EP2218876A1 - Dichtungsring zum Abdichten eines Radialspalts in einer Gasturbine - Google Patents

Dichtungsring zum Abdichten eines Radialspalts in einer Gasturbine Download PDF

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EP2218876A1
EP2218876A1 EP09002128A EP09002128A EP2218876A1 EP 2218876 A1 EP2218876 A1 EP 2218876A1 EP 09002128 A EP09002128 A EP 09002128A EP 09002128 A EP09002128 A EP 09002128A EP 2218876 A1 EP2218876 A1 EP 2218876A1
Authority
EP
European Patent Office
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sealing ring
sealing
wall portion
radial gap
radial
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09002128A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
François Benkler
Karl Klein
Torsten Matthias
Achim Schirrmacher
Oliver Schneider
Vadim Shevchenko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP09002128A priority Critical patent/EP2218876A1/de
Publication of EP2218876A1 publication Critical patent/EP2218876A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • 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
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/083Sealings especially adapted for elastic fluid pumps
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    • F04D29/54Fluid-guiding means, e.g. diffusers
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    • F04D29/542Bladed diffusers
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    • F05D2260/941Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF] particularly aimed at mechanical or thermal stress reduction

Definitions

  • the invention relates to a sealing ring for sealing a radial gap in a gas turbine, a gas turbine ring vane unit with the sealing ring and an axial compressor for the gas turbine with at least one Verêtrnachnach réelle, which is designed as the Leitschaufelkranzech.
  • a gas turbine has a compressor for compressing air, which is designed, for example, in an axial construction.
  • the compressor has a rotor which is formed by a shaft and wheel disks threaded thereon, on whose circumference a rotor blade row is provided in each case. Further, the compressor has a housing, on the inside of Leitschaufel #2n are fixed so that the rotor blade rows and the Leitschaufel #2n seen in the axial direction of the gas turbine are arranged alternately.
  • the compressor may have downstream a last Ver Whyrleit #2 and a Nachleit marina, which are arranged at the inlet into a diffuser, which is located immediately downstream of the compressor.
  • a stationary shaft cover is provided on the hub side, which forms the diffuser together with the inner contour of the housing.
  • the guide rows have a plurality of vanes, each having a blade tip at their radial inner ends. Due to design and assembly, a radial gap is provided between the vane tips and the shaft cover.
  • both the compressor housing, the vanes and the shaft cover are in contact with hot air.
  • the compressor housing is massively designed to withstand the pressure and temperature stresses during operation.
  • the shaft cover is filigree compared to the compressor housing. As a result, the compressor housing heats up more slowly than the shaft cover, so that the compressor housing has a lower thermal expansion rate than the shaft cover.
  • the disadvantage is that a leakage flow flows through this radial gap, which impairs the aerodynamic efficiency of the compressor. Furthermore, the leakage flow affects the pressure recovery of the diffuser located downstream of the compressor.
  • the object of the invention is a sealing ring for sealing the radial gap in a gas turbine, a Leitschaufelkranzech for the gas turbine and an axial compressor for to provide the gas turbine with at least one Verêtrnachnach réelle formed as the Leitschaufelkranzech, wherein the power density and the efficiency of the gas turbine are high.
  • the sealing ring according to the invention for sealing a radial gap in a gas turbine which is formed between a blade tip and immediately adjacent to the blade tip wall portion is supported on the wall portion and movable in the radial direction, so that with the sealing ring of the radial gap to a transient change in height
  • the radial gap can be bridged adjusted.
  • the gas turbine fan blade nozzle unit of the present invention has a plurality of stator vanes mounted on the housing side and a blade tip on the hub side, a hub side wall portion located immediately adjacent and forming a radial gap with the blade tips, and fixed in the radial gap and on the wall portion Sealing ring, wherein the gasket bridges the radial gap during operation of the gas turbine adapted to a transient change in the height of the radial gap.
  • the axial compressor according to the invention for a gas turbine has at least one compressor follower row, which is designed as the vane ring unit.
  • the sealing ring extends from the wall portion toward the blade tip so that the sealing ring blocks the radial gap. As a result, the flow-through cross section of the radial gap is reduced, so that the leakage flow through the radial gap is reduced.
  • the radial gap with such a selected minimum necessary gap height provided that in all conceivable operating conditions of the gas turbine, the blade tips barely touch the wall portion or not. This prevents that the blade tips and / or the wall section are damaged by an excessive meeting of the blade tips with the wall section.
  • the minimum necessary height of the radial gap is chosen so large that flows through the radial gap a significant mass flow of leakage flow, which leads to an undesirable efficiency reduction of the gas turbine.
