-
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein eine Dichtungseinrichtung für einen Turbinenschaufelkühlkreislauf in einem Gasturbinenmotor. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine anpassbare Dichtungskonstruktion, die auf Zentrifugalkraft anspricht, um zwischen einem Turbinenrotorabstandhalter und den axialen Stirnflächen eines Turbinenrotorlaufrads und Schaufelschwalbenschwänzen eines Hochleistungsgasturbinentriebwerks abzudichten, um eine Leckage von Turbinenschaufelkühlluft zu minimieren.
-
Aufgrund hoher Betriebstemperaturen in Gasturbinenmotoren ist es üblich, eine oder mehrere Turbinenschaufelstufen konvektiv zu kühlen, um die Langlebigkeit zu verbessern. Gewöhnlich wird die Kühlluft aus einer oder mehreren Verdichterstufen entnommen und wird an den Turbinenrotor über vielfältige Kanäle weitergeleitet, die auf mehreren miteinander verbundenen Teilen basieren können. Die von dem Verdichter abgenommene Luft weist einen höheren Druck auf, als die Luft in der Turbine, und jede Verbindungsstelle stellt daher einen potentiellen Leckpfad für die Kühlluft dar. Ein solcher Leckpfad ist der Zwischenraum zwischen dem Rotorabstandhalter und den Rotorlaufradstützen und den Schaufelschwalbenschwänzen.
-
Bisher werden verschiedene Verfahren eingesetzt, um diese Art eines Leckpfads abzudichten. In für Flugzeugtriebwerke verwendeten Turbinen sind an den vorderen und hinteren Seiten der Schaufel/Laufradstirnflächen Abdeckscheiben (oder Blattsicherungsringe) eingebaut, die quer über den unterbrochenen Flächen Drahtdichtungen aufweisen. Siehe beispielsweise die
US-Patentschriften 4 500 098 und
5 622 475 . Die Abdeckscheiben dienen dazu, die den Strömungsflächen zugeführte Kühlluft abzudichten und darüber hinaus die Schaufeln axial an Ort und Stelle zu halten. Obwohl die Dichtung gute Dienste leistet, wird die Wartbarkeit der Turbine zu einem Problem, da der Austausch einer oder mehrerer Schaufeln ein Zerlegen des Rotors verlangt.
-
DE 38 80 873 T2 offenbart eine Rotoranordnung eines Gasturbinentriebwerks, die eine stromabwärts einer Rotorscheibe angeordnete ringförmige Dichtungsplatte aufweist. Diese verhindert den Durchtritt von Gas durch die Zwischenräume um die in Rotornuten angeordneten Schaufelfüße. Über Hakenelemente, die an der Scheibe angeordnet sind, werden die auf die Dichtungsplatte wirkenden Fliehkräfte auf die Scheibe übertragen, ohne die Schaufeln zu belasten.
-
DE 11 82 474 B offenbart eine Gasturbinenrotoranordnung mit mehreren, durch gegeneinander abstützende Zwischenringe verbundenen Scheiben. Die Anordnung ermöglicht eine Schaufelfußkühlung mit von Innen zugeführter Kühlluft. Zwischen der Scheibe und den Ringen bleibt jeweils ein Ringraum frei. Ein erster der an die Scheibe angrenzenden Ringräume ist außen durch einen in einer ringförmigen Vertiefung angeordneten und durch Fliehkraft in abdichtenden Kontakt gebrachten Dichtring geschlossen. Der zweite Ringraum ist hingegen radial innerhalb der Schaufelfüße durch einen axial vorstehenden Ringkragen verschlossen, wodurch die Kühlluft von innen über den ersten Ringraum die Kühlkanäle der Schaufelfüße axial durchströmen und über den zweiten Ringraum in den Strömungspfad der Turbine austreten kann.
-
US 5 445 499 A offenbart einen ringförmigen Dichtungsflansch mit Dichtlippen zur Abdichtung gegenüber der Rotorscheibe und dem Schaufelfuß. Ein Halterring in einer umlaufenden Nut der Scheibe sichert den Flansch in Axialrichtung.
-
US 4 432 555 A beschreibt eine Dichtung zwischen einer Rotorscheibe und einer Deckplatte mittels eines Dichtrings in Gestalt einer Tellerfeder.
