DE3825951A1 - Turbinenschaufelplattformdicht- und -schwingungsdaempfungsvorrichtung - Google Patents
Turbinenschaufelplattformdicht- und -schwingungsdaempfungsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Plattformdicht- und
-schwingungsdämpfungsvorrichtung für ein
Gasturbinentriebwerk und betrifft insbesondere ein
Dichtungs- und Dämpfungssystem, bei dem ein Einsatz
zwischen den Rändern von sich gegenüberliegenden
Schaufelplattformen benutzt wird.
Gasturbinentriebwerke, bei denen die Erfindung Anwendung
findet, haben üblicherweise mehrere Schaufeln, die in
benachbarten Positionen und sich radial erstreckend um den
Umfang eines Laufrades oder einer Rotorscheibe befestigt
sind. Jede Schaufel ist mit einem Schaufelblatt, einer
Plattform und einem Fuß versehen, die aneinander angeformt
sind, und ist Plattformrand an Plattformrand über einen
Abstandsspalt mit einer benachbarten Schaufel befestigt.
Bei solchen Anordnungen besteht ein Bedarf an einer
geeigneten Kühlung der Schaufeln, damit diese in der Lage
sind, Gase hoher Temperatur auszuhalten. Das Kühlen der
Schaufeln erfolgt üblicherweise zum Teil durch die
Zirkulation von kühlerem Gas in dem und um den Fußteil der
Schaufeln. Eine Anordnung zum Abdichten der Spalte zwischen
benachbarten Schaufeln ist üblicherweise vorgesehen, um die
heißen Gase daran zu hindern, unter die Plattformen zu
strömen, und um zu verhindern, daß Kühlgase nach außen
strömen und die Hauptgasströmung stören.
Es ist außerdem notwendig, Schwingungen während des
Triebwerksbetriebes zwischen der Rotorscheibe und den
Schaufeln und zwischen den Schaufeln selbst zu dämpfen. Das
Auftreten und der Grad dieser Schwingungen sind eine
Funktion von vielen Faktoren, zu denen die Gastemperatur,
die Turbinendrehzahl und die Methode, durch die die
Schaufeln in dem Rotor festgehalten werden, gehören.
Unkontrollierte Schwingungen können zum
Schaufelermüdungsbruch führen und Komplikationen bei dem
Festhalten der Schaufeln in der Scheibe verursachen.
Es sind Schaufelplattformspaltdichtungs- und
-schwingungsdämpfungsanordnungen bekannt, bei denen ein
langgestreckter Einsatz benutzt wird, der in einen
komplementär geformten Schlitz od.dgl. eingepaßt wird,
welcher zwischen den Plattformrändern von benachbarten
Schaufelgebilden gebildet ist, so daß Fliehkräfte, die auf
das Element bei der Drehung des Rotors einwirken, den
Einsatz radial nach außen in Berührung mit den einander
gegenüberliegenden Plattformrändern treiben und den Spalt
abdichten.
Die Montage dieser bekannten Spaltdichtungssysteme ist
jedoch zeitraubend und teuer, denn sie erfordert
üblicherweise das sorgfältige Ausrichten und Positionieren
jedes kleinen Einsatzelements in seinem entsprechenden
Schlitz. Wenn ein Element mit der falschen Ausrichtung
eingesetzt wird, sind eine richtige Abdichtung und
Dämpfung ausgeschlossen. Außerdem kann die Toleranz, die
zum Sicherstellen der richtigen Ausrichtung zwischen dem
Einsatz und dem Schlitz erforderlich ist, so eng sein, daß
Fliehkräfte den Einsatz in dem Schlitz zu fest verkeilen
und das Kühlen der Plattformränder total blockieren.
Darüber hinaus ist bei einigen Schaufelkonstruktionen nicht
genug Raum zum Aufnehmen einer solchen
Einsatzdichtungs- und -dämpfungsanordnung, und zwar wegen
der engen Nähe zwischen dem Schaufelblatt und dem
Plattformrand in dem Gebiet maximaler Schaufelblattdicke.
Aufgabe der Erfindung ist es, die obigen und weitere
Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.
Erfindungsgemäß erreicht wird das mit Hilfe eines
Plattformdichtungs- und -dämpfungssystems für ein
Gasturbinentriebwerk, welches ein Einsatzelement hat, das
relativ zu den einander gegenüberliegenden Plattformrändern
selbstausrichtend ist, so daß es ohne die Notwendigkeit
einer Ausrichtung oder Orientierung leicht eingebaut werden
kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung hat ein Dichtungs- und
Dämpfungssystem ein Einsatzelement, das zwischen einander
gegenüberliegenden Plattformrändern von benachbart
befestigten Rotorschaufeln lose aufgenommen werden kann,
wobei die Oberflächen des Einsatzes so ausgebildet und
angeordnet sind, daß sie mit den Oberflächen der
gegenüberliegenden Plattformränder so zusammenwirken, daß
sich das Einsatzelement in die Spaltabdichtposition selbst
ausrichtet, wenn es normalen Fliehkräfen ausgesetzt ist,
die bei der Drehung des Rotors auftreten.
