EP2031189A1

EP2031189A1 - Sealing ring for sealing the gap between the guide vanes of a guide vane assembly of a stationary axial turbo-machine and his rotor

Info

Publication number: EP2031189A1
Application number: EP07017069A
Authority: EP
Inventors: Mirko Milazar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-03-04

Abstract

The ring (10) has a sealing plate (52) e.g. labyrinth seal, provided between two segments of rings (34, 36). The ring (34) is displaceably attached to the ring (36) in a radial direction. The segments adjacent to each other extend in a peripheral direction over guide vanes of a guide vane assembly. One of the rings has a radially open inner groove (66) and another ring has a hook (46) protruded in the radial direction, where the hook engages in the groove according to connection of the groove and a spring.

Description

Dicht-Ring für die Abdichtung eines Spaltes zwischen den Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes einer stationären axial durchströmbaren Strömungsmaschine und dessen RotorSealing ring for sealing a gap between the vanes of a vane ring of a stationary axially flow-through turbomachine and its rotor

Die Erfindung betrifft einen Dicht-Ring für die Abdichtung eines Spaltes zwischen den Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes einer stationären axial durchströmbaren Strömungsmaschine und dessen Rotor. Ferner betrifft die Erfindung einen Leitschaufelkranz mit einem derartigen Dicht-Ring sowie eine Strömungsmaschine.The invention relates to a sealing ring for sealing a gap between the vanes of a vane ring of a stationary axial flow-through turbomachine and its rotor. Furthermore, the invention relates to a vane ring with such a sealing ring and a turbomachine.

Der Aufbau von stationären Gasturbinen ist allgemein bekannt. Das Gehäuse einer der die Erfindung betreffenden Gasturbine ist in eine obere und eine untere Gehäusehälfte aufgeteilt, wobei dazwischen der Rotor eingelegt ist. Die Gasturbinen weisen zudem in einer Turbineneinheit angeordnete Leitschaufeln und Laufschaufeln auf, die jeweils in Kränzen angeordnet sind. Die Leitschaufeln einer Stufe sind strahlenförmig in einem Kranz angeordnet und in einem diesen Kranz umgreifenden Leitschaufelträger gehalten. Der gleichfalls hälftig geteilte Leitschaufelträger weist Umfangsnuten auf, in die die Leitschaufeln eingeschoben sind, Hierdurch wird die radial äußere Befestigung der Leitschaufel erreicht. Die Laufschaufeln hingegen sind an dem Rotor befestigt und dienen zu dessen Antrieb, indem das an ihnen vorbeiströmende Heißgas durch Impulsübertrag den Rotor antreibt.The construction of stationary gas turbines is well known. The housing of a gas turbine relating to the invention is divided into an upper and a lower housing half, wherein the rotor is inserted between them. The gas turbines also have arranged in a turbine unit vanes and blades, which are each arranged in rings. The vanes of a step are arranged radially in a wreath and held in a vane carrier enclosing this ring. The guide blade carrier, also divided in half, has circumferential grooves into which the guide vanes are inserted, thereby achieving the radially outer fastening of the guide blade. The blades, however, are attached to the rotor and serve to drive it by the flowing past them hot gas by momentum transfer drives the rotor.

Aufgrund der enormen Strömungskräfte des Heißgases und zur Erreichung eines besonders hohen wirkungsgrads aufgrund geringerer Spaltverluste weisen die Leitschaufeln der Turbineneinheit an ihren radial inneren Enden Plattformen auf, die den ringförmigen Strömungskanal der Turbineneinheit begrenzen. Stromab und stromauf der Leitschaufel sind die Laufschaufeln vorgesehen, wobei zur Vermeidung von einer Heißgas-Leckageströmung die Spalte zwischen den Laufschaufeln und den Leitschaufeln abzudichten sind. Hierzu und auch zur Erreichung einer höheren Festigkeit des Leitschaufelkranzes ist ein so genannter Dicht-Ring an den inneren, d.h. rotornahen Plattformen der Leitschaufel angebracht. Der Dicht-Ring umgreift den Rotor in konzentrischer Art und Weise und bildet mit diesem einen im Querschnitt ringförmigen Spalt aus, durch den das Strömen von Heißgas verhindert werden soll. Hierzu ist bekannt, dass sowohl die nach innen gerichteten Flächen des Dicht -Rings und die nach außen gerichteten Flächen des Rotors, die einander gegenüber liegen, mit Labyrinthdichtungen versehen sind, Gleichfalls kann Sperrluft aus dem Inneren des Dicht-Rings zur Vermeidung von Heißgaseinzug ausgeblasen werden. Demnach ist ein möglichst kleines Spaltmaß in allen Betriebszuständen der Turbine sehr vorteilhaft. Dies gilt insbesondere für die vorderen Turbinenstufen.Due to the enormous flow forces of the hot gas and to achieve a particularly high efficiency due to lower gap losses, the vanes of the turbine unit at their radially inner ends platforms that limit the annular flow channel of the turbine unit. Downstream and upstream of the vane, the blades are provided, to avoid hot gas leakage flow, the gaps between the blades and the Guide vanes are sealed. For this purpose, and also to achieve a higher strength of the guide vane ring, a so-called sealing ring is attached to the inner, ie rotor-near platforms of the guide vane. The sealing ring surrounds the rotor in a concentric manner and forms with this an annular cross-section gap through which the flow of hot gas is to be prevented. For this purpose, it is known that both the inwardly directed surfaces of the sealing ring and the outwardly facing surfaces of the rotor, which are opposite each other, are provided with labyrinth seals, likewise, sealing air can be blown from the interior of the sealing ring to avoid hot gas intake , Accordingly, the smallest possible gap size is very advantageous in all operating states of the turbine. This is especially true for the front turbine stages.

