EP3169875B1 - Anordnung zum abdichten des spaltes zwischen zwei segmenten eines leitschaufelrings - Google Patents

Anordnung zum abdichten des spaltes zwischen zwei segmenten eines leitschaufelrings Download PDF

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EP3169875B1
EP3169875B1 EP15774558.9A EP15774558A EP3169875B1 EP 3169875 B1 EP3169875 B1 EP 3169875B1 EP 15774558 A EP15774558 A EP 15774558A EP 3169875 B1 EP3169875 B1 EP 3169875B1
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EP
European Patent Office
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ring
ring segments
wear protection
wear
connecting arrangement
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP15774558.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3169875A1 (de
Inventor
Klaus-Peter Bur
Andreas Böttcher
Andreas Mann
Britta Puyn
Achim Schirrmacher
Michael Winterstein
Maria Etzold
Thomas Grieb
Patrick Lapp
Katrin Linnemann
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP3169875B1 publication Critical patent/EP3169875B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/003—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by packing rings; Mechanical seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/083—Sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades

Definitions

  • the invention relates to a connection arrangement of a compressor blade equipped with a plurality of vanes of a compressor with at least two interacting ring segments of the compressor guide and with sealing elements for sealing expansion joints formed by the two ring segments.
  • the invention further relates to a gas turbine or a compressor with at least one compressor guide disc comprising at least two ring segments.
  • a gas turbine for example, essentially consists of a compressor device, a combustion chamber device and the actual turbine device.
  • a fuel (fuel gas) mixed with the compressed air is burned under similar pressure conditions as in the compressor device as air-fuel mixture.
  • this air-fuel mixture in the turbine device is depressurized while performing work to ambient pressure.
  • the compressor device comprises, inter alia, a stator blade unit and a blade unit, wherein the stator blade unit in the form of a disc-shaped compressor comprises a plurality of vanes which at their respective Leitschaufel hypochloric acid (S-1) and a radially inner ring arranged inside and at their respective radially outer vane ends are fixed by means of a corresponding radially further outwardly arranged outer ring in the compressor device.
  • the inner ring here consists of two ring parts, which serve to define pronounced on the respective Leitschaufelfuß retaining elements of the individual vanes, wherein the two ring parts are designed such that they firmly surround these holding elements. As a rule, these ring parts are welded together.
  • the disk-type compressor guide disk can be composed in the circumferential direction of different numbers of ring segments arranged around the rotor axis, wherein a division of the compressor guide disk into at least two halves is required in order to be able to carry out maintenance measures, for example.
  • the individual ring segments are fixed to each other at interfaces, these interfaces must also be sealed in order to separate successively connected compressor stages on the inner ring better from each other.
  • an expansion joint is provided in each case in order to be able to compensate for thermally induced expansion differences with respect to the individual ring segments, wherein different connection variations exist with regard to the interfaces.
  • connection variant provides a tooth arrangement, in which the mutually facing end faces of the two circumferentially immediately adjacent ring segments each have a row of teeth whose teeth can engage with each other to fix the ring segments to each other.
  • Another connection variant provides a sealing element with a cross-sealing sheet with at least two intersecting and thereby interlocking sealing sheet metal elements, which thereby lie in grooves located in the inner ring.
  • cross-sealing sheets fix the ring segments to each other and on the other hand seal the expansion joint between these ring segments well.
  • connection variants are poor or no sealing effects between the individual ring segments, an undesirably high wear on the ring segments of the inner ring or its ring parts and / or a material fatigue caused breaking out of material parts on the components of the connection arrangement, whereby there is a risk that relevant outbreaks get into the flow path of the compressor and / or the turbine and cause even greater damage there.
  • connection arrangement according to claim 1 By providing the wear protection means designed according to claim 1, the connection arrangement according to the invention is designed such that the material of the ring segments wears less in the areas in which the expansion elements are arranged and could come into direct contact or contact with the ring segments.
  • the wear protection means are preferably chosen such that the material of the ring segments wears less strongly than the material of the sealing elements.
  • the connection arrangement here comprises essentially the at least two mutually interacting ring segments of the compressor guide disk and the sealing elements for sealing of expansion joints formed by the two ring segments and just the present anti-wear agent.
  • the present disc-shaped compressor guide disk consists essentially of an inner ring, of an outer ring and of a multiplicity of guide vanes held by the inner ring and the outer ring.
  • the inner ring is in this case subdivided into at least two arcuate ring segments, which are arranged concentrically around the compressor or turbine central axis to form the inner ring.
  • arcuate ring segments are connected to each other at their respective end faces facing each other such that they form the inner ring.
  • these arcuate ring segments in turn consist of two interconnected ring parts or inner ring parts, which are designed such that the plurality of vanes are held concentrically around the compressor or turbine central axis around.
  • these ring parts are welded together after insertion of the guide vanes in one of the ring parts and the subsequent bringing together of the mutually corresponding ring parts.
  • the guide vanes are arranged in total in the respective ring segment at a defined distance fixed to each other.
  • the inner ring is composed of at least two arcuate ring segments, which in turn consist of at least two ring segment parts.
  • the structure described above with respect to the inner ring may also apply to the outer ring of the Ver Whyrleitin. It is important that the respective ring segments are rigidly coupled together by the wear-protected sealing elements, whereby these ring segments interact with each other. By rigid, interactive coupling is meant that displacements of one of the two ring segments are largely transmitted to the other of the two ring segments.
  • This embodiment improves the structural mechanical integrity of the compressor guide.
  • the connection arrangement according to the invention can advantageously be used on a wide variety of compressors or turbines with such compressors, such as gas turbines or the like, in order to significantly reduce the risk of malfunctions there.
  • the object of the invention is also achieved by a gas turbine or a compressor having at least one compressor guide disc comprising at least two ring segments, wherein the compressor guide disc has a connection arrangement according to one of the features described here.
  • the present anti-wear agents can be of very different types in order to place the ring segments or the ring parts in a region in which the sealing elements are arranged to better protect against wear.
  • the present wear protection agents are solid-state wear protection agents which are positively and / or materially connected to the ring segments or their ring parts. In this respect, it is advantageous if the wear protection means are arranged stationary relative to the ring segments or their ring parts.
  • the wear protection means comprises a wear protection sleeve, which is arranged at least partially between the sealing means and the at least two mutually interacting ring segments. If a wear protection sleeve is arranged between the sealing means and the ring segment surfaces of the ring segments, which at least partially surrounds the sealing means such that they are held at a distance from the ring segments, the risk of premature wear of the ring segments due to an effective contact between the sealing elements and the ring segments can be completely ruled out , In this respect, it is advantageous if the ring segment surfaces coming into operative contact with the sealing elements are protected by the present wear protection sleeve.
  • wear sleeve in the context of the invention describes any components which can be arranged between a sealing element and a ring segment such that this ring segment is shielded from the sealing element.
  • the sealing element is not in direct contact with the ring element.
  • the wear sleeve on at least two mutually perpendicular insertion grooves, in which the sealant can be inserted.
  • a cross-seal plate arrangement can be provided. If the wear protection sleeve is arranged in sealing element receiving grooves, the sealing elements can still be positioned exactly in the inner ring part. Furthermore, it is advantageous if the wear protection sleeve is arranged between two ring parts of the at least two interacting ring segments. It is not only advantageous if the wear sleeve with respect to two opposing ring segments reduces wear, but also with respect to two ring parts of a ring segment.
  • the wear protection sleeve can be even better integrated into the connection arrangement when the wear protection sleeve is arranged directly adjacent to two annular parts forming the ring segment. An even better wear protection can be achieved if the wear sleeve is made of a softer material than a ring segment material.
  • the wear sleeve is arranged in sealing element receiving grooves at least one of the ring segments, so that the wear protection sleeve can be particularly intimately connected to the ring segments.
  • the wear protection means comprise a wear protection layer applied at least partially on ring segment surfaces in operative contact with the sealing elements.
  • Such a wear protection layer can be obtained by plating, nitriding or the like of the respective regions.
  • a very good wear protection can be achieved if the wear protection layer is arranged in a region of end faces of the at least two interacting ring segments.
  • end faces denotes those surface regions of the ring segments or the ring parts of the ring segments which are present at the opposite ends of the ring segments.
  • These surface areas may also relate to the ring segments or the ring parts of the ring segments existing grooves or the like.
  • an embodiment variant which is advantageous in this respect provides for the wear-resistant layer to be arranged on surfaces of sealing element receiving grooves of the at least two interacting ring segments.
  • the ring segments can be better protected against wear by the sealing elements, if the wear protection layer is harder than a ring segment material.
  • the wear protection means comprise sealing means, which are made softer than the at least two interacting ring parts.
  • Another structurally advantageous realization of the wear protection means is to make the sealing means softer than the ring segments directly in operative contact with them. In this way it can be avoided that the areas of the ring segments or the ring parts of the ring segments, which come into direct contact with the sealing means, wear out faster due to this contact.
  • a particularly good sealing in the region of the expansion joint between two ring segments can be achieved if the present sealing elements comprise two intermeshing cross-sealing sheet metal elements.
  • the at least two mutually interacting ring segments are two seated on a rotor shaft or a rotor disk ring segments of an inner ring of the Ver Whyrleitsay.
  • a preferred embodiment provides that the at least two mutually interacting ring segments are each assembled from at least two ring parts. It is understood that the features of the solutions described above or in the claims can optionally also be combined in order to implement the advantages in a cumulative manner.
  • the wear protection means 15 comprise a wear sleeve 16 which is integrated in the connection arrangement 1 such that the cross-sealing sheet metal element 10 does not engage directly with the ring parts 8 and 9 and thus not directly with the two ring segments 3 forming the expansion joint 5 get in touch.
  • the wear sleeve 16 is in this case made of a material which is softer than the material of the ring segments third or the ring parts 8 and 9, so that the wear sleeve 16 is subject to wear rather than the ring segments third
  • the wear sleeve 16 at least two mutually perpendicular insertion grooves 17 and 18, in which the sealing plates 11 and 12 of the Wiendichtblechelements 10 and the sealing element 4 are inserted. Furthermore, the wear sleeve 16 is arranged directly adjacent to the two ring segment 8 forming the respective ring segment 8 and 9, so that the softer wear sleeve 16 directly (numbered only exemplarily here) of the respective ring segment 3 and the respective ring member 8 and 9 is in operative contact.
  • connection arrangement 101 is shown partially with respect to a compressor guide disk 102 of another compressor (not shown) of another turbine not shown here further, this connection arrangement 101 essentially comprising two interacting ring segments 103 (only shown by way of example) and one not this time illustrated sealing element for sealing a provided between the two ring segments 103 expansion joint 105 comprises.
  • the sealing element is formed in this further embodiment in the form of a funneldichtblechelements with two sealing plates (see. FIG. 1 ).
  • the compressor baffle 102 consists essentially of an inner ring 106, an outer ring (not shown) and a plurality of vanes 107 supported by the inner ring 106 and the outer ring.
  • the inner ring 106 in turn is composed of several concentric about an axis of rotation (not shown) of the Ver Whyrleitin 102 arranged around ring segments 103 together.
  • the Ver Whyrleitin 102 includes several such connection assemblies 1.
  • the ring segments 103 are again joined together from two ring parts 108 and 109.
  • the connection arrangement 101 has wear protection means 115 which comprise a wear protection layer 130 applied at least partially to the ring segment surfaces 119 coming into operative contact with the sealing element (numbered only as an example).
  • This wear protection layer 130 is at least in this further example harder than the material of the ring segments 103, so that the ring segments 103 are very well protected from wear caused by the sealing elements. In order to keep the production costs low, only the ring segment surfaces 119 in the region of sealing element receiving grooves 131 and 132 of the at least two mutually interacting ring segments 103 are coated with the wear protection layer 130. In this respect, this wear protection layer 130 is only in the range of formed by the ring segments 103 end faces 133 (numbered only as an example) again.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung einer mit einer Vielzahl an Leitschaufeln ausgerüsteten Verdichterleitscheibe eines Verdichters mit wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmenten der Verdichterleitscheibe und mit Dichtungselementen zum Abdichten von durch die zwei Ringsegmente gebildeten Dehnungsfugen.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Gasturbine oder einen Verdichter mit wenigstens einer mindestens zwei Ringsegmente umfassenden Verdichterleitscheibe.
    Aus dem Stand der Technik sind im Zusammenhang mit Turbinen oder Verdichtern gattungsgemäße Verbindungsanordnungen bekannt.
    Eine Gasturbine zum Beispiel besteht im Wesentlichen aus einer Verdichtereinrichtung, einer Brennkammereinrichtung und der eigentlichen Turbineneinrichtung. Mittels der Verdichtereinrichtung wird aus der Umgebung angesaugte Luft komprimiert und anschließend der Brennkammereinrichtung zugeführt, in welcher ein der komprimierten Luft beigemischter Brennstoff (Brenngas) unter ähnlichen Druckverhältnissen wie in der Verdichtereinrichtung als Luft-Brennstoff-Gemisch verbrannt wird. Daran folgend wird dieses Luft-Brennstoff-Gemisch in der Turbineneinrichtung unter Verrichtung von Arbeit auf Umgebungsdruck entspannt.
    Die Verdichtereinrichtung weist unter anderem eine Leitschaufeleinheit und eine Laufschaufeleinheit auf, wobei die in Gestalt einer scheibenförmigen Verdichterleitscheibe ausgeführte Leitschaufeleinheit eine Vielzahl an Leitschaufeln umfasst, welche an ihren jeweiligen Leitschaufelfüßen mittels eines radial weiter innen angeordneten Innenrings und an ihren jeweiligen radial weiter außen liegenden Leitschaufelenden mittels eines entsprechend radial weiter außen angeordneten Außenring in der Verdichtereinrichtung festgelegt sind.
  • Insbesondere der Innenring besteht hierbei aus zwei Ringteilen, welche zum Festlegen von an dem jeweiligen Leitschaufelfuß ausgeprägten Halteelementen der einzelnen Leitschaufeln dienen, wobei die zwei Ringteile derart konzipiert sind, dass sie diese Halteelemente fest umschließen. In der Regel sind diese Ringteile miteinander verschweißt.
  • Die scheibenartig aufgebaute Verdichterleitscheibe kann je nach Auslegung der Gasturbine in Umfangsrichtung aus unterschiedlich vielen um die Rotorachse herum angeordneten Ringsegmenten zusammengesetzt sein, wobei eine Teilung der Verdichterleitscheibe in mindestens zwei Hälften erforderlich ist, um beispielsweise Wartungsmaßnahmen durchführen zu können.
  • Dabei sind die einzelnen Ringsegmente an Schnittstellen untereinander fixiert, wobei diese Schnittstellen auch abgedichtet werden müssen, um hintereinander geschaltete Verdichterstufen am Innenring besser voneinander trennen zu können.
  • Zwischen den einzelnen Ringsegmenten ist jeweils eine Dehnungsfuge vorzusehen, um thermisch bedingte Ausdehnungsunterschiede bezüglich der einzelnen Ringsegmente ausgleichen zu können, wobei hinsichtlich der Schnittstellen unterschiedliche Verbindungsvariationen existieren.
  • Beispielsweise sieht eine erste Verbindungsvariante vor, dass zwei in Umfangsrichtung gesehen unmittelbar zueinander benachbarte Ringsegmente der scheibenartig aufgebauten Leitschaufeleinheit an ihrer gemeinsamen Schnittstelle durch eine Passfederverbindung miteinander fixiert sind, wobei jedoch bei dieser ersten Schnittstellenvariante eine Dichtwirkung mittels einer derartigen Passfederverbindung kaum nennenswert realisierbar ist.
  • Eine andere Verbindungsvariante sieht eine Verzahnungsanordnung vor, bei welcher die aufeinander zu weisenden Stirnflächen der zwei in Umfangsrichtung gesehen unmittelbar zueinander benachbarten Ringsegmente jeweils eine Zahnreihe aufweisen, deren Zähne ineinander greifen können, um die Ringsegmente zueinander zu fixieren. Durch diese Verzahnung kann am Innenring eine bessere Abdichtung der hintereinander geschalteten Verdichterstufen erreicht werden.
  • Eine weitere Verbindungsvariante sieht ein Dichtungselement mit einem Kreuzdichtblech mit mindestens zwei sich überkreuzenden und dabei ineinandergreifenden Dichtungsblechelementen vor, welche dabei in im Innenring befindlichen Nuten liegen. Derartige Kreuzdichtbleche fixieren einerseits die Ringsegmente zueinander und dichten andererseits die Dehnungsfuge zwischen diesen Ringsegmenten gut ab.
  • Nachteilig bei den bisher bekannten Verbindungsvarianten sind schlechte oder gar keine Abdichtungseffekte zwischen den einzelnen Ringsegmenten, ein unerwünscht hoher Verschleiß an den Ringsegmenten des Innenrings bzw. deren Ringteilen und/oder ein materialermüdungsbedingtes Ausbrechen von Materialteilen an den Bauteilen der Verbindungsanordnung, wobei dabei die Gefahr besteht, dass diesbezügliche Ausbrüche in den Strömungspfad des Verdichters und/oder der Turbine gelangen und dort noch größere Schäden verursachen.
  • Gängige Dichtungssysteme bei Gasturbinen sind in vielfältiger Weise aus etlichen Veröffentlichungen bekannt. So offenbart beispielsweise die WO 2013/189883 A1 eine gelenkig ausgeführte Dog-Bone-Dichtung zur Vermeidung einer Leckageströmung aus dem Strömungspfad einer Gasturbine, welcher durch gegeneinander bewegliche Bauteile begrenzt ist.
  • Eine weitere Abdichtung eines Spalts zwischen zwei aufgrund von thermischen Dehnungen verschieblichen Bauteilen ist aus der GB 2 396 193 A bekannt. Das daraus bekannte Dichtblech ist federgelagert in Nuten eingebettet, wodurch die Bauteile geschützt werden sollen. Alternativ dazu ist es beispielsweise aus der EP 1 918 549 A1 bekannt, Dichtbleche mit einer verschleißresistenten Schutzschicht auszustatten.
    Es ist Aufgabe der Erfindung, insbesondere gattungsgemäße Verdichter weiterzuentwickeln, um zumindest die vorstehend genannten Nachteile zu überwinden.
    Die Aufgabe der Erfindung wird von einer Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Durch das Vorsehen der gemäß Anspruch 1 ausgestalteten Verschleißschutzmittel ist die Verbindungsanordnung erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass das Material der Ringsegmente in den Bereichen weniger stark verschleißt, in welchen die Dehnungselemente angeordnet sind und mit den Ringsegmenten direkt in Berührung bzw. Kontakt kommen könnten. Hierdurch ist die Gefahr von unvorhersehbaren Materialausbrüchen an den Ringsegmenten signifikant reduziert.
    Bevorzugt sind die Verschleißschutzmittel derart gewählt, dass das Material der Ringsegmente weniger stark verschleißt als der Werkstoff der Dichtungselemente.
    Die Verbindungsanordnung umfasst hierbei im Wesentlichen die wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente der Verdichterleitscheibe sowie die Dichtungselemente zum Abdichten von durch die zwei Ringsegmente gebildeten Dehnungsfugen und eben den vorliegenden Verschleißschutzmittel.
  • Wie eingangs bereits erläutert, besteht die vorliegende scheibenförmige Verdichterleitscheibe im Wesentlichen aus einem Innenring, aus einem Außenring und aus einer Vielzahl durch den Innenring und den Außenring gehalterten Leitschaufeln.
  • Insbesondere der Innenring ist hierbei in wenigstens zwei bogenförmige Ringsegmente unterteilt, welche konzentrisch um die Verdichter- bzw. Turbinenmittelachse herum zu dem Innenring zusammengefügt angeordnet sind.
  • Diese bogenförmigen Ringsegmente sind an ihren jeweiligen aufeinander zuweisenden Stirnseiten derart miteinander verbunden, dass sie den Innenring bilden.