Der Plattformrand einer Rotorschaufel ist mit einer Tasche
versehen, deren radiale äußere Ausdehnung durch eine
geneigte ebene Fläche oder Fase bestimmt wird, und der
entgegengesetzte Plattformrand einer benachbart befestigten
Schaufel hat eine ebene Fläche, die relativ zu der geneigten
Fläche der einen Schaufel so angeordnet ist, daß die
Ebenen der beiden Flächen unter einem Konvergenzwinkel α
nach außen zu einem Abstandsspalt konvergieren, der zwischen
den einander gegenüberliegenden Rändern vorhanden ist.
Ein Einsatzelement, das in der Tasche aufgenommen ist, hat
ebene Flächen, die um eine zentrale Achse angeordnet sind,
wobei die Einsatzflächen so ausgebildet und positioniert sind,
das ungeachtet der Orientierung, mit der das Einsatzelement
in der Tasche aufgenommen wird, die während der Drehung
des Rotors erzeugten Fliehkräfte eine Fläche des Einsatzes
in Dichtberührung mit der geneigten ebenen Fläche des
Plattformrandes der einen Schaufel treiben und eine
weitere Fläche des Einsatzes in Dichtberührung mit der
ebenen Fläche des entgegengesetzten Plattformrandes der
benachbarten Schaufel treiben.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die ebenen Flächen
des Einsatzelements symmetrisch um dessen Achse angeordnet,
wobei die Ebenen von benachbarten Elementflächen axial im
Uhrzeigersinn und axial im Gegenuhrzeigersinn unter
demselben Konvergenzwinkel α wie die
Ebenen der entgegengesetzten Plattformrandflächen
konvergieren. Ein exemplarisches System, bei dem ein Einsatz
mit Flächen benutzt wird, die axial angeordnet sind, so daß
sie einen regelmäßigen Polygonquerschnitt darstellen
(nämlich einen Querschnitt in Form eines gleichseitigen
Dreiecks), ist im folgenden ausführlicher beschrieben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine
Turbinenrotor- und
Schaufelanordnung, die mit der
Erfindung versehen ist,
Fig. 2 einen Teilaxialschnitt durch eine
Stufe von Turbinenschaufeln, die
mit der Erfindung versehen sind,
Fig. 3 eine auseinandergezogene
perspektivische Darstellung der
Erfindung bei deren Verwendung an
benachbarten Schaufeln,
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines
Teils von Fig. 2 zur
Erleichterung des Verständnisses
der Erfindung,
Fig. 5 eine Seitenansicht einer Schaufel
nach Fig. 1 mit konkavem
Schaufelblatt,
Fig. 6 eine Seitenansicht einer
benachbarten Schaufel nach Fig. 1
mit konvexem Schaufelblatt,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer
bevorzugten Ausführungsform eines
Dichtung/Dämpfer-Einsatzelements
nach Fig. 1, und
Fig. 8 und 9 perspektivische Ansichten von
alternativen Ausführungsformen
des Einsatzelements nach Fig. 7.
In den Zeichnungen tragen gleiche Elemente gleiche
Bezugszahlen.
In den Zeichnungen wird zunächst auf die Fig. 1 und 2
Bezug genommen, in denen ein Schaufelplattformdichtungs
und -dämpfungssystem nach der Erfindung gezeigt ist, das
insbesamt mit 10 bezeichnet ist und an einer
Turbinenscheibe oder einem Laufrad 11 verwendet wird,
in dessen Umfang mehrere sich axial erstreckende Schlitze
oder Schwalbenschwänze 12 in gegenseitigen Umfangsabstand
aufweisenden Positionen gebildet sind. In jedem
Schwalbenschanzschlitz 12 ist eine radial vorstehende
Schaufel angeordnet, die einen Fußteil mit einer Basis
oder einem Schaft 13 hat, dessen Form der des
Schwalbenschwanzschlitzes 12 angepaßt ist, so daß er
dadurch während der Drehung des Rotors auf bekannte Weise
reibschlüssig befestigt ist. Die Schaufeln haben im
wesentlichen den gleichen Aufbau, was in Fig. 2 zu
erkennen ist, in der zwei benachbarte Schaufeln mit 14
und 16 bezeichnet sind. Die Schaufel 16 stimmt mit der
Schaufel 14 im wesentlichen überein und weist ein
gewölbtes, mit Flügelprofil versehenes Schaufelblatt 17
auf, das sich auf bekannte Weise in den Heißgasstrom
der Turbine erstreckt. Ein Plattformteil 18 ist an der
Basis des Schaufelblattes vorgesehen und bildet teilweise
die inneren Begrenzungen für die Heißgasströmung durch
den Schaufelkranz.