Im Detail sind zwei Konfigurationen von Dicht-Ringen aus dem Stand der Technik bekannt. Die erste Konfiguration von Dicht-Ringen umfasst lediglich zwei im Querschnitt U-förmige Ringhälften. Die dem Rotor zugewandten Seiten der inneren Plattformen sind mit mehreren Haken versehen, auf der die Ringhälften jeweils aufgeschoben werden. Anschließend werden die beiden Ringhälften zu einem geschlossenen Dicht-Ring verschraubt. Der geschlossene Dicht-Ring ist mit entsprechenden Führungselementen radialbeweglich an den Haken der Plattformen der Leitschaufeln gekoppelt. Bei einem Kaltstart kann der Durchmesser des Dicht-Rings daher mit zunehmender Erwärmung unabhängig von den thermischen Dehnungen der Leitschaufeln und deren radialen Bewegungen wachsen, Zudem heizt sich der Dicht-Ring schneller auf als der aufgrund seiner deutlich größeren Masse thermisch wesentlich trägere Rotor. Der Rotor dehnt sich somit gegenüber dem Dicht-Ring zeitverzögert aus. Durch die unterschiedlich schnellen Wärmedehnungen entsteht zwischen dem Dicht-Ring und dem Rotor beim Kaltstart ein vergrößerter Ringspalt, der folglich dann zu unnötigen Strömungsverlusten führen oder einen erhöhten Einsatz an Sperrluft erforderlich machen kann. Nach dem Aufheizen des Rotors herrscht jedoch zwischen diesem und den Dicht-Ring ein besonders kleiner Spalt, da der Dicht-Ring an sich im Bezug auf den ausgedehnten Rotor besonders exakt ausgelegt werden kann.In detail, two configurations of prior art sealing rings are known. The first configuration of sealing rings comprises only two in cross-section U-shaped ring halves. The rotor-facing sides of the inner platforms are provided with a plurality of hooks on which the ring halves are each slid. Subsequently, the two ring halves are screwed to form a closed sealing ring. The closed sealing ring is coupled with corresponding guide elements radially movable on the hooks of the platforms of the guide vanes. In the case of a cold start, the diameter of the sealing ring can therefore grow with increasing heating, independently of the thermal expansions of the guide vanes and their radial movements. In addition, the sealing ring heats up faster than the rotor, which is significantly more thermally inert due to its significantly larger mass. The rotor thus expands with a time delay with respect to the sealing ring. Due to the different rapid thermal expansions between the sealing ring and the rotor during cold start an enlarged annular gap, which consequently can then lead to unnecessary flow losses or make an increased use of sealing air required. After heating the rotor, however, prevails between this and the sealing ring a particularly small gap, since the sealing ring can be designed particularly precisely with respect to the extended rotor itself.

Eine zweite bekannte Konfiguration eines Dicht-Rings ist als ein so genannten U-Ring bekannt, bei dem der Ring aus mehreren in Umfangsrichtung aneinanderliegenden Segmenten gebildet ist, wobei jedes Segment den Ringspalt zwischen Dicht-Ring und Rotor über eine Umfangslänge von einigen Leitschaufeln abdichtet. Die Segmente sind durch entsprechende Verhakungen mit dem Schaufeln fest verbunden, so dass die Segmente den radialen und axialen Bewegungen und thermischen Dehnungen der Leitschaufeln zwangsweise folgen. Aufgrund der direkten Ankopplung der Segmente an die Leitschaufeln ist die thermische Kopplung zwischen den Leitschaufeln und den Segmenten gegeben, so dass im Vergleich zu der ersten Konfiguration die Segmente der Dehnung der Leitschaufeln folgen. Demnach bleiben die U-Ringe beim Kaltstart im Vergleich zum Dicht-Ring gemäß der ersten Konfiguration auf einem kleineren Durchmesser, so dass der Ringspalt zwischen U-Ring und Rotor beim Kaltstart vergleichsweise klein bleibt. Nach dem Erreichen der stationären Betriebsbedingungen, bei denen die Turbineneinheit und der Rotor vollständig durchgeheizt und ausgedehnt sind, ist zwischen dem U-Ring und dem Rotor jedoch ein größerer Ringspalt vorhanden als bei dem Dicht-Ring gemäß der ersten Konfiguration, da die Leitschaufeln und das Gehäuse aufgrund der thermischen Dehnungen sich nach außen bewegen. Konstruktionsbedingt kann der Dicht-Ring gemäß der ersten Konfiguration jedoch wesentlich exakter ausgelegt werden als der segmentierte U-Ring gemäß der zweiten Konfiguration, so dass bei der Verwendung des U-Rings im stationären Betrieb ein vergleichsweise großes Spaltmaß verbleibt.A second known configuration of a sealing ring is known as a so-called U-ring in which the ring is formed of a plurality of circumferentially adjacent segments, each segment sealing the annular gap between the sealing ring and the rotor over a circumferential length of a few vanes. The segments are fixedly connected to the blades by respective entanglements, so that the segments forcibly follow the radial and axial movements and thermal expansions of the guide vanes. Due to the direct coupling of the segments to the vanes, the thermal coupling between the vanes and the segments is provided so that the segments follow the expansion of the vanes as compared to the first configuration. Accordingly, the U-rings remain at a cold start compared to the sealing ring according to the first configuration on a smaller diameter, so that the annular gap between the U-ring and rotor during cold start remains relatively small. However, after attaining the steady-state operating conditions in which the turbine unit and the rotor are completely heated and expanded, there is a larger annular gap between the U-ring and the rotor than in the sealing ring according to the first configuration, since the guide vanes and the Housing due to the thermal expansion to move outward. However, due to the design, the sealing ring according to the first configuration can be designed much more accurately than the segmented U-ring according to the second configuration, so that when using the U-ring in stationary operation, a comparatively large gap remains.

