DE3700668C2 - Übergangskanaldichtvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Übergangskanaldichtvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Übergangskanaldichtvorrichtung ist bereits aus der DE-AS 11 06 557 bekannt. Diese Druckschrift zeigt eine mehrere Rotoren aufweisende Gasturbine, in der in einem Raum zwischen einem Hochdruckturbinenrotor und einem Niederdruckturbinenrotor eine Innenwand eines Gasweges vorgesehen ist. Diese Innenwand besteht dabei aus mehre­ ren, aus Segmenten aufgebauten Deckbändern von Turbinenleitschaufelgruppen. Radial innerhalb des Gasweges sind entgegengesetzt angeordnete Kegel vorgesehen, welche mit der Innenwand des Gasweges verbunden sind. Nachteilig an dieser Übergangskanaldichtvorrichtung ist, daß es ins­ besondere bei unterschiedlicher Temperaturerhöhung der zu­ vor genannten Teile zu Wärmespannungen innerhalb und zwi­ schen den miteinander verbundenen Teilen kommen kann.

Aus der DE 34 28 206 A1 ist eine Statoranordnung bekannt, bei der als Übergangskanaldichtvorrichtung dichtend mit­ einander verbundene Kanal- und Deckbandabschnitte vorgese­ hen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Übergangskanaldichtvor­ richtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu ver­ bessern, daß bei Temperaturveränderungen wesentlich weni­ ger Wärmespannungen auftreten.

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

Erfindungsgemäß sind ein vorderer und ein hinterer Kegel miteinander verbunden, und ein äußerer Rand des hinteren Kegels ist zwischen Flanschen von Segmenten und Deckbän­ dern, die gegenseitigen Abstand aufweisen, so aufgenommen, daß bei einer thermischen Ausdehnung eine Relativbewegung zwischen den Teilen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung möglich ist und dennoch ein genauer Abstand zwi­ schen verschiedenen zusätzlichen Dichtelementen und an sie angrenzenden Teilen gewährleistet ist. Dies reduziert die Leckage von Gas und steigert die Gesamtleistung des Mehr­ rotorgasturbinentriebwerks beträchtlich. Bei der Über­ gangskanaldichtvorrichtung nach der Erfindung sind die Segmente an ihren vorderen Enden an dem vorderen Kegel be­ festigt, der so als Schubausgleichsdichtungsträger dient.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Ge­ genstände der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Teils eines Gasturbinentriebwerks, und

Fig. 2 eine Schnittansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Zweitstufenturbine 2 eines Hochdruckrotors mit einer Scheibe 4 und einem Kranz von Laufschaufeln 6 an deren Umfang. Laufschaufeldeckbänder 8 haben nach hinten abstehende Flansche, die so ausgerichtet sind, daß sie eine ringförmige Rippe 10 bilden, die als Dichtele­ ment dient, was im folgenden noch näher beschrieben ist.

Gas aus einer Hochdruckturbine tritt in einen Gasweg 12 ein, der zu einer Niederdruckturbine führt und durch eine äußere Wand 14 und eine aus mehreren Segmenten 18 (vgl. Fig. 2) auf­ gebaute innere Wand 16 gebildet ist. Vorzugsweise ist ein Segment 18 an einem inneren Deckband 20 jeder Leitschaufelgrup­ pe 22 befestigt. Jede Leitschaufelgruppe 22 weist im allgemeinen zwei oder drei Leitschaufeln auf, so daß die Zahl der Segmente 18 klei­ ner ist als die Zahl der einzelnen Leitschaufeln.

Die Segmente 18 haben Flansche 24 an ihren hinteren Enden, die mit passenden Flanschen 26 an den Deckbändern 20 verschraubt sind. Die Flansche 24 und 26 werden durch ein vor­ stehendes Ende 28 des Segments 18, das an dem Deckband 20 an­ liegt, und durch ein Schulterschraubendistanzstück 30, das zwischen den Flanschen 24, 26 angeordnet ist, auf Abstand gehalten. Die als Schulterschrauben ausgeführten Schrauben 32 halten die Teile mittels einer D-Mut­ ter 33 und einer Mutter 35 zusammen. Das Schulterschraubendistanzstück 30 ist an der Schraube 32 angeformt.

Die Segmente 18 und die Deckbänder 20 dienen zum Haltern eines stromaufwärtigen, vorderen Kegels 34, der an seinem äußeren Ende an Flanschen 36 an und nahe dem vorderen Ende der Segmente 18 gehalten wird, und Schrauben 38 halten diesen Kegel 34 an den Segmenten 18 fest. Die Schrauben 38 halten außerdem ein Dicht­ element 40 fest, das sich nach vorn erstreckt und mit der Rippe 10 zusammenwirkt. Ein innerer Rand des vorderen Kegels 34 ist mit einem inneren Rand eines hinteren Kegels 42 mittels Schrauben 44 verschraubt. Der stromabwärtige, hintere Kegel 42 erstreckt sich nach außen und hat Schlitze 46 in seinem äußeren Um­ fang, die sich über die Schrauben 32 erstrecken, so daß er durch diese geführt wird. Eine Axialbewegung des hin­ teren Kegels 42 wird durch seine Position zwischen den bei­ den Flanschen 24 und 26 begrenzt. Eine axiale und radiale Freiheit in diesem Punkt gestattet eine notwendige thermische Ausdehnung während eines Turbinenbetriebes.