Gemäß Fig. 2 haben die Schwalbenschwanzschlitze 12 eine
Tiefe, die größer ist als die Schwalbenschwanzhöhe des
Fußes 13, um das Einführen der Schäfte und das Fördern von
Kühlluft zu den Schäften zu erleichtern. Der Raum zwischen
der Unterseite der Schäfte 13 und dem Grund der
Schwalbenschwanzschlitze 12, welcher insgesamt mit der
Bezugszahl 19 bezeichnet ist, wird mit Kühlluft über
mehrere Löcher 20 versorgt, die in dem stromaufwärtigen
Schaufelhalter 21 (Fig. 1) gebildet sind. Der
stromaufwärtige und der stromabwärtige Schaufelhalter 21
bzw. 22 dienen zum Begrenzen der Axialbewegung der
Schaufel. Üblicherweise wird die Kühlluft dem
Schwalbenschwanzschlitz 12 (oder dem Raum 19) aus dem
Verdichter (nicht dargestellt) über einen Durchlaß 23
zugeführt, der eine stationäre Expanderdüse 24 aufweist,
damit die Luft auf bekannte Weise weiter gekühlt wird. Die
Luft strömt durch den Expander 24, durch mehrere Löcher 25
und in eine Kammer 26, welche durch die stromaufwärtige
Seite der Turbinenrotorscheibe 11, eine zweite umlaufende
Scheibe 27 und den stromaufwärtigen Schaufelhalter 22
gebildet ist. Die Scheibe 27 ist durch mehrere Schrauben 28
mit der Turbinenrotorscheibe 11 drehfest verbunden.
Aus der Kammer 26 strömt die Kühlluft dann über die Löcher
20 in den stromaufwärtigen Schaufelhalter und in den
Raum 19 innerhalb der Schwalbenschwanzschlitze 12. Aus den
Schlitzen 12 wird die Luft auf bekannte Weise in den
inneren Teil der Schaufel 16 gefördert. In dem dargestellten
Beispiel wird die Luft über mehrere sich radial erstreckende
Durchlässe 29 gefördert, die in den Fußteilen 13 gebildet
sind. Es kann erwünscht sein, zusätzlich zu den
Kühlluftlöchern 20 eine zweite Reihe von Kühlluftlöchern
30 verfügbar zu haben, die radial außerhalb von ihnen
angeordnet sind, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, um Kühlluft
aus der Kammer 32 zu dem Rand der Turbinenrotorscheibe
zu fördern. In einer alternativen Konstruktion können die
Kühlluftlöcher 30 eliminiert sein, und notwendiger
Kühlluft von dem Turbinenrotorscheibenrand her kann
gestattet werden, zwischen einem Vorsprung 33, der an der
Seite der Turbinenrotorschaufelschäfte anliegt, und dem
Turbinenrotorscheibenrand hindurchzulecken (CDP- oder
Verdichterauslaßdruck-Leckage). Der Vorsprung 33 erfüllt
dann zusätzlich zu seiner Grundfunktion des Verhinderns
von axialer Bewegung der Schaufel 16 in dem
Schwalbenschwanzschlitz 12 auch eine Dichtfunktion.
Die CDP-Leckluft tritt über das Loch 30 in die vordere
Schaufelhalter/Dichtung 21 ein und geht durch den
Sammelraum 34 hindurch in eine Kammer 36 (Fig. 2), um den
oberen Teil der Schaufelschwalbenschwänze und die
Plattformen 35 und 18 zu kühlen. Zusätzlich zu der
CDP-Leckluft aus dem Sanmelraum 34 leckt ein Teil der
Kühlluft aus der Kammer 19 zwischen den Schaufel- und
Scheibenschwalbenschwanzschaftdruckseiten hindurch und in die
Kammer 36. Eines der Hauptziele der Erfindung ist es, heiße
Gase aus dem Hauptgasstrom daran zu hindern, unter die
Plattformen zu gelangen, und die Leckage dieser vereinigten
Kühlluftströmung in der Kammer 36 aufwärts durch die
Schaufelplattformspalte, welche mit der Bezugszahl 37 in
Fig. 2 bezeichnet sind, und in den Hauptgasstrom der Turbine,
der in Fig. 1 durch Pfeile gezeigt ist, zu steuern.