Der Dicht-Ring gemäß der ersten Konfiguration weist somit für den stationären Betrieb ein besseres Betriebsverhalten auf als bei einem Kaltstart, wohingegen der U-Ring gemäß der zweiten Konstruktion bei einem Kaltstart einen kleineren Spalt aufweist als bei durchgeheizter Turbine.The sealing ring according to the first configuration thus has a better operating behavior for steady-state operation than during a cold start, whereas the U-ring according to the second construction has a smaller gap during a cold start than with a through-heated turbine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Dicht-Rings für die Abdichtung eines Spaltes zwischen den Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes einer stationären axial durchströmbaren Strömungsmaschine und dessen Rotor, bei der die im Stand der Technik genannten Nachteile ausgeräumt sind. Insbesondere soll ein Dicht-Ring angegeben werden, durch den sowohl beim Kaltstart als auch beim stationären Betrieb ein besonders kleiner Spalt zwischen Dicht-Ring und Rotormantelfläche erzielt werden kann. Die mit einem solchen Dicht-Ring ausgestattete axial durchströmbare Strömungsmaschine soll somit in allen Betriebszuständen ein besseres Betriebsverhalten aufweisen. Ein weiteres Ziel ist es, Sperrluft zur Wirkungsgradsteigerung und Leistungssteigerung der Strömungsmaschine zu sparen.The object of the present invention is therefore to provide a sealing ring for the sealing of a gap between the guide vanes of a stator ring of a stationary axially flow-through turbomachine and its rotor, in which the disadvantages mentioned in the prior art are eliminated. In particular, a sealing ring should be specified, by which a particularly small gap between the sealing ring and the rotor shell surface can be achieved both during cold start and during stationary operation. Equipped with such a sealing ring axially flowable turbomachine should thus have a better performance in all operating conditions. Another goal is to save sealing air to increase the efficiency and performance of the turbomachine.

Die Aufgabe wird durch einen Dicht-Ring der eingangs genannten Art gelöst, der einen ersten Ring und einen dazu axial benachbarten zweiten Ring umfasst, wobei der erste Ring gegenüber dem zweiten Ring in Radialrichtung verschiebbar gelagert ist.The object is achieved by a sealing ring of the aforementioned type, which comprises a first ring and a second ring axially adjacent thereto, wherein the first ring is mounted displaceably in the radial direction relative to the second ring.

Der Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beide aus dem Stand der Technik bekannten Dicht-Ring-Konzepte entgegen früheren Auffassungen doch zu einem in Axialrichtung bzw. im Querschnitt geteilten Dicht-Ring zusammengefasst werden können. Um dies zu erreichen, ist der Dicht-Ring in zwei Teilringe aufgeteilt worden, welche gemeinsam den Dicht-Ring bilden. Der Dicht-Ring setzt sich somit aus zwei axial benachbarten Ringen zusammen. Dabei ist einer der beiden Ringe nach Art und Weise des segmentierten U-Rings an den Leitschaufeln befestigt und der andere Ring ist nach Art und Weise des aus zwei Ringhälften geschraubten Dicht-Rings an den Leitschaufeln zentriert. Gleichzeitig wurde erkannt, dass die beiden Ringe - in Radialrichtung betrachtet - gegeneinander verschiebbar zu lagern sind, um radiale Verschiebungen der beiden Ringe zueinander zu ermöglichen. Folglich konnten beide aus dem Stand der Technik bekannten Konfigurationen so kombiniert werden, dass nur die jeweiligen Vorteile der ursprünglich Konfigurationen nun erreicht werden, ohne dass deren Nachteile in Kauf genommen werden müssen.The solution is based on the finding that both known from the prior art sealing ring concepts contrary to earlier views can be combined into a divided in the axial direction or in cross-section sealing ring. To achieve this, the sealing ring has been divided into two partial rings, which together form the sealing ring. The sealing ring is thus composed of two axially adjacent rings. In this case, one of the two rings is fastened to the guide vanes in the manner of the segmented U-ring, and the other ring is centered on the guide vanes in the manner of the sealing ring screwed from two ring halves. At the same time it was recognized that the two rings - as viewed in the radial direction - are to be stored against each other displaced to allow radial displacements of the two rings to each other. As a result, both configurations known in the prior art could be combined be that only the respective advantages of the original configurations are now achieved without their disadvantages must be taken into account.

Somit kann sowohl für den Kaltstart der mit einem solchen Dicht-Ring ausgestatteten axial durchströmbaren Strömungsmaschine als auch für den stationären Betrieb dieser ein jeweils verkleinerter Spalt zwischen Dicht-Ring und Rotormantelfläche erreicht werden, wodurch insgesamt die Menge der in diesem Bereich auszublasenden Sperrluft minimiert werden kann. Dies kann zu einer Leistungssteigerung und zu einer Wirkungsgradsteigerung einer damit ausgestatteten stationären Gasturbine führen.Thus, both for the cold start of equipped with such a sealing ring axially flow-through turbomachine and for stationary operation of a respective smaller gap between the sealing ring and rotor shell surface can be achieved, whereby a total of the amount of bled out in this area sealing air can be minimized , This can lead to an increase in performance and an increase in efficiency of a stationary gas turbine equipped therewith.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Zweckmäßigerweise kann einer der beiden Ringe oder beide Ringe eine Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbarten Segmenten oder zwei Ringhälften umfassen. Vorzugsweise ist der erste Ring aus zwei Ringhälften gebildet und der zweite Ring aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbarten Segmenten gebildet.Conveniently, one of the two rings or both rings may comprise a plurality of circumferentially adjacent segments or two ring halves. Preferably, the first ring is formed of two ring halves and the second ring is formed of a plurality of circumferentially adjacent segments.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden Ringhälften flanschartig miteinander verschraubt. Dies ermöglicht eine einfache Bildung des ersten Rings, wobei dessen Aufteilung in zwei Ringhälften dem strukturellen Aufbau einer stationären Strömungsmaschine im wesentlichen entspricht: das Gehäuse und die daran befestigten feststehenden Komponenten sind jeweils in einer Teilungsebene in eine obere und untere Komponente aufteilbar. Somit gilt diese Struktur ebenfalls für den ersten Ring.According to a further advantageous embodiment, the two ring halves are screwed together in a flange. This allows a simple formation of the first ring, wherein its division into two ring halves substantially corresponds to the structural design of a stationary turbomachine: the housing and the fixed components attached thereto are each divisible into a dividing plane into an upper and lower component. Thus, this structure also applies to the first ring.

