EP3472438B1 - Dichtsegment für eine turbine, anordnung zur äusseren begrenzung eines strömungspfades einer turbine sowie stator-rotor-dichtung - Google Patents

Dichtsegment für eine turbine, anordnung zur äusseren begrenzung eines strömungspfades einer turbine sowie stator-rotor-dichtung Download PDF

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EP3472438B1
EP3472438B1 EP17755096.9A EP17755096A EP3472438B1 EP 3472438 B1 EP3472438 B1 EP 3472438B1 EP 17755096 A EP17755096 A EP 17755096A EP 3472438 B1 EP3472438 B1 EP 3472438B1
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EP
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sealing
side wall
turbine
segment
segments
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Ole Geisen
Marian Gollmer
David Rule
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to a sealing segment according to the preamble of claim 1, an arrangement for the external limitation of a flow path of a turbine and a stator-rotor seal.
  • the flow path is delimited radially on the outside, among other things, by means of elements that can be assembled into a ring.
  • These elements are generally known as ring segments, which extend over a certain arc length of the flow channel, which is annular in cross section.
  • the ring segments are hooked onto one or more hook connections on a carrier, usually on the turbine guide vane carrier, so that their inwardly facing surface faces the tips of rotor blades that pass underneath.
  • the rotor blade tips are designed with shrouds that clamp the rotor blades together in the circumferential direction.
  • sealing tips are usually arranged which extend in the circumferential direction and which, with the said ring segments, define the gap to be minimized.
  • sealing tapes In order to reduce or avoid hot gas losses in the radially outer rear space of ring segments, it is, for example, from the US 2014/0271142 A1 known to use sealing tapes in mutually opposite grooves of adjacent ring segments of a sealing ring.
  • the DE 10 2013 205 883 A1 before integrally molding such sealing tapes on one of the two components and thus to provide a tongue and groove seal, for example also between blade segments adjacent in the circumferential direction.
  • the ring segments have sealing elements in the form of a honeycomb structure, also known as "honeycomb" in English.
  • honeycomb also known as "honeycomb” in English.
  • the sealing tips pointing outwards on the shrouds can cut into the lamellae of the honeycomb structure in order to further reduce a loss of working medium.
  • the ring segments and the sealing elements arranged thereon are generally of rectangular design, so that butt joints can be present between two immediately adjacent ring segments of a ring. In order to reduce the flow through this butt joint, which extends parallel to the main flow direction of the working medium, these are lined up as closely as possible.
  • stator-rotor seals In addition, it is known for labyrinth-like stator-rotor seals to use elements similar to the ring segments as a stator seal component. Circumferential tips are then present on the rotor as a rotor seal component, which may cut into the stator seal component and in particular into honeycomb structures.
  • the stator-rotor seal is intended to reduce or even prevent leakage flow along the rotor, so that in this application the same problems can occur as with the ring segments.
  • the object of the invention is therefore to provide a sealing segment and an arrangement for the external limitation of a flow path of a turbine, in which the leakage flow along said butt joints is further reduced.
  • the said arrangement should be particularly simple to manufacture and, overall, represent a particularly durable construction.
  • the sealing segment can therefore be designed as a ring segment or as part of a stator-rotor seal.
  • a sealing segment for a turbine which can be assembled with further thereof in a turbine to form an outer boundary of an annular flow path of the turbine or to form a sealing component of a stator-rotor seal, with a plate-shaped wall which comprises a first side face which in the installed state of the sealing segment facing the blade tips of moving blades or the other sealing component and an edge which encircles the first side surface in a closed manner and on which four side wall sections collide with the first side surface and with a sealing element which is arranged over the entire surface on the first side surface and which comprises four sealing side wall sections in an analogous manner to the wall, provided that on at least one of those side wall sections and / or on at least one of those sealing side wall sections which, when a sealing segment is installed in a turbine to form a ring nten - point to adjacent sealing segments of the relevant ring, a number of sealing lamellae is provided to reduce a flow along the relevant sealing side wall section.
  • a plurality of sealing segments in accordance with the above embodiment form an assembled ring that forms the outside to limit the flow path of a working medium of a turbine, or, in the case of a stator-rotor seal, the sealing lamellae of one biased to a first sealing segment on a side wall section or sealing side wall section of a further sealing segment immediately adjacent to the first sealing segment.
  • a plurality of sealing lamellae are preferably provided for each relevant sealing side wall section or side wall section.
  • sealing lamellae are provided between immediately adjacent sealing segments of an arrangement, which at least partially obstruct said leakage flow.
