EP3418500A1 - Dichtungsanordnung für eine turbomaschine - Google Patents

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EP3418500A1
EP3418500A1 EP17177017.5A EP17177017A EP3418500A1 EP 3418500 A1 EP3418500 A1 EP 3418500A1 EP 17177017 A EP17177017 A EP 17177017A EP 3418500 A1 EP3418500 A1 EP 3418500A1
Authority
EP
European Patent Office
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sealing
radial
sealing elements
arrangement according
sealing arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17177017.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Scharl
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.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Priority to EP17177017.5A priority Critical patent/EP3418500A1/de
Publication of EP3418500A1 publication Critical patent/EP3418500A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/127—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with a deformable or crushable structure, e.g. honeycomb
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type

Definitions

  • the present invention relates to a sealing arrangement for sealing a radial gap which is bounded by one or more sealing fins of a turbomachine, in particular a gas turbine, a turbomachine, in particular a gas turbine, with the sealing arrangement and a method for producing the sealing arrangement.
  • sealing fins By rotor or stator side radial flanges, which are circumferentially formed in circumferential or rotational direction, so-called sealing fins, radial gaps can be sealed in turbomachinery advantageous, in particular labyrinth seals are provided.
  • sealing fins may come to rest on these radially opposite sealing surfaces, so that the sealing fins rub into these sealing surfaces during operation or they are run in.
  • such sealing surfaces may have rigid (honey) honeycomb (seals) in which the honeycomb walls can be better rubbed in as solid material and / or the honeycomb structure increases the flow resistance or the Improved sealing effect.
  • An object of one embodiment of the present invention is to improve a seal for a turbomachine.
  • Claims 11, 13 provide protection for a turbomachine, in particular a gas turbine, with one or more sealing arrangements described here, or a method for producing a sealing arrangement described here.
  • Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • a sealing arrangement that seals or provides for a radial gap is or is used, which is or is used by one or more, in particular axially and / or radially spaced, sealing fin of a turbomachine,
  • a gas turbine in particular an aircraft engine
  • (radial) is limited or is, several in the circumferential and / or axial direction, in particular regularly or equidistant or irregular, distributed (arranged) e sealing elements on whose dichtfingewandte radial end portions against each other or relative to each other, in particular at least in a folding direction, which includes, in particular in a development about the rotation axis or in a (section) plane perpendicular to the radial direction, with the circumferential direction at an angle which is at most 40 °, in particular at most 25 °, in particular at most 15 ° is, movable (arranged or trained) s Ind, wherein the sealing elements are each formed flexible at least in a radi
  • these sealing elements or their end sections can elastically yield to the orificing sealing finger (s) while bending over in the flexible radial section, in order subsequently to spring back when thermal expansions, vibrations, maneuvering loads or the like have led to the friction have, reduce.
  • the or the Dichtfin (s) limited radial gaps can be sealed better.
  • abrasion of the sealing fins and / or heating can thereby be reduced in one embodiment.
  • the directional indication "axially” designates a direction parallel to a (main) rotation or machine axis of the turbomachine
  • the indication “circumferential direction” corresponds in particular to a rotation or circulation direction of the turbomachine
  • the direction indication “radially” correspond in particular in the usual way a direction perpendicular to the axial and circumferential direction.
  • these sealing elements are, in particular integrally with each other, partially or completely by means of a generative process or layer by local or selective, in particular optical, thermal and / or chemical, solidification and / or bonding of, in particular liquid, pasty or pourable, in particular granular or powdery, starting material, in particular metal and / or plastic produced.
  • one or more, in particular at least the majority of the sealing element have a solid profile (cross section), in particular (brush) bristle or rod-shaped to be or become.
  • weight can be reduced in one embodiment and / or, in particular by additionally induced turbulences or the like, a sealing effect can be improved.
  • one or more, in particular at least the majority of the sealing element (e each) has or have in a radially radial Section, in particular end portion, in particular in a settlement about the rotation axis or in a (section) plane perpendicular to the radial direction, one, in particular U-shaped and / or circumferentially open or slotted profile with one, two or more legs (n ) which encloses (respectively) with the circumferential direction at an angle which is at most 40 °, in particular at most 25 °, in particular at most 15 °, and / or (respectively) a wall of a profile in a radially close section
  • This sealing element and / or a leg of a profile in an (axially) adjacent radial portion of another sealing element at least partially off or covered or - attacks.
  • a preferential bending or -klappraum be pronounced or - counsel or be, which includes at most the aforementioned angle with the circumferential direction, in particular - at least substantially - parallel to the circumferential direction, so that Advantageously, the sealing elements can elastically deflect or be folded or folded over when the sealing fins rotate in the circumferential direction.
