EP1179654B1 - Honigwabendichtung für eine thermische Turbomaschine - Google Patents

Honigwabendichtung für eine thermische Turbomaschine Download PDF

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EP1179654B1
EP1179654B1 EP01115956A EP01115956A EP1179654B1 EP 1179654 B1 EP1179654 B1 EP 1179654B1 EP 01115956 A EP01115956 A EP 01115956A EP 01115956 A EP01115956 A EP 01115956A EP 1179654 B1 EP1179654 B1 EP 1179654B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
honeycomb structure
webs
connections
stator
thermal turbomachine
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01115956A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1179654A2 (de
EP1179654A3 (de
Inventor
Alexander Dr. Beeck
Ulrich Rathmann
Hans E. Dr. Wettstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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Publication of EP1179654A3 publication Critical patent/EP1179654A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing 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
    • F01D11/127—Preventing 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/28—Three-dimensional patterned
    • F05D2250/283—Three-dimensional patterned honeycomb

Definitions

  • the invention relates to a seal of a thermal turbomachine according to the preamble of claim 1.
  • the guide vanes and rotor blades of gas turbines are exposed to heavy loads.
  • the blade of the gas turbine is so fitted to the stator, so that it comes to rub against.
  • a honeycomb structure is attached on the stator of the gas turbine.
  • the blades work into this structure so that there is a minimal sealing gap between the blades and the honeycomb structure.
  • the honeycomb structure is made of a heat-resistant metal alloy. It is composed of several metal strips, which are bent according to the later form. This construction of the honeycomb creates double-walled webs and simple connections between the webs.
  • the aim of the invention is to overcome these disadvantages.
  • the invention solves the problem of improving the friction behavior between the blades and the honeycomb structure and to reduce the undesirable side effects of friction, such as a heating of the components involved.
  • the goal is achieved by reducing the length of the webs in relation to the length of the joints is, so that 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 be additionally supported, as long as the angle between a bridge and the two adjacent connections varies between 60 ° and 120 °.
  • the sheet thickness of the individual sheets at the points at which the sheets form the webs on the honeycomb structure compared with the plate thickness of the compounds can be reduced.
  • a honeycomb structure 1 of FIG. 1 which is attached to the stator, not shown, consists of individual sheets 5 of a heat-resistant alloy.
  • the sheets 5 are shaped such that the hexagonal honeycombs form.
  • the sheets 5 are attached to webs 3 to each other, so that the structure 1 is double-walled at these locations. There are simply executed connections 4 between the webs 3.
  • the honeycomb structure 1 is mounted on the stator in such a way that an angle ⁇ of 5 ° to 175 ° exists between the axis forming the webs 3 and a circumferential direction 2 of the stator or the rotor blades of the gas turbine.
  • the sheet thickness of the individual sheets 5 can be reduced at the points at which the sheets 5 form the webs 3 on the honeycomb structure 1 with respect to the sheet thickness of the joints 4. This also improves the friction behavior between the rotor blades and the honeycomb structure 1.
  • the honeycomb is "deformed".
  • the length b of the webs 3 may be in relation to the length a of the compounds 4 in a ratio of 1: 1 to a maximum of 1:20.
  • the effect can be additionally supported if the angle ⁇ between a web 3 and the two adjacent connections 4 varies between 60 ° and 120 °.

Landscapes

  • 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)

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 bevorzugt 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. Konventionelle Honigwabenstrukturen, insbesondere auch Strukturen mit einer von der Umfangsrichtung abweichenden Struktur sind Beispielsweise aus Fig. 6 der US 3867061 bekannt.
    • 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, bei der der Winkel zwischen der Umfangsrichtung des Stators und den doppelt ausgeführten Stegen 5° bis 175° beträgt, dadurch erreicht, dass die Länge der Stege im Verhältnis zur Länge der Verbindungen verringert ist, 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.
  • 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.
    • 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 (4)

  1. Honigwabenstruktur (1), welche an einem Stator einer thermischen Turboturbine angeordnet ist und welche den Laufschaufeln der thermischen Turboturbine gegenüberliegend so angeordnet ist, dass der Winkel (α) zwischen der Umfangsrichtung (2) des Stators und den doppelt ausgeführten Stegen (3) 5° bis 175° beträgt, 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
    die Länge der Stege im Verhältnis zur Länge der Verbindungen verringert ist und dass das Verhältnis bis maximal 1:20 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 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (β) zwischen einem Steg (3) und den beiden angrenzenden Verbindungen (4) zwischen 60° und 120° ist.
  4. Honigwabenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die thermische Turbomaschine eine Gasturbine ist.
EP01115956A 2000-08-07 2001-06-29 Honigwabendichtung für eine thermische Turbomaschine Expired - Lifetime EP1179654B1 (de)

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DE10038452 2000-08-07
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EP1179654A2 EP1179654A2 (de) 2002-02-13
EP1179654A3 EP1179654A3 (de) 2003-07-23
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EP1179654A3 (de) 2003-07-23
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