  • the sealing ring according to the invention can be provided in the radial gap of a gas turbine, wherein the sealing ring is fixed to the wall portion with its side facing the wall portion.
  • the blade tip side facing the sealing ring is freely movable in the radial direction to the blade tip, so that the sealing ring adjusts to the instantaneous height of the radial gap. This ensures that the sealing ring can follow in a transient change in the height of the radial gap with its blade tip facing side of the blade tip.
  • the radial gap is blocked by the sealing ring, so that the leakage flow is minimized by the radial gap, with a harmful contact of the blade tip is prevented with the wall portion in the transient change in the height of the radial gap.
  • the sealing ring on a plurality of sealing ring segments, which are arranged in a row over the circumference and are movable in the radial direction.
  • sealing ring segments seen in the circumferential direction each have two opposite sealing ring segment edges have, which collide with the corresponding sealing ring segment edges of the adjacent sealing ring segments.
  • the individual sealing ring segments of the sealing ring are in touching contact, so that a continuous gap in the axial direction of the gas turbine is not formed between the sealing ring segment edges.
  • the sealing ring has a high sealing ability.
  • sealing ring segment edges are formed S-shaped in the axial direction, so that the sealing ring segment edges are in engagement with their adjacent sealing ring segment edges.
  • the sealing ring has a spring element which is supported on the wall portion and with which the sealing ring can be prestressed towards the blade tip.
  • the sealing ring comprises a bimetallic element with which the sealing ring is movable towards the blade tip.
  • the sealing ring can follow through the spring element or the bimetallic element of the blade tip if, due to the transient change in the height of the radial gap, the blade tip moves away from the wall section or towards the wall section.
  • the sealing ring is in constant contact with the blade tips.
  • a shaft cover has the wall portion.
  • the sealing ring is preferably mounted on the shaft cover, whereby the radial gap is bridged by the sealing ring.
  • the radial gap bridges the sealing ring.
  • the sealing ring is used for sealing two vane rings, so that the construction of the vane ring unit is simple.
  • Preferred dimensions of the sealing ring is guided on the wall portion in the radial direction movable.
  • this on its side facing the wall portion a radially inwardly extending and circumferential nose and geometrically adapted to the wall portion on its side facing the sealing ring have a circumferential annular groove into which the nose engageable in the annular groove is, whereby the sealing ring is positively guided radially movable.
  • the sealing ring is preferably sealed against the wall portion with a sealing element.
  • the sealing member is supported on a surface portion of the sealing ring and a surface portion of the wall portion, wherein the surface portions are preferably perpendicular extend to the axial direction, so that the sealing effect of the sealing member is unaffected by a radial movement of the sealing ring.
  • the sealing element is a labyrinth seal.
  • FIGS. 1 to 3 has a turbocompressor 1 a diffuser part 2, which is formed by a housing contour 3 and a hub contour 4.
  • the arrow denoted by 5 indicates the flow direction in which the turbocompressor 1 flows through.
  • the turbocompressor 1 has a rotor 6 and a stator 7, which is arranged downstream of the rotor 6, and a Nachleitcut 8, which is arranged downstream of the stator 7.
  • the turbocompressor 1 has a housing 9 which has the housing contour 3 on its inside.
  • the rotor 6 has a wheel disc 10, which is rotationally rigidly connected to a shaft (not shown).
  • a plurality of blades 11 is provided, which form a blade row.
  • Each blade 11 has at its radially outer edge a blade tip 12, which is arranged facing the housing inner side 13 of the housing 9. So that during operation of the turbocompressor 1, the blade 11 does not strive against the inside of the housing 13, a radial gap 14 is provided between the blade tip 12 and the housing inner side 13.
  • the stator 7 is formed by a row of guide vanes 15 having guide vanes. Furthermore, the Nachleitcut is formed by a further Leitschaufel Research, which is formed by a plurality of Nachleitschaufeln 16. Both the vanes 15 and the Nachleitschaufeln 16 are attached to the housing inner side 13. At the radial end pointing towards the center of the turbocompressor 1, both each vane 15 has a vane tip 17 and also each follower vane 16 has an after-vane blade tip 19.
  • the shaft of the turbocompressor 1 is radially covered with a shaft cover 20 in the region of the vane 15 and the Nachleitschaufel 16, wherein the shaft cover 20 is stationary. Between the vane tip 17 and the Nachleitschaufelspitze 19 a radial gap 18 is provided. In the radial gap 18, a sealing ring 21 is inserted, which is housed in a circumferential recess of the shaft cover 20. The seal ring 21 is fixed to the shaft cover 20 and thus supported there. The sealing ring 21 is dimensioned in the radial direction such that it bridges the radial gap 18 between the vane tip 17 and the Nachleitschaufel dictate 19. Thus, during operation of the turbocompressor 1 no or virtually no leakage flow through the radial gap 18, whereby the efficiency of the turbocompressor 1 is high.
