DE3544652C2 - Dichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Dichtung ist aus der GB-PS 2119026 bekannt.

Turbomaschinen, wie beispielsweise Gasturbinentriebwerke, enthalten üblicherweise einen oder mehrere Rotoren mit in Umfangsrichtung beabstandeten Schaufeln, die auf einer Radscheibe angebracht sind. Beispielsweise enthalten Axialströmungs-Gasturbinentrieb­ werke einen Verdichterabschnitt mit einem oder mehreren Rotoren zum Verdichten von Luft, die durch das Triebwerk hindurchströmt. Jede Verdichterschaufel kann ein Profil und einen Fuß aufweisen, der durch eine Plattform abgetrennt ist. Es sind verschiedene Konfigurationen für derartige Füße bekannt, wobei eine Schwalbenschwanzform ein Musterbeispiel ist. Ein schwalbenschwanzförmiger Fuß ist in der Radscheibe durch entweder einen axialen Schlitz oder einen Umfangs­ schlitz befestigt.

Um bei schwalbenschwanz­ förmigen Füßen, die in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut angebracht sind, das Gewicht zu senken und die Befe­ stigungsprobleme zu vereinfachen, erstrecken sich die Füße in Umfangsrichtung nicht so weit wie die darüber liegende Plattform. Dadurch wird ein Spalt zwischen benachbarten Füßen gebildet.

Bei Axialströmungsverdichtern nimmt der Druck von durch eine Schaufelreihe strömender Luft zu. Spalte, wie sie vor­ stehend beschrieben wurden, bilden unterhalb der Schaufel­ plattformen und zwischen benachbarten Füßen eine Leckagebahn, durch die die einen höheren Druck aufwei­ sende Luft zurückströmen kann in den einen kleineren Druck aufweisenden Bereich. Eine derartige Rezirkulation verklei­ nert den Verdichter- und Gesamttriebwerkswirkungsgrad.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine leichte und einfach einzubauende Dichtung erhalten wird, die eine Gasleckage höchst wirksam vermindert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der Erfindung werden insbesondere die Vorteile er­ reicht, daß auf beiden Nutseiten Dichtflächen vorhanden sind, wodurch eine bessere Dichtwirkung erzielt wird als bei einseitigen Dichtflächen. Weiterhin ist die erfindungs­ gemäße Dichtung getrennt von dem Fuß der Schaufel, so daß kein spezieller Aufbau und keine besonderen Werkzeuge für sowohl die Schaufel als auch den Rotor erforderlich sind.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Ansicht von einem Gasturbinentriebwerk, in das eine Dichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eingebaut werden kann.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht von einem Rotor mit einer Dichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung.

Fig. 3 ist eine Ansicht von einer Schaufel und einer Dichtung in Richtung des Pfeils 3 in Fig. 2.

Fig. 4 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeils 4 in Fig. 3.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht von einem Rotor mit einer Dichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Er­ findung.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Verdichterabschnitt 12 zum Verdichten von Luft und einer Brennkammer 14 zum Mischen von Brennstoff mit verdichteter Luft und zum Zünden der Mischung, um eine Gasströmung mit hoher Energie zu er­ zeugen. Hinter der Brennkammer 14 ist ein Turbinenabschnitt 16 angeordnet, der eine oder mehrere Turbinenreihen aufweisen kann, um aus der Gasströmung Energie zu entnehmen. Zwar be­ zieht sich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung auf den Verdichterabschnitt 12, aber die Dichtung kann auch in dem Turbinenabschnitt 16 Anwendung finden.

Der Verdichterabschnitt 12 weist eine oder mehrere Rotoran­ ordnungen 18 auf. Ein Teil der Rotoranordnung 18 ist in der perspektivischen Darstellung von Fig. 2 gezeigt. Die An­ ordnung weist eine Radscheibe 20, eine oder mehrere Schaufeln 22 und eine Dichtung 24 auf. Die Orientierung der Schaufeln 22 und der Radscheibe 20 ist so, daß Luft im allgemeinen axial stromabwärts strömt, wie es durch den Pfeil 26 angegeben ist. Die Radscheibe 20 ist im allgemeinen senkrecht zur Strömung 26 und erstreckt sich in Umfangsrichtung, wie es durch den Pfeil 28 gezeigt ist.

