EP2520768A1 - Dichteinrichtung für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper einer Strömungsmaschine - Google Patents

Dichteinrichtung für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper einer Strömungsmaschine Download PDF

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EP2520768A1
EP2520768A1 EP11164416A EP11164416A EP2520768A1 EP 2520768 A1 EP2520768 A1 EP 2520768A1 EP 11164416 A EP11164416 A EP 11164416A EP 11164416 A EP11164416 A EP 11164416A EP 2520768 A1 EP2520768 A1 EP 2520768A1
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EP
European Patent Office
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sealing
sealing elements
blades
bladed rotor
sealing device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11164416A
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English (en)
French (fr)
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Frank Stiehler
Manuel Hein
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
MTU Aero Engines AG
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Publication date
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Priority to US13/461,402 priority patent/US9068466B2/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • 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
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
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    • F01D5/12Blades
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/34Rotor-blade aggregates of unitary construction, e.g. formed of sheet laminae
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/55Seals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/96Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Definitions

  • the blade root 6 is formed either as an integral part of the rotor blades 2 or as a separately formed and subsequently joined to the rotor blade 2 component. He is cohesively with its radially inner circumferential surface, for example by means of a Friction welding method connected to a base, not shown, of the base body 4 and has two concave side walls 18, 20, each of which is flush in a base body side peripheral wall 22.
  • the sealing elements 46 are in principle a reshaped sheet-like body, the formerly remote and extending in the longitudinal direction edge portions in sections, the foot sections 56, 58 form. To enable elastic deformation of the sealing elements 46 when subjected to centrifugal force, the formerly remote and now adjacent edge portion sections of each foot section 56, 58 are not merged, so that the foot sections 56, 58 are open and the sealing element 46 has an open profile. As a result, the sealing surfaces 50, 52 can adapt to the wall section 54 contoured, whereby a large area coverage area is achieved and thus a high density or a high seal of the gap 40 is achieved.
  • the support bodies 48 each have a dumbbell-shaped configuration with two end support disks 60, 62, which are connected to one another via a support arm 64. Preferably, they are centrifugally activated and also act with their support plates 60, 62 as axial sealing body for reducing an axial flow of cooling air through the channels 38 from the high pressure side to the low pressure side.
  • an axial passage 102 is formed in the blade roots 6.
  • cooling air can flow into the internal cooling system through bores 104 which are provided peripherally on the side walls 18, 20 of the blade root 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Offenbart ist eine Dichteinrichtung (44) für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper (1) einer Strömungsmaschine zur Unterbindung eines Gasaustausches zwischen einem Heißgasstrom und einem Kühlluftstrom in radialer Richtung in Kontaktbereichen (33) von benachbarten Laufschaufeln (2,2') mit einer Vielzahl von fliehkraftaktivierbaren Dichtelementen (46), die im Bereich von sich von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite erstreckenden und von den Laufschaufeln umfangsseitig begrenzten Kanälen (38) anordenbar sind, ein integral beschaufelter Rotorgrundkörper mit einer derartigen Dichteinrichtung sowie eine Strömungsmaschine mit einem derartigen integral beschaufelten Rotorgrundkörper.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dichteinrichtung für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, einen integral beschaufelten Rotorkörper mit einer derartigen Dichteinrichtung sowie eine Strömungsmaschine.
