DE19848103A1

DE19848103A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE19848103A1
Application number: DE19848103A
Authority: DE
Inventors: Alexander Beeck; Mohamed Nazmy; Bernhard Weigand
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2000-04-20
Also published as: US6312218B1; JP2000120401A; EP0995881A3; JP4465067B2; EP0995881A2; DE59908238D1; EP0995881B1

Abstract

Beschrieben wird eine Dichtungsanordnung zur Reduzierung von Leckströmen innerhalb einer Strömungsrotationsmaschine, vorzugsweise einer axialen Turbomaschine, mit Lauf- und Leitschaufeln, die jeweils in wenigstens einer Lauf- bzw. Leitschaufelreihe angeordnet sind und Schaufelflüsse aufweisen, über die die einzelnen Lauf- und Leitschaufeln mit Befestigungskonturen verbunden sind. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen wenigstens zwei benachbarten Schaufelfüßen innerhalb einer Leit- oder Laufschaufelreihe oder zwischen Leit- und/oder Laufschaufeln und benachbarten Komponenten der Strömungsmaschine ein filzartiges Material aufweisendes Dichtelement vorgesehen ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung zur Reduzierung von Leck strömen innerhalb einer Strömungsrotationsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Gattungsgemäße Dichtungsanordnungen sind hinreichend bekannt und dienen einer weitgehend gasdichten Verbindung zwischen zwei fest nebeneinander angeordneten Laufschaufeln bzw. Leitschaufeln, die in Turborotationsmaschinen zur Verdichtung oder Entspannung gasförmiger Medien eingesetzt werden.

Es sind Dichtungen bekannt, die aus einer Dichtfläche mit oder ohne einem Feder element bestehen und in eine entsprechend im Lauf- oder Leitschaufelfuß vorgese henen Dichtnutkontur eingelegt werden. Das Federelement erzeugt hierbei einen Anpreßdruck sowie die Positionierung der Dichtfläche zwischen den zu dichtenden Konturen. Derartige Dichtungen dienen bei Heißgas führenden statischen Gasturbi nen-Komponenten, wie Turbinenleitschaufeln, Wärmestausegmenten oder Brenn kammersegmenten zur Reduktion des Kühlluftverbrauches, zur Verhinderung von axialen Spaltströmungen mit Heißgas und zur Abschirmung gegenüber Wärme strahlung.

Aus der US 0 501 700 A1 geht eine Turbinenleitschaufelkonstruktion hervor, deren Leitschaufelfuß sowie Kopfband mittels Federdichtelementen 52, 54 (s. hierzu die Fig. 3 der Druckschrift) gegen entsprechende Konturen der Gehäusekomponenten fixiert werden. Der Nachteil von mit Federelementen versehenen Dichtungen besteht u. a. darin, daß nicht ausgeschlossen werden kann, daß das Federmaterial aufgrund der überaus hohen Materialbeanspruchungen hinsichtlich der in Gasturbinen vor herrschenden Temperatur- und Druckbedingungen sehr rasch ermüdet, so daß es seine Federkraft und damit seine Dichtfunktion verliert.

Ferner geht aus der DE 195 20 268 A1 eine Flächendichtung hervor, die zwei Dicht flächen aufweist, die jeweils eine elastische Wellfläche einschließen. Im Ausfüh rungsbeispiel gemäß der Fig. 5 der angegebenen Druckschrift erstreckt sich die zu einem U geformte Flächendichtung 11 entlang der Innenkontur eines hammerkopfar tig ausgebildeten Leitschaufelfußes und dient der Abdichtung von Kühlluft, die in die Leitschaufel eingeblasen wird sowie zum Schutz des Leitschaufelfußes vor heißen Gasen. Die in unterschiedlichen Flächenformen auszubildende Dichtungsanordnung benötigt jedoch ebene, abzudichtende Konturflächen, an denen sie flächig aufliegen können. Handelt es sich um die Abdichtung von Zwischenspalten, die von ge krümmten Oberflächen eingeschlossen sind, so stößt die bekannte Dichtungsanord nung an ihre Grenzen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung zur Reduzie rung von Leckströmen innerhalb einer Strömungsrotationsmaschine, vorzugsweise einer axialen Turbomaschine, mit Lauf- und Leitschaufeln, die jeweils in wenigstens einer Lauf- bzw. Leitschaufelreihe angeordnet sind und Schaufelfüße aufweisen, über die die einzelnen Lauf und Leitschaufeln mit Befestigungskonturen verbunden sind, derart auszubilden, daß die Dichtungsanordnung zwischen beliebig geformten Spaltzwischenräumen anpaßbar ist. Ferner soll die Dichtungsanordnung aus einem Material bestehen, das die in einer Gasturbinenanlage vorherrschenden Betriebsbe dinungen, hinsichtlich der hohen Temperaturen und Druckverhältnisse, unbeschadet übersteht.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist Gegenstand des An spruchs 1. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Ge genstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist eine Dichtungsanordnung gemäß des Oberbegriffes des An spruchs 1 derart ausgebildet, daß in den Zwischenraum zweier benachbart ange brachter Schaufelfüße innerhalb einer Leit- oder Laufschaufelreihe oder zwischen Leit- und/oder Laufschaufeln und benachbarten Komponenten der Strömungsma schine ein filzartiges Material aufweisendes Dichtelement vorgesehen ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist der Einsatz eines an sich bekannten filzartigen Materials, das aus zusammengepreßten, gesinterten intermetallischen Fa sern besteht und gezielt in den Zwischenraum zweier Leit- bzw. Laufschaufelfüße zur Reduzierung des Gasaustausches zwischen zwei benachbarten Schaufelfüßen, ein gebracht wird.