In der Radscheibe 20 ist eine Umfangsnut 30 zur Schaufelbefestigung angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Nut 30 eine Schwalbenschwanzform. Es können jedoch auch andere Nutkonfigurationen verwendet werden.

Jede Schaufel 22 weist ein Profil 32 und einen Fuß 34 auf, der durch eine Plattform 36 ge­ trennt ist. Die Plattform 36 bildet eine Oberfläche für das glatte Hinwegströmen der Luftströmung 26. Der Fuß 34 ist in der Nut 30 anbringbar und wird in diese durch einen Ein­ führungsschlitz (nicht gezeigt) eingesetzt. Die Plattform 36 erstreckt sich in Umfangsrichtung über den Fuß 34 hin­ aus zu ersten und zweiten, gegenüberliegenden Enden 38 bzw. 40. Es können mehrere Schaufeln 22 in die Nut 30 eingeführt werden, wie es im folgenden näher erläutert wird. Im voll­ ständig zusammengesetzten Zustand sind benachbarte Schaufeln 22 so angeordnet, daß die Plattformen 36 von benachbarten Schaufeln 22 an ihren entsprechenden Enden 38 und 40 anein­ ander anliegen.

Wie am besten in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, berührt die Dichtung 24 im allgemeinen die Nut 30 und die Plattform 36 an Kontaktgrenzflächen 42 bzw. 44. Die Dichtung 24 er­ streckt sich in einer Umfangsrichtung 28 vom Fuß 34 zum ersten Ende 38.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Umfangsnut 30 in der Radscheibe 20 einen schwalben­ schwanzförmigen axialen Querschnitt. Wie in Fig. 3 ge­ zeigt ist, weist die Schwalbenschwanznut 30 im allgemeinen radial nach innen gerichtete Oberflächen 46 und 48 auf. Der Fuß 34 hat eine ähnliche Schwalbenschwanzform mit radial nach außen gerichteten Oberflächen 50 und 52. Jede der Flä­ chen 50 und 52 passen mit den Oberflächen 46 bzw. 48 zusam­ men. Die Dichtung 24, die in der Nut 30 zwischen benachbar­ ten Schaufelfüßen 34 angeordnet ist, paßt in ähnlicher Weise mit nach innen gerichteten Oberflächen 46 und 48 und paßt mit der Plattform 36 zusammen.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Dichtung 24 eine axiale Querschnittsform, die mit einem ra­ dial äußeren Abschnitt des Fußes 34 zusammenpaßt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 24 elastisch. Es können jedoch auch andere Materialien mit wirksamen Dich­ tungseigenschaften verwendet werden.

Im Betrieb hat Luft 26 hinter einer Schaufel 22 die Nei­ gung, eine Leckagebahn unter der Plattform 36 und zwi­ schen benachbarten Schaufelfüßen 34 nach einem Bereich mit niedrigerem Druck vor den Schaufeln 22 zu suchen. Die Dich­ tung 24 drückt, wenn Zentrifugalkräfte vorhanden sind, in Umfangsrichtung gegen den Schaufelfuß 34 und in radialer Richtung gegen nach innen gerichtete Oberflächen 46 und 48 der Nut 30 und gegen die Plattform 36, um eine derartige Leckage zu verhindern. Ferner liegt jede Dichtung 24 in Umfangsrichtung gegen eine ähnliche Dichtung an, um die dazwischen auftretende Leckage zu verhindern. Weiterhin haben die Zentrifugalkräfte auf die Dichtung 24 während einer Rotation des Rotors 18 die Tendenz, die Dichtung 24 in einen innigen Eingriff mit den Oberflächen 46 und 48, der Plattform 36 und aneinander anstoßenden Dichtungen zu drücken.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Dichtung 24 an der Plattform 36 und/oder gewählten Flächen des radial äußeren Abschnittes des Fußes 34 dauerhaft befestigt sein. Auf diese Weise müssen weniger Stücke während der Montage gehandhabt werden. Falls eine Schaufeleinführungsnut mit einer Umfangslänge verwendet wird, die gleich dem Schaufelfuß 34 ist, kann die Schau­ fel/Dichtungsanordnung in der Weise eingeführt werden, daß der Fuß 34 durch diese Nut abgesenkt wird, während gleich­ zeitig die äußeren Oberflächen 50 und 52 der elastischen Dichtung 24 gequetscht werden, um einen Eintritt in die Nut 30 zu gestatten. Es kann notwendig sein, Verriegelungs­ ansätze und entsprechende Verriegelungsnuten in der Nut 30 zu verwenden, um eine Umfangsbewegung der Schaufeln 22 zu verhindern. Beispielsweise beschreibt die US-PS 3 216 700 eine Form eines Verriegelungsansatzes und einer Nut, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ver­ wendet werden können. Dabei kann eine gewisse Leckage um diese Ansatzstücke herum auftreten. Da jedoch üblicherweise nur ein oder zwei Verriegelungsansätze in einer Schaufel­ reihe verwendet werden, ist die Leckagemenge nicht signi­ fikant.

