EP1183444B1 - Turbomachine and sealing element for a rotor thereof - Google Patents

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EP1183444B1
EP1183444B1 EP00938680A EP00938680A EP1183444B1 EP 1183444 B1 EP1183444 B1 EP 1183444B1 EP 00938680 A EP00938680 A EP 00938680A EP 00938680 A EP00938680 A EP 00938680A EP 1183444 B1 EP1183444 B1 EP 1183444B1
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EP
European Patent Office
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sealing element
blade
rotor
root
sealing
Prior art date
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EP00938680A
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German (de)
French (fr)
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EP1183444A1 (en
Inventor
Peter Tiemann
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • 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
    • F01D11/005Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S416/00Fluid reaction surfaces, i.e. impellers
    • Y10S416/50Vibration damping features

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine with a along a rotation axis extending rotor, wherein the Rotor has a rotor shaft groove, and a blade with a blade root inserted into the rotor shaft groove is, and a gap between the blade root and the rotor shaft groove is formed.
  • the invention further relates to a Sealing element for a rotor of a turbomachine.
  • Rotatable blades of turbomachinery are in different embodiments over the full extent the peripheral surface of a rotor shaft, e.g. a rotatable one Running disk has attached.
  • a blade points usually an airfoil, a paddle platform and a blade root with a mounting structure, which of a correspondingly complementarily configured rotor shaft groove is added to fix the blade.
  • the rotor shaft groove can act as a circumferential groove or axial groove be made of the peripheral surface of the rotor shaft.
  • the rotor shaft groove has a groove base. Structurally conditioned is after inserting the blade root of a blade in the rotor shaft groove through each adjacent Rotor components formed a gap.
  • the gap gives in operation cause the rotor to leakages of coolant or an action fluid driving the rotor through the gap therethrough.
  • a gap is formed between the blade root and the groove base.
  • a split of this kind can also between two adjoining paddles from circumferentially adjacent blades and between the peripheral surface of the rotor shaft and a radially to the peripheral surface adjacent paddle platform occur.
  • coolant e.g. of cooling air in the flow channel A gas turbine
  • US Patent 4,021,138 is a sealing concept for a rotor of a gas turbine with a running disk and with an internally cooled blade described.
  • the running disk has an end face and one along the axis of rotation the front surface opposite back surface, as well an axial pulley groove extending from the end face extends into the back surface.
  • the blade has a Shovel foot taken up by the axial pulley groove is.
  • coolant channels provided, from the blade root to the blade extending in the radial direction and in fluid communication stand with the coolant chamber, so that for internal cooling the blade a coolant from the coolant chamber enters the coolant channels. This is done via a the front face axially upstream coolant supply the coolant chamber subjected to a coolant.
  • the end face facing side of the first sealing plate is in Circumferential direction of the rotor disk extending channel, the opens towards the face.
  • the Channel In the radial direction is the Channel bounded by a radially outwardly disposed outer Edge region and from one, the outer edge region opposite, radially inwardly disposed inner edge region, wherein the outer and the inner edge region of the Adjacent end face.
  • the outer edge area is designed that thereby the adjacent to the end face part of the channel in a direction opposite to the face normal inclined, this direction being a component radially outward.
  • a Sealing rod which extends along the circumferential direction, movably introduced. Moved during operation of the rotor the sealing rod in the channel under centrifugal force along the outer edge region radially outward and in Direction against the frontal area, where he finally his Gasket position occupies.
  • EP 0 799 974 A2 discloses a sealing element for a moving blade a turbomachine.
  • the turbomachine points in this case a rotor, with a radially inwardly arranged Rotor disc, wherein radially outward on the rotor disc a plurality of blades in the circumferential direction of the rotor disk attached to form a respective gap.
  • Cooling channels are provided for cooling the rotor through the rotor disc and the blades in radial Extend direction.
  • a leak on coolant (Leakage) in the area of blade attachment from the gap to limit is between the blade root and the rotor disk arranged a sealing element.
  • the sealing element leads under Centrifugal force from a tilting movement and reaches thereby its sealing position.
  • the sealing element has two securing teeth, the a radially inwardly formed projection in the blade root encompass, wherein the sealing element, in particular one of Fuse teeth, at least partially the front side of the rotor disk sticking out of the gap.
  • the invention is based on the object, a turbomachine with a rotor having a rotor shaft groove and a groove base and a blade with a Blade foot, wherein the blade root used in the Rotorwellennut is to specify with a sealing element.
  • the sealing element in particular, an efficient limitation of axial Allow leakage currents, and against the occurring mechanical and thermal loads as resistant as possible be.
  • Another object of the invention is to provide a sealing element, in particular for a rotor of a turbomachine, specify.
  • a Turbomachine with one moving along a rotation axis extending rotor having a rotor shaft groove with a Nutgrin Structure and a blade with a Blade foot, wherein the blade root used in the Rotorwellennut is and between the blade root and the Nutground composition a gap is formed, wherein a sealing element for sealing the gap is provided, which at least partially is received by the blade root, wherein the sealing element is movable relative to the blade root, and wherein the Sealing element under centrifugal force in contact with the Groove base is and thereby seals the gap.
  • the invention is based on the consideration that during operation of a Turbomachine, for example, a gas or steam turbine or a compressor, the rotor one along this flowing action fluid, e.g. a hot gas, steam or heated Air, is exposed.
  • An action fluid can thereby do an expansion work on the blades and rotate them around the axis of rotation.
  • the blade having rotor is both thermal and also mechanically, in particular due to the rotation occurring centrifugal forces, very heavily loaded.
  • a coolant e.g. Cooling air, usually used by suitable coolant supply is supplied to the rotor.
  • the Gap effectively seal against possible leakage currents.
  • the sealing element at least partially absorbed by the blade root and is movable in relation to this.
  • the blade root thus serves in addition to the attachment of the Blade at the same time receiving the sealing element.
  • the sealing element guided in the blade root The gap extends in radial and axial direction and in the circumferential direction of the Rotor, the axial extent of the gap usually is dominant, as well as the expansion of the gap in the circumferential direction is greater than the radial dimension.
  • the exact Geometry of the gap is of the specific design the rotor shaft groove and the groove base, as well as the blade root certainly.
  • the sealing element can individually the particular geometry of the rotor and the requirements adapted to the leakage currents to be limited become.
  • the sealing element seals the gap below Centrifugal force.
  • the sealing element is then due to the rotation through the radially outwardly directed centrifugal force in its sealing position brought and unfolds its sealing effect.
  • the sealing element is pressed firmly against the groove base and seals the gap.
  • fits that are used to attach the blade root are provided in the rotor shaft groove, with a smaller Game be provided. This also reduces accordingly the possible leakage currents through the fit. Since that Sealing element at least partially received by the blade root is, on the one hand, it is safe and against one Falling out of the rotor secured, on the other hand it is present protected from immediate action by the action fluid. In this case, the sealing element is not necessarily firmly to a blade, in particular to the blade root coupled. This facilitates assembly or repair work on a blade, e.g. exchanging a Blade, without much effort. The sealing element remains of it largely untouched and can therefore also be used several times become.
  • the sealing element has a first Part sealing element and a second partial sealing element, which are movable relative to each other.
  • the partial sealing elements can be designed so that they in particular Do a partial sealing function for different ones areas to be sealed in the gap, in particular for Different areas of Nutgrund Structure, take over.
  • the Part sealing elements then complement each other by their pairs Arrangement for a sealing element, wherein the sealing effect of Paired system of partial sealing elements is larger than the a single partial sealing element.
  • the relative mobility of the Part sealing elements allows a very adapted system, which depends on the thermal and / or mechanical Load of the rotor and the specific geometry of the sealed Spalten is designed.
  • the adapted system Part sealing elements is designed and stored in this way, that under the action of external forces, e.g. of the Centrifugal force and the normal and bearing forces (reaction forces), adjusted to a certain extent, and thereby his Unfolding sealing effect.
  • external forces e.g. of the Centrifugal force and the normal and bearing forces (reaction forces)
  • the rotor has a running disk, which the Rotor shaft groove with the groove base comprises, wherein the Ro Torwellennut extends along a transverse axis, opposite a plane perpendicular to the axis of rotation is inclined.
  • the attachment of the rotatable blade in the rotor shaft groove is thus made so that they are in the operation of the rotor the blade stresses due to flow and centrifugal forces as well as blade vibrations with high safety absorb and the forces occurring on the rotor and finally can transfer the entire rotor.
  • the attachment the blade can, for example, by axial grooves with a blade in a specially designed, extending substantially in the axial direction Disk groove is clamped. For low loads, e.g.
  • axial compressor blades in compressors are simple fastenings of the blade, for example with a swallowtail or lava foot, possible.
  • Plug foot and the axial Tannenbaumfuß in question.
  • the axial Fir-tree fastening is also preferably used in thermally highly loaded blades in gas turbines.
  • the rotor shaft groove along the transverse axis extend completely over the entire disk. Of the Gap between the groove base and the blade root is then radially open and extends along accordingly the transverse axis.
  • the sealing element is in a recess, in particular in a groove, arranged in the blade root.
  • a fallback of the sealing element and / or a fuse against Throwing out of the sealing element with centrifugal force in stationary operation or with a transient load of the rotor is achieved in that the sealing element in a suitable recess is arranged in the blade root.
  • a Reaction surface prepared, which expediently as a partial surface the recess is formed. In the case of a groove this reaction surface produced for example on the groove base. The reaction surface is then radially outward in the Shovel arranged and lies the groove base of the rotor shaft groove along the radial direction.
  • the reaction surface with correspondingly low and well-defined surface roughness produced is the reaction surface with correspondingly low and well-defined surface roughness produced.
  • the recess, in particular the groove for example by Material removal of the blade root by means of a milling or Turning process, can on the groove bottom by polishing a reaction surface be created with the desired roughness.
  • the blade root preferably has a first blade root edge and one along the axis of rotation of the first blade root edge opposite second Schaufelfußrand on, as well a blade root center region extending axially between the first Schaufelfußrand and the second Schaufelfußrand arranged is, wherein a sealing element in the region of the first Schaufelfußrand and / or the second blade root edge and / or the Schaufelfußmitten Quarry is arranged.
  • a flowing action fluid for example a hot gas of a gas turbine, this is e.g. the first Blade root edge upstream and the second blade root edge arranged downstream.
  • the arrangement of the sealing element in Area of the second, downstream Schaufelfußrands serves primarily to prevent the escape of coolant, e.g. under a certain pressure cooling air in the gap, in the axial direction upstream along the groove base to limit in the flow channel. Since the action fluid relaxed in the flow direction, the pressure of the action fluid continuously degraded in the flow direction. An under a certain pressure refrigerant in the gap is therefore in the direction of the lower ambient pressure from the Gap exit, so at the downstream arranged second Blade-root.
  • the second Schaufelfußrands provide a sealing element.
  • the blade root center area forms another subarea of the blade foot.
  • a sealing element in different To arrange portions of the blade root.
  • a coolant e.g. Cooling air
  • a plurality of sealing elements are provided.
  • the number and Arrangement of sealing elements determined, including combinations can be used from several sealing elements.
  • the Sealing concept offers in terms of adaptation to a concrete task a very high flexibility. For example, seals the combination of a sealing element in the area of first Schaufelfußrands and another sealing element in Area of the second blade root edge the gap from two sides As a result, it provides a great security against both an entry of action fluid into the gap as well against leakage of coolant from the gap in the Flow channel of the turbomachine. An escape from Coolant in the flow channel would inter alia to a Reduction of the efficiency of the turbomachine lead. Also in view of this, is a multiple arrangement of Sealing elements very advantageous.
  • the sealing element extends in a plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the gap has a radial and axial extent and an extent in the circumferential direction of the rotor.
  • One in a plane perpendicular to the Rotation axis extending sealing element is therefore suitable especially good, possible axial leakage currents with high Hamper efficiency.
  • an upstream one directed, axial leakage current e.g. a hot gas out the flow channel of a gas turbine, which extends along the Nutground Solutions spreads, by the sealing element effectively with special needs.
  • the leakage flow is in this case by the Obstacle delayed in the form of the sealing element in the gap and finally on the leakage flow side facing the Sealing element come to a standstill (simple throttle).
  • the the leakage flow side facing away from the sealing element and in the axial direction adjoining part of the Gaps is caused by the simple sealing element from being acted upon with the leakage medium, e.g. a hot action fluid or a coolant, already protected.
  • the sealing element is movable in the radial direction. This ensures that the sealing element under Centrifugal force acting in the radial direction of the axis of rotation removed from the rotor. This effect is targeted exploited to a significantly improved sealing effect in the To achieve a gap.
  • the sealing element comes under centrifugal force in contact with a radially outwardly disposed Reaction surface, for example, as part of a Recess, in particular a groove, is configured.
  • the Sealing element is pressed firmly against the reaction surface.
  • a further advantage is that thereby the sealing element for any maintenance or failure of the blade without any additional tools and without the risk of one Baking of the sealing element due to an oxidizing or Corrosive attack at high operating temperatures easily Remove from the recess and replace if necessary is.
  • the first partial sealing element is a first Turning area with a first axis of rotation and the second Part sealing element a second rotation area with a second Assigned axis of rotation.
  • Each of the partial sealing elements is thus preferably designed that it is rotatably mounted about a respective axis of rotation is. If the sealing elements are vertical in one plane extend to the axis of rotation of the rotor, the rotation of the Part sealing elements limited in this level. This will an improved seal of the gap allows, because each Part sealing element by the rotation in a favorable sealing position is brought. In this way, for each partial sealing element independently achieved an improved sealing effect.
  • the axis of rotation of a partial sealing element can also as support point (support axis) of the rotation range with a suitable support surface, e.g. with a reaction surface the adjacent to the rotation area, be formed.
  • the reaction surface is advantageously as a partial surface of a recess, in particular a groove, produced in the blade root.
  • the first Rotary axis and the second axis of rotation can from each other be different or identical. In the latter case, this indicates first partial sealing element and the second partial sealing element a common axis of rotation.
  • the resulting oppositely directed torques become the partial sealing elements relative to each other in opposite Direction rotated around the respective axis of rotation.
  • the Centrifugal force acts for both partial sealing elements in the same Way radially outward and attacks the respective center of mass at.
  • the vertical connection vector from the center of mass one of the partial sealing elements to the associated axis of rotation forms together with the centrifugal force vector, for example a legal system.
  • the vertical connection vector forms from the center of gravity of the other partial sealing element to the other partial sealing element associated axis of rotation together with the centrifugal force vector a link system, so that the resulting torques directed opposite are.
  • the partial sealing elements in terms of mass distribution, in particular the location of the respective center of gravity, as well as the storage of the partial sealing elements with respect to the axis of rotation ensured.
  • the first partial sealing element and the second Part sealing element similar geometry.
  • the partial sealing elements can thus by turns or reflections or from this combined symmetry operations are transformed into each other become. Manufacturing technology, this is a particularly favorable Solution, especially if the first partial sealing element and the second partial sealing element designed structurally identical are. Then only one form of the partial sealing element is to be produced, which, for example, by a turning or milling process from a workpiece or as a casting with the help a suitable mold is produced.
  • a first partial sealing element and another identical second partial sealing element can thus be easily paired with a sealing element be arranged, which is very inexpensive.
  • a further improved sealing effect in the gap is achieved in that in a preferred embodiment, the first partial sealing element and the second partial sealing element overlap in the circumferential direction. Due to the overlap in the circumferential direction, a possible axial leakage flow is effectively hindered.
  • the first partial sealing element and the second partial sealing element can each have a groove base sealing edge adjoining the groove base surface and a rotational edge lying opposite the radial direction of the groove base sealing edge, the rotary edge comprising the rotary region.
  • the groove base sealing edge of the first partial sealing element and the groove base sealing edge of the second partial sealing element respectively come into contact with the groove base surface and seal the gap.
  • the system of partial sealing elements is designed so that a sealing of the gap, in particular in the axial direction, is achieved by overlapping the partial sealing elements in the circumferential direction, wherein the partial sealing elements complement each other advantageously in their sealing effect.
  • the first partial sealing element and the second partial sealing element are arranged axially adjacent to one another.
  • the partial sealing elements can also adjoin one another, whereby a mutually mechanically stabilizing system of partial sealing elements is provided. Sliding of the partial sealing elements for precise reaching their respective sealing position in the operation of the rotor is facilitated.
  • the specified system of partial sealing elements is carried out in such a way adapted that under the action of external forces such as centrifugal force, and the normal and bearing forces, self-adjusted to achieve the desired sealing effect in the gap.
  • external forces such as centrifugal force, and the normal and bearing forces
  • the sealing element is made of a highly heat-resistant material, in particular of a nickel-based or cobalt-based alloy, produced. These alloys also have sufficient elastic deformation properties.
  • the material the sealing element is preferably matched with the Material of the rotor is selected, reducing impurities or Diffusion damage can be largely avoided. Furthermore is a uniform thermal expansion or contraction ensures the rotor with the sealing element.
  • the turbomachine is a gas turbine.
  • the on a sealing element for a rotor of a turbomachine directed object is achieved by a sealing element, in particular for a rotor of a turbomachine, which a first partial sealing element and a having second partial sealing member which is movable relative to each other are, and the first partial sealing element a first Turning area with a first axis of rotation and the second Part sealing element a second rotation area with a second Assigned axis of rotation, wherein the center of mass of the first Part sealing element relative to the first axis of rotation and the Center of mass of the second partial sealing element relative to second axis of rotation are arranged so that under a Force on both partial sealing elements resulting Torques are directed opposite.
  • the force effect on both partial sealing elements can e.g.
  • the sealing element is suitable in a special way in a Turbomachine, e.g. a gas or steam turbine or a compressor, with one moving along an axis of rotation extending rotor having a rotor shaft groove with a Nutgrund Structure and a blade with a Blade foot, wherein the blade root used in the Rotorwellennut is, one between the blade root and the groove base To seal the gap formed.
  • the gap is sealed against possible leakage currents, for example from an action fluid or a coolant.
  • the sealing element But it can also be used in other rotating systems where to seal a fluid flow, in particular a leakage flow is to be used.
  • sealing element Possible applications of the sealing element are for example given in rotors or wheels of power or prime movers, the hydraulic and / or pneumatic systems with a fluid, e.g. an operating or lubricants (oil), as well as in internal combustion engines or aircraft engines with a resource.
  • a fluid e.g. an operating or lubricants (oil)
  • the first partial sealing element and the second Part sealing element similar geometry.
  • symmetry operations like rotation or mirroring or combinations of rotation and reflection can thus be the first Part sealing element and the second partial sealing element into each other be transferred.
  • a particularly advantageous embodiment is that the first partial sealing element and the second Part sealing element constructively identical components are. This ensures that produce only one component is, which e.g. as a casting by means of a mold or made by means of a turning or milling process.
  • FIG. 1 shows a half section through a gas turbine 1.
  • the gas turbine 1 has a compressor 3 for combustion air, a combustion chamber 5 with burners 7 for a liquid or gaseous fuel, as well as a turbine 9 to drive the compressor 3 and one in the figure 1 not shown generator.
  • a turbine 9 In the turbine 9 are fixed Vanes 11 and rotatable blades 13 on each extending radially, not in half-section shown, wreaths along the axis of rotation 15 of the gas turbine 1 arranged. It will be one along the axis of rotation 15 consecutive pair of a ring of vanes 11 (vane ring) and a ring of blades 13 (blade ring) referred to as turbine stage.
  • each Guide vane 11 has a paddle platform 17, which for fixing the relevant vane 11 on the inner Turbine housing 19 is arranged.
  • the paddle platform 17 represents a wall element in the turbine 9.
  • the blade platform 17 forms an outer boundary of the flow channel 21, by the operation of the turbine 9, a hot action fluid A is streaming.
  • the blade 13 is on the along the rotational axis 15 of the gas turbine 1 arranged turbine rotor 23 attached via a corresponding blade platform 17.
  • the turbine runner 23 may be e.g. from several, in Figure 1, not shown, the blades 13 receiving Sliding wheels assembled by a not shown Tie rods held together and by Hirth gearing heat expansion tolerant centered on the axis of rotation 15 are.
  • the turbine runner 23 forms together with the Blades 13, the rotor 25 of the turbomachine 1, in particular the gas turbine 1.
  • air L sucked from the environment.
  • the air L is in the compressor 3 compressed and thereby simultaneously preheated.
  • the air is L with the liquid or gaseous Fuel brought together and burned, creating a hot Action fluid A is generated.
  • a previously the compressor 3 off suitable withdrawals 27 removed part of the air L serves as Cooling air K for cooling the turbine stages, e.g. the first Turbine stage with a turbine inlet temperature of about 750 ° C to 1200 ° C is applied.
  • hot gas A a relaxation and cooling of the hot action fluid A, hereinafter referred to as hot gas A, which by the Turbine stages flows while the rotor 25 is rotated.
  • hot gas A a relaxation and cooling of the hot action fluid A
  • the cooling air K via the turbine rotor 23 of the blade 13 by suitable, not shown, supply lines supplied.
  • the cooling air K flows first along the axis of rotation 15 upstream in the turbine runner 23 and is then radially outward through the Rotor 25 out and finally reaches the blade 13, to cool them.
  • Such an internal cooling system for a blade 13 is particularly at high thermal load Rotors 25 are used for efficient blade cooling.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a detail a running disk 29 of a rotor 25.
  • the running disk 29 is centered along the axis of rotation 15 of the rotor 25.
  • the Running disk 29 has a rotor shaft groove 31 for attachment a blade 13 of the gas turbine 1.
  • the rotor shaft groove 31 extends along a transverse axis 41, opposite a plane perpendicular to the axis of rotation 15 is inclined.
  • the transverse axis 41 forms an angle different from 0 ° with the axis of rotation 15.
  • the transverse axis 41 but can also be parallel to the axis of rotation 15.
  • the rotor shaft groove 31 has a groove base 33, which at the groove bottom of the rotor shaft groove 31 is arranged and moving along the transverse axis 41 extends.
  • the rotor shaft groove 31 is in the form of an axial drive groove, in particular as an axial Tannenbaumnut, designed. In this way is a reliable attachment of a blade 13 possible, wherein during operation of the turbomachine 1 the blade stresses due to flow and centrifugal forces and picked up by blade vibrations with high security can be and a good transfer of occurring Forces on the rotor 29 and finally the whole Rotor 25 is guaranteed.
  • FIG. 25 A perspective view of a section of a rotor 25 is shown in FIG.
  • the rotor 25 has a running disk 29 and a blade 13.
  • the running disk 29 has a rotor shaft groove 31 with a groove base 33.
  • the blade 13 extends radially outward directed longitudinal axis 43 and includes along the longitudinal axis 43 successively a blade root 35, one on the blade root adjacent blade platform 17 and an on the paddle platform 17 adjacent and only partially shown Airfoil 65.
  • the Blade 13 In the rotor shaft groove 31 is the Blade 13 with its blade root 35 along the direction of insertion 41 of the pulley groove 31 is inserted. Between the Blade root 35 and the groove base 33, a gap 37 is formed, which extends along the insertion direction 41.
  • a hot gas A flowing past the airfoil 65 generates a torque on the rotor 29.
  • the supply lines 63 in the airfoil 65 along the longitudinal axis 43 of the blade 13 extend.
  • the supply lines 63 are part of an internal cooling system, which is not closer is shown.
  • a coolant K for example Cooling air K
  • a supply line not shown by the Run disk 29 in the blade root 35 of the blade 13 passed and from there via the supply line 63 in the Airfoil 65.
  • the gap 37 is sealed (see FIG. 4).
  • FIG. 4 shows a detail of a view in FIG. 3 shown arrangement along the section line IV-IV with a Sealing element 39.
  • the sealing element 39 is for sealing the Slits 37 are provided.
  • the sealing element 39 extends in a plane perpendicular to the axis of rotation 15 and is in one Recess 45, in particular in a groove in the blade root 35th arranged and thereby partially received by the blade root 35.
  • the sealing element 39 has a first partial sealing element 53A and a second partial sealing element 53B, the relative are movable to each other.
  • the first partial sealing element 53A and the second partial sealing element 53B overlap in the circumferential direction and are along the rotation axis 15 to each other arranged adjacent.
  • the first partial sealing element 53A is a first rotation portion 55A having a first rotation axis 57A as well the second partial sealing element 53B, a second rotation region 55B associated with a second axis of rotation 57B.
  • the axes of rotation 57A, 57B through the respective support point (Support axis) of the rotation portions 55A, 55B along the Longitudinal axis 43 radially outward to the rotational areas 55A, 55B adjacent groove bottom of the recess 45 set.
  • the axes of rotation 57A, 57B are different axes and extend essentially parallel to the axis of rotation 15 a rotation of the partial sealing elements 53A, 53B about the respective Rotation axis 57A, 57B allows.
  • the partial sealing elements 53A, 53B can both by their design and arrangement both Perform rotations as well as translations or combinations from twists and translations.
  • the sealing element 39 seals the gap 37 under centrifugal force from.
  • each of the sub-sealing members 53A, 53B becomes due to the radially outward along the longitudinal axis 43 Centrifugal force brought into its sealing position and unfolded its sealing effect.
  • Each partial sealing element 53A, 53B becomes while firmly pressed against the groove base 33 and seals the gap 37 from.
  • each sub-sealing element 53A, 53B under the centrifugal force performs a rotation about the respective axis of rotation 57A, 57B until a positive contact of the partial sealing elements 53A, 53B is made with the groove base 33.
  • Relative mobility of the partial sealing elements 53A, 53B results a matched to the gap geometry system, which depends from the thermal and / or mechanical stress the rotor 25 and the structural design of the sealed Gap 37 is made.
  • the system from relative to each other movable partial sealing elements 53A, 53B is so designed to be under the influence of external forces, such as the centrifugal force and the normal and bearing forces (Reaction forces), as it were self-adjusting, and thereby assumes its sealing position.
  • the partial sealing elements 53A, 53B are configured and mounted in the recess 45, that under centrifugal force the torque on the first sub-sealing element 53A directed opposite to Torque on the second part of the device 53B is. Thereby make the partial sealing elements 53A, 53B to reach their sealing position one rotation with opposite Rotation. Through these oppositely directed turns the partial sealing members 53A, 53B become relative to each other moved scissor-shaped, causing in the sealing position ensures a special secure hold of the sealing element 39 is.
  • the sealing element 39 comprising the paired partial sealing elements 53A, 53B, seals the gap 37 at the groove base 33 against the directed in the direction of the longitudinal axis 43 Centrifugal force.
  • the sealing element 39 is thus a particularly advantageous and efficient sealing of the gap 37 reached.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a sealing element 39 with a first partial sealing element 53A and with a second partial sealing element 53B.
  • the center of mass 59A of the first Part sealing member 53A relative to the first axis of rotation 57A and the center of gravity 59B of the second partial sealing element 53B is disposed relative to the second rotation axis 57B so that the under the action of the along the longitudinal axis 43 radially outwardly directed centrifugal force resulting torques 61A, 61B are directed opposite.
  • the first partial sealing element 53A and the second partial sealing element 53B point in this case similar geometry, which manufacturing technology especially is advantageous.
  • FIG. 6 shows a plan view of the first partial sealing element 53A and the second partial sealing element 53B according to FIG. 5 are vertical to the axis of rotation, ie opposite to the longitudinal axis 43. Relative to the axis of rotation 15 is the center of mass 59A of the first partial sealing element 53A along the circumferential direction 67 the center of mass 59B of the second partial sealing element 53B opposite.
  • the two partial sealing elements 53A, 53B are relative to one another, for example, along the circumferential direction 67, movable.
  • the sealing element 39 As a result, in the installed state of the sealing element 39 (see Figure 4) under centrifugal force of the Gap 37 effectively sealed, with the partial sealing elements 53A, 53B after execution of a limited relative Translation and rotation to achieve their respective sealing position. In this case, the partial sealing elements 53A, 53B complement each other in their sealing effect, so that in particular leakage currents along the axis of rotation 15 are limited very efficiently.
  • a highly heat-resistant material which also has sufficient elasticity Has deformation properties. For this example comes Alloys based on nickel or cobalt in question.
  • the sealing element 39 with the paired arrangement of Part sealing elements 53A, 53B may be in different ways be used for sealing.
  • Figure 7 is a side view of an internally cooled blade 13 with a sealing element 39A and with another Sealing element 39B.
  • the blade 13 is with her blade foot 35 inserted into the rotor shaft groove 31 of the rotor disk 29.
  • the blade root 35 has a first blade root edge 47 and one along the axis of rotation of the first Schaufelfußrand 47 opposite second blade root edge 51 on. Axial between the first blade root edge 47 and the second End of the blade 51, a Schaufelfußmitten Complex 49 is arranged.
  • Coolant bushings 63 are provided which extend along the Longitudinal axis 43 extend and in flow communication with the Interspace 37 are.
  • the coolant passages 63 are Part of an internal cooling system, not shown in Figure 7 for the blade 13.
  • a coolant K e.g. Cooling air
  • Coolant passages 63 is through the internal cooling system through the blade platform 17 and which is radially subsequent blade sheet 65 of the blade 13 out.
  • first sealing element 39A in the region of first Schaufelfußrands 47 and the second sealing element 39 B in Area of the second Schaufelfußrands 51 arranged.
  • the Sealing elements 39A, 39B are each in a recess 45, in particular in a groove, arranged in the blade root. there the sealing elements 39A, 39B of the blade root 35 are partially added.
  • the sealing elements 39A, 39B each as a system of two arranged in pairs Partial sealing members 53A, 53B (see, for example, FIG 5) designed.
  • the rotor 25 i. under the influence one directed along the longitudinal axis 43 radially outwardly Centrifugal force, enter the partial sealing elements 53A, 53B then in contact with the groove base 33 and seal the Gap 37 from.
  • the sealing element 39A seals the gap on first blade root 47 and the sealing member 39B the gap 37 at the downstream arranged second Schaufelfußrand 51st from.
  • This embodiment offers great security both against the entry of hot gas A into the gap 37 as well towards the exit of coolant K from the gap 37 in FIG the flow channel 21 (see Figure 1) of the rotor 25. An escape of coolant K in the flow channel 21 would be under lead to a reduction in the efficiency.
  • FIG. 8 shows a side view of a blade 13 without Internal cooling system with an alternative to Figure 7 alternatives Arrangement of a sealing element 39A and another sealing element 39B.
  • the sealing element 39A is in the region of first Schaufelfußrands 47 and the sealing element 39B in the area the Schaufelfußmitten 49 arranged.
  • the order the sealing element 39A primarily limits the entrance of flowing hot gas A in the gap 37 and prevented thus damaging the rotor 25.
  • the specified Sealing concept offers in terms of customization a specific task a very high flexibility.
  • a multiple arrangement of sealing elements 39A, 39B is included of particular advantage.
  • FIG. 9 is a sectional view of a detail of FIG Rotor 25 with rotor shaft groove 31 and with inserted blade 13 is shown.
  • the rotor shaft groove 31 is as Circumferential 31 performed in the rotor shaft 23.
  • the circumferential groove 31 is made as a so-called Hammerkopfnut, the Shovel foot 35 receives.
  • the blade root 35 is a recess 45, in particular a groove into which a Sealing element 39 engages.
  • the sealing element 39 extends in the circumferential direction of the rotor shaft 23 and seals the gap 37th from.
  • the sealing element 39 seals the gap in this case Fliehkrafteinrial and can from two in the circumferential direction overlapping and relatively movable, in 9, not shown, partial sealing elements 53A, 53B assembled be as described for Figure 5.
  • the Sealing element 39 Under centrifugal force firmly to the groove base 33 pressed. As a result, the gap 37 is sealed.
  • FIG. 10 shows a sectional view of a section of a Rotor 25 with respect to Figure 9 alternative embodiment the blade attachment.
  • the circumferential groove 31 produced by a so-called technostannenbaumnut.
  • the blade root 35 of the blade 13 is accordingly produced as Tannenbaumfuß, in the circumferential groove 31, in particular in the designedstannenbaumnut 31, engages.
  • Tannenbaumfuß By this type of attachment of the blade 13 is during rotation of the rotor 25 about the axis of rotation 15 is a very effective Power transmission to the rotor shaft 23 and a particular secure hold achieved.
  • Analogous to Figure 9 is in the Blade foot 35 a recess 45 is provided in the one Sealing element 39 is arranged.
  • the sealing element 39 serves for Sealing of the gap 37, between the blade root 35 and the groove base 33 is formed.