  • legs of the radially facing radial sections which at least partially cover the (radially underlying) walls of the radially opposite radial sections, in particular the above-described hollow sections, and / or (axially) adjacent legs of adjacent sealing elements, may have a seal, in particular in the axial direction, be improved.
  • one or more, in particular at least the majority of the sealing element (e respectively) in a radial connecting portion between one or the dense radially facing radial portion and one or the dichtfinabgewandten radial portion in one or the folding direction, with the circumferential direction includes an angle which is at most 40 °, in particular at most 25 °, in particular at most 15 °, a bending stiffness of at least 1%, in particular at least 5%, in particular at least 10%, and / or at most 90%, in particular at most 75%, in particular at most 50%, in particular at most 35%, a bending stiffness of this dense-facing and / or dichtfinabgewandten section in the folding direction is.
  • the sealing elements can advantageously yield elastically to the anvil sealant (s) and then spring back again.
  • the connecting portion in particular in the direction of rotation of the or the sealing fins front, hinge hinge, in particular consist thereof, in an embodiment in the form of a continuous or more, in particular parallel, free-standing webs (s), the or in one embodiment, in particular stepless or stepped, merges / go into a wall of the hollow profile of the dichtfinabgewandten radial section and / or a wall of the open profile of the dichtfinzugewandten radial section.
  • an advantageous deformation characteristic can be formed.
  • one or more, in particular at least the majority of the sealing element (s) are already tilted in the direction of rotation of the sealing finger (s) in the undeformed or non-elastically bent state.
  • a bending or folding can be improved.
  • At least two of the sealing elements in particular a plurality of the sealing elements in each case in pairs, in the circumferential direction to each other, in a development they can in particular (respectively or in pairs) have a common wall. Additionally or alternatively close in one embodiment, at least two of the sealing elements, in particular more of the sealing elements respectively in pairs, in the axial direction to each other, in a development they can in particular (respectively or in pairs) have a common wall.
  • two or more of the sealing elements which adjoin one another in the axial direction are offset relative to one another in the circumferential direction, in particular alternately and / or by at least 25% and / or at most 75% of their extent in the circumferential direction.
  • an advantageous honeycomb (labyrinth) seal (or arrangement) can be realized or whose individual (honeycomb or sealing) elements are in contact with the orificing seal (s). s) dodge elastically.
  • one, in particular maximum, minimum or average extent of one or more, in particular at least the majority of the sealing element (s) in the axial direction, in particular on the close-ended end face is (in each case) at least 10%, in particular at least 25%, and / or at most 200%, in particular at most 100%, in particular at most 75%, of one, in particular maximum, minimum or average, wall thickness of a sealing element-facing end side of or respectively one of the sealing fins.
  • an advantageous bending over, in particular folding, of the sealing elements by the or the grazing Dichtfin (s) can be realized, in particular a Dichtfin act on only a small number of axially successive rows of sealing elements, not acted upon sealing element rows in one embodiment improve the seal and / or compensate for axial movements of the sealing fins.
  • the sealing elements of a sealing arrangement according to the invention are or are arranged on the housing side or fixed to, in particular, the turbomachine, in particular gas turbine, which in one embodiment is an aircraft engine gas turbine.
  • the sealing finger (s) is / are on an outer cover band of a running lattice or of rotor blades of the turbomachine and the sealing elements are arranged radially in relation to the sealing finger (s) in a flow channel accommodating this (s / n).
  • the sealing finger (s) on a rotor of the turbomachine and the sealing elements are / are arranged radially opposite one another, in particular on an inner cover strip of a guide grid or of guide vanes of the turbomachine.
  • the at least partially flexible sealing elements in one embodiment are advantageously not acted upon by centrifugal forces as a result of the rotation of the rotor of the turbomachine.
  • the sealing arrangement has a, in particular one-piece or, in particular in the circumferential direction, segmented, sealing ring, on which the sealing elements are arranged, in one embodiment, it consists thereof.
  • the sealing arrangement may also comprise or comprise the sealing fines.
  • Fig. 1 shows a plan view of a section of a seal assembly of a turbomachine according to an embodiment of the present invention in the radial direction, wherein dashed lines a sealing element facing end face of a sealing fin 100th is indicated.
  • Fig. 2-4 show an axial section along the line II-II in Fig. 1 (Fig. 2 . 3 ) or a section along the line IV-IV in Fig. 2 ,
  • a circumferential direction is horizontal and an axial direction is vertical
  • a circumferential direction also horizontal and a radial direction vertically.
  • the seal assembly has a plurality of circumferentially and axially distributed identical sealing elements, wherein in the circumferential direction adjacent sealing elements each have a common wall 11 and axially adjacent sealing elements each have a common wall 12 (see. Fig. 4 ) and circumferentially alternately offset by 50% of their extension in the circumferential direction against each other.
  • the sealing elements In their close-ended radial sections (bottom in FIG Fig. 2 . 3 ), the sealing elements each have a rectangular hollow profile (cf., the section of Fig. 4 in this dichtfinabgewandten radial sections), which is closed by a bottom 13 in the radial direction.
  • the sealing elements In their close-ended radial end portions (top in Fig. 2 . 3 ), the sealing elements each have a U-shaped, open in the circumferential direction profile with two legs 14, 15, which are parallel to the circumferential direction in the embodiment.
  • sealing gas 100 front walls (left in Fig. 1-3 ) of the hollow and the U-profiles of the sealing elements are each interconnected by a free-standing web 16 which forms a hinge band or a connecting portion of the dichtfinzugewandten U-profile with the legs 14, 15 and the dichtfinabgewandten hollow profile with the walls 11th , 12 connects.
  • the sealing elements which are flexibly formed in these connecting portions 16, bent elastically resiliently in a rubbing by the Dichtfin 100.
  • their close-fitting U-profiles fold, so to speak in the hinge hinges 16 elastically, as the synopsis of Fig. 2 . 3 clarifies, whereby they spring back elastically upon removal of the gasket (see. Fig. 3 ⁇ Fig. 2 ).
  • the end face of the sealing fins 100 may be axially wider than the individual sealing elements, so that the Dichtfin 100 always stretches at least two or more axially adjacent rows of sealing elements or folds over their U-profiles.
  • the sealing elements are or are produced using a generative method and can be arranged on the housing side, for example, in a flow channel of the turbomachine, so that they radially opposite the Dichtfin 100, in turn, for example, on an outer shroud of a playpen or other lateral surface of a rotor Turbomachine can be arranged.
  • the sealing elements or their U-profiles are radially aligned in the undeformed or non-elastically bent state.
  • these can also be inclined in the undeformed or non-elastically bent state in the circumferential direction of the sealing fin 100 and then bent away by the tainting Dichtfin 100 stronger in the direction of rotation or -klappt to be (see. Fig. 3 ).
  • the legs 14, 15 with the circumferential direction at an angle of 0 ° which may be up to 40 ° in a modification, not shown.
  • the sealing elements can also be aligned or run obliquely to the circumferential direction.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zum Dichten eines durch wenigstens einen Dichtfin (100) einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, begrenzten Radialspalts, wobei die Dichtungsanordnung mehrere in Umfangs- und/oder Axialrichtung verteilte Dichtelemente (11-16) aufweist, deren dichtfinzugewandte radiale Endabschnitte (14, 15) gegeneinander beweglich sind, wobei die Dichtelemente (11-16) zum elastisch federnden Umbiegen bei einem Anstreifen durch den Dichtfin (100) jeweils wenigstens in einem radialen Abschnitt (16) flexibel ausgebildet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zum Dichten eines Radialspalts, der durch einen oder mehrere Dichtfins einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, begrenzt ist, eine Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, mit der Dichtungsanordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen der Dichtungsanordnung.
  • Durch rotor- oder statorseitige Radialflansche, die in Umfangs- bzw. Rotationsrichtung umlaufend ausgebildet sind, sogenannte Dichtfins, können Radialspalte in Turbomaschinen vorteilhaft gedichtet, insbesondere Labyrinthdichtungen zur Verfügung gestellt werden.
  • Insbesondere aufgrund von Manöverlasten bei Flugtriebwerken, thermischen Ausdehnungen und/oder Schwingungen kann es zum Anstreifen solcher Dichtfins an den diesen radial gegenüberliegenden Dichtflächen kommen, so dass sich die Dichtfins im Betrieb in diese Dichtflächen einreiben bzw. diese eingelaufen werden.
  • Insbesondere, um dabei einen Abrieb der Dichtfins und/oder eine Erwärmung zu reduzieren, können solche Dichtflächen starre (Honig)Waben(dichtungen) aufweisen, bei denen die Wabenwände besser eingerieben werden können als Vollmaterial und/oder die Wabenstruktur den Strömungswiderstand erhöht bzw. die Dichtwirkung verbessert.
  • Nachteilig vergrößert ein solcher Einrieb jedoch den entsprechenden Radialspalt, insbesondere, sobald die thermische Ausdehnung bzw. Schwingung (wieder) kleiner wird bzw. die Flugmanöver beendet sind.
  • Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtung für bzw. in eine(r) Turbomaschine zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 11, 13 stellen eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine, mit einer oder mehreren hier beschriebenen Dichtungsanordnungen bzw. ein Verfahren zum Herstellen einer hier beschriebenen Dichtungsanordnung unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Dichtungsanordnung, die einen Radialspalt dichtet bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist bzw. verwendet wird, der durch einen oder mehrere, insbesondere axial und/oder radial voneinander beabstandete, Dichtfin(s) einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks, (radial) begrenzt ist bzw. wird, mehrere in Umfangs- und/oder Axialrichtung, insbesondere regelmäßig bzw. äquidistant oder unregelmäßig, verteilt (angeordnet)e Dichtelemente auf, deren dichtfinzugewandte radiale Endabschnitte gegeneinander bzw. relativ zueinander, insbesondere wenigstens in einer Klapprichtung, die, insbesondere in einer Abwicklung um die Rotationsachse bzw. in einer (Schnitt)Ebene senkrecht zur Radialrichtung, mit der Umfangsrichtung einen Winkel einschließt, welcher höchstens 40°, insbesondere höchstens 25°, insbesondere höchstens 15° beträgt, beweglich (angeordnet bzw. ausgebildet) sind, wobei die Dichtelemente jeweils wenigstens in einem radialen Abschnitt flexibel ausgebildet sind, so dass sie bei einem Anstreifen durch den bzw. einen der Dichtfin(s) elastisch (rück)federnd umgebogen, insbesondere ihre dichtfinzugewandten radialen Endabschnitte weggebogen bzw. -klappt, werden bzw. die hierzu eingerichtet sind bzw. verwendet werden.
  • Hierdurch können diese Dichtelemente bzw. deren Endabschnitte in einer Ausführung dem bzw. den anstreifenden Dichtfin(s) unter Umbiegen in dem flexiblen radialen Abschnitt elastisch ausweichen, um anschließend wieder zurückzufedern, wenn thermische Ausdehnungen, Schwingungen, Manöverlasten oder dergleichen, die zu dem Anstreifen geführt haben, sich reduzieren. Dadurch können durch den bzw. die Dichtfin(s) begrenzte Radialspalte besser gedichtet werden. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch in einer Ausführung Abrieb der Dichtfins und/oder eine Erwärmung reduziert werden.
  • Die Richtungsangabe "axial" bezeichnet vorliegend insbesondere in fachüblicher Weise eine Richtung parallel zu einer (Haupt)Rotations- bzw. Maschinenachse der Turbomaschine, die Angabe "Umfangsrichtung" entsprechend insbesondere in fachüblicher Weise eine Rotations- bzw. Umlaufrichtung der Turbomaschine, die Richtungsangabe "radial" entsprechend insbesondere in fachüblicher Weise eine zur Axial- und Umfangsrichtung senkrechte Richtung.
  • In einer Ausführung werden bzw. sind diese Dichtelemente, insbesondere integral miteinander, teilweise oder vollständig mithilfe eines generativen Verfahrens bzw. schichtweise durch lokales bzw. selektives, insbesondere optisches, thermisches und/oder chemisches, Verfestigen und/oder -binden von, insbesondere flüssigem, pastösen oder schüttfähigem, insbesondere körnigem oder pulverförmigen, Ausgangsmaterial, insbesondere Metall und/oder Kunststoff, hergestellt.
  • Hierdurch können in einer Ausführung insbesondere auch komplexe(re) und(oder filigranere Dichtelemente und/oder abschnittsweise erhöhte Flexibilitäten realisiert werden.
  • In einer Ausführung können ein oder mehrere, insbesondere wenigstens die Mehrzahl der Dichtelement(e jeweils) ein Vollprofil(querschnitt) aufweisen, insbesondere (bürsten)borsten- bzw. stabförmig ausgebildet sein bzw. werden.
  • In einer Ausführung weist bzw. weisen ein oder mehrere, insbesondere wenigstens die Mehrzahl der Dichtelement(e jeweils) in einem dichtfinabgewandten radialen Abschnitt ein, insbesondere vier-, insbesondere rechteckiges, Hohlprofil auf, das durch einen Boden in Radialrichtung verschlossen ist.
  • Hierdurch kann in einer Ausführung Gewicht reduziert und/oder, insbesondere durch zusätzlich induzierte Verwirbelungen oder dergleichen, eine Dichtwirkung verbessert werden.