Die Schrauben 44 an den inneren Rändern der Kegel 34, 42 hal­ tern außerdem einen Dichtzylinder 48, der durch eine mit Flansch versehene Dämpfungsvorrichtung 50 versteift ist, der ebenfalls durch die Schrauben 44 festgehalten wird. Der Dicht­ zylinder 48 wirkt mit einem ringförmigen Dichtelement 52 zu­ sammen, das durch einen Niederdruckrotor gehaltert ist und Dichtrippen 54 aufweist, die mit dem Dichtzylinder 48 zusam­ menwirken. Der Niederdruckrotor trägt außerdem eine Erststu­ fenrotorscheibe 56, die Laufschaufeln 58 an ihrem Umfang hat, stromabwärts des Kranzes von Leitschaufeln, und die Erststufenro­ torscheibe 56 trägt auf ihrer stromaufwärtigen Seite einen Ring 60, der eine Dichtrippe 62 hat, welche mit einer Dicht­ fläche 64 an den inneren Seiten der Deckbänder 20 zusammen­ wirkt. Der Ring 60 hat eine nach innen gewandte Fläche 66, die mit einer Dichtrippe 68 an einem hinteren Rand eines als Dichtelement 70 ausgeführten Ringes zusammenwirkt, der an dem hinteren Kegel 42 mittels Nie­ ten 72 befestigt ist.

Auf diese Weise steuert das Dichtelement 40 die Leckage zwi­ schen dem Gasweg 12 an dem stromabwärtigen Ende der Hochdruck­ turbine und einem Hohlraum A hinter der Schei­ be 4. Die Kegel 34 und 42 und die Dichtung an dem Dichtzylinder 48 begrenzen die Leckage aus dem Hohlraum A zu einem Hohlraum B vor der Erststufenrotorscheibe 56. Die Kegel 34, 42 begrenzen außerdem die Leckage direkt aus einem Raum C zwischen den Scheiben 4, 56, weil diese Kegel 34, 42 durchgehend sind und weil bei keiner Leckage aus dem Raum C ein Minimum an Leckage vorbei an den zusammenpas­ senden Enden der Segmente 18 auftritt. Das Dichtelement 70 minimiert die Leckage aus dem Hohlraum B in einen Raum D außerhalb des Dichtelements 70, und das minimiert die Leckage zwischen dem Raum B und dem Gasweg 12. Die Abstützung der Konstruktion an den Segmenten 18, die ihrerseits an den Deckbän­ dern 20 abgestützt sind, ergibt eine sichere Anordnung, die die Dichtelemente 40, 70 auf wirksamste Weise festhält und trotzdem die notwendigen thermischen Abmessungsänderungen gestattet. Die Konstruktion erfüllt die Haltbarkeitsanforderungen an Hochdruckturbinen und sorgt für die notwendige Abdichtung an den verschiedenen beschriebenen Stellen.

Claims (4)

1. Übergangskanaldichtvorrichtung zwischen den Hoch- und Niederdruckturbinenrotoren in einem Mehrrotorgasturbinen­ triebwerk, das in Gruppen angeordnete Niederdruckturbinen­ leitschaufeln hat, wobei jede Gruppe an einem inneren Deckband (20) befestigt ist, mehrere Segmente (18) vorge­ sehen sind, die in einem Ring angeordnet sind und eine innere Wand (16) eines Übergangskanals bilden, ein vorderer Kegel (34), ein hinterer Kegel (42) und ein Dichtelement (40, 70) vorgesehen sind, wobei der vordere Kegel (34) an vorderen Teilen der Segmente (18) befestigt ist und sich von diesen aus nach innen erstreckt, der hintere Kegel (42) an dem vorderen Kegel (34) an dessen innerem Rand be­ festigt ist und eine Verbindung mit den Segmenten (18) hat, und wobei das Dichtelement (40, 70) an inneren Rändern der Kegel (34, 42) befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (18) separat von den Deckbändern (20) ausgebildet und jeweils mit einem der Deckbänder (20) verschraubt sind, daß der hintere Kegel (42) mit den Segmenten (18) nahe den Deckbändern (20) ver­ bunden ist, daß die Segmente (18) und die Deckbänder (20) Flansche (24, 26) haben, durch die sie miteinander verbun­ den sind, wobei die Flansche (24, 26) gegenseitigen Ab­ stand haben und zwischen sich einen äußeren Rand des hin­ teren Kegels (42) aufnehmen und wobei der Abstand der Flansche (24, 26) größer als die Dicke des äußeren Randes des hinteren Kegels (42) ist, so daß die Verbindung des hinteren Kegels (42) mit den Segmenten (18) eine Bewegung in axialer und radialer Richtung zuläßt.

2. Übergangskanaldichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kegel (34, 42) durchgehend sind, an ihren inneren Rändern miteinander verschraubt sind und eine Tragvor­ richtung für die Segmente (18) bilden.

3. Übergangskanaldichtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der hintere Kegel (42) Schlitze (46) an seinem Umfang hat und daß die Segmente (18) und die Deckbän­ der (20) durch Schrauben (32) zusammengehalten werden, über die die Schlitze (46) passen.

4. Übergangskanaldichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (18) und die Deck­ bänder (20) durch Schrauben (32) an den Flanschen (24, 26) zu­ sammengehalten werden und daß der äußere Rand des hinteren Ke­ gels (42) Schlitze (46) hat, die über die Schrauben (32) passen.