  • Integral beschaufelte Rotorgrundkörper für Strömungsmaschinen wie Flugzeugtriebwerke mit einer Vielzahl von an einem scheiben- bzw. ringförmigen Grundkörper stoffschlüssig angebundenen und eine Schaufelreihe bildenden Laufschaufeln haben aus fertigungstechnischen Gründen regelmäßig zwischen Schaufelfüßen bzw. Schaufelschäften benachbarter Laufschaufeln einen kanalartigen Durchlass, durch den in axialer Richtung Kühlluft von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite strömen kann. Um einen Gasaustausch in radialer Richtung zwischen einem ringraumseitigen Heißgasstrom und dem durch die Kanäle gerichteten Kühlluftstrom in seitlichen Kontaktbereichen der Laufschaufeln zu verhindern, sind in diesen wie beispielsweise in der DE 10 2009 007 468 A1 gezeigt Dichtelemente mittels einer Pressverbindung oder einer Stoffschlussverbindung lagefixiert. Die Herstellung der Pressverbindung bzw. der stoffschlüssigen Verbindung ist jedoch technisch und zeitlich verhältnismäßig aufwendig. Insbesondere ist eine Demontage beim Austausch der Dichtelemente zeitintensiv.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichteinrichtung für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper einer Strömungsmaschine zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und einen einfachen Ein- und Ausbau von Dichtelementen ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper für eine Strömungsmaschine mit einer optimierten Dichteinrichtung sowie eine Strömungsmaschine zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Dichteinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15.
  • Eine erfindungsgemäße Dichteinrichtung für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper einer Strömungsmaschine zur Unterbindung eines Gasaustausches zwischen einem Heißgasstrom und einem Kühlluftstrom in radialer Richtung in seitlichen Kontaktbereichen von benachbarten Laufschaufeln hat eine Vielzahl von Dichtelementen. Erfindungsgemäß sind die Dichtelemente fliehkraftaktivierbar und jeweils im Bereich von sich von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite erstreckenden und von den Laufschaufeln umfangsseitig begrenzten Kanälen anordbar.
  • Dadurch, dass die Dichtelemente fliehkraftaktivierbar sind entfällt deren technische und zeitlich aufwendige Montage, da sie in radialer Richtung bewegbar bzw. lose in den Kontaktbereichen positioniert werden. Zudem wird deren Demontage bzw. deren Austausch bei einer Beschädigung wesentlich erleichtert. Des Weiteren können die Dichtelemente materialtechnisch optimiert werden, da sie nicht mehr stoffschlüssig, kraftschlüssig oder drgl. an den Laufschaufeln anzubinden sind und somit keine entsprechend schweiß geeignete oder presssitzgeeignete Materialzusammensetzung aufweisen müssen. Dadurch. dass die Dichtelemente im Bereich der Kanäle bzw. in den Kanälen anordbar sind, wird eine Montage in Laufschaufelbereichen mit hoher Stabilität ermöglicht.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel haben die Dichtelemente jeweils einen rechteckigen Querschnitt mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden ebenen Dichtfläche. Derartige Dichtelemente lassen sich einfach herstellen und insbesondere einfach in den Kontaktbereichen positionieren, da sie spannungsfrei sind und somit nicht verklemmen können.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel haben die Dichtelemente in Querrichtung dachartig zueinander angestellte kopfseitige Dichtflächen, wodurch eine verlässliche Anlage im jeweiligen Kontaktbereich ermöglicht und eine hohe Dichtwirkung bzw. Abdichtung erzielt wird. Alternativ können die zueinander angestellten Dichtflächen auch eine sich in Querrichtung betrachtet bogenförmige Dichtfläche bilden.
  • Die Dichtwirkung kann verbessert werden, wenn die Dichtflächen in Längsrichtung konkav, d.h. nach außen, gekrümmt sind.
  • Die Dichtwirkung lässt sich zudem verbessern, wenn die Dichtelemente unter Beaufschlagung mit Fliehkraft elastisch verformbar sind.
  • Die Dichtelemente können entweder in kontaktbereichsseitigen integralen Aufnahmen oder aber mit zumindest einem Körperabschnitt beweglich in jeweils einem getrennt von den Laufschaufeln hergestellten Stützkörper in den Kontaktbereichen angeordnet sein. Die Stützkörper können individuell gestaltet sein und zudem nachträglich installiert werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Stützkörper axiale Dichtkörper, so dass ein axialer Kühlluftstrom durch die Kontaktbereiche zumindest reduziert werden kann, wodurch die radialen Dichtelemente entlastet werden können.
