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Die Erfindung betrifft eine Dichtanordnung für eine Turbomaschine zum Verhindern eines Leckagestroms durch einen Spalt zwischen zwei statischen Bauteilen und eine Turbomaschine mit einer derartigen Dichtanordnung.
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Eine Dichtanordnung für statische Bauteile wie Leitschaufeln benachbarter Leitschaufelreihen einer Turbomaschine ist z. B. in der
WO 01/65073 A1 gezeigt. Die Leitschaufeln sind mit ihren Fußplatten im Überlappstoß angeordnet, die hierzu stufenartig ausgeführt sind. Bei thermischer Beanspruchung verschieben sich die Fußbodenplatten zueinander in einer in Strömungsrichtung und in Radialrichtung überlagerten Relativbewegung, wodurch die Dichtwirkung dieser Dichtanordnung großen Schwankungen unterworfen ist. Zudem müssen die Dichtflächen der Fußbodenplatten eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit aufweisen.
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Bei einer alternativen in der
WO 01/65073 A1 gezeigten Dichtanordnung sind benachbarte Leitschaufelfußplatten jeweils in axialer Richtung voneinander beabstandet, wobei zum Schließen des Spalts in ihren Randbereichen jeweils eine Tasche zur Aufnahme eines Dichtblech eingebracht ist. Eine konstante Dichtwirkung unabhängig von Wärmeausdehnungen ist jedoch auch mit dieser Dichtanordnung nicht zu erreichen. Zudem erfolgt die Ausbildung der Taschen bzw. Nuten häufig über Funkenerosion, was in der Regel sehr aufwändig ist. Ferner ist die Montage und Demontage der Dichtanordnung verhältnismäßig aufwändig, da die Dichtstreifen zum Verklemmen und zur Oxidation sowie zur Deformation neigen.
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Des Weiteren ist in der
WO 01/65073 A1 eine Dichtanordnung mit einem bügelartigen metallischen Dichtelement zum Verschließen eines Spaltes zwischen benachbarten Leitschaufelfußplatten gezeigt, das mit seinen Endabschnitten in Nuten der Fußbodenplatten eingesetzt und mit diesen verschweißt ist. Diese Dichtanordnung verschließt zwar im Vergleich zu den vorgenannten Dichtanordnungen den Spalt zuverlässig, jedoch ist insbesondere die Montage und Demontage aufgrund der Verschweißung des Dichtelementes mit den Fußbodenplatten aufwändig.
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Aus der
DE 26 20 903 A1 ist zudem eine Dichtanordnung zur Abdichtung von benachbarten Leitschaufelsegmenten einer Leitschaufelreihe bekannt. Die Segmente haben jeweils zwei stufenförmige Randbereiche zur Bildung einer Überlappung mit den benachbarten Segmenten. Die Randbereiche sind in radialer Richtung über einen Spalt voneinander beabstandet, wobei zum Schließen des Spaltes ein Dichtblech vorgesehen ist, das in zwei gegenüberliegende Axialnuten der Randbereiche eingesetzt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtanordnung für eine Turbomaschine zum Verhindern eines Leckagestroms durch einen Spalt zwischen zwei statischen Bauteilen zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und insbesondere eine einfache Fertigung und hohe Dichtwirkung ermöglicht, sowie eine Turbomaschine mit einer derartigen Dichtanordnung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Dichtanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Turbomaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
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Eine erfindungsgemäße Dichtanordnung für eine Turbomaschine zum Verhindern eines Leckagestroms durch einen Spalt zwischen zwei statischen Bauteilen sieht vor, die Bauteile mit jeweils einem Bauteilabschnitt in Überlappung zueinander anzuordneten und zwischen den Bauteilabschnitten hochtemperaturfestes Dichtgewebe zum Verschließen des Spaltes zu positionieren.
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Das Dichtgewebe ermöglicht eine hohe Dichtwirkung bis zum Rand der Bauteile. Es hat elastische Eigenschaften und insbesondere dann, wenn es unter Vorspannung zwischen den Bauteilen angeordnet ist, erlaubt es einen verlässlichen Ausgleich von Relativverschiebungen der Bauteile zueinander. Zudem bewirkt das Dichtgewebe eine Dämpfung der Bauteile zueinander und unterliegt nur einem geringen Verschleiß. Das Dichtgewebe lässt sich bequem zwischen den Bauteilen positionieren und entfernen. Die Montage und Demontage wird insbesondere dadurch vereinfacht, dass das Dichtgewebe keiner Oxidation unterliegt und sich nicht verklemmen kann. Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Dichtanordnung auch durch eine vereinfachte Fertigung aus, da die Bauteilabschnitte bspw. durch Fräsen oder Schleifen hergestellt werden können. Außerdem können durch das Dichtgewebe Bauteil- und Montagetoleranzen ausgeglichen werden, so dass an die Bauteilabschnitte geringere Genauigkeitsanforderungen gestellt werden können. Des Weiteren ist das Dichtgewebe verhältnismäßig günstig.