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Abstract

The invention relates to a turbomachine (1) with a rotor (25) that extends along a rotational axis (15). Said rotor (25) has a rotor shaft groove (31) with a groove base (33) and a rotor blade (13) with a blade footing (35). Said blade footing (35) is introduced into the rotor shaft groove (31) and a gap (37) is formed between the blade footing (35) and the groove base (33). A sealing element (39) is provided for sealing said gap (37). Said sealing element is at least partially accommodated by the blade footing (35) and is mobile in relation to the same. The invention also relates to a sealing element (39), especially for a rotor (25) of a turbomachine (1), comprising a first partial sealing element (53A) and a second partial sealing element (53B). The inventive sealing element (39) performs its sealing action under the influence of an external force, especially the centrifugal force.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einem sich entlang einer Rotationsachse erstreckenden Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwellennut aufweist, sowie eine Laufschaufel mit einem Schaufelfuß, der in die Rotorwellennut eingesetzt ist, und ein Spalt zwischen dem Schaufelfuß und der Rotorwellennut gebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Dichtelement für einen Rotor einer Strömungsmaschine.The invention relates to a turbomachine with a along a rotation axis extending rotor, wherein the Rotor has a rotor shaft groove, and a blade with a blade root inserted into the rotor shaft groove is, and a gap between the blade root and the rotor shaft groove is formed. The invention further relates to a Sealing element for a rotor of a turbomachine.