  • Ein erfindungsgemäßer integral beschaufelter Rotorgrundkörper für eine Strömungsmaschine hat eine Vielzahl von Laufschaufeln und weist eine erfindungsgemäße Dichteinrichtung mit einer Vielzahl von fliehkraftaktivierbaren Dichtelemente zur Unterbindung eines Gasaustausches zwischen einem Heißgasstrom und einem Kühlluftstrom in radialer Richtung in Kontaktbereichen von benachbarten Laufschaufeln auf, wobei die Dichtelemente jeweils im Bereich von sich von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite erstreckenden und von den Laufschaufeln umfangsseitig begrenzten Kanälen angeordnet sind.
  • Eine derartiger Rotorgrundkörper zeichnet sich durch ein ruhiges Laufverhalten aus, da durch die fliehkraftaktivierten Dichtelemente die Massen der Laufschaufeln im Kontaktbereich quasi nicht beeinflusst werden und somit durch die Dichtelemente keine bzw. nahezu keine Rückwirkungen auf die Schwingungsmechanik der Laufschaufeln erfolgt. Dadurch, dass die Dichtelemente in unmittelbarer Nähe des Kühlluftstroms angeordnet sind, wird verhindert, dass der Kühlluftstrom in sonstige kontaktbereichsseitige Zwischenräume zwischen den Laufschaufeln eindringen kann. Ferner wirkt sich die rotationsachsen nahe Positionierung ebenfalls positiv auf das Laufverhalten aus.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Dichtelemente in Kanalwandungen in jeweils einer von gegenüberliegenden Vertiefungen bzw. Schlitzen benachbarter Laufschaufeln gebildeten und sich parallel zur Kanalachse erstreckenden Tasche aufgenommen. Die Taschen sind fertigungstechnisch einfach herzustellen und erlauben aufgrund ihres geraden Verlaufs eine einfache Montage und Demontage der Dichtelemente sowie eine spannungsfreie Positionierung derselben. Die Vertiefungen können bspw. bequem mittels elektrochemischer Bearbeitung (ECM/PECM) in die Laufschaufeln eingebracht werden.
  • Die Taschen können jeweils eine radial innenliegende Öffnung und einen radial außenliegenden Grund haben. Hierdurch wird erreicht, dass die Dichtelemente im Betrieb in die Taschen gegen den Grund gedrückt werden, wodurch ein Herausfallen derselben verhindert wird.
  • Um im Stillstand ein Herausfallen der Dichtelemente aus den Taschen zur verhindern, kann im Bereich der Öffnung eine Sicherungseinrichtung abgeordnet sein.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Sicherungseinrichtung ein in Umfangsrichtung verlaufendes Sicherungselement als Axialanschlag für die Dichtelemente und ein in Umfangsrichtung verlaufendes und das Sicherungselement fixierende Spannelement auf. Hierdurch können sämtliche Dichtelemente durch lediglich zwei Bauteile - ein Sicherungselement und ein Spannelement - gesichert werden, wodurch die Sicherungseinrichtung einfach zu installieren und gewichtsoptimiert ist.
  • Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Sicherungselement mit einem bogenförmigen Endabschnitt in eine von den Laufschaufeln gebildeten Innenumfangsnut eintaucht und in dieser über das Spannelement lagefixiert ist, so dass das Spannelement bei einer Rotation gegen den Endabschnitt gedrückt wird und hierdurch ein Lösen des Sicherungselements im Betrieb verhindert wird.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Dichtelemente über jeweils einen Stützkörper unmittelbar in den Kanälen angeordnet, die zudem als axiale Dichtkörper wirken können.
  • Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine hat zumindest einen erfindungsgemäßen integral beschaufelten Rotorgrundkörper und zeichnet sich durch eine hohe Abgrenzung eines Heizgasstromes von einem Kühlluftstrom in radialer Richtung, durch ein ruhiges Laufverhalten und durch eine hohe Wartungsfreundlichkeit bzgl. laufschaufelseitigen radialen Dichtelementen aus. Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Abschnitt eines integral beschaufelten Rotorgrundkörpers im Bereich einer Laufschaufel mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichteinrichtung,
    • Figur 2 eine Seitenansicht des Abschnittes aus Figur,
    • Figur 3 einen Schnitt durch zwei benachbarte Laufschaufeln,
    • Figur 4 einen Teilschnitt durch die Laufschaufel der Dichteinrichtung aus Figur 1, und
    • Figur 5 einen Abschnitt eines integral beschaufelten Rotorgrundkörpers im Bereich einer Laufschaufel mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichteinrichtung.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Abschnitt eines integralen Rotorgrundkörpers 1 für eine Strömungsmaschine wie ein Flugzeugtriebwerk in einer perspektivischen Darstellung (Figur 1) und in einer Seitendarstellung (Figur 2). Der Rotorgrundkörper 1 hat eine Vielzahl von eine Schaufelreihe bildenden Laufschaufeln 2, die an einem turbinenseitigen ring- oder scheibenförmigen Grundkörper 4 angebunden sind.
  • Die Laufschaufeln haben jeweils einen Schaufelfuß 6, einen Schaufelhals 8, ein Schaufelblatt 10 und eine zwischen dem Schaufelhals 8 und dem Schaufelblatt 10 angeordnete Plattform 12 mit einem in Strömungsrichtung eines Heißgasstromes betrachtet vorderen Vorsprung 14 und einen hinteren Vorsprung 16.
  • Der Schaufelfuß 6 ist entweder als ein integraler Bestandteil der Laufschaufeln 2 oder als ein separat ausgebildetes und nachträglich mit der Laufschaufel 2 gefügtes Bauteil ausgebildet. Er ist mit seiner radial innen liegenden Umfangsfläche stoffschlüssig beispielsweise mittels eines Reibschweißverfahrens an einem nicht gezeigten Sockel des Grundkörpers 4 angebunden und hat zwei konkav ausgebildete Seitenwände 18, 20, die jeweils bündig in eine grundkörperseitige Umfangswandung 22 übergehen.
  • Der Schaufelhals 8 ist gegenüber dem Schaufelfuß 6 in Umfangsrichtung betrachtet verbreitert ausgebildet. Er hat zwei seitlich entgegengesetzt zueinander ausgebildete Ausnehmungen 24, die von jeweils einer Seitenfläche 26, 28 umrandet sind. Die Seitenflächen 26, 28 erstrecken sich jeweils über die Vorsprünge 14, 16 und sind in einem plattformfernen und einem kanalnahen Bereich mit jeweils einer sich in axialer Richtung erstreckenden Zurückstufung 30 versehen. Im Bereich der hinteren Vorsprünge 16 sind die Seitenflächen 26, 28 mit jeweils einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Zurückstufung 32 zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen dem Hohlraum und einer Niederdruckseite der Laufschaufel 2 versehen.
  • Das Schaufelblatt 10 ist herkömmlicher Art, so dass eine einzelne Erläuterung entfällt. Grundsätzlich kann es mit einem internen Kühlsystem versehen sein (vgl. Figur 5).
