmente 44 anschließt und gegenüber der nach stromauf weisenden Wand 58 über Graphit-Dichtringe 55 abgedichtet ist, die in einer Gehäusenut 56 verschiebbar und durch eine Feder 57 gegen die Wand 58 vorgespannt sind.

Die stromab gerichtete Wand 59 der Trägersegmente 44 wird von einem weiteren Graphit-Dichtring 60 berührt, der in einer Ringnut 61 des Trägers 25 angeordnet ist. Benachbart zu dem Dichtring 60 ist ein Gehäuseteil 64 bei 62 und 63 dichtend mit dem Träger 25 verbunden. Der Träger 25 weist noch eine Durchtrittsöffnung 65 zum Durchtritt von Kühlluft auf.

Der Dichtring 60 stützt den Aufbau gegen axiale Belastungen ab. Wegen des Druckabfalls über der Turbinenrotorstufe mit den Rotorschaufeln 17 ergibt sich ein Druckdifferential über den Teilen der Segmente innerhalb der Dichtungen 55 und 60.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Gemäß der Größe des Dichtspaltes, die von einem Sensor festgestellt wird, stellt die Steuerstufe 39 das Ventil 32 derart ein, daß entweder ein erhöhter oder ein erniedrigter Luftdruck in die Kammer 30 einströmt Durch Erhöhung des Druckes in der Kammer 30 wird der Dichtspalt verringert und durch Verminderung des Luftdrucks erhöht.

Dadurch, daß die axiale Länge der Ringkammer 30 beträchtlich größer ist als die axiale Erstreckung der Trägersegmente 44, kann sich der Ring 27 ohne Überbeanspruchung in der gewünschten Weise deformieren.

Die Trägersegmente 44 und der Ring 27 werden mit relativ kühler Luft über die Zuführungsleitung 48 versorgt und ausreichend gekühlt, so daß auch der Dic'atring53 einer Kühlung unterworfen wird.

Zusätzlich kann der Dichtring durch eine Prallkühlung einer Kühlung unterworfen werden, wie dies im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 und 3 gezeigt ist. Der Grundaufbau ist hierbei der gleiche. Es ist eine langgestreckte Ringkammer 70 vorgesehen, die außen vom Gehäuse 71 und innen von einem Zylinderring 72 begrenzt ist. Die Kammer 70 wird über eine Leitung 73 mit Luft unterschiedlichen Druckes gespeist. Der Ring 72 halten die Trägersegmente 75 über Rohrabschnitte 77, die mit Öffnungen 85 versehen sind. Die Rohrabschnitte 77 umschließen radiale Bolzen 76, die mit ihrem Kopf im Ring 72 verankert sind. Die Rohrabschnitte 77 und die Bolzen 76 greifen an einer Ringwand 78 an, die stromoberseitig bzw. stromunterseitig in Nuten 79 bzw. 80 eingreift, die in dem stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Gehäuseteil angeordnet sind und die Abdichtung innerhalb der Nuten erfolgt durch Dichtungsringe 81 bzw. 82.

Jedes der Trägersegmente 75 besitzt in Umfangsrichtung weisende Vorsprünge 83, die in entsprechende Nuten 84 des benachbarten Segmentes eingreifen, wodurch ein Formschluß zustande kommt. Die Kühlluft für die Segmente 74 strömt durch die Löcher 85 und Ausnehmungen 86 in den Raum zwischen den Segmenten 75 und den Dichtringsegmenten 74, indem eine mit Löchern versehene Platte 87 vorgesehen ist. Auf diese Weise werden die Dichtringe 74 mittels Prallkühlung durch Kühlluft beaufschlagt. Diese Kühlluft kann über Kanäle 88 in den Heißgaskanal eintreten. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann durch Erhöhung oder Erniedrigung des Druckes in der Ringkammer 70 der Dichtspalt zwischen Dichtring 74 und Schaufelspitzen eingestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spaltdichtung für axial durchströmte Gasturbinen mit einer Vorrichtung zum Einstellen des Dichtspaltes zwischen den Laufschaufelenden und s einem diese radial außen umschließenden Dichtring, welcher in radialer Richtung von der Innenwand einer unter veränderbarem Druck stehenden Ringkammer des Turbinengehäuses radial nach innen über Abstützungen geringer axialer Länge, weiche von der Innenwand radial nach innen vorstehen, preßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß radial zwischen den Abstützungen an der Ringkammer (30; 70) und dem Dichtring (53; 74) Trägersegmenie (44; 75) vorgesehen sind, welche stromauf und stromab durch Dichtungen (55; CO; 81, 82) gegenüber dem festen Turbines.gehäuse abgedichtet siiid.

2. Spaltdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen als Dichtringe (55; 60) ausgebildet sind, die axial unter dem Druck einer Feder (57) stehen, die die Dichtringe gegen die Trägersegmente (44) bzw. die Abstützungen anpreßt

3. Spaltdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägersegmente (44) U-förmig ausgebildet und mit ihren Schenkeln an einem die Innenwand der unter veränderbarem Druck stehenden Ringkammer bildenden Ring (27) aufgehängt sind.

4. Spaltdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägersegmente (75) über radiale Rohrabschnitte (77) und von diesen umschlossene Bolzen (76) an dem die Ringkammer innen begrenzenden Ring (72) aufgehängt sind.

5. Spaltdichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung der Ringkammer (30; 70) und der sie innen begrenzenden Wand (27; 72) größer ist als die axiale Länge der Trägersegmente.

6. Spaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (53; 74) über das Innere der Trägersegmente (44; 75) mit Kühlluft beaufschlagbar sind.

7. Spaltdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Trägersegmente (75) vor der Außenseite des Dichtringes (74) eine mit Löchern versehene Platte (87) angeordnet ist, die eine Prallkühlung der Dichtringe bewirkt.

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