DE3730411A1 - Dichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zwischen zwei oder mehr Bauteilen einzusetzende Dichtung und ist insbesondere bei Kühlanordnungen im Dichtungsbereich zwischen benachbarten Schaufeln eines Gasturbinentriebwerks anwendbar.

Bei einem Gasturbinentriebwerk ist es normalerweise notwendig, Dichtungen zwischen denjenigen Teilen von benach­ barten Schaufeln vorzusehen, die den Strömungskanal begrenzen, d.h. zwischen den Schaufelfußplatten und/oder zwischen äußeren Deckbandplatten der Schaufeln.

Eine bekannte Dichtung besteht aus einem flachen Streifen aus Metall, der entlang des Spalts zwischen den benachbarten Fuß- oder Deckbandplatten angeordnet ist und in gegenüber­ liegende Nuten eingreift, die in jeder der benachbarten Fuß- oder Deckbandplatten gebildet sind, wie in Fig. 11 darge­ stellt ist.

Im Betrieb drängt der auf den Dichtungsstreifen wirkende hohe Gasdruck diesen gegen die Nutwände, wo er entlang seiner ganzen Länge kontinuierlich anliegt und eine gasdichte Dichtung herstellt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß aufgrund des Vorhanden­ seins der Nuten und des Dichtungsstreifens es schwierig ist, eine hinreichende Kühlung im Bereich der Stoßfuge zwischen den beiden benachbarten Schaufelplatten zu erreichen, und dies kann zu einer Überhitzung und Zerstörung der Schaufel­ platten führen, was schließlich das Auslecken von unter hohem Druck stehendem Arbeitsmittel aus dem Strömungskanal nach sich ziehen kann - ein natürlich unerwünschtes Ergebnis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung zu schaffen, welche die oben erläuterten Probleme verringert und möglichst ganz ausschaltet.

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

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach­ stehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinentriebwerks, bei welchem die Erfindung Anwendung findet,

Fig. 2 einen Ausschnitt eines Schaufel­ kranzes des in Fig. 1 gezeigten Gasturbinentriebwerks mit Dichtungen nach der Erfindung,

Fig. 3 in isometrischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform eines Dichtungsstreifens,

Fig. 4 in isometrischer Darstellung eine zweite Ausführungsform eines Dichtungs­ streifens,

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen in entsprechende Nuten benachbarter Schaufelplatten eingesetzten Dichtungsstreifen nach Fig. 3,

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen in entsprechende Nuten benachbarter Schaufelplatten eingesetzten Dichtungsstreifen nach Fig. 4,

Fig. 7 eine noch weitere Ausführungsform eines Dichtungsstreifens in Draufsicht,

Fig. 8 den Dichtungsstreifen nach Fig. 7 in Seitenansicht,

Fig. 9 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles B in Fig. 2,

Fig. 10 die Einzelheit Z in Fig. 9 in größerem Maßstab, und

Fig. 11 zum Vergleich eine herkömmliche Dichtung zwischen benachbarten Schaufelplatten.

Gemäß Fig. 1 weist ein Gasturbinentriebwerk 10 einen Lufteinlauf 12, einen Verdichterabschnitt 13, eine Brenn­ einrichtung 14, einen Turbinenabschnitt 15 und eine Abgas­ düse 16 auf. Ein aufgebrochener Teil des Gehäuses im Turbinen­ abschnitt 15 zeigt schematisch die Turbinenschaufeln, bei welchen die Erfindung Anwendung findet.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 aufgebrochenen Teils und zeigt zwei Schaufeln 17 und 18, die jeweils ein Schaufelblatt 19, eine äußere Schaufelplatte 20 und eine innere Schaufelplatte 21 aufweisen. Die äußeren Schaufelplatten 20 und die inneren Schaufelplatten 21 der beiden Schaufeln 17 und 18 sind einteilig miteinander ver­ bunden, um so ein Schaufelkranzsegment 22 zu bilden. Die umfangsmäßigen Endflächen 23 und 24 der inneren Schaufel­ platten 21 bzw. der äußeren Schaufelplatten 20 sind jeweils mit einer etwa axial verlaufenden Nut 25 versehen, die Teil der Dichtung bildet. Jede Nut 25 wirkt mit einer entsprechen­ den gegenüberliegenden Nut 25 in der benachbarten End­ fläche 23 bzw. 24 des angrenzenden Schaufelkranzsegments 22 (siehe Fig. 5 und 6) zur Bildung einer Kammer 26 zusammen, in welche ein Dichtungsbauteil 27 eingesetzt ist. Das Dichtungsbauteil 27 hat, wie am besten aus den Fig. 3 bis 7 ersichtlich ist, die Form eines flachen Streifens mit Längs- und Quernuten 28, 29, 30, die in seine Oberseite und in seine Seitenflächen 31 und 32 eingeschnitten sind.

Wie insbesondere aus den Fig. 3 bis 6 hervorgeht, ver­ läuft die Längsnut 28 entlang des Mittelbereichs des Streifens, während eine Mehrzahl von Quernuten 29 die Oberseite des Streifens 27 durchziehen, so daß sie jeweils mit der Längs­ nut 28 sowie mit einer nach unten laufenden Nut 30 in der betreffenden Seitenfläche 32 in Verbindung steht. Die Nuten 28, 29 und 30 stellen Kühlluftströmungswege dar, um Kühlluft von der Unterseite 33 zur Oberseite 31 des Streifens 27 strömen zu lassen.