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Bevorzugterweise hat das Dichtgewebe ein bandartiges Profil, welches sich insbesondere durch einen kompakten und stabilen Querschnitt auszeichnet sowie eine großflächige Berührung mit den Bauteilabschnitten ermöglicht. Unter einem bandartigen Profil werden dabei auch schnurartige, rollenartige, bündelartige, streifenartige und vergleichende Profile verstanden. Das Dichtgewebe kann einen rechteckigen, quadratischen, ovalen, kreisförmigen oder ähnlichen Querschnitt aufweisen. Ebenfalls können sie aus geflochtenen bzw. gedrillten Faserbündeln oder lagenartig aufgebauten oder aufgerollten Gewebestreifen bestehen. Dabei ist der Begriff „Gewebe” nicht auf Gewebestrukturen im engeren Sinn beschränkt ist, sondern erstreckt sich ebenfalls auf Gelege, Gewirke und drgl. Als Materialien werden entsprechend hitzebeständige Stoffe bevorzugt, so dass das Dichtgewebe in einem solchen Fall eine Stoffdichtung ist. Ebenfalls können herkömmliche Stoffe bzw. Stofffaserbündel verwendet werden, die mit einer entsprechen hitzebeständigen und vorzugsweise reibarmen Beschichtung versehen sind. Jedoch können auch hitzebeständige Kunststoffmaterialien bzw. entsprechend beschichtete Kunststoffmaterialien Anwendung finden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Dichtgewebe in einem von den Bauteilabschnitten gebildeten Hohlraum angeordnet, der als ein querschnittvergrößerter Spaltabschnitt zwischen zwei Teilspalten ausgebildet ist. Hierdurch wird ein Käfig für das Dichtgewebe gebildet, wodurch dieses zwischen den Bauteilabschnitten lagegesichert ist. Die Querschnittsform des Hohlraums ist prinzipiell beliebig, jedoch werden rechteckige Querschnitte mit sich in axialer Richtung erstreckenden Dichtflächen oder ovale Querschnitte bevorzugt.
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Bei einer besonders dichtgewebeschonenden Variante hat das Dichtgewebe eine kleinere Querschnittsfläche als der Hohlraum.
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Bei einer alternativen Variante hat das Dichtgewebe eine dem Hohlraum entsprechende Querschnittsfläche, wodurch aufgrund quasi eine der Außenumfangsfläche des Dichtgewebes entsprechenden Dichtfläche eine sehr hohe Dichtwirkung erzielbar ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Bauteilabschnitte L-förmige Vorsprünge mit in entgegengesetzte Richtungen orientierten abgewinkelten Endabschnitten zur Bildung des Hohlraums. Ein derartiger L-förmiger Vorsprung ist fertigungstechnisch einfach herzustellen. Zudem wird ein labyrinthartiger Spalt geschaffen, durch den einem Teilstrom effektiv Energie entzogen wird, so dass das Dichtgewebe weniger Belastungen ausgesetzt ist.
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Um zu verhindern, dass das Dichtelement aus dem Hohlraum bewegt wird, ist es vorteilhaft, wenn die Endabschnitte jeweils eine größere Erstreckung in ihre jeweilige Richtung als das Dichtelement haben.
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Bei einer Variante haben die Vorsprünge jeweils eine Dichtfläche, die im montierten Zustand gegenüberliegend und parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. Dabei wird es bevorzugt, wenn die Dichtflächen axial zur Turbomaschine verlaufen, da dann bei einer relativen Axialverschiebung der Bauteile zueinander das Dichtgewebe nur auf Scherung belastet werden kann.
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Bei einer alternativen Variante sind die Dichtflächen konkav und somit im Vergleich zu einer geraden Ausbildung vergrößert ausgebildet.
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Dabei ist es fertigungstechnisch besonders einfach, wenn sich die Dichtflächen zumindest abschnittsweise in die Endabschnitte erstrecken.
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Eine bevorzugte Turbomaschine weist eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Dichtanordnungen zwischen statischen Bauteilen wie Leitschaufelreihen auf. Aufgrund einer durch die Dichtanordnungen erzielbaren optimalen Dichtwirkung zwischen den statischen Bauteilen hat eine derartige Turbomaschine einen hohen Wirkungsgrad.
