EP1350925B1 - Vorrichtung zur Abdichtung in Turbomaschinen - Google Patents

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EP1350925B1
EP1350925B1 EP02020928A EP02020928A EP1350925B1 EP 1350925 B1 EP1350925 B1 EP 1350925B1 EP 02020928 A EP02020928 A EP 02020928A EP 02020928 A EP02020928 A EP 02020928A EP 1350925 B1 EP1350925 B1 EP 1350925B1
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EP
European Patent Office
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inner ring
flow channels
led
cooling air
honeycomb seal
Prior art date
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EP02020928A
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English (en)
French (fr)
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EP1350925A3 (de
EP1350925A2 (de
Inventor
Emil Aschenbruck
Hildegard Ebbing
Andreas Kleinefeldt
Klaus Dieter Mohr
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MAN Energy Solutions SE
Original Assignee
MAN Turbo AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F01D11/025—Seal clearance control; Floating assembly; Adaptation means to differential thermal dilatations

Definitions

  • the invention relates to a device for sealing between guide vanes and rotor of turbomachines with the features of the preamble of claim 1.
  • a cooled honeycomb seal is known, which is arranged at the outer boundary of the flow channel within a gas turbine.
  • a portion of the cooling air which is the upstream vane on the outer shroud available, fed through holes in the honeycomb seal bearing ring of the honeycomb seal.
  • a gas turbine with internally cooled vanes is known, to which a built-up of segments sealing body is suspended by means of hooks heat-movable.
  • the sealing body carries a honeycomb seal which faces rotating labyrinth tips. Together with the Leitschaufelfuß the sealing body encloses an inner cavity which communicates via an opening with the interior of the hollow guide vane and via a further opening with the honeycomb seal. About these flow paths, the cooling air from the guide vane through the sealing body and the honeycomb seal is guided to the outside of the sealing body. This cooling air is used especially the blocking of the sealing gap between the sealing body and the labyrinth tips and less-cooling the honeycomb seal.
  • the invention has for its object to make the generic seal so that the distance between the honeycomb seal and the labyrinth tips can be reduced to reduce the leakage currents while increasing the efficiency of the turbomachine.
  • the honeycomb seal Furthermore, a hot gas intrusion from the flow channel of the guide vane is avoided in the honeycomb seal and thereby also reduce the leakage current accordingly. This is accompanied by an increase in the efficiency of the turbomachine.
  • By cooling the inner ring and the honeycomb seal the life-limiting material temperature is reduced, the temperature and corrosion resistance of the affected components improves and increases the life of the hot gas part of the turbomachine.
  • By regulating the cooling can a Metal contact between the rotor and the stator can be avoided in transient states of the turbomachine. Due to the specified advantageous properties, the invention is particularly suitable for the hub seal between the rotor and the stator of gas turbines.
  • turbomachines The construction of turbomachines is basically known.
  • a turbomachine designed as a gas turbine, according to FIG. 7, consists of a housing 16 in which a rotor 17 is rotatably mounted.
  • the rotor 17 carries a plurality of rows of blades 18, between which fixed, attached to the housing 16 vanes 1 are arranged.
  • a part of the rotor 17 with two blades 18 and the lower part of a guide vane 1 is shown.
  • the vane 1 is provided at its end facing the rotor 17 with a Leitschaufelfuß 14.
  • an inner ring 3 is heat-elastic suspended.
  • the Leitschaufelfuß 14 is provided with a projection 19 which engages in a matching recess 20 in the inner ring 3, wherein between the end face of the projection 19 of the Leitschaufelfußes 14 and the bottom of the recess 20 of the inner ring 3, a thermal expansion receiving gap 13 remains.
  • Centering pins 2 which are inserted into the projection 19 of the guide blade root 14 and into the bottom of the recess 20 of the inner ring 3, provide for a centering of the inner ring 3 on the Leitschaufelfuß 14th
  • honeycomb seal 4 On the rotor 17 facing surface of the inner ring 3, a honeycomb seal 4 is soldered.