  • Wie in dem stark vereinfachten Schmitt in Figur 3 entlang der in Figur 1 skizzierten Linie A-A gezeigt bilden benachbarte Laufschaufeln 2, 2' jeweils einen seitlichen Kontaktbereich 33. Dabei berühren sich die benachbarten Laufschaufeln 2, 2' mit ihren gegenüberliegenden Seitenflächen 26, 28 und bilden mit ihren sich über die Vorsprünge 14, 16 erstreckenden Plattformen 12 einen heißgasstromseitigen Ringraum 34 und einen kühlluftstromseitigen Kühlraum 36 aus. Die gegenüberliegenden Seitenwände 18, 20 der Laufschaufeln 2, 2' begrenzen in Umfangsrichtung jeweils einen schräg zu Rotationsachse angestellten Kanal 38 mit einem hochdruckseitigen radial innen liegenden Einlass und einem niederdruckseitigen radial außen liegenden Auslass, der über einen von den Zurückstufungen 30 gebildeten Spalt 40 mit einem von den gegenüberliegenden Ausnehmungen 24 gebildeten Hohlraum 42 in radialer Fluidverbindung steht. Die jeweils gegenüberliegenden sich in Umfangsrichtung erstreckenden in der Schnittdarstellung nicht sichtbaren Zurückstufungen 32 der Laufschaufeln 2, 2' bilden jeweils eine mit dem Kühlraum 36 in axialer Richtung kommunizierende niederdruckseitigen Auslass.
  • Um einen Gasaustausch in radialer Richtung zwischen dem Heißgasstrom und dem Kühlluftstrom durch den Kontaktbereich 33 hindurch und dabei insbesondere zwischen den Kanälen 38 und den Hohlräumen 42 durch die Spalte 40 zu verhindern, ist wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt eine Dichteinrichtung 44 mit einer Vielzahl von streifenartigen und fliehkraftaktivierbaren Dichtelementen 46 und mit einer Vielzahl von Stützkörpern 48 zur Positionierung der Dichtelemente 46 in den Kanälen 38 vorgesehen.
  • Die Dichtelemente 46 haben jeweils zwei Dichtflächen 50, 52 (s. Figur 4) zur flächigen Überbrückung des jeweiligen Spaltes 40 mit einem im Wesentlichen in Längsrichtung bzw. Axialrichtung nach außen leicht gekrümmten konkaven Verlauf. Die Dichtflächen 50, 52 sind dachartig zueinander angestellt und weisen einen randseitigen Überdeckungsbereich mit einem den jeweiligen Spalt 40 umgebenden Wandungsabschnitt 54 der Kanäle 38 auf (s. Figuren 1 und 2). Zur Lagerung und Führung in den Stützkörpern 48 haben die Dichtelemente 46 jeweils zwei endseitige Fußabschnitte 56, 58, mit denen sie lose, d.h. in radialer Richtung bewegbar, in nicht bezifferten Aufnahmen des Stützkörpers 48 aufgenommen sind.
  • Die Dichtelemente 46 sind im Prinzip ein umgeformter blechartiger Körper, dessen ehemals entfernt liegenden und sich in Längsrichtung erstreckenden Randbereiche abschnittsweise die Fußabschnitte 56, 58 bilden. Zur Ermöglichung einer elastischen Verformung der Dichtelemente 46 bei Beaufschlagung mit Fliehkraft sind die ehemals voneinander entfernten und nun nebeneinanderliegenden Randbereichsabschnitte jeweils eines Fußabschnitts 56, 58 nicht zusammengeführt, so dass die Fußabschnitte 56, 58 geöffnet sind und das Dichtelement 46 ein offenes Profil hat. Hierdurch können sich die Dichtflächen 50, 52 dem Wandungsabschnitt 54 konturnah anpassen, wodurch ein großflächiger Überdeckungsbereich erreicht wird und somit eine hohe Dichtigkeit bzw. eine hohe Abdichtung des Spaltes 40 erreicht wird.
  • Die Stützkörper 48 haben jeweils eine hantelförmige Gestalt mit zwei endseitigen Stützscheiben 60, 62, die über einen Stützarm 64 miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind sie fliehkraftaktivierbar und wirken zudem mit ihren Stützscheiben 60, 62 als axiale Dichtkörper zur Reduzierung eines axialen Kühlluftstroms durch die Kanäle 38 von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite.