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Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand stark vereinfachter schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtanordnung, und
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2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtanordnung.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt wird eine erfindungsgemäße Dichtanordnung 1 für eine Turbomaschine, wie ein Flugzeugtriebwerk, zum Verhindern eines Leckagestromes durch einen Spalt 2 zwischen zwei statischen Bauteilen 4, 6, die in Axialrichtung 8 und somit in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, dadurch gebildet, dass die Bauteile 4, 6 in Radialrichtung 10 mit jeweils einem randbereichseitigen Bauteilabschnitt 12, 14 in Überlappung angeordnet sind, zwischen denen ein hochtemperaturfestes Dichtgewebe 16 zum Verschließen des Spaltes 2 angeordnet ist. Dabei wird es wie in den Figuren gezeigt bevorzugt, wenn das Dichtgewebe 16 in einen zwischen den Bauteilabschnitten 12, 14 gebildeten Hohlraum 18 angeordnet ist. Die Bauteile 4, 6 sind beispielsweise Leitschaufeln benachbarter Leitschaufelreihen oder Verkleidungselemente. Die Bauteilabschnitte 12, 14 sind bevorzugterweise durch ein Fräsverfahren oder Schleifverfahren ausgebildet.
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Die Bauteilabschnitte 12, 14 erstrecken sich jeweils von einer Stirnfläche 20, 22 der Bauteile 4, 6 und sind als L-förmige Vorsprünge mit einem entsprechend abgewinkelten Endabschnitt 24, 26 ausgebildet. Die Vorsprünge 12, 14 haben jeweils einen orthogonal zur Stirnfläche 20, 22 in Axialrichtung 8 verlaufenden Flächenabschnitt 28, 30, der in eine Dichtfläche 32, 34 übergeht. Im montierten Zustand sind die Dichtflächen 32, 34 gegenüberliegend angeordnet und begrenzen den Hohlraum 18 in Radialrichtung 10.
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Die Endabschnitte 24, 26 haben jeweils eine von der Stirnfläche 20, 22 beabstandete Radialfläche 36, 38 und eine von dem jeweils gegenüberliegenden Flächenabschnitt 28, 30 beabstandete Kopffläche 40, 42, die sich entsprechend den Flächenabschnitten 28, 30 in Axialrichtung 8 erstreckt. Durch die Radialflächen 36, 38 und den diesen gegenüberliegenden Stirnflächen 20, 22 in Kombination mit den Kopfflächen 40, 42 und den diesen gegenüberliegenden Flächenabschnitten 28, 30 ist jeweils ein L-förmiger Teilspalt 44, 46 gebildet, die weiter unten erläutert werden. Zudem weisen die Endabschnitte 24, 26 in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils eine von der jeweiligen Radialfläche 36, 38 abgewandte Begrenzungsfläche 48, 50 zur axialen Begrenzung des Hohlraums 18 auf. Um zu verhindern, dass das Dichtelement 16 aus dem Hohlraum 18 bewegt bzw. gequetscht wird, haben die Endabschnitte 24, 26 jeweils eine größere Erstreckung in Radialrichtung 8 hat als das jeweilige Dichtelement 16. Bevorzugterweise erstrecken sich dabei die Endabschnitte 24, 26 über die halbe Höhe der Dichtelemente 16 hinaus. Somit sind die Kopfflächen 40, 42 in Radialrichtung 10 versetzt zueinander angeordnet.
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Die Teilspalte 44, 46 haben gemäß ihrem L-förmigen Verlauf jeweils einen sich in Axialrichtung 8 erstreckenden axialen Teilspaltabschnitt und einen sich in Radialrichtung 10 erstreckenden radialen Teilspaltabschnitt, wodurch Relativbewegungen der Bauteile 4, 6 zueinander in Axialrichtung 8 und Radialrichtung 10 ermöglicht werden. Die Relativbewegungen der Bauteile 4, 6 zueinander werden erst durch ein Auflaufen der Radialflächen 36, 38 auf die Stirnflächen 20, 22 und durch ein Auflaufen der Kopfflächen 40, 42 auf die Flächenabschnitte 28, 30 begrenzt. Die Teilspalte 44, 46 münden in Radialrichtung 10 zueinander versetzt in den Hohlraum 18, der im Prinzip einen querschnittsvergrößten Spaltabschnitt bzw. Verbindungsabschnitt zwischen den Teilspalten 44, 46 darstellt. Somit wird der Spalt 2 von den Teilspalten 44, 46 sowie dem Hohlraum 18 gebildet und ist entsprechend der L-förmigen Vorsprünge 12, 14 labyrinth- bzw. mehrfach stufenartig ausgebildet.
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Das Dichtgewebe 16 besteht aus einem hochtemperaturfesten, die zu erwartenden Temperaturen standhaltenden Stoffmaterial bzw. Fasermaterial und hat zwei voneinander abgewandte Kontaktflächen 52, 54 zur Anlage an den bauteilseitigen Dichtflächen 32, 34 sowie zwei die Kontaktflächen 52, 54 miteinander verbindenden Seitenflächen 56, 58. Es hat beispielsweise einen bandartigen rechteckigen Querschnitt oder einen bandartigen ovalen Querschnitt, der im Prinzip jeweils einem Querschnitt des Hohlraums 18 entspricht. Vorzugsweise ist es unter Vorspannung in dem Hohlraum 18 zwischen den Dichtflächen 32, 34 eingespannt.