Die Schaufelplattform 18, die der Schaufel 16 zugeordnet ist,
weist eine kurze Seite 38 und eine lange Seite 39 auf, die
sich tangential in entgegengesetzten Richtungen erstrecken und
sich insgesamt axial über die Vorder- und die Hinterkante 40
bzw. 41 der Schaufel hinaus erstrecken, wie es in Fig. 3
gezeigt ist. Die kurze Seite 38 ist auf der konvexen Seite des
Schaufelblattes 17, und die lange Seite 39 ist auf der konkaven
Seite. Ebenso hat die benachbarte Schaufel 14 eine Plattform
mit der kurzen Seite 42 und der langen Seite 43, die sich
gegenseitig zu der kurzen Seite 38 der Schaufel 16 erstrecken,
um die Kammer 36 zusammen mit den oberen Teilen der
Schaufelschwalbenschwänze 13, dem Außenumfang der Scheibe
und dem vorderen und dem hinteren Schaufelhalter 22 bzw. 30
teilweise zu bilden. Von dem Rand auf der langen Seite 43 der
Schaufelplattform 35 aus erstrecken sich radial einwärts zwei
axialen Abstand voneinander aufweisende Plattformflügel 44 und
46, die sich zueinander erstreckende, axial ausgerichtete
Flansche 47 und 48 haben, welche an ihnen befestigt sind, um
eine Tasche 50 an dem Rand der Plattform 35 zum Aufnehmen
eines Dichtung/Dämpfer-Einsatzes 49 zu bilden. Ebenso hat der
Rand der langen Seite 39 der Schaufelplattform 18 ein
ähnliches Taschengebilde 50 zum Aufnehmen eines gleichen
Dichtung/Dämpfer-Elements 49 in der benachbarten Schaufel 16
(Fig. 3).
In Fig. 4 ist zu erkennen, daß der Rand der Plattformlängsseite
43 der Schaufel 14 an der Unterseite eine Schräg- oder
Verschleißfläche 51 hat, die radial nach außen zu ihrer Spitze
52 geneigt ist. Diese Verschleißfläche 51 hat eine insgesamt
ebene Form und dient als Reibbasis, an der das Dichtung/
Dämpfer-Element 49 in reibschlüssige Anlage kommen kann. Der
gegenüberliegende Rand der kurzen Seite 38 der Plattform der
benachbart befestigten Schaufel 16 hat an seiner Spitze eine
Anlagefläche 54, die zusammen mit der Spitze 52 den Spalt 37
bildet, für den eine Dichtfunktion erwünscht ist. Der Spalt 37
ist aus bekannten Gründen zwischen den einander
gegenüberliegenden Plattformrändern vorgesehen, beispielsweise
zum Kompensieren von Wärmeausdehnungen der Schaufeln 14, 16.
Die Anlagefläche 54 hat eine insgesamt ebene Form und ist in
einer sich im wesentlichen radial erstreckenden Ebene
ausgerichtet. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 erstreckt sich
die Anlagefläche 54 weiter radial einwärts als die
entgegengesetzte Spitze 52, so daß ein Teil derselben der
Verschleißfläche 51 gegenüber freiliegt. Dieses Merkmal
ermöglicht die Dämpfungsfunktion der Dichtung, was im folgenden
noch näher beschrieben ist. An dem Dichtung/Dämpfer-
Einsatzelement 49 sind mehrere Einsatzelementflächen 58
gebildet, die, was weiter unten noch näher erläutert ist, so
ausgebildet sind, daß im Betrieb eine Elementfläche die
Plattformrandfläche 51 und eine weitere Elementfläche die
entgegengesetzte Plattformrandfläche 54 berührt und so eine
Dämpfungswirkung hervorruft, um Schwingungskräfte in der
Schaufel zu kompensieren.
