EP3587742A1 - Rotor für eine strömungsmaschine und strömungsmaschine mit einem solchen rotor - Google Patents

Rotor für eine strömungsmaschine und strömungsmaschine mit einem solchen rotor Download PDF

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EP3587742A1
EP3587742A1 EP19182231.1A EP19182231A EP3587742A1 EP 3587742 A1 EP3587742 A1 EP 3587742A1 EP 19182231 A EP19182231 A EP 19182231A EP 3587742 A1 EP3587742 A1 EP 3587742A1
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EP
European Patent Office
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rotor
sealing
base
base region
turbomachine
Prior art date
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Pending
Application number
EP19182231.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lothar Albers
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/611—Coating

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a turbomachine and a turbomachine with such a rotor.
  • rotors of turbomachines for example of stationary gas turbines and aircraft engines
  • a rotor arm or rotor base body of a rotor with one or more sealing fins.
  • a sealing fin protrudes in the radial direction from the rotor base body with respect to an axis of rotation of the rotor and, when the rotor is operating, interacts with an associated sealing element which is stationary with respect to a housing of the turbomachine in order to prevent unwanted leakages.
  • Rotor sealing fins are also usually carried out with or on a base or platform. Such a base can serve to support covers in the sealing fin coating.
  • such a base has a base region located upstream of the sealing fine in the installed position of the rotor and a base region lying downstream of the sealing fine.
  • the axial base width of the base regions arranged to the left and right of the sealing fin, viewed in the axial direction, cannot be increased arbitrarily, since there can be axial and radial relative displacements between the sealing fin and the sealing element during operation of the associated turbomachine. If this circumstance is not taken sufficiently into account, axial contact between the base and the sealing element can occur, for example, in the case of so-called compressor pumps. However, such contact is not permitted as it could cause damage.
  • the object of the present invention is to provide a rotor which, on the one hand, enables reliable coating coverage and, on the other hand, with which the axial and radial clearance-gap requirements can be met in all operating conditions of an associated turbomachine.
  • Another object of the invention is to provide a fluid flow machine that can meet the axial and radial clearance gap requirements between its rotor and an associated seal carrier in all operating conditions.
  • a first aspect of the invention relates to a rotor for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, with a rotor base body, on which at least one sealing fin arranged on a base is arranged for interacting with an associated sealing element of the turbomachine, the base with respect to an axial direction of the rotor has a base region located upstream of the sealing fin and a base region lying downstream of the sealing fin.
  • the upstream base region and the downstream base region have different radial distances from a radially outer sealing tip of the sealing fin.
  • the base of the sealing fin is not symmetrical, but asymmetrical in that the base regions on the left or upstream and right or downstream of the sealing fin have different radial heights and thus different distances from the sealing tip of the sealing fin.
  • this enables reliable coating coverage and, on the other hand, it also allows the axial and radial clearance column requirements to be met in all operating conditions of an associated turbomachine, since the radial gradation of the base means that there is no contact between one of the base regions and the associated sealing element of a seal carrier Fluid machine take place can. This fulfills both the structural mechanical requirements (no contact at all operating points) and the manufacturing requirements (sufficient axial contact of a coating cover).
  • the better coatability also results in a lower rework rate, which means that corresponding time and cost reductions can be achieved.
  • the radial gradation of the base also enables the use of one or more stepped sealing elements, which enables smaller axial designs and thus an improvement in the efficiency and the surge limit of an associated turbomachine.
  • the terms “axial” or “axial”, “radial” or “radial” and “circumferential” always refer to the machine or rotation axis of the rotor when installed in the turbomachine, unless something else implicitly or explicitly results from the context.
  • "a / a" are to be read as indefinite articles within the scope of this disclosure, that is, without explicitly stating otherwise, always as “at least one / at least one”. Conversely, "one” can also be understood as “only one”.
  • a ratio between the radial distance of the upstream base area and the radial distance of the downstream base area is between 0.25 and 4, the ratio not being 1.
  • the rotor is designed as a compressor rotor and that the upstream base region is at a greater distance from the radially outer sealing tip of the sealing fin than the downstream base region.
  • the rotor is designed as a turbine rotor and the upstream base area has a smaller distance from the radially outer sealing tip of the sealing fin than the downstream base area.
  • the upstream base region and the downstream base region have different axial extensions.
  • the radial height of the base areas on the left and right or upstream and downstream of the sealing fin can be different, but also their axial extensions or widths.
  • a combination of different radial and different axial ones has proven to be particularly useful.
  • the axial extent is measured starting from an adjacent sealing fin wall up to a respective edge of the relevant base area. This allows particularly short axial designs of the rotor with corresponding improvements in the efficiency and the surge limit of the associated turbomachine.