  • Darüber hinaus bestehen diese bogenförmigen Ringsegmente wiederum aus zwei miteinander verbundenen Ringteilen bzw. Innenringteilen, welche derart ausgestaltet sind, dass die Vielzahl an Leitschaufeln konzentrisch um die Verdichter- bzw. Turbinenmittelachse herum gehaltert sind.
  • In der Regel werden diese Ringteile nach dem Einsetzen der Leitschaufeln in einem der Ringteile und dem anschließenden Zusammenbringen der miteinander korrespondierenden Ringteile miteinander verschweißt.
  • Somit sind die Leitschaufeln insgesamt in dem jeweiligen Ringsegment in einem definierten Abstand fest zueinander angeordnet.
  • Insofern setzt sich der Innenring aus wenigstens zwei bogenförmigen Ringsegmenten zusammen, welche wiederum aus mindestens zwei Ringsegmentteilen bestehen.
  • Im Übrigen kann der vorstehend hinsichtlich des Innenrings beschriebene Aufbau auch auf den Außenring der Verdichterleitscheibe zutreffen.
    Wichtig ist dabei, dass durch die verschleißgeschützten Dichtungselemente die jeweiligen Ringsegmente starr miteinander gekoppelt sind, wodurch diese Ringsegmente miteinander wechselwirken. Unter der starren, wechselwirkenden Kopplung wird verstanden, dass Verschiebungen des einen der zwei Ringsegmente größtenteils auf das andere der zwei Ringsegmente übertragen. Diese Ausgestaltung verbessert die strukturmechanische Integrität der Verdichterleitscheibe.
    Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung kann vorteilhaft an unterschiedlichsten Verdichtern oder Turbinen mit derartigen Verdichtern, wie etwa Gasturbinen oder dergleichen, eingesetzt werden, um dort die Gefahr von Fehlfunktionen signifikant zu verringern. Insbesondere kann damit eine Strömungsleckage von einem stromabseitigen Ende der Verdichterleitscheibe zu einem stromaufseitigen Ende der Verdichterleitscheibe durch den zwischen den Stirnseiten zweier unmittelbar benachbarter Ringsegmenten angeordneten Dehnungsspalt zumindest reduziert, wenn nicht gar verhindert werden.
    Die Begriffe "stromauf" und "stromab" beziehen sich dabei auf ein zu verdichtendes Medium, welches den mit der Verdichterleitscheibe ausgestatteten Verdichter durchströmt.
  • Insofern wird die Aufgabe der Erfindung auch von einer Gasturbine oder einem Verdichter mit wenigstens einer mindestens zwei Ringsegmente umfassenden Verdichterleitscheibe gelöst, wobei die Verdichterleitscheibe eine Verbindungsanordnung nach einem der hier beschriebenen Merkmale aufweist.
    Es versteht sich, dass die vorliegenden Verschleißschutzmittel unterschiedlichster Art sein können, um die Ringsegmente bzw. die Ringteile in einem Bereich, in welchem die Dichtungselemente angeordnet sind, besser vor einem Verschleiß schützen zu können.
    Bei den vorliegenden Verschleißschutzmitteln handelt es sich um Festkörper-Verschleißschutzmittel, die formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit den Ringsegmenten oder deren Ringteilen verbunden sind.
    Insofern ist es vorteilhaft, wenn die Verschleißschutzmittel ortsfest gegenüber den Ringsegmenten oder deren Ringteile angeordnet sind. Gemäß der Erfindung umfasst das Verschleißschutzmittel eine Verschleißschutzhülse, welche zumindest teilweise zwischen den Dichtungsmitteln und den wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmenten angeordnet ist.
    Ist zwischen den Dichtungsmitteln und den Ringsegmentoberflächen der Ringsegmente eine Verschleißschutzhülse angeordnet, welche zumindest die Dichtungsmittel teilweise derart umgibt, dass diese beabstandet von den Ringsegmenten gehaltert sind, kann die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes der Ringsegmente aufgrund eines Wirkkontaktes zwischen den Dichtungselementen und den Ringsegmenten vollständig ausgeschlossen werden.
    Insofern ist es vorteilhaft, wenn die mit den Dichtungselementen in Wirkkontakt kommenden Ringsegmentoberflächen durch die vorliegende Verschleißschutzhülse geschützt sind.
    Der Begriff "Verschleißschutzhülse" beschreibt im Sinne der Erfindung jegliche Bauteile, welche derart zwischen einem Dichtungselement und einem Ringsegment anordenbar sind, dass dieses Ringsegment von dem Dichtungselement abgeschirmt ist. Mit anderen Worten, das Dichtungselement steht mit dem Ringelement nicht in direktem Kontakt.
  • Zudem weist die Verschleißschutzhülse wenigstens zwei rechtwinkelig zueinander angeordnete Einstecknuten auf, in welche die Dichtungsmittel einsteckbar sind. Hierdurch kann trotz eines Vorhandenseins der erfindungsgemäßen Verschleißschutzhülse beispielsweise eine Kreuzdichtblechanordnung bereitgestellt werden.
    Ist die Verschleißschutzhülse in Dichtelemente-Aufnahmenuten angeordnet, können die Dichtungselemente nach wie vor exakt in dem Innenringteil positioniert werden.
    Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Verschleißschutzhülse zwischen zwei Ringteilen der wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente angeordnet ist. Es ist nicht nur vorteilhaft, wenn die Verschleißhülse bezüglich zwei sich gegenüberliegender Ringsegmente verschleißreduzierend wirkt, sondern auch bezüglich zwei Ringteile eines Ringsegments.
    Die Verschleißschutzhülse kann noch besser in die Verbindungsanordnung integriert werden, wenn die Verschleißschutzhülse direkt angrenzend an zwei das Ringsegment bildende Ringteile angeordnet ist.
    Ein noch besserer Verschleißschutz kann erzielt werden, wenn die Verschleißschutzhülse aus einem weicheren Werkstoff hergestellt ist als ein Ringsegmentmaterial.
    Gegebenenfalls ist die Verschleißschutzhülse in Dichtelemente-Aufnahmenuten wenigstens eines der Ringsegmente angeordnet, so dass die Verschleißschutzhülle besonders innig mit den Ringsegmenten verbunden werden kann.
  • Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist es kumulativ vorteilhaft, wenn die Verschleißschutzmittel eine zumindest teilweise auf mit den Dichtungselementen in Wirkkontakt kommenden Ringsegmentoberflächen aufgebrachte Verschleißschutzschicht umfassen.
  • kontakt kommenden Ringsegmentoberflächen aufgebrachte Verschleißschutzschicht umfassen.
  • Durch eine relativ einfach und kostengünstig aufbringbare Verschleißschutzschicht kann die Gefahr eines erhöhten Verschleißes und von Materialausbrüchen an den Ringsegmenten bzw. an den Ringteilen der Ringsegmente sehr gut reduziert werden.
  • Insofern ist es vorteilhaft, wenn die mit den Dichtungselementen in Wirkkontakt kommenden Ringsegmentoberflächen mit einer Verschleißschutzschicht beschichtet sind.
  • Beispielsweise kann eine derartige Verschleißschutzschicht durch Galvanisieren, Nitrieren oder dergleichen der entsprechenden Bereiche erzielt werden.
  • Ein sehr guter Verschleißschutz kann erzielt werden, wenn die Verschleißschutzschicht in einem Bereich von Stirnseiten der wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente angeordnet ist.
  • Der Begriff "Stirnseiten" bezeichnet vorliegend diejenigen Flächenbereiche der Ringsegmente bzw. der Ringteile der Ringsegmente, welche an den sich gegenüberliegenden Enden der Ringsegmente vorhanden sind.
  • Diese Flächenbereiche können auch an den Ringsegmenten bzw. den Ringteilen der Ringsegmente vorhandene Nuten oder dergleichen betreffen.
  • Insofern sieht eine diesbezüglich vorteilhafte Ausführungsvariante vor, dass die Verschleißschutzschicht auf Oberflächen von Dichtungselemente-Aufnahmenuten der wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente angeordnet ist.
  • Die Ringsegmente können gegenüber einem Verschleiß durch die Dichtungselemente noch besser geschützt werden, wenn die Verschleißschutzschicht härter ist als ein Ringsegmentmaterial. Nach mindestens noch einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es kumulativ vorteilhaft, wenn die Verschleißschutzmittel Dichtungsmittel umfassen, welche weicher ausgestaltet sind als die wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringteile.
    Eine baulich ebenfalls vorteilhafte Realisierung der Verschleißschutzmittel liegt darin, die Dichtungsmittel an sich weicher auszugestalten als die mit ihnen unmittelbar in Wirkkontakt stehenden Ringsegmente. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Bereiche der Ringsegmente oder der Ringteile der Ringsegmente, welche mit den Dichtmitteln unmittelbar in Kontakt kommen, aufgrund dieses Kontaktes schneller verschleißen.
    Eine besonders gute Abdichtung im Bereich der Dehnungsfuge zwischen zwei Ringsegmenten kann erzielt werden, wenn die vorliegenden Dichtungselemente zwei ineinandersteckende Kreuzdichtblechelemente umfassen.
    An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass die wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente zwei auf einer Rotorwelle oder einer Rotorscheibe sitzende Ringsegmente eines Innenrings der Verdichterleitscheibe sind. Darüber hinaus sieht eine bevorzugte Ausführungsvariante vor, dass die wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente jeweils aus mindestens zwei Ringteilen zusammengebaut sind.
    Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung einer mit einer Vielzahl an Leitschaufeln ausgerüsteten Verdichterleitscheibe eines Verdichters mit jeweils einem anders gestalteten Verschleißschutzmittel anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
    • FIG 1
    schematisch eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit einem Verschleißschutzmittel umfassend eine Verschleißhülle, welche zumindest teilweise zwischen den Dichtungselementen und den wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmenten angeordnet ist;
    FIG 2
    schematisch eine perspektivische Ansicht einer nicht zur Erfindung gehörenden Verbindungsanordnung mit einem Verschleißschutzmittel umfassend eine Verschleißschutzschicht, mittels welcher in die Ringsegmente der Verdichterleitscheibe eingebrachte Dichtungselemente-Aufnahmenuten beschichtet sind; und
    FIG 3
    schematisch eine weitere perspektivische Ansicht der Verbindungsanordnung aus der Figur 2.
