DE102009011297A1 - Dichtungsanordnung einer Turbine einer Turbomaschine - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
- F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung einer Turbine einer Turbomaschine, mit einem zumindest eine Schaufelreihe ringförmig umschließenden Dichtring 1, wobei Schaufeln 2 der Schaufelreihe an ihrem freien, eine Plattform 3 aufweisenden Ende einen Laufspalt zu dem Dichtring 1 bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring 1 und/oder die Plattform 3 zumindest eine radial mit einer Ringöffnung 4 versehene Ringnut 5 aufweisen, welche in zumindest einer ihrer Axialrichtung 6 hinterschnitten ist, und dass die Plattform 3 und/oder der Dichtring 1 zumindest ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes, in die Ringnut 5 eingreifendes Dichtelement 7 aufweisen.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Im Einzelnen bezieht sich die Dichtungsanordnung einer Turbine einer Turbomaschine auf eine Ausgestaltung, bei welcher zumindest ein eine Schaufelreihe ringförmig umschließender Dichtring vorgesehen ist, welcher gegenüber einer Schaufelreihe einen Laufspalt aufweist. An dem radial äußeren Ende weist die Schaufel
2 eine Plattform3 auf, an welcher mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende Dichtlippen11 ausgebildet sind. Diese bilden zusammen mit einem strukturierten, ringförmigen Wabenstrukturelement9 eine Labyrinthdichtung. - Als nachteilig erweist es sich dabei, dass die Fertigungsgenauigkeit sehr hoch sein muss, um den Laufspalt zu minimieren. Bereits geringfügige thermische Änderungen führen durch die Ausdehnung oder Kontraktion des Turbinengehäuses zu einer Vergrößerung des Ringspalts oder zu einer Verringerung, welche bis zum direkten Kontakt führen kann. Auch Flugmanöver beeinflussen den Laufspalt.
- Der Stand der Technik sieht vor, durch entsprechende Kühlung des Turbinengehäuses den Laufspalt zu minimieren und damit den Strömungsverlust am Schaufelende zu vermindern. Eine vollständige Abdichtung ist hinsichtlich der auftretenden Wärmeausdehnungen, der Wärmekontraktionen, der Fertigungsgenauigkeit und anderer Parameter, nicht möglich.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit ein hohes Maß an Effektivität aufweist.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
- Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der Dichtring und/oder die Plattform zumindest eine Ringnut aufweisen, welche radial mit einer Ringöffnung versehen ist und welche in zumindest einer Axialrichtung hinterschnitten ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Plattform und/oder der Dichtring zumindest ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes, ringförmiges, in die Ringnut eingreifendes Dichtelement aufweist.
- Es ergibt sich somit erfindungsgemäß durch das Zusammenwirken der Ringnut und des in der Ringnut angeordneten Dichtelements ein vorgegebener Strömungsweg, welcher bevorzugterweise mäanderförmig ausgebildet ist und eine mehrfache Umlenkung der Spaltströmung bewirkt. Bedingt durch diese Umlenkung erfolgt eine Störung und Behinderung des Durchflusses der Spaltströmung, wodurch sich ein erheblich gesteigerter Dichtungseffekt ergibt.
- Bevorzugterweise umfasst die Ringnut einen im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt. Das Dichtelement ist bevorzugterweise mit einem T-förmigen oder L-förmigen Querschnitt versehen.
- In günstiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Ringnut und/oder am Dichtelement zumindest eine ringförmige Wirbelkammer vorgesehen ist, welche zu einer zusätzlichen Störung der Durchströmung in Axialrichtung führt.
- Das Dichtelement ist im Wesentlichen über seine axiale Höhe in der Ringnut angeordnet und taucht somit in den Freiraum der Ringnut ein. Dabei ergibt sich ein Freiraum, welcher einen direkten metallischen Kontakt verhindert und welcher zusätzlich einen Strömungsweg der Spaltströmung bildet, welcher jedoch durch die mehrfache Umlenkung zu der beschriebenen Dichtwirkung führt.