-
US 4 207 029 A offenbart einen Gasturbinenrotor mit einer Rotorscheibe aus Metall, in deren Nuten die Füße keramischer Schaufeln eingesetzt sind. Die Schaufelfüße sind in metallischen Umhüllungen in eine Zwischenschicht aus einer keramischen Masse eingebettet. Über einen Haltering sind die Schaufeln in Axialrichtung an einer Befestigungsplatte gesichert.
-
Bei auf der Erde betriebenen Hochleistungsturbinen muss es allerdings möglich sein, Schaufeln im Feldeinsatz zu ersetzen. In Hochleistungsturbinenkonstruktionen nach dem Stand der Technik ist gewöhnlich ein zylindrischer axialer Vorsprung auf dem Abstandhalterrand vorhanden, der durch eine Presspassung (Falzfassung) mit der Unterseite des Laufradkranzes verbunden ist. In die Unterseite des Laufradkranzes ist ein tangentialer Schlitz geschnitten, der sich in der Schwalbenschwanznut fortsetzt. Diese Fortsetzung ermöglicht, dass Kühlluft von dem Abstandhalter/Laufradhohlraum in die Schaufel gelangt, wobei die Falzpassung zwischen dem Laufrad und dem Abstandhalterrand als eine Dichtung wirkt. Ein gesonderter Haken an dem Laufrad und an der Schaufel hält die Schaufel im Zusammenwirken mit einem Sicherungsring axial an Ort und Stelle. Diese Konstruktion ermöglicht zwar einen Ausbau der Schaufel im Feldeinsatz, führt allerdings zu unerwünschten Spannungskonzentrationen im Laufradkranz.
-
Folglich besteht ein Bedarf nach einer Dichtungsanordnung, die Spannungskonzentrationen an dem Laufrad minimiert oder eliminiert, eine effektive Dichtung für Kühlluft schafft, die über den Raum zwischen dem Abstandhalter und dem Laufrad zu der Schaufelströmungsfläche eintritt, und ein Eindringen von heißem Gas aus dem Gaspfad in den Kühlluftströmungspfad verhindert.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
In Übereinstimmung mit einem bevorzugtem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Dichtung geschaffen, die dazu dient, zwischen dem Abstandhalter und den axialen Stirnflächen der Laufradstützen und der Schaufelschwalbenschwänze abzudichten, wobei die Dichtung auf einen zwischen dem Abstandhalter und den axialen Stirnflächen der Laufradstützen und der Schaufelschwalbenschwänze gestalteten Hohlraum angewiesen ist. Die Dichtung spricht auf die während der Rotordrehung auftretende Zentrifugalkraft an, um nicht nur die Verbindungen zwischen den Schaufelschwalbenschwanz-/Laufradstützen-Stirnflächen und dem Abstandhalter, sondern auch diejenigen zwischen den Schaufelschwalbenschwanz/Laufradstützen-Verbindungsstellen abzudichten. Der gestaltete Hohlraum wird gebildet, indem dafür gesorgt ist, dass abgewinkelte Flächen auf dem ringförmigen Abstandhalter und axial vorderen Stirnflächen der Schaufelschwalbenschwänze und Laufradstützen in radialer Richtung nach außen konvergieren. Die Dichtung selbst ist eine geflochtene Dichtung, die der Gestalt der radialen äußeren Extremitäten des Hohlraums entspricht und insbesondere über die Schaufelschwalbenschwanz/Laufradstützen-Verbindungsstellen hinweg abdichtet. Die Laufradstützen weisen axiale Vorsprünge auf, die den Rand des Abstandhalters überdecken und die Verbindung zwischen diesen beiden wird mittels einer Presspassung (Falzfassung) verwirklicht. Zusätzlich weisen die Schaufelschwalbenschwänze axiale Vorsprünge auf, die den Rand des Abstandhalters überlappen und von diesem radial beabstandet sind, so dass der Abstandhalterrand aufgrund des Falzpassungseingriffs keine Kraft auf die Schaufeln ausübt.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Dichtungsanordnung für eine Turbine geschaffen, zu der gehören: ein Turbinenrad mit einer Anzahl Laufradstützen, die in Umfangsrichtung um einen Umfang des Laufrads voneinander beabstandet sind, das viele in Umfangsrichtung beabstandete im Wesentlichen axial verlaufende Nuten definiert, wobei das Laufrad einen im Wesentlichen ringförmigen Vorsprung aufweist, der axial aus einer durch die Nuten unterbrochenen ersten Fläche des Laufrads ragt; ein Abstandhalter mit einem ringförmigen Arm, der mit dem unterbrochenen Vorsprung in Berührung steht; mehrere Turbinenschaufeln, von denen jede eine Strömungsfläche und eine Basis aufweist, wobei die Basen in den Nuten angeordnet sind und jede Basis einen axialen Vorsprung aufweist, der in radialer Richtung über dem Arm liegt und von diesem radial beabstandet ist; wobei eine ringförmige Fläche des Arms und axiale Stirnseiten der Laufradstützen und der Schaufelbasen gegenüber dem Vorsprung einen radial innen angeordneten ringförmigen Hohlraum definieren; eine in dem Hohlraum angeordnete Dichtung, die in Reaktion auf Zentrifugalkräfte, die aufgrund der Rotation des Laufrads, der Schaufeln und des Abstandhalters auf die Dichtung ausgeübt werden, mit im Wesentlichen axial gegenüberliegenden Wandabschnitten des Arms und Wandabschnitten der axialen Stirnseiten der Laufradstützen und Schaufelbasen in einen abdichtenden Eingriff kommt.
