EP1179654A2 - Honigwabendichtung für eine thermische Turbomaschine - Google Patents

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EP1179654A2
EP1179654A2 EP01115956A EP01115956A EP1179654A2 EP 1179654 A2 EP1179654 A2 EP 1179654A2 EP 01115956 A EP01115956 A EP 01115956A EP 01115956 A EP01115956 A EP 01115956A EP 1179654 A2 EP1179654 A2 EP 1179654A2
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EP
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honeycomb structure
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stator
sheets
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EP1179654B1 (de
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Alexander Dr. Beeck
Ulrich Rathmann
Hans E. Dr. Wettstein
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GE Vernova GmbH
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Alstom Technology AG
Alstom Schweiz AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/127Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with a deformable or crushable structure, e.g. honeycomb
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/20Three-dimensional
    • F05D2250/28Three-dimensional patterned
    • F05D2250/283Three-dimensional patterned honeycomb

Definitions

  • the invention is a seal of a thermal Turbo machine according to the preamble of claim 1.
  • the guide and rotor blades of gas turbines are exposed to heavy loads.
  • the rotor blade of the Gas turbine fitted to the stator in such a way that rubbing occurs.
  • the blades work their way into this structure so that there is a minimal sealing gap between the blades and the Honeycomb structure.
  • the honeycomb structure consists of a heat-resistant one Metal alloy. It is composed of several metal strips, which of the later shape are bent accordingly. Because of this honeycomb structure double-walled webs and simple connections between the jetties.
  • the aim of the invention is to overcome these disadvantages.
  • the invention solves the Task, the friction behavior between the blades and the Honeycomb structure to improve and the undesirable side effects of Friction, such as heating up the components involved Reduce.
  • the sheet thickness of the individual can be advantageous for achieving the same goal Sheets in the places where the sheets on the honeycomb structure the webs form, be reduced compared to the sheet thickness of the connections.
  • the length of the webs in relation to Length of connections should be reduced, leaving a deformed honeycomb arises.
  • the ratio of the length of the webs to the length of the connections between The webs of the deformed honeycomb can be 1: 1 to a maximum of 1:20.
  • the Effect can also be supported if the angle between a web and the two adjacent connections varied between 60 ° and 120 °.
  • a honeycomb structure 1 of Figure 1 which on the Is not shown stator attached, consists of individual sheets 5 one heat-resistant alloy.
  • the sheets 5 are shaped such that the hexagonal ones Form honeycombs.
  • the sheets 5 are attached to each other on webs 3, so that structure 1 is double-walled at these points. Between Bridges 3 are simply connections 4.
  • the honeycomb structure 1 is attached to the stator in such a way that an angle ⁇ of 5 ° to 175 ° between the axis which form the webs 3, and a circumferential direction 2 of the stator or the blades of the gas turbine consists.
  • the sheet thickness of the individual sheets 5 can be increased the places where the metal sheets 5 on the honeycomb structure 1 have the webs 3 form, be reduced compared to the sheet thickness of the connections 4. This too improves the friction behavior between the blades and the Honeycomb structure 1.
  • the honeycomb is "deformed".
  • the length b of the Web 3 can in relation to the length a of the connections 4 in one Ratio from 1: 1 to a maximum of 1:20.
  • the effect can also be supported provided the angle ⁇ between a web 3 and the two adjacent ones Connections 4 varies between 60 ° and 120 °.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Honigwabenstruktur (1), welche an einem Stator einer Gasturbine angeordnet ist und welche den Laufschaufeln der Gasturbine gegenüberliegend angeordnet ist. Die Honigwabenstruktur (1) setzt sich derart aus Blechen (5) zusammen, dass Stege (3) mit doppelter Blechstärke entstehen und einfach ausgeführte Verbindungen (4) zwischen den Stegen (3). Der Winkel (α) zwischen der Umfangsrichtung (2) des Stators und den doppelt ausgeführten Stegen (3) beträgt 5° bis 175°. Dies dient zur Vermeidung von ungünstigen Effekten wie zum Beispiel Überhitzung bei der Reibung an der Honigwabenstruktur (1) der Laufschaufel der Gasturbine.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Bei der Erfindung handelt es sich um eine Abdichtung einer thermischen Turbomaschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
STAND DER TECHNIK
Die Leit- und Laufschaufeln von Gasturbinen sind starken Belastungen ausgesetzt. Um die Leckageverluste der Gasturbine klein zu halten, wird die Laufschaufel der Gasturbine derart zum Stator eingepasst, so dass es zum Anstreifen kommt. An dem Stator der Gasturbine, der Laufschaufel gegenüberliegend, ist eine Honigwabenstrukur angebracht. Die Laufschaufeln arbeiten sich in diese Struktur ein, so dass sich ein minimaler Dichtspalt zwischen den Laufschaufeln und der Honigwabenstruktur einstellt. Die Honigwabenstruktur besteht aus einer warmfesten Metallegierung. Sie setzt sich aus mehreren Blechstreifen zusammen, welche der späteren Form entsprechend gebogen sind. Durch diesen Aufbau der Honigwaben entstehen doppelwandige Stege und einfach ausgeführte Verbindungen zwischen den Stegen.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die doppelwandigen Stege der Honigwabenstruktur in Umfangsrichtung des Stators anzuordnen. Auf das Reibverhalten der Laufschaufeln hat dies aber wenig vorteilhafte Auswirkungen. So kann es zu einer übermässigen Aufheizung kommen, sofern die Schaufelspitze mehrere Honigwaben überdeckt und somit kontinuierlich an den Doppelungen reibt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden. Die Erfindung löst die Aufgabe, das Reibverhalten zwischen den Laufschaufeln und der Honigwabenstruktur zu verbessern und die unerwünschten Nebeneffekte der Reibung, wie zum Beispiel ein Aufheizen der beteiligten Komponenten, zu vermindern.
Erfindungsgemäss wird das Ziel bei einer Honigwabenstruktur gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass der Winkel zwischen der Umfangsrichtung des Stators und den doppelt ausgeführten Stegen 5° bis 175° beträgt.
Vorteilhaft zur Erreichung des selben Ziels kann die Blechstärke der einzelnen Bleche an den Stellen, an welchen die Bleche an der Honigwabenstruktur die Stege bilden, gegenüber der Blechstärke der Verbindungen verringert sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Länge der Stege im Verhältnis zur Länge der Verbindungen verringert sein, so dass eine deformierte Honigwabe entsteht. Das Verhältnis der Länge der Stege zur Länge der Verbindungen zwischen den Stegen der deformierten Honigwabe kann 1:1 bis maximal 1:20 betragen. Der Effekt kann zusätzlich unterstützt werden, sofern der Winkel zwischen einem Steg und den beiden angrenzenden Verbindungen zwischen 60° und 120° variiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen
Fig. 1
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anordnung einer Honigwabenstruktur zeigt und
Fig. 2
eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Honigwabenstruktur darstellt.
Es sind nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Gleiche Elemente sind in unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Abdichtsystem zwischen den Laufschaufeln und dem Stator einer Gasturbine. Eine Honigwabenstruktur 1 der Figur 1, welche an dem nicht dargestellten Stator befestigt ist, besteht aus einzelnen Blechen 5 einer warmfesten Legierung. Die Bleche 5 sind derart geformt, dass sich die sechseckigen Honigwaben bilden. Dabei sind die Bleche 5 an Stegen 3 aneinander befestigt, so dass die Struktur 1 an diesen Stellen doppelwandig ausgeführt ist. Zwischen den Stegen 3 existieren einfach ausgeführte Verbindungen 4.
Erfindungsgemäss ist die Honigwabenstruktur 1 derart an dem Stator angebracht, dass ein Winkel α von 5° bis 175° zwischen der Achse, welche die Stege 3 bilden, und einer Umfangsrichtung 2 des Stators bzw. der Laufschaufeln der Gasturbine besteht.
Durch diese Anordnung kann das Reibverhalten der Laufschaufel an der Honigwabenstruktur 1 verbessert werden, da insbesondere eine Überhitzung der betroffenen Teile durch Vermeidung eines dauerhaftes Reibens an den doppelwandigen Stegen 3 begrenzt wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Blechstärke der einzelnen Bleche 5 an den Stellen, an welchen die Bleche 5 an der Honigwabenstruktur 1 die Stege 3 bilden, gegenüber der Blechstärke der Verbindungen 4 verringert sein. Auch dies verbessert das Reibverhalten zwischen den Laufschaufeln und der Honigwabenstruktur 1.
In einer zweiten Ausführungsform, welche ebenfalls das Reibverhalten verbessert und in der Figur 2 dargestellt ist, wird die Honigwabe "deformiert". Die Länge b der Stege 3 kann dabei in bezug auf die Länge a der Verbindungen 4 in einem Verhältnis von 1:1 bis maximal 1:20 sein. Der Effekt kann zusätzlich unterstützt werden, sofern der Winkel β zwischen einem Steg 3 und den beiden angrenzenden Verbindungen 4 zwischen 60° und 120° variiert.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Honigwabenstruktur
2
Umfangsrichtung
3
Steg
4
Verbindungen zwischen den Stegen 3
5
Blech
a
Länge der Verbindungen 4
b
Länge der Stege 3
α
Winkel
β
Winkel