  • sealing lamellae are provided on the (sealing) side wall section, the ends of which can lie prestressed on the contact surfaces of a sealing segment adjacent thereto.
  • the sealing lamellae are preferably one-sided, i.e. attached to only one sealing segment. So that their free ends always rest on the contact surfaces of adjacent sealing segments, they are in particular elastically deformable or flexible and, in particular, curved.
  • these can enable automatic adjustment of the sealing lamellae on the contact surfaces of the adjacent sealing segments in the event of thermal expansion of the sealing segments.
  • the said butt joint can thus be reliably sealed for different operating temperatures. Due to the one-sided fastening of the sealing lamellae, the assembly of the sealing segments in an arrangement despite the presence of the lamella-like butt joint sealing can still be ensured simply and quickly.
  • the sealing lamellae in question extend transversely to the flow direction of a working medium or leakage flow flowing in the turbine, and in particular in relation to their installation position in a turbine, in the circumferential direction and in the radial direction. This achieves an efficient reduction in the longitudinal flow through the butt joints.
  • the sealing lamellas in question preferably protrude at an angle of less than 90 ° from flat surfaces of the relevant side wall sections or sealing side wall sections. This leads to a particularly suitable elastic deformability of the lamellae if two sealing segments of the arrangement are assembled during assembly and the sealing lamellae come to bear against the contact surfaces of the adjacent sealing segment. This prevents compression of the sealing lamellae.
  • the sealing lamellae are curved towards their free end.
  • sealing element is designed as a honeycomb structure.
  • the sealing lamellae are then preferably preferably integral parts of the sealing element, so that, viewed in the circumferential direction, they protrude beyond the side edge of the wall.
  • the sealing element could also be designed as a removable coating system with one or more layers applied to the first side surface.
  • the sealing lamellae are produced by means of an additive manufacturing process and connected to the sealing element.
  • the sealing element itself could also be manufactured using the same additive manufacturing process, which would reduce the costs and the manufacturing time.
  • Figure 1 shows schematically a perspective view of the first embodiment of a sealing segment 10 according to the invention, which can be assembled in a turbine with others thereof on a turbine guide vane carrier in order to seal a gap between them and the rotor blades (not shown) of the turbine in question as far as possible.
  • the sealing segment can also be assembled into a ring which is used as a sealing component of a preferably labyrinthine stator-rotor seal.
  • the sealing segment 10 is essentially plate-shaped and rectangular in shape and comprises a corresponding wall 12, the first side surface 14 of which, in the installed state, faces the blade tips of rotor blades (not shown) or the rotor.
  • the moving blades can be both free-standing, that is to say coverless blades, and also covering band moving blades.
  • the Wall 12 has a second side surface 15 opposite the first side surface. In the installed state, this faces the turbine guide vane carrier (not shown). Grooves 17 are provided for fastening the sealing segment 10 to the turbine guide vane carrier. Instead, hooks could also be provided on the second side surface 15.
  • the side surface 14 is encompassed by a closed peripheral edge 16. Due to the rectangular shape of the wall 12, four side wall sections 16a-16d meet with the side surface 14 at the edge 16.
  • two side wall sections 16a and 16c and 16b and 16d are parallel to one another, the pair of side wall sections 16b, 16d being arranged parallel to the flow direction of the working medium of the turbine or to the leakage flow when the sealing segment 10 is installed in a turbine.
  • the side wall sections 16b, 16d could also be inclined to form an angle not equal to 90 ° to the flow direction of the working medium.
  • the flow direction is essentially understood to mean the axial direction A of the turbine.
  • Grooves 31 are provided in each of the side walls 16b, 16d, of which only one is visible due to the perspective representation. In the case of sealing segments 10 assembled into a ring, these grooves 31 lie opposite one another, so that conventional plate-shaped seals (not shown) are seated therein.
  • the butt joints 24 present between the (sealing) side walls of adjacent sealing segments 10 can thereby prevent leakage in the rear, i.e. be sealed radially outer region of the turbine. In other words, the flow through the butt joint 24 from the inside, i.e. from the flow channel to the outside i.e. towards the turbine guide vane carrier is largely suppressed.
  • a sealing element 18 is arranged, which according to this exemplary embodiment as honeycomb construction 19 ( Fig. 2 ) is designed.
  • the sealing element 18 comprises four sealing side wall sections 18a-18d in an analogous manner to the wall 12.
  • Both the side wall sections 16a, 16c and the sealing side wall sections 18a, 18c thus lie one behind the other in relation to the direction of flow, so that, for example, the side wall section 16a and the sealing side wall section 18a are arranged upstream of the side wall section 16c and the sealing side wall section 18c.
  • sealing lamellae 20 for reducing a flow along the relevant side wall section 16b or Sealing side wall section 18b is provided.
  • four slats are provided.
  • a larger number, as in Fig. 2 shown by way of example is also advantageous.
  • the respective sealing lamellae 20 protrude from flat surfaces of the sealing side wall sections 18b or side wall sections 16b at an angle ⁇ , which can be less than 90 °.
  • the angle ⁇ can be 60 °. They extend in a leaf spring-like manner from their first end 20a to their free end 20b.
  • the sealing element is designed as a honeycomb structure
  • the lamellae can be part of the honeycomb structure and - viewed in the circumferential direction - can protrude beyond the side wall section 16b.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the top view of two sealing segments 10a, 10b configured according to Figure 1 , during assembly to an arrangement 22.
  • the honeycomb construction 19 is only shown schematically.
  • the two immediately adjacent sealing segments 10a, 10b are moved towards one another during assembly in accordance with one of the arrows M such that the sealing lamellae 20, Figure 2 recognizable as a sealing segment 10a, on the side wall section 18d of the adjacent sealing segment, in Figure 2 referred to as the sealing segment 10b, come to rest.
  • the sealing lamellae 20 are bent elastically and are then prestressed against the side wall section 18d of the adjacent sealing segment 10b.
  • FIG 3 shows the two sealing segments 10a, 10b in their operating position, in which the sealing lamellae 20 of the first sealing segment 10a bears against the contact surface of the second sealing segment 10b (sealing side wall section 18d) due to the small distance between the two sealing segments 10a, 10b.
  • the arrow R indicates the direction of rotation of the blades with respect to the sealing segments 10. It is advantageous if the direction of rotation, as far as possible, is directed from the fixed end 20a of the sealing lamellae 20 to its free end 20b.
  • the invention thus relates to a sealing segment 10 for a turbine and an arrangement for sealing the gaps between the sealing segments 10 and the rotor blade of a turbine, the sealing segments comprising a plate-shaped wall 12, the first side surface 14 of which, in the installed state of the sealing segments, the blade tips of rotor blades facing is surrounded by a closed circumferential edge 16 and can be divided into four side wall sections 16a-16d and on the side surface 14 comprises a sealing element 18 arranged over the entire surface.
  • a number of sealing lamellae 20 is provided to reduce a flow along the relevant side wall section.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Dichtsegment gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Anordnung zur äußeren Begrenzung eines Strömungspfades einer Turbine sowie eine Stator-Rotor-Dichtung.
  • Es ist hinlänglich bekannt, dass bei Gasturbinen innerhalb der Turbineneinheit der Strömungspfad radial außen unter anderem mit Hilfe von zu einem Ring zusammensetzbaren Elementen begrenzt wird. Diese Elemente sind gemein hin als Ringsegmente bekannt, die sich über eine gewisse Bogenlänge des im Querschnitt gesehen ringförmigen Strömungskanals erstrecken. Bekanntermaßen werden die Ringsegmente über ein oder mehrere Hakenverbindung an einem Träger, zumeist an dem Turbinenleitschaufelträger eingehakt, so dass ihre nach innen weisende Fläche den darunter vorbeilaufenden Spitzen von Laufschaufeln zugewandt ist. Um dabei einen möglichst geringen Abstand zwischen der Strömungspfadbegrenzung und den Spitzen der Laufschaufeln zu erzielen ist es bekannt, dass die Laufschaufelspitzen mit Deckbändern ausgeführt sind, die die Laufschaufeln in Umfangsrichtung miteinander verspannen. An den nach außen weisenden Flächen der Deckbänder sind zumeist in Umfangsrichtung sich erstreckende Dichtspitzen angeordnet, die mit den besagten Ringsegmenten den zu minimierenden Spalt definieren.
  • Um Heißgasverluste in den radial weiter außen liegenden Rückraum von Ringsegmenten zu reduzieren bzw. zu vermeiden, ist es beispielsweise aus der US 2014/0271142 A1 bekannt, Dichtbänder in einander gegenüberliegende Nuten benachbarter Ringsegmente eines Dichtrings einzusetzen. Alternativ dazu schlägt die DE 10 2013 205 883 A1 vor, derartige Dichtbänder integral an einem der beiden Bauteile anzuformen und damit eine Nut-Feder-Abdichtung, beispielsweise auch zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Schaufelsegmenten, vorzusehen.
  • Dabei ist es bekannt, dass die Ringsegmente Dichtelemente in Form einer Wabenkonstruktion, im Englischen auch als "Honeycomb" bekannt, aufweisen. Bei derartigen Ringsegmenten ist vorgesehen, dass die an den Deckbändern nach außen weisende Dichtspitzen sich in die Lamellen der Wabenkonstruktion einschneiden können, um so ein Verlust an Arbeitsmedium weiter zu reduzieren.
  • Aufgrund der in Umfangsrichtung vorhandenden Segmentierung werden die Ringsegmente und die daran geordneten Dichtelemente in der Regel rechteckig ausgeführt, so dass Stoßfugen zwischen zwei unmittelbar benachbarten Ringsegmenten eines Rings vorhanden sein können. Um die Strömung durch diese Stoßfuge, welche sich parallel zur Hauptströmungsrichtung des Arbeitsmediums erstrecken, hindurch zu reduzieren, werden diese so eng wie möglich aneinander gereiht.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, dass längs dieser Stoßfugen Leckageströmungen auftreten können, welche den Wirkungsgrad der Turbine reduzieren können.
  • Daneben ist es für labyrinthartige Stator-Rotor-Dichtung bekannt zu den Ringsegmenten ähnliche Elemente als Stator-Dichtungsbestandteil zu verwenden. Am Rotor sind dann als Rotor-Dichtungsbestandteil umlaufende Spitzen vorhanden, die sich ggf. in den Stator-Dichtungsbestandteil und insbesondere in Wabenkonstruktionen einschneiden können. Die Stator-Rotor-Dichtung soll eine Leckageströmung längs des Rotors reduzieren oder gar bestenfalls verhindern, so dass bei diesem Anwendungsfall die gleichen Probleme auftreten können wie bei den Ringsegmenten.
  • Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Dichtsegments sowie einer Anordnung zur äußeren Begrenzung eines Strömungspfades einer Turbine, bei der die Leckageströmung längs besagter Stoßfugen weiter reduziert ist. Gleichzeitig soll die besagte Anordnung besonders einfach herzustellen sein sowie insgesamt eine besonders langlebige Konstruktion darstellen.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit einem Dichtsegment gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einer Anordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 erreicht.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, wobei deren Einzelmerkmale anspruchsübergreifend in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können. Mithin kann das Dichtsegment als Ringsegment oder als Bestandteil einer Stator-Rotor-Dichtung ausgestaltet sein.
  • Erfindungsgemäß ist bei einem Dichtsegment für eine Turbine, welches mit weiteren davon in einer Turbine zu einer äußeren Begrenzung eines ringförmigen Strömungspfades der Turbine oder zu einem Dichtungsbestandteil einer Stator-Rotor-Dichtung zusammensetzbar sind, mit einer plattenförmigen Wand, die eine erste Seitenfläche umfasst, die im verbauten Zustand des Dichtsegments den Schaufelspitzen von Laufschaufeln bzw. dem anderen Dichtungsbestandteil zugewandt ist und eine Kante, die geschlossen umlaufend die erste Seitenfläche umgreift und an der vier Seitenwandabschnitte mit der ersten Seitenfläche zusammenstoßen und mit einem Dichtelement, welches an der ersten Seitenfläche vollflächig angeordnet ist und welches in analoger Weise zur Wand vier Dichtseitenwandabschnitte umfasst, vorgesehen, dass an zumindest einer derjenigen Seitenwandabschnitte und/oder an zumindest einer derjenigen Dichtseitenwandabschnitte, die - bei in einer Turbine zu einem Ring montierten Dichtsegmenten - zu benachbarten Dichtsegmenten des betreffenden Rings weisen, eine Anzahl von Dichtlamellen zur Reduzierung einer Strömung längs des betreffenden Dichtseitenwandabschnitts vorgesehen ist. Weiter liegen bei einer Anordnung zur äußeren Begrenzung eines Strömungspfades einer Turbine, bei der eine Vielzahl von Dichtsegmenten gemäß obiger Ausführung einen montierten Ring bildend den Strömungspfad eines Arbeitsmediums einer Turbine außen begrenzend derart angeordnet sind, bzw. bei einer Stator-Rotor-Dichtung die Dichtlamellen eines ersten Dichtsegments an einem Seitenwandabschnitt bzw. Dichtseitenwandabschnitt eines zum ersten Dichtsegments unmittelbar benachbarten weiteren Dichtsegments vorgespannt an. Vorzugsweise sind je betreffenden Dichtseitenwandabschnitt bzw. Seitenwandabschnitt mehrere Dichtlamellen vorgesehen.