Diese Struktur erlaubt zudem eine besonders einfache Montage der beiden Ringhälften sowie des ersten Rings, indem in den unteren Leitschaufelträger mit den daran bereits vormontierten Leitschaufeln zuerst die Segmente montiert werden und anschließend die untere Ringhälfte des ersten Rings eingelegt werden kann. Anschließend wird die Ringhälfte gegenüber den Leitschaufeln zentriert. Danach kann der Rotor in die untere Gehäusehälfte eingelegt werden, wonach die zweite Ringhälfte des ersten Rings montiert und mit der ersten Ringhälfte verschraubt wird, Anschließend kann die obere Hälfte des Leitschaufelträgers mit vormontierten Leitschaufeln und Segmenten auf die obere Ringhälfte zur Vervollständigung des Dicht-Rings aufgesetzt werden.This structure also allows a particularly simple installation of the two ring halves and the first ring by first in the lower vane support with the pre-assembled thereon vanes, the segments are mounted and then the lower ring half of the first ring can be inserted. Subsequently, the ring half is centered with respect to the guide vanes. Thereafter, the rotor can be inserted into the lower half of the housing, after which the second ring half of the first ring is mounted and bolted to the first ring half, then the upper half of the guide blade carrier with pre-assembled vanes and segments placed on the upper ring half to complete the sealing ring become.

Eine starre Kopplung von Leitschaufeln untereinander wird erreicht, in dem jedes Segment in Umfangsrichtung sich über mehrere Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich jedes Segment über drei, vier oder fünf Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes.A rigid coupling of vanes with each other is achieved in that each segment extends in the circumferential direction over a plurality of vanes of the vane ring. Preferably, each segment extends over three, four or five vanes of the vane ring.

Eine die Steifigkeit weiter erhöhende Ausgestaltung eines Leitschaufelkranzes kann angegeben werden, wenn die Segmente des Dicht-Rings mit den Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes verhakt sind. Die Verhakungsrichtung ist für die Segmente radial und axial - bezogen auf die Maschinenachse der Strömungsmaschine. Außerdem erfolgt so die starre Anbindung eines der beiden Ringe an die Leitschaufeln des Kranzes, so dass die radiale Position dieses Ringes stets von den Dehnungen und radialen Bewegungen der Leitschaufeln abhängig ist. Dieser Ring weist somit insbesondere bei kalter Turbine einen kleineren Durchmesser auf als bei durchgeheizter Turbine, so dass zwischen ihm und der Rotormantelfläche ein Ringspalt mit einem besonders kleinen radialen Spaltmaß vorhanden ist. Folglich kann für diesen Betriebszustand die Menge an auszublasender Sperrluft aufgrund des starr an den Leitschaufeln gekoppelten Dicht-Rings gering gehalten werden kann.A stiffness further increasing embodiment of a vane ring can be specified when the segments of the sealing ring are hooked to the vanes of the vane ring. The Verhakungsrichtung is radial and axial for the segments - relative to the machine axis of the turbomachine. In addition, so the rigid connection of one of the two rings is made to the vanes of the ring, so that the radial position of this ring is always dependent on the strains and radial movements of the vanes. This ring thus has a smaller diameter, in particular in the case of cold turbines, than in the case of turbocharged turbines, so that an annular gap with a particularly small radial gap exists between it and the rotor shell surface. Consequently, the amount of blocking air to be bled out can be kept low due to the rigidly coupled to the vanes sealing ring for this operating condition.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes Segment zumindest eine radial nach innen geöffnete, sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut auf, in die ein an der Ringhälfte angeordneter Haken nach Art einer Nut- und Federverbindung eingreift. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, eine besonders sichere sowie auch steife und starre Konstruktion eines aus zwei Ringen gebildeten Dicht-Rings anzugeben, dessen Ringe sowohl aus Segmenten als auch aus Ringhälften bestehen können.According to a particularly advantageous embodiment, each segment has at least one radially inwardly open, extending in the circumferential direction groove into which a arranged on the ring half hook engages in the manner of a tongue and groove connection. This embodiment makes it possible specify a particularly safe and also rigid and rigid construction of a sealing ring formed from two rings, the rings can consist of both segments and ring halves.

Durch den radial nach außen vorstehenden Haken als Teil der Nut- und Federverbindung und durch den diesen Haken unter radialem Spiel aufnehmende Nut kann eine - in Axialrichtung der Strömungsmaschine betrachtet - fixierte Konstruktion unter Beibehaltung der thermischen Beweglichkeit des zweiten Rings gegenüber dem ersten Ring in Radialrichtung erreicht werden. Eine Einschnürung des Rotors, bei dem der Dicht-Ring die Mantelfläche des Rotors berühren kann, kann somit verhindert werden, da aufgrund der unterschiedlichen Ausgestaltungen des Dicht-Rings ein thermisch zum Rotor angepasstes Dehnverhalten erreicht werden kann.Due to the radially outwardly projecting hook as part of the tongue and groove connection and by this hook under radial play receiving groove can - viewed in the axial direction of the turbomachine - fixed construction while maintaining the thermal mobility of the second ring relative to the first ring in the radial direction become. A constriction of the rotor, in which the sealing ring can touch the lateral surface of the rotor, can thus be prevented, since due to the different configurations of the sealing ring, a thermally adapted to the rotor expansion behavior can be achieved.