  • a sealing ring labyrinth 28 is provided between the sealing ring 21 and the wall portion 20.
  • the seal ring labyrinth 28 is supported on a surface portion of the seal ring 21 and a surface portion of the wall portion 20, the surface portions extending perpendicular to the axial direction. It is thereby achieved that the sealing effect of the sealing ring labyrinth 28 is unaffected by a radial movement of the sealing ring 21.
  • the seal labyrinth 28 is located downstream of the nose 26.
  • the surface portions are created by a corresponding stepped configuration of the sealing ring 21 and the shaft cover 20.
  • FIG. 1 the surface portions are created by a corresponding stepped configuration of the sealing ring 21 and the shaft cover 20.
  • the surface portion of the shaft cover 20 is frontally axially facing the flow direction 5 pointing, wherein the associated surface portion of the sealing ring 21 is provided on a radially inwardly extending projection.
  • the seal ring labyrinth 28 is located downstream of the nose 26.
  • the sealing ring 21 has a plurality of sealing ring segments 22 which have an identical appearance and are arranged adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the sealing ring segments 22 each have facing sealing ring segment edges 23, on which the sealing ring segments 22 abut one another.
  • the sealing ring segment edges 23 and 24 are S-shaped so that the sealing ring segment edges 23 and 24 engage each other such that when the sealing ring 21 is subjected to radial movement, the sealing ring segment edges 24 remain abutting arranged. This creates in the circumferential direction no gap between the sealing ring segment edges 24 at a radial outward movement of the sealing ring 21 and the Dichtungsringsegmentr selected 23 and 24 do not jam in a radial movement inwardly of the sealing ring 21. Thereby, the sealing segments 22 in a radial movement of the sealing ring 21 in constant contact , Thus, a low-resistance radial movement of the sealing ring 21 is achieved, wherein the sealing effect of the sealing ring 21 is high.

Abstract

Ein Dichtungsring zum Abdichten eines Radialspalts (18) in einer Gasturbine, der zwischen einer Schaufelspitze (17, 19) und einem zu der Schaufelspitze (17, 19) unmittelbar benachbart angeordneten Wandabschnitt (20) ausgebildet ist, ist auf dem Wandabschnitt (20) abstützbar und in Radialrichtung beweglich, so dass mit dem Dichtungsring (21) der Radialspalt (18) an eine instationäre Änderung der Höhe des Radialspalts (18) angepasst überbrückbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring zum Abdichten eines Radialspalts in einer Gasturbine, eine Leitschaufelkranzeinheit für die Gasturbine mit dem Dichtungsring und einen Axialverdichter für die Gasturbine mit mindestens einer Verdichternachleitreihe, die als die Leitschaufelkranzeinheit ausgebildet ist.
  • Eine Gasturbine weist einen Verdichter zum Verdichten von Luft auf, der beispielsweise in Axialbauweise ausgeführt ist. Der Verdichter weist einen Rotor auf, der von einer Welle und darauf aufgefädelten Radscheiben gebildet ist, an deren Umfang jeweils eine Rotorschaufelreihe vorgesehen ist. Ferner weist der Verdichter ein Gehäuse auf, an dessen Innenseite Leitschaufelreihen befestigt sind, so dass die Rotorschaufelreihen und die Leitschaufelreihen in Axialrichtung der Gasturbine gesehen abwechselnd angeordnet sind.
  • Der Verdichter kann stromab eine letzte Verdichterleitreihe und eine Nachleitreihe aufweisen, die am Eintritt in einen Diffusor angeordnet sind, der unmittelbar stromab des Verdichters angesiedelt ist. An der Verdichterleitreihe und an der Nachleitreihe ist nabenseitig eine stationäre Wellenabdeckung vorgesehen, die zusammen mit der Innenkontur des Gehäuses den Diffusor bildet.
  • Die Leitreihen weisen eine Vielzahl von Leitschaufeln auf, die jeweils an ihren radialen Innenenden eine Schaufelspitze aufweisen. Konstruktions- und montagebedingt ist zwischen den Leitschaufelspitzen und der Wellenabdeckung ein Radialspalt vorgesehen.