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Strömung längs besagter Stoßfuge weiter reduziert und ggf. gar vermieden werden kann, wenn zwischen unmittelbar benachbarten Dichtsegmenten einer Anordnung Dichtlamellen vorgesehen sind, die die besagte Leckageströmung zumindest teilweise behindern. Um dies zu erreichen, sind am (Dicht-)Seitenwandabschnitt Dichtlamellen vorgesehen, deren Enden an den Kontaktflächen eines dazu benachbarten Dichtsegments vorgespannt anliegen können. Die Dichtlamellen sind vorzugweise einseitig, d.h. an lediglich einem Dichtsegment befestigt. Damit ihre freie Enden an den Kontaktflächen benachbarter Dichtsegmente stets anliegen, sind sie insbesondere elastisch verformbar bzw. flexibel und insbesondere gekrümmt ausgestaltet. Bei entsprechender Anordnung können diese bei auftretenden, thermisch bedingten Dehnungen der Dichtsegmente eine automatische Nachführung der Dichtlamellen an den Kontaktflächen der benachbarten Dichtsegmente ermöglichen. Somit kann für unterschiedliche Betriebstemperaturen die Abdichtung der besagten Stoßfuge zuverlässig erfolgen. Aufgrund der einseitigen Befestigung der Dichtlamellen ist die Montage der Dichtsegmente zu einer Anordnung trotz Vorhandensein der lamellenartigen Stoßfugenabdichtung unverändert einfach und schnell zu gewährleisten.
  • Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung erstrecken sich die betreffenden Dichtlamellen quer zur Strömungsrichtung eines in der Turbine strömenden Arbeitsmediums bzw. Leckageströmung und insbesondere, bezogen auf ihre Einbaulage in einer Turbine, sich in Umfangsrichtung und in Radialrichtung. Hierdurch wird eine effiziente Reduzierung der Längsdurchströmung der Stoßfugen erreicht.
  • Weiter bevorzugt stehen die betreffenden Dichtlamellen in einem Winkel von kleiner 90° von ebenen Oberflächen der betreffenden Seitenwandabschnitte bzw. Dichtseitenwandabschnitte ab. Dies führt zu einer besonders geeigneten elastischen Verformbarkeit der Lamellen, wenn zwei Dichtsegmente der Anordnung während der Montage zusammengesetzt werden und dabei die Dichtlamellen vorgespannt an den Kontaktflächen des benachbarten Dichtsegments zum Anliegen gelangen. Eine Stauchung der Dichtlamellen wird damit vermieden.
  • Der vorgenannte Effekt lässt sich weiter verbessern, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die Dichtlamellen zu ihrem freien Ende hin gewölbt sind.
  • Besonders bevorzugt ist diejenige Ausgestaltung, bei dem das Dichtelement als Wabenkonstruktion ausgestaltet ist. Vorzugsweise sind die Dichtlamellen dann vorzugsweise integrale Teile des Dichtelements, so dass diese in Umfangsrichtung betrachtet über den Seitenrand der Wand drüber hinausstehen. Alternativ könnte das Dichtelement auch als auf der ersten Seitenfläche aufgebrachtes abtragbares Beschichtungssystem mit ein oder mehreren Schichten ausgestaltet sein.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Dichtlamellen mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt und mit dem Dichtelement verbunden. Auch das Dichtelement selber könnte mittels des gleichen additiven Fertigungsverfahrens hergestellt sein, was die Kosten und die Herstellungszeit reduzieren würde.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise wie diese erreicht werden, werden verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Hierbei sind die Figuren lediglich schematisch dargestellt, wodurch insbesondere keine Einschränkung der Ausführbarkeit der Erfindung die Folge ist.
  • Weiter ist darauf hinzuweisen, dass alle nachfolgenden technischen Merkmale, welche mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, gleiche technische Wirkungen aufweisen.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßes Dichtsegments in einer schematischen Darstellung, wobei für die Erfindung unwesentliche Merkmale nicht dargestellt sind,
    Figur 2
    einen Ausschnitt einer Anordnung zur Begrenzung eines Strömungspfades einer Turbine, während des Zusammenbaus,
    Figur 3
    einen Ausschnitt aus einer Anordnung mit zwei in ihrer Betriebsposition befindlichen Dichtsegmenten und
    Figur 4
    ein zweites Ausführungsbeispiel analog zu Figur 2, mit Dichtlamellen an zwei Seitenwandabschnitten je Dichtsegment.