  • the rotor is designed as a compressor rotor and the upstream base region has a smaller axial extent than the downstream base region or that the rotor is designed as a turbine rotor and the upstream base region has a greater axial extension than the downstream one Has base area.
  • the sealing fin has a sealing tip which is asymmetrical in cross section and / or a sealing tip provided with a coating. In this way, the sealing effect of the sealing fin can be optimally adapted to the respective application situation.
  • the basic rotor body has at least two sealing fins arranged one behind the other in the flow direction, which preferably have different radial distances from an axial axis of rotation of the rotor.
  • the at least two sealing fins can be stepped radially Sealing elements work together, which enables a particularly good seal and a correspondingly improved leakage reduction.
  • a second aspect of the invention relates to a turbomachine, in particular an aircraft engine, which according to the invention comprises at least one rotor according to the first aspect of the invention, the at least one sealing fin of which cooperates with at least one associated sealing element.
  • a turbomachine in particular an aircraft engine
  • the invention comprises at least one rotor according to the first aspect of the invention, the at least one sealing fin of which cooperates with at least one associated sealing element.
  • the at least one sealing element of the turbomachine is held by a seal carrier.
  • the seal carrier can be formed as a one-piece ring or in several parts from several ring segments, which are then assembled into a ring or ring similar to the guide vane ring.
  • the seal carrier can have a connection area at its radially outer end, while an arrangement area for arranging the sealing element is provided at the radially inner end.
  • the at least one sealing element comprises an inlet seal, in particular a honeycomb seal.
  • the inlet seal has the function of forming a sealing gap between the sealing tip of the at least one sealing fine and the static part of the turbomachine in order to reduce leakages in a flow medium.
  • a honeycomb seal can optionally be deposited directly in the arrangement area of the seal carrier or on another machine part.
  • the rotor has in the axial direction at least two sealing fins, each arranged on a base, which cooperate with respective sealing elements, which are arranged radially stepped relative to one another.
  • Each base can be asymmetrical in the manner described above.
  • only some or only one of the bases can be designed asymmetrically in the manner described above, while the other base (s) are designed symmetrically.
  • the at least one sealing element is held on a housing of the turbomachine and / or on at least one guide vane, in particular on a guide vane ring.
  • IAS inner air seal
  • Fig. 1 shows a schematic axial sectional view of a rotor 10 according to the invention of an aircraft engine.
  • the rotor 10 which in the present case is designed as a compressor rotor and rotates about an axis of rotation D in the installed state, comprises a basic rotor body 12 which carries three circumferential sealing fins 14.
  • Each sealing fin 14 is arranged on a base 16.
  • the base 16 can also be referred to as a pedestal. It can be seen that with respect to a flow direction S of an operating fluid of the assigned flow direction, each base 16 has a base region 16a located upstream of its sealing fin 14 and a base region 16b lying downstream of the sealing fin 14.
  • the most downstream base 16 is of asymmetrical design, so that its upstream base region 16a and its downstream base region 16b have different radial distances from the sealing tip 18 of the relevant sealing fine 14.
  • a reverse version is also conceivable, for example in the case of turbines.
  • the first two bases 16 viewed in the direction of flow S are symmetrical, so that their upstream base regions 16a and their downstream base regions 16b each have the same radial distance from the respective sealing tip 18.
  • the base regions 16a, 16b of the two first bases 16 are also of the same width or, based on the sealing fin 14, have the same axial overhang.
  • one of the upstream bases 16 is designed asymmetrically with regard to the radial and possibly axial configuration of its base 16 or that several or all bases 16 are designed asymmetrically with regard to their radial and possibly axial configuration.
  • more or fewer bases 16 and correspondingly more or fewer sealing fins 14 can also be provided.
  • Fig. 2 shows a schematic axial sectional view of the rotor 10 in the installed state in the region of the most downstream sealing fin 14 which interacts with an associated sealing element 20 of the turbomachine.
  • the sealing element 20 is designed as a honeycomb or honeycomb seal and is held on a guide vane (not shown) of a compressor stage of the turbomachine via a seal carrier 22.
  • the seal carrier 22 is designed as a stepped labyrinth seal of an inner seal (Inner Air Seal, IAS), so that the upstream sealing element 20 has a smaller radial distance from the axis of rotation D of the rotor than the downstream sealing element 20 that the sealing tips 18 of all sealing fins 14 have an asymmetrical cross section and are provided with a coating 24, which can also be referred to as tip armor.
  • IAS Inner Air Seal
  • the overhangs or the axial widths of the base regions 16a, 16b can in principle be the same or different. Due to the desired axially short design of a compressor stage and the radially stepped labyrinth seal for improved leakage reduction, the axial sealing positions on the rotor base body 12 are defined and the overhang of the individual bases 16 is limited. The axial overhangs of the base 16 are necessary for adequate masking during the coating process of the sealing tips 18. A too short width of the base regions 16a, 16b can lead to the lifting off of sealing lips which are used for masking in coating or spraying processes. The possible consequence of such a lift-off is spraying through and the undesired coating of the base flanks or of the rotor base body 12. This is inadmissible for structural mechanical reasons.
  • Fig. 3 shows a schematic axial sectional view of the rotor 10 according to the invention in the cold construction state and is summarized below with Fig. 4 explained, which shows a schematic axial sectional view of the rotor 10 according to the invention in two possible operating states of the associated turbomachine.
  • the position of the sealing element 20 or the seal carrier 22 shown in dotted lines corresponds to the cold construction state, while the position shown with a solid line corresponds to the state of the so-called compressor pumping equivalent.
  • the basic structure of the rotor 10 can be found in the preceding description.
  • the radial grading of at least one base 16 facilitates or enables the use of stepped sealing elements 20 in the case of small compressor sizes, since a smaller axial construction is possible. This leads to an improvement in the efficiency and the surge limit of the appropriately equipped turbomachine.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (10) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, mit einem Rotorgrundkörper (12), an welchem wenigstens ein auf einem Sockel (16) angeordneter Dichtfin (14) zum Zusammenwirken mit einem zugeordneten Dichtelement (20) der Strömungsmaschine angeordnet ist, wobei der Sockel (16) bezüglich einer axialen Richtung des Rotors (10) zur Auflage von Abdeckungen bei der Dichtfinbeschichtung einen stromauf des Dichtfins (14) liegen Sockelbereich (16a) und einen stromab des Dichtfins (14) liegenden Sockelbereich (16b) aufweist, wobei der stromaufliegende Sockelbereich (16a) und der stromabliegende Sockelbereich (16b) unterschiedliche radiale Abstände (A1, A2) zu einer radial äußeren Dichtspitze (18) des Dichtfins (14) aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Strömungsmaschinemit wenigstens einem solchen Rotor (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Strömungsmaschine sowie eine Strömungsmaschine mit einem solchen Rotor.
  • Rotoren von Strömungsmaschinen, beispielsweise von stationären Gasturbinen und Flugtriebwerken, sind aus dem Stand der Technik in vielen Varianten bekannt. Weiterhin ist es bekannt, einen Rotorarm oder Rotorgrundkörper eines Rotors mit einem oder mehreren Dichtfins auszustatten. Ein Dichtfin ragt bezüglich einer Drehachse des Rotors in radialer Richtung vom Rotorgrundkörper ab und wirkt im Betrieb des Rotors mit einem zugeordneten, bezüglich eines Gehäuses der Strömungsmaschine ortsfesten Dichtelement zusammen, um ungewollte Leckagen zu verhindern. Rotor-Dichtfins werden zudem üblicherweise mit bzw. auf einem Sockel oder Podest ausgeführt. Ein solcher Sockel kann zur Auflage von Abdeckungen bei der Dichtfinbeschichtung dienen. Dabei ist ein großer axialer Überhang des Sockels notwendig, um ein Teilbeschichten des Rotorarms zu vermeiden, was zu strukturmechanischen Nachteilen führen könnte. Zu diesem Zweck weist ein solcher Sockel bezüglich einer axialen Richtung des Rotors einen in Einbaulage des Rotors stromauf des Dichtfins liegenden Sockelbereich und einen stromab des Dichtfins liegenden Sockelbereich auf.
  • Die axiale Sockelbreite der in axialer Richtung betrachtet links und rechts vom Dichtfin angeordneten Sockelbereiche kann aber nicht beliebig vergrößert werden, da es während des Betriebs der zugeordneten Strömungsmaschine zu axialen und radialen Relativverschiebungen zwischen dem Dichtfin und dem Dichtelement kommen kann. Wird diesem Umstand nicht ausreichend Sorge getragen, kann es beispielsweise beim sogenannten Verdichterpumpen zu einem axialen Kontakt zwischen dem Sockel und dem Dichtelement kommen. Ein solcher Kontakt ist aber nicht zulässig, da es zu Beschädigungen kommen könnte. Axial schmalere Sockel, bei denen unter allen Betriebsbedingungen der zugeordneten Strömungsmaschine ein Kontakt zwischen Sockel und Dichtelement zuverlässig ausgeschlossen ist, haben aber oftmals eine axial zu geringe Auflagefläche für Abdeckungen beim Beschichten beispielsweise des Dichtfins. Dadurch können ungewollt Bereiche am Sockel oder am Rotorarm mitbeschichtet werden, die dann nachgearbeitet und entschichtet bzw. neu beschichtet werden müssen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor zu schaffen, welcher einerseits eine zuverlässige Beschichtungsabdeckung ermöglicht und mit dem andererseits auch die axialen und radialen Spiele-Spalte-Anforderungen in allen Betriebsbedingungen einer zugeordneten Strömungsmaschine erfüllt werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strömungsmaschine zu schaffen, welche die axialen und radialen Spiele-Spalte-Anforderungen zwischen ihrem Rotor und einem zugeordneten Dichtungsträger in allen Betriebsbedingungen erfüllen kann.
  • Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Strömungsmaschine gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Rotors als vorteilhafte Ausgestaltungen der Strömungsmaschine und umgekehrt anzusehen sind.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, mit einem Rotorgrundkörper, an welchem wenigstens ein auf einem Sockel angeordneter Dichtfin zum Zusammenwirken mit einem zugeordneten Dichtelement der Strömungsmaschine angeordnet ist, wobei der Sockel bezüglich einer axialen Richtung des Rotors einen stromauf des Dichtfins liegenden Sockelbereich und einen stromab des Dichtfins liegenden Sockelbereich aufweist. Erfindungsgemäß weisen der stromaufliegende Sockelbereich und der stromabliegende Sockelbereich unterschiedliche radiale Abstände zu einer radial äußeren Dichtspitze des Dichtfins auf. Mit anderen Worten wird der Sockel des Dichtfins nicht symmetrisch, sondern asymmetrisch ausgeführt, indem die Sockelbereiche links bzw. stromauf und rechts bzw. stromab des Dichtfins unterschiedliche radiale Höhen und damit unterschiedliche Abstände zur Dichtspitze des Dichtfins aufweisen. Dies ermöglicht einerseits eine zuverlässige Beschichtungsabdeckung und erlaubt es andererseits, auch die axialen und radialen Spiele-Spalte-Anforderungen in allen Betriebsbedingungen einer zugeordneten Strömungsmaschine zu erfüllen, da durch die radiale Stufung des Sockels kein Kontakt zwischen einem der Sockelbereiche und dem zugeordneten Dichtelement eines Dichtungsträgers der Strömungsmaschine stattfinden kann. Damit werden sowohl die strukturmechanischen Anforderungen (kein Kontakt in allen Betriebspunkten) als auch die Herstellanforderungen (ausreichende axiale Anlage einer Beschichtungsabdeckung) erfüllt. Durch die bessere Beschichtbarkeit ergibt sich zudem eine geringere Nacharbeitsquote, wodurch entsprechende Zeit- und Kostensenkungen realisierbar sind. Die radiale Stufung des Sockels ermöglicht zudem den Einsatz eines oder mehrerer gestufter Dichtelemente, was kleiner axiale Bauweisen und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrads und der Pumpgrenze einer zugeordneten Strömungsmaschine ermöglicht. Allgemein sei angemerkt, dass sich die Begriffe "Axial-" bzw. "axial", "Radial-" bzw. "radial" und "Umfangs-" stets auf die Maschinen- bzw. Rotationsachse des Rotors im eingebauten Zustand in der Strömungsmaschine beziehen, sofern sich aus dem Kontext nicht implizit oder explizit etwas anderes ergibt. Generell sind "ein/eine" im Rahmen dieser Offenbarung als unbestimmte Artikel zu lesen, also ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als "mindestens ein/mindestens eine". Umgekehrt können "ein/eine" auch als "nur ein/nur eine" verstanden werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Verhältnis zwischen dem radialen Abstand des stromaufliegenden Sockelbereichs und dem radialen Abstand des stromabliegenden Sockelbereichs zwischen 0,25 und 4 beträgt, wobei das Verhältnis nicht 1 betragen kann. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass A1:A2 0,25, 0,30, 0,35, 0,40, 0,45, 0,50, 0,55, 0,60, 0,65, 0,70, 0,75, 0,80, 0,85, 0,90, 0,95, 1,05, 1,10, 1,15, 1,20, 1,25, 1,30, 1,35, 1,40, 1,45, 1,50, 1,55, 1,60, 1,65, 1,70, 1,75, 1,80, 1,85, 1,90, 1,95, 2,00, 2,05, 2,10, 2,15, 2,20, 2,25, 2,30, 2,35, 2,40, 2,45, 2,50, 2,55, 2,60, 2,65, 2,70, 2,75, 2,80, 2,85, 2,90, 2,95, 3,00, 3,05, 3,10, 3,15, 3,20, 3,25, 3,30, 3,35, 3,40, 3,45, 3,50, 3,55, 3,60, 3,65, 3,70, 3,75, 3,80, 3,85, 3,90, 3,95, oder 4,00 beträgt, wobei A1 den radialen Abstand bzw. die radiale Höhe des stromaufliegenden Sockelbereichs und A2 den radialen Abstand bzw. die radiale Höhe des stromabliegenden Sockelbereichs bezeichnen und wobei sämtliche Zwischenwerte außer 1,0 (A1=A2) als mitoffenbart anzusehen sind. Hierdurch können die spezifischen Anforderungen des Rotors und seiner zugeordneten Strömungsmaschine optimal berücksichtigt werden.
  • Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, dass der Rotor als Verdichterrotor ausgebildet ist und der stromaufliegende Sockelbereich einen größeren Abstand zur radial äußeren Dichtspitze des Dichtfins aufweist als der stromabliegende Sockelbereich. Alternativ ist es vorgesehen, dass der Rotor als Turbinenrotor ausgebildet ist und der stromaufliegende Sockelbereich einen geringeren Abstand zur radial äußeren Dichtspitze des Dichtfins aufweist als der stromabliegende Sockelbereich. Hierdurch können die unterschiedlichen Strömungsverhältnisse in einem Verdichter und in einer Turbine optimal berücksichtigt werden.
  • Weitere Vorteile ergeben sich, indem der stromaufliegende Sockelbereich und der stromabliegende Sockelbereich unterschiedliche axiale Erstreckungen aufweisen. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass nicht nur die radiale Höhe der Sockelbereiche links und rechts bzw. stromauf und stromab vom Dichtfin unterschiedlich sein können, sondern auch ihre axialen Erstreckungen oder Breiten. Insbesondere eine Kombination unterschiedlicher radialer und unterschiedlicher axialer hat sich als besonders zweckdienlich erwiesen. Die axiale Erstreckung wird dabei ausgehend von einer angrenzenden Dichtfinwand bis zu einer jeweiligen Kante des betreffenden Sockelbereichs gemessen. Dies erlaubt besonders kurze axiale Bauweisen des Rotors mit entsprechenden Verbesserungen des Wirkungsgrads und der Pumpgrenze der zugeordneten Strömungsmaschine.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Rotor als Verdichterrotor ausgebildet ist und der stromaufliegende Sockelbereich eine geringere axiale Erstreckung als der stromabliegende Sockelbereich aufweist oder dass der Rotor als Turbinenrotor ausgebildet ist und der stromaufliegende Sockelbereich eine größere axiale Erstreckung als der stromabliegende Sockelbereich aufweist. Hierdurch können die unterschiedlichen Strömungsverhältnisse in einem Verdichter und in einer Turbine optimal berücksichtigt werden.
  • Weitere Vorteile ergeben sich, indem der Dichtfin eine im Querschnitt asymmetrische Dichtspitze und/oder eine mit einer Beschichtung versehene Dichtspitze aufweist. Hierdurch kann die Dichtwirkung des Dichtfins optimal an die jeweilige Einsatzsituation angepasst werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Rotorgrundkörper in axialer Richtung wenigstens zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Dichtfins aufweist, welche vorzugsweise unterschiedliche radiale Abstände zu einer axialen Drehachse des Rotors aufweisen. Hierdurch können die wenigstens zwei Dichtfins mit radial gestuften Dichtelementen zusammenwirken, was eine besonders gute Abdichtung und eine entsprechend verbesserte Leckagereduzierung ermöglicht.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugtriebwerk, welche erfindungsgemäß wenigstens einen Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst, dessen wenigstens einer Dichtfin mit wenigstens einem zugeordneten Dichtelement zusammenwirkt. Hierdurch können die axialen und radialen Spiele-Spalte-Anforderungen zwischen dem Rotor und dem zugeordneten Dichtelement in allen Betriebsbedingungen der Strömungsmaschine erfüllt werden. Als Dichtelement kommen verschiedene Dichtungen in Frage, beispielsweise Wabendichtungen. Alternativ ist es auch möglich eine Bürstendichtung als Dichtelement vorzusehen. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Dichtelement der Strömungsmaschine von einem Dichtungsträger gehalten ist. Dies erlaubt eine besonders einfache und betriebssichere Montage sowie einen entsprechend einfachen Austausch des wenigstens einen Dichtelements. Der Dichtungsträger kann als einstückiger Ring oder mehrteilig aus mehreren Ringsegmenten gebildet werden, die dann zu einem Ring bzw. Kranz ähnlich dem Leitschaufelkranz zusammengesetzt werden. Zur Anordnung an einem Gehäuse oder einer Leitschaufel bzw. einem Leitschaufelkranz kann der Dichtungsträger an seinem radial äußeren Ende einen Verbindungsbereich aufweisen, während am radial inneren Ende ein Anordnungsbereich zur Anordnung des Dichtelements vorgesehen ist.
