DE2532538C2

DE2532538C2 - Kombinierte Dicht- und Führungsanordnung

Info

Publication number: DE2532538C2
Application number: DE2532538A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fislisbach Beckershoff
Original assignee: Bbc AG Brown Boveri & Cie 5401 Baden Aargau; BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1975-07-21
Publication date: 1984-04-12
Also published as: US4078812A; FR2316500B1; CH592262A5; JPS528213A; DE7523184U; DE2532538A1; FR2316500A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte Dicht- und Führungsanordnung für zwei koaxial angeordnete Maschinenteile gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Im Turbomaschinenbau sind derartige Dichtanordnungen bekannt, beispielsweise für die Führung und Abdichtung von Diffusoren und Leitschaufelträgern gegenüber Gehäusen. F.s liegt hier das Problem vor, ein und dasselbe Maschinenteil nicht gleichzeitig mit hohen Druckdifferenzen und hohen Temperaturen zu beaufschlagen, da beim Vorliegen von ersteren nur geringe Temperaturen, von letzteren nur geringe mechanische Beanspruchungen ertragen werden. Es hai sich bewährt, die Funktionen so aufzuteilen, daß der kältere Teil, im Falle von Turbomaschinen das Gehäuse, