DE19644543A1

DE19644543A1 - Vorrichtung zur Dichtung des Strömungsüberganges eines Kühlmediums zwischen Rotor und Laufschaufel

Info

Publication number: DE19644543A1
Application number: DE1996144543
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Endres; Pierre Meylan
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1996-10-26
Filing date: 1996-10-26
Publication date: 1998-04-30

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Ein grundsätzliches Problem bei der Kühlung von Laufschaufeln einer Gasturbine besteht darin, daß diese vorzugsweise über den Rotor mit einem Kühlmedium, beispielsweise Kühlluft, an gespeist werden. Regelmäßig ist es so, daß ein solches Kühlmedium mit einem hohen Druck durch den Rotor geleitet wird, um anschließend über die Schaufelfüße zu den einzel nen zu kühlenden Partien der Laufschaufeln durchgeleitet zu werden. Diese Schaufeln werden dann im geschlossenen oder of fenen Kreislauf gekühlt. Bei Gasturbinen der neueren Genera tion geht man aus verschiedenen technischen Überlegungen dazu über, die Kühlung der Schaufeln mit Dampf durchzuführen. Die Durchleitung dieser regelmäßig unter einem hohen Druck strömenden Dampfmenge über den Rotor zu den einzelnen Schaufeln stellt allgemein die Schwachstelle einer solchen Schaltung dar, denn eine solche Durchleitung soll ohne eine signifikante Leckage durchgeführt werden. Dies ist, soweit ersichtlich, bis anhin nicht befriedigend gelöst worden, denn nebst der Handhabung des hohen Druckes des Kühlmediums, gilt zu bedenken, daß Fliehkräfte und eine Druckdifferenz zwi schen dem Kühlmedium und der Umgebung des Schaufelfußes wir ken, die ebenfalls zu berücksichtigen sind.

Darstellung der Erfindung

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Durchleitung eines unter hohem Druck stehenden Kühlmediums über den Rotor zu den einzeln zu kühlenden Schaufeln effizi ent und einfach zu gestalten, wobei die Leckage bei dieser Durchleitung zu minimieren ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, indem ein radial bewegliches Dichtungselement, der im Rotor eingelassen ist, die Dichtfunktion übernimmt. Dabei erfolgt diese Dich tung durch eine Anpressung dieses Dichtungselementes im Sinne eines Kraftschlusses gegen eine Dichtfläche des Schaufelfu ßes, welche vorzugsweise von ebenem Verlauf ist. Gleichzeitig muß dann sichergestellt werden, daß das Kühlmedium keine Bypassströmung um den Umfang dieses Dichtungselementes bil det, was vorzugsweise durch einen mit dem Dichtungselement in Wirkverbindung stehenden Dichtungsteil bewerkstelligt wird.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß das beim Start in der Dichtung im Zusammenhang mit dem Kühldampf entstehende Kondensat aus dem durch eine kleinste Undichtheit an der Trennstelle der als Dichtungsteil ausgelegten Kolbenringe entweichen kann, was für den ganzen Strömungspfad des Kühlmediums nur von Vorteil ist, werden da mit schädliche Einbrüche der fortlaufend gleichzubleibenden Kühlintensität vermieden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungs gemäßen Aufgabenlösung sind in den weiteren abhängigen An sprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbei spiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittel bare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen worden. Gleiche Elemente sind in den ver schiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt:

Fig. 1 einen intermediär zwischen Rotor und Schaufelfuß angeordneten Zapfen als Dichtungselement,