Rotierbare Laufschaufeln von Strömungsmaschinen, beispielsweise von Gas- oder Dampfturbinen oder Verdichtern, sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen über den vollen Umfang an der Umfangsfläche einer Rotorwelle, die z.B. eine rotierbare Laufscheibe aufweist, befestigt. Eine Laufschaufel weist dabei üblicherweise ein Schaufelblatt, eine Schaufelplattform sowie einen Schaufelfuß mit einer Befestigungsstruktur auf, welche von einer entsprechend komplementär ausgestalteten Rotorwellennut zur Fixierung der Laufschaufel aufgenommen ist. Die Rotorwellennut kann dabei als Umfangsnut oder Axialnut an der Umfangsfläche der Rotorwelle hergestellt sein. Die Rotorwellennut weist eine Nutgrundfläche auf. Konstruktiv bedingt ist nach dem Einsetzen des Schaufelfuß einer Laufschaufel in die Rotorwellennut durch die jeweils aneinander grenzenden Rotorkomponenten ein Spalt gebildet. Der Spalt gibt im Betrieb des Rotors Anlaß zu Leckageströmen von Kühlmittel oder eines den Rotor antreibenden Aktionsfluids durch den Spalt hindurch. Ein solcher Spalt ist gebildet zwischen dem Schaufelfuß und der Nutgrundfläche. Ein Spalt dieser Art kann auch zwischen zwei aneinander grenzenden Schaufelplattformen von in Umfangsrichtung benachbarten Laufschaufeln sowie zwischen der Umfangsfläche der Rotorwelle und einer radial an die Umfangsfläche angrenzenden Schaufelplattform auftreten. Um die möglichen Leckageströme durch den Spalt, wie etwa das Entweichen von Kühlmittel, z.B. von Kühlluft in den Strömungskanal einer Gasturbine, zu begrenzen, wird intensiv nach wirksamen Dichtkonzepten gesucht. Diese müssen beständig sein gegenüber den auftretenden Temperaturen und der mechanischen Belastung infolge der beträchtlichen Fliehkräfte auf das rotierende System.Rotatable blades of turbomachinery, for example of gas or steam turbines or compressors, are in different embodiments over the full extent the peripheral surface of a rotor shaft, e.g. a rotatable one Running disk has attached. A blade points usually an airfoil, a paddle platform and a blade root with a mounting structure, which of a correspondingly complementarily configured rotor shaft groove is added to fix the blade. The rotor shaft groove can act as a circumferential groove or axial groove be made of the peripheral surface of the rotor shaft. The rotor shaft groove has a groove base. Structurally conditioned is after inserting the blade root of a blade in the rotor shaft groove through each adjacent Rotor components formed a gap. The gap gives in operation cause the rotor to leakages of coolant or an action fluid driving the rotor through the gap therethrough. Such a gap is formed between the blade root and the groove base. A split of this kind can also between two adjoining paddles from circumferentially adjacent blades and between the peripheral surface of the rotor shaft and a radially to the peripheral surface adjacent paddle platform occur. To the possible leakage flows through the gap, such as the escape of coolant, e.g. of cooling air in the flow channel A gas turbine, to limit, becomes intense after effective Wanted sealing concepts. These must be resistant to the occurring temperatures and the mechanical load due to the considerable centrifugal forces on the rotating system.

Aus der DE 198 10 567 A1 geht eine Dichtungsplatte für eine Laufschaufel einer Gasturbine hervor. Wenn Kühlluft, die der Laufschaufel zugeführt wird, in den Strömungskanal entweicht, führt dies unter anderem zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades der Gasturbine. Die Dichtungsplatte, die in einen Spalt zwischen den Schaufelplattformen zweier benachbarter Laufschaufeln eingesetzt ist, soll die Leckageströme infolge des Austritts von Kühlluft verhindern. Eine zusätzliche Dichtwirkung wird durch Dichtungsstifte erzielt, die ebenfalls zwischen die Schaufelplattformen zweier benachbarter Laufschaufeln eingebaut sind. Es ist eine Vielzahl von Dichtungsstiften erforderlich, um die gewünschte Dichtwirkung gegen den Austritt von Kühlluft aus den benachbarten Schaufelplattformen zu erreichen.From DE 198 10 567 A1 is a sealing plate for a Blade of a gas turbine out. If cooling air, which is the Moving blade is supplied, escapes into the flow channel, This leads inter alia to a reduction in the efficiency the gas turbine. The sealing plate, which in one Gap between the blade platforms of two adjacent Rotor blades is used, the leakage currents due prevent the escape of cooling air. An additional Sealing effect is achieved by sealing pins, which also between the blade platforms of two adjacent ones Blades are installed. It is a variety of sealing pins required to achieve the desired sealing effect the escape of cooling air from the adjacent blade platforms to reach.

In der US Patentschrift 4,021,138 ist ein Dichtkonzept für einen Rotor einer Gasturbine mit einer Laufscheibe und mit einer innenraumgekühlten Laufschaufel beschrieben. Die Laufscheibe weist eine Stirnfläche und eine entlang der Rotationsachse der Stirnfläche gegenüberliegende Rückfläche, sowie eine axiale Laufscheibennut auf, die sich von der Stirnfläche in die Rückfläche erstreckt. Die Laufschaufel weist einen Schaufelfuß auf, der von der axialen Laufscheibennut aufgenommen ist. In der Laufscheibe grenzt radial einwärts an den Schaufelfuß eine Kühlmittelkammer an, die die Laufscheibe in axialer Richtung vollständig von der Stirnfläche bis zur Rückfläche durchdringt. In der Laufschaufel sind Kühlmittelkanäle vorgesehen, die vom Schaufelfuß bis zum Schaufelblatt sich in radialer Richtung erstrecken und in Strömungsverbindung mit der Kühlmittelkammer stehen, so daß zur Innenkühlung der Laufschaufel ein Kühlmittel von der Kühlmittelkammer in die Kühlmittelkanäle gelangt. Hierzu wird über eine der Stirnfläche axial vorgeordnete Kühlmittelzufuhr die Kühlmittelkammer mit einem Kühlmittel beaufschlagt. Um die Kühlmittelkammer gegen ein Entweichen von Kühlmittel abzudichten, ist eine erste Dichtungsplatte auf der Stirnfläche und eine zweite Dichtungsplatte auf der Rückfläche der Laufscheibe angeordnet. Zur verbesserten Abdichtung weist die der Stirnfläche zugewandte Seite der ersten Dichtungsplatte einen sich in Umfangsrichtung der Laufscheibe erstreckenden Kanal auf, der sich zur Stirnfläche hin öffnet. In radialer Richtung ist der Kanal begrenzt von einem radial auswärts angeordneten äußeren Randbereich sowie von einem, dem äußeren Randbereich gegenüberliegenden, radial einwärts angeordneten inneren Randbereich, wobei der äußere und der innere Randbereich an die Stirnfläche angrenzen. Der äußere Randbereich ist so ausgestaltet, daß dadurch der an die Stirnfläche angrenzende Teil des Kanals in einer Richtung gegen gegenüber der Stirnflächennormalen geneigt ist, wobei diese Richtung eine Komponente radial nach auswärts aufweist. In den Kanal ist ein Dichtungsstab, der sich entlang der Umfangsrichtung erstreckt, beweglich eingebracht. Im Betrieb des Rotors bewegt sich der Dichtungsstab im Kanal unter Fliehkrafteinwirkung entlang dem äußeren Randbereich radial nach außen und in Richtung gegen die Stirnfläche, wo er schließlich seine Dichtstellung einnimmt. In der Dichtstellung ist der Dichtungsstab in Kontakt mit der Stirnfläche und dichtet einen Spalt ab, der zwischen der Stirnfläche und dem der Stirnfläche zugewandten Seite der Dichtungsplatte gebildet ist. Auf diese Weise soll weitgehend verhindert werden, daß Kühlmittel aus der Kühlmittelkammer oder der Kühlmittelzufuhr durch den Spalt austritt. Durch die Verwendung der relativ ausgedehnten Dichtungsplatten und der zusätzlichen Dichtungsstäbe ist diese Lösung sehr kostenintensiv. Ferner sind Wartungs- und Reparaturarbeiten an der Laufschaufel nur nach vollständigem Entfernen dieser Dichtkomponenten vom Rotor möglich. In US Patent 4,021,138 is a sealing concept for a rotor of a gas turbine with a running disk and with an internally cooled blade described. The running disk has an end face and one along the axis of rotation the front surface opposite back surface, as well an axial pulley groove extending from the end face extends into the back surface. The blade has a Shovel foot taken up by the axial pulley groove is. In the running disk radially inwardly adjacent to the Blade foot on a coolant chamber, which is the running disk in axial direction completely from the end face to the Rear surface penetrates. In the blade are coolant channels provided, from the blade root to the blade extending in the radial direction and in fluid communication stand with the coolant chamber, so that for internal cooling the blade a coolant from the coolant chamber enters the coolant channels. This is done via a the front face axially upstream coolant supply the coolant chamber subjected to a coolant. To the coolant chamber seal against leakage of coolant, is a first seal plate on the face and a second seal plate disposed on the rear surface of the rotor disk. For improved sealing has the end face facing side of the first sealing plate is in Circumferential direction of the rotor disk extending channel, the opens towards the face. In the radial direction is the Channel bounded by a radially outwardly disposed outer Edge region and from one, the outer edge region opposite, radially inwardly disposed inner edge region, wherein the outer and the inner edge region of the Adjacent end face. The outer edge area is designed that thereby the adjacent to the end face part of the channel in a direction opposite to the face normal inclined, this direction being a component radially outward. Into the channel is a Sealing rod, which extends along the circumferential direction, movably introduced. Moved during operation of the rotor the sealing rod in the channel under centrifugal force along the outer edge region radially outward and in Direction against the frontal area, where he finally his Gasket position occupies. In the sealing position is the sealing rod in contact with the face and seals one Split off, between the face and the face facing side of the sealing plate is formed. On This way should largely be prevented that coolant from the coolant chamber or the coolant supply through the Gap exits. By using the relatively extended Sealing plates and the additional sealing bars is this solution is very expensive. Furthermore, maintenance and Repairs to the blade only after complete Removal of these sealing components from the rotor possible.

Aus der EP 0 799 974 A2 geht ein Dichtelement für eine Laufschaufel einer Turbomaschine hervor. Die Turbomaschine weist hierbei einen Rotor auf, mit einer radial einwärts angeordneten Rotorscheibe, wobei radial auswärts an der Rotorscheibe eine Vielzahl von Laufschaufeln in Umfangsrichtung der Rotorscheibe unter Bildung eines jeweiligen Spalts befestigt sind. Zur Kühlung des Rotors sind Kühlkanäle vorgesehen, die sich durch die Rotorscheibe und die Laufschaufeln in radialer Richtung erstrecken. Um einen Austritt an Kühlmittel (Leckage) im Bereich der Schaufelbefestigung aus dem Spalt zu begrenzen, ist zwischen dem Schaufelfuß und der Rotorscheibe ein Dichtelement angeordnet. Das Dichtelement führt unter Zentrifugalkrafteinwirkung eine Kippbewegung aus und erreicht dadurch seine Dichtposition. Um das Dichtelement in Richtung der Rotationsachse vor einem Herausfallen aus dem Spalt zu sichern, weist das Dichtelement zwei Sicherungszähne auf, die einen radial einwärts ausgebildeten Vorsprung im Schaufelfuß umgreifen, wobei das Dichtelement, insbesondere einer der Sicherungszähne, zumindest teilweise stirnseitig der Rotorscheibe aus dem Spalt herausragt.EP 0 799 974 A2 discloses a sealing element for a moving blade a turbomachine. The turbomachine points in this case a rotor, with a radially inwardly arranged Rotor disc, wherein radially outward on the rotor disc a plurality of blades in the circumferential direction of the rotor disk attached to form a respective gap. Cooling channels are provided for cooling the rotor through the rotor disc and the blades in radial Extend direction. To get a leak on coolant (Leakage) in the area of blade attachment from the gap to limit is between the blade root and the rotor disk arranged a sealing element. The sealing element leads under Centrifugal force from a tilting movement and reaches thereby its sealing position. To the sealing element in the direction the axis of rotation before falling out of the gap secure, the sealing element has two securing teeth, the a radially inwardly formed projection in the blade root encompass, wherein the sealing element, in particular one of Fuse teeth, at least partially the front side of the rotor disk sticking out of the gap.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsmaschine mit einem Rotor, der eine Rotorwellennut und eine Nutgrundfläche aufweist, sowie eine Laufschaufel mit einem Schaufelfuß, wobei der Schaufelfuß in die Rotorwellennut eingesetzt ist, mit einem Dichtelement anzugeben. Das Dichtelement soll insbesondere eine effiziente Begrenzung axialer Leckageströme ermöglichen, und gegenüber den auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen möglichst resistent sein. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dichtelement, insbesondere für einen Rotor einer Strömungsmaschine, anzugeben.The invention is based on the object, a turbomachine with a rotor having a rotor shaft groove and a groove base and a blade with a Blade foot, wherein the blade root used in the Rotorwellennut is to specify with a sealing element. The sealing element in particular, an efficient limitation of axial Allow leakage currents, and against the occurring mechanical and thermal loads as resistant as possible be. Another object of the invention is to provide a sealing element, in particular for a rotor of a turbomachine, specify.

Erfindungsgemäß wird erstgenannte Aufgabe gelöst durch eine Strömungsmaschine mit einem sich entlang einer Rotationsachse erstreckenden Rotor, der eine Rotorwellennut mit einer Nutgrundfläche aufweist, sowie eine Laufschaufel mit einem Schaufelfuß, wobei der Schaufelfuß in die Rotorwellennut eingesetzt ist und zwischen dem Schaufelfuß und der Nutgrundfläche ein Spalt gebildet ist, wobei ein Dichtelement zur Dichtung des Spalts vorgesehen ist, welches zumindest teilweise von dem Schaufelfuß aufgenommen ist, wobei das Dichtelement gegenüber dem Schaufelfuß beweglich ist, und wobei das Dichtelement unter Fliehkrafteinwirkung in Kontakt mit der Nutgrundfläche ist und dadurch den Spalt abdichtet.According to the first object is achieved by a Turbomachine with one moving along a rotation axis extending rotor having a rotor shaft groove with a Nutgrundfläche and a blade with a Blade foot, wherein the blade root used in the Rotorwellennut is and between the blade root and the Nutgrundfläche a gap is formed, wherein a sealing element for sealing the gap is provided, which at least partially is received by the blade root, wherein the sealing element is movable relative to the blade root, and wherein the Sealing element under centrifugal force in contact with the Groove base is and thereby seals the gap.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß im Betrieb einer Strömungsmaschine, beispielsweise einer Gas- oder Dampfturbine oder eines Verdichter, der Rotor einem entlang diesem strömenden Aktionsfluid, z.B. ein Heißgas, Dampf oder erwärmte Luft, ausgesetzt ist. Ein Aktionsfluid kann dabei infolge einer Expansion Arbeit an den Laufschaufeln verrichten und diese in Rotation um die Rotationsachse versetzen. Der die Laufschaufel aufweisende Rotor ist sowohl thermisch als auch mechanisch, insbesondere durch die infolge der Rotation auftretenden Fliehkräfte, sehr stark belastet. Zur Kühlung des Rotors und vor allem der Laufschaufel wird ein Kühlmittel, z.B. Kühlluft, verwendet, welches üblicherweise durch geeignete Kühlmittelzuführungen dem Rotor zugeführt wird. Dabei können sowohl Leckageströme an Kühlmittel als auch an strömendem Aktionsfluid - sogenannte Spaltverluste -, in dem durch den Schaufelfuß und die Nutgrundfläche gebildeten Spalt auftreten. Diese Leckageströme wirken sich sehr nachteilig auf die Kühleffizienz sowie die mechanische Einbaufestigkeit (Laufruhe und Zeitstandfestigkeit) der Laufschaufel in der Rotorwellennut aus.The invention is based on the consideration that during operation of a Turbomachine, for example, a gas or steam turbine or a compressor, the rotor one along this flowing action fluid, e.g. a hot gas, steam or heated Air, is exposed. An action fluid can thereby do an expansion work on the blades and rotate them around the axis of rotation. Of the the blade having rotor is both thermal and also mechanically, in particular due to the rotation occurring centrifugal forces, very heavily loaded. For cooling the rotor and especially the blade becomes a coolant, e.g. Cooling air, usually used by suitable coolant supply is supplied to the rotor. there Both leakage currents to coolant and to flowing action fluid - so-called gap losses - in the formed by the blade root and the Nutgrundfläche gap occur. These leakage currents are very disadvantageous on the cooling efficiency as well as the mechanical installation resistance (Smoothness and creep strength) of the blade in the Rotor shaft groove off.

Mit der Erfindung wird eine neue Möglichkeit aufgezeigt, den Spalt gegenüber möglichen Leckageströmen wirksam abzudichten. Dies wird zum einen dadurch erreicht, daß das Dichtelement zumindest teilweise von dem Schaufelfuß aufgenommen und gegenüber diesem beweglich ist. Zum anderen wird die im Betrieb der Strömungsmaschine, d.h. bei Rotation des Rotors, auftretende Zentrifugalkraft gezielt für Dichtzwecke ausgenutzt. Der Schaufelfuß dient somit neben der Befestigung der Laufschaufel gleichzeitig der Aufnahme des Dichtelements. Weiterhin ist durch die angegebene Ausgestaltung das Dichtelement im Schaufelfuß geführt. Der Spalt erstreckt sich in radialer und axialer Richtung sowie in Umfangsrichtung des Rotors, wobei die axiale Ausdehnung des Spalts üblicherweise dominierend ist, sowie die Ausdehnung des Spalts in Umfangsrichtung größer ist als die radiale Dimension. Die genaue Geometrie des Spalts ist von der spezifischen Ausgestaltung der Rotorwellennut und der Nutgrundfläche, sowie des Schaufelfußes bestimmt. Das Dichtelement kann dabei individuell an die jeweilige Geometrie des Rotors und die Anforderungen hinsichtlich der zu begrenzenden Leckageströme angepaßt werden.With the invention, a new possibility is shown, the Gap effectively seal against possible leakage currents. This is achieved, on the one hand, in that the sealing element at least partially absorbed by the blade root and is movable in relation to this. On the other hand, the im Operation of the turbomachine, i. during rotation of the rotor, occurring centrifugal force targeted for sealing purposes exploited. The blade root thus serves in addition to the attachment of the Blade at the same time receiving the sealing element. Furthermore, by the specified embodiment, the sealing element guided in the blade root. The gap extends in radial and axial direction and in the circumferential direction of the Rotor, the axial extent of the gap usually is dominant, as well as the expansion of the gap in the circumferential direction is greater than the radial dimension. The exact Geometry of the gap is of the specific design the rotor shaft groove and the groove base, as well as the blade root certainly. The sealing element can individually the particular geometry of the rotor and the requirements adapted to the leakage currents to be limited become.