  • Beim Betrieb der Gasturbine stehen sowohl das Verdichtergehäuse, die Leitschaufeln als auch die Wellenabdeckung in Kontakt mit heißer Luft. Das Verdichtergehäuse ist massiv konstruiert, um den Druck- und Temperaturbeanspruchungen im Betrieb Stand zu halten. Die Wellenabdeckung ist verglichen mit dem Verdichtergehäuse filigran gestaltet. Daraus folgt, dass sich das Verdichtergehäuse langsamer erwärmt als die Wellenabdeckung, so dass das Verdichtergehäuse eine geringere Wärmeausdehnungsgeschwindigkeit hat, als die Wellenabdeckung.
  • Dies ist insbesondere beim Anfahren der Gasturbine der Fall, bei dem die noch kalte Wellenabdeckung und das noch kalte Verdichtergehäuse mit heißer Luft in Kontakt treten. Da sich das Verdichtergehäuse und die Wellenabdeckung erwärmen, dehnen sich beide auf Grund von thermischer Ausdehnung nach außen aus, wobei die Relativbewegung des Gehäuses mit den daran befestigten Leitschaufelreihen auf Grund der massiven Bauweise und anderer Materialeigenschaften langsamer erfolgt als die der Wellenabdeckung. Als Folge hiervon verkleinert sich temporär der Radialspalt, der zwischen den Leitschaufelspitzen und der Wellenabdeckung vorgesehen ist. Um ein Anstreifen der Schaufeln und eventuelle Beschädigungen zu vermeiden, wird ein entsprechend groß dimensionierter Radialspalt an der Wellendichtung vorgesehen.
  • Nachteilig ist, dass durch diesen Radialspalt eine Leckageströmung strömt, die den aerodynamischen Wirkungsgrad des Verdichters beeinträchtigt. Ferner beeinträchtigt die Leckageströmung den Druckrückgewinn des stromab des Verdichters angesiedelten Diffusors.
  • Somit ist die Wirkungsweise des Verdichters auf Grund des Vorhaltens des Radialspalts beeinträchtigt, so dass die Effizienz der Gasturbine reduziert ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dichtungsring zum Abdichten des Radialspalts in einer Gasturbine, eine Leitschaufelkranzeinheit für die Gasturbine und einen Axialverdichter für die Gasturbine mit mindestens einer Verdichternachleitreihe, die als die Leitschaufelkranzeinheit gebildet ist, zu schaffen, wobei die Leistungsdichte und der Wirkungsgrad der Gasturbine hoch sind.
  • Der erfindungsgemäße Dichtungsring zum Abdichten eines Radialspalts in einer Gasturbine, der zwischen einer Schaufelspitze und einem zu der Schaufelspitze unmittelbar benachbart angeordneten Wandabschnitt ausgebildet ist, ist auf dem Wandabschnitt abstützbar und in Radialrichtung beweglich, so dass mit dem Dichtungsring der Radialspalt an eine instationäre Änderung der Höhe des Radialspalts angepasst überbrückbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Leitschaufelkranzeinheit für eine Gasturbine weist eine Mehrzahl von Leitschaufeln, die gehäuseseitig befestigt sind und nabenseitig eine Schaufelspitze aufweisen, einen nabenseitigen Wandabschnitt, der den Schaufelspitzen unmittelbar benachbart angeordnet ist und mit diesen einen Radialspalt bildet, und den in dem Radialspalt und auf dem Wandabschnitt befestigten Dichtungsring auf, wobei der Dichtungsring beim Betrieb der Gasturbine den Radialspalt an eine instationäre Änderung der Höhe des Radialspalts angepasst überbrückt.
  • Der erfindungsgemäße Axialverdichter für eine Gasturbine weist mindestens eine Verdichternachleitreihe auf, die als die Leitschaufelkranzeinheit ausgebildet ist.
  • Der Dichtungsring erstreckt sich von dem Wandabschnitt zu der Schaufelspitze hin, so dass der Dichtungsring den Radialspalt versperrt. Dadurch ist der durchströmbare Querschnitt des Radialspaltes verringert, so dass die Leckageströmung durch den Radialspalt reduziert ist.
  • In einer herkömmlichen Gasturbine, die nicht mit dem erfindungsgemäßen Dichtungsring versehen ist, ist der Radialspalt mit einer derart gewählten, minimal notwendigen Spalthöhe versehen, dass in allen denkbaren Betriebszuständen der Gasturbine die Schaufelspitzen den Wandabschnitt kaum oder nicht berühren. Dadurch wird unterbunden, dass durch ein zu heftiges Aufeinandertreffen der Schaufelspitzen mit dem Wandabschnitt die Schaufelspitzen und/oder der Wandabschnitt beschädigt werden. Somit ist die minimal notwendige Höhe des Radialspalts derart groß gewählt, dass durch den Radialspalt ein merklicher Massenstrom an Leckageströmung strömt, der zu einer unerwünschten Wirkungsgradabsenkung der Gasturbine führt.