  • Weitere Vorteile ergeben sich, indem das wenigstens eine Dichtelement eine Einlaufdichtung, insbesondere eine Honigwabendichtung umfasst. Die Einlaufdichtung hat die Funktion, einen Dichtspalt zwischen der Dichtspitze des wenigstens einen Dichtfins und dem statischen Teil der Strömungsmaschine auszubilden, um Leckagen eines Durchströmungsmediums zu verringern. Eine Honigwabendichtung kann gegebenenfalls in dem Anordnungsbereich des Dichtungsträgers oder auf einem anderen Maschinenteil direkt abgeschieden werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rotor in axialer Richtung wenigstens zwei jeweils auf einem Sockel angeordnete Dichtfins aufweist, welche mit jeweiligen Dichtelementen zusammenwirken, die relativ zueinander radial gestuft angeordnet sind. Eine solche radial gestufte Dichtungsanordnung erlaubt eine besonders hohe Leckagereduzierung und steigert damit den Wirkungsgrad und die Pumpgrenze der Strömungsmaschine. Dabei kann jeder Sockel in der vorstehend beschriebenen Weise asymmetrisch ausgebildet sein. Alternativ können nur manche oder nur einer der Sockel in der vorstehend beschriebenen Weise asymmetrisch ausgebildet sein, während der oder die anderen Sockel symmetrisch ausgebildet sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Dichtelement an einem Gehäuse der Strömungsmaschine und/oder an wenigstens einer Leitschaufel, insbesondere an einem Leitschaufelkranz gehalten ist. Dies erlaubt eine besonders gute Abdichtung eines Strömungspfads der Strömungsmaschine über eine innere Dichtung (Inner Air Seal, IAS).
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische axiale Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotors;
    Fig. 2
    eine schematische axiale Schnittansicht des Rotors im Bereich eines mit einem Dichtelement einer Strömungsmaschine zusammenwirkenden Dichtfins;
    Fig. 3
    eine schematische axiale Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotors im kalten Aufbauzustand; und
    Fig. 4
    eine schematische axiale Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotors in zwei möglichen Betriebszuständen der zugeordneten Strömungsmaschine.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische axiale Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotors 10 eines Flugtriebwerks. Der Rotor 10, welcher vorliegend als Verdichterrotor ausgebildet ist und im eingebauten Zustand um eine Drehachse D rotiert, umfasst einen Rotorgrundkörper 12, welcher drei umlaufende Dichtfins 14 trägt. Jeder Dichtfin 14 ist auf einem Sockel 16 angeordnet. Die Sockel 16 können auch als Podest bezeichnet werden. Man erkennt, dass jeder Sockel 16 bezüglich einer Strömungsrichtung S eines Betriebsfluids der zugeordneten Strömungsrichtung einen stromauf seines Dichtfins 14 liegen Sockelbereich 16a und einen stromab des Dichtfins 14 liegenden Sockelbereich 16b aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erkennt man, dass der stromabwärtigste Sockel 16 asymmetrisch ausgebildet ist, so dass sein stromaufliegender Sockelbereich 16a und sein stromabliegender Sockelbereich 16b unterschiedliche radiale Abstände zur Dichtspitze 18 des betreffenden Dichtfins 14 aufweisen. Eine umgekehrte Ausführung ist aber auch denkbar, beispielsweise bei Turbinen. Die in Strömungsrichtung S betrachtet ersten beiden Sockel 16 sind demgegenüber symmetrisch ausgebildet, so dass ihre stromaufliegenden Sockelbereiche 16a und ihre stromabliegenden Sockelbereiche 16b jeweils den gleichen radialen Abstand zur jeweiligen Dichtspitze 18 aufweisen. Zusätzlich sind die Sockelbereiche 16a, 16b der beiden ersten Sockel 16 auch gleich breit bzw. besitzen ausgehend vom Dichtfin 14 den gleichen axialen Überhang. Alternativ kann es grundsätzlich vorgesehen sein, dass stattdessen einer der stromaufwärtigeren Sockel 16 asymmetrisch hinsichtlich der radialen und gegebenenfalls axialen Ausgestaltung seines Sockels 16 ausgebildet ist oder dass mehrere oder alle Sockel 16 asymmetrisch hinsichtlich ihrer radialen und gegebenenfalls axialen Ausgestaltung ausgebildet sind. Ebenso können grundsätzlich mehr oder weniger Sockel 16 und entsprechend mehr oder weniger Dichtfins 14 vorgesehen sein.