Die Fig. 5 und 6 sind Seitenansichten, welche die einander
gegenüberliegenden Ränder der benachbart montierten Schaufeln
14 und 16 deutlicher zeigen. Fig. 5 zeigt die Schaufel 14 von
ihrer konkaven Schaufelblattseite 17 a aus betrachtet; Fig. 6
zeigt die Schaufel 16 von ihrer konvexen Schaufelblattseite
17 b aus betrachtet. Gemäß der Darstellung in Fig. 5 ist der
Plattformrand auf der langen Seite 43 der Plattform 35 mit
einem ebenen Flächenteil 55 versehen, der durch die Ränder der
Flügel 44, 46, der Flansche 47, 48 und der Spitze 52 gebildet
wird. Die Fläche 55 des Randes der langen Seite 43 erstreckt
sich an den Flügeln 44, 46 radial nach innen, um die Seiten
der Tasche 50 nach unten und endet an den zentral gerichteten
Flanschen 47, 48. Die ebene Fläche 55 umgibt die zentrale
Öffnung der Tasche 50, in der das Einsatzelement 49 lose
aufgenommen wird. Die Flansche 47, 48 bilden innere Anschläge,
welche die radial inneren Begrenzungen der Tasche 50 bilden
und die Enden des Einsatzelements 49 bei langsamer
Rotordrehung festhalten. Die Tasche 50 ist in ihrer radial
äußeren Ausdehnung durch die abgeschrägte ebene Fläche 51
begrenzt. Der gegenüberliegende Plattformrand auf der kurzen
Seite 38 der Plattform 18 der benachbart montierten Schaufel
16 hat einen ebenen Flächenteil 56 (Fig. 6), der vorzugsweise
so ausgebildet ist, daß er sich parallel zu dem
gegenüberliegenden Flächtenteil 55 (Fig. 5) der Schaufel 14
erstreckt. Die Fläche 54 der Schaufel 16 ist breiter (d.h. hat
eine größere radiale Ausdehnung) als die gegenüberliegende
Fläche der Spitze 52. Die Flächen 51 und 54 sind in bezug
aufeinander so ausgebildet und positioniert, daß sie in dem
Spalt 37 unter einem Konvergenzwinkel α (vgl. Fig. 4)
aufeinander zu konvergieren.
Fig. 6 zeigt die bevorzugte Ausbildung für die konvexe
Plattformrandfläche 56 der Schaufel 14. Die Schaufel 16 hat
einen gleichmäßigen Übergang vom oberen Ende ihres Fußteils 13
zu dem unteren Ende des Plattformrandes an der Plattformfläche
54 und weist einen ausgehöhlten Bereich in dem zentralen
unteren Gebiet auf der kurzen Seite 38 der Plattform 18 auf.
Zur Anpassung an breite Schaufelblattkonstruktionen unter
Beibehaltung der Schaufelfestigkeit an der Stelle der engsten
Nähe zwischen der konvexen Seite 17 b des Schaufelblattes 17
und dem Plattformrand wird die Breite der Fläche 54 größer
gelassen, indem sie weniger unterschnitten wird.
Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Einsatzelements
49, das in der Tasche 50 lose aufgenommen wird, die zwischen
den einander gegenüberliegenden Plattformrändern von
benachbarten Schaufeln 14, 16 gebildet ist. Das bevorzugte
Element 49 hat mehrere ebene Flächenteile 58, die um seine
Längsachse 59 angeordnet sind, wobei jede Fläche 58 a so
ausgebildet und positioniert ist, daß sie unter einem Winkel
in bezug auf eine Fläche 58 b konvergiert, welche axial im
Uhrzeigersinn derselben angeordnet ist, und unter demselben
Winkel α in bezug auf eine weitere Fläche 58 c konvergiert,
die axial im Gegenuhrzeigersinn derselben angeordnet ist. Es
wird bevorzugt, die Flächen 58 symmetrisch um die zentrale
Achse 59 des Einsatzes 49 anzuordnen, wie es als Beispiel die
regelmäßige polygonale Querschnittsanordnung nach Fig. 7
zeigt. Der Winkel α, unter dem die Flächen 58 konvergieren,
ist dem Konvergenzwinkel α der Flächen 51 und 54 (vgl.
Fig. 4) der entgegengesetzten Plattformrandflächen 51, 54 der
benachbart montierten Schaufeln 14, 16 angepaßt.
Die besondere Ausführungsform des Einsatzelements 49, die in
Fig. 7 gezeigt ist, hat drei ebene Flächen 58 a, 58 b, 58 c, die
symmetrisch um die zentrale Achse 59 angeordnet sind, um
einen gleichseitigen dreieckigen Querschnitt 60 mit einem
Konvergenzwinkel α von 60° zu schaffen. Die Enden 63, 64 des
Einsatzes 49 sind vorzugsweise abgerundet, beispielsweise
durch Anfasen.
Das Element 49 ist relativ zu den Flächen 51 und 54 so
ausgebildet und positioniert, daß ungeachtet dessen, welche
Fläche 58 des Einsatzes 49 nahe dem Flächenteil 51 der Tasche
50 in dem zusammengebauten Gebilde nach den Fig. 1 und 2
angeordnet ist, Fliehkräfte, welche auf das Element 49 bei
schneller Rotordrehung ausgeübt werden, eine Fläche 58 in
Spaltabdichtberührung mit der Fläche 51 und eine weitere
Fläche 58 in Spaltabdichtberührung mit der Fläche 54 einer
benachbarten Schaufel treiben werden. Dadurch wird der Spalt
37 gegen eine unkontrollierte Verbindung zwischen dem
Heißgasgebiet oberhalb der Plattformen 18, 35 und dem
Kühlgasgebiet darunter abgedichtet.