  • Die Stützscheiben 60, 62 sind plattenartige Körper mit einem, dem Kanalquerschnitt entsprechenden Querschnitt. Wie in Figur 2 gezeigt haben sie jeweils eine außenumfangsseitige Stützfläche 66, 68 zur Anlage an entsprechenden Innenumfangsflächenabschnitten 70, 72 der Kanäle 38.
  • Der Stützarm 64 bildet die nicht bezifferten Aufnahmen für die Fußabschnitte 56, 58 aus und ist mit seinem Endabschnitt fest mit einer der Stützscheibe 60 verbunden. Wie in Figur 1 beziffert ist er mit seinem freien Endabschnitt 74 durch einen Durchbruch der freien Stützscheibe 62 geführt und mittels eines Verriegelungselementes76 lösbar mit dieser verbunden. Die Montage der Stützkörper 48 erfolgt in den Kanälen 38, wobei erst die Stützscheiben 60 mit dem angebunden Stützarm 64 in den Kanälen 38 positioniert werden und dann die freien Stützscheiben 62 auf die freien Endabschnitte der Stützarme 64 aufgesteckt werden. Dann erfolgt die Sicherung der freien Stützscheiben 62 an den Endabschnitten mittels der Verriegelungselemente 76.
  • Im Betrieb werden die Dichtelemente 46 aufgrund der Fliehkraft radial nach außen gegen den Wandungsabschnitt 54 gedrückt, wodurch die Spalte 40 verschlossen werden. Gleichzeitig bzw. unabhängig von der Bewegung des Dichtelementes 46 werden die Stützkörper 48 aufgrund der Fliehkraft entlang der angestellten Kanalachse radial nach außen bewegt, bis sie mit ihren Stützflächen 66, 68 an den kanalseitigen Innenumfangsflächenabschnitten 70, 72 anliegen und somit eine jeweilige Axialströmung durch die Kanäle 3 8 zumindest reduzieren.
  • Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichteinrichtung 44 zum Verschließen eines Spaltes 40 in jeweils einem Kontaktbereich 33 von benachbarten Laufschaufeln 2, 2' eines integral beschaufelten Rotorgrundkörpers 1 zwischen einem radial innenliegenden im Wesentlichen axialen schaufelfußseitigen Kanal 38 und einem radial außenliegenden Hohlraum 42 (s. auch Fig. 3).
  • Die Dichteinrichtung 44 hat eine Vielzahl von fliehkraftaktivierbaren streifenartigen Dichtelementen 46 mit jeweils einer sich in Längsrichtung erstreckenden ebenen Dichtfläche 50. Die Dichtelemente 46 sind hälftig jeweils in einem integralen Schlitz 78 der Laufschaufeln 2 aufgenommen. Die Schlitze 78 sind in entgegengesetzten Seitenflächen 26, 28 des Schaufelhalses 8 ausgebildet und erstrecken sich über eine im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufende radial innenliegende, kanalnahe und plattformferne Zurückstufung 30 hinaus. Sie bilden mit einem gegenüberliegenden Schlitz 78 einer benachbarten Laufschaufel 2 jeweils eine Tasche mit einer radial innen liegenden Öffnung 80 und einem radial außen liegenden verschlossenen Grund 82. Zur besseren Handhabbarkeit haben die Dichtelemente 46 einen hakenartigen Endabschnitt 84, der zur Bildung einer ebenen niederdruckseitigen Stirnfläche 86 in einer entsprechenden Zurückstufung 88 aufgenommen ist.
  • Im Betrieb werden die Dichtelemente 46 aufgrund der Fliehkraft radial nach außen in die Taschen gedrückt und dichten mit ihrer jeweiligen Dichtfläche 50 die Spalte 40 ab.
  • Um insbesondere im Stillstand ein Herausfallen der Dichtelemente 46 aus den Taschen zu verhindern, ist öffnungsseitig eine Sicherungseinrichtung 90 mit einem Sicherungselement 92 und einem Spannelement 94 vorgesehen.