Gemäß der Erfindung dichtet das Dichtelement den Spalt unter Fliehkrafteinwirkung ab. Im Betrieb der Strömungsmaschine wird das Dichtelement dann infolge der Rotation durch die radial auswärts gerichtete Fliehkraft in seine Dichtposition gebracht und entfaltet seine Dichtwirkung. Das Dichtelement wird dabei fest an die Nutgrundfläche angedrückt und dichtet den Spalt ab.According to the invention, the sealing element seals the gap below Centrifugal force. During operation of the turbomachine the sealing element is then due to the rotation through the radially outwardly directed centrifugal force in its sealing position brought and unfolds its sealing effect. The sealing element is pressed firmly against the groove base and seals the gap.

Ein wesentlicher Vorteil gegenüber herkömmlichen Dichtkonzepten ergibt sich durch die gezielte Abdichtung des Spalts. Hierdurch gelingt es, eine sehr kompakte Bauweise zu realisieren. Ausgedehnte Dichtelemente, die sehr kostenintensiv sind, erübrigen sich somit. Das Dichtelement wird lokal dort angeordnet, wo es zur effizienten Begrenzung von Leckageströmen erforderlich ist. Im Betrieb des Rotors erreicht das Dichtelement dabei seine Dichtposition und entfaltet seine Dichtwirkung. Hierbei kommt das Dichtelement in Kontakt mit der Nutgrundfläche und wird fest gegen die Nutgrundfläche gedrückt. Dadurch, daß das Dichtelement desweiteren zumindest partiell von dem Schaufelfuß aufgenommen ist, ist der Spalt abgedichtet. Auf diese Weise wird beispielsweise der Eintritt von einem Aktionsfluid, z.B. des Heißgases in einer Gasturbine, in den Spalt wirkungsvoll verhindert. Dies schützt den Werkstoff des Rotors, insbesondere den Werkstoff des Schaufelfußes, vor den hohen Temperaturen und den möglichen oxidierenden und korrosiven Einflüssen des Aktionsfluids. Durch das Unterbinden von Leckageströmen von Aktionsfluid und/oder von Kühlmittel im Spalt durch das Dichtelement, werden Temperaturgradienten im Bereich der Schaufelbefestigung vermieden. Mögliche Wärmespannungen, die aus einer behinderten Wärmedehnung von aneinander grenzenden Rotorkomponenten bei Temperaturdifferenzen resultieren, werden dadurch reduziert. Der Schaufelfuß einer Laufschaufel und die Rotorwellennut die die Laufschaufel aufnimmt und fixiert, können daher mit einer deutlich geringeren Toleranz hergestellt werden. Ein geringeres Toleranzmaß wirkt sich vorteilhaft auf die mechanische Einbaufestigkeit der Laufschaufel und die Laufruhe des Rotors aus.An essential advantage over conventional sealing concepts results from the targeted sealing of the gap. This makes it possible to realize a very compact design. Extensive sealing elements, which are very costly are, thus unnecessary. The sealing element will be there locally arranged where it is needed to efficiently limit leakage currents is required. During operation of the rotor, this achieves Sealing element while its sealing position and unfolds his Sealing effect. In this case, the sealing element comes in contact with the groove base and is pressed firmly against the groove base. The fact that the sealing element furthermore at least partially received by the blade root is the gap sealed. In this way, for example, the entrance from an action fluid, e.g. the hot gas in a gas turbine, effectively prevented in the gap. This protects the Material of the rotor, in particular the material of the blade root, before the high temperatures and the possible oxidizing and corrosive influences of the action fluid. By the inhibition of leakage flows of action fluid and / or of coolant in the gap through the sealing element, become temperature gradients avoided in the blade attachment. Possible thermal stresses resulting from a disabled thermal expansion of adjacent rotor components at temperature differences result will be reduced. Of the Blade foot of a blade and the Rotorwellennut the Rotor blade receives and fixes, can therefore with a significantly lower tolerance can be produced. A lesser one Tolerance has an advantageous effect on the mechanical Installation resistance of the blade and the smoothness of the rotor out.

Insbesondere können Passungen, die zur Befestigung des Schaufelfußes in der Rotorwellennut vorgesehen sind, mit einem geringeren Spiel versehen werden. Dies vermindert auch entsprechend die möglichen Leckageströme durch die Passung. Da das Dichtelement zumindest teilweise von dem Schaufelfuß aufgenommen ist, ist es einerseits sicher gehalten und gegen ein Herausfallen aus dem Rotor gesichert, andererseits ist es vor einer unmittelbaren Beaufschlagung durch das Aktionsfluid geschützt. Dabei ist das Dichtelement nicht notwendigerweise fest an eine Laufschaufel, insbesondere an den Laufschaufelfuß angekoppelt. Dies erleichtert Montage- oder Reparaturarbeiten an einer Laufschaufel, wie z.B. das Austauschen einer Laufschaufel, ohne größeren Aufwand. Das Dichtelement bleibt davon weitgehend unberührt und kann somit auch mehrfach verwendet werden.In particular, fits that are used to attach the blade root are provided in the rotor shaft groove, with a smaller Game be provided. This also reduces accordingly the possible leakage currents through the fit. Since that Sealing element at least partially received by the blade root is, on the one hand, it is safe and against one Falling out of the rotor secured, on the other hand it is present protected from immediate action by the action fluid. In this case, the sealing element is not necessarily firmly to a blade, in particular to the blade root coupled. This facilitates assembly or repair work on a blade, e.g. exchanging a Blade, without much effort. The sealing element remains of it largely untouched and can therefore also be used several times become.

Erfindungsgemäß weist das Dichtelement ein erstes Teildichtelement und ein zweites Teildichtelement auf, welche relativ zueinander beweglich sind. Die Teildichtelemente können dabei so ausgestaltet sein, daß sie in besonderer Weise eine partielle Dichtfunktion für unterschiedliche abzudichtende Bereiche im Spalt, insbesondere für unterschiedliche Bereiche der Nutgrundfläche, übernehmen. Die Teildichtelemente ergänzen sich dann durch ihre paarweise Anordnung zu einem Dichtelement, wobei die Dichtwirkung des gepaarten Systems aus Teildichtelementen größer ist als die eines einzelnen Teildichtelements. Durch eine besonders angepaßte Ausgestaltung der Teildichtelemente an die jeweils abzudichtenden Bereiche im Spalt gelingt es, daß die Dichtwirkung der gepaarten Anordnung größer ist als sie etwa mit einem einstückigen Dichtelement realisierbar wäre. Durch die relative Beweglichkeit der Teildichtelemente wird somit ein besonders flexibles und effizientes System aus Teildichtelementen bereitgestellt. Dabei sind sowohl relative Translationen als auch Rotationen der Teildichtelemente gegeneinander vorgesehen. Sofern die Teildichtelemente sich beispielsweise in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse erstrecken, sind die Relativbewegungen im wesentlichen in dieser Ebene beschränkt. Die relative Beweglichkeit der Teildichtelemente ermöglicht ein sehr angepaßtes System, welches abhängig von der thermischen und/oder mechanischen Belastung des Rotors und der spezifischen Geometrie des abzudichtenden Spalts ausgestaltet ist. Das angepaßte System aus Teildichtelementen ist dabei so ausgestaltet und gelagert, daß es unter der Wirkung der externen Kräfte, wie z.B. der Fliehkraft sowie der Normal- und Lagerkräfte (Reaktionskräfte), sich gewissermaßen selbst justiert, und dabei seine Dichtwirkung entfaltet. Vorteilhafterweise werden desweiteren mögliche thermisch oder mechanisch induzierte Spannungen durch das bewegliche Paar aus Teildichtelementen deutlich besser ausgeglichen als bei herkömmlichen Dichtkonzepten.According to the invention, the sealing element has a first Part sealing element and a second partial sealing element, which are movable relative to each other. The partial sealing elements can be designed so that they in particular Do a partial sealing function for different ones areas to be sealed in the gap, in particular for Different areas of Nutgrundfläche, take over. The Part sealing elements then complement each other by their pairs Arrangement for a sealing element, wherein the sealing effect of Paired system of partial sealing elements is larger than the a single partial sealing element. By a particularly adapted design of the partial sealing elements to each To be sealed areas in the gap succeeds that the Sealing effect of the paired arrangement is greater than it approximately would be feasible with a one-piece sealing element. By the relative mobility of the partial sealing elements is thus a particularly flexible and efficient system Part sealing elements provided. Here are both relative Translations as well as rotations of the partial sealing elements intended against each other. If the partial sealing elements themselves for example, in a plane perpendicular to the axis of rotation extend, the relative movements are substantially in limited to this level. The relative mobility of the Part sealing elements allows a very adapted system, which depends on the thermal and / or mechanical Load of the rotor and the specific geometry of the sealed Spalten is designed. The adapted system Part sealing elements is designed and stored in this way, that under the action of external forces, e.g. of the Centrifugal force and the normal and bearing forces (reaction forces), adjusted to a certain extent, and thereby his Unfolding sealing effect. Advantageously, furthermore possible thermally or mechanically induced voltages through the movable pair of partial sealing elements clearly better balanced than conventional sealing concepts.

Vorzugsweise weist der Rotor eine Laufscheibe auf, die die Rotorwellennut mit der Nutgrundfläche umfaßt, wobei die Ro torwellennut sich entlang einer Querachse erstreckt, die gegenüber einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse geneigt ist. Die Befestigung der rotierbaren Laufschaufel in der Rotorwellennut ist damit so hergestellt, daß sie im Betrieb des Rotors die Schaufelbeanspruchungen durch Strömungs- und Fliehkräfte sowie durch Schaufelschwingungen mit hoher Sicherheit aufnehmen und die auftretenden Kräfte auf die Laufscheibe und schließlich den gesamten Rotor übertragen kann. Die Befestigung der Laufschaufel kann beispielsweise durch Axialnuten erfolgen, wobei eine Laufschaufel in eine eigens dafür vorgesehene, im wesentlichen in axialer Richtung sich erstreckende Laufscheibennut eingespannt wird. Für geringe Beanspruchungen, z.B. bei Axialverdichter-Laufschaufeln in Verdichtern, sind einfache Befestigungen der Laufschaufel, beispielsweise mit einem Schwalbenschwanz- oder Lavalfuß, möglich. Für Dampfturbinen-Endstufen mit langen Laufschaufeln und entsprechend großen Schaufelfliehkräften kommt neben dem sogenannten Steckfuß auch der axiale Tannenbaumfuß in Frage. Die axiale Tannenbaumbefestigung findet bevorzugterweise auch Anwendung bei thermisch hochbelasteten Laufschaufeln in Gasturbinen. Dabei kann sich die Rotorwellennut entlang der Querachse vollständig über die gesamte Laufscheibe hin erstrecken. Der Spalt zwischen der Nutgrundfläche und dem Schaufelfuß ist dann radial geöffnet und erstreckt sich entsprechend entlang der Querachse.Preferably, the rotor has a running disk, which the Rotor shaft groove with the groove base comprises, wherein the Ro Torwellennut extends along a transverse axis, opposite a plane perpendicular to the axis of rotation is inclined. The attachment of the rotatable blade in the rotor shaft groove is thus made so that they are in the operation of the rotor the blade stresses due to flow and centrifugal forces as well as blade vibrations with high safety absorb and the forces occurring on the rotor and finally can transfer the entire rotor. The attachment the blade can, for example, by axial grooves with a blade in a specially designed, extending substantially in the axial direction Disk groove is clamped. For low loads, e.g. in axial compressor blades in compressors, are simple fastenings of the blade, for example with a swallowtail or lava foot, possible. For Steam turbine power amplifiers with long blades and accordingly large blade centrifugal forces comes in addition to the so-called Plug foot and the axial Tannenbaumfuß in question. The axial Fir-tree fastening is also preferably used in thermally highly loaded blades in gas turbines. In this case, the rotor shaft groove along the transverse axis extend completely over the entire disk. Of the Gap between the groove base and the blade root is then radially open and extends along accordingly the transverse axis.

Bevorzugt ist das Dichtelement in einer Ausnehmung, insbesondere in einer Nut, im Schaufelfuß angeordnet. Eine Herausfallsicherung des Dichtelements und/oder eine Sicherung gegen Herausschleudern des Dichtelements bei Fliehkrafteinwirkung im stationären Betrieb oder bei einer transienten Belastung des Rotors wird dadurch erreicht, daß das Dichtelement in einer geeigneten Ausnehmung im Schaufelfuß angeordnet ist. Durch die Ausnehmung wird darüber hinaus im Schaufelfuß eine Reaktionsfläche hergestellt, die zweckmäßigerweise als Teilfläche der Ausnehmung ausgebildet ist. Im Falle einer Nut ist diese Reaktionsfläche beispielsweise auf dem Nutgrund hergestellt. Die Reaktionsfläche ist dann radial auswärts im Schaufelfuß angeordnet und liegt der Nutgrundfläche der Rotorwellennut entlang der radialen Richtung gegenüber.Preferably, the sealing element is in a recess, in particular in a groove, arranged in the blade root. A fallback of the sealing element and / or a fuse against Throwing out of the sealing element with centrifugal force in stationary operation or with a transient load of the rotor is achieved in that the sealing element in a suitable recess is arranged in the blade root. Through the recess is also in the blade root a Reaction surface prepared, which expediently as a partial surface the recess is formed. In the case of a groove this reaction surface produced for example on the groove base. The reaction surface is then radially outward in the Shovel arranged and lies the groove base of the rotor shaft groove along the radial direction.

Zur Erzielung einer möglichst guten Dichtwirkung beim Eingriff des Dichtelements in die Ausnehmung, ist die Reaktionsfläche mit entsprechend geringer und wohldefinierter Oberflächenrauhigkeit hergestellt. Nach der eigentlichen Herstellung der Ausnehmung, insbesondere der Nut, beispielsweise durch Materialabtrag von dem Schaufelfuß mittels eines Fräs- oder Drehvorgangs, kann auf dem Nutgrund durch Polieren eine Reaktionsfläche mit der gewünschten Rauhigkeit geschaffen werden.To achieve the best possible sealing effect during surgery of the sealing element in the recess, is the reaction surface with correspondingly low and well-defined surface roughness produced. After the actual production the recess, in particular the groove, for example by Material removal of the blade root by means of a milling or Turning process, can on the groove bottom by polishing a reaction surface be created with the desired roughness.

Bevorzugt weist der Schaufelfuß einen ersten Schaufelfußrand und einen entlang der Rotationsachse dem ersten Schaufelfußrand gegenüberliegenden zweiten Schaufelfußrand auf, sowie einen Schaufelfußmittenbereich, der axial zwischen dem ersten Schaufelfußrand und dem zweiten Schaufelfußrand angeordnet ist, wobei ein Dichtelement im Bereich des ersten Schaufelfußrands und/oder des zweiten Schaufelfußrands und/oder des Schaufelfußmittenbereichs angeordnet ist. Bezüglich der Strömungsrichtung eines strömenden Aktionsfluids, beispielsweise eines Heißgases einer Gasturbine, ist hierbei z.B. der erste Schaufelfußrand stromaufwärts und der zweite Schaufelfußrand stromabwärts angeordnet. Je nach konstruktiven Gegebenheiten und Anforderungen hinsichtlich der zu erreichenden Dichtwirkung im Spalt, ermöglicht diese geometrische Aufgliederung eine Ausgestaltung und Anordnung des Dichtelements oder mehrerer Dichtelemente in verschiedenen Teilbereichen des Schaufelfußes.The blade root preferably has a first blade root edge and one along the axis of rotation of the first blade root edge opposite second Schaufelfußrand on, as well a blade root center region extending axially between the first Schaufelfußrand and the second Schaufelfußrand arranged is, wherein a sealing element in the region of the first Schaufelfußrand and / or the second blade root edge and / or the Schaufelfußmittenbereich is arranged. Regarding the flow direction a flowing action fluid, for example a hot gas of a gas turbine, this is e.g. the first Blade root edge upstream and the second blade root edge arranged downstream. Depending on the design conditions and requirements with regard to the sealing effect to be achieved in the gap, allows this geometric breakdown an embodiment and arrangement of the sealing element or more Sealing elements in different sections of the blade root.