Filzartige Materialien, die auf intermetallischen Fasern basieren, können unbescha det Temperaturen von über 1000°C überstehen, da die intermetallischen Fasern eine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen. Überdies verfügen sie über eine hohe Oxidationsbeständigkeit und vorteilhafte Wärmeleiteigenschaften. Diese Eigen schaften können zudem durch die gewählte intermetallische Faser gezielt eingestellt und den jeweiligen Bedingungen angepaßt werden. Hinzu kommt, daß durch geeig nete Wahl der bei der Herstellung des filzähnlichen Materials verwendeten interme tallischen Fasern ein feinkörniges Gefüge mit gezielt einstellbarer Porösität und da mit verbunden Elastizität möglich ist.

Vorzugsweise bestehen die intermetallischen Fasern aus einer intermetallischen Phase auf Aluminium-Eisen- oder Nickelbasis oder aus einer Legierung der vorste hend genannten Bestandteile.

Bereits im Wege der Herstellung derartiger Materialien kann ihre Geometrie, mit der sie in den Zwischenraum zweier benachbarter Schaufelfüße oder im Zwischenraum zwischen Schaufelvorderkante und Brennkammersegment eingebracht werden, er zeugt werden. So sind die erfindungsgemäßen Dichtelemente strangartig ausgebildet und verfügen, je nach Querschnittsform des abzudichtenden Zwischenraumes zwi schen zwei benachbarten Schaufelfüßen, über unterschiedliche Strangquerschnitte, beispielsweise rechteckig, abgewinkelt oder kreuzartig ausgebildete Querschnitte.

Das strangartig ausgebildete Dichtelement wird vorzugsweise fest an wenigstens einem Schaufelfuß an geeigneter Stelle angebracht, beispielsweise durch Kleben, Löten oder Schweißen. Es ist jedoch auch möglich, das filzartig ausgebildete Materi al in entsprechend vorgesehene Paßnuten paßgenau zu verfügen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge dankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch. Es zeigen:

Fig. 1 Teilquerschnittsdarstellung durch zwei benachbarte Schaufel füße mit in einen Zwischenraum eingebrachtes filzartiges Material;

Fig. 2a, b perspektivische Darstellung von jeweils zwei benachbarten Lauf- und Leitschaufeln;

Fig. 3a, b, c, d, e Material, beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtungselementes sowie Fig. 4 Querschnittsdarstellung durch eine Gasturbinenanlage im Bereich des Brennkammeraustrittes sowie Turbineneintrittes.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

In Fig. 1 stehen sich in stark schematisierter Weise zwei Schaufelfüße 1, 2 benach bart gegenüber, die beispielsweise in einer Leit- oder Laufschaufelreihe angeordnet sind. Im Zwischenraum zwischen beiden Schaufelfüßen ist ein Dichtelement 3, be stehend aus filzartigem Material vorgesehen. Das Dichtelement 3 ist formgetreu an die Oberflächenkonturen beider Schaufelfüße 1 und 2 angepaßt, so daß die Dichtung beide Schaufelfüße 1 und 2 gasdicht gegeneinander abdichtet.

Zu Zwecken einer erleichterten Montage von Schaufelfüßen in entsprechende Aus sparungen in Gehäuseteilen der Turbinenanlage ist das Dichtelement 3 fest mit ei nem Schaufelfuß verbunden. Dies erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Löt-, Kleb- oder Schweißverbindung.

Im Falle des Ausführungsbeispieles gemäß der Fig. 1 ist das Dichtelement 3 fest mit dem Schaufelfuß 1 entlang seiner Berührungskontur 4 verfügt.

In Fig. 2a sind in perspektivischer Darstellung zwei nebeneinander angeordnete Leitschaufeln 5 und 6 dargestellt, die jeweils ein Kopfband 7, ein Leitschaufelblatt 8 sowie einen Leitschaufelfuß 9 aufweisen. Zwischen den sich gegenüberliegenden Kopfbändern 7 der Leitschaufeln 5 und 6 sowie der sich gegenüberliegenden Leit schaufelfüße 9 ist jeweils ein geeignet an den Zwischenraum angepaßtes Dichtele ment 3, bestehend aus filzartigem Material vorgesehen.

In Fig. 2a sind zwei nebeneinander angeordnete Laufschaufeln 10, 11 dargestellt - nur aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung ist das Laufschaufelblatt der Laufschaufel 10 nicht dargestellt -, zwischen denen im oberen Bereich der Lauf schaufelfüße ebenso die erfindungsgemäßen Dichtelemente 3 vorgesehen sind.