    Bei dem in der Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist teilweise eine Verbindungsanordnung 1 hinsichtlich einer Verdichterleitscheibe 2 eines nicht weiter gezeigten Verdichters einer Turbine (nicht dargestellt) gezeigt, wobei diese Verbindungsanordnung 1 im Wesentlichen zwei miteinander wechselwirkende Ringsegmente 3 (nur exemplarisch gezeigt) und ein Dichtungselement 4 zum Abdichten einer zwischen den zwei Ringsegmenten 3 vorgesehenen Dehnungsfuge 5 umfasst.
    Die Verdichterleitscheibe 2 besteht im Wesentlichen aus einem Innenring 6, einem Außenring (nicht gezeigt) und einer Vielzahl an von dem Innenring 6 und dem Außenring gehalterten Leitschaufeln 107 (siehe beispielhaft nur Figuren 2 und 3, nur exemplarisch beziffert).
    Dieser Innenring 6 setzt sich aus mehreren konzentrisch um eine Drehachse (nicht gezeigt) der Verdichterleitscheibe 2 herum angeordneten Ringsegmente 3 zusammen. Insofern ist klar, dass sich die Verdichterleitscheibe 2 durch mehrere Verbindungsanordnungen 1 auszeichnet.
    Die Ringsegmente 3 sind jeweils aus zwei Ringteilen 8 und 9 zusammengefügt, wobei die zwei Ringteile 8 und 9 miteinander verschweißt sind.
    Das Dichtungselement 4 besteht in diesem ersten Ausführungsbeispiel aus einem Kreuzdichtblechelement 10, welches wiederum aus zwei ineinandergesteckte und rechtwinkelig zueinander angeordneten Dichtungsbleche 11 und 12 besteht.
    Erfindungsgemäß verfügt die Verbindungsanordnung 1 noch über Verschleißschutzmittel 15, mittels welchen ein Verschleiß an einem Bereich der zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente 3 reduziert werden kann, in welchem das Kreuzdichtblechelement 10 mit den Ringteilen 8 und 9 des jeweiligen Ringsegments 3 in Kontakt kommt.
    Insofern wird durch die Verschleißschutzmittel 15 das Material der Ringsegmente 3 weniger stark strapaziert.
  • In diesem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfassen die Verschleißschutzmittel 15 eine Verschleißhülse 16, welche derart in die Verbindungsanordnung 1 integriert ist, dass das Kreuzdichtblechelement 10 nicht unmittelbar mit den Ringteilen 8 und 9 und damit auch nicht unmittelbar mit den zwei die Dehnungsfuge 5 bildenden Ringsegmenten 3 in Kontakt kommen.
    Die Verschleißhülse 16 ist hierbei aus einem Werkstoff gefertigt, welcher weicher ist als das Material der Ringsegmente 3 bzw. der Ringteile 8 und 9, so dass die Verschleißhülse 16 eher einem Verschleiß unterliegt als die Ringsegmente 3.
  • Darüber hinaus weist gemäß der Erfindung die Verschleißhülse 16 wenigstens zwei rechtwinkelig zueinander angeordnete Einstecknuten 17 und 18 auf, in welche die Dichtungsbleche 11 und 12 des Kreuzdichtblechelements 10 bzw. des Dichtungselements 4 eingesteckt sind.
    Ferner ist die Verschleißhülse 16 direkt angrenzend an die zwei das jeweilige Ringsegment 3 bildenden Ringteile 8 und 9 angeordnet, so dass die weichere Verschleißhülse 16 unmittelbar mit den Ringsegmentoberflächen 19 (hier nur exemplarisch beziffert) des jeweiligen Ringsegments 3 bzw. der jeweiligen Ringteils 8 bzw. 9 in Wirkkontakt steht.
  • Bei dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Beispiel ist teilweise eine alternative Verbindungsanordnung 101 hinsichtlich einer Verdichterleitscheibe 102 eines anderen hier nicht weiter illustrierten Verdichters einer anderen Turbine (ebenfalls nicht dargestellt) gezeigt, wobei diese Verbindungsanordnung 101 im Wesentlichen zwei miteinander wechselwirkende Ringsegmente 103 (nur exemplarisch gezeigt) und ein hier diesmal nicht dargestelltes Dichtungselement zum Abdichten einer zwischen den zwei Ringsegmenten 103 vorgesehenen Dehnungsfuge 105 umfasst. Das nicht dargestellte Dichtungselement ist auch in diesem weiteren Ausführungsbeispiel in Gestalt eines Kreuzdichtblechelements mit zwei Dichtungsblechen ausgebildet (vgl. Figur 1).
  • Auch in diesem Beispiel besteht die Verdichterleitscheibe 102 im Wesentlichen aus einem Innenring 106, einem Außenring (nicht gezeigt) und einer Vielzahl an von dem Innenring 106 und dem Außenring gehalterten Leitschaufeln 107.