Um einen Heißgaseinzug in den von den inneren Plattformen der Leitschaufeln, den Ringhälften und den Segmente begrenzten Ringraum zu verhindern, ist jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Segmenten zumindest ein Dichtelement vorgesehen. Benachbarte Segmente weisen einander gegenüberliegende Stirnseiten auf, in denen jeweils Nuten vorgesehen sind. In diesen Nuten sind beispielsweise geriffelte Dichtelemente eingesetzt, die eine Strömung zwischen den von den beiden Stirnseiten gebildeten Spalt weiter erschweren bzw. verhindern sollen. Somit können Druckverluste im Heißgas vermieden werden. Gleichzeitig kann die Menge an aus dem Ringraum zu blasender Sperrluft gering gehalten werden.In order to prevent a hot gas intake in the annular space bounded by the inner platforms of the guide vanes, the ring halves and the segments, at least one sealing element is provided in each case between two segments adjacent in the circumferential direction. Adjacent segments have opposite end faces, in each of which grooves are provided. In these grooves, for example, corrugated sealing elements are used, which further complicate or prevent a flow between the gap formed by the two end faces. Thus, pressure losses in the hot gas can be avoided. At the same time, the amount of sealing air to be blown out of the annular space can be kept low.

In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung weist der Leitschaufelkranz eine Anzahl von Leitschaufeln und einen Dicht-Ring vorgenannter Art auf, bei dem der erste Ring von einer, mehreren oder von allen Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes zentriert ist und an diesen axial anliegt. Durch die axiale Abstützung der einzelnen Leitschaufeln an dem ersten Ring kann eine Kopplung erreicht werden, die die Schwingungsanregung von einzelnen Leitschaufeln reduzieren kann. Gleichzeitig kann auch die Pendelbewegung einzelner Leitschaufeln reduziert bzw. unterbunden werden, da diese über den Dicht-Ring axial an diejenigen Leitschaufeln gekoppelt sind, welche eine anders gerichtete Bewegung oder keine Pendelbewegung aufweisen. Folglich kann auf eine sich bewegende Leitschaufel eine Kraft ausgeübt werden, die der Bewegung entgegengesetzt ist.In a further preferred embodiment, the vane ring has a number of vanes and a sealing ring of the aforementioned type, in which the first ring is centered by one, several or all vanes of the vane ring and bears axially against these. By the axial support of the individual vanes to the first ring, a coupling can be achieved, which can reduce the vibration excitation of individual vanes. simultaneously can also be the pendulum movement of individual vanes reduced or prevented because they are coupled via the sealing ring axially to those vanes, which have a different direction of movement or no pendulum motion. Consequently, a force that is opposite to the movement can be exerted on a moving vane.

Vorzugsweise weist die Strömungsmaschine einen Leitschaufelkranz der vorgenannten Art auf, bei dem der Dicht-Ring eine radial nach innen gerichtete Innenfläche aufweist, die einer Rotormantelfläche unter Bildung eines Ringspalts gegenüberliegt, wobei die Rotormantelfläche und/oder die Innenfläche Dichtmittel zum Abdichten des Ringspalts aufweisen.The turbomachine preferably has a guide vane ring of the aforementioned type, in which the sealing ring has a radially inwardly directed inner surface facing a rotor shell surface forming an annular gap, the rotor shell surface and / or the inner surface having sealing means for sealing the annular gap.

Zweckmäßigerweise sind die Dichtmittel als Labyrinthdichtungen ausgebildet und sowohl an der Innenfläche der Segmente als auch an den Innenflächen der Ringe vorgesehen. Besonders vorteilhaft kann die Strömungsmaschine als stationäre Gasturbine ausgebildet sein, wobei der Leitschaufelkranz in der Turbineneinheit der stationären Gasturbine angeordnet ist.Conveniently, the sealing means are designed as labyrinth seals and provided both on the inner surface of the segments and on the inner surfaces of the rings. Particularly advantageously, the turbomachine can be designed as a stationary gas turbine, wherein the guide vane ring is arranged in the turbine unit of the stationary gas turbine.

Weitere Vorteile und Merkmale werden in einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur den Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Dicht-Ring eines Leitschaufelkranzes einer Strömungsmaschine.Further advantages and features are explained in more detail in a drawing. The single figure shows the cross section through the sealing ring according to the invention of a vane ring of a turbomachine.

Die einzige Figur zeigt den Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Dicht-Ring 10 eines aus Leitschaufeln 12 gebildeten Kranzes 14 einer nicht weiter dargestellten stationären Gasturbine.The single FIGURE shows the cross section through the sealing ring 10 according to the invention of a ring 14 formed by vanes 12 of a stationary gas turbine, not shown.

Der ringförmige Strömungskanal 16 der Turbineneinheit der Gasturbine ist lediglich ausschnittsweise dargestellt. Im Strömungskanal 16 sind die Schaufelblätter 18 der Leitschaufeln 12 des Kranzes 14 vorgesehen, welche das Heißgas der Gasturbine in bekannter Art und Weise umlenken sollen. Die Leitschaufel 12 weist eine - bezogen auf die Maschinenachse 20 der Gasturbine - radial innen angeordnete Plattform 22 auf, an deren kaltgasseitiger Rückseite 24 zwei axial zueinander beabstandete Haken 26, 28 vorgesehen sind. Der Haken 26 weist einen in Axialrichtung hervorstehenden Vorsprung 30 sowie einen in Radialrichtung hervorstehenden Vorsprung 32 auf.The annular flow channel 16 of the turbine unit of the gas turbine is shown only in sections. In the flow channel 16, the blades 18 of the vanes 12 of the ring 14 are provided which are intended to deflect the hot gas of the gas turbine in a known manner. The guide vane 12 has a - 22 radially inwardly arranged platform 22 - with respect to the machine axis 20 of the gas turbine on, on the cold gas side rear side 24 two axially spaced-apart hooks 26, 28 are provided. The hook 26 has an axially projecting protrusion 30 and a protrusion 32 projecting in the radial direction.

