DE3635986A1 - Dichtungsanordnung zwischen benachbarten bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zwischen benachbarten Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere ist die Erfindung auf Dichtungen zwischen benachbarten Schaufeln eines Gasturbinentriebwerks anwend­ bar.

Bei einem Gasturbinentriebwerk ist es normalerweise notwendig, Dichtungen zwischen denjenigen Teilen benach­ barter Schaufeln vorzusehen, die den Strömungskanal begrenzen, also zwischen Schaufelfüßen und/oder zwischen äußeren Deck­ platten der Schaufeln.

Eine bekannte Dichtungsanordnung weist einen flachen Metallstreifen auf, der den Spalt zwischen benachbarten Fuß- oder Deckplatten überdeckt und in Nuten der beiden benachbarten Platten hineinragt, wie es in Fig. 8 der Zeichnungen dargestellt ist.

Im Betrieb drückt der Gasdruck auf der Seite höheren Druckes den Metallstreifen entlang seiner gesamten Länge gegen die entsprechenden Nutflanken, um eine Dichtung her­ zustellen, die im wesentlichen gasdicht sein sollte.

Es hat sich aber erwiesen, daß infolge von Herstellungs­ ungenauigkeiten und Montagetoleranzen die Nuten der benach­ barten Bauteile nicht exakt parallel, sondern eher schief­ winkelig zueinander verlaufen. Unter solchen Bedingungen ist es natürlich unmöglich, den Spalt zwischen den benachbarten Platten mittels eines flachen Streifens wirksam abzudichten. Der auf den Streifen wirkende resultierende Gasdruck versucht den Streifen zu kippen und damit an einer Kante aus der dichtenden Anlage mit der betreffenden Nutflanke abzuheben, wodurch Gas durch die Dichtung austreten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungs­ anordnung der in Rede stehenden Art im Hinblick auf die Be­ wältigung des eben erörterten Problems zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Dichtungsanordnung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Gas­ turbinentriebwerk, bei welchen die Erfindung Anwendung finden kann,

Fig. 2 zwei benachbarte Schaufeln eines Schaufelkranzes des Gasturbinentrieb­ werks nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 2,

Fig. 4 eine Untersicht in Richtung des Pfeiles B in Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt in der Ebene C-C in Fig. 4,

Fig. 6 einen Schnitt der in der Ebene D-D in Fig. 3,

Fig. 7 einen Schnitt ebenfalls in der Ebene D-D in Fig. 3 bei einem Fluchtungsfehler der Nuten in den benachbarten Schaufelplatten, und

Fig. 8 zum Vergleich eine herkömmliche Dichtungsanordnung.

Das in Fig. 1 dargestellte Gasturbinentriebwerk 10 weist einen Lufteinlauf 12, einen Verdichterbereich 13, einen Brenn­ kammerbereich 14 und einen Turbinenbereich 15 auf, der in einer Strahldüse 16 endigt. Ein aufgebrochener Gehäuseteil im Turbinenbereich 15 zeigt schematisch die mit der erfindungs­ gemäßen Dichtungsanordnung ausgestatteten Turbinenschaufeln.

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab eine ausschnittweise An­ sicht des in Fig. 1 im aufgebrochenen Gehäusebereich ange­ deuteten Turbinenschaufelkranzes mit zwei Schaufeln 17 und 18, die jeweils aus einem Schaufelblatt 19, einer äußeren Deck­ platte 20 und einer inneren Deckplatte 21 bestehen. Die äußere Deckplatte 20 und die innere Deckplatte 21 der beiden Schaufeln 17 und 18 sind miteinander zu einer einstückigen Einheit verbunden, so daß ein Schaufelkranzsegment 22 gebildet wird. Die umfangsmäßigen Endflächen 23 und 24 der inneren Deckplatten 21 und der äußeren Deckplatten 20 sind jeweils mit axial verlaufenden Nuten 25 versehen, die Be­ standteil der Dichtungsanordnung bilden. Jede dieser Nuten 25 wirkt mit einer entsprechenden Nut 25 in der gegenüber­ liegenden Endfläche 23 bzw. 24 des nächstbenachbarten Schaufelkranzsegments 22 (in den Fig. 5 und 6 gestrichelt angedeutet) zusammen, um eine Kammer 26 zu bilden, in welche ein Dichtungselement 27 eingelegt ist. Das am besten in Fig. 7 sichtbare Dichtungselement besteht aus einem Metall­ streifen mit bogenförmig gewölbtem Querschnitt, so daß er eine konvexe Seite 30, eine konkave Seite 31 und zwei Längskanten X und Y aufweist.

Aus den Zeichnungen allgemein, insbesondere aber aus den Fig. 5 bis 7, ist ersichtlich, daß das Dichtungselement 27 entlang des Spalts 28 zwischen den Deckplatten benachbarter Schaufelkranzsegmente verläuft und in die Nuten 25 der gegen­ überliegenden Endflächen 23 bzw. 24 der benachbarten Deck­ platten eingreift, so daß die Kanten X und Y und die konvexe Seite 30 des Dichtungselements an den Nutflankenflächen 29 anliegen.