Der Vorgang des Selbstausrichtens der Einsatzelemente 49, die
in Taschen 50 zwischen benachbarten Plattformrändern von
benachbarten Schaufeln 14, 16 aufgenommen sind, ist in Fig. 4
veranschaulicht. Fig. 4 zeigt ein Einsatzelement mit
strichpunktierten Linien in seiner Ruheposition 49′, in der es
innerhalb einer Tasche 50 bei langsamer Rotordrehung lose
aufgenommen ist. Die Flansche 47, 48 (vgl. Fig. 3) hindern die
Enden des Einsatzes 49′ an einer weiteren radialen
Einwärtsbewegung. Wenn die Rotordrehzahl erhöht wird, treiben
Fliehkräfte, welche auf das Element 49 ausgeübt werden, das
Element 49 radial nach außen gegen die konvergierenden Flächen
51, 54 zu dem Spalt 37 hin, wobei der Einsatz in die Position
49′′ getrieben wird, die mit ausgezogenen Linien dargestellt
ist und in der eine der Flächen 58 (z.B. 58 b) gegen die
Fläche 54 der Schaufel 16 und eine andere Fläche 58 (z.B. 58 c)
gegen die Fläche 51 der benachbart montierten Schaufel 14
gepreßt wird. Das dient zum Abdichten des Spalts 37 zwischen
den gegenüberliegenden Plattformrändern 52, 54 der Schaufeln
14, 16 gegen unkontrolliertes Strömen von Gasen zwischen
Gebieten oberhalb und unterhalb der Plattformen 35 und 18.
Darüber hinaus werden Reibungskräfte, die durch das Anpressen
der beiden Flächen 58 (z.B. 58 b und 58 c) an die Flächen 54, 51
erzeugt werden, der Relativbewegung dieser Flächen
entgegenwirken und dadurch eine Dämpfungswirkung erzeugen, die
Schwingungen der einzelnen Schaufeln 14, 16 entgegenwirkt. Das
Selbstausrichten des Einsatzes 49 vereinfacht sehr das
Einführen gegenüber bekannten Anordnungen. Vollständiger
Zugang zur Unterseite der Plattformen ist nicht erforderlich,
und das Versagen der Abdichtung oder der Dämpfung aufgrund
einer Fehlausrichtung ist eliminiert.
Die Fig. 8-9 zeigen alternative Ausführungsformen 149 und 249
des Einsatzelements 49. Das Einsatzelement 149, das in Fig. 8
gezeigt ist, ist mit Nuten 62 versehen, welche die Dichtwirkung
der Flächen 58 im Betrieb unterbrechen, um eine stärkere
Kontrolle über die Leckage von Kühlgas von unterhalb der
Plattformen 35, 18 der benachbart montierten Schaufeln 14, 16
her zu erlauben. Die Nuten 62 sind vorteilhaft, beispielsweise
zum Steigern der Auswärtsströmung von Spülgas zum Kühlen der
Ränder 52, 54, wo normale, ungenutete Flächen sonst zu sehr
abdichten würden. Das Element 249, dasin Fig. 9 gezeigt ist,
hat darüber hinaus eine zentrale Bohrung 64, die über die
Länge des Einsatzelements 249 verläuft, um die Masse des
Elements zu reduzieren, ohne die kontrollierten Dichtwirkungen
zu beeinträchtigen.
Verschiedene Substitutionen und Modifikationen sind in dem
durch die beigefügten Ansprüche festgelegten Schutzumfang der
Erfindung möglich. So sind andere Anordnungen der Flächen 58
bei entsprechender Wahl des Winkels a und entsprechender
Ausbildung und Positionierung der Flächen 51, 54 der
Plattformen 18, 35 möglich, wobei trotzdem die Vorteile der
Erfindung erzielt werden.
