DE60311536T2

DE60311536T2 - Abdichtvorrichtung für die Wanddurchführung eines Rohres

Info

Publication number: DE60311536T2
Application number: DE60311536T
Authority: DE
Inventors: Mario Pecchioli
Original assignee: Nuovo Pignone Holding SpA; Nuovo Pignone SpA
Current assignee: Nuovo Pignone Holding SpA; Nuovo Pignone SpA
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: ITMI20020910A0; EP1359364B1; CA2425743A1; DE60311536D1; JP2004003639A; ITMI20020910A1; US20030201640A1; KR100794845B1; JP4520707B2; CA2425743C; US20050121905A1; KR20030085497A; EP1359364A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung zum Anschluss eines Rohres in einer Öffnung.
In der Technik gibt es häufig Fälle, in welchen ein Rohr ein Teilerblech passieren muss, welches zwei Bereiche unterteilt. Ein Beispiel eines derartigen Falles ist in der DE 3 803 492 dargestellt.
Oft ist die Verbindung zwischen dem Rohr und einer Öffnung, welche in dem Teilerblech vorgesehen ist, starr und wird beispielsweise durch Schweißung erzeugt.
Manchmal ist andrerseits die Verbindung zwischen dem Rohr und der Öffnung mit einem dazwischen vorhandenen Spiel frei.
Diese Situation kann aus verschiedenen Gründen erforderlich sein, beispielsweise um unterschiedliche Bewegungen zwischen dem Rohr und dem Teilerblech zu ermöglichen, oder aus Gründen einer Wärmeausdehnung, der das Rohr unterworfen ist.
Insbesondere gibt es in Gasturbinen Rohre für interne Kühlkreisläufe, welche ein Außengehäuse der Turbine mit einem inneren Düsenhaltering verbinden, indem sie durch ein Teilerblech, das auch als Düsensektor bekannt ist, hindurchtreten.
In diesen Fällen ist es erforderlich, Dichtvorrichtungen vorzusehen, um den Durchtritt von Luft in den Raum zwischen dem Rohr und der Öffnung zu verhindern.
In der bekannten Technik werden auf dem Gebiet der Gasturbinen Rohre verwendet, welche mit Scheiben versehen sind, die auf die Außenseite der Rohre aufgeschweißt sind.
Die Scheibe wird gegen eine Oberfläche, welche beispielsweise ein Präzisionsguss des Teilerbleches ist, durch eine Feder angedrückt, welche sicherstellt, dass ein Bereich über dem Teilerblech in Bezug auf einen Bereich auf der Gegenseite des Teilerbleches abgedichtet ist.
Jedoch ist der erzielte Dichtungsgrad nicht optimal, da es aufgrund von geometrischen Verarbeitungstoleranzen und aufgrund unterschiedlicher Bewegungen, die zwischen dem Außengehäuse, mit dem das Rohr verbunden ist, und dem Teilerblech, das an dem inneren Düsenhalterring befestigt ist, schwierig ist, einen perfekten Kontakt zwischen der Scheibe und der Oberfläche des Teilerbleches zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung versucht somit den vorstehend beschriebenen Nachteil zu beseitigen, und insbesondere eine Dichtungsvorrichtung zur Verbindung einer Öffnung in einem Rohr bereitzustellen, das einen hohen Dichtungsgrad selbst bei Vorhandensein geometrischer Unterschiede in der Konzentrizität zwischen dem Rohr und der Öffnung garantiert.
Ferner versucht die Erfindung, eine Dichtvorrichtung zur Verbindung eines Rohres in einer Öffnung zu schaffen, welche besonders zuverlässig, einfach und funktionell ist und niedrige Kosten aufweist.
Diese Aufgaben und weitere gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch die Schaffung einer Dichtvorrichtung für die Verbindung eines Rohres in einer Öffnung gemäß Beschreibung in Anspruch 1 gelöst.
Weitere Merkmale werden in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben.
Vorteilhafterweise wird die Dichtvorrichtung zum Anschluss eines Rohres in einer Öffnung für ein Kühlrohr in einer Gasturbine verwendet, um somit eine größere Einsparung an Kühlluft zu ermöglichen, um aber auch insbesondere ein Vorbeiströmen zu verhindern, welches unerwünscht und schwierig zu bewerten ist.
Die Erfindung wird nun detaillierter im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine Seitenaufrissansicht, teilweise in Querschnitt einer Dichtvorrichtung gemäß der bekannten Technik zum Anschluss eines Kühlrohrs in einer Öffnung in einem Teilerblech in einer Gasturbine ist;
2 eine vergrößerte Seitenaufrissansicht der Dichtvorrichtung von 1 darstellt;
3 eine Seitenaufrissansicht teilweise im Querschnitt einer Dichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Anschluss eines Kühlrohrs in einer Öffnung in einem Teilerblech in einer Gasturbine ist; und
4 eine vergrößerte Seitenaufrissansicht der Dichtvorrichtung in 3 ist.
1 und 2 stellen eine Dichtvorrichtung, die der bekannten Technik entspricht und insgesamt mit 10 bezeichnet ist, zum Anschluss eines Kühlrohrs 12 in einer Öffnung 14 in einem Teilerblech 16 in einer Gasturbine dar.
In dem dargestellten Beispiel weist die Vorrichtung 10 eine Scheibe 18 mit einer Ringform mit zwei flachen Basen und mit einem Zentralloch mit einem Durchmesser auf, welcher derselbe wie der Außendurchmesser des Rohres 12 ist.
Die Scheibe 18 ist auf die Außenseite des Rohres 12 geschraubt und mit dem letzteren beispielsweise durch Verschweißung verbunden.
Die Scheibe 18 des Rohres 12 wird gegen eine ebene Fläche des Teilerbleches 16, in welchem die Öffnung 14 vorgesehen ist mittels einer Druckeinrichtung 20 wie beispielsweise eine Feder angedrückt.
Die Feder 20 kann an einem Ende des Rohres 12 angebracht sein, das der Öffnung 14 in dem Teilerblech 16 gegenüberliegt, und gegen eine Wand vorgespannt sein.