Wie aus Fig. 7 hervorgeht, hat das Dichtungselement 27 einen Höhe H, die geringfügig größer als der senkrechte Abstand h zwischen den beiden Nutflankenflächen 29 jeder Nut 25 ist. Beim Zusammenbau bewirkt die kleine Differenz H - h, daß das Dichtungselement 27 entlang seiner Länge kontinuierlich etwas verformt wird, so daß die Kanten X und Y des Dichtungselements 27 bezüglich des exakten Ver­ laufs der Nutflankenflächen 29 jeder Nut 25 ausgerichtet und in dichtende Anlage daran angedrückt wird, während gleichzeitig die konvexe Seite 30 an der gegenüberliegenden Nutflanke 29 einer oder beider Nuten 25 dichtend anliegt.

Im Betrieb ist das Dichtungselement 27 so positioniert, daß seine konvexe Seite 30 dem höheren Druck ausgesetzt ist, was bewirkt, daß der Anlagedruck der Kanten X und Y an den Nutflanken 29 verstärkt und damit eine effizientere Dichtung erreicht wird.

Infolgedessen ist auch einsichtig, daß eine effiziente Dichtung sogar ohne Zuhilfenahme eines vorgesespannten Sitzes durch die Differenz H - h erreicht wird. In dem Falle, daß H kleiner als h ist, beispielsweise wegen Montageproblemen, hat es sich herausgestellt, daß der auf das Dichtungs­ element 27 wirkende Gasdruck P zur Aufrechterhaltung einer guten Dichtung entlang beider Kanten X und Y über die gesamte Länge des Dichtungselements 27 ausreicht.

Zwar sind die Nutflanken 29 jeder Nut zueinander parallel verlaufend dargestellt, jedoch braucht dies nicht der Fall zu sein. Tatsächlich können die Nutflanken zum Nutgrund hin konisch zusammenlaufen, wodurch der Sitz des Dichtungsele­ ments 27 noch verbessert wird.

Obwohl das obige Ausführungsbeispiel die Anwendung der Dichtungsanordnung zwischen benachbarten Schaufeln bzw. Schaufelkranzsegmenten eines Gasturbinentriebwerks zeigt, kann diese Dichtungsanordnung zwischen beliebigen benach­ barten Teilen eingesetzt werden, zwischen denen eine wirk­ same Dichtung herzustellen ist.

Beispielsweise kann die Dichtungsanordnung statt bei einem Leitschaufelkranz, wie in den Zeichnungen dargestellt, auch bei einem Laufschaufelkranz Anwendung finden. Dabei kann die Fliehkraft ausgenutzt werden, um das Dichtungs­ element 27 im Betrieb des Triebwerks mit seinen Kanten fest gegen die betreffenden Nutflanken zu drücken. Vorzugsweise ist also die Dichtung 27 so positioniert, daß die Fliehkraft auf die konvexe Seite gerichtet ist und dadurch die Dicht­ wirkung noch weiter verbessert wird.

Während im beschriebenen Ausführungsbeispiel das Dicht­ ungselement 27 mit bogenförmigen gekrümmtem Querschnitt dar­ gestellt ist, können auch alternative Gestaltungsformen An­ wendung finden, beispielsweise eine V-Form. Das grundsätzliche funktionale Erfordernis besteht lediglich darin, daß eine Seite 31 des Dichtungselements 27 vertieft und die andere Seite 30 so geformt ist, daß eine Deformation des Dichtungs­ elements 27 unter einem äußerlich einwirkenden Druck in dichtende Anlage der beiden Streifenlängskanten mit den betreffenden Dichtungsgegenflächen möglich ist.

Claims (5)

1. Dichtungsanordnung zwischen benachbarten Bauteilen, wobei die einander zugewandten Flächen der benachbarten Bau­ teile jeweils mit einer Nut versehen sind und die einander gegenüberliegenden Nuten zusammen eine Kammer bilden, in welche ein Dichtungselement eingesetzt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dichtungselement (27) als Dichtungs­ streifen mit einer konvexen Seite (30), einer konkaven Seite (31) und zwei Längskanten (X, Y) ausgebildet ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die benachbarten Bauteile Schaufelkranz­ segmente (17, 18) eines Gasturbinentriebwerks mit Schaufel­ blatteilen (19) und Deckplatten (20, 21) sind, welch letztere an ihren einander zugewandten Endflächen die Nuten (25) auf­ weisen.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement, von der die beiden Längskanten (X, Y) enthaltenen Ebene aus gemessen, eine Höhe (H) seines konvexen Querschnittprofils hat, die größer als der Abstand (h) der beiden Nutflanken (29) der die Kammer (26) zur Aufnahme des Dichtungselements (27) bildenden Nuten (25) ist.

4. Anwendung der Dichtunsanordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3 bei den inneren Deckplatten (21) eines Gas­ turbinenschaufelkranzes.

5. Anwendung der Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei den äußeren Deckplatten eines Gasturbinenschaufelkranzes.