DE2517044C2 - Schaufelspitzenabdichtung - Google Patents
SchaufelspitzenabdichtungInfo
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Description
25
Die Erfindung betrifft eine öchaufelspitzenabdichtung
der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art für die Laufschaufeln der Axialturbine eines
Gasturbinentriebwerks.
Zur Erzielung der maximalen Leistung muß bei einem solchen Triebwerk das gesamte Arbeitsmedium über die
Laufschaufeln der Turbine geK-itet werden. Die die Laufschaufeln umgebende Schaufelspitzenabdichtung
verhindert eine Leckage zwischen den Laufschaufeln und dem sie umschließenden Gehäuse, damit entsprechende
Leistungsverluste vermieden werden.
Bei einer Schaufelspitzenabdichtung der eingangs genannten Art (FR-PS 13 39 482) sind die Segmente mit
einander durch in gegenüberliegende Nuten einfassende bewegliche Zungen verbunden und an dem Gehäuse
durch die in dessen Umfangsnut eingreifenden bogenförmigen Haken abgestützt Weiter sind radiale Stiiie
vorgesehen, die fest in das Gehäuse eingesetzt sind und mit Spiel in Umfangsöffnungen in den Segmenten
einfassen. Die Stifte und die Haken gestatten den Segmenten nur sehr begrenzte Bewegungen in Umfangsrichtung
und in radialer Richtung und kaum eine Bewegung in axialer Richtung. Die Segmente sind radial so
einwärts durch Blattfedern belastet, deren Wirkung aber aufgehoben ist, wenn die Segmente radial nach
außen bis in Anlage an die Stifte bewegt sind Dieser Aufbau der bekannten Schaufelspitzenabdichtung hält
zwar Schwingungen klein, weil die Segmente nur ein sehr geringes Spiel haben, bei hohen Temperaturen
besteht aber die Gefahr, daß sich die Segmente festsetzen. Wenn das geschieht, kann sich die Schaufelspitzenabdichtung
nicht mehr axial frei einstellen, so daß ihr stromabwärtiges Ende nicht mehr mit dem
stromaufwärtigen Ende von benachbarten Turbinenleitschaufeln in Berührung kommen kann, um an diesen
eine radiale Abdichtung herzustellen. Weiter entstehen bei festgesetzten Segmenten und bei sich fortsetzender
Wärmeausdehnung Beanspruchungen in den Segmenten, die zur dauernden Verformung derselben führen
können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaufelspitzenabdichtung
der eingangs genannten An zu schaffen, die bei
allen Triebwerksbetriebsbedingungen stabil abgestützt wird und trotzdem frei axial beweglich bleibt
Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Wärmegradienten an einer Schaufelspitzenabdichtung
Biegekräfte hervorrufen, die ausgenutzt werden können, um der Abdichtungsfläche neue Krümmungsradien
zu geben. Durch die thermischen Bedingungen dehnt sich die Abdichtungsfläche stärker aus als die bogenförmigen
Haken, wodurch sich die Abdichtungsfläche und ihr Krümmungsradius entsprechend vergrößern. Mittels
der Schaufelspitzenabdichtung nach der Erfindung läßt
sich der Abdichtungsspalt an den Laufschaufelspitzen besser kontrollieren, weil die sich unter Wärmeeinwirkung
biegende Abdichtung den Krümmungsradius ihrer Abdichtungsfläche vergrößert und ihn dem Turbinenläuferradius
an den Laufschaufelspitzen bei Nennbelastung angleicht Die Schaufelspitzenabdichtung nach
der Erfindung bleibt dabei frei axial beweglich, so daß
sie sich an stromabwärtige Leitschaufelplattformen anlegen und an diesen radial abdichten kann. Durch die
Berührung an zwei linienförmigen Abstützstellen zwischen der Umfangsnut und dem bogenförmigen
Haken werden die Segmente der Schaufelspitzenabdichtung stabil abgestützt, ohne deren axiale Beweglichkeit
zu beseitigen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine vereinfachte Querschnittansicht eines Teiles der Axialturbine eines Gasturbinentriebwerkes,
wobei eine Laufschaufel und eine Leitschaufel dargestellt sind,
F i g. 2 eine Ansicht nach der Linie 2-2 in F i g. 1,
Fig.3 eine Darstellung wie in Fig.2, wobei die
Schaufelspitzenabdichtung aber im warmen oder Reiseflugzustand ist
Mehrere Laufschaufeln 12 sind an einem Turbinenläufer 16 befestigt Eine äußere Schauvelspitzenabdichtung
18 aus einzelnen Abdichtungssegmenten 20 ist um die Laufschaufelspitzen 14 angeordnet.