  • Figur 1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßes Dichtsegments 10, welches in einer Turbine mit weiteren davon an einen Turbinenleitschaufelträger zusammensetzbar sind, um einen Spalt zwischen ihnen und den Laufschaufeln (nicht dargestellt) der besagten Turbine weitest möglich abzudichten. Das Dichtsegment kann ebenso zu einem Ring zusammensetzt werden, der als Dichtungsbestandteil einer vorzugsweisen labyrinthartigen Stator-Rotor-Dichtung Verwendung findet.
  • Das Dichtsegment 10 ist von seiner Gestalt her im Wesentlichen plattenförmig sowie rechteckig und umfasst eine dementsprechende Wand 12, deren ersten Seitenfläche 14 im verbauten Zustand den Schaufelspitzen von Laufschaufeln (nicht dargestellt) bzw. dem Rotor zugewandt ist. Bei den Laufschaufeln kann es sich sowohl um freistehende, d.h. deckbandlose Laufschaufeln handeln als auch um Deckband-Laufschaufeln. Die Wand 12 weist eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche 15 auf. Diese ist im verbauten Zustand dem (nicht dargestellten) Turbinenleitschaufelträger zugewandt. Zur Befestigung des Dichtsegments 10 am Turbinenleitschaufelträger sind Nuten 17 vorgesehen. Anstelle dessen könnten auch Haken an der zweiten Seitenfläche 15 vorgesehen sein.
  • Die Seitenfläche 14 wird von einer geschlossenen umlaufenden Kante 16 umgriffen. Aufgrund der Rechteckform der Wand 12 stoßen an die Kante 16 vier Seitenwandabschnitte 16a - 16d mit der Seitenfläche 14 zusammen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Seitenwandabschnitte 16a und 16c sowie 16b und 16d parallel zueinander, wobei das Paar der Seitenwandabschnitte 16b, 16d, wenn das Dichtsegment 10 in einer Turbine verbaut ist, parallel zur Durchströmungsrichtung des Arbeitsmediums der Turbine bzw. zur Leckageströmung angeordnet ist. Die Seitenwandabschnitte 16b, 16d könnten auch unter Bildung eines Winkels ungleich 90° zur Durchströmungsrichtung des Arbeitsmediums geneigt sein. Unter der Durchströmungsrichtung wird im Wesentlichen die Axialrichtung A der Turbine verstanden.
  • In den Seitenwänden 16b, 16d sind jeweils Nuten 31 vorgesehen, von denen aufgrund der perspektivischen Darstellung lediglich eine sichtbar ist. Bei zu einem Ring zusammengesetzen Dichtsegmenten 10 liegen diese Nuten 31 einander gegenüber, so dass darin konventionelle plattenförmige Dichtungen (nicht dargestellt) sitzen. Die zwischen den (Dicht-)Seitenwänden benachbarter Dichtsegmente 10 vorhandenen Stoßfugen 24 können dadurch gegen eine Leckage in den rückwärtigen, d.h. radial äußeren Bereich der Turbine abgedichtet werden. Mit anderen Worten: Die Durchströmung der Stoßfuge 24 von innen, d.h. vom Strömungskanal her nach außen d.h. zum Turbinenleitschaufelträger hin, wird damit weitestgehend unterdrückt.
  • An der ersten Seitenfläche 14 der Wand 12 ist ein Dichtelement 18 angeordnet, welches gemäß diesem Ausführungsbespiel als Wabenkonstruktion 19 (Fig. 2) ausgestaltet ist. Das Dichtelement 18 umfasst in analoger Weise zur Wand 12 vier Dichtseitenwandabschnitte 18a - 18d.
  • Sowohl die Seitenwandabschnitte 16a, 16c als auch die Dichtseitenwandabschnitte 18a, 18c liegen somit in Bezug auf die Durchströmungsrichtung hintereinander, so dass beispielsweise der Seitenwandabschnitt 16a und der Dichtseitenwandabschnitt 18a stromauf des Seitenwandabschnitts 16c und des Dichtseitenwandabschnitts 18c angeordnet sind.
  • An zumindest einer derjenigen Seitenwandabschnitte und/oder an zumindest einer derjenigen Dichtseitenwandabschnitte 18b, die bei in einer Turbine zu einem Ring montierten Dichtsegment zu benachbarten Dichtsegmenten des betreffenden Rings weisen, ist eine Anzahl von Dichtlamellen 20 zur Reduzierung einer Strömung längs des betreffenden Seitenwandabschnitts 16b bzw. Dichtseitenwandabschnitts 18b vorgesehen. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Lamellen vorgesehen. Eine größere Anzahl, wie in Fig. 2 beispielhaft gezeigt, ist ebenso vorteilhaft.