  • the honeycomb seal 4 includes an open honeycomb structure formed of webs. The webs are connected to the inner ring 3 and limit the inwardly open honeycomb.
  • the honeycomb seal 4 are opposed to labyrinth tips 5 of a one-piece labyrinth seal serving as a seal, which is mounted on the rotor 17. Between the rotating with the rotor 17 Labyrinthspitzen 5 and the fixed honeycomb seal 4, there is a sealing gap from small to be held radial height.
  • the guide vanes 1 are cooled and have a cavity 21 through which cooling air flows.
  • the cooling air exits at the vane trailing edge 6.
  • the inner ring 3 and the honeycomb seal 4 is cooled.
  • the cooling takes place by a small partial flow of the cooling air used for cooling the guide vane 1, the main flow of which flows out of the vane trailing edge 6.
  • the cooling air is taken from the vane 1.
  • a first flow channel is guided through the Leitschaufelfuß 14, which is designed as a bore 15 and opens into the gap 13 between the Leitschaufelfuß 14 and the inner ring 3.
  • second flow channels which are guided through the inner ring 3 as a radial holes 7 or as spatially diagonal holes 11 therethrough.
  • the bores 7, 11 open into third flow channels, which are guided as axial bores 8 through the inner ring 3 therethrough.
  • the axial bores 8 are open at the rear edge of the inner ring 3 and form the outlet 25.
  • the partial flow of cooling air which is removed from the guide vane 1 through the bore 15, is distributed in the gap 13 between the vane root 14 and the inner ring 3, enters the radial and the spatially diagonal bores 7, 11 and via the axial bores 8 through the outlets 25 from.
  • the cooling air taken from the guide blade 1 lowers the temperature of the inner ring 3 and the honeycomb seal 4 as it passes through the bores 7, 11, 8 (FIGS. 1, 3, 6).
  • the first flow channel may also be formed as an inner bore 23 of a hollow centering pin 2, wherein the inner bore 23 communicates with the cavity 21 of the guide blade 1 via a bore 24 guided radially through the guide blade root 14.
  • the inner bore 23 of the hollow centering pin 2 at least one of the also serving as a second flow channel, radial holes 7 is connected. In each case one of the radial bores 7 opens into one of the axial bores 8 in each case.
  • fourth flow channels can branch off from at least one of the radial bores 7, which serve as second flow channels, as oblique bores 9 are guided by the inner ring 3 and terminate in a further annular groove 22. In this way, the honeycomb seal 4 is cooled over a large area.
  • the inner ring 3 consists of two parts, which are provided on the mutually facing sides with grooves and projections.
  • the two parts of the inner ring 3 are assembled so that the grooves and projections interlock and thereby form serpentine 12, which represent a fifth guided through the inner ring 3 flow channel.
  • the serpentine 12 are in communication with the axial bores 8. Through this serpentine-like cooling air guide the residence time of the cooling air in the inner ring 3 is greater than in the other embodiments described.
  • the surface for heat transfer (cooling) is increased by the serpentine 12 and thus the effectiveness of the cooling.
  • FIG. 9 shows the cooling air flows a to h for the uncooled variant of the inner ring 3 according to the prior art.
  • a hot gas stream e is drawn out of the flow channel of the guide blade 1 into the annular gap between the honeycomb seal 4 and the labyrinth tips 5, where it leads to an increase in the leakage flow f.
  • This also has a temperature increase of the inner ring 3 with a further heat elastic elongation of the same result.
  • FIGS. 10 and 11 illustrate the cooling air flows a to 1 for the cooled variant of the inner ring 3, the cooling air flow k being small in FIG. 10 and large in FIG. 11.
  • the amount of cooling air flow k can be changed by a higher pressure of the cooling air in the guide vane 1, a larger diameter of the bore 7 or a change in the flow resistance through the design of the inlet and outlet (rounded, sharp-edged) of the bore 7.
  • Fig. 10 shows a variant with the cooling of the inner ring 3, wherein it is the cooling air flow k is a cooling air flow of small amount. It can be observed that the hot gas collapse e is avoided and a significantly lower leakage flow f flows through the annular gap between the honeycomb seal 4 and the labyrinth tips 5. The annular gap between the honeycomb seal 4 and the labyrinth tips 5 is flowed through in one direction by the leakage flow f.