Die Anordnung eines Dichtelements im Bereich des ersten, stromaufwärts angeordneten Schaufelfußrands begrenzt in erster Linie den Eintritt von strömendem, möglicherweise sehr heißem, Aktionsfluid in den Spalt, und verhindert somit eine Beschädigung des Rotors. Die Anordnung des Dichtelements im Bereich des zweiten, stromabwärts angeordneten Schaufelfußrands dient vorwiegend dazu, den Austritt von Kühlmittel, z.B. unter einem bestimmten Druck stehende Kühlluft im Spalt, in axialer Richtung stromaufwärts entlang der Nutgrundfläche in den Strömungskanal zu begrenzen. Da sich das Aktionsfluid in Strömungsrichtung entspannt, wird der Druck des Aktionsfluids in Strömungsrichtung kontinuierlich abgebaut. Ein unter einem gewissen Druck stehendes Kühlmittel im Spalt wird daher in Richtung des geringeren Umgebungsdrucks aus dem Spalt austreten, also am stromabwärts angeordneten zweiten Schaufelfußrand. Aufgrund dessen ist es vorteilhaft, im Bereich des zweiten Schaufelfußrands ein Dichtelement vorzusehen. Der Schaufelfußmittenbereich bildet einen weiteren Teilbereich des Schaufelfußes. Zusammen mit dem ersten und dem zweiten Schaufelfußrand stehen damit unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung, ein Dichtelement in verschiedenen Teilbereichen des Schaufelfußes anzuordnen. Dabei wird man bei Laufschaufeln die ein Innenkühlungssystem aufweisen, wobei ein Kühlmittel, z.B. Kühlluft, durch eine geeignete Kühlmittelzufuhr, die im Schaufelfußmittenbereich angeordnet ist, der Laufschaufel zugeführt wird, das Dichtelement vorzugsweise im Bereich des ersten oder des zweiten Schaufelfußrands anordnen. Bei Laufschaufeln ohne ein derartiges Innenkühlungssystem kann auch eine Anordnung des Dichtelements im Bereich des Schaufelfußmittenbereichs genauso vorteilhaft erfolgen.The arrangement of a sealing element in the region of the first, upstream Schaufelfußrands limited in the first Line the entry of pouring, possibly very hot, action fluid into the gap, thus preventing one Damage to the rotor. The arrangement of the sealing element in Area of the second, downstream Schaufelfußrands serves primarily to prevent the escape of coolant, e.g. under a certain pressure cooling air in the gap, in the axial direction upstream along the groove base to limit in the flow channel. Since the action fluid relaxed in the flow direction, the pressure of the action fluid continuously degraded in the flow direction. An under a certain pressure refrigerant in the gap is therefore in the direction of the lower ambient pressure from the Gap exit, so at the downstream arranged second Blade-root. Because of that it is beneficial in the field the second Schaufelfußrands provide a sealing element. The blade root center area forms another subarea of the blade foot. Together with the first and the second Schaufelfußrand stand so different options available, a sealing element in different To arrange portions of the blade root. You will become one in blades having an internal cooling system, wherein a coolant, e.g. Cooling air, through a suitable coolant supply, which is arranged in the blade root center region, the blade is supplied, the sealing element preferably in the region of the first or the second blade root edge Arrange. For blades without such an internal cooling system can also be an arrangement of the sealing element in the area the Schaufelfußmittenbereichs just as advantageous.

Vorzugsweise sind mehrere Dichtelemente vorgesehen. Je nach konstruktiven Gegebenheiten und Anforderungen hinsichtlich der zu erreichenden Dichtwirkung, werden die Anzahl und die Anordnung von Dichtelementen bestimmt, wobei auch Kombinationen aus mehreren Dichtelementen eingesetzt werden können. Das Dichtkonzept bietet im Hinblick auf die Anpassung an eine konkrete Aufgabenstellung eine sehr große Flexibilität. Z.B. dichtet die Kombination eines Dichtelements im Bereich des ersten Schaufelfußrands und eines weiteren Dichtelements im Bereich des zweiten Schaufelfußrands den Spalt von zwei Seiten ab und bietet demzufolge eine große Sicherheit sowohl gegenüber einem Eintritt von Aktionsfluid in den Spalt als auch gegenüber einem Austritt von Kühlmittel aus dem Spalt in den Strömungskanal der Strömungsmaschine. Ein Entweichen von Kühlmittel in den Strömungskanal würde unter anderem zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades der Strömungsmaschine führen. Auch im Hinblick darauf, ist eine Mehrfachanordnung von Dichtelementen sehr vorteilhaft.Preferably, a plurality of sealing elements are provided. Depending on constructive conditions and requirements regarding the sealing effect to be achieved, the number and Arrangement of sealing elements determined, including combinations can be used from several sealing elements. The Sealing concept offers in terms of adaptation to a concrete task a very high flexibility. For example, seals the combination of a sealing element in the area of first Schaufelfußrands and another sealing element in Area of the second blade root edge the gap from two sides As a result, it provides a great security against both an entry of action fluid into the gap as well against leakage of coolant from the gap in the Flow channel of the turbomachine. An escape from Coolant in the flow channel would inter alia to a Reduction of the efficiency of the turbomachine lead. Also in view of this, is a multiple arrangement of Sealing elements very advantageous.

Bevorzugt erstreckt sich das Dichtelement in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse. Der Spalt weist eine radiale und axiale Ausdehnung sowie eine Ausdehnung in Umfangsrichtung des Rotors auf. Ein sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse erstreckendes Dichtelement eignet sich daher besonders gut dazu, mögliche axiale Leckageströme mit hoher Effizienz zu behindern. So wird beispielsweise ein stromaufwärts gerichteter, axialer Leckagestrom, z.B. ein Heißgas aus dem Strömungskanal einer Gasturbine, der sich entlang der Nutgrundfläche ausbreitet, durch das Dichtelement wirkungsvoll behindert. Die Leckageströmung wird hierbei durch das Hindernis in Form des Dichtelements im Spalt verzögert und schließlich auf der der Leckageströmung zugewandten Seite des Dichtelements zum Stillstand kommen (einfache Drossel). Die der Leckageströmung abgewandte Seite des Dichtelements und der sich in axialer Richtung daran anschließende Teil des Spalts wird durch das einfache Dichtelement vor einer Beaufschlagung mit dem Leckagemedium, z.B. ein heißes Aktionsfluid oder ein Kühlmittel, bereits geschützt. Eine deutliche Verbesserung dieser einfachen Lösung mit einem einzelnen Dichtelement, das sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse erstreckt, ergibt sich durch die Kombination des Dichtelements mit einem oder mehreren weiteren Dichtelementen, die sich ebenfalls in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse erstrecken und die axial beabstandet zu dem Dichtelement angeordnet sind. Durch diese Mehrfachanordnung von Dichtelementen werden mögliche Leckageströme im Spalt erheblich reduziert. Preferably, the sealing element extends in a plane perpendicular to the axis of rotation. The gap has a radial and axial extent and an extent in the circumferential direction of the rotor. One in a plane perpendicular to the Rotation axis extending sealing element is therefore suitable especially good, possible axial leakage currents with high Hamper efficiency. For example, an upstream one directed, axial leakage current, e.g. a hot gas out the flow channel of a gas turbine, which extends along the Nutgrundfläche spreads, by the sealing element effectively with special needs. The leakage flow is in this case by the Obstacle delayed in the form of the sealing element in the gap and finally on the leakage flow side facing the Sealing element come to a standstill (simple throttle). The the leakage flow side facing away from the sealing element and in the axial direction adjoining part of the Gaps is caused by the simple sealing element from being acted upon with the leakage medium, e.g. a hot action fluid or a coolant, already protected. A significant improvement this simple solution with a single sealing element, that is in a plane perpendicular to the axis of rotation extends, results from the combination of the sealing element with one or more other sealing elements, the also in a plane perpendicular to the axis of rotation extend and arranged axially spaced from the sealing element are. Through this multiple arrangement of sealing elements possible leakage currents in the gap are considerably reduced.

Vorzugsweise ist das Dichtelement in radialer Richtung beweglich. Dadurch wird erreicht, daß das Dichtelement unter Fliehkrafteinwirkung sich in radialer Richtung von der Rotationsachse des Rotors entfernt. Dieser Effekt wird gezielt ausgenutzt, um eine deutlich verbesserte Dichtwirkung im Spalt zu erzielen. Das Dichtelement kommt dabei unter Fliehkrafteinwirkung in Kontakt zu einer radial auswärts angeordneten Reaktionsfläche, die beispielsweise als Teilfläche einer Ausnehmung, insbesondere einer Nut, ausgestaltet ist. Das Dichtelement wird fest an die Reaktionsfläche angedrückt. Durch entsprechend vorteilhafte Ausnutzung der Fliehkraft sowie der Reaktionskräfte und deren Kraftkomponenten an der Reaktionsfläche wird erreicht, daß das Dichtelement zugleich in Kontakt mit der Nutgrundfläche kommt und fest an die Nutgrundfläche angedrückt wird. Eine ausreichende radiale Beweglichkeit des Dichtelements wird durch geeignete Dimensionierung der Ausnehmung, insbesondere der Nut, im Schaufelfuß und des Dichtelements gewährleistet.Preferably, the sealing element is movable in the radial direction. This ensures that the sealing element under Centrifugal force acting in the radial direction of the axis of rotation removed from the rotor. This effect is targeted exploited to a significantly improved sealing effect in the To achieve a gap. The sealing element comes under centrifugal force in contact with a radially outwardly disposed Reaction surface, for example, as part of a Recess, in particular a groove, is configured. The Sealing element is pressed firmly against the reaction surface. By correspondingly advantageous use of centrifugal force as well the reaction forces and their force components on the reaction surface is achieved that the sealing element at the same time in Contact with the groove base comes and firmly to the Nutgrundfläche is pressed. A sufficient radial mobility the sealing element is characterized by suitable dimensioning the recess, in particular the groove, in the blade root and ensured the sealing element.

Von Vorteil ist weiterhin, daß dadurch das Dichtelement für eventuelle Wartungszwecke oder bei einem Versagen der Laufschaufel ohne zusätzliche Werkzeuge und ohne die Gefahr eines Verbackens des Dichtelements aufgrund eines oxidierenden oder korrosiven Angriffs bei hohen Betriebstemperaturen problemlos aus der Ausnehmung zu entfernen und gegebenenfalls auszutauschen ist. Darüber hinaus ist eine gewisse Toleranz des Dichtelements, welches in die Ausnehmung, insbesondere in die Nut, im Schaufelfuß eingreift sehr nützlich, weil hierdurch thermische Ausdehnungen zugelassen und folglich thermisch induzierte Spannungen zwischen dem Dichtelement und der daran angrenzenden Nutgrundfläche sowie dem Schaufelfuß vermieden werden. A further advantage is that thereby the sealing element for any maintenance or failure of the blade without any additional tools and without the risk of one Baking of the sealing element due to an oxidizing or Corrosive attack at high operating temperatures easily Remove from the recess and replace if necessary is. In addition, a certain tolerance of the Sealing element, which in the recess, in particular in the Groove, in the blade root engages very useful, because thereby allowed thermal expansions and thus thermally induced Tensions between the sealing element and the thereto adjacent groove base and the blade root avoided become.

Vorzugsweise ist dem ersten Teildichtelement ein erster Drehbereich mit einer ersten Drehachse sowie dem zweiten Teildichtelement ein zweiter Drehbereich mit einer zweiten Drehachse zugeordnet. Preferably, the first partial sealing element is a first Turning area with a first axis of rotation and the second Part sealing element a second rotation area with a second Assigned axis of rotation.

Jedes der Teildichtelemente ist damit vorzugsweise so ausgeführt, daß es um eine jeweilige Drehachse drehbar gelagert ist. Falls sich die Dichtelemente in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Rotors erstrecken, ist die Drehung der Teildichtelemente in dieser Ebene beschränkt. Hierdurch wird eine verbesserte Dichtung des Spalts ermöglicht, weil jedes Teildichtelement durch die Drehung in eine günstige Dichtposition gebracht wird. Auf diese Weise wird für jedes Teildichtelement unabhängig eine verbesserte Dichtwirkung erreicht. Die Drehachse eines Teildichtelements kann dabei auch als Auflagepunkt (Auflageachse) des Drehbereichs mit einer geeigneten Auflagefläche, z.B. mit einer Reaktionsfläche die an den Drehbereich angrenzt, gebildet sein. Die Reaktionsfläche ist vorteilhafterweise als Teilfläche einer Ausnehmung, insbesondere einer Nut, im Schaufelfuß hergestellt. Die erste Drehachse und die zweite Drehachse können dabei voneinander verschieden oder identisch sein. Im letzteren Falle weist das erste Teildichtelement und das zweite Teildichtelement eine gemeinsame Drehachse auf.Each of the partial sealing elements is thus preferably designed that it is rotatably mounted about a respective axis of rotation is. If the sealing elements are vertical in one plane extend to the axis of rotation of the rotor, the rotation of the Part sealing elements limited in this level. This will an improved seal of the gap allows, because each Part sealing element by the rotation in a favorable sealing position is brought. In this way, for each partial sealing element independently achieved an improved sealing effect. The axis of rotation of a partial sealing element can also as support point (support axis) of the rotation range with a suitable support surface, e.g. with a reaction surface the adjacent to the rotation area, be formed. The reaction surface is advantageously as a partial surface of a recess, in particular a groove, produced in the blade root. The first Rotary axis and the second axis of rotation can from each other be different or identical. In the latter case, this indicates first partial sealing element and the second partial sealing element a common axis of rotation.

Vorzugsweise ist der Massenschwerpunkt des ersten Teildichtelements relativ zur ersten Drehachse und der Massenschwerpunkt des zweiten Teildichtelements relativ zur zweiten Drehachse so angeordnet, daß die sich unter Fliehkraftwirkung ergebenden Drehmomente entgegengesetzt gerichtet sind. Durch die sich ergebenden entgegengesetzt gerichteten Drehmomente werden die Teildichtelemente relativ zueinander in entgegengesetzter Richtung um die jeweilige Drehachse gedreht. Die Fliehkraft wirkt für beide Teildichtelemente in gleicher Weise radial auswärts und greift am jeweiligen Massenschwerpunkt an. Der lotrechte Verbindungsvektor vom Massenschwerpunkt eines der Teildichtelemente zur zugeordneten Drehachse bildet dabei zusammen mit dem Fliehkraftvektor beispielsweise ein Rechtssystem. In diesem Falle bildet der lotrechte Verbindungsvektor vom Massenschwerpunkt des anderen Teildichtelements zur dem anderen Teildichtelement zugeordneten Drehachse zusammen mit dem Fliehkraftvektor ein Linkssystem, so daß die resultierenden Drehmomente entgegengesetzt gerichtet sind. Dies wird durch entsprechende konstruktive Ausgestaltung der Teildichtelemente hinsichtlich der Massenverteilung, insbesondere der Lage des jeweiligen Massenschwerpunkts, sowie der Lagerung der Teildichtelemente hinsichtlich der Drehachse sichergestellt.Preferably, the center of mass of the first partial sealing element relative to the first axis of rotation and the center of gravity of the second partial sealing element relative to the second axis of rotation arranged so that the results under centrifugal force Torques are directed opposite. By the resulting oppositely directed torques become the partial sealing elements relative to each other in opposite Direction rotated around the respective axis of rotation. The Centrifugal force acts for both partial sealing elements in the same Way radially outward and attacks the respective center of mass at. The vertical connection vector from the center of mass one of the partial sealing elements to the associated axis of rotation forms together with the centrifugal force vector, for example a legal system. In this case, the vertical connection vector forms from the center of gravity of the other partial sealing element to the other partial sealing element associated axis of rotation together with the centrifugal force vector a link system, so that the resulting torques directed opposite are. This is due to appropriate structural design the partial sealing elements in terms of mass distribution, in particular the location of the respective center of gravity, as well as the storage of the partial sealing elements with respect to the axis of rotation ensured.

Bevorzugt weisen das erste Teildichtelement und das zweite Teildichtelement gleichartige Geometrie auf. Die Teildichtelemente können somit durch Drehungen oder Spiegelungen oder daraus kombinierten Symmetrieoperationen ineinander überführt werden. Herstellungstechnisch ist dies eine besonders günstige Lösung, besonders falls das erste Teildichtelement und das zweite Teildichtelement konstruktiv identisch ausgestaltet sind. Dann ist nur eine Form des Teildichtelements herzustellen, welches beispielsweise durch einen Dreh- oder Fräsvorgang aus einem Werkstück oder als ein Gußteil mit Hilfe einer geeigneten Gußform hergestellt wird. Ein erstes Teildichtelement und ein weiteres identisches zweites Teildichtelement können so in einfacher Weise gepaart zu einem Dichtelement angeordnet werden, was sehr kostengünstig ist.Preferably, the first partial sealing element and the second Part sealing element similar geometry. The partial sealing elements can thus by turns or reflections or from this combined symmetry operations are transformed into each other become. Manufacturing technology, this is a particularly favorable Solution, especially if the first partial sealing element and the second partial sealing element designed structurally identical are. Then only one form of the partial sealing element is to be produced, which, for example, by a turning or milling process from a workpiece or as a casting with the help a suitable mold is produced. A first partial sealing element and another identical second partial sealing element can thus be easily paired with a sealing element be arranged, which is very inexpensive.