Der Dicht-Ring 10 umfasst einen ersten Ring 36 sowie einen zweiten Ring 34. Der erste Ring 36 ist aus zwei Ringhälften 38 gebildet, von denen aufgrund der Querschnittsdarstellung nur eine Ringhälfte 38 gezeigt ist. Jede Ringhälfte 38 erstreckt sich über einen Bogen von 180°. Die Ringhälfte 38 ist dabei im Wesentlichen im Querschnitt L-förmig ausgebildet und weist somit einen radial nach außen gerichteten ersten Schenkel 40 sowie sich einen parallel oder annährend parallel zur Maschinenachse 20 erstreckenden zweiten Schenkel 42 auf. Der erste Schenkel 40 der Ringhälfte 38 ist mit in Axialrichtung erstreckenden Bohrungen und mit darin angeordneten Gewinden versehen, durch die der erste Schenkel 40 mit dem Haken 28 der Leitschaufel 12 über eine Schraube 49 und geeigneten Führungselementen radial verschiebbar angelagert werden kann.The sealing ring 10 comprises a first ring 36 and a second ring 34. The first ring 36 is formed from two ring halves 38, of which only one ring half 38 is shown due to the cross-sectional representation. Each ring half 38 extends over an arc of 180 °. The ring half 38 is substantially L-shaped in cross-section and thus has a radially outwardly directed first leg 40 and a parallel or approximately parallel to the machine axis 20 extending second leg 42. The first leg 40 of the ring half 38 is provided with axially extending bores and arranged therein threads through which the first leg 40 can be attached to the hook 28 of the vane 12 via a screw 49 and suitable guide elements radially displaceable.

Hierzu ist im Haken 28 eine Aussparung 51 vorgesehen, in der eine Hülse 53 eingesetzt und mittels der Schraube 49 lediglich an dem ersten Schenkel 40 befestigt werden kann. Der Außendurchmesser der Hülse 53 ist dabei wesentlich geringer als die Größe der Aussparung 51, so dass die Hülse 53 und somit auch der erste Ring 36 sich innerhalb der Aussparung 51 in Radialrichtung verschieben kann. Zur Erreichung einer ausreichenden Zentrierung ist die Ringhälfte 38 in einem Unterteil der Gasturbine an mindestens drei, über den Umfang verteilten Stellen, wie beschrieben, verschiebbar befestigt.For this purpose, a recess 51 is provided in the hook 28, in which a sleeve 53 can be inserted and fastened by means of the screw 49 only on the first leg 40. The outer diameter of the sleeve 53 is substantially smaller than the size of the recess 51, so that the sleeve 53 and thus also the first ring 36 can move within the recess 51 in the radial direction. To achieve sufficient centering, the ring half 38 is slidably mounted in a lower part of the gas turbine at least three, distributed over the circumference points, as described.

An dem freien Bogenende des zweiten Schenkels 42 ist ein Haken 46 vorgesehen, der radial nach außen vorsteht.At the free end of the arc of the second leg 42, a hook 46 is provided which projects radially outward.

Im Bereich der Enden der Ringhälften 38 ist ein flanschförmiger Ansatz 44 vorgesehen, in dem Bohrungen 48 angeordnet sind, in die Schrauben zur Verschraubung der beiden Ringhälften 38 zu dem ersten Ring 36 eingesetzt werden können.In the region of the ends of the ring halves 38, a flange-shaped projection 44 is provided, in which bores 48 are arranged, into which screws for screwing the two ring halves 38 to the first ring 36 can be inserted.

Der zweite Ring 34 wird von einer Vielzahl in Umfangsrichtung verteilten Segmenten 50 gebildet, die jeweils mit zwei oder mehreren Leitschaufeln 12 des Kranzes 14 verhakt sein können. Zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Segmenten 50 können Dichtbleche in Form von geriffelten Dichtblechen vorgesehen sein, wobei diese in Nuten 52 eingesetzt sind, welche in den gegenüberliegenden Stirnseiten der Segmente 50 jeweils vorhanden sind. Somit kann der für unterschiedliche Ausdehnungen im Betrieb erforderliche Umfangsspalt zwischen den Segmenten 50 effektiv durch die Dichtbleche 52 abgedichtet werden.The second ring 34 is formed by a plurality of circumferentially distributed segments 50 which may each be hooked to two or more vanes 12 of the collar 14. Between adjacent circumferentially segments 50 sealing plates may be provided in the form of corrugated sealing plates, which are inserted into grooves 52 which are present in the opposite end faces of the segments 50 respectively. Thus, the circumferential gap required between the segments 50 for different expansion in operation can be effectively sealed by the sealing sheets 52.