- Weiterhin ist es günstig, wenn das Dichtelement in axialer Richtung im Wesentlichen die gleiche Breite aufweist, wie die Breite der Ringnut. Es ist somit bei der Montage möglich, das Dichtelement in axialer Richtung in die Ringnut einzustecken, wodurch sich die Herstellung und die Montage erheblich vereinfachen.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
-
1 eine vereinfachte Teil-Schnittansicht längs der Maschinenachse, -
2 eine vergrößerte Teil-Ansicht der Anordnung gemäß1 , -
3 eine Ansicht, analog den1 und2 , während des Montagevorgangs, -
4 eine Ansicht, analog2 , im montierten Zustand, -
5 eine Ansicht, analog den3 und4 , mit Axialversatz, und -
6 eine Darstellung, analog1 , der Ausgestaltung gemäß dem Stand der Technik. - Die
1 zeigt einen Dichtring, welcher zwei nebeneinanderliegende Ringnuten5 umfasst, die jeweils in Axialrichtung eine Hinterschneidung6 aufweisen. Die Ringnuten5 weisen jeweils eine Ringöffnung4 auf, so dass der Dichtring1 zwei ringförmige Kammern aufweist, welche jeweils radial innen geöffnet sind. - Angrenzend an den Dichtring
1 ist ein durch die einzelnen Plattformen3 der Schaufeln2 gebildetes ringartiges Element vorgesehen. Die einzelnen Plattformen3 umfassen jeweils ein im Querschnitt T-förmiges Dichtelement7 , welches sich durch die Ringöffnung4 in den Innenraum der Ringnut3 erstreckt. Durch die Hinterschneidung ist die jeweilige Ringnut5 im Querschnitt im Wesentlichen C-förmig ausgebildet, während das Dichtelement im Wesentlichen T-förmig gestaltet ist. - Zwischen den beiden T-förmigen Dichtelementen
7 ist eine Wirbelkammer8 ausgebildet (siehe2 ). - Durch das Zusammenwirken der Ringnut
9 des Dichtrings1 und des Dichtelements7 ergibt sich ein in Axialrichtung mäanderförmig verlaufender Strömungsweg10 , dessen Durchströmung zusätzlich durch die Wirbelkammer8 gestört wird. Durch die mehrfache Umlenkung der Strömung ergeben sich eine Verlangsamung der Strömung und eine Bremswirkung, die verhindern, dass eine wirksame Strömung zwischen den freien Enden der Schaufeln2 und dem Dichtring1 stattfindet. All dies bewirkt den Dichtungseffekt bei der vorliegenden Erfindung. - Die
3 –5 zeigen jeweils unterschiedliche Zustände. Bei3 ist ein noch nicht montierter Zustand dargestellt, die endgültige Zuordnung gemäß2 ist gestrichelt gezeigt. Daraus folgt, dass, wie durch den Pfeil in3 gezeigt, ein Einschieben der Dichtelemente in die Ringöffnungen des Dichtrings1 möglich ist. - Die
4 zeigt einen Zustand vor der endgültigen Montage in dem Gehäuse. Die5 zeigt, dass selbst bei einer extremen axialen Versetzung, welche in der Praxis nicht vorkommen wird, der Dichtvorgang der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung nicht beeinträchtigt wird. - Es ergibt sich erfindungsgemäß somit eine Dichtungsanordnung, die mit einer Minimalanzahl an Bauelementen in hohem Maße wirksam ist und die insbesondere ohne besonders ausgeprägte Fertigungstoleranzen herstellbar ist. Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ist in hohem Maße betriebssicher und wirkungsvoll.