  • the cooling air flow k is increased, it is divided into the two leakage flows f and l, the Leave the annular gap between the honeycomb seal 4 and the labyrinth tips 5 on both sides of the inner ring 3. Again, the hot gas burglary e and the pumping action is avoided. Both in Fig. 10 and in Fig. 11, the inner ring 3 assumes a lower temperature, and a heat elastic strain is avoided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abdichtung zwischen Leitschaufeln und Rotor von Turbomaschinen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
  • Bei einer aus der Praxis bekannten Abdichtung in Turbomaschinen ist der an den Leitschaufeln aufgehängte Innenring mit der aufgelöteten Wabendichtung ungekühlt. Um einen Metallkontakt zwischen dem Rotor und dem Stator der Turbomaschine sicher zu vermeiden, muss der Abstand zwischen der Wabendichtung und den Labyrinthspitzen auf den größtmöglichen Betrag der Wärmedehnung ausgelegt werden. Der verhältnismäßig große Abstand hat einen großen Leckagestrom zur Folge.
  • Aus der DE-A-198 21 365 ist eine gekühlte Wabendichtung bekannt, die an der äußeren Begrenzung des Strömungskanals innerhalb einer Gasturbine angeordnet ist. Zur Kühlung der Wabendichtung wird ein Teil der Kühlluft, welche der stromauf liegenden Leitschaufel am äußeren Deckband zur Verfügung steht, durch Bohrungen in dem die Wabendichtung tragenden Ring der Wabendichtung zugeführt.
  • Aus der US-A-5 749 701 ist eine Gasturbine mit innen gekühlten Leitschaufeln bekannt, an die ein aus Segmenten aufgebauter Dichtkörper mit Hilfe von Haken wärmebeweglich aufgehängt ist. Der Dichtkörper trägt eine Wabendichtung, die rotierenden Labyrinthspitzen gegenüber steht. Zusammen mit dem Leitschaufelfuß umschließt der Dichtkörper einen inneren Hohlraum, der über eine Öffnung mit dem Inneren der hohlen Leitschaufel und über eine weitere Öffnung mit der Wabendichtung in Verbindung steht. Über diese Strömungswege wird die Kühlluft aus der Leitschaufel durch den Dichtkörper und die Wabendichtung nach außerhalb des Dichtkörpers geführt. Diese Kühlluft dient vor allem der Sperrung des Dichtspaltes zwischen dem Dichtkörper und den Labyrinthspitzen und weniger-der Kühlung der Wabendichtung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Abdichtung so zu gestalten, dass der Abstand zwischen der Wabendichtung und den Labyrinthspitzen zur Reduzierung der Leckageströme bei gleichzeitiger Erhöhung des Wirkungsgrades der Turbomaschine verringert werden kann.
  • Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Abdichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Der als Dichtspalt dienende Ringspalt zwischen der Wabendichtung und den Labyrinthspitzen wird maßgeblich durch die Temperatur des wärmeelastisch aufgehängten Innenringes bestimmt. Die durch den Innenring geführte Kühlluft kühlt diesen und senkt damit dessen Bauteiltemperatur. Dadurch stellt sich aufgrund der geringeren Wärmedehnung ein kleinerer Innendurchmesser der Wabendichtung und somit auch ein kleinerer Ringspalt ein. Durch die Versorgung des Innenringes mit Kühlluft lässt sich damit die Breite des Dichtspaltes beeinflussen. Der Dichtspalt kann von vorne herein enger ausgelegt werden.