    Der Innenring 106 wiederum setzt sich aus mehreren konzentrisch um eine Drehachse (nicht gezeigt) der Verdichterleitscheibe 102 herum angeordneten Ringsegmente 103 zusammen. Insofern ist klar, dass die Verdichterleitscheibe 102 mehrere solcher Verbindungsanordnungen 1 umfasst.
    Die Ringsegmente 103 sind wieder jeweils aus zwei Ringteilen 108 und 109 zusammengefügt. Die Verbindungsanordnung 101 verfügt über Verschleißschutzmittel 115, welche eine zumindest teilweise auf die mit dem Dichtungselement in Wirkkontakt kommenden Ringsegmentoberflächen 119 (nur exemplarisch beziffert) aufgebrachte Verschleißschutzschicht 130 umfassen.
    Diese Verschleißschutzschicht 130 ist zumindest in diesem weiteren Beispiel härter ausgebildet als das Material der Ringsegmente 103, so dass die Ringsegmente 103 sehr gut vor einem durch die Dichtungselemente verursachten Verschleiß geschützt sind.
    Um die Herstellungskosten gering zu halten, sind nur die Ringsegmentoberflächen 119 im Bereich von Dichtungselemente-Aufnahmenuten 131 und 132 der wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente 103 mit der Verschleißschutzschicht 130 beschichtet.
    Insofern findet sich diese Verschleißschutzschicht 130 nur im Bereich von durch die Ringsegmente 103 ausgebildeten Stirnseiten 133 (nur exemplarisch beziffert) wieder.
    Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch diese offenbarten Ausführungsbeispiele eingeschränkt, und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (11)

  1. Verbindungsanordnung (1; 101) einer mit einer Vielzahl an Leitschaufeln (107) ausgerüsteten Verdichterleitscheibe (2; 102) eines Verdichters mit wenigstens zwei bogenförmigen Ringsegmenten (3; 103) der Verdichterleitscheibe (2; 102) und mit Dichtungselementen (4) zum Abdichten von durch von wenigstens zwei Ringsegmenten (3; 103) gebildeten Dehnungsfugen (5; 105),
    wobei
    Verschleißschutzmittel (15; 115) vorhanden sind, um einen durch die Dichtungselemente (4) bedingten Verschleiß der wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente (3; 103) zu reduzieren, wobei das Dichtungselement (4) derart starr ausgebildet und mit den betreffenden Ringsegmenten (3, 103) gekoppelt ist, dass Verschiebungen des einen der zwei Ringsegmente sich größtenteils auf das andere der zwei Ringsegmente übertragen,
    wobei die Verschleißschutzmittel (15) eine Verschleißschutzhülse (16) umfassen, welche zumindest teilweise zwischen den Dichtungselementen (4) und den wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmenten angeordnet ist und
    wobei die Verschleißschutzhülse (16) wenigstens zwei rechtwinkelig zueinander angeordnete Einstecknuten (17, 18) aufweist, in welche die Dichtungselemente (4, 10, 11, 12) einsteckbar sind.
  2. Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 1,
    wobei die Verschleißschutzhülse (16) zwischen zwei Ringteilen (8, 9) der wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente (3) angeordnet ist.
  3. Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei die Verschleißschutzhülse (16) direkt angrenzend an zwei das Ringsegment (3) bildende Ringteile (8, 9) angeordnet ist.
  4. Verbindungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    wobei die Verschleißschutzhülse (16) aus einem weicheren Werkstoff hergestellt ist als ein Ringsegmentmaterial.
  5. Verbindungsanordnung (1; 101) nach Anspruch 1,
    wobei die Verschleißschutzmittel (15; 115) desweiteren eine zumindest teilweise auf mit den Dichtungselementen (4, 10, 11, 12) in Wirkkontakt kommenden Ringsegmentoberflächen (19; 119) aufgebrachte Verschleißschutzschicht (130) umfassen.
  6. Verbindungsanordnung (1; 101) nach Anspruch 5,
    wobei die Verschleißschutzschicht (130) in einem Bereich von Stirnseiten (133) der wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente (103) angeordnet ist.
  7. Verbindungsanordnung (1; 101) nach Anspruch 5 oder 6,
    wobei die Verschleißschutzschicht (130) auf Ringsegmentoberflächen (119) von Dichtungselemente-Aufnahmenuten (131, 132) der wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente (103) angeordnet ist.
  8. Verbindungsanordnung (1; 101) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    wobei die Verschleißschutzschicht (130) härter ist als ein Ringsegmentmaterial.
  9. Verbindungsanordnung (1; 101) nach Anspruch 1,
    wobei die Verschleißschutzmittel die Dichtungselemente umfassen, welche weicher ausgestaltet sind als die wenigstens zwei miteinander wechselwirkenden Ringsegmente (3; 103).
  10. Verbindungsanordnung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    wobei die Dichtungselemente (4, 10, 11, 12) zwei ineinandersteckende Dichtungsbleche (11, 12) eines Kreuzdichtblechelements (10) umfassen.
  11. Gasturbine oder Verdichter mit wenigstens einer mindestens zwei Ringsegmente (3; 103) umfassenden Verdichterleitscheibe (2; 102),
    wobei die Verdichterleitscheibe (2; 102) eine Verbindungsanordnung (1; 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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