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische axiale Schnittansicht des Rotors 10 im eingebauten Zustand im Bereich des stromabwärtigsten Dichtfins 14, der mit einem zugeordneten Dichtelement 20 der Strömungsmaschine zusammenwirkt. Das Dichtelement 20 ist vorliegend als Waben- bzw. Honigwabendichtung ausgebildet und über einen Dichtungsträger 22 an einer Leitschaufel (nicht gezeigt) einer Verdichterstufe der Strömungsmaschine gehalten. Man erkennt, dass der Dichtungsträger 22 als gestufte Labyrinthdichtung einer inneren Dichtung (Inner Air Seal, IAS) ausgebildet ist, so dass das stromaufwärts liegende Dichtelement 20 einen geringeren radialen Abstand zur Drehachse D des Rotors besitzt als das stromabwärts liegende Dichtelement 20. Weiterhin erkennt man, dass die Dichtspitzen 18 aller Dichtfins 14 im Querschnitt asymmetrisch ausgebildet und mit einer Beschichtung 24, die auch als Spitzenpanzerung bezeichnet werden kann, versehen sind. Das Verhältnis der linken radialen Höhe A1 des stromaufliegenden Sockelbereichs 16a zur rechten radialen Höhe A2 des stromabliegenden Sockelbereichs 16b beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa A1:A2=1,5, wobei grundsätzlich auch abweichende Verhältnisse vorgesehen sein können. Die Überhänge bzw. die axialen Breiten der Sockelbereiche 16a, 16b können grundsätzlich gleich oder unterschiedlich sein. Aufgrund der gewünschten axial kurzen Bauweise einer Verdichterstufe und der radial gestuften Labyrinthdichtung zur verbesserten Leckagereduzierung sind die axialen Dichtfinpositionen auf dem Rotorgrundkörper 12 definiert und der Überhang der einzelnen Sockel 16 limitiert. Die axialen Überhänge der Sockel 16 sind notwendig zur ausreichenden Maskierung während des Beschichtungsprozesses der Dichtspitzen 18. Eine zu kurze Breite der Sockelbereiche 16a, 16b kann zum Abheben von Dichtlippen führen, die bei Beschichtungs- bzw. Spritzverfahren zur Maskierung verwendet werden. Die mögliche Folge eines solchen Abhebens besteht im Durchspritzen und der unerwünschten Beschichtung der Sockelflanken bzw. des Rotorgrundkörpers 12. Dies ist aus strukturmechanischen Gründen unzulässig.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische axiale Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotors 10 im kalten Aufbauzustand und wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 4 erläutert, welche eine schematische axiale Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotors 10 in zwei möglichen Betriebszuständen der zugeordneten Strömungsmaschine zeigt. Die gepunktet dargestellte Position des Dichtelements 20 bzw. des Dichtungsträgers 22 entspricht dabei dem kalten Aufbauzustand, während die mit durchgezogener Linie gezeigte Position dem Zustand des sogenannten Verdichterpumpens entspricht. Der grundsätzliche Aufbau des Rotors 10 ist aus der vorhergehenden Beschreibung zu entnehmen. Bei bestimmten Betriebspunkten der Strömungsmaschine, beispielsweise beim sogenannten Verdichterpumpen, besteht die Gefahr des axialen Kontakts zwischen dem linken bzw. stromaufwärtigen Sockelbereich 16a eines Sockels 16 und einem Dichtelement 20 des Innenring-Dichtungsträgers 22. Dieser Kontakt ist unzulässig, so dass die Sockel 16 entsprechend schmaler ausgebildet werden müssten. Dieses wiederum würde aber die Auflagefläche für eine Beschichtungsabdeckung reduzieren und die Gefahr unzulässiger Beschichtungen mit sich bringen. Ein alternatives axiales Verschieben der Dichtfinposition ist aufgrund der Stufung bzw. den notwendigen axialen Überhängen der Dichtelemente 20 in der Regel auch nicht möglich. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen radialen Abstufung wenigstens eines Sockels 16 können diese beiden Probleme überwunden werden. Wie man insbesondere im Bereich IV in Fig. 4 erkennt, führt selbst eine erhebliche Relativverschiebung der Dichtelemente 20 gegenüber dem Rotor 10 nicht zu einer Kollision zwischen dem Dichtelement 20 und dem linken bzw. stromaufwärtigen Sockelbereich 16a des hinteren Sockels 16. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Design der einseitig reduzierten radialen Höhe des Sockels 16 kann dabei dennoch die notwendige axiale Breite beider Sockelseiten 16a, 16b eingehalten werden, ohne dass ein radialer oder axialer Kontakt zwischen dem Sockel 16 und der Honigwabe 20 stattfindet. Der individuell notwendige radiale Abstand zwischen Dichtspitze 18 und den Sockelbereichen 16a, 16b erfolgt dabei in einer Spiele-Spalte-Auslegung für alle Betriebspunkte. Die erlaubt eine bessere Herstellbarkeit der Dichtfin-Beschichtung 24 mit geringerer Nacharbeitsquote, was zu einer Reduzierung der Herstellkosten führt. Die radiale Stufung wenigstens eines Sockels 16 erleichtert bzw. ermöglicht bei kleinen Verdichtergrößen den Einsatz von gestuften Dichtelementen 20, da eine kleinere axiale Bauweise möglich ist. Dies führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads und der Pumpgrenze der entsprechend ausgestatteten Strömungsmaschine.