- Erfindungsgemäß kann es günstig sein (nicht gezeigt), aus Gründen der Geräuschdämmung radial außenliegend an dem Dichtring
1 ein ringförmiges Wabenstrukturelement vorzusehen. - Der gesamte Druckverlust über den zwischen dem Dichtring
1 und der Plattform3 gebildeten Spalt wird erfindungsgemäß mit einer Vielzahl von kleineren Druckverlust-Koeffizienten gebildet, die in der Summe den gesamten Druckverlust über die Dichtungsanordnung ergeben. Jede der Umlenkungen der Strömungen und jede Störung der Strömung bewirkt einen Teilverlust-Koeffizienten, wobei sich die Teilverlust-Koeffizienten in der Summe addieren. Insgesamt ergibt sich erfindungsgemäß somit nicht die Notwendigkeit, engste Fertigungstoleranzen und Montagetoleranzen einzuhalten. Es ergibt sich vielmehr ein passives System, welches auch unter ungünstigsten Betriebsbedingungen hochwirksam ist. Insbesondere bewirken thermische Ausdehnungen oder Schrumpfungen ebenso wenig nennenswerte Änderungen der Dichtwirkung wie Zentrifugalkräfte und Belastungen durch Flugmanöver. Selbst bei ungünstigen axialen Versetzungen ergibt sich im Vergleich zum Stand der Technik, wie in5 gezeigt, eine bessere und noch gestärkte Dichtwirkung. - Insgesamt ergibt sich erfindungsgemäß weiterhin eine einfache Konstruktion, welche nicht einer speziellen Überprüfung und Kontrolle bedarf. Es ergibt sich eine Gewichts- und Kostenreduktion, zusammen mit einer verstärkten Robustheit und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems.
-
- 1
- Dichtring
- 2
- Schaufel
- 3
- Plattform
- 4
- Ringöffnung
- 5
- Ringnut
- 6
- Hinterschneidung
- 7
- Dichtelement
- 8
- Wirbelkammer
- 9
- Wabenstrukturelement
- 10
- Strömungsweg
- 11
- Dichtlippe
- 12
- Turbinenscheibe
- 13
- Turbinengehäuse
- 14
- Kernströmungsrichtung
- 15
- Maschinenachse
Claims (9)
- Dichtungsanordnung einer Turbine einer Turbomaschine, mit einem zumindest eine Schaufelreihe ringförmig umschließenden Dichtring (
1 ), wobei Schaufeln (2 ) der Schaufelreihe an ihrem freien, eine Plattform (3 ) aufweisenden Ende einen Laufspalt zu dem Dichtring (1 ) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (1 ) und/oder die Plattform (3 ) zumindest eine radial mit einer Ringöffnung (4 ) versehene Ringnut (5 ) aufweisen, welche in zumindest einer ihrer Axialrichtungen hinterschnitten (6 ) ist und dass die Plattform (3 ) und/oder der Dichtring (1 ) zumindest ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes, in die Ringnut (5 ) eingreifendes Dichtelement (7 ) aufweisen. - Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (
5 ) und das Dichtelement (7 ) zusammenwirkend einen mäandernden Strömungsweg bilden. - Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (
5 ) einen im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt aufweist. - Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
7 ) einen im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt aufweist. - Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
7 ) einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt aufweist. - Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ringnut (
5 ) und/oder am Dichtelement (7 ) zumindest eine ringförmige Wirbelkammer (8 ) ausgebildet ist. - Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
7 ) im Wesentlichen über seine axiale Höhe in der Ringnut (5 ) angeordnet ist. - Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
7 ) in axialer Richtung im Wesentlichen die gleiche Breite aufweist, wie die Breite der Ringnut (5 ). - Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass radial außen an dem Dichtring (
1 ) ein ringförmiges Wabenstrukturelement angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200910011297 DE102009011297A1 (de) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | Dichtungsanordnung einer Turbine einer Turbomaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200910011297 DE102009011297A1 (de) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | Dichtungsanordnung einer Turbine einer Turbomaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009011297A1 true DE102009011297A1 (de) | 2010-09-09 |
Family
ID=42538466
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200910011297 Withdrawn DE102009011297A1 (de) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | Dichtungsanordnung einer Turbine einer Turbomaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102009011297A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104819015A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-08-05 | 东南大学 | 自适应动压气膜复合叶尖密封装置及其密封方法 |
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2009
- 2009-03-02 DE DE200910011297 patent/DE102009011297A1/de not_active Withdrawn
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