  • Hingegen kann der erfindungsgemäße Dichtungsring in dem Radialspalt einer Gasturbine vorgesehen werden, wobei der Dichtungsring an dem Wandabschnitt mit seiner dem Wandabschnitt zugewandten Seite festgelegt ist. Erfindungsgemäß ist die der Schaufelspitze zugewandte Seite des Dichtungsrings in Radialrichtung zu der Schaufelspitze hin frei beweglich, so dass sich der Dichtungsring auf die momentane Höhe des Radialspalts einstellt. Dadurch wird erreicht, dass der Dichtungsring bei einer instationären Änderung der Höhe des Radialspalts mit seiner der Schaufelspitze zugewandten Seite der Schaufelspitze folgen kann.
  • Somit ist vorteilhaft der Radialspalt von dem Dichtungsring versperrt, so dass die Leckageströmung durch den Radialspalt minimiert ist, wobei eine schädliche Berührung der Schaufelspitze mit dem Wandabschnitt bei der instationären Änderung der Höhe des Radialspalts unterbunden ist.
  • Bevorzugt weist der Dichtungsring eine Mehrzahl von Dichtungsringsegmenten auf, die über den Umfang aufgereiht angeordnet sind und in Radialrichtung beweglich sind.
  • Durch den segmentartigen Aufbau des Dichtungsrings ist die freie radiale Beweglichkeit gegeben.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass die Dichtungsringsegmente in Umfangsrichtung gesehen je zwei einander abgewandte Dichtungsringsegmentränder aufweisen, die mit den entsprechenden Dichtungsringsegmenträndern der benachbarten Dichtungsringsegmente zusammenstoßen.
  • Dadurch stehen die einzelnen Dichtungsringsegmente des Dichtungsrings in einem Berührungskontakt, so dass zwischen den Dichtungsringsegmenträndern ein durchgehender Spalt in Axialrichtung der Gasturbine nicht ausgebildet ist. Somit hat der Dichtungsring eine hohe Abdichtfähigkeit.
  • Bevorzugt ist es, dass die Dichtungsringsegmentränder in Axialrichtung gesehen S-förmig ausgebildet sind, so dass die Dichtungsringsegmentränder mit ihren benachbarten Dichtungsringsegmenträndern in Eingriff stehen.
  • Durch die S-förmige Gestaltung der Dichtungsringsegmente ist erreicht, dass auch bei einer Radialbewegung der einzelnen Dichtungsringsegmente des Dichtungsrings die einzelnen Dichtungsringsegmentränder aneinander liegend angeordnet sind. Somit ist auch bei einer Radialbewegung des Dichtungsrings die Abdichtwirkung des Dichtungsrings gegeben.
  • Außerdem ist es bevorzugt, dass der Dichtungsring ein Federelement aufweist, das an dem Wandabschnitt abgestützt ist und mit dem der Dichtungsring zu der Schaufelspitze hin vorspannbar ist.
  • Alternativ dazu ist es bevorzugt, dass der Dichtungsring ein Bimetallelement aufweist, mit dem der Dichtungsring zu der Schaufelspitze hin bewegbar ist.
  • Dadurch ist vorteilhaft erreicht, dass der Dichtungsring durch das Federelement bzw. das Bimetallelement der Schaufelspitze folgen kann, wenn auf Grund der instationären Änderung der Höhe des Radialspalts die Schaufelspitze von dem Wandabschnitt weg oder zu dem Wandabschnitt hin sich bewegt.
  • Bevorzugt ist es, dass der Dichtungsring in ständigem Berührkontakt mit den Schaufelspitzen steht.
  • Dadurch ist von dem Dichtungsring der Radialspalt vollständig überbrückt, so dass die Leckageströmung durch den Radialspalt unterbunden ist. Somit ist der Wirkungsgrad der Gasturbine gesteigert.
  • Es ist ferner bevorzugt, dass eine Wellenabdeckung den Wandabschnitt aufweist.
  • Dadurch ist bevorzugt der Dichtungsring auf der Wellenabdeckung angebracht, wodurch von dem Dichtungsring der Radialspalt überbrückt ist.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass mit den Leitschaufeln mindestens zwei nebeneinander liegende Leitschaufelkränze gebildet sind, deren Radialspalt der Dichtungsring überbrückt.
  • Dadurch ist vorteilhaft der Dichtungsring zum Abdichten von zwei Leitschaufelkränzen eingesetzt, so dass die Konstruktion der Leitschaufelkranzeinheit einfach ist.