  • Die betreffenden Dichtlamellen 20 stehen von ebenen Flächen der Dichtseitenwandabschnitte 18b bzw. Seitenwandabschnitte 16b unter einem Winkel α ab, der kleiner als 90° sein kann. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel kann der Winkel α 60° betragen. Von ihrem ersten Ende 20a erstrecken sie sich in blattfederartiger Weise gekrümmt bis zu ihrem freien Ende 20b.
  • Wenn beispielsweise das Dichtelement als Wabenkonstruktion ausgestaltet ist, können die Lamellen Teil der Wabenkonstruktion sein und - in Umfangsrichtung betrachtet - über den Seitenwandabschnitt 16b hinaus überstehen.
  • Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung die Draufsicht auf zwei Dichtsegmente 10a, 10b ausgestaltet gemäß Figur 1, während der Montage zu einer Anordnung 22. Die Wabenkonstruktion 19 ist lediglich schematisch dargestellt. Die beiden unmittelbar benachbarten Dichtsegmente 10a, 10b werden während der Montage gemäß einem der Pfeile M so aufeinander hinzu bewegt, dass die an dem ersten Dichtsegment einseitig befestigten Dichtlamellen 20, in Figur 2 als Dichtsegment 10a zu erkennen, an dem Seitenwandabschnitt 18d des benachbarten Dichtsegments, in Figur 2 als Dichtsegment 10b bezeichnet, zum Anliegen gelangen. In der Betriebsposition, dargestellt in Figur 3, sind die Dichtlamellen 20 elastisch verbogen und liegen dann vorgespannt an dem Seitenwandabschnitt 18d des benachbarten Dichtsegments 10b an.
  • Damit wird eine Längs-Durchströmung der besagten Stoßfuge 24 mit Arbeitsmedium bzw. mit der Leckageströmung in Axialrichtung von stromauf nach stromab weitestgehend vermieden.
  • Figur 3 zeigt die beiden Dichtsegmente 10a, 10b in ihrer Betriebsposition, bei der die Dichtlamellen 20 des ersten Dichtsegments 10a aufgrund des geringen Abstandes zwischen den beiden Dichtsegmenten 10a, 10b vorgespannt an der Kontaktfläche des zweiten Dichtsegments 10b (Dichtseitenwandabschnitt 18d) anliegt.
  • Der Pfeil R gibt die Rotationsrichtung der Laufschaufeln in Bezug auf die Dichtsegmente 10 an. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Rotationsrichtung, soweit möglich, vom befestigten Ende 20a der Dichtlamellen 20 zu ihrem freien Ende 20b gerichtet ist.
  • Alternativ und so wie es Figur 4 zeigt, ist es möglich, dass die längs der Stoßfuge 24 aufeinander folgenden Dichtlamellen 20 an den beteiligten Ringsegmenten 10a, 10b abwechselnd befestigt sind. In diesem Fall ist nicht nur an einem Seitenwandabschnitt (vgl. Fig. 2, 18b), sondern an zwei Seitenwandabschnitten 18b und 18d Dichtlamellen 20 angeordnet.
  • Insgesamt betrifft die Erfindung somit ein Dichtsegment 10 für eine Turbine sowie eine Anordnung zur Abdichtung der Spalte zwischen Dichtsegmenten 10 und Laufschaufel einer Turbine, wobei die Dichtsegmente eine plattförmige Wand 12 umfassen, deren erste Seitenfläche 14, welche im verbauten Zustand der Dichtsegmente den Schaufelspitzen von Laufschaufeln zugewandt ist von einer geschlossen umlaufenden Kante 16 umgriffen und in vier Seitenwandabschnitte 16a - 16d unterteilbar ist und an der Seitenfläche 14 ein vollflächig angeordnetes Dichtelement 18 umfasst. Um eine zwischen unmittelbar benachbarten Dichtsegmenten 10 gegebenenfalls auftretende lokale Strömung weiter zu minimieren bzw. gar zu unterbinden, wird vorgeschlagen, dass an zumindest einer derjenigen Seitenwandabschnitten 16 und/oder an zumindest einer derjenigen Dichtseitenwandabschnitten (18) die in einer Turbine zu einem Ring monierten Dichtsegmenten - zu benachbarten Dichtsegmenten des betreffenden Rings weisen, eine Anzahl von Dichtlamellen 20 zur Reduzierung einer Strömung längst des betreffenden Seitenwandabschnitts vorgesehen ist.