Fig. 2 eine Variante für die Dichtung der Kühlmedium strömung und

Fig. 3 eine weitere Variante für die Dichtung der Kühl mittelströmung.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Rotors 1 einer nicht näher gezeigten Turbine. In diesem Abschnitt ist des weiteren ein Schaufelfuß 2 einer nicht näher dargestellten Laufschaufel ersichtlich. Dieser Schaufelfuß 2 weist eine tannenbaumartige Außenkontur auf, wie sie üblicherweise bei der heutigen Beschaufelung von Turbinen zum Einsatz kommt. Unterseitig des Schaufelfußes 2 weist der Rotor 1 eine im wesentlichen zylindrische Aussparung 10 auf, in welcher ein Zapfen 5 als Dichtungselement eingelassen ist. Zapfenseitig weist der Schaufelfuß 2 eine Dichtfläche 11 auf, welche min destens die Größe des Querschnittes des Zapfens 5 hat, wobei sich beide Flächen in der Anpressebene abdecken. Der Zapfen 5 ist des weiteren durch Kolbenringe 7 und/oder Metall-O-Ringe erweitert, welche als Dichtelemente gegenüber der Innenwand der Aussparung 10 wirken. Unterseitig des Zapfens 5 wirkt eine Tellerfeder 6, welche sich im Rotor 1 abstützt und gegen die Unterseite des Zapfens 5 drückt. Die eigentliche Dichtung bei der Durchleitung eines Kühlmediums 8 über den Rotor zu den zu kühlenden Schaufeln wird unter Zuhilfenahme des ge nannten Zapfens 5 bewerkstelligt, der in der Ebene des Kühl mediumkanals 4 im Rotor 1 selbst mit einem Kühlmediumkanal 9 versehen ist, und dieser dann in seiner Fortsetzung in den Kühlmediumkanal 3 des Schaufelfußes 2 übergeht. Somit wird eine Leckage bei dieser Durchleitung dann vermieden, wenn das Kühlmedium 8 in seiner Gesamtheit der Reihe nach ausschließ lich durch die genannten Kühlmediumkanäle 4, 9, 3 strömt. Die bereits genannten Kolbenringe 7 verhindern bestimmungsgemäß, daß sich eine Bypassströmung um den Zapfen 5 bilden kann, und das Kühlmedium 8 dann über die an sich nicht dichte Kon tur der Schaufelfüße 2 gegenüber dem Rotor 1 in die Arbeit gasströmung entweichen kann. Im Lichte der hier vorherrschen den hohen Drücke auf Seite des Kühlmediums 8 sind noch auf den Zapfen 5 ausgeübte Anpresskräfte vonnöten, welche die Stirnfläche des Zapfens 5 gegen die Dichtfläche 11 des Schau felfußes 2 drücken. Zum einen wirken hier systemimmanente radialgerichtete Kräfte auf den Zapfen 5, einerseits durch die Fliehkraft und andererseits durch die Druckdifferenz zwi schen dem Kühlmedium 8 und der Umgebung des Schaufelfußes 2. Des weiteren wird noch eine radial auf den Zapfen 5 wirkende Federkraft vorgesehen, welche hier anhand der bereits genannten Tellerfeder 6 bewerkstelligt wird, und dafür sorgt, daß das Kühlmedium 8 im Bereich der Dichtfläche 11 nicht durch Leckage entweichen kann. Diese Tellerfeder 6 bewirkt des weiteren, daß axiale Undichtheiten innerhalb der Kolben ringe 7 durch die genannte radiale Anpresskraft aufgefangen werden können. Verbleibt somit ein minimale Möglichkeit einer Undichtheit übrig, die sich an den Trennstellen der Kolben ringe 7 gegenüber der Aussparungen 10 insbesondere beim Start der Turbine einstellen, könnte. Eine solche Undichtheit ist aber nicht weiter durch Maßnahmen zu unterdrücken, denn ge rade diese minimierte Undichtheit im genannten Bereich sorgt dafür, daß beim Einsatz einer auf Dampf basierenden Kühlung ein wenn auch nur in kleinsten Mengen entstehendes Kondensat ablaufen kann, womit der Strömungspfad des Kühldampfes nicht unnötig belastet wird.