  • In einer Ausführung weist bzw. weisen ein oder mehrere, insbesondere wenigstens die Mehrzahl der Dichtelement(e jeweils) in einem dichtfinzugewandten radialen Abschnitt, insbesondere Endabschnitt, insbesondere in einer Abwicklung um die Rotationsachse bzw. in einer (Schnitt)Ebene senkrecht zur Radialrichtung, ein, insbesondere U-förmiges und/oder in Umfangsrichtung offenes bzw. geschlitztes, Profil mit einem, zwei oder mehr Schenkel(n) auf, der bzw. die (jeweils) mit der Umfangsrichtung einen Winkel einschließt/einschließen, welcher höchstens 40°, insbesondere höchstens 25°, insbesondere höchstens 15° beträgt, und/oder (jeweils) eine Wand eines Profils in einem dichtfinabgewandten radialen Abschnitt dieses Dichtelements und/oder einen Schenkel eines Profils in einem (axial) benachbarten radialen Abschnitt eines weiteren Dichtelements wenigstens teilweise ab- bzw. überdeckt bzw. - greift.
  • Durch solche Schenkel bzw. Profile kann in einer Ausführung eine Vorzugsbiege- bzw. -klapprichtung ausgeprägt bzw. -bildet werden bzw. sein, die mit der Umfangsrichtung höchstens den genannten Winkel einschließt, insbesondere - wenigstens im Wesentlichen - parallel zur Umfangsrichtung ist, so dass die Dichtelemente bei einem Anstreifen des bzw. der in Umfangsrichtung rotierenden Dichtfins vorteilhaft elastisch ausweichen bzw. umgebogen bzw. -klappt werden können. Zusätzlich oder alternativ können Schenkel der dichtfinzugewandten radialen Abschnitte, die (radial darunter liegende) Wände der dichtfinabgewandten radialen Abschnitte, insbesondere der vorstehend erläuterten Hohlprofile, wenigstens teilweise überdecken, und/oder (axial) benachbarten Schenkel benachbarter Dichtelemente wenigstens teilweise überdecken, eine Dichtung, insbesondere in Axialrichtung, verbessert werden.
  • In einer Ausführung weist bzw. weisen ein oder mehrere, insbesondere wenigstens die Mehrzahl der Dichtelement(e jeweils) in einem radialen Verbindungsabschnitt zwischen einem bzw. dem dichtfinzugewandten radialen Abschnitt und einem bzw. dem dichtfinabgewandten radialen Abschnitt in einer bzw. der Klapprichtung, die mit der Umfangsrichtung einen Winkel einschließt, welcher höchstens 40°, insbesondere höchstens 25°, insbesondere höchstens 15° beträgt, eine Biegesteifigkeit auf, die wenigstens 1%, insbesondere wenigstens 5%, insbesondere wenigstens 10%, und/oder höchstens 90%, insbesondere höchstens 75%, insbesondere höchstens 50%, insbesondere höchstens 35%, einer Biegesteifigkeit dieses dichtfinzugewandten und/oder dichtfinabgewandten Abschnitts in der Klapprichtung beträgt.
  • Hierdurch können die Dichtelemente in einer Ausführung dem bzw. den anstreifenden Dichtfin(s) vorteilhaft elastisch ausweichen und anschließend wieder zurückfedern.
  • Unter einer Biegesteifigkeit c wird vorliegend insbesondere in fachüblicher Weise der Quotient aus einer eine Biegung verursachenden Belastung P und einer resultierenden Biegung B verstanden (c = P/B), insbesondere ein Produkt aus Elastizitätskoeffizient und entsprechendem Flächenträgheits- bzw. Biegewiderstandsmoment.
  • In einer Weiterbildung kann der Verbindungsabschnitt (jeweils) ein, insbesondere in Umlaufrichtung des bzw. der Dichtfins vorderes, Bandscharnier aufweisen, insbesondere hieraus bestehen, in einer Ausführung in Form eines durchgehenden oder mehrerer, insbesondere paralleler, freistehenden Stege(s), der bzw. die in einer Ausführung, insbesondere stufenlos oder gestuft, in eine Wand des Hohlprofils des dichtfinabgewandten radialen Abschnitts und/oder eine Wand des offenen Profils des dichtfinzugewandten radialen Abschnitts übergeht/übergehen.
  • Hierdurch kann in einer Ausführung, insbesondere in Verbindung mit einer generativen Herstellung, eine vorteilhafte Verformungscharakteristik ausgebildet werden.
  • In einer Ausführung ist/sind ein oder mehrere, insbesondere wenigstens die Mehrzahl der Dichtelement(e jeweils) bereits i(n seine)m unverformten bzw. nicht elastisch umgebogenen Zustand in Umlaufrichtung des bzw. der Dichtfins geneigt.
  • Hierdurch kann in einer Ausführung ein Umbiegen bzw. -klappen verbessert werden.