-
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Dichtungsanordnung für eine Turbine geschaffen, die ein Turbinenrad mit einer Anzahl Laufradstützen aufweist, die in Umfangsrichtung um einen Umfang des Laufrads voneinander beabstandet sind und zwischen sich eine Anzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten schwalbenschwanzförmig gestalteten Nuten definieren, wobei das Laufrad mehrere um den Umfang herum voneinander beabstandete Vorsprünge aufweist, die axial aus einer Stirnfläche des Laufrads ragen, wobei die Räume zwischen den Vorsprüngen mit den schwalbenschwanzförmig gestalteten Nuten axial fluchten; ein Abstandhalter mit einem ringförmigen Arm, der mit den Vorsprüngen in Berührung steht; mehrere Turbinenschaufeln, von denen jede eine Strömungsfläche und einen Schwalbenschwanz aufweist, wobei die Schaufelschwalbenschwänze in den schwalbenschwanzförmig gestalteten Nuten des Laufrads angeordnet sind, wobei jeder Schaufelschwalbenschwanz einen Vorsprung aufweist, der axial aus einer ersten Stirnfläche des Schaufelschwalbenschwanzes ragt und in radialer Richtung über dem Arm liegt und von diesem nach außen hin radial beabstandet ist; eine ringförmige Fläche des Arms und axiale Stirnseiten der Laufradstützen und der Schaufelschwalbenschwänze, die einen gegenüber den Vorsprüngen radial innen angeordneten ringförmigen Hohlraum definieren; eine in dem Hohlraum angeordnete Dichtung, die in Reaktion auf die Zentrifugalkräfte, die aufgrund der Rotation des Laufrads, der Schaufeln und des Abstandhalters auf die Dichtung ausgeübt werden, mit im Wesentlichen axial gegenüberliegenden Wandabschnitten des Arms und Wandabschnitten der axialen Stirnseiten der Laufradstützen und Stirnseiten der Schaufelschwalbenschwänze in einen abdichtenden Eingriff kommt.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt in einer fragmentarischen schematischen Darstellung die erste und zweite Stufe einer Hochleistungsturbine, die eine Dichtungsanordnung gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet;
-
2 zeigt in einer fragmentarischen perspektivischen Ansicht den Abstandhalterarm, Laufradstützen und Schaufelschwalbenschwänze zur Veranschaulichung der Dichtung und des Dichtungshohlraums;
-
3 zeigt in einer vergrößerten fragmentarischen Schnittansicht die Dichtungsanordnung zwischen dem Abstandhalter, den Laufradstützen und den Schaufelschwalbenschwänze;
-
4 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht die schwalbenschwanzförmig gestalteten Nuten zwischen den Laufradstützen und einem in einer Nut des Laufrads befindlichen komplementären Schaufelschwalbenschwanz;
-
5 zeigt in einer fragmentarischen perspektivischen Ansicht im Wesentlichen radial von innen her gesehen den Umfang des Laufrads an einer Laufradstütze, die von den Schwalbenschwanznuten flankiert ist, um die Schaufelschwalbenschwänze aufzunehmen, und veranschaulicht die Position der Drahtdichtung;
-
6A–6D veranschaulichen in schematischen Darstellungen ein ohne einen Ausbaus des Rotors auskommendes Verfahren zum Austauschen der Schaufeln und der Drahtdichtung; und
-