Jedes Segment 50 ist mit seinem äußeren Ende 54 mit der Leitschaufel 12 bzw. den Leitschaufeln 12 verhakt. Das innere Ende 56 jedes Segments 50 ist mit einem der beiden Ringhälften 38 verhakt. Beide Enden 54, 56 sind mittels eines sich in Radialrichtung erstreckenden Stegs 58 miteinander verbunden. Am äußeren Ende 54 des Segments 50 ist eine in Umfangsrichtung verlaufende, in Axialrichtung geöffnete Nut 60 vorgesehen, in der der Vorsprung 30 des Hakens 26 der Leitschaufel 12 eingreift. Das Segment 50 weist zudem eine äußere Nut 64 und eine am inneren Ende 56 angeordnete innere Nut 66 auf. Beide Nuten 64, 66 verlaufen in Umfangsrichtung und sind nach außen bzw. nach innen hin geöffnet. In der äußeren Nut 64 greift der Vorsprung 32 des Hakens 26 ein. In die innere Nut 66 greift der Haken 46 der Ringhälfte 38 ein. Der Haken 46 und die Nut 66 sind dabei so ausgeführt, dass der Haken 46 unterschiedlich tief in die Nut 66 einführbar ist, um die radiale verschiebbarkeit der Ringhälfte 38 gegenüber den Segmenten 50 bei gleichzeitig axialer Fixierung zu gewährleisten.Each segment 50 is hooked with its outer end 54 to the vane 12 and the vanes 12, respectively. The inner end 56 of each segment 50 is hooked to one of the two ring halves 38. Both ends 54, 56 are interconnected by means of a radially extending web 58. At the outer end 54 of the segment 50, a circumferentially extending, axially open groove 60 is provided, in which the projection 30 of the hook 26 of the guide vane 12 engages. The segment 50 also has an outer groove 64 and an inner end 66 disposed on the inner end 66. Both grooves 64, 66 extend in the circumferential direction and are open to the outside or inwards. In the outer groove 64, the projection 32 of the hook 26 engages. In the inner groove 66 of the hook 46 of the ring half 38 engages. The hook 46 and the groove 66 are designed so that the hook 46 can be inserted at different depths into the groove 66 to ensure the radial displaceability of the ring half 38 relative to the segments 50 at the same time axial fixation.

Somit bildet der Schenkel 40 und der Steg 58 die beiden Flanken des im Querschnitt gesehen U-förmigen Dicht-Rings 10, wobei das die beiden Flanken des U's verbindende Joch von den Schenkeln 42 gebildet wird.Thus, the leg 40 and the web 58 forms the two flanks of the U-shaped sealing ring 10 seen in cross section, wherein the yoke connecting the two flanks of the U is formed by the legs 42.

Der Dicht-Ring 10 weist eine nach innen gerichtete, im Wesentlichen zylindrische Innenfläche 68 auf, die sowohl von dem inneren Ende 56 der Segmente 50 als auch von der Seitenfläche 68 des zweiten Schenkels 42 der Ringhälfte 38 gebildet wird. Die Innenfläche 68 ist mit Dichtspitzen 70 versehen, um den Spalt zwischen Innenfläche 68 und dieser gegenüberliegenden Mantelfläche 72 des Rotors 74 abzudichten. In der dargestellten Zeichnung handelt es sich aufgrund der vorgesehenen Dichtspitzen 70 um eine Labyrinthdichtung nach Art und Weise einer Durchsicht-Dichtung. Eine Blickdichte-Labyrinthdichtung könnte ebenfalls hier Anwendung finden.The sealing ring 10 has an inwardly directed, substantially cylindrical inner surface 68 formed by both the inner end 56 of the segments 50 and the side surface 68 of the second leg 42 of the annular half 38. The inner surface 68 is provided with sealing tips 70 to seal the gap between the inner surface 68 and this opposite lateral surface 72 of the rotor 74. In the illustrated drawing is due to the provided sealing tips 70 is a labyrinth seal in the manner of a see-through seal. An opaque labyrinth seal could also be used here.

Aufgrund der unterschiedlichen Richtungen der Verhakungen des Vorsprungs 30 mit der Nut 60, des Vorsprungs 32 mit der Nut 64, des Hakens 46 der Ringhälfte 38 mit der Nut 66 und der verschiebbaren Verbindung der Ringhälfte 38 mit dem Haken 28 der Leitschaufel 12 kann ein in Axialrichtung fixierter und in Radialrichtung - jeweils bezogen auf die Maschinenachse 20 - zentrierter Dicht-Ring 10 bereitgestellt werden. Bewegungen von einzelnen Leitschaufeln 12 können somit begrenzt werden, was mechanische Beschädigungen an den Befestigungen verhindert.Due to the different directions of the entanglements of the projection 30 with the groove 60, the projection 32 with the groove 64, the hook 46 of the ring half 38 with the groove 66 and the slidable connection of the ring half 38 with the hook 28 of the guide vane 12 can be in the axial direction fixed and in the radial direction - in each case based on the machine axis 20 - centered sealing ring 10 can be provided. Movements of individual vanes 12 can thus be limited, which prevents mechanical damage to the fixtures.

Während des Kaltstart der stationären, d.h. hälftig aufgebauten Gasturbine dichtet zuerst der zweite Ring 34 den Spalt zwischen sich und der Rotormantelfläche 72 besonders gut ab, da noch keine temperaturbedingten Dehnungen des Gehäuses und des Leitschaufelträgers aufgetreten sind und dem zur Folge die Leitschaufeln noch auf einem kleineren Radius liegen. Der erste Ring 36 hat aufgrund seines eingangs beschriebenen Verhaltens während des Kaltstarts einen größeren Abstand zur Rotormanteloberfläche 72 als der zweite Ring 34. Nach dem Kaltstart, also bei thermisch stationären Bedingungen, ist der Abstand zwischen dem ersten Ring 36 und der Rotormanteloberfläche 72 jedoch kleiner als der Abstand zwischen dem zweiten Ring 34 und der Rotormanteloberfläche 72.During the cold start of the stationary, ie half-constructed gas turbine first seals the second ring 34, the gap between itself and the rotor shell surface 72 from particularly good, since no temperature-induced strains of the housing and the guide vane have occurred and consequently the vanes still on a smaller Radius lie. The first ring 36 has due to its behavior described above during the cold start a greater distance from the rotor shell surface 72 than the second ring 34. After the cold start, ie at thermally stationary conditions, the distance between the first ring 36 and the rotor shell surface 72, however, is less than the distance between the second ring 34 and the rotor shell surface 72nd