Die Funktion der Dichtvorrichtung 10 der Erfindung ist aus der vorstehend unter Bezugnahme auf 1 gegebenen Beschreibung klar, das heißt, sie wird mittels der Druckwirkung der Druckeinrichtung 20, die ein Teil einer Basis der Scheibe 18 mit der ebenen Fläche des Teilerbleches 16, die um die Öffnung 14 herum angeordnet ist, in Kontakt bringt.
2 stellt ein Situation einer unvollständigen Abdichtung mit einem sich daraus ergebenden Durchtritt von Luft zwischen dem Rohr 12 und der Öffnung 16 dar, welche bei spielsweise durch die unvollständige Komplanarität zwischen der Scheibe 14 und der ebenen Fläche um die Öffnung 14 bewirkt wird.
Ein weiterer Grund für eine unvollkommene Abdichtung kann eine ungenaue Rechtwinkligkeit zwischen der Achse der Scheibe 18 und der ebenen Fläche der Öffnung 14 sein.
Andererseits stellen 3 und 4 eine Dichtungsvorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Erfindung dar, in welcher Komponenten, welche dieselben wie und/oder äquivalent zu den in 1 und 2 dargestellt sind, dieselben um 100 erhöhten Bezugszeichen aufweisen.
Die Dichtungsvorrichtung 10 wird in der Verbindung eines Kühlrohrs 112 in einem Loch 114 in einem Teilerblech 116 in einer Gasturbine eingesetzt.
In dem dargestellten Beispiel weist die Vorrichtung 110 eine sphärische Scheibe 118 mit einer Ringform, mit einer Zentralöffnung mit einem Durchmesser auf, welcher derselbe wie der Außendurchmesser des Rohres 112 ist.
Die Scheibe 118 besitzt eine ebene Basis 117 und eine Basis, welche gemäß einem ringförmigen Anschnitt der sphärischen Oberfläche 119 mit einer Konvexität zu der Außenseite der Scheibe 118 geformt ist. In der Praxis kann diese Form erzielt werden, indem eine Basis einer Scheibe eines bekannten Typs 18, die noch keine zentrale Öffnung aufweist, erweitert wird, um so eine sphärische Kappe zu erhalten: wobei an diesem Punkt die zentrale Öffnung erzeugt wird.
Die sphärische Scheibe ist auf die Außenseite des Rohres 112 aufgeschraubt, wobei die ebene Basis 117 auf der der Öffnung 114 gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Die Scheibe 118 wird mit dem Rohr 112 beispielsweise durch Verschweißung unter Verwendung der ebenen Basis 117 verbunden.
Auf einer ebenen Oberfläche des Teilerbleches 116, welche um die Öffnung 114 herum angeordnet ist, ist eine konische Scheibe 112 mit einer Ringform mit einer Zentralöffnung vorgesehen, die einen Durchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des Rohres 112 aufweist, so dass das Rohr 112 in sie eingeführt werden kann.
Die Scheibe 122 weist eine ebene Basis und eine einer kegelstumpfförmigen Oberfläche 123 entsprechend geformte Basis, auf, wobei die kleinere Basis auf der ebenen Basisseite angeordnet ist.
Die ebene Basis der konischen Scheibe 122 ist auf der ebenen Oberfläche, welche die Öffnung 114 umgibt, so gelagert, dass sie die Achse der Scheibe 122 parallel zu der des Loches 114 macht.
Die sphärische Scheibe 118 des Rohres 112 wird gegen die konische Scheibe 122, welche auf die Scheibe 116 aufgebracht ist, durch eine Druckeinrichtung 120 wie zum Beispiel eine Feder angedrückt.
Die Feder 120 kann an einem Ende des Rohres 112 angebracht sein, das der Öffnung 116 in dem Teilerblech 116 gegenüberliegt, und somit die Feder gegen eine Wand vorspannen.
Die Funktion der Dichtungsvorrichtung 110 gemäß der Erfindung ist aus der unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erfolgten vorstehenden Beschreibung ersichtlich, und kurz gesagt wie folgt.
Die Andruckwirkung der Druckeinrichtung 120 bringt den ringförmigen Abschnitt der sphärischen Oberfläche 119 der sphärischen Scheibe 118 mit der kegelstumpfförmigen Fläche 123 der konischen Scheibe 122 in Kontakt. Insbesondere findet, wie es aus der Geometrie bekannt ist, der Kontakt um einen Umfang herum statt.
Dieses verhindert die Probleme einer durch eine ungenaue Konzentrizität zwischen der Achse der Scheibe 118 und der Achse der Öffnung 114 verursachten unvollkommenen Abdichtung, die.
Somit wird selbst bei Vorliegen axialer Bewegungen zwischen dem Rohr 112, welches beispielsweise an einem Außengehäuse der Gasturbine befestigt ist, und dem Teilerblech 116, oder bei Vorliegen von Drehungen des Rohrs 112, die Abdichtung garantiert.
Zusätzlich neigt die sphärische Scheibe 118, welche durch die Feder 120 angedrückt wird, sich selbst in der konischen Scheibe 122 zu zentrieren und somit auch das Rohr 112 zu zentrieren.
Es sollte angemerkt werden, dass die Figuren Rohre mit einem runden Querschnitt repräsentieren, und dass es offensichtlich ist, dass sich nichts in der Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ändern würde, wenn Rohre mit einem anderen Querschnitt verwendet würden.
Es ist auch offensichtlich, dass die Figuren Rohre darstellen, welche durch das Teilerblech hindurchtreten, wobei es jedoch auch klar ist, dass es nicht an der Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung ändern würde, wenn von Rohren Gebrauch gemacht würde, welche nicht durch das Teilerblech hindurchtreten, sondern sich einfach so weit wie der Anfang des Loches in das Teilerblech selbst hinein erstrecken.
Die gegebene Beschreibung macht die Eigenschaften der Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verbindung eines Rohres in einer Öffnung ersichtlich, und macht auch die entsprechenden Vorteile ersichtlich, welche zur Erinnerung umfassen:

– eine optimale Abdichtung mit entsprechender Einsparung von Kühlluft;
– Beseitigung des Vorbeiblasens von Luft, was unerwünscht und schwierig zu bewerten ist;
– einfache und zuverlässige Anwendung; und
– geringe Kosten im Vergleich zu dem Stand der Technik.

Claims

Armatur mit einem Rohr (112) zur Einführung in ein Loch (114) wobei es um einen Rand des Loches herum abgedichtet ist, wobei das Rohr für ein eingeschränktes Spiel in Bezug auf den Lochrand frei ist; mit einem Dichtungselement (118) mit einer ringförmigen Form und einem das Rohr aufnehmenden zentralen Loch, wobei das Dichtungselement und das Rohr abgedichtet aneinander befestigt sind; wobei das Dichtungselement einen dem Rand des Loches gegenüberliegenden ersten sphärisch gestalteten ringförmigen Oberflächenabschnitt (119) aufweist; mit einer Druckeinrichtung (120) zum Vorspannen des Rohrs und des Dichtungselements zur Bewegung in einer Richtung auf das Loch zu, wobei der sphärische Oberflächenabschnitt an dem Rand des Loches aufliegt; und mit einem zweiten ringförmigen Dichtungselement (122) mit einem zentralen Loch mit einem größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des Rohres und einem kegelstumpfförmig gestalteten ringförmigen Oberflächenabschnitt, der zu und dem sphärisch geformten ersten Oberflächenabschnitt (119) ausgerichtet und diesem gegenüberliegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtungselement einen auf einem ebenen Oberflächenabschnitt um das Loch herum gelagerten ebenen Basisabschnitt und eine zu einer Achse des Loches parallele Achse aufweist, wobei der kegelstumpfförmig gestaltete Oberflächenabschnitt einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des ersten sphärisch gestalteten Oberflächenabschnittes aufweist und auf einer dem ebenen Basisabschnitt gegenüberliegenden Seite des zweiten Dichtungselementes ausgebildet ist, was dem Rohr und dem Dichtungselement ein eingeschränktes Spiel in Bezug auf den Rand des Loches ermöglicht.
Armatur nach Anspruch 1, wobei die Druckeinrichtung (120) eine auf ein Ende der Rohrs (112) aufgesetzte Feder aufweist, welche dem Loch (114) gegenüberliegt und gegen eine Wand vorgespannt ist.
Armatur nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Dichtungselement (118) eine ebene Basis (117) aufweist, welche zum Befestigen des Rohres durch Schweißen verwendet wird.
Armatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die sphärische Basis (119) des Dichtungselementes (118) eine zu der Außenseite des Dichtungselementes (118) selbst gerichtete Konvexität aufweist.
Armatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Rohr (112) ein Kühlrohr in einer Gasturbine ist, welches ein Außengehäuse der Turbine mit einem inneren Düsenhaltering verbindet, indem es durch ein Teilerblech hindurchtritt.