7 veranschaulicht die Komponenten der Dichtung in einer vergrößerten Schnittansicht.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Mit Bezugnahme auf die Figuren, insbesondere 1, ist ein Halbschnitt von zwei Stufen einer allgemein mit 10 bezeichneten Hochleistungsturbine (im Folgenden auch als Turbine bezeichnet) dargestellt. Die Turbine 10 weist eine erste Stufe auf, die mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Düsen 12 und Schaufeln 14 enthält. Die Schaufeln 14 sind an einem Laufrad 16 befestigt und die Düsen 12 sind an feststehenden Komponenten 31 angebracht. Die Düsen 12 und Strömungsflächen 18 der Schaufeln 14 befinden sich in dem durch den Pfeil 20 angedeuteten Pfad heißer Gase der Turbine. Eine zweite Stufe der Turbine enthält mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Düsen 22 und Schaufeln 24. Die Schaufeln 24 sind an einem Laufrad 26 befestigt und die Düsen 22 sind an feststehenden Komponenten 31 angebracht. Die Düsen 22 und Strömungsflächen 25 der Schaufeln 24 befinden sich in dem durch den Pfeil 20 angezeigten Pfad heißer Gase der Turbine. Das Laufrad 16 der Stufe eins und das Laufrad 26 der Stufe zwei sind durch Abstandhalter 28 und 30 miteinander verbunden, um einen Abschnitt des Turbinenrotors 11 zu bilden. Der Turbinenrotor 11 rotiert bezüglich der feststehenden Gehäusekomponenten 31. Der ersten bzw. zweiten Stufe zugeordnete Abstandhalter 28 und 30 weisen Dichtungen 29 auf, um mit den feststehenden Komponenten 31 des Turbinengehäuses abzudichten, wobei vorzugsweise Dichtungen der Labyrinthbauart verwendet werden.
-
Wie am besten in den 1–4 veranschaulicht, gehören zu den Schaufeln ferner ein Schaft 32 und eine Basis, beispielsweise ein Schwalbenschwanz 34 (im Folgenden auch als Schaufelschwalbenschwanz bezeichnet). Der Kranz jedes Laufrads weist ferner mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Laufradstützen 36 (4) auf, die zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Laufradstützen 36 eine komplementäre Nut, beispielsweise einen Schwalbenschwanz 38 (im Folgenden auch als Laufradschwalbenschwanz bezeichnet), definieren, um den Schwalbenschwanz 34 der Schaufel aufzunehmen. Es ist klar, dass die Schaufeln von der allgemein bekannten Bauart sind, die einen axialen Eintritt verwendet, obwohl die Schaufeln auch unter Winkeln von beispielsweise 0–10° oder sogar mehr gegenüber der Achse, installiert sein können und dennoch als Schaufeln mit einem im Wesentlichen axialen Eintritt angesehen werden können.
-
Es wird noch einmal auf 1 eingegangen und als Vorteil angesehen, dass den Schaufeln der ersten Stufe Verdichterauslasskühlluft zugeführt wird, und den Schaufeln der zweiten Stufe Kühlluft der Verdichterzwischenstufe zugeführt wird. Die Verdichterauslasskühlluft strömt durch in dem Abstandhalter 28 der ersten Stufe ausgebildeten Öffnungen 33 in eine zwischen dem Abstandhalter 28 und dem Laufrad 16 vorhandene Luftkammer 35 und in einen zwischen der Basis jedes Schaufelschwalbenschwanzes 34 und der Basis des entsprechenden Laufradschwalbenschwanzes 38 angeordneten Durchlasskanal 37 (1), um durch einen oder mehrere in der Schaufel angeordnete, nicht gezeigte Kanäle im Wesentlichen radial nach außen zu strömen, um die Schaufelströmungsfläche zu kühlen. In ähnlicher Weise wird von der Verdichterzwischenstufe entnommene Luft bereitgestellt, um die Schaufelströmungsflächen der zweiten Stufe zu kühlen und wird durch zwischen dem Abstandhalter 30 der zweiten Stufe und dem Laufrad 26 angeordnete (nicht gezeigte) Kanäle in eine Luftkammer und weiter in einen Durchlasskanal geleitet, der zwischen der Basis jedes Schaufelschwalbenschwanzes und der Basis der auf dem Laufrad 26 ausgebildeten zugehörigen Schwalbenschwanznut angeordnet ist, um in einer im Wesentlichen radialen nach außen verlaufenden Richtung zu den Strömungsflächen 25 zu gelangen und für Kühlzwecke durch diese hindurch zu strömen.
-
Im Allgemeinen sind die Abstandhalter 28 und 30 durch eine Falzverbindung an den entsprechenden Laufrädern 16 und 26 befestigt. Insbesondere sind die Abstandhalter 28 und 30 ringförmig gestaltet und weisen Arme 40 bzw. 42 (im Folgenden auch als Abstandhalterarme bezeichnet) (1) auf, die jeweils Kreisringe sind, die an der axialen Stirnseite des zugehörigen Laufrads gesichert sind. Die Abstandhalterarme 40 und 42 weisen beide einen ringförmigen, axial nach hinten ragenden Vorsprung 41 auf, um an der vorderen Stirnfläche des entsprechenden Laufrads anzuliegen. Unter Bezugnahme auf 2 und 3 ist die Falzverbindung zwischen dem Abstandhalterarm 40 und dem Laufrad 16 der ersten Stufe veranschaulicht, wobei es klar ist, dass der Abstandhalterarm 42 und das Laufrad 26 in ähnlicher Weise aneinander befestigt sind. In 3 endet der Abstandhalterarm 40 in einer radial nach außen gewandten im Wesentlichen axial sich erstreckenden ringförmigen Fläche 44, die mit einer radial nach innen gewandten axial vorstehenden Fläche 45 auf dem Laufrad 16 in Berührung steht. Die Fläche 45 bildet einen Bestandteil eines axial nach vorne vorragenden, um die vordere axiale Stirnseite des Laufrads 16 ausgebildeten unterbrochenen Falzes oder Vorsprungs 49, wobei die Unterbrechungen durch die benachbarten Schwalbenschwanznuten 38 zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Laufradstützen 36 gebildet werden. D. h. der auf dem Laufrad 16 ausgebildete unterbrochene Falz 49 befindet sich in einem radialen Abstand, der ebenfalls jede der Schwalbenschwanznuten 38 auf dem Laufrad schneidet. Die Laufräder und Abstandhalter werden während des Zusammenbaus zusammengefalzt, so dass der Abstandhalterarm 40 vorgespannt und radial nach außen in die Laufradstützen 36 gedrückt wird. Hierdurch ist dafür gesorgt, dass die Arme und Laufräder bei Übergangsvorgängen beim Hochfahren und Herunterfahren des Turbinenmotors fest aneinander befestigt bleiben.
-
Wie am besten in 3 veranschaulicht, weist die Schwalbenschwanzbasis 34 jeder Schaufel einen vorderen axialen Vorsprung 52 auf, der über der äußeren ringförmigen Fläche 44 des Abstandhalterarms liegt und von diesem nach außen hin radial beabstandet ist. Insbesondere ist jeder Vorsprung 52 unterschnitten, so dass dessen sich axial erstreckende Fläche 54 von der Außenfläche 44 des Abstandhalterarms 40 in radialer Richtung nach außen hin beabstandet ist. Dies verhindert, dass der Abstandhalter 28 die Schaufeln aufgrund der Falzpassung zwischen dem Abstandhalter und dem Laufrad belastet.
-
Aus 3 ist deutlich zu entnehmen, dass die Laufradstützen 36 nach vorne gewandte Stirnflächen aufweisen, die im Wesentlichen mit den nach vorne gewandten Stirnflächen der Schwalbenschwänze der Schaufeln fluchten. Zwischen dem Abstandhalterarm 40 benachbart zu dessen Umfang und den axialen Stirnflächen der Schaufelschwalbenschwänze 34 und der Laufradstützen 36 ist eine allgemein mit 58 bezeichnete Dichtungsanordnung vorgesehen. Insbesondere enthält die Dichtungsanordnung 58 eine ringförmige Drahtdichtung 60, die in einem gestalteten Hohlraum 62 angeordnet ist. Der Hohlraum 62 wird durch Wandabschnitte 64 der hinteren Fläche des Abstandhalterarms 40 und Wandabschnitte 66 und 68, der vorderen axialen Stirnflächen der Schaufelschwalbenschwänze bzw. Laufradstützen gestaltet. Die den Hohlraum 62 definierende hintere Fläche des Abstandhalterarms 40 weist Wandabschnitte 64 auf, die radial nach außen und in einer axialen Richtung nach hinten schräg verlaufen. Die Stirnflächenwandabschnitte 66 und 68 der Schaufelschwalbenschwänze und Laufradstützen sind gekrümmt und verlaufen in einer axialen Vorwärtsrichtung schräg radial nach außen. Auf diese Weise weist der Hohlraum Wandabschnitte auf, die nach außen hin radial konvergieren. Die Drahtdichtung 60 ist zwischen diesen Wandabschnitten 64 auf dem Abstandhalterarm 40 und Wandabschnitten 66 und 68 der Stirnflächen der Schaufelschwalbenschwänze und Laufradstützen angeordnet.
-
Die Dichtung 60 ist vorzugsweise eine geflochtene Drahtdichtung, die in der Lage ist, sich in Reaktion auf Zentrifugalkräfte, die während der Rotation des Turbinenrotors auf die Dichtung wirken, an den gestalteten Hohlraum 62 anzupassen. Die Zentrifugalkräfte wirken auf die Drahtdichtung, so dass diese sich in einen Schlitz einpasst, der eventuell aufgrund kleinster Bewegungen der Schaufel in einer axialen oder radialen Richtung bezüglich der Laufradstützen zwischen den Stirnflächen des Schaufelschwalbenschwanzes 34 und der Laufradstützen 36 entsteht. Die Dichtung 60 ist als eine mehrschichtige Dichtung aufgebaut, mit einem im Innern angeordneten Innenkern 70 (7), vorzugsweise von Inconel, einen vorzugsweise geflochtenen Draht, einen auf amorpher Silika basierenden äußeren Kern 72, eine Schicht aus Foliengeflecht 74 von Inconel und ein äußeres Drahtgeflecht 76, bevorzugt von Inconel. Der Inconel-Innenkern 70 sorgt für Langlebigkeit, während der auf Silika basierende äußere Kern ein Komprimieren der Dichtung ermöglicht. Das Foliengeflecht 74 verbessert die Dichtungskapazität des Drahts und macht das äußere Geflecht 76 für den Primärpfad verfügbar, über den Luft strömen kann. Das äußere Geflecht schafft jedoch einen stark gewundenen Leckpfad, der eine Leckage von Luft um die Dichtung herum minimiert. Das äußere Geflecht 76 ermöglicht ferner Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit der Dichtung in rauhen Triebwerkumgebungen. Alternativ basiert eine zweite Konfiguration der Drahtdichtung 60 ganz auf Inconel-Drahtgeflecht, unter Verzicht auf den amorphen Silikakern oder das Foliengeflecht, wie sie zuvor erörtert sind.
-
Es ist einsichtig, dass sich die Dichtung 60 aufgrund der gegen die abdichtenden Wandabschnitte sowohl des Abstandhalters als auch der Stirnflächen der Schaufelschwalbenschwänze und der Laufradstützen im Betrieb der Turbine ausgeübten Zentrifugalkraft verformt und im Wesentlichen sich der Gestalt des Hohlraums 62 anpasst, der sich benachbart zu radialen äußeren Extremitäten der Dichtung befindet. Die Drahtdichtung 60 dichtet auf diese Weise die Turbinenschaufelkühlluft ab, so dass diese nicht in den Pfad heißer Gase 20 austreten kann, und verhindert, dass heißes Gas in den Kühlluftströmungspfad gelangt.