Insgesamt wird mit der Erfindung ein Dicht-Ring 10 für den Leitschaufelkranz 14 einer axial durchströmten, stationären Strömungsmaschine vorgeschlagen, bei dem sowohl während eines Kaltstarts als auch während des stationären Betriebs der dann durchgeheizten Strömungsmaschine ein besonders kleiner radialer Abstand zwischen der Innenseite 68 des Dicht-Rings 10 und der Rotormantelfläche 72 vorhanden ist. Je nach dem, in welchem Betriebszustand sich die Strömungsmaschine gerade befindet, dichtet entweder der aus einer Anzahl von Segmenten 50 sich zusammensetzende zweite Ring 34 den Spalt zwischen Innenfläche 68 und Rotormantelfläche 72 besonders gut ab oder der sich aus zwei Ringhälften 38 zusammensetzende erste Ring 36 dichtet den Spalt zwischen seiner Innenfläche 68 und dem dieser Innenfläche 68 gegenüberliegenden Rotormantelfläche 72 besonders gut ab. Um dies zu erreichen, sind die Ringhälften 38 über radial nach außen gerichtete Haken 46 in der radial geöffneten Nut 66 der Segmente 50 nach Art einer Nut- und Federverbindung in Radialrichtung gleitbar miteinander verbunden.Overall, the invention proposes a sealing ring 10 for the vane ring 14 of an axial flow-through, stationary turbomachine, in which a particularly small radial distance between the inside 68 of the sealing device during a cold start and during stationary operation of the then heated turbomachine. Rings 10 and the rotor shell surface 72 is present. Depending on the operating state in which the turbomachine is currently located, either the second ring 34 composed of a number of segments 50 seals the gap between inner surface 68 and rotor shell surface 72 particularly well or seals first ring 36 composed of two ring halves 38 the gap between its inner surface 68 and the rotor surface 72 opposite this inner surface 68 particularly well. To achieve this, the ring halves 38 are radially slidably connected via radially outwardly directed hook 46 in the radially open groove 66 of the segments 50 in the manner of a tongue and groove joint in the radial direction.

Folglich ist für jeden Betriebszustand eine besonders gute Abdichtung des Spalts erreichbar.Consequently, a particularly good sealing of the gap can be achieved for each operating state.

Selbstverständlich kann der Leitschaufelkranz 14 auch aus Leitschaufelsegmenten mit jeweils zwei oder mehr Schaufelblättern bestehen. Gleichfalls kann der zweite Ring 34 auch aus lediglich zwei, jeweils 180° großen Segmenten 50 bestehen und der erste Ring 36 aus mehr als zwei Elementen, Prinzipiell ist dabei lediglich darauf zu beachten, dass die beiden Ringe 34, 36 - in Radialrichtung betrachtet - unterschiedlich, d.h. einmal starr und einmal verschiebbar mit den Leitschaufeln 12 des Kranzes 14 verbunden und gegeneinander verschiebbar sind.Of course, the vane ring 14 also consist of vane segments, each with two or more blades. Likewise, the second ring 34 also consist of only two, each 180 ° large segments 50 and the first ring 36 of more than two elements, in principle, it is merely important to note that the two rings 34, 36 - viewed in the radial direction - different ie once rigidly and once slidably connected to the guide vanes 12 of the ring 14 and are mutually displaceable.

Claims

Sealing ring (10) for sealing a gap between the guide vanes (12) of a vane ring (14) of a stationary axially flow-through turbomachine and its rotor (74),
comprising a first ring (36) and a second ring (34) axially adjacent thereto, the first ring (36) being slidably mounted on the second ring (34) in a radial direction.

A sealing ring (10) according to claim 1,
wherein one of the two rings (34, 36) or both rings (34, 36) comprises a plurality of circumferentially adjacent segments (50) or two ring halves (38).

A sealing ring (10) according to claim 2,
wherein the first ring (36) is formed of two ring halves (38) and the second ring (34) is formed of a plurality of circumferentially adjacent segments (50).

A sealing ring (10) according to claim 2 or 3,
in which the two ring halves (38) are screwed together in a flange manner.

A sealing ring (10) according to any one of claims 2 to 4,
wherein each segment (50) extends circumferentially over a plurality of vanes (12) of the vane ring (14).

A sealing ring (10) according to any one of claims 2 to 5,
in which at least one sealing element (52) is provided between two adjacent segments (50).

Sealing ring (10) according to one of the preceding claims, in which one of the two rings (34, 36) has a radially open groove (66) and the other of the two rings (36, 34) has at least one radially projecting hook (46). have, wherein the hook (46) engages in the groove (66) in the manner of a tongue and groove connection.

Guide vane ring (14) with a number of guide vanes (12) and with a sealing ring (10) according to one of the preceding claims,
in which one of the two rings (34, 36) is rigidly connected to one, to several or to all vanes (12) of the vane ring (14) and the other of the two rings (36, 34) to one, to several or to all Guide vanes (12) of the vane ring (14) is slidably connected in the radial direction.

Guide vane (14) according to claim 8,
wherein one of the two rings (34, 36) with the guide vanes (12) of the vane ring (14) is rigidly hooked in the radial and axial direction.

Turbomachine with a vane ring (14) according to one of claims 8 to 9,
wherein the sealing ring (10) has a radially inwardly directed inner surface (68), which faces a rotor shell surface (72) to form the annular gap to be sealed,
wherein the rotor shell surface (72) and / or the inner surface (68) have sealing means for sealing annular gap.

Turbomachine according to claim 10,
wherein the sealing means of the sealing ring (10) on the inner surfaces (68) of the rings (34, 36) are provided.

Turbomachine according to claim 10 or 11
in which the sealing means are designed as labyrinth seals.

Turbomachine according to one of claims 9 to 11, designed as a stationary gas turbine.