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Der Hohlraum 18 mit einem rechteckigen Querschnitt ist in 1 gezeigt. Dabei hat der Hohlraum 18 eine größere Erstreckung in Axialrichtung 8 als in Radialrichtung 10. Die Dichtflächen 32, 34 sind gegenüberliegend und parallel sowie in Axialrichtung 8 verlaufend zueinander orientiert. Die Begrenzungsflächen 48, 50 erstrecken sich in Radialrichtung 10. Entsprechend hat das Dichtgewebe 16 einen rechteckigen Querschnitt mit einer größeren Erstreckung in Axialrichtung 8 als in Radialrichtung 10. Es hat eine kleine Querschnittsfläche als der Hohlraum 18, wobei es mit seinen Kontaktflächen 52, 54 flächig an den Dichtflächen 32, 34 anliegt und mit seinen Seitenflächen 56, 58 von der jeweils gegenüberliegenden Begrenzungsfläche 48, 50 beabstandet ist. Bei einer relativen Axialverschiebung gleitet das Dichtgewebe 16 zumindest entlang einer der Dichtflächen 32, 34, die hierzu eine entsprechend geringe Oberflächenrauhigkeit aufweisen. Bei einer relativen Radialverschiebung wird das Dichtgewebe 16 gestaucht oder es dehnt sich aus, wobei seine elastischen Eigenschaften derart sind, dass es stets an den Dichtflächen 32, 34 anliegt.
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Der Hohlraum 18 mit einem ovalen Querschnitt ist in 2 gezeigt. Das Dichtgewebe 16 hat zumindest eine der Querschnittsfläche des Hohlraums 18 entsprechende Querschnittsfläche und füllt somit den Hohlraum 18 vollständig aus. Die Dichtflächen 32, 34 sind konkav ausgebildet, wobei sie sich von dem jeweiligen Flächenabschnitt 28, 30 zur jeweiligen Kopffläche 40, 42 erstrecken. Die in 2 gezeigten Begrenzungsflächen 48, 50 sind somit bei diesem Ausführungsbeispiel in die Dichtflächen 32, 34 integriert, wodurch die Dichtflächen 32, 34 entsprechend vergrößert sind.
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Im Betrieb strömt ein Teilstrom aus einem nicht bezifferten, sich gemäß den Darstellungen in den 1 und 2 oberhalb der Bauteile 4, 6 befindenden Strömungspfad in den Teilspalt 44 des Spaltes 2 radial ein, wird am Vorsprung 12 in Axialrichtung 8 umgelenkt und trifft energiereduziert auf die Seitenfläche 56 des Dichtgewebes 18 auf. Von der Seitenfläche 56 wird der Teilstrom in Richtung der Kontaktflächen 52, 54 geleitet. Da sich diese jedoch in dichtender Anlage mit den Dichtflächen 32, 34 befinden, kann der Teilstrom das Dichtgewebe 18 nicht umströmen und sich somit nicht zu einem aus dem Teilspalt 46 austretenden Leckagestrom entwickeln.
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Offenbart ist eine Dichtanordnung für eine Turbomaschine zum Verhindern eines Leckagestroms durch einen Spalt zwischen zwei statischen Bauteilen, wobei die Bauteile mit jeweils einem Bauteilabschnitt in Überlappung zueinander angeordneten sind und zwischen den Bauteilabschnitten hochtemperaturfestes Dichtgewebe zum Verschließen des Spaltes positioniert ist, sowie eine Turbomaschine mit einer derartigen Dichtanordnung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dichtanordnung
- 2
- Spalt
- 4
- Bauteil
- 6
- Bauteil
- 8
- Strömungsrichtung
- 10
- Radialrichtung
- 12
- Vorsprung L-förmig
- 14
- Vorsprung
- 16
- Dichtgewebe
- 18
- Hohlraum
- 20
- Stirnfläche
- 22
- Stirnfläche
- 24
- Endabschnitt
- 26
- Endabschnitt
- 28
- Flächenabschnitt
- 30
- Flächenabschnitt
- 32
- Dichtfläche
- 34
- Dichtfläche
- 36
- Radialfläche
- 38
- Radialfläche
- 40
- Kopffläche
- 42
- Kopffläche
- 44
- Teilspalt L-förmig
- 46
- Teilspalt
- 48
- Begrenzungsfläche
- 50
- Begrenzungsfläche
- 52
- Kontaktfläche
- 54
- Kontaktfläche
- 56
- Seitenfläche
- 58
- Seitenfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 01/65073 A1 [0002, 0003, 0004]
- DE 2620903 A1 [0005]