  • In einer Ausführung schließen wenigstens zwei der Dichtelemente, insbesondere mehrere der Dichtelemente jeweils paarweise, in Umfangsrichtung aneinander an, in einer Weiterbildung können sie insbesondere (jeweils bzw. paarweise) eine gemeinsame Wandung aufweisen. Zusätzlich oder alternativ schließen in einer Ausführung wenigstens zwei der Dichtelemente, insbesondere mehrere der Dichtelemente jeweils paarweise, in Axialrichtung aneinander an, in einer Weiterbildung können sie insbesondere (jeweils bzw. paarweise) eine gemeinsame Wandung aufweisen.
  • In einer Weiterbildung sind zwei oder mehr der Dichtelemente, die in Axialrichtung aneinander anschließen, in Umfangsrichtung, insbesondere alternierend und/oder um wenigstens 25% und/oder höchstens 75% ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung, gegeneinander versetzt angeordnet.
  • Hierdurch kann in einer Ausführung, insbesondere in Verbindung mit einer generativen Herstellung, eine vorteilhafte (Honig)Waben(labyrinth)dichtung(sanordnung) realisiert werden bzw. sein, deren einzelne (Waben- bzw. Dicht)elemente dem bzw. den anstreifenden Dichtfin(s) elastisch ausweichen.
  • In einer Ausführung beträgt eine, insbesondere maximale, minimale oder mittlere, Erstreckung eines oder mehrerer, insbesondere wenigstens der Mehrzahl der Dichtelement(e) in Axialrichtung, insbesondere an der dichtfinzugewandten Stirnseite, (jeweils) wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 25%, und/oder höchstens 200%, insbesondere höchstens 100%, insbesondere höchstens 75%, einer, insbesondere maximalen, minimalen oder mittleren, Wandstärke einer dichtelementzugewandten Stirnseite des bzw. jeweils eines der Dichtfins.
  • Durch eine solche Relation kann in einer Ausführung ein vorteilhaftes Umbiegen, insbesondere Umklappen, der Dichtelemente durch den bzw. die anstreifenden Dichtfin(s) realisiert werden, insbesondere ein Dichtfin nur eine geringe Anzahl von axial aufeinanderfolgenden Dichtelementreihen beaufschlagen, wobei nicht beaufschlagte Dichtelementreihen in einer Ausführung die Dichtung verbessern und/oder axiale Bewegungen des Dichtfins kompensieren können.
  • In einer Ausführung sind bzw. werden die Dichtelemente einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gehäuseseitig bzw. -fest an, insbesondere in, der Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, angeordnet, die in einer Ausführung eine Flugtriebwerk-Gasturbine ist. In einer Weiterbildung ist/sind der bzw. die Dichtfin(s) auf einem Außendeckband eines Laufgitters bzw. von Laufschaufeln der Turbomaschine und die Dichtelemente entsprechend in einem diese(s/n) aufnehmenden Strömungskanal radial gegenüber dem bzw. den Dichtfin(s) angeordnet. In einer Weiterbildung ist/sind der bzw. die Dichtfin(s) auf einem Rotor der Turbomaschine und die Dichtelemente radial gegenüberliegend, insbesondere auf einem Innendeckband eines Leitgitters bzw. von Leitschaufeln der Turbomaschine, angeordnet.
  • Hierdurch werden die wenigstens abschnittsweise flexiblen Dichtelemente in einer Ausführung vorteilhaft nicht durch Fliehkräfte infolge der Rotation des Rotors der Turbomaschine beaufschlagt.
  • In einer Ausführung weist die Dichtungsanordnung einen, insbesondere einteiligen oder, insbesondere in Umfangsrichtung, segmentierten, Dichtring auf, an dem die Dichtelemente angeordnet sind, in einer Ausführung besteht sie hieraus. Die Dichtungsanordnung kann in einer Ausführung auch den bzw. die Dichtfins aufweisen bzw. umfassen.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
    • Fig. 1
    eine Draufsicht auf einen Teil einer Dichtungsanordnung einer Turbomaschine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in radialer Richtung;
    Fig. 2
    einen Axialschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;
    Fig. 3
    einen Fig. 2 entsprechenden Schnitt bei anstreifendem Dichtfin; und
    Fig. 4;
    einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2.
  • Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Dichtungsanordnung einer Turbomaschine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in radialer Richtung, wobei gestrichelt eine dichtelementzugewandte Stirnseite eines Dichtfins 100 angedeutet ist. Fig. 2 - 4 zeigen einen Axialschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 (Fig. 2, 3) bzw. einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2.