  • Bevorzugtermaßen ist der Dichtungsring auf dem Wandabschnitt in Radialrichtung geführt beweglich. Hierbei weisen bevorzugt zur Radialführung des Dichtungsrings dieser an seiner dem Wandabschnitt zugewandten Seite eine in Radialrichtung nach innen sich erstreckende und umlaufende Nase sowie daran geometrisch angepasst der Wandabschnitt eine an seiner dem Dichtungsring zugewandten Seite eine umlaufende Ringnut aufweisen, in die die Nase in die Ringnut eingreifbar ist, wodurch der Dichtungsring formschlüssig geführt radial beweglich ist.
  • Ferner ist der Dichtungsring bevorzugt gegen den Wandabschnitt mit einem Abdichtelement abgedichtet ist. Das Abdichtelement ist an einem Oberflächenabschnitt des Dichtungsrings und einem Oberflächenabschnitt des Wandabschnitts abgestützt, wobei die Oberflächenabschnitte bevorzugt senkrecht zur Axialrichtung sich erstrecken, so dass die Abdichtwirkung des Abdichtelements von einer Radialbewegung des Dichtungsrings unbeeinflusst ist. Bevorzugtermaßen ist das Abdichtelement eine Labyrinthdichtung ist.
  • Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Turboverdichters und eines erfindungsgemäßen Dichtungsrings anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • Figuren 1 bis 3
    den Längsschnitt des stromabseitigen Teils des Turboverdichters mit verschiedenen Ausführungsbeispielen des Dichtungsrings,
    Figur 4
    die Draufsicht des Dichtungsringes und
    Figur 5
    Detail X aus Figur 4.
  • Wie es aus Figuren 1 bis 3 ersichtlich ist, weist ein Turboverdichter 1 einen Diffusorteil 2 auf, der von einer Gehäusekontur 3 und einer Nabenkontur 4 gebildet ist. Der mit 5 bezeichnete Pfeil deutet die Strömungsrichtung an, in der der Turboverdichter 1 durchströmt wird. Ferner weist der Turboverdichter 1 einen Rotor 6 und einen Stator 7, der stromab des Rotors 6 angeordnet ist, und eine Nachleitstufe 8 auf, die stromab des Stators 7 angeordnet ist.
  • Der Turboverdichter 1 weist ein Gehäuse 9 auf, das an seiner Innenseite die Gehäusekontur 3 hat. Der Rotor 6 weist eine Radscheibe 10 auf, die mit einer Welle (nicht gezeigt) drehstarr verbunden ist. Am Außenumfang der Radscheibe 10 ist eine Mehrzahl von Laufschaufeln 11 vorgesehen, die eine Laufschaufelreihe bilden. Jede Laufschaufel 11 weist an ihrem radial außenseitigen Rand eine Laufschaufelspitze 12 auf, die der Gehäuseinnenseite 13 des Gehäuses 9 zugewandt angeordnet ist. Damit beim Betrieb des Turboverdichters 1 die Laufschaufel 11 an die Gehäuseinnenseite 13 nicht anstreift, ist zwischen der Laufschaufelspitze 12 und der Gehäuseinnenseite 13 ein Radialspalt 14 vorgesehen.
  • Der Stator 7 ist von einer Leitschaufelreihe gebildet, die Leitschaufeln 15 aufweist. Ferner ist die Nachleitstufe von einer weiteren Leitschaufelreihe gebildet, die von einer Mehrzahl von Nachleitschaufeln 16 gebildet ist. Sowohl die Leitschaufeln 15 als auch die Nachleitschaufeln 16 sind an der Gehäuseinnenseite 13 befestigt. An dem zur Mitte des Turboverdichters 1 hin zeigenden Radialende weist sowohl jede Leitschaufel 15 eine Leitschaufelspitze 17 als auch jede Nachleitschaufel 16 eine Nachleitschaufelspitze 19 auf.
  • Die Welle des Turboverdichters 1 ist mit einer Wellenabdeckung 20 im Bereich der Leitschaufel 15 als auch der Nachleitschaufel 16 radial abgedeckt, wobei die Wellenabdeckung 20 stationär ist. Zwischen der Leitschaufelspitze 17 und der Nachleitschaufelspitze 19 ist ein Radialspalt 18 vorgesehen. In den Radialspalt 18 ist ein Dichtungsring 21 eingesetzt, der in einer Umfangsvertiefung der Wellenabdeckung 20 untergebracht ist. Der Dichtungsring 21 ist an der Wellenabdeckung 20 befestigt und somit dort abgestützt. Der Dichtungsring 21 ist in Radialrichtung derart dimensioniert, dass er den Radialspalt 18 zwischen der Leitschaufelspitze 17 und der Nachleitschaufelspitze 19 überbrückt. Somit stellt sich im Betrieb des Turboverdichters 1 keine oder so gut wie keine Leckageströmung durch den Radialspalt 18 ein, wodurch der Wirkungsgrad des Turboverdichters 1 hoch ist.