Gemäß Fig. 4 kann eine alternative Ausführungsform des Dichtungsstreifens 27 so gefertigt werden, daß die in Fig. 3 gezeigten Nuten 30 in den Seitenflächen 32 weggelassen werden. Diese letztere Ausführungsform, obwohl sie unter normalen Betriebsbedingungen eine ausreichende Kühlung im Dichtungs­ bereich herbeiführt, kann aber unter gewissen, nachstehend noch im einzelnen beschriebenen Umständen zu Problemen wegen einer zu geringen Kühlluftströmung führen.

In Fig. 5 ist das Dichtungsbauteil 27 in die Kammer 26 eingesetzt dargestellt, wobei die Längs- und Quernuten 28 und 29 auf der Niederdruckseite LP der Kammer liegen. Eine Mehrzahl von Kühlluftöffnungen 33 und 34, die sowohl auf der Hochdruckseite als auch auf der Niederdruckseite der Kammer 26 an der Stoßfuge 36 zwischen den benachbarten Schaufelplatten gebildet sind, lassen Hochdruckluft von der Hochdruckseite HP her in die Kammer 26 eintreten, um das Dichtungsbauteil 27 gegen die niederdruckseitige Wand 35 der Kammer zu drängen und dadurch eine Abdichtung der Stoß­ fuge 36 zwischen den Schaufelplatten herzustellen. Es ist klar, daß das Dichtungsbauteil 27 eine begrenzte Luftmenge durch die Kühlnuten 28, 29 und 30 austreten läßt, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, so daß der im Bereich des Dichtungsbauteils 27 liegende Bereich der Schaufelplatten 20 und 21 zusammen mit dem Dichtungsbauteil 27 gekühlt wird. Die Kühlluft kann durch die Luftöffnungen 34 auf der Nieder­ druckseite der Stoßfuge 36 aus der Längsnut 28 austreten.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die alternative Aus­ führungsform des Dichtungsstreifens 27, die in Fig. 4 dar­ gestellt ist, in der gleichen Weise wie oben beschrieben eingesetzt werden kann. Das Fehlen von seitlichen Kühl­ nuten 30 könnte jedoch zu Kühlungsproblemen führen, falls das Dichtungsbauteil 27 innerhalb der Kammer 26 sich seit­ wärts so verschiebt, daß seine Seitenflächen 37 und 38 mit den Nutgrundflächen 39 oder 40 der Nuten 25 in Anlage kommt, da dann keine oder nur noch wenig Luft in die Quernuten 39 einströmen kann. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn die Nutgrundflächen der Nuten 25 ebene Flächen sind, wie im rechten Teil der Fig. 6 gestrichelt angedeutet ist.

Aus Fig. 7, die eine noch weitere Ausführungsform des Dichtungsbauteils zeigt, ist ersichtlich, daß die Quer­ nuten 29 auch unter einem Winkel Φ zur Längsachse 42 des Dichtungsstreifens verlaufen können.

Die Fig. 9 und 10 zeigen ein Dichtungsbauteil 27 in ein Schaufelkranzsegment 22 eingesetzt, dessen umfangs­ mäßige Endflächen zweckmäßigkeitshalber unter einem Winkel R schräg zur Längsachse 43 des Triebwerks 10 bzw. des Segments 22 verlaufen. Der Winkel R ist gleich dem Winkel Φ, so daß jede Quernut 29 senkrecht zu der Achse 43 verläuft. Ein in der oben beschriebenen Weise ausgebildetes Dichtungs­ bauteil 27 hat den Vorteil, daß es die gleiche Menge Kühl­ luft in beide gegenüberliegende Nuten 25 leitet, in welche es eingesetzt ist. Dies verhindert Überhitzung und ver­ längert die Standzeit der Schaufelkranzsegmente 22.

In Fig. 7 ist auch dargestellt, daß es, falls an einem bestimmten Bereich des Schaufelkranzsegments 22 eine stärkere Kühlung notwendig ist, die Anzahl der Quernuten 29 pro Längeneinheit des Dichtungsbauteils erhöht werden kann, wie dies im Bereich P dargestellt ist.

Ein Beispiel eines für den Einsatz bei dem Dichtungs­ bauteil 27, das Temperaturen von bis zu 600°C ausgesetzt ist, geeigneten Werkstoffs ist Nimonic 75; jedoch können natürlich auch andere Werkstoffe verwendet werden.

Claims (4)

1. Dichtung zwischen benachbarten Bauteilen, mit einem streifenförmigen Dichtungsbauteil (27), das in eine durch gegenüberliegende Nuten (25) der benachbarten Bauteile gebildete Kammer (26) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsbauteil an der Streifenoberseite mit einer Längsnut (28) sowie einer Mehrzahl von Quernuten (29) ver­ sehen ist, welch letztere Strömungskanäle zwischen den Seitenflächen (32) des Dichtungsbauteils (27) und der Längsnut (28) bilden.

2. Dichtungsbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch an den Streifenseitenflächen (32) Nuten (30) gebildet sind, die zwischen der Streifenunter­ seite (33) und den genannten Quernuten (29) verlaufen.

3. Dichtungsbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenunterseite (33) druckmittel­ beaufschlagt ist, um das Dichtungsbauteil mit seiner Streifen­ oberseite (31) gegen die betreffende Wand (35) der Kammer (26) zu drängen.

4. Dichtungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Druckmittel durch die Längs- und Quernuten (28, 29, 30) des Dichtungsbauteils geleitet wird, um das Dichtungsbauteil und die benachbarten Bau­ teile (22) im Bereich der die Kammer (26) bildenden Nuten (25) zu kühlen.