  • Des weiteren wird ein Heißgaseinbruch aus dem Strömungskanal der Leitschaufel in die Wabendichtung vermieden und sich dadurch auch der Leckagestrom dementsprechend verringern. Das geht mit einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Turbomaschine einher. Durch die Kühlung des Innenringes und der Wabendichtung wird die lebensdauerbegrenzende Materialtemperatur reduziert, die Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit der betroffenen Bauteile verbessert und die Lebensdauer des Heißgasteiles der Turbomaschine erhöht. Durch eine Regelung der Kühlung kann ein Metallkontakt zwischen dem Rotor und dem Stator in transienten Zuständen der Turbomaschine vermieden werden. Aufgrund der angegebenen vorteilhaften Eigenschaften eignet sich die Erfindung besonders für die Nabenabdichtung zwischen dem Rotor und dem Stator von Gasturbinen.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 - 5
    verschiedene Ausführungsformen einer Einzelheit X einer Gasturbine nach Fig. 7,
    Fig. 6
    die Einzelheit Z nach Fig. 3,
    Fig. 7
    schematisch den Längsschnitt durch eine Gasturbine,
    Fig. 8
    eine andere Ausführungsform der Einzelheit Z nach Fig. 3 und
    Fig. 9 - 11
    verschiedene Ausbildungen der Kühlluftstromverteilungen.
  • Der Aufbau von Turbomaschinen ist grundsätzlich bekannt. Eine als Gasturbine ausgebildete Turbomaschine besteht gemäß Fig. 7 aus einem Gehäuse 16, in dem ein Rotor 17 drehbar gelagert ist. Der Rotor 17 trägt mehrere Reihen von Laufschaufeln 18, zwischen denen feststehende, an dem Gehäuse 16 befestigte Leitschaufeln 1 angeordnet sind.
  • In den Fig. 1 bis 5 und 9 bis 11 ist ein Teil des Rotors 17 mit zwei Laufschaufeln 18 und dem unteren Teil einer Leitschaufel 1 dargestellt.
  • Die Leitschaufel 1 ist an ihrem dem Rotor 17 zugewandten Ende mit einem Leitschaufelfuß 14 versehen. An dem Leitschaufelfuß 14 ist wärmeelastisch ein Innenring 3 aufgehängt. Zu diesem Zweck ist der Leitschaufelfuß 14 mit einem Ansatz 19 versehen, der in eine angepasste Ausnehmung 20 im Innenring 3 greift, wobei zwischen der Stirnfläche des Ansatzes 19 des Leitschaufelfußes 14 und dem Grund der Ausnehmung 20 des Innenringes 3 ein die Wärmedehnung aufnehmender Spalt 13 verbleibt. Zentrierstifte 2, die in den Ansatz 19 des Leitschaufelfußes 14 und in den Grund der Ausnehmung 20 des Innenringes 3 eingesetzt sind, sorgen für eine Zentrierung des Innenringes 3 an dem Leitschaufelfuß 14.
  • Auf der dem Rotor 17 zugewandten Fläche des Innenringes 3 ist eine Wabendichtung 4 aufgelötet. Die Wabendichtung 4 enthält eine offene Wabenstruktur, die aus Stegen gebildet ist. Die Stege sind mit dem Innenring 3 verbunden und begrenzen die nach innen offenen Waben. Der Wabendichtung 4 stehen Labyrinthspitzen 5 eines einteiligen als Dichtung dienenden Labyrinthringes gegenüber, der auf dem Rotor 17 angebracht ist. Zwischen den mit dem Rotor 17 rotierenden Labyrinthspitzen 5 und der feststehenden Wabendichtung 4 besteht ein Dichtspalt von klein zu haltender radialer Höhe.
  • Die Leitschaufeln 1 sind gekühlt und weisen einen Hohlraum 21 auf, der von Kühlluft durchströmt ist. Die Kühlluft tritt an der Leitschaufelhinterkante 6 aus.
  • Um den Dichtspalt zwischen der feststehenden Wabendichtung 4 und den rotierenden Labyrinthspitzen 5 gering zu halten und die den Dichtspalt durchdringenden Leckageströme zu verringern, ist auch der Innenring 3 und die Wabendichtung 4 gekühlt. Die Kühlung erfolgt durch einen geringen Teilstrom der zur Kühlung der Leitschaufel 1 verwendeten Kühlluft, deren Hauptstrom an der Leitschaufelhinterkante 6 ausströmt.