  • Zur radialen Abdichtung ist zwischen der radialen Innenseite der Wellenabdeckung 20 und einem Vorsprung der Radscheibe 10 mit einer radial nach außen zeigenden Ringfläche Radscheibenlabyrinth 27 eingebaut. Ferner weist der Dichtungsring 21 an seiner der Wellenabdeckung 20 zugewandten Seite eine radial nach innen sich erstreckende und umlaufende Nase 26 auf, die in eine entsprechend in der Wellenabdeckung 20 vorgesehene Ringnut 25 eingreift. Die Nase 26 bildet mit der Ringnut 25 eine formschlüssige Verbindung, die in Radialrichtung einen Freiheitsgrad hat. Dadurch ist der Dichtungsring 21 von der Nase 26 auf der Wellenabdeckung 20 radial geführt und axial festgelegt.
  • Zur axialen Abdichtung des Dichtungsrings 21 gegen den Wandabschnitt 20 ist zwischen dem Dichtungsring 21 und dem Wandabschnitt 20 ein Dichtungsringlabyrinth 28 vorgesehen. In Figuren 1 und 2 ist das Dichtungsringlabyrinth 28 an einem Oberflächenabschnitt des Dichtungsrings 21 und einem Oberflächenabschnitt des Wandabschnitts 20 abgestützt ist, wobei die Oberflächenabschnitte senkrecht zur Axialrichtung sich erstrecken. Dadurch ist erreicht, dass die Abdichtwirkung des Dichtungsringlabyrinths 28 von einer Radialbewegung des Dichtungsrings 21 unbeeinflusst ist. Ferner ist das Dichtungslabyrinth 28 stromab der Nase 26 angesiedelt. In Figur 1 sind die Oberflächenabschnitte durch eine entsprechende stufenförmige Gestaltung des Dichtungsrings 21 und der Wellenabdeckung 20 geschaffen. In Figur 2 ist alternativ der Oberflächenabschnitt der Wellenabdeckung 20 stirnseitig axial entgegen die Strömungsrichtung 5 zeigend angeordnet, wobei der dazugehörige Oberflächenabschnitt des Dichtungsrings 21 an einem radial nach innen sich erstreckenden Vorsprung vorgesehen ist. In Figur 3 ist ferner alternativ das Dichtungsringlabyrinth 28 stromab der Nase 26 angeordnet.
  • Wie es aus Figuren 4 und 5 ersichtlich ist, weist der Dichtungsring 21 eine Mehrzahl von Dichtungsringsegmenten 22 auf, die ein identisches Aussehen haben und in Umfangsrichtung aneinander liegend angeordnet sind. Die Dichtungsringsegmente 22 weisen jeweils einander zugewandte Dichtungsringsegmentränder 23 auf, an denen die Dichtungsringsegmente 22 aneinander stoßen.
  • Die Dichtungsringsegmentränder 23 und 24 sind S-förmig ausgebildet, so dass die Dichtungsringsegmentränder 23 und 24 derart ineinander greifen, dass, wenn der Dichtungsring 21 einer Radialbewegung unterworfen ist, die Dichtungsringsegmentränder 24 aneinander stoßend angeordnet bleiben. Dabei entsteht in Umfangsrichtung kein Spalt zwischen den Dichtungsringsegmenträndern 24 bei einer Radialbewegung nach außen des Dichtungsrings 21 und die Dichtungsringsegmentränder 23 und 24 verklemmen sich nicht bei einer Radialbewegung nach innen des Dichtungsrings 21. Dadurch sind die Dichtungssegmente 22 bei einer Radialbewegung des Dichtungsrings 21 in ständigem Berührkontakt. Somit ist eine widerstandsarme Radialbewegung des Dichtungsrings 21 erreicht, wobei die Abdichtwirkung des Dichtungsrings 21 hoch ist.

Claims (16)

  1. Dichtungsring zum Abdichten eines Radialspalts (18) in einer Gasturbine, der zwischen einer Schaufelspitze (17, 19) und einem zu der Schaufelspitze (17, 19) unmittelbar benachbart angeordneten Wandabschnitt (20) ausgebildet ist, wobei der Dichtungsring (21) auf dem Wandabschnitt (20) abstützbar und in Radialrichtung beweglich ist, so dass mit dem Dichtungsring (21) der Radialspalt (18) an eine instationäre Änderung der Höhe des Radialspalts (18) angepasst überbrückbar ist.