Fig. 2 zeigt eine Variante einer Dichtung gegenüber derjeni gen durch Kolbenringe, wie sie unter Fig. 1 näher beschrieben worden ist. Hier wird die radiale Höhe der Aussparung durch zwei Ringe 12, 13 überbrückt, welche mittels eines Preßsitzes 15 aufeinander geschoben sind und als Dichtungselement wir ken, wobei ein dort eingelassener Metall-O-Ring 14 die Dich tung gegenüber der Innenwand der Aussparung 10 übernimmt. Die radiale Dichtung gegenüber der Dichtfläche 11 wird auch hier vornehmlich durch die Tellerfeder 6 ausgeübt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Variante einer Dichtung. Hier wird die radiale Höhe der Aussparung 10 durch einen Federbalg 17 als Dichtungselement überbrückt, der zugleich die Funktion einer Feder übernimmt. Dieser Federbalg 17 weist dichtflä chenseitig eine Abflachung auf, welche ringförmig gegen die Dichtfläche 11 des Schaufelfußes 2 drückt. Die Dichtheit ge gen eine Bypassströmung des Kühlmediums 8 wird dadurch er reicht, indem der Federbalg 17 abstützungsseitig in der Aus sparung 10 in Umfangsrichtung mit dem Rotor 1 durch eine Schweißnaht 16 abgedichtet wird, womit eine einzige durch Kraftschluß gebildete Dichtung vorhanden ist, nämlich dort, wo die endseitige Abflachung des Federbalges 17 auf die Dichtfläche 11 des Schaufelfußes 2 stößt. Eine solche Dich tung ist, im Gegensatz zu den zwei vorangegangenen Varianten, hinsichtlich einer minimalen Undichtheit zu Gunsten einer Ab leitung einer minimalen Menge eines sich bildendem Kondensats weniger geeignet. Soll indessen diese Ableitung nicht vonnö ten sein, so weist diese Federbalg-Variante unbestritten et liche zusätzliche Vorteil auf, die beispielsweise darin zu sehen ist, daß der Aufwand und der Einbau eines solchen Dichtungselementes sehr einfach vonstatten geht.

Bezugszeichenliste

1

Rotor

2

Schaufelfuß

3

Kühlmediumkanal zu

2

4

Kühlmediumkanal zu

1

5

Zapfen, Dichtungselement

6

Tellerfeder

7

Kolbenringe, Dichtungsteil

8

Kühlmedium

9

Kühlmediumkanal zu

5

10

Aussparung für den Dichtungsteil (

5, 12

/

13

,

17

)

11

Dichtfläche

12

Ring, Dichtungselement

13

Ring, Dichtungselement

14

Metall-O-Ring, Dichtungsteil

15

Preßsitz

16

Schweißung, Schweißnaht, Dichtungsteil

17

Federbalg, Dichtungselement

Claims

1. Vorrichtung zur Dichtung des Strömungsüberganges eines Kühlmediums zwischen Rotor und Laufschaufel einer Strö mungsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß intermediär zwischen Rotor (1) und Schaufelfuß (2) ein durchströ mungfähiges Dichtungselement (5, 12/13, 17) angeordnet ist, daß dieses Dichtungselement gegen dessen Umströ mung durch das durchströmende Kühlmedium (8) über einen Kühlmediumkanal (4) des Rotors zu einem Kühlmediumkanal (3) des Schaufelfußes (2) durch mindestens ein im we sentlichen in Umfangsrichtung des Dichtungselementes (5, 12/13, 17) wirkender Dichtungsteil (7, 14, 16) abgedich tet ist, und daß die radiale Abdichtung zwischen Stirn fläche des Dichtungselementes (5, 12/13, 17) und anlie gender Dichtfläche (11) des Schaufelfußes (2) durch einen Kraftschluß herstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das intermediäre durchströmungsfähige auf Kraft schluß gegenüber der Dichtfläche (11) des Schaufelfu ßes (2) wirkende Dichtungselement ein Zapfen (5) ist, und daß der in Umfangsrichtung wirkende dichtungserzeu gende Dichtungsteil für dieses Dichtungselement (5) min destens ein Kolbenring (7) und/oder Metall-O-Ring ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das intermediäre durchströmungsfähige auf Kraft schluß gegenüber der Dichtfläche (11) des Schaufelfu ßes (2) wirkende Dichtungselement ein Ring (12, 13) ist, und daß der in Umfangsrichtung wirkende dichtungserzeu gende Dichtungsteil für dieses Dichtungselement (12/13) ein Metall-O-Ring (14) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das intermediäre durchströmungsfähige auf Kraft schluß gegenüber der Dichtfläche (11) des Schaufelfu ßes (2) wirkende Dichtungselement ein Federbalg (17) ist, und daß der dichtungserzeugende Dichtungsteil für dieses Dichtungselement (17) eine Lötverbindung oder Schweißnaht (16) ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2-4, dadurch gekenn zeichnet, daß der, Kraftschluß im Bereich der Dichtflä che (11) durch eine Feder (6) erstellbar ist.