  • Die Kühlluft wird der Leitschaufel 1 entnommen. Zu diesem Zweck ist durch den Leitschaufelfuß 14 ein erster Strömungskanal geführt, der als Bohrung 15 ausgebildet ist und in den Spalt 13 zwischen dem Leitschaufelfuß 14 und dem Innenring 3 einmündet.
  • Von dem Spalt 13 gehen zweite Strömungskanäle aus, die durch den Innenring 3 als radiale Bohrungen 7 oder als räumlich diagonale Bohrungen 11 hindurch geführt sind. Die Bohrungen 7, 11 münden in dritte Strömungskanäle ein, die als axiale Bohrungen 8 durch den Innenring 3 hindurch geführt sind. Die axialen Bohrungen 8 sind an der hinteren Kante des Innenringes 3 offen und bilden den Austritt 25. Der Teilstrom an Kühlluft, welcher der Leitschaufel 1 durch die Bohrung 15 entnommen wird, verteilt sich in dem Spalt 13 zwischen dem Leitschaufelfuß 14 und dem Innenring 3, tritt in die radialen und die räumlich diagonalen Bohrungen 7, 11 ein und über die axialen Bohrungen 8 durch die Austritte 25 aus. Die der Leitschaufel 1 entnommene Kühlluft senkt die Temperatur des Innenringes 3 und der Wabendichtung 4, während diese die Bohrungen 7, 11, 8 passiert (Fig. 1, 3, 6).
  • Der erste Strömungskanal kann gemäß Fig. 8 auch als Innenbohrung 23 eines hohlen Zentrierstiftes 2 ausgebildet sein, wobei die Innenbohrung 23 über eine radial durch den Leitschaufelfuß 14 geführte Bohrung 24 mit dem Hohlraum 21 der Leitschaufel 1 in Verbindung steht. Mit der Innenbohrung 23 des hohlen Zentrierstiftes 2 ist zumindest eine der ebenfalls als zweiter Strömungskanal dienenden, radialen Bohrungen 7 verbunden. Jeweils eine der radialen Bohrungen 7 mündet jeweils in eine der axialen Bohrungen 8 ein.
  • Gemäß Fig. 4 enden die radialen Bohrungen 7 in einer offenen Ringnut 10, die in der dem Rotor 17 zugewandten Fläche des Innenringes 3 eingeschnitten ist. In diesem Falle tritt die der Leitschaufel 1 entnommene Kühlluft durch die Wabendichtung 4 aus und kühlt dabei diese direkt.
  • Wie in der Fig. 2 gezeigt ist, können von mindestens einer der radialen Bohrungen 7, die als zweite Strömungskanäle dienen, vierte Strömungskanäle abzweigen, die als schräge Bohrungen 9 durch den Innenring 3 geführt sind und in einer weiteren Ringnut 22 enden. Auf diese Weise wird die Wabendichtung 4 großflächig gekühlt.
  • Gemäß Fig. 5 besteht der Innenring 3 aus zwei Teilen, die auf den einander zugewandten Seiten mit Nuten und Vorsprüngen versehen sind. Die beiden Teile des Innenringes 3 sind so zusammengesetzt, dass die Nuten und Vorsprünge ineinander greifen und dadurch Serpentinen 12 bilden, die einen fünften durch den Innenring 3 geführten Strömungskanal darstellen. Die Serpentinen 12 stehen mit den axialen Bohrungen 8 in Verbindung. Durch diese serpentinenartige Kühlluftführung ist die Verweildauer der Kühlluft im Innenring 3 größer als bei den anderen beschriebenen Ausführungen. Darüber hinaus wird die Oberfläche zur Wärmeübertragung (Kühlung) durch die Serpentinen 12 vergrößert und damit auch die Effektivität der Kühlung.