  • Das Sicherungselement 92 hat einen sich in radialer Richtung erstreckenden Begrenzungsabschnitt 96, mit dem er sich im montierten Zustand flächig in Anlage an der Stirnfläche 86 befindet, und einen bogenförmigen Endabschnitt 98 zur Aufnahme des Spannelementes 94. Zur Vereinfachung der Montage kann es aus einer Vielzahl von Ringsegmenten bestehen.
  • Das Spannelement 94 ist ein Spannring mit einem bevorzugterweise kreisförmigen Querschnitt.
  • Zur Aufnahme bzw. Positionierung der Sicherungseinrichtung 90 weisen die Laufschaufeln 2 im Bereich ihres jeweiligen vorderen Vorsprungs 14 eine Innenumfangsnut 100 auf, in die das Sicherungselement 92 mit seinem bogenförmigen Endabschnitt 98 eintaucht und gegen dessen Nutgrund dieses mittels des Spannelementes 94 radial nach außen vorgespannt ist.
  • Zur Einspeisung von Kühlluft in ein nicht gezeigtes internes Kühlsystem der Schaufelblätter 10 ist in den Schaufelfüßen 6 jeweils ein axialer Durchgang 102 ausgebildet. Zusätzlich kann Kühlluft durch in die Seitenwände 18, 20 des Schaufelfußes 6 umfangsseitig eingebrachte Bohrungen 104 in das interne Kühlsystem einströmen.
  • Offenbart ist eine Dichteinrichtung für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper einer Strömungsmaschine zur Unterbindung eines Gasaustausches zwischen einem Heißgasstrom und einem Kühlluftstrom in radialer Richtung in Kontaktbereichen von benachbarten Laufschaufeln mit einer Vielzahl von fliehkraftaktivierbaren Dichtelementen, die im Bereich von sich von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite erstreckenden und von den Laufschaufeln umfangsseitig begrenzten Kanälen anordbar sind, ein integral beschaufelter Rotorgrundkörper mit einer derartigen Dichteinrichtung sowie eine Strömungsmaschine mit einem derartigen integral beschaufelten Rotorgrundkörper.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Rotorgrundkörper
    2
    Laufschaufel
    4
    Grundkörper
    6
    Schaufelfuß
    8
    Schaufelhals
    10
    Schaufelblatt
    12
    Plattform
    14
    vorderer Vorsprung
    16
    hinterer Vorsprung
    18
    Seitenwand
    20
    Seitenwand
    22
    Umfangswandung
    24
    Ausnehmung
    26
    Seitenfläche
    28
    Seitenfläche
    30
    axiale Richtung erstreckende Zurückstufung
    32
    Umfangsrichtung erstreckende Zurückstufung
    33
    Kontaktbereich
    34
    Ringraum
    36
    Kühlraum
    38
    Kanal
    40
    Spalt
    42
    Hohlraum
    44
    Dichteinrichtung
    46
    Dichtelement
    48
    Stützkörper
    50
    Dichtfläche
    52
    Dichtfläche
    54
    Wandungsabschnitt
    56
    Fußabschnitt
    58
    Fußabschnitt
    60
    Stützscheibe
    62
    Stützscheibe
    64
    Stützarm
    66
    Stützfläche
    68
    Stützfläche
    70
    Innenumfangsflächenabschnitt
    72
    Innenumfangsflächenabschnitt
    74
    Endabschnitt
    76
    Verriegelungselement
    78
    Schlitz
    80
    Öffnung
    82
    Grund
    84
    Endabschnitt
    86
    Stirnfläche
    88
    Zurückstufung
    90
    Sicherungseinrichtung
    92
    Sicherungselement
    94
    Spannelement
    96
    Begrenzungsabschnitt
    98
    Endabschnitt
    100
    Innenumfangsnut
    102
    Durchgang
    104
    Bohrung

Claims (15)

  1. Dichteinrichtung (44) für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper (1) einer Strömungsmaschine zur Unterbindung eines Gasaustausches zwischen einem Heißgasstrom und einem Kühlluftstrom in radialer Richtung in seitlichen Kontaktbereichen (33) von benachbarten Laufschaufeln (2, 2') mit einer Vielzahl von Dichtelementen (46), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (46) fliehkraftaktivierbar sind und jeweils im Bereich von sich von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite erstreckenden und von den Laufschaufeln (2, 2') umfangsseitig begrenzten Kanälen (38) anordbar sind.