Claims (19)
1. Einsatzelement, das zwischen einer ersten und einer zweiten
Randfläche (51, 54), die einander gegenüberliegen und
konvergieren, von benachbarten Schaufelplattformen (18, 35)
eines Rotors eines Gasturbinentriebwerks lose aufgenonmen
wird und durch Fliehkräfte, die aufgrund von hoher
Rotordrehzahl auf es einwirken, einen Splat (37) zwischen den
Randflächen abdichtet und Schwingungen der Schaufeln (14, 16)
dämpft,
gekennzeichnet durch einen langgestreckten Körper mit einer
Längsachse (59) und wenigstens drei Elementflächen (58), die
so ausgebildet und symmetrisch um die Längsachse (59)
angeordnet sind, daß ungeachtet der Ausrichtung, mit der das
Element (49) zwischen den Plattformrändern (52, 54)
aufgenommen wird, die Fliehkräfte eine der Elementflächen
(58) in Dichtberührung gegen die erste Randfläche (51) und
eine andere Elementfläche in Dichtberührung an die zweite
Randfläche (54) treiben werden.
2. Einsatzelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elementflächen (58) insgesamt ebene Flächen (58 a, 58 b,
58 c) sind, die um die Längsachse (59) angeordnet sind, so daß
das Einsatzelement (49) einen regelmäßigen polygonalen
Querschnitt hat.
3. Einsatzelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Querschnitt (60) ein gleichseitiges Dreieck ist.
4. Einsatzelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Enden (63, 64) des Einsatzelements (49) abgerundet sind.
5. Einsatzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Einsatzelement (49) mit einer Nut (62)
versehen ist, die sich umfangsmäßig über die Flächen (58) um
die Achse (59) erstreckt.
6. Einsatzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch eine Bohrung (64), die so ausgebildet
und angeordnet ist, daß sie die Masse des Einsatzelements
(249) reduziert, ohne die Dichtberührung des Einsatzelements
(249) mit den Randflächen (51, 54) zu beeinträchtigen.
7. Vorrichtung zum Abdichten eines Spalts (37) zwischen
einander gegenüberliegenden Rändern (52, 54) von benachbarten
Schaufeln (14, 16) eines Rotors eines Gasturbinentriebwerks
und zum Dämpfen von Schwingungen der Schaufeln (14, 16),
wobei die benachbarten Schaufeln (14, 16) eine erste
Schaufel (14) mit einem ersten Plattformrand (52) und eine
zweite Schaufel (16) mit einem zweiten Plattformrand (54)
umfassen und wobei die erste und die zweite Schaufel (14, 16)
an dem Rotor benachbart montiert und dabei der erste und der
zweite Plattformrand (52, 54) über den Spalt (37) einander
gegenüberliegen,
gekennzeichnet durch ein Einsatzelement (49), das zwischen
dem ersten und dem zweiten Plattformrand (52, 54) lose
aufgenommen ist und mehrere Elementflächen (58) hat, welche so
ausgebildet und um eine Elementachse (59) angeordnet sind, daß
ungeachtet der Winkelausrichtung um die Achse (59), mit der
das Einsatzelement (49) zwischen den Rändern (52, 54)
aufgenommen ist, Fliehkräfte, die auf das Einsatzelement (49)
aufgrund der Rotordrehung einwirken, eine der Elementflächen
(58) in Dichtberührung an den ersten Plattformrand (52) und
eine weitere der Elementflächen (58) in Dichtberührung an den
zweiten Plattformrand (54) treiben.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Einsatzelement (49) ein langgestrecktes Einsatzelement
ist, das eine Längsachse (59) hat, und daß die Elementflächen
(58) symmetrisch um die Achse (59) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elementflächen (58) insgesamt ebene Flächen (58 a, 58 b,
58 c) sind, welche um die Achse (59) angeordnet sind, so daß
das Einsatzelement (49) einen regelmäßigen polygonalen
Querschnitt (60) hat.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Querschnitt (60) ein gleichseitiges Dreieck ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
das Einsatzelement (149; 249) mit einer Nut (62) versehen ist,
die umfangsmäßig über die Flächen (58) um die Achse (59)
verläuft.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das Einsatzelement (249) mit einer Bohrung (64) versehen ist,
die so ausgebildet und positioniert ist, daß sie die Masse des
Elements (249) reduziert, ohne die Dichtberührung der
Elementflächen (58) an den Rändern (52, 54) zu
beeinträchtigen.