Gemäß F i g. 1 hat jedes Segment 20 der Abdichtung 18 eine Abdichtungsfläche 22 und eine Leitschaufelabdichtungskante
24. Jedes Abdichtungssegment 20 ist mittels zwei bogenförmiger Haken 26 abgestützt,
welche von dem Abdichtungssegment wegragen. Jeder bogenförmige Haken 26 ragt in eine Umfangsnut 28
eines Tragstückes 30. Jede Umfangsnut 28 hat eine Innenfläche 32. Ein ringförmiger Hohlraum 34 ist
zwischen der Schaufelspitzenabdichtung und einem Turbinengehäuse 36 gebildet und liegt axial zwischen
uen Tragstücken 30. Eine Turbinenleitschaufel 38 mit einer vorderen Plattformkante 40 ist am Turbinengehäuse
36 befestigt
Die Abdichtungsfläche 22 jedes Segmentes 20 der Abdichtung 18 hat gemäß Fi g. 2 einen Krümmungsradius
R-i, und jeder bogenförmige Haken 26 hat einen Krümmungsradius R-2. Jeder bogenförmige Haken 26
hat eine Abstützstelle 42 an jedem Ende. Ein Radius /7*3 des Turbinenilufers 16 wird zwischen der Turbinenachse
und den Laufschaufelspitzen 14 gemessen. Die Innenfläche 32 der Umfangsnut 28 hat einen Krümmungsradius
R-4.
Im Betrieb wird der Hohlraum 34 unter Druck gesetzt, wodurch die Abdichtungssegmente 20 in
Richtung zur Turbinenachse gedrückt werden, bis die
Abstützstellen 42 die Innenfläche 32 der Umfangsmu 28
berühren, wo sie bei allen Triebwerksbetriebsbedingungen gehalten werden. Durch den Druckunterschied
zwischen benachbarten Turbinenstufen werden die Abdichtungssegmente 20 axial stromabwärts gedrückt,
bis die Leitschaufelabdichtungskante 24 sich gegen die
Plattformkante 40 einer benachbarten Leitschaufel 38 legt
In kaltem Zustand des Triebwerkes (Fig.2) ist der
Krümmungsradius R-i der Abdichtungsfläche 22 !deiner als der Turbinenläuferradius Ä-3. Der Krümmungsradius
R-i der Abdichtungsfläche 22 ist derart gewählt, daß er im wesentlichen dem Radius Ä-3 des Turbinenläufers
16 an den Laufschaufelspitzen bei Nennbelastung des Triebwerkes entspricht, wie es in F i g. 3 für den wärmen
Zustand dargestellt ist In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Temperatur bei Reiseflug an der Abdichtungsfläche
22 7000C und an den Haken 26 5100C
Durch den Temperaturunterschied zu beiden Seiten der Schaufelspitzenabdichtung wird die Abdichtungsfläche ia
22 abgeflacht, wodurch der Krümmungsradius R-i der Abdichtungsfläche 22 zunimmt Wenn sich die Abdichtungsfläche
22 abflacht, so macht der bogenförmige
Haken 26 diese Verformung mit (obgleich dessen Krümmung in Fig.3 der Deutlichkeit halber übertrieben
stark dargestellt ist). Der Krümmungsradius R-Z der
bogenförmigen Haken 26 ist derart gewählt, daß er immer kleiner ist als der Krümmungsradius Ä-4 der
Innenfläche 32 der Umfangsnut 28, und dadurch bleibt
jeder bogenförmige Haken immer in Berührung mit dem inneren Umfang der Umfangsnut 28 an den beiden
Abstützstellen 4Z Durch die Abstützung an zwei verschiedenen Stellen ist eine Schwenkbewegung der
Schaufelspitzenabdichtung nicht möglich und demnach ist diese bei allen Triebwerksbetriebsbedingungen stabil
gelagert Es ist ein ausreichendes Spiel zwischen den bogenförmigen Haken 26 und der Umfangsnut 28
vorgesehen, so daß sich die Schaufelspitzenabdichtung immer frei axial einstellen kann.
Es ist wichtig, daß die bogenförmigen Haken 26 der Schaufelspitzenabdichtung das Biegen der Abdichtungsfläche
22 nicht verhindern. Jeder bogenförmige Haken 26 hat einen konstanten Querschnitt und eine minimale
Dicke und dementsprechend eine maximale Biegsamkeit
und verteilt Wärmespannungen gleichmäßig.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:SchaufeLStzenabdichtung für die Laufschaufeln der Axialturbine eines Gasturbinentriebwerks mit einem äußeren Gehäuse, das eine Umfangsnut hat, deren Krümmungsradius größer ist als derTurbinenläuferradius an den Laufschaufelspitzen, wobei die Schaufelspitzenabdicbtung in mehrere Segmente unterteilt ist, von denen aus sich jeweils ein bogenförmiger Haken erstreckt, der in die Umf angs- ι ο nut eingreift und das Segment darin abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Haken (26) einen Krümmungsradius (R-2) hat, der kleiner ist als der Krümmungsradius (R-4) der Umfangsnut (28), daß jedes Segment (20) eine Abdichtungsfläche (22) aufweist, deren Krümmungsradius (R-I) in kaltem Zustand kleiner als der Turbinenläuferradius (R-3) an den Laufschaufelspitzen (14) und in warmem Zustand im wesentlichen gleich dem Turbinenläuferradius (R-S) an den Laufschaufelspitzen (14) ist, und daß der Haken (26) zur Abstützung des Segments (20) die «UJnfangsnut (28) an zwei Iinienförmigen Abstützstellen (42) berührt
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