Claims (5)

  1. Honigwabenstruktur (1), welche an einem Stator einer thermischen Turboturbine angeordnet ist und welche den Laufschaufeln der thermischen Turboturbine gegenüberliegend angeordnet ist, wobei sich die Honigwabenstruktur (1) derart aus Blechen (5) zusammensetzt, dass Stege (3) mit doppelter Blechstärke entstehen und einfach ausgeführte Verbindungen (4) zwischen den Stegen (3),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Winkel (α) zwischen der Umfangsrichtung (2) des Stators und den doppelt ausgeführten Stegen (3) 5° bis 175° beträgt.
  2. Honigwabenstruktur (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Blechstärke der einzelnen Bleche (5) an den Stellen, an welchen die Bleche (5) an der Honigwabenstruktur (1) die Stege (3) bilden, gegenüber der Blechstärke der Verbindungen (4) verringert ist.
  3. Honigwabenstruktur (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verhältnis der Länge (b) der Stege (3) zur Länge (a) der Verbindungen (4) zwischen den Stegen (3) der Honigwabe 1:1 bis 1:20 ist.
  4. Honigwabenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Winkel (β) zwischen einem Steg (3) und den beiden angrenzenden Verbindungen (4) zwischen 60° und 120° ist.
  5. Honigwabenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die thermische Turbomaschine eine Gasturbine ist.
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