Eine weiter verbesserte Dichtwirkung im Spalt wird dadurch erreicht, daß in einer bevorzugten Ausgestaltung das erste Teildichtelement und das zweite Teildichtelement sich in Umfangsrichtung überlappen. Durch die Überlappung in Umfangsrichtung wird ein möglicher axialer Leckagestrom wirkungsvoll behindert. Das erste Teildichtelement und das zweite Teildichtelement können dabei jeweils eine an die Nutgrundfläche angrenzende Nutgrunddichtkante sowie eine entlang der radialen Richtung der Nutgrunddichtkante gegenüberliegende Drehkante aufweisen, wobei die Drehkante den Drehbereich umfaßt. Im Betrieb des Rotors, d.h. unter Fliehkrafteinwirkung, kommen die Nutgrunddichtkante des ersten Teildichtelements und die Nutgrunddichtkante des zweiten Teildichtelements jeweils in Kontakt mit der Nutgrundfläche und dichtet den Spalt ab. Das System aus Teildichtelementen ist dabei so ausgestaltet, daß durch das Überlappen der Teildichtelemente in Umfangsrichtung eine Abdichtung des Spalts, insbesondere in axialer Richtung, erreicht ist, wobei sich die Teildichtelemente vorteilhafterweise in ihrer Dichtwirkung ergänzen.
Vorzugsweise sind das erste Teildichtelement und das zweite Teildichtelement axial zueinander benachbart angeordnet. Die Teildichtelemente können dabei auch aneinander angrenzen, wodurch ein sich gegenseitig mechanisch stabilisierendes System aus Teildichtelementen gegeben ist. Ein Aneinandergleiten der Teildichtelemente zum präzisen Erreichen ihrer jeweiligen Dichtposition im Betrieb des Rotors ist dadurch begünstigt. Das angegebene System aus Teildichtelementen wird dabei in so angepaßter Weise ausgeführt, daß es unter der Wirkung der externen Kräfte, wie z.B. der Fliehkraft, sowie der Normal- und Lagerkräfte, sich selbst justiert, um die gewünschte Dichtwirkung im Spalt zu erzielen. Hierbei wird in der gepaarten Anordnung der beiden Teildichtelemente zu einem Dichtelement ein besonders guter Formschluß im Spalt, insbesondere an der Nutgrundfläche, realisiert.
A further improved sealing effect in the gap is achieved in that in a preferred embodiment, the first partial sealing element and the second partial sealing element overlap in the circumferential direction. Due to the overlap in the circumferential direction, a possible axial leakage flow is effectively hindered. The first partial sealing element and the second partial sealing element can each have a groove base sealing edge adjoining the groove base surface and a rotational edge lying opposite the radial direction of the groove base sealing edge, the rotary edge comprising the rotary region. During operation of the rotor, ie under centrifugal force, the groove base sealing edge of the first partial sealing element and the groove base sealing edge of the second partial sealing element respectively come into contact with the groove base surface and seal the gap. The system of partial sealing elements is designed so that a sealing of the gap, in particular in the axial direction, is achieved by overlapping the partial sealing elements in the circumferential direction, wherein the partial sealing elements complement each other advantageously in their sealing effect.
Preferably, the first partial sealing element and the second partial sealing element are arranged axially adjacent to one another. The partial sealing elements can also adjoin one another, whereby a mutually mechanically stabilizing system of partial sealing elements is provided. Sliding of the partial sealing elements for precise reaching their respective sealing position in the operation of the rotor is facilitated. The specified system of partial sealing elements is carried out in such a way adapted that under the action of external forces such as centrifugal force, and the normal and bearing forces, self-adjusted to achieve the desired sealing effect in the gap. Here, in the paired arrangement of the two partial sealing elements to a sealing element, a particularly good positive engagement in the gap, in particular on the groove base realized.

Bevorzugt ist das Dichtelement aus einem hochwarmfesten Material, insbesondere aus einer Nickelbasis- oder Kobaltbasislegierung, hergestellt. Diese Legierungen besitzen zudem auch ausreichende elastische Verformungseigenschaften. Das Material des Dichtelements wird vorzugsweise abgestimmt mit dem Material des Rotors ausgewählt, wodurch Verunreinigungen oder Diffusionsschäden weitgehend vermieden werden. Darüber hinaus ist eine gleichmäßige thermische Ausdehnung oder Kontraktion des Rotors mit dem Dichtelement gewährleistet.Preferably, the sealing element is made of a highly heat-resistant material, in particular of a nickel-based or cobalt-based alloy, produced. These alloys also have sufficient elastic deformation properties. The material the sealing element is preferably matched with the Material of the rotor is selected, reducing impurities or Diffusion damage can be largely avoided. Furthermore is a uniform thermal expansion or contraction ensures the rotor with the sealing element.

Vorzugsweise ist die Strömungsmaschine eine Gasturbine.Preferably, the turbomachine is a gas turbine.

Die auf ein Dichtelement für einen Rotor einer Strömungsmaschine gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Dichtelement, insbesondere für einen Rotor einer Strömungsmaschine, welches ein erstes Teildichtelement und ein zweites Teildichtelement aufweist, die relativ zueinander beweglich sind, und dem ersten Teildichtelement ein erster Drehbereich mit einer ersten Drehachse sowie dem zweiten Teildichtelement ein zweiter Drehbereich mit einer zweiten Drehachse zugeordnet ist, wobei der Massenschwerpunkt des ersten Teildichtelements relativ zur ersten Drehachse und der Massenschwerpunkt des zweiten Teildichtelements relativ zur zweiten Drehachse so angeordnet sind, daß die sich unter einer Krafteinwirkung auf beide Teildichtelemente ergebenden Drehmomente entgegengesetzt gerichtet sind. Die Krafteinwirkung auf beide Teildichtelemente kann dabei z.B. bei einem rotierenden System durch die Fliehkraft hervorgerufen sein. Das Dichtelement ist in besonderer Weise dazu geeignet in einer Strömungsmaschine, z.B. eine Gas- oder Dampfturbine oder ein Verdichter, mit einem sich entlang einer Rotationsachse erstreckenden Rotor, der eine Rotorwellennut mit einer Nutgrundfläche aufweist, sowie eine Laufschaufel mit einem Schaufelfuß, wobei der Schaufelfuß in die Rotorwellennut eingesetzt ist, einen zwischen dem Schaufelfuß und der Nutgrundfläche gebildeten Spalt abzudichten. Der Spalt wird dabei abgedichtet gegenüber möglichen Leckageströmen, beispielsweise von einem Aktionsfluid oder einem Kühlmittel. Das Dichtelement kann aber auch in anderen rotierenden Systemen, in denen ein Fluidstrom, insbesondere ein Leckagestrom, abzudichten ist, eingesetzt werden. Anwendungsmöglichkeiten des Dichtelements sind beispielsweise gegeben bei Rotoren oder Laufrädern von Kraft- oder Antriebsmaschinen, die hydraulische und/oder pneumnatische Systeme mit einem Fluid, z.B. ein Betriebs- oder Schmiermittel (Öl) aufweisen, sowie in Verbrennungsmotoren oder Flugtriebwerken mit einem Betriebsmittel.The on a sealing element for a rotor of a turbomachine directed object is achieved by a sealing element, in particular for a rotor of a turbomachine, which a first partial sealing element and a having second partial sealing member which is movable relative to each other are, and the first partial sealing element a first Turning area with a first axis of rotation and the second Part sealing element a second rotation area with a second Assigned axis of rotation, wherein the center of mass of the first Part sealing element relative to the first axis of rotation and the Center of mass of the second partial sealing element relative to second axis of rotation are arranged so that under a Force on both partial sealing elements resulting Torques are directed opposite. The force effect on both partial sealing elements can e.g. at a rotating system caused by the centrifugal force. The sealing element is suitable in a special way in a Turbomachine, e.g. a gas or steam turbine or a compressor, with one moving along an axis of rotation extending rotor having a rotor shaft groove with a Nutgrundfläche and a blade with a Blade foot, wherein the blade root used in the Rotorwellennut is, one between the blade root and the groove base To seal the gap formed. The gap is sealed against possible leakage currents, for example from an action fluid or a coolant. The sealing element But it can also be used in other rotating systems where to seal a fluid flow, in particular a leakage flow is to be used. Possible applications of the sealing element are for example given in rotors or wheels of power or prime movers, the hydraulic and / or pneumatic systems with a fluid, e.g. an operating or lubricants (oil), as well as in internal combustion engines or aircraft engines with a resource.

Bevorzugt weisen das erste Teildichtelement und das zweite Teildichtelement gleichartige Geometrie auf. Durch Symmetrieoperationen wie Drehung oder Spiegelung oder Kombinationen von Drehung und Spiegelung kann somit das erste Teildichtelement und das zweite Teildichtelement ineinander überführt werden. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß das erste Teildichtelement und das zweite Teildichtelement konstruktiv gesehen identische Bauteile sind. Dadurch wird erreicht, daß nur ein Bauteil herzustellen ist, welches z.B. als Gußteil mit Hilfe einer Gußform oder mittels eines Dreh- oder Fräsvorgangs angefertigt wird.Preferably, the first partial sealing element and the second Part sealing element similar geometry. By symmetry operations like rotation or mirroring or combinations of rotation and reflection can thus be the first Part sealing element and the second partial sealing element into each other be transferred. A particularly advantageous embodiment is that the first partial sealing element and the second Part sealing element constructively identical components are. This ensures that produce only one component is, which e.g. as a casting by means of a mold or made by means of a turning or milling process.

Die Erfindung wird beispielhaft im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen teilweise schematisch und vereinfacht:

FIG 1
einen Halbschnitt durch eine Gasturbine mit Verdichter, Brennkammer und Turbine,
FIG 2
eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Laufscheibe eines Rotors,
FIG 3
eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Laufscheibe mit eingesetzter Laufschaufel,
FIG 4
einen Ausschnitt einer Ansicht der in Figur 3 gezeigten Anordnung entlang der Schnittlinie IV-IV mit einem Dichtelement,
FIG 5
eine perspektivische Darstellung eines Dichtelements mit einem ersten Teildichtelement und mit einem zweiten Teildichtelement,
FIG 6
eine Draufsicht auf das erste Teildichtelement und das zweite Teildichtelement senkrecht zur Rotationsachse,
FIG 7
eine Seitenansicht einer Laufschaufel mit Innenkühlungssystem und mit einem Dichtelement,
FIG 8
eine Seitenansicht einer Laufschaufel ohne Innenkühlungssystem mit einer gegenüber Figur 7 alternativen Anordnung eines Dichtelements,
FIG 9
eine Schnittansicht eines Ausschnitts eines Rotors mit Umfangsnut und mit eingesetzter Laufschaufel,
FIG 10
eine Schnittansicht eines Ausschnitts eines Rotors mit gegenüber Figur 9 alternativer Ausgestaltung der Laufschaufelbefestigung.
The invention will be described by way of example in the following with reference to the embodiments illustrated in the drawings. Some show schematically and simplified:
FIG. 1
a half section through a gas turbine with compressor, combustion chamber and turbine,
FIG. 2
a perspective view of a section of a rotor of a rotor,
FIG. 3
a perspective view of a section of a running disk with inserted blade,
FIG. 4
3 shows a detail of a view of the arrangement shown in FIG. 3 along the section line IV-IV with a sealing element,
FIG. 5
3 a perspective view of a sealing element with a first partial sealing element and with a second partial sealing element,
FIG. 6
a top view of the first partial sealing element and the second partial sealing element perpendicular to the axis of rotation,
FIG. 7
a side view of a blade with internal cooling system and with a sealing element,
FIG. 8
1 a side view of a blade without an internal cooling system with an arrangement of a sealing element that is an alternative to FIG. 7,
FIG. 9
a sectional view of a section of a rotor with circumferential groove and with inserted blade,
FIG. 10
a sectional view of a section of a rotor with respect to Figure 9 alternative embodiment of the blade attachment.

Gleiche Bezugszeichen haben in den einzelnen Figuren die gleiche Bedeutung.The same reference numerals have in the individual figures same meaning.

In Figur 1 ist ein Halbschnitt durch eine Gasturbine 1 dargestellt. Die Gasturbine 1 weist einen Verdichter 3 für Verbrennungsluft, eine Brennkammer 5 mit Brennern 7 für einen flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, sowie eine Turbine 9 zum Antrieb des Verdichters 3 und eines in der Figur 1 nicht dargestellten Generators auf. In der Turbine 9 sind feststehende Leitschaufeln 11 und rotierbare Laufschaufeln 13 auf jeweiligen sich radial erstreckenden, im Halbschnitt nicht gezeigten, Kränzen entlang der Rotationsachse 15 der Gasturbine 1 angeordnet. Dabei wird ein entlang der Rotationsachse 15 aufeinanderfolgendes Paar aus einem Kranz von Leitschaufeln 11 (Leitschaufelkranz) und einem Kranz von Laufschaufeln 13 (Laufschaufelkranz) als Turbinenstufe bezeichnet. Jede Leitschaufel 11 weist eine Schaufelplattform 17 auf, welche zur Fixierung der betreffenden Leitschaufel 11 am inneren Turbinengehäuse 19 angeordnet ist. Die Schaufelplattform 17 stellt dabei ein Wandelement in der Turbine 9 dar. Die Schaufelplattform 17 bildet eine äußere Begrenzung des Strömungskanals 21, durch den im Betrieb der Turbine 9 ein heißes Aktionsfluid A strömt. Die Laufschaufel 13 ist auf dem entlang der Rotationsachse 15 der Gasturbine 1 angeordneten Turbinenläufer 23 über eine entsprechende Schaufelplattform 17 befestigt. Der Turbinenläufer 23 kann dabei z.B. aus mehreren, in Figur 1 nicht gezeigten, die Laufschaufeln 13 aufnehmende Laufscheiben zusammengebaut sein, die von einem nicht dargestellten Zuganker zusammengehalten und mittels Hirthverzahnung wärmedehnungstolerant auf die Rotationsachse 15 zentriert sind. Der Turbinenläufer 23 bildet zusammen mit den Laufschaufeln 13 den Rotor 25 der Strömungsmaschine 1, insbesondere der Gasturbine 1. Im Betrieb der Gasturbine wird Luft L aus der Umgebung angesaugt. Die Luft L wird im Verdichter 3 verdichtet und dadurch gleichzeitig vorgewärmt. In der Brennkammer 5 wird die Luft L mit dem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff zusammengebracht und verbrannt, wodurch ein heißes Aktionsfluid A erzeugt wird. Ein zuvor dem Verdichter 3 aus geeigneten Entnahmen 27 entnommener Teil der Luft L dient als Kühlluft K zur Kühlung der Turbinenstufen, wobei z.B. die erste Turbinenstufe mit einer Turbineneintrittstemperatur von etwa 750°C bis 1200°C beaufschlagt wird. In der Turbine 9 erfolgt eine Entspannung und Abkühlung des heißen Aktionsfluids A, im folgenden als Heißgas A bezeichnet, welches durch die Turbinenstufen strömt und dabei den Rotor 25 in Rotation versetzt. Zur Innenkühlung der Laufschaufel 13 wird die Kühlluft K über den Turbinenläufer 23 der Laufschaufel 13 durch geeignete, nicht gezeigte, Versorgungsleitungen zugeführt. Von der Entnahme 27 im Verdichter 3 strömt die Kühlluft K dabei zunächst entlang der Rotationsachse 15 stromaufwärts im Turbinenläufer 23 und wird anschließend radial auswärts durch den Rotor 25 geführt und gelangt schließlich zur Laufschaufel 13, um diese zu kühlen. Ein derartiges Innenkühlungssystem für eine Laufschaufel 13 wird insbesondere bei thermisch hochbelasteten Rotoren 25 zur effizienten Schaufelkühlung eingesetzt.FIG. 1 shows a half section through a gas turbine 1. The gas turbine 1 has a compressor 3 for combustion air, a combustion chamber 5 with burners 7 for a liquid or gaseous fuel, as well as a turbine 9 to drive the compressor 3 and one in the figure 1 not shown generator. In the turbine 9 are fixed Vanes 11 and rotatable blades 13 on each extending radially, not in half-section shown, wreaths along the axis of rotation 15 of the gas turbine 1 arranged. It will be one along the axis of rotation 15 consecutive pair of a ring of vanes 11 (vane ring) and a ring of blades 13 (blade ring) referred to as turbine stage. each Guide vane 11 has a paddle platform 17, which for fixing the relevant vane 11 on the inner Turbine housing 19 is arranged. The paddle platform 17 represents a wall element in the turbine 9. The blade platform 17 forms an outer boundary of the flow channel 21, by the operation of the turbine 9, a hot action fluid A is streaming. The blade 13 is on the along the rotational axis 15 of the gas turbine 1 arranged turbine rotor 23 attached via a corresponding blade platform 17. The turbine runner 23 may be e.g. from several, in Figure 1, not shown, the blades 13 receiving Sliding wheels assembled by a not shown Tie rods held together and by Hirth gearing heat expansion tolerant centered on the axis of rotation 15 are. The turbine runner 23 forms together with the Blades 13, the rotor 25 of the turbomachine 1, in particular the gas turbine 1. In the operation of the gas turbine is air L sucked from the environment. The air L is in the compressor 3 compressed and thereby simultaneously preheated. In the combustion chamber 5, the air is L with the liquid or gaseous Fuel brought together and burned, creating a hot Action fluid A is generated. A previously the compressor 3 off suitable withdrawals 27 removed part of the air L serves as Cooling air K for cooling the turbine stages, e.g. the first Turbine stage with a turbine inlet temperature of about 750 ° C to 1200 ° C is applied. In the turbine 9 takes place a relaxation and cooling of the hot action fluid A, hereinafter referred to as hot gas A, which by the Turbine stages flows while the rotor 25 is rotated. For internal cooling of the blade 13, the cooling air K via the turbine rotor 23 of the blade 13 by suitable, not shown, supply lines supplied. Of the Removal 27 in the compressor 3, the cooling air K flows first along the axis of rotation 15 upstream in the turbine runner 23 and is then radially outward through the Rotor 25 out and finally reaches the blade 13, to cool them. Such an internal cooling system for a blade 13 is particularly at high thermal load Rotors 25 are used for efficient blade cooling.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Laufscheibe 29 eines Rotors 25. Die Laufscheibe 29 ist entlang der Rotationsachse 15 des Rotors 25 zentriert. Die Laufscheibe 29 weist eine Rotorwellennut 31 zur Befestigung einer Laufschaufel 13 der Gasturbine 1 auf. Die Rotorwellennut 31 erstreckt sich entlang einer Querachse 41, die gegenüber einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse 15 geneigt ist. Die Querachse 41 bildet dabei einen von 0° verschiedenen Winkel mit der Rotationsachse 15. Die Querachse 41 kann aber auch parallel zur Rotationsachse 15 sein. Die Rotorwellennut 31 weist eine Nutgrundfläche 33 auf, die am Nutgrund der Rotorwellennut 31 angeordnet ist und sich entlang der Querachse 41 erstreckt. Die Rotorwellennut 31 ist als axiale Laufscheibennut, insbesondere als axiale Tannenbaumnut, ausgestaltet. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Befestigung einer Laufschaufel 13 möglich, wobei im Betrieb der Strömungsmaschine 1 die Schaufelbeanspruchungen durch Strömungs- und Fliehkräfte sowie durch Schaufelschwingungen mit hoher Sicherheit aufgenommen werden können und eine gute Übertragung der auftretenden Kräfte auf die Laufscheibe 29 und schließlich den gesamten Rotor 25 gewährleistet ist.FIG. 2 shows a perspective view of a detail a running disk 29 of a rotor 25. The running disk 29 is centered along the axis of rotation 15 of the rotor 25. The Running disk 29 has a rotor shaft groove 31 for attachment a blade 13 of the gas turbine 1. The rotor shaft groove 31 extends along a transverse axis 41, opposite a plane perpendicular to the axis of rotation 15 is inclined. The transverse axis 41 forms an angle different from 0 ° with the axis of rotation 15. The transverse axis 41 but can also be parallel to the axis of rotation 15. The rotor shaft groove 31 has a groove base 33, which at the groove bottom of the rotor shaft groove 31 is arranged and moving along the transverse axis 41 extends. The rotor shaft groove 31 is in the form of an axial drive groove, in particular as an axial Tannenbaumnut, designed. In this way is a reliable attachment of a blade 13 possible, wherein during operation of the turbomachine 1 the blade stresses due to flow and centrifugal forces and picked up by blade vibrations with high security can be and a good transfer of occurring Forces on the rotor 29 and finally the whole Rotor 25 is guaranteed.

Eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Rotors 25 ist in Figur 3 dargestellt. Der Rotor 25 weist eine Laufscheibe 29 und eine Laufschaufel 13 auf. Die Laufscheibe 29 weist eine Rotorwellennut 31 mit einer Nutgrundfläche 33 auf. Die Laufschaufel 13 erstreckt sich entlang einer radial auswärts gerichteten Längsachse 43 und umfaßt entlang der Längsachse 43 aufeinander folgend einen Schaufelfuß 35, eine an den Schaufelfuß angrenzende Schaufelplattform 17 sowie ein an die Schaufelplattform 17 angrenzendes und nur zum Teil dargestelltes Schaufelblatt 65. In die Rotorwellennut 31 ist die Laufschaufel 13 mit ihrem Schaufelfuß 35 entlang der Einsatzrichtung 41 der Laufscheibennut 31 eingesetzt. Zwischen dem Schaufelfuß 35 und der Nutgrundfläche 33 ist ein Spalt 37 gebildet, der sich entlang der Einsatzrichtung 41 erstreckt. Ein an dem Schaufelblatt 65 vorbeiströmendes Heißgas A erzeugt ein Drehmoment auf die Laufscheibe 29. Bei hohen Betriebstemperaturen des Rotors 25 benötigt das Schaufelblatt 65 der Laufschaufel 13 eine Innenkühlung, dessen Versorgungsleitungen 63 sich im Schaufelblatt 65 entlang der Längsachse 43 der Laufschaufel 13 erstrecken. Die Versorgungsleitungen 63 sind Teil eines Innenkühlungssystems, welches nicht näher dargestellt ist. Dabei wird ein Kühlmittel K, beispielsweise Kühlluft K, durch eine nicht dargestellte Zuleitung durch die Laufscheibe 29 in den Schaufelfuß 35 der Laufschaufel 13 geleitet und von dort aus über die Versorgungsleitung 63 in das Schaufelblatt 65. Um ein Austreten eines Kühlmittels K, insbesondere der Kühlluft K, aus dem Spalt 37 zu verhindern sowie den Eintritt des Heißgases A in den Spalt 37 zu begrenzen, ist der Spalt 37 abgedichtet (siehe Figur 4).A perspective view of a section of a rotor 25 is shown in FIG. The rotor 25 has a running disk 29 and a blade 13. The running disk 29 has a rotor shaft groove 31 with a groove base 33. The blade 13 extends radially outward directed longitudinal axis 43 and includes along the longitudinal axis 43 successively a blade root 35, one on the blade root adjacent blade platform 17 and an on the paddle platform 17 adjacent and only partially shown Airfoil 65. In the rotor shaft groove 31 is the Blade 13 with its blade root 35 along the direction of insertion 41 of the pulley groove 31 is inserted. Between the Blade root 35 and the groove base 33, a gap 37 is formed, which extends along the insertion direction 41. A hot gas A flowing past the airfoil 65 generates a torque on the rotor 29. At high operating temperatures the rotor 25 requires the airfoil 65 of the blade 13 an internal cooling, the supply lines 63 in the airfoil 65 along the longitudinal axis 43 of the blade 13 extend. The supply lines 63 are part of an internal cooling system, which is not closer is shown. In this case, a coolant K, for example Cooling air K, through a supply line, not shown by the Run disk 29 in the blade root 35 of the blade 13 passed and from there via the supply line 63 in the Airfoil 65. To escape a coolant K, in particular the cooling air K, from the gap 37 to prevent and limit the entry of the hot gas A into the gap 37, the gap 37 is sealed (see FIG. 4).

Figur 4 zeigt einen Ausschnitt einer Ansicht der in Figur 3 gezeigten Anordnung entlang der Schnittlinie IV-IV mit einem Dichtelement 39. Das Dichtelement 39 ist zur Dichtung des Spalts 37 vorgesehen. Das Dichtelement 39 erstreckt sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse 15 und ist in einer Ausnehmung 45, insbesondere in einer Nut, im Schaufelfuß 35 angeordnet und dabei teilweise von dem Schaufelfuß 35 aufgenommen. Das Dichtelement 39 weist ein erstes Teildichtelement 53A sowie ein zweites Teildichtelement 53B auf, die relativ zueinander beweglich sind. Das erste Teildichtelement 53A und das zweite Teildichtelement 53B überlappen sich in Umfangsrichtung und sind entlang der Rotationsachse 15 zueinander benachbart angeordnet. Dem ersten Teildichtelement 53A ist ein erster Drehbereich 55A mit einer ersten Drehachse 57A sowie dem zweiten Teildichtelement 53B ein zweiter Drehbereich 55B mit einer zweiten Drehachse 57B zugeordnet. Hierbei sind die Drehachsen 57A, 57B durch den jeweiligen Auflagepunkt (Auflageachse) der Drehbereiche 55A, 55B an den entlang der Längsachse 43 radial auswärts an die Drehbereiche 55A, 55B angrenzenden Nutgrund der Ausnehmung 45 festgelegt. Die Drehachsen 57A, 57B sind verschiedene Achsen und erstrecken sich im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 15. Dadurch wird eine Drehung der Teildichtelemente 53A, 53B um die jeweilige Drehachse 57A, 57B ermöglicht. Die Teildichtelemente 53A, 53B können durch ihre Ausgestaltung und Anordnung jeweils sowohl Drehungen als auch Translationen ausführen oder Kombinationen aus Drehungen und Translationen. Im Betrieb des Rotors 25 dichtet das Dichtelement 39 den Spalt 37 unter Fliehkrafteinwirkung ab. Dabei wird jedes der Teildichtelemente 53A, 53B infolge der entlang der Längsachse 43 radial auswärts gerichteten Fliehkraft in seine Dichtposition gebracht und entfaltet seine Dichtwirkung. Jedes Teildichtelement 53A, 53B wird dabei fest an die Nutgrundfläche 33 angedrückt und dichtet den Spalt 37 ab. Die Dichtwirkung wird dadurch erzielt, daß jedes Teildichtelement 53A, 53B unter der Fliehkrafteinwirkung eine Drehung um die jeweilige Drehachse 57A, 57B ausführt bis ein formschlüssiger Kontakt der Teildichtelemente 53A, 53B mit der Nutgrundfläche 33 hergestellt ist. Durch die relative Beweglichkeit der Teildichtelemente 53A, 53B ergibt sich ein an die Spaltgeometrie angepaßtes System, welches abhängig von der thermischen und/oder mechanischen Belastung des Rotors 25 und der konstruktiven Ausgestaltung des abzudichtenden Spalts 37 hergestellt ist. Das System aus relativ zueinander beweglichen Teildichtelementen 53A, 53B ist so ausgestaltet, daß es unter der Wirkung der externen Kräfte, wie beispielsweise der Fliehkraft sowie der Normal- und Lagerkräfte (Reaktionskräfte), sich gleichsam selbst justiert, und dabei seine Dichtposition einnimmt. Die Teildichtelemente 53A, 53B sind so ausgestaltet und in der Ausnehmung 45 gelagert, daß unter Fliehkrafteinwirkung das Drehmoment auf das erste Teildichtelement 53A entgegengesetzt gerichtet zu dem Drehmoment auf das zweite Teildichtelenent 53B ist. Dadurch vollführen die Teildichtelemente 53A, 53B bis zum Erreichen ihrer Dichtposition jeweils eine Drehung mit entgegengesetztem Drehsinn. Durch diese entgegengesetzt gerichteten Drehungen der Teildichtelemente 53A, 53B werden diese relativ zueinander scherenförmig bewegt, wodurch in der Dichtposition ein besonderes sicherer Halt des Dichtelements 39 gewährleistet ist. Das Dichtelement 39, umfassend die gepaarten Teildichtelemente 53A, 53B, dichtet den Spalt 37 an der Nutgrundfläche 33 entgegen der in Richtung der Längsachse 43 gerichteten Fliehkraft ab. Durch das Dichtelement 39 ist somit eine besonders vorteilhafte und effiziente Abdichtung des Spalts 37 erreicht. Durch das bewegliche Paar aus Teildichtelementen 53A, 53B, die zu dem Dichtelement 39 gepaart angeordnet sind, werden darüber hinaus auch mögliche thermisch oder mechanisch induzierte Spannungen deutlich besser ausgeglichen als bei konventionellen Dichtungen. FIG. 4 shows a detail of a view in FIG. 3 shown arrangement along the section line IV-IV with a Sealing element 39. The sealing element 39 is for sealing the Slits 37 are provided. The sealing element 39 extends in a plane perpendicular to the axis of rotation 15 and is in one Recess 45, in particular in a groove in the blade root 35th arranged and thereby partially received by the blade root 35. The sealing element 39 has a first partial sealing element 53A and a second partial sealing element 53B, the relative are movable to each other. The first partial sealing element 53A and the second partial sealing element 53B overlap in the circumferential direction and are along the rotation axis 15 to each other arranged adjacent. The first partial sealing element 53A is a first rotation portion 55A having a first rotation axis 57A as well the second partial sealing element 53B, a second rotation region 55B associated with a second axis of rotation 57B. Here are the axes of rotation 57A, 57B through the respective support point (Support axis) of the rotation portions 55A, 55B along the Longitudinal axis 43 radially outward to the rotational areas 55A, 55B adjacent groove bottom of the recess 45 set. The axes of rotation 57A, 57B are different axes and extend essentially parallel to the axis of rotation 15 a rotation of the partial sealing elements 53A, 53B about the respective Rotation axis 57A, 57B allows. The partial sealing elements 53A, 53B can both by their design and arrangement both Perform rotations as well as translations or combinations from twists and translations. In operation of the rotor 25 the sealing element 39 seals the gap 37 under centrifugal force from. At this time, each of the sub-sealing members 53A, 53B becomes due to the radially outward along the longitudinal axis 43 Centrifugal force brought into its sealing position and unfolded its sealing effect. Each partial sealing element 53A, 53B becomes while firmly pressed against the groove base 33 and seals the gap 37 from. The sealing effect is achieved in that each sub-sealing element 53A, 53B under the centrifugal force performs a rotation about the respective axis of rotation 57A, 57B until a positive contact of the partial sealing elements 53A, 53B is made with the groove base 33. By the Relative mobility of the partial sealing elements 53A, 53B results a matched to the gap geometry system, which depends from the thermal and / or mechanical stress the rotor 25 and the structural design of the sealed Gap 37 is made. The system from relative to each other movable partial sealing elements 53A, 53B is so designed to be under the influence of external forces, such as the centrifugal force and the normal and bearing forces (Reaction forces), as it were self-adjusting, and thereby assumes its sealing position. The partial sealing elements 53A, 53B are configured and mounted in the recess 45, that under centrifugal force the torque on the first sub-sealing element 53A directed opposite to Torque on the second part of the device 53B is. Thereby make the partial sealing elements 53A, 53B to reach their sealing position one rotation with opposite Rotation. Through these oppositely directed turns the partial sealing members 53A, 53B become relative to each other moved scissor-shaped, causing in the sealing position ensures a special secure hold of the sealing element 39 is. The sealing element 39 comprising the paired partial sealing elements 53A, 53B, seals the gap 37 at the groove base 33 against the directed in the direction of the longitudinal axis 43 Centrifugal force. By the sealing element 39 is thus a particularly advantageous and efficient sealing of the gap 37 reached. Through the movable pair of partial sealing elements 53A, 53B, which are arranged paired with the sealing element 39, Beyond that also possible thermally or mechanically induced voltages significantly better balanced than at conventional seals.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des in Figur 4 gezeigten Dichtelements 39 ist in Figur 5 dargestellt. Figur 5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Dichtelements 39 mit einem ersten Teildichtelement 53A und mit einem zweiten Teildichtelement 53B. Hierbei sind der Massenschwerpunkt 59A des ersten Teildichtelements 53A relativ zur ersten Drehachse 57A und der Massenschwerpunkt 59B des zweiten Teildichtelements 53B relativ zur zweiten Drehachse 57B so angeordnet, daß die sich unter der Wirkung der entlang der Längsachse 43 radial auswärts gerichteten Fliehkraft ergebenden Drehmomente 61A, 61B entgegengesetzt gerichtet sind. Das erste Teildichtelement 53A und das zweite Teildichtelement 53B weisen dabei gleichartige Geometrie auf, was herstellungstechnisch besonders vorteilhaft ist.A preferred embodiment of the sealing element shown in Figure 4 39 is shown in FIG. FIG. 5 shows a perspective view of a sealing element 39 with a first partial sealing element 53A and with a second partial sealing element 53B. Here, the center of mass 59A of the first Part sealing member 53A relative to the first axis of rotation 57A and the center of gravity 59B of the second partial sealing element 53B is disposed relative to the second rotation axis 57B so that the under the action of the along the longitudinal axis 43 radially outwardly directed centrifugal force resulting torques 61A, 61B are directed opposite. The first partial sealing element 53A and the second partial sealing element 53B point in this case similar geometry, which manufacturing technology especially is advantageous.

Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf das erste Teildichtelement 53A und das zweite Teildichtelement 53B gemäß Figur 5 senkrecht zur Rotationsachse, also entgegen der Längsachse 43. Bezogen auf die Rotationsachse 15 liegt der Massenschwerpunkt 59A des ersten Teildichtelements 53A entlang der Umfangsrichtung 67 dem Massenschwerpunkt 59B des zweiten Teildichtelements 53B gegenüber. Gleiches gilt für die den Teildichtelementen 53A, 53B zugeordneten Drehachsen 57A, 57B, so daß die sich unter einer Krafteinwirkung auf beide Teildichtelemente 53A, 53B resultierenden Drehmomente entgegengesetzt gerichtet sind. Die beiden Teildichtelemente 53A, 53B sind relativ zueinander, beispielsweise entlang der Umfangsrichtung 67, beweglich. Dadurch wird im eingebauten Zustand des Dichtelements 39 (vergleiche Figur 4) unter Fliehkrafteinwirkung der Spalt 37 wirkungsvoll abgedichtet, wobei die Teildichtelemente 53A, 53B nach Ausführung einer beschränkten relativen Translation und Drehung ihre jeweilige Dichtposition erreichen. Dabei ergänzen sich die Teildichtelemente 53A, 53B in ihrer Dichtwirkung, so daß insbesondere Leckageströme entlang der Rotationsachse 15 sehr effizient begrenzt werden. Beim Einsatz des Dichtelements 39 für einen Rotor 25 einer Strömungsmaschine 1, beispielsweise einer Gasturbine 1, wählt man als Werkstoff für das Dichtelement 39 ein hochwarmfestes Material, welches darüber hinaus auch ausreichende elastische Verformungseigenschaften aufweist. Hierfür kommen beispielsweise Legierungen auf Nickelbasis oder Kobaltbasis in Frage.FIG. 6 shows a plan view of the first partial sealing element 53A and the second partial sealing element 53B according to FIG. 5 are vertical to the axis of rotation, ie opposite to the longitudinal axis 43. Relative to the axis of rotation 15 is the center of mass 59A of the first partial sealing element 53A along the circumferential direction 67 the center of mass 59B of the second partial sealing element 53B opposite. The same applies to the partial sealing elements 53A, 53B associated rotary axes 57A, 57B, so that the under a force on both partial sealing elements 53A, 53B resulting torques oppositely directed are. The two partial sealing elements 53A, 53B are relative to one another, for example, along the circumferential direction 67, movable. As a result, in the installed state of the sealing element 39 (see Figure 4) under centrifugal force of the Gap 37 effectively sealed, with the partial sealing elements 53A, 53B after execution of a limited relative Translation and rotation to achieve their respective sealing position. In this case, the partial sealing elements 53A, 53B complement each other in their sealing effect, so that in particular leakage currents along the axis of rotation 15 are limited very efficiently. At the Use of the sealing element 39 for a rotor 25 of a turbomachine 1, for example, a gas turbine 1, one chooses as a material for the sealing element 39, a highly heat-resistant material, which also has sufficient elasticity Has deformation properties. For this example comes Alloys based on nickel or cobalt in question.