13. System zum Abdichten eines Spalts zwischen einander
gegenüberliegenden Plattformrändern (52, 54) von benachbarten
Schaufeln (14, 16) eines Rotors eines Gasturbinentriebwerks
und zum Dämpfen von Schwingungen der Schaufeln (14, 16),
gekennzeichnet durch:
eine erste Schaufel (14), die einen ersten Plattformrand (52) mit einer ersten insgesamt ebenen Randfläche (51) hat;
eine zweite Schaufel (16), die einen zweiten Plattformrand (54) mit einer zweiten insgesamt ebenen Randfläche (54) hat, wobei die erste und zweite Schaufel (14, 16) an dem Rotor benachbart befestigt sind und sich der erste und der zweite Plattformrand (52, 54) über den Spalt (37) einander gegenüberliegen und die erste und die zweite Randfläche (51, 54) in bezug aufeinander so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie radial nach außen zu dem Spalt (37) hin unter einem Konvergenzwinkel (a) konvergieren und die radial äußeren Begrenzungen einer langgestreckten Tasche (50) bilden, die zwischen den Plattformrändern (52, 54) gebildet ist; und
ein langgestrecktes Einsatzelement (49), das in der Tasche (50) lose aufgenommen ist und mehrere insgesamt ebene Elementflächen (58) hat, die in bezug aufeinander so ausgebildet und um eine zentrale Achse (59) angeordnet sind, daß ungeachtet der Ausrichtung, mit der das Einsatzelement (49) in der Tasche (50) aufgenommen ist, Fliehkräfte, welche auf das Einsatzelement (49) aufgrund der Rotordrehung einwirken, eine der Elementflächen (58) in Dichtberührung an die erste Randfläche (51) und eine weitere der Elementflächen (58) in Dichtberührung an die zweite Randfläche (54) treiben werden.
eine erste Schaufel (14), die einen ersten Plattformrand (52) mit einer ersten insgesamt ebenen Randfläche (51) hat;
eine zweite Schaufel (16), die einen zweiten Plattformrand (54) mit einer zweiten insgesamt ebenen Randfläche (54) hat, wobei die erste und zweite Schaufel (14, 16) an dem Rotor benachbart befestigt sind und sich der erste und der zweite Plattformrand (52, 54) über den Spalt (37) einander gegenüberliegen und die erste und die zweite Randfläche (51, 54) in bezug aufeinander so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie radial nach außen zu dem Spalt (37) hin unter einem Konvergenzwinkel (a) konvergieren und die radial äußeren Begrenzungen einer langgestreckten Tasche (50) bilden, die zwischen den Plattformrändern (52, 54) gebildet ist; und
ein langgestrecktes Einsatzelement (49), das in der Tasche (50) lose aufgenommen ist und mehrere insgesamt ebene Elementflächen (58) hat, die in bezug aufeinander so ausgebildet und um eine zentrale Achse (59) angeordnet sind, daß ungeachtet der Ausrichtung, mit der das Einsatzelement (49) in der Tasche (50) aufgenommen ist, Fliehkräfte, welche auf das Einsatzelement (49) aufgrund der Rotordrehung einwirken, eine der Elementflächen (58) in Dichtberührung an die erste Randfläche (51) und eine weitere der Elementflächen (58) in Dichtberührung an die zweite Randfläche (54) treiben werden.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der
zweite Plattformrand (51) weiter eine dritte insgesamt ebene
Randfläche (52) aufweist, die radial außerhalb der zweiten
Randfläche (51) angeordnet ist, zu der ersten Randfläche (54)
parallel ist und dieser über den Spalt (37) gegenüberliegt.
15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die dritte Randfläche (52) umfangsmäßig, radial abwärts
und um die Seiten des zweiten Plattformrandes erstreckt und
die Seiten der Tasche (50) bildet und sich wenigstens
teilweise zu der Mitte des unteren Endes jeder Seite des
Randes hin erstreckt, um die radial inneren Begrenzungen der
Tasche (50) zu bilden.
16. Systm nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elementflächen (58) alle eine ähnliche Konfiguration
und Größe haben und symmetrisch um die zentrale Achse (59)
angeordnet sind.
17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
Einsatzelement (49) einen gleichseitigen dreieckigen
Querschnitt (60) hat und daß der Konvergenzwinkel (α) 60°
beträgt.
18. System nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Breite der ersten Randfläche (54) die
entsprechende Breite der dritten Randfläche (52) in den
zentralen Bereichen der einander gegenüberliegenden Ränder in
einem Ausmaß übersteigt, das wenigstens gleich der Hälfte der
Breite der Elementflächen (58) ist.
19. System nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schaufel (14, 16)
Plattform- und Schaufelblattabschnitte (17, 18) aufweisen, die
einstückig gebildet sind, wobei der Schaufelblattabschnitt
(17) konvexe und konkave Seiten hat, wobei sich der
erste Plattformrand auf der konvexen Schaufelblattseite (17 b)
der Schaufel und der zweite Plattformrand auf der konkaven
Schaufelblattseite (17 a) der Schaufel befindet und wobei die
erste Randfläche (54) einen verdickten Teil (57) an dem Punkt
engster Nähe zwischen der konvexen Seite des Schaufelblattes
(17) und dem ersten Plattformrand aufweist.
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