Claims (10)

  1. Dichtsegment (10) für eine Turbine, um mit weiteren davon in einer Turbine zur Abdichtung eines Spalts zwischen ihnen und Laufschaufeln einer Turbine oder zu einem Dichtungsbestandteil einer Stator-Rotor-Dichtung zusammensetzbar zu sein,
    mit einer plattenförmigen Wand (12), die umfasst:
    - eine erste Seitenfläche, die im verbauten Zustand des Dichtsegments (10) den Schaufelspitzen von Laufschaufeln bzw. dem anderen Dichtungsbestandteil zugewandt ist und
    - eine Kante, die geschlossen umlaufend die erste Seitenfläche umgreift und an der mehrere Seitenwandabschnitte (16) mit der ersten Seitenfläche (14) zusammenstoßen und
    mit einem Dichtelement (18), welches an der ersten Seitenfläche vollflächig angeordnet ist und welches in analoger Weise zur Wand (12) in Dichtseitenwandabschnitte (18) umfasst, dadurch gekennzeichnet,
    dass an zumindest einer derjenigen Seitenwandabschnitte (16) und/oder an zumindest einer derjenigen Dichtseitenwandabschnitte (18), die - bei in einer Turbine zu einem Ring montierten Dichtsegmenten (10) - zu benachbarten Dichtsegmenten (10) des betreffenden Rings weisen, eine Anzahl von Dichtlamellen (20) zur Reduzierung einer Strömung längs des betreffenden Seitenwandabschnitts (18) in Axialrichtung von stromauf nach stromab vorgesehen ist.
  2. Dichtsegment (10) nach Anspruch 1,
    die dem die betreffenden Dichtlamellen (20) sich quer zur Strömungsrichtung eines in der Turbine strömenden Arbeitsmediums bzw. Leckageströmung und insbesondere, bezogen auf ihre Einbaulage in einer Turbine, sich in Umfangsrichtung (R) und in Radialrichtung erstrecken.
  3. Dichtsegment (10) nach Anspruch 1 oder 2,
    bei dem die betreffenden Dichtlamellen (20) in einem Winkel von kleiner 90° von den Seitenwandabschnitten (16) bzw. Dichtseitenwandabschnitten (18) abstehen.
  4. Dichtsegment (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    bei dem die Dichtlamellen (20) zum ihren freien Ende (20b) hin gewölbt sind.
  5. Dichtsegment (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    bei dem das Dichtelement (18) als Wabenkonstruktion ausgestaltet ist.
  6. Dichtsegment (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    bei dem die Dichtlamellen (20) Teile der Wabenkonstruktion sind.
  7. Dichtsegment (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    bei dem das Dichtelement (18) als abtragbares Beschichtungssystem mit ein oder mehreren Schichten ausgestaltet ist.
  8. Dichtsegment (10), nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    bei dem zumindest die Dichtlamellen (20) mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt sind.
  9. Anordnung (22) zur Abdichtung der Spalte zwischen Dichtsegmenten und Laufschaufeln einer Turbine,
    bei der eine Vielzahl von Dichtsegmenten (10) gemäß einer der Ansprüche 1 bis 8 einen segmentierten Ring bildend derart angeordnet sind, dass die Dichtlamellen (20) eines ersten Dichtsegments (10) an einem davon gegenüberliegenden Seitenwandabschnitt bzw. Dichtseitenwandabschnitt eines zum ersten Dichtsegment (10) unmittelbar benachbarten weiteren Dichtsegments (10) vorgespannt anliegen und eine Längs-Durchströmung der sich zwischen den benachbart angeordneten ersten und zweiten Dichtsegmenten (10) ausbildenden Stoßfuge (24) in einer Axialrichtung von stromauf nach stromab weitestgehend vermeidbar ist.
  10. Stator-Rotor-Dichtung,
    bei der eine Vielzahl von Dichtsegmenten (10) gemäß einer der Ansprüche 1 bis 8 einen segmentierten Ring bildend derart angeordnet sind, dass die Dichtlamellen (20) eines ersten Dichtsegments (10) an einem davon gegenüberliegenden Seitenwandabschnitt bzw. Dichtseitenwandabschnitt eines zum ersten Dichtsegment (10) unmittelbar benachbarten weiteren Dichtsegments (10) vorgespannt anliegen und eine Längs-Durchströmung der sich zwischen den benachbart angeordneten ersten und zweiten Dichtsegmenten (10) ausbildenden Stoßfuge (24) in einer Axialrichtung von stromauf nach stromab weitestgehend vermeidbar ist.
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