Das Dichtelement 39 mit der gepaarten Anordnung der Teildichtelemente 53A, 53B kann in unterschiedlicher Weise zur Dichtung eingesetzt werden. Um das zu illustrieren, zeigt Figur 7 eine Seitenansicht einer innenraumgekühlten Laufschaufel 13 mit einem Dichtelement 39A und mit einem weiteren Dichtelement 39B. Die Laufschaufel 13 ist mit ihrem Schaufelfuß 35 in die Rotorwellennut 31 der Laufscheibe 29 eingesetzt. Der Schaufelfuß 35 weist einen ersten Schaufelfußrand 47 und einen entlang der Rotationsachse dem ersten Schaufelfußrand 47 gegenüberliegenden zweiten Schaufelfußrand 51 auf. Axial zwischen dem ersten Schaufelfußrand 47 und dem zweiten Schaufelfußrand 51 ist ein Schaufelfußmittenbereich 49 angeordnet. Bezüglich der Strömungsrichtung des strömenden Heißgases A ist der erste Schaufelfußrand 47 stromaufwärts und der zweite Schaufelfußrand 51 stromabwärts angeordnet. In der Laufscheibe 29 sowie im Schaufelfußmittenbereich 49 sind Kühlmitteldurchführungen 63 vorgesehen, die sich entlang der Längsachse 43 erstrecken und in Strömungsverbindung mit dem Zwischenraum 37 stehen. Die Kühlmitteldurchführungen 63 sind Teil eines in Figur 7 nicht dargestellten Innenkühlungssystems für die Laufschaufel 13. Zur Innenkühlung der Laufschaufel 13 strömt ein Kühlmittel K, z.B. Kühlluft, durch die Kühlmitteldurchführungen 63 und wird durch das Innenkühlungssystem durch die Schaufelplattform 17 und das sich daran radial anschließende Schaufelblatt 65 der Laufschaufel 13 geführt. Um den Spalt 37 gegen ein Entweichen von Kühlmittel K abzudichten, ist das erste Dichtelement 39A im Bereich des ersten Schaufelfußrands 47 und das zweite Dichtelement 39B im Bereich des zweiten Schaufelfußrands 51 angeordnet. Die Dichtelemente 39A, 39B sind jeweils in einer Ausnehmung 45, insbesondere in einer Nut, im Schaufelfuß angeordnet. Dabei sind die Dichtelemente 39A, 39B von dem Schaufelfuß 35 teilweise aufgenommen.The sealing element 39 with the paired arrangement of Part sealing elements 53A, 53B may be in different ways be used for sealing. To illustrate this, shows Figure 7 is a side view of an internally cooled blade 13 with a sealing element 39A and with another Sealing element 39B. The blade 13 is with her blade foot 35 inserted into the rotor shaft groove 31 of the rotor disk 29. The blade root 35 has a first blade root edge 47 and one along the axis of rotation of the first Schaufelfußrand 47 opposite second blade root edge 51 on. Axial between the first blade root edge 47 and the second End of the blade 51, a Schaufelfußmittenbereich 49 is arranged. With respect to the flow direction of the flowing hot gas A is the first blade root edge 47 upstream and the second blade root edge 51 is located downstream. In the Running disk 29 and in the Schaufelfußmittenbereich 49 Coolant bushings 63 are provided which extend along the Longitudinal axis 43 extend and in flow communication with the Interspace 37 are. The coolant passages 63 are Part of an internal cooling system, not shown in Figure 7 for the blade 13. For internal cooling of the blade 13, a coolant K, e.g. Cooling air, through the Coolant passages 63 and is through the internal cooling system through the blade platform 17 and which is radially subsequent blade sheet 65 of the blade 13 out. To prevent the gap 37 from escaping coolant K is the first sealing element 39A in the region of first Schaufelfußrands 47 and the second sealing element 39 B in Area of the second Schaufelfußrands 51 arranged. The Sealing elements 39A, 39B are each in a recess 45, in particular in a groove, arranged in the blade root. there the sealing elements 39A, 39B of the blade root 35 are partially added.

Wie in den Figuren 4 bis 6 beschrieben, aber aus Übersichtsgründen in der Figur 7 nicht dargestellt, sind die Dichtelemente 39A, 39B jeweils als ein System aus zwei paarweise angeordneten Teildichtelementen 53A, 53B (vergleiche z.B. Figur 5) ausgestaltet. Im Betrieb des Rotors 25, d.h. unter Einwirkung einer entlang der Längsachse 43 radial auswärts gerichteten Fliehkraft, gelangen die Teildichtelemente 53A, 53B dann in Kontakt mit der Nutgrundfläche 33 und dichten den Spalt 37 ab. Dabei dichtet das Dichtelement 39A den Spalt am ersten Schaufelfußrand 47 und das Dichtelement 39B den Spalt 37 am stromabwärts angeordneten zweiten Schaufelfußrand 51 ab. Diese Ausgestaltung bietet eine große Sicherheit sowohl gegenüber dem Eintritt von Heißgas A in den Spalt 37 als auch gegenüber dem Austritt von Kühlmittel K aus dem Spalt 37 in den Strömungskanal 21 (vgl. Figur 1) des Rotors 25. Ein Entweichen von Kühlmittel K in den Strömungskanal 21 würde unter anderem zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades führen.As described in Figures 4 to 6, but for reasons of clarity not shown in Figure 7, the sealing elements 39A, 39B each as a system of two arranged in pairs Partial sealing members 53A, 53B (see, for example, FIG 5) designed. In operation of the rotor 25, i. under the influence one directed along the longitudinal axis 43 radially outwardly Centrifugal force, enter the partial sealing elements 53A, 53B then in contact with the groove base 33 and seal the Gap 37 from. In this case, the sealing element 39A seals the gap on first blade root 47 and the sealing member 39B the gap 37 at the downstream arranged second Schaufelfußrand 51st from. This embodiment offers great security both against the entry of hot gas A into the gap 37 as well towards the exit of coolant K from the gap 37 in FIG the flow channel 21 (see Figure 1) of the rotor 25. An escape of coolant K in the flow channel 21 would be under lead to a reduction in the efficiency.

Figur 8 zeigt eine Seitenansicht einer Laufschaufel 13 ohne Innenkühlungssystem mit einer gegenüber Figur 7 alternativen Anordnung eines Dichtelements 39A sowie eines weiteren Dichtelements 39B. Dabei ist das Dichtelement 39A im Bereich des ersten Schaufelfußrands 47 und das Dichtelement 39B im Bereich des Schaufelfußmittenbereichs 49 angeordnet. Die Anordnung des Dichtelements 39A begrenzt in erster Linie den Eintritt von strömendem Heißgas A in den Spalt 37 und verhindert somit eine Beschädigung des Rotors 25. Durch die Kombination des Dichtelements 39A und des weiteren Dichtelements 39B wird eine entsprechend größere Dichtwirkung erzielt. Das angegebene Dichtkonzept bietet im Hinblick auf die Anpassung an eine konkrete Aufgabenstellung eine sehr große Flexibilität. Eine Mehrfachanordnung von Dichtelementen 39A, 39B ist dabei von besonderem Vorteil. FIG. 8 shows a side view of a blade 13 without Internal cooling system with an alternative to Figure 7 alternatives Arrangement of a sealing element 39A and another sealing element 39B. In this case, the sealing element 39A is in the region of first Schaufelfußrands 47 and the sealing element 39B in the area the Schaufelfußmitten 49 arranged. The order the sealing element 39A primarily limits the entrance of flowing hot gas A in the gap 37 and prevented thus damaging the rotor 25. By the combination of the sealing member 39A and the other sealing member 39B achieved a correspondingly greater sealing effect. The specified Sealing concept offers in terms of customization a specific task a very high flexibility. A multiple arrangement of sealing elements 39A, 39B is included of particular advantage.

Neben der Befestigung einer Laufschaufel 13 in einer im wesentlichen axial gerichteten Rotorwellennut 31 einer Laufscheibe 29 (Axialnut) sind auch andere Laufschaufelbefestigungen bekannt. Die Anwendung des gezeigten Dichtelements 39 bei alternativen Laufschaufelbefestigungen ist im folgenden in den Figuren 9 und 10 veranschaulicht.In addition to the attachment of a blade 13 in a substantially axially directed rotor shaft groove 31 of a running disk 29 (axial groove) are also other blade fasteners known. The application of the sealing element 39 shown at alternative blade mountings is below illustrated in Figures 9 and 10.

In Figur 9 ist eine Schnittansicht eines Ausschnitts eines Rotors 25 mit Rotorwellennut 31 und mit eingesetzter Laufschaufel 13 dargestellt. Die Rotorwellennut 31 ist dabei als Umfangsnut 31 in der Rotorwelle 23 ausgeführt. Die Umfangsnut 31 ist als sogenannte Hammerkopfnut hergestellt, die den Schaufelfuß 35 aufnimmt. Für kurze Laufschaufeln 13 mit kleinen Fliehkräften und Biegemomenten wird diese Form der Schaufelbefestigung bevorzugt eingesetzt. In dem Schaufelfuß 35 ist eine Ausnehmung 45, insbesondere eine Nut, in die ein Dichtelement 39 eingreift. Das Dichtelement 39 erstreckt sich in Umfangsrichtung der Rotorwelle 23 und dichtet den Spalt 37 ab. Das Dichtelement 39 dichtet den Spalt hierbei unter Fliehkrafteinwirkung ab und kann aus zwei sich in Umfangsrichtung überlappenden und relativ zueinander beweglichen, in der Figur 9 nicht gezeigten, Teildichtelementen 53A, 53B zusammengesetzt sein, wie etwa zu Figur 5 beschrieben. Bei Rotation der Rotorwelle 23 um die Rotationsachse 15 wird das Dichtelement 39 unter Fliehkrafteinwirkung fest an die Nutgrundfläche 33 angedrückt. Dadurch wird der Spalt 37 abgedichtet.FIG. 9 is a sectional view of a detail of FIG Rotor 25 with rotor shaft groove 31 and with inserted blade 13 is shown. The rotor shaft groove 31 is as Circumferential 31 performed in the rotor shaft 23. The circumferential groove 31 is made as a so-called Hammerkopfnut, the Shovel foot 35 receives. For short blades 13 with small ones Centrifugal forces and bending moments becomes this form of blade attachment preferably used. In the blade root 35 is a recess 45, in particular a groove into which a Sealing element 39 engages. The sealing element 39 extends in the circumferential direction of the rotor shaft 23 and seals the gap 37th from. The sealing element 39 seals the gap in this case Fliehkrafteinwirkung and can from two in the circumferential direction overlapping and relatively movable, in 9, not shown, partial sealing elements 53A, 53B assembled be as described for Figure 5. At rotation the rotor shaft 23 about the rotation axis 15 is the Sealing element 39 under centrifugal force firmly to the groove base 33 pressed. As a result, the gap 37 is sealed.

Figur 10 zeigt eine Schnittansicht eines Ausschnitts eines Rotors 25 mit einer gegenüber Figur 9 alternativen Ausgestaltung der Laufschaufelbefestigung. Hierbei ist die Umfangsnut 31 durch eine sogenannte Umfangstannenbaumnut hergestellt. Der Schaufelfuß 35 der Laufschaufel 13 ist dementsprechend als Tannenbaumfuß hergestellt, der in die Umfangsnut 31, insbesondere in die Umfangstannenbaumnut 31, eingreift. Durch diese Art der Befestigung der Laufschaufel 13 ist bei Rotation des Rotors 25 um die Rotationsachse 15 eine sehr wirkungsvolle Kraftübertragung an die Rotorwelle 23 und ein besonders sicherer Halt erreicht. Analog zur Figur 9 ist in dem Schaufelfuß 35 eine Ausnehmung 45 vorgesehen, in der ein Dichtelement 39 angeordnet ist. Das Dichtelement 39 dient zur Abdichtung des Spalts 37, der zwischen dem Schaufelfuß 35 und der Nutgrundfläche 33 gebildet ist.FIG. 10 shows a sectional view of a section of a Rotor 25 with respect to Figure 9 alternative embodiment the blade attachment. Here is the circumferential groove 31 produced by a so-called Umfangstannenbaumnut. The blade root 35 of the blade 13 is accordingly produced as Tannenbaumfuß, in the circumferential groove 31, in particular in the Umfangstannenbaumnut 31, engages. By this type of attachment of the blade 13 is during rotation of the rotor 25 about the axis of rotation 15 is a very effective Power transmission to the rotor shaft 23 and a particular secure hold achieved. Analogous to Figure 9 is in the Blade foot 35 a recess 45 is provided in the one Sealing element 39 is arranged. The sealing element 39 serves for Sealing of the gap 37, between the blade root 35 and the groove base 33 is formed.

Das angegebene Konzept zur Dichtung des Spalts 37 mittels eines Dichtelements 39, respektive eines Paars aus relativ zueinander beweglichen Teildichtelementen 53A, 53B, ist in jedem Fall sehr flexibel auch auf einen Rotor 25 übertragbar, dessen Laufschaufel 13 in eine Umfangsnut 31 befestigt ist.The stated concept for sealing the gap 37 by means of a Sealing element 39, or a pair of relative to each other movable partial sealing members 53A, 53B, is in each Case very flexibly transferable to a rotor 25, whose blade 13 is mounted in a circumferential groove 31.

Claims (15)

  1. Fluid-flow machine (1) comprising a rotor (25) which extends along a rotation axis (15) and has a rotor-shaft slot (31) having a slot root surface (33) and a moving blade (13) having a blade root (35), the blade root (35) being inserted into the rotor-shaft slot (31), and a gap (37) being formed between the blade root (35) and the slot root surface (33), and a sealing element (39) being provided for sealing the gap (37), wherein the sealing element (39) is arranged in a recess (45) in the blade root (35) and is at least partly accommodated by the blade root (35), wherein the sealing element (39) is movable relative to the blade root (35), and wherein the sealing element (39) is in contact with the slot root surface (33) under the effect of centrifugal force and thereby seals the gap (37), characterized in that the sealing element (39) has a first sealing element section (53A) and a second sealing element section (53B) which are movable relative to one another.
  2. Fluid-flow machine (1) according to Claim 1, characterized in that the rotor (25) has a moving disc (29) which comprises the rotor-shaft slot (31) with the slot root surface (33), the rotor-shaft slot (31) extending along a transverse axis (41) which is inclined relative to a plane perpendicular to the rotation axis (15).
  3. Fluid-flow machine (1) according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the blade root (35) has a first blade-root margin (47) and a second blade-root margin (51), located opposite the first blade-root margin along the rotation axis, and a blade-root centre region (49) which is arranged axially between the first blade-root margin (47) and the second blade-root margin (51), a sealing element (39) being arranged in the region of the first blade-root margin (47) and/or of the second blade-root margin (51) and/or of the blade-root centre region (49).
  4. Fluid-flow machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of sealing elements (39) are provided.
  5. Fluid-flow machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing element (39) extends in a plane perpendicular to the rotation axis (15).
  6. Fluid-flow machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing element (39) is movable in the radial direction (43).
  7. Fluid-flow machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a first rotary region (55A) having a first rotary axis (57A) is assigned to the first sealing element section (53A), and a second rotary region (55B) having a second rotary axis (57B) is assigned to the second sealing element section (53B).
  8. Fluid-flow machine (1) according to Claim 7, characterized in that the mass centre (59A) of the first sealing element section (53A) is arranged relative to the first rotary axis (57A) and the mass centre (59B) of the second sealing element section (53B) is arranged relative to the second rotary axis (57B) in such a way that the torques (61A, 61B) resulting under the effect of centrifugal force are opposed.
  9. Fluid-flow machine (1) according to Claim 7 or 8, characterized in that the first sealing element section (53A) and the second sealing element section (53B) have similar geometry.
  10. Fluid-flow machine (1) according to one of Claims 7, 8 or 9, characterized in that the first sealing element section (53A) and the second sealing element section (53B) overlap in the circumferential direction.
  11. Fluid-flow machine (1) according to one of Claims 7 to 10, characterized in that the first sealing element section (53A) and the second sealing element section (53B) are arranged axially adjacent to one another.
  12. Fluid-flow machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing element (39) is made of a high-temperature-resistant material, in particular a nickel-base or cobalt-base alloy.
  13. Fluid-flow machine (1) according to one of the preceding claims, characterized by a configuration as a gas turbine (1).
  14. Sealing element (39), in particular for a rotor (25) of a fluid-flow machine (1), which has a first sealing element section (53A) and a second sealing element section (53B) which are movable relative to one another, and a first rotary region (55A) having a first rotary axis (57A) is assigned to the first sealing element section (53A), and a second rotary region (55B) having a second rotary axis (57B) is assigned to the second sealing element section (53B), the mass centre (59A) of the first sealing element section (53A) being arranged relative to the first rotary axis (57A) and the mass centre (59B) of the second sealing element section (53B) being arranged relative to the second rotary axis (57B) in such a way that the torques (61A, 61B) resulting on both sealing element sections (53A, 53B) under an effect of a force are opposed.
  15. Sealing element (39) according to Claim 14, characterized in that the first sealing element section (53A) and the second sealing element section (53B) have similar geometry.
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