  • In den Fig. 9 bis 11 sind im Bereich des Innenringes 3 für verschiedene Varianten die Kühlluftströme a bis 1 dargestellt, die sich wie folgt zusammensetzen:
    • a) Kühlluft, die von den Laufschaufeln 18 des Laufschaufelkranzes strömt, der vor der gezeigten Leitschaufel 1 angeordnet ist,
    • b) wie a, jedoch auf einem der Rotorachse näheren Radius,
    • c) indifferente Verteilungsströmung zwischen Rotor 17 und Innenring 3,
    • d) Kühlluft, die vor den Leitschaufeln 1 in den Strömungskanal austritt,
    • e) Heißgas,
    • f) Leckagestrom (in Fig. 10 vorwärts-, in Fig. 11 rückwärtsströmend),
    • g) Kühlluft, die aus den Laufschaufeln 18 des Laufschaufelkranzes strömt, der hinter der gezeigten Leitschaufel 1 angeordnet ist,
    • h) wie d, jedoch hinter den Leitschaufeln 1,
    • k) Kühlluft, die aus dem Hohlraum 21 der Leitschaufel 1 dem Innenring 3 zugeführt wird,
    • l) Leckagestrom.
  • Die Fig. 9 zeigt die Kühlluftströme a bis h für die ungekühlte Variante des Innenringes 3 gemäß dem Stand der Technik. In der Fig. 9 ist zu erkennen, dass ein Heißgasstrom e aus dem Strömungskanal der Leitschaufel 1 in den Ringspalt zwischen der Wabendichtung 4 und den Labyrinthspitzen 5 gezogen wird und dort zu einer Erhöhung des Leckagestroms f führt. Dies hat weiterhin eine Temperaturerhöhung des Innenringes 3 mit einer weiteren wärmeelastischen Dehnung desselben zur Folge.
  • Die Fig. 10 und 11 stellen die Kühlluftströme a bis 1 für die gekühlte Variante des Innenringes 3 dar, wobei der Kühlluftstrom k in der Fig. 10 gering und in der Fig. 11 groß ist. Die Menge des Kühlluftstromes k lässt sich durch einen höheren Druck der Kühlluft in der Leitschaufel 1, einen größeren Durchmesser der Bohrung 7 oder eine Veränderung des Strömungswiderstandes durch die Gestaltung des Ein- und Austrittes (gerundet, scharfkantig) der Bohrung 7 verändern.
  • Fig. 10 zeigt eine Variante mit der Kühlung des Innenringes 3, wobei es sich bei dem Kühlluftstrom k um einen Kühlluftstrom von geringer Menge handelt. Es ist zu beobachten, dass der Heißgaseinbruch e vermieden wird und ein wesentlich geringerer Leckagestrom f durch den Ringspalt zwischen der Wabendichtung 4 und den Labyrinthspitzen 5 strömt. Der Ringspalt zwischen der Wabendichtung 4 und den Labyrinthspitzen 5 wird in einer Richtung von dem Leckagestrom f durchströmt.
  • Wird, wie in Fig. 11 dargestellt, der Kühlluftstrom k erhöht, so teilt sich dieser in die beiden Leckageströme f und l auf, die zu beiden Seiten des Innenringes 3 den Ringspalt zwischen der Wabendichtung 4 und den Labyrinthspitzen 5 verlassen. Auch hier wird der Heißgaseinbruch e und die Pumpwirkung vermieden. Sowohl in Fig. 10 als auch in Fig. 11 nimmt der Innenring 3 eine niedrigere Temperatur an, und eine wärmeelastische Dehnung wird vermieden.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Abdichtung zwischen Leitschaufeln (1) und Rotor (17) von Turbomaschinen, insbesondere von Gasturbinen, bestehend aus einem am Schaufelfuß (14) der Leitschaufeln (1) gehaltenen Dichtkörper mit aufgelöteter Wabendichtung (4) und aus auf dem Rotor (17) angebrachten Labyrinthspitzen (5), wobei jede Leitschaufel (1) einen von Kühlluft durchströmten Hohlraum (21) aufweist, wobei durch die Schaufelfüße (14) der Leitschaufeln (1) an die Hohlräume (21) der Leitschaufeln (1) angeschlossene, erste Strömungskanäle geführt sind, die als jeweils eine den Schaufelfuß (14) der Leitschaufeln (1) durchdringende Bohrung (15) ausgebildet sind und mit mindestens einem von durch den Dichtkörper bis nahe an die Wabendichtung (4) geführten, zweiten Strömungskanälen verbunden sind, wobei an die zweiten Strömungskanäle mindestens eine nach außerhalb des Dichtkörpers führende Verbindung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper als Innenring (3) ausgebildet ist, dass der Innenring wärmeelastisch an den Schaufelfüßen (14) der Leitschaufeln (1) aufgehängt ist, dass der Innenring (3) mit einer Ausnehmung (20) versehen ist, dass in die Ausnehmung (20) des Innenringes (3) ein mit dem Leitschaufelfuß (14) verbundener Ansatz (19) eingreift, dass der Innenring (3) über Zentrierstifte (2) zentriert ist, die in den Innenring (3) und den Ansatz (19) eingesetzt sind, und dass die zweiten Strömungskanäle als durch den Innenring (3) radial geführte Bohrungen (7) oder als räumlich diagonal geführte Bohrungen (11) ausgebildet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle in mindestens einen von axialen, an der hinteren Kante des Innenringes (3) offenen, dritten Strömungskanälen münden, die die nach außerhalb des Innenringes (3) führenden Verbindungen der zweiten Strömungskanäle bilden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle zu einer zur Wabendichtung (4) hin offenen Ringnut (10) auf der Unterseite des Innenringes (3) geführt sind, die die nach außerhalb des Innenringes (3) führende Verbindung der zweiten Strömungskanäle bildet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass von den zweiten Strömungskanälen mindestens ein vierter Strömungskanal abgezweigt ist, der als Bohrung (9)zu einer weiteren zur Wabendichtung (4) hin offenen Ringnut (22) auf der Unterseite des Innenringes (3) geführt ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die als erster Strömungskanal ausgebildete, durch den Schaufelfuß (14) radial geführte Bohrung (24) mit einer durch einen hohlen Zentrierstift (2) geführten Innenbohrung (23) verbunden ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Strömungskanäle als axial durch den Innenring (3) geführte Bohrungen (8) ausgebildet sind und dass die vierten Strömungskanäle als schräg durch den Innenring (3) geführte Bohrungen (9) ausgebildet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (3) aus zwei Teilen besteht, die auf den einander zugewandten Seiten mit Nuten und Vorsprüngen versehen sind, und dass die Nuten und Vorsprünge so ineinander greifen, dass ein serpentinenartiger, fünfter Strömungskanal (12) entsteht, an den mindestens eine nach außerhalb des Innenringes (3) führende Verbindung angeschlossen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabendichtung (4) durch die aus der Wabendichtung (4) und/oder dem Innenring (3) austretende Kühlluft gegen einen Einbruch vön Heißgas gesichert ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der dem Innenring (3) zugeführten Kühlluft (k) regelbar ist und dass je nach Menge der Kühlluft die durch den Spalt zwischen der Wabendichtung (4) und den Labyrinthspitzen (5) des Rotors (17) strömenden Leckageströme (f, l) nur vorwärts oder sowohl vorwärts als auch rückwärts gerichtet sind.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der dem Innenring (3) zugeführten Kühlluft (k) durch den Druck der Kühlluft in der Leitschaufel (1), den Durchmesser der Bohrungen (7, 11) oder eine Gestaltung des Ein- und Austrittes der Bohrungen (7, 11) regelbar ist.
EP02020928A 2002-04-02 2002-09-19 Vorrichtung zur Abdichtung in Turbomaschinen Expired - Lifetime EP1350925B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10214624 2002-04-02
DE10214624A DE10214624C1 (de) 2001-10-29 2002-04-02 Vorrichtung zur Abdichtung in Turbomaschinen

Publications (3)

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EP1350925A2 EP1350925A2 (de) 2003-10-08
EP1350925A3 EP1350925A3 (de) 2005-03-09
EP1350925B1 true EP1350925B1 (de) 2006-05-31

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EP02020928A Expired - Lifetime EP1350925B1 (de) 2002-04-02 2002-09-19 Vorrichtung zur Abdichtung in Turbomaschinen

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