  • In Fig. 1, 4 verläuft eine Umfangsrichtung horizontal und eine Axialrichtung vertikal, in Fig. 2, 3 die Umfangsrichtung ebenfalls horizontal und eine Radialrichtung vertikal.
  • Wie insbesondere in Fig. 1 erkennbar, weist die Dichtungsanordnung mehrere in Umfangs- und Axialrichtung verteilte baugleiche Dichtelemente auf, wobei in Umfangsrichtung aneinander anschließende Dichtelemente jeweils eine gemeinsame Wandung 11 aufweisen und in Axialrichtung aneinander anschließende Dichtelemente jeweils eine gemeinsame Wandung 12 aufweisen (vgl. Fig. 4) und in Umfangsrichtung alternierend um 50% ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind.
  • In ihren dichtfinabgewandten radialen Abschnitten (unten in Fig. 2, 3) weisen die Dichtelemente jeweils ein rechteckiges Hohlprofil (vgl. den Schnitt der Fig. 4 in diesem dichtfinabgewandten radialen Abschnitten) auf, das durch einen Boden 13 in Radialrichtung verschlossen ist.
  • In ihren dichtfinzugewandten radialen Endabschnitten (oben in Fig. 2, 3) weisen die Dichtelemente jeweils ein U-förmiges, in Umfangsrichtung offenes Profil mit zwei Schenkeln 14, 15 auf, die im Ausführungsbeispiel parallel zur Umfangsrichtung sind.
  • Diese Schenkel 14, 15 überdecken mit einem unteren Flügel 14A jeweils teilweise eine radial darunterliegende Wand 12 des vorstehend genannten Hohlprofils.
  • Zugleich überdecken die Schenkel 14, 15 mit ihrem dichtfinzugewandten Teil (oben in Fig. 2, 3) jeweils teilweise entsprechende Schenkel 15 bzw. 14 eines Profils in einem dichtfinzugewandten radialen Abschnitt eines axial benachbarten weiteren Dichtelements (vgl. Fig. 1).
  • Die in Umlaufrichtung (von links nach rechts in Fig. 1-4) des Dichtfins 100 vorderen Wände (links in Fig. 1-3) der Hohl- und der U-Profile der Dichtelemente sind jeweils durch einen freistehenden Steg 16 miteinander verbunden, der ein Bandscharnier bzw. einen Verbindungsabschnitt bildet, der das dichtfinzugewandten U-Profil mit den Schenkeln 14, 15 und das dichtfinabgewandten Hohlprofil mit den Wänden 11, 12 verbindet.
  • Da der freistehenden Steg 16 in Umfangsrichtung nicht wie das Hohlprofil durch die Wände 12 und nicht wie das U-Profil durch die Schenkel 14, 15 versteift ist, beträgt seine Biegesteifigkeit in dieser Klapprichtung nur einen Bruchteil der Biegesteifigkeit von Hohl- und U-Profil.
  • Entsprechend werden die Dichtelemente, die in diesen Verbindungsabschnitten 16 flexibel ausgebildet sind, bei einem Anstreifen durch den Dichtfin 100 elastisch federnd umgebogen. Insbesondere klappen ihre dichtfinzugewandten U-Profile sozusagen in den Bandscharnieren 16 elastisch um, wie die Zusammenschau der Fig. 2, 3 verdeutlicht, wobei sie bei Entfernen des Dichfins wieder elastisch zurückfedern (vgl. Fig. 3 → Fig. 2).
  • Wie in Fig. 1 verdeutlicht, beträgt eine Erstreckung der Dichtelemente in Axialrichtung im Ausführungsbeispiel etwa 120% einer Wandstärke der dichtelementzugewandten Stirnseite des Dichtfins 100. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann umgekehrt auch die Stirnseite des Dichtfins 100 axial breiter sein als die einzelnen Dichtelemente, so dass der Dichtfin 100 stets wenigstens an zwei oder mehr axial benachbarte Dichtelementreihen anstreift bzw. deren U-Profile umklappt.
  • Die Dichtelemente sind bzw. werden mithilfe eines generativen Verfahrens hergestellt und können beispielsweise in einem Strömungskanal der Turbomaschine gehäuseseitig angeordnet sein bzw. werden, so dass sie dem Dichtfin 100 radial gegenüberliegen, der seinerseits beispielsweise auf einem Außendeckband eines Laufgitters oder einer anderen Mantelfläche eines Rotors der Turbomaschine angeordnet sein kann.
  • Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
  • So sind im Ausführungsbeispiel die Dichtelemente bzw. deren U-Profile im unverformten bzw. nicht elastisch umgebogenen Zustand radial ausgerichtet. In einer nicht dargestellten Abwandlung können diese auch bereits im unverformten bzw. nicht elastisch umgebogenen Zustand in Umlaufrichtung des Dichtfins 100 geneigt sein und durch den anstreifenden Dichtfin 100 dann stärker in Umlaufrichtung weggebogen bzw. -klappt zu werden (vgl. Fig. 3).
  • Desweiteren schließen im Ausführungsbeispiel die Schenkel 14, 15 mit der Umfangsrichtung einen Winkel von 0° ein, welcher in einer nicht dargestellten Abwandlung auch bis zu 40° betragen kann. Mit anderen Worten können die Dichtelemente auch schräg zur Umfangsrichtung ausgerichtet sein bzw. verlaufen.
  • Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
    • Bezugszeichenliste
    • 11, 12
    gemeinsame Wand von Hohlprofilen
    13
    radialer Boden
    14, 15
    Schenkel von U-Profilen
    14A
    Flügel
    16
    Bandscharnier (Verbindungsabschnitt)
    100
    Dichtfin

Claims (13)

  1. Dichtungsanordnung zum Dichten eines durch wenigstens einen Dichtfin (100) einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, begrenzten Radialspalts, wobei die Dichtungsanordnung mehrere in Umfangs- und/oder Axialrichtung verteilte Dichtelemente (11-16) aufweist, deren dichtfinzugewandte radiale Endabschnitte (14, 15) gegeneinander beweglich sind, wobei die Dichtelemente (11-16) zum elastisch federnden Umbiegen bei einem Anstreifen durch den Dichtfin (100) jeweils wenigstens in einem radialen Abschnitt (16) flexibel ausgebildet sind.
  2. Dichtungsanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (11-16) wenigstens teilweise mithilfe eines generativen Verfahrens hergestellt sind.
  3. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Dichtelemente (11-16) in einem dichtfinabgewandten radialen Abschnitt ein, insbesondere vier-, insbesondere rechteckiges, Hohlprofil (11, 12) aufweist, das durch einen Boden (13) in Radialrichtung verschlossen ist.
  4. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Dichtelemente (11-16) in einem dichtfinzugewandten radialen Abschnitt ein, insbesondere U-förmiges und/oder in Umfangsrichtung offenes, Profil mit wenigstens einem Schenkel (14, 15) aufweist, der mit der Umfangsrichtung einen Winkel einschließt, welcher höchstens 40° beträgt, und/oder eine Wand (12) eines Profils in einem dichtfinabgewandten radialen Abschnitt des Dichtelements und/oder einen Schenkel (15, 14) eines Profils in einem benachbarten radialen Abschnitt eines weiteren Dichtelements wenigstens teilweise überdeckt.
  5. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Dichtelemente (11-16) in einem radialen Verbindungsabschnitt (16) zwischen einem dichtfinzugewandten radialen Abschnitt (14, 15) und einem dichtfinabgewandten radialen Abschnitt (11-13) in einer Klapprichtung, die mit der Umfangsrichtung einen Winkel einschließt, welcher höchstens 40° beträgt, eine Biegesteifigkeit aufweist, die wenigstens 1% und/oder höchstens 90% einer Biegesteifigkeit des dichtfinzugewandten und/oder dichtfinabgewandten Abschnitts (11-15) in der Klapprichtung beträgt.
  6. Dichtungsanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt ein, insbesondere in Umlaufrichtung des Dichtfins (100) vorderes, Bandscharnier (16) aufweist.
  7. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Dichtelemente (11-16) im unverformten Zustand in Umlaufrichtung des Dichtfins (100) geneigt ist.
  8. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Dichtelemente (11-16) in Umfangsrichtung aneinander anschließen, insbesondere eine gemeinsame Wandung (11) aufweisen, und/oder wenigstens zwei der Dichtelemente (11-16) in Axialrichtung aneinander anschließen, insbesondere eine gemeinsame Wandung (12) aufweisen.
  9. Dichtungsanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in Axialrichtung aneinander anschließende Dichtelemente (11-16) in Umfangsrichtung, insbesondere alternierend und/oder um wenigstens 25% und/oder höchstens 75% ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung, gegeneinander versetzt angeordnet sind.
  10. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erstreckung wenigstens eines der Dichtelemente (11-16) in Axialrichtung wenigstens 10% und/oder höchstens 200% einer Wandstärke einer dichtelementzugewandten Stirnseite des Dichtfins (100) beträgt.
  11. Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, mit wenigstens einer Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Turbomaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (11-16) der Dichtungsanordnung gehäuseseitig angeordnet sind.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (11-16) wenigstens teilweise mithilfe eines generativen Verfahrens hergestellt werden.
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