In Fig. 3a bis 3e ist eine Vielzahl unterschiedlich ausgeformter Dichtelemente ge zeigt. So ragt das Dichtelement 3 in der Fig. 3a in zwei sich gegenüberliegende Nuten 12, 13 jeweils zweier benachbarter Schaufelfüße ein. In Fig. 3b umfaßt das Dichtelement 3 sowohl eine vertikale Kontaktfläche des dargestellten Laufschaufel fußes als auch einen Teil der unteren horizontalen Auflagefläche. Fig. 3c zeigt eine Blechstruktur 14 zu Befestigungszwecken, an deren vertikale Flanke ein aus dem filzartigen Material vorgesehenes Dichtelement 3 angebracht ist. Neben den ange gebenen Löt-, Klebe- und Schweißverbindungen kann das Dichtelement 3 auch mit tels lösbarer Verbindungen, wie beispielsweise Schraubverbindungen, an entspre chende Kontaktflächen angebracht werden.

In Fig. 3d ist eine Seitendarstellung durch eine Leitschaufel dargestellt, die im Be reich des Leitschaufelfußes 9 ein Dichtelement 3 aufweist, das stumpf auf einer ebe nen Seitenfläche aufgelötet ist. Im Bereich des Kopfbandes 7 der Leitschaufel sitzt das filzartige Dichtelement 3' in einer entsprechenden nutförmigen Aussparung in nerhalb des Kopfbandes. Derartige Nuten können auch in Form einer Schwalben schwanzform ausgeführt sein, wie es in Fig. 3e dargestellt ist. Hierbei kann das Dichtelement 3 seitlich in die schwalbenschwanzartige Ausnehmung eingeschoben bzw. wieder entnommen werden.

In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine Turbinenanlage im Bereich des Brennkam meraustrittes 15 und Turbineneinlasses 16 dargestellt. Zwischen dem Turbinenge häuse 17 und dem Brennkammeraustritt 15 sind Dichtelemente 3 vorgesehen, die den Eintritt von Heißgasen in den Zwischenraum zwischen Gehäuse 17 und der er sten Leitschaufel 18 verhindern. Ebenso dichtet ein weiteres Dichtelement 3' den seitlichen Zwischenraum zwischen Leitschaufelfuß und Gehäuse 17 gasdicht ab.

Die erfindungsgemäße Dichtanordnung, bestehend aus filzartigem Material, das in Art eines intermetallischen Filzes ausgebildet ist, kann grundsätzlich überall dort in Zwischenräumen eingefügt werden, in denen eine Gasströmung unterbunden wer den soll. Aufgrund der hohen Oxidationsresistenz und hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Deformationen eignet sich dieses auf Aluminiden oder Nickelaluminiden basierende intermetallische Filze besonders bevorzugt für den Ein satz in Gasturbinen, in denen heiße Temperaturbedingungen und hohe Druckver hältnisse vorherrschend sind.

Bezugszeichenliste

1, 2

Schaufelfuß

3, 3

' Dichtelement

4

Konturverlauf

5, 6

Leitschaufeln

7

Kopfband

8

Leitschaufelblatt

9

Leitschaufelfuß

10, 11

Laufschaufeln

12, 13

Nuten

14

Blechstruktur

15

Brennkammeraustritt

16

Turbineneinlaß

17

Turbinengehäuse

18

Leitschaufel

Claims

1. Dichtungsanordnung zur Reduzierung von Leckströmen innerhalb einer Strö mungsrotationsmaschine, vorzugsweise einer axialen Turbomaschine, mit Lauf- und Leitschaufeln, die jeweils in wenigstens einer Lauf bzw. Leitschaufelreihe angeord net sind und Schaufelfüsse (1, 2) aufweisen, über die die einzelnen Lauf- und Leit schaufeln mit Befestigungskonturen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen wenigstens zwei benachbarten Schaufelfü ßen (1, 2) innerhalb einer Leit- oder Laufschaufelreihe oder zwischen Leit- und/oder Laufschaufeln und benachbarten Komponenten der Strömungsmaschine ein filzarti ges Material aufweisendes Dichtelement (3) vorgesehen ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (3) beidseitig formschlüssig an Außenkonturen der benachbarten Schaufelfüsse (1, 2) angepaßt ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (3) wenigstens mit einem Schau felfuß (1) fest verbunden ist.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eine Löt- oder Klebverbindung ist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das filzartige Material ein intermetallischer Filz ist, der aus zusammengepreßten und gesinterten intermetallischen Fasern zusammenge setzt ist.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die intermetallischen Fasern aus einer intermetalli schen Phase auf Aluminium-, Eisen oder Nickelbasis oder eine Legierung aus diesen Bestandteilen besteht.

7. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das filzartige Material über eine Porösität verfügt, so daß das Material von Kühlluft durchdringbar ist.

8. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Komponenten der Strömungsma schine Gehäuseteile oder Brennkammer sind.