  2. Dichtungsring gemäß Anspruch 1,
    wobei der Dichtungsring (21) eine Mehrzahl von Dichtungsringsegmenten (22) aufweist, die über den Umfang aufgereiht angeordnet und in Radialrichtung beweglich sind.
  3. Dichtungsring gemäß Anspruch 2,
    wobei die Dichtungsringsegmente (22) je zwei in Umfangsrichtung gesehen einander abgewandte Dichtungsringsegmentränder (23) aufweisen, die mit den entsprechenden Dichtungsringsegmenträndern (23) der benachbarten Dichtungsringsegmente (22) zusammenstoßen.
  4. Dichtungsring gemäß Anspruch 3,
    wobei die Dichtungsringsegmentränder (23) in Axialrichtung gesehen S-förmig ausgebildet sind, so dass die Dichtungsringsegmentränder (23) mit ihren benachbarten Dichtungsringsegmenträndern (23) in Eingriff stehen.
  5. Dichtungsring gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
    wobei der Dichtungsring (21) ein Federelement aufweist, das an dem Wandabschnitt (20) abgestützt ist und mit dem der Dichtungsring (21) zu der Schaufelspitze (17, 19) hin vorspannbar ist.
  6. Dichtungsring gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
    wobei der Dichtungsring (21) ein Bimetallelement aufweist, mit dem der Dichtungsring (21) zu der Schaufelspitze (17, 19) hin bewegbar ist.
  7. Leitschaufelkranzeinheit für eine Gasturbine, mit einer Mehrzahl von Leitschaufeln (15, 16), die gehäuseseitig befestigt sind und nabenseitig eine Schaufelspitze (17, 19) aufweisen,
    einem Wandanschnitt (20), der nabenseitig den Schaufelspitzen (17, 19) unmittelbar benachbart angeordnet ist und mit diesen einen Radialspalt (18) ausbildet, und
    einem in dem Radialspalt (18) und auf dem Wandabschnitt (20) befestigen Dichtungsring (21) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
    wobei der Dichtungsring (21) beim Betrieb der Gasturbine den Radialspalt (18) an eine instationäre Änderung der Höhe des Radialspalts (18) angepasst überbrückt.
  8. Leitschaufelkranzeinheit gemäß Anspruch 7,
    wobei der Dichtungsring (21) in ständigem Berührkontakt mit den Schaufelspitzen (17, 19) steht.
  9. Leitschaufelkranzeinheit gemäß Anspruch 7 oder 8,
    wobei den Wandabschnitt eine Wellenabdeckung (20) aufweist.
  10. Leitschaufelkranzeinheit gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9,
    wobei mit den Leitschaufeln mindesten zwei nebeneinander liegende Leitschaufelkränze (15, 16) gebildet sind, deren Radialspalt (18) der Dichtungsring (21) überbrückt.
  11. Leitschaufelkranzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10,
    wobei der Dichtungsring (21) auf dem Wandabschnitt (20) in Radialrichtung geführt beweglich ist.
  12. Leitschaufelkranzeinheit gemäß Anspruch 11,
    wobei zur Radialführung des Dichtungsrings (21) dieser an seiner dem Wandabschnitt (20) zugewandten Seite eine in Radialrichtung nach innen sich erstreckende und umlaufende Nase (26) sowie daran geometrisch angepasst der Wandabschnitt (20) eine an seiner dem Dichtungsring (21) zugewandten Seite eine umlaufende Ringnut (25) aufweisen, in die die Nase (26) in die Ringnut (25) eingreifbar ist, wodurch der Dichtungsring (21) formschlüssig geführt radial beweglich ist.
  13. Leitschaufelkranzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12,
    wobei der Dichtungsring (21) gegen den Wandabschnitt (20) mit einem Abdichtelement (28) abgedichtet ist.
  14. Leitschaufelkranzeinheit gemäß Anspruch 13,
    wobei das Abdichtelement an einem Oberflächenabschnitt des Dichtungsrings (21) und einem Oberflächenabschnitt des Wandabschnitts (20) abgestützt ist,
    wobei die Oberflächenabschnitte senkrecht zur Axialrichtung sich erstrecken, so dass die Abdichtwirkung des Abdichtelements (28) von einer Radialbewegung des Dichtungsrings (21) unbeeinflusst ist.
  15. Leitschaufelkranzeinheit gemäß Anspruch 13,
    wobei das Abdichtelement eine Labyrinthdichtung (28) ist.
  16. Axialverdichter für eine Gasturbine mit mindestens einer Verdichternachleitreihe, die als eine Leitschaufelkranzeinheit gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10 ausgebildet ist.
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