-
Es ist von Vorteil, dass die oben beschriebene Dichtungsanordnung einen Ausbau einer oder mehrerer der Schaufeln in einer axialen Rückwärtsrichtung im Rahmen von Wartungsarbeiten zulässt. Insbesondere, und mit Bezug auf die 6A–6D, lassen sich die Schaufeln nach deren Verschiebung in eine Rückwärtsrichtung von dem entsprechenden Laufrad abnehmen und lassen sich ebenso in der entgegengesetzten Vorwärtsrichtung an dem Laufrad anbringen. Die Schaufeln werden während des Turbinenbetriebs durch einen ringförmigen Sicherungsring an einer axialen Bewegung nach hinten gehindert. Wie in den 6A–6D zu sehen, weist jede der hinteren Stirnflächen der Laufradstützen einen radial nach innen gerichteten Haken 80 (6B und 6C) auf, der einen Schlitz 82 definiert. In ähnlicher Weise weist jede der hinteren Flächen der Schaufelschwalbenschwänze, wie die Haken 80 und Schlitze 82 der Laufradstützen, einen radial nach innen gerichteten Haken 84 auf, der einen entsprechenden Schlitz 86 an entsprechenden radialen und axialen Positionen definiert. Wenn sich die Schaufeln in ihrer endgültigen Position auf den Laufrädern befinden, fluchten die von den Laufradstützen und Schaufelschwalbenschwanzhaken 80 bzw. 84 gebildeten Schlitze 82 und 86 axial, was den Einbau eines ringförmigen Schaufelsicherungsrings 88 ermöglicht. Um die Schaufeln für Wartungszwecke zu entfernen oder um die Dichtung 60 zu ersetzen, wird der Schaufelsicherungsring 88 daher nach innen verschoben und aus den Fangschlitzen 82 und 86 entfernt. Hierdurch werden die Schaufeln für eine Verschiebung in eine axiale Rückwärtsrichtung freigeben, um von dem zugehörigen Laufrad abgenommen zu werden.
-
Nach dem Entfernen der Schaufeln ist über die nun leeren Schwalbenschwanznuten 38 des Laufrads (5) ein Zugriff auf die Drahtdichtung 60 möglich, und die Dichtung 60 kann nach Bedarf oder Wunsch entfernt und erneuert werden. Die Dichtung 60 ist elastisch und lässt sich in den freigelegten Dichtungshohlraum um den Umfang herum einfügen. Die Schaufeln können dann wieder eingebaut werden oder es können neue Schaufeln installiert werden, indem die Schwalbenschwänze der Schaufeln entlang den Schwalbenschwanznuten 38 verschoben werden, um die Schaufelsicherungsschlitze 82 und 86 axial fluchtend auszurichten. Anschließend wird der Schaufelsicherungsring 88 eingebaut, um die Schaufeln gegen eine axiale Bewegung gegenüber dem entsprechenden Laufrad zu sichern.
-
Die Schwalbenschwänze von Turbinenschaufeln 14 werden in Schwalbenschwanznuten 38 aufgenommen, die zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Laufradstützen auf einem Turbinenrad eines Gasturbinenrotors ausgebildet sind. Das Laufrad 16 und ein Abstandhalter 28 werden zusammengefalzt und ein auf jedem Schaufelschwalbenschwanz axial sich nach vorne erstreckender Vorsprung 49 ist unterschnitten, um den Vorsprung von dem äußeren Rand des Abstandhalters zu beabstanden, wodurch eine von dem Abstandhalter ausgehende Belastung der Schaufel eliminiert wird. Zwischen radial nach außen konvergierenden Wandabschnitten 64, 66, 68 des Abstandhalters 28 und Stirnflächen der Laufradstützen und Schaufelschwalbenschwänze ist ein Hohlraum 62 ausgebildet. Im Betrieb der Turbine passt sich ein ringförmiger Dichtungsdraht 60 in Reaktion auf Zentrifugalkräfte den Abstandhalterwandabschnitten und den Stirnflächen der Laufradstützen und Schaufelschwalbenschwänze an und dichtet zwischen diesen ab.
-
Die Erfindung wurde zwar anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, von dem gegenwärtig angenommen wird, dass es sich am besten verwirklichen lässt, es ist allerdings selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt sein soll, sondern vielmehr vielfältige Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 14
- Schaufeln
- 16
- Laufrad
- 18
- Strömungsfläche
- 28, 30
- Abstandhalter
- 34
- Basis/Schwalbenschwanz/Schaufelschwalbenschwanz
- 36
- Laufradstützen
- 38
- Nuten/Schwalbenschwanznuten/Laufradschwalbenschwanz
- 40, 42
- Arm/Abstandshaltearm
- 49
- Vorsprung
- 52
- Vorsprung
- 60
- Dichtung
- 62
- Hohlraum
- 70
- innerer Kern
- 72
- Silikamantelgeflecht
- 74
- Metallfolie
- 76
- metallenes Außengeflecht
- 64, 66, 68
- Wandabschnitte
- 80
- Haken
- 82
- Schlitze
- 84
- Haken
- 86
- Schlitze
- 88
- Sicherungsringdraht