  2. Dichteinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtelemente (46) jeweils einen rechteckigen Querschnitt mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden ebenen Dichtfläche (50) haben.
  3. Dichteinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtelemente (46) in Querrichtung dachartig zueinander angestellte kopfseitige Dichtflächen (50, 52) haben.
  4. Dichteinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Dichtflächen (50, 52) in Längsrichtung konkav gekrümmt sind.
  5. Dichteinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Dichtelemente (46) unter Beaufschlagung mit Fliehkraft elastisch verformbar sind.
  6. Dichteinrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei Stützkörper (64) zum Positionieren der Dichtelemente (46) vorgesehen sind und die Dichtelemente (46) mit zumindest einem Körperabschnitt (56, 58) in den Stützkörpern (64) bewegbar aufgenommen sind.
  7. Dichteinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Stützkörper (48) axiale Dichtkörper sind.
  8. Integral beschaufelter Rotorgrundkörper (1) für eine Strömungsmaschine mit einer Vielzahl von Laufschaufeln und mit einer Dichteinrichtung (44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Vielzahl von fliehkraftaktivierbaren Dichtelemente (46) zur Unterbindung eines Gasaustausches zwischen einem Heißgasstrom und einem Kühlluftstrom in radialer Richtung in seitlichen Kontaktbereichen (33) von benachbarten Laufschaufeln (2, 2'), wobei die Dichtelemente (46) fliehkraftaktivierbar sind und jeweils im Bereich von sich von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite erstreckenden und von den Laufschaufeln (2, 2') umfangsseitig begrenzten Kanälen (38) angeordnet sind.
  9. Integral beschaufelter Rotorgrundkörper nach Anspruch 8, wobei die Dichtelemente (46) in jeweils einer von gegenüberliegenden Vertiefungen (78) der benachbarten Laufschaufeln (2, 2') gebildeten und sich parallel zur Kanalachse erstreckenden Tasche aufgenommen sind.
  10. Integral beschaufelter Rotorgrundkörper nach Anspruch 9, wobei die Taschen jeweils eine radial innenliegende Öffnung (80) und einen radial außenliegenden Grund (82) haben.
  11. Integral beschaufelter Rotorgrundkörper nach Anspruch 10, wobei die Dichtelemente (46) durch eine Sicherungseinrichtung (90) im Bereich der Öffnungen (80) gegen ein Herausfallen aus den Taschen gesichert sind.
  12. Integral beschaufelter Rotorgrundkörper nach Anspruch 11, wobei die Sicherungseinrichtung (90) ein in Umfangsrichtung verlaufendes Sicherungselement (92) als Axialanschlag für die Dichtelemente (46) und ein in Umfangsrichtung verlaufendes und das Sicherungselement (92) fixierendes Spannelement (94) aufweist.
  13. Integral beschaufelter Rotorgrundkörper nach Anspruch 12, wobei das Sicherungselement (92) mit einem bogenförmigen Endabschnitt (98) in eine von den Laufschaufeln (2, 2') gebildeten Innenumfangsnut (100) eintaucht und in dieser über das Spannelement (94) lagefixiert ist.
  14. Integral beschaufelter Rotorgrundkörper nach Anspruch 8, wobei die Dichtelemente (46) über Stützkörper (48) in den Kanälen (38) angeordnet sind.
  15. Strömungsmaschine mit einem integral beschaufelten Rotorgrundkörper (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14.
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