    • Bezugszeichenliste:
    • 10
    Rotor
    12
    Rotorgrundkörper
    14
    Dichtfin
    16
    Sockel
    16a
    Sockelbereich
    16b
    Sockelbereich
    18
    Dichtspitze
    20
    Dichtelement
    22
    Dichtungsträger
    24
    Beschichtung
    D
    Drehachse
    S
    Strömungsrichtung
    A1
    Abstand
    A2
    Abstand

Claims (12)

  1. Rotor (10) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, mit einem Rotorgrundkörper (12), an welchem wenigstens ein auf einem Sockel (16) angeordneter Dichtfin (14) zum Zusammenwirken mit einem zugeordneten Dichtelement (20) der Strömungsmaschine angeordnet ist,
    wobei der Sockel (16) bezüglich einer axialen Richtung des Rotors (10) zur Auflage von Abdeckungen bei der Dichtfinbeschichtung einen stromauf des Dichtfins (14) liegenden Sockelbereich (16a) und einen stromab des Dichtfins (14) liegenden Sockelbereich (16b) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der stromaufliegende Sockelbereich (16a) und der stromabliegende Sockelbereich (16b) unterschiedliche radiale Abstände (A1, A2) zu einer radial äußeren Dichtspitze (18) des Dichtfins (14) aufweisen.
  2. Rotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Verhältnis zwischen dem radialen Abstand (A1) des stromaufliegenden Sockelbereichs (16a) und dem radialen Abstand (A2) des stromabliegenden Sockelbereichs (16b) zwischen 0,25 und 4 beträgt, wobei das Verhältnis nicht 1 beträgt.
  3. Rotor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Rotor (10) als Verdichterrotor ausgebildet ist und der stromaufliegende Sockelbereich (16a) einen größeren Abstand (A1) zur radial äußeren Dichtspitze (18) des Dichtfins (14) aufweist als der stromabliegende Sockelbereich (16b) oder
    dass der Rotor (10) als Turbinenrotor ausgebildet ist und der stromaufliegende Sockelbereich (16a) einen geringeren Abstand (A1) zur radial äußeren Dichtspitze (18) des Dichtfins (14) aufweist als der stromabliegende Sockelbereich (16b).
  4. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der stromaufliegende Sockelbereich (16a) und der stromabliegende Sockelbereich (16b) unterschiedliche axiale Erstreckungen aufweisen.
  5. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Rotor (10) als Verdichterrotor ausgebildet ist und der stromaufliegende Sockelbereich (16a) eine geringere axiale Erstreckung als der stromabliegende Sockelbereich (16b) aufweist oder
    dass der Rotor (10) als Turbinenrotor ausgebildet ist und der stromaufliegende Sockelbereich (16a) eine größere axiale Erstreckung als der stromabliegende Sockelbereich (16b) aufweist.
  6. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Dichtfin (14) eine im Querschnitt asymmetrische Dichtspitze (18) und/oder eine mit einer Beschichtung (24) versehene Dichtspitze (18) aufweist.
  7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Rotorgrundkörper in axialer Richtung wenigstens zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Dichtfins aufweist, welche vorzugsweise unterschiedliche radiale Abstände zu einer axialen Drehachse des Rotors aufweisen.
  8. Strömungsmaschine, insbesondere Flugtriebwerk, umfassend wenigstens einen Rotor (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dessen wenigstens einer Dichtfin (16) mit wenigstens einem zugeordneten Dichtelement (20) zusammenwirkt.
  9. Strömungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
    dass das wenigstens eine Dichtelement (20) der Strömungsmaschine von einem Dichtungsträger (22) gehalten ist.
  10. Strömungsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
    dass das wenigstens eine Dichtelement (20) eine Einlaufdichtung, insbesondere eine Honigwabendichtung umfasst.
  11. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Rotor (10) in axialer Richtung wenigstens zwei jeweils auf einem Sockel (16) angeordnete Dichtfins (14) aufweist, welche mit jeweiligen Dichtelementen (20) zusammenwirken, die relativ zueinander radial gestuft angeordnet sind.
  12. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
    dass das wenigstens eine Dichtelement (20) an einem Gehäuse der Strömungsmaschine und/oder an wenigstens einer Leitschaufel, insbesondere an einem Leitschaufelkranz gehalten ist.
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