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Dichtung 24a verwendet, die etwa die doppelte Umfangslänge der Dich­ tung 24 aufweist. Wie die Dichtung 24 berührt im allgemeinen die Dichtung 24a die Nut 30 und die Plattform 36, aber sie erstreckt sich in Umfangsrichtung bis zum benachbarten Schaufelfuß 34.

Im Betrieb drückt die Dichtung 24a gegen die Plattform 36, gegen radial nach innen gerichtete Oberflächen 46 und 48 der Nut 30 und gegen benachbarte Schaufelfüße 34, um die Strömung von Strömungsmittel unter der Plattform 36 und zwischen benachbarten Schaufelfüßen 34 zu vermindern. Zusätzlich zu den wirksamen Dichtungseigenschaften der Dichtung 24 und der Dichtung 24a zeigt jede einen weiteren Vorteil hinsichtlich einer elastischen Dämpfung von Schwingungen, die in den Schaufeln 22 hervorgerufen werden.

Es sind jedoch noch weitere Ausführungsbeispiele möglich. So ist die Dichtung gemäß der Erfindung bei Verdichtern, Turbi­ nenrotoren oder irgendeiner Anordnung anwendbar, bei der mehrere Schaufeln in eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut angebracht sind, wie beispielsweise bei Statoranordnungen.

Claims (4)

1. Dichtung für einen Schaufelfuß eines Rotors mit einer Radscheibe, in der eine Umfangsnut zur Schaufelbe­ festigung angeordnet ist, die im wesentliche radiale, nach innen gerichtete, gegenüberliegende Flächen aufweist, ferner mit in Umfangsrichtung benachbarten Schaufeln, die jeweils ein Profil und einen Fuß aufweisen, die durch eine Plattform voneinander getrennt sind, wobei jeder Fuß im wesentlichen radiale, nach innen gerichtete Flächen auf­ weist, die beim Einsetzen des Fußes in die Umfangsnut mit den nach innen gerichteten Flächen der Umfangsnut zusammen­ passen, und die Plattform sich in Umfangsrichtung über den Fuß hinaus erstreckt zu gegegenüberliegenden Plattform­ enden, und mit der Dichtung, die mit der Umfangsnut und der Plattform in Kontakt ist und sich in Umfangsrichtung von dem Fuß zu wenigstens einem Plattformende erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Querschnitt der Dichtung (24; 24a) mit einem radial äußeren Abschnitt des Fußes im wesentlichen übereinstimmt und sowohl mit den nach innen gerichteten Flächen (46, 48) der Umfangsnut (30) als auch der Plattform (36) zusammenpaßt.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Schaufeln aneinander anliegende Plattformen (36) aufweisen und jede Dichtung (24; 24a) sich bis zum Ende ihrer entsprechenden Plattform erstreckt.

3. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (24; 24a) elastisch ist.

4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (24) zwei Dichtungsteile aufweist, die jeweils an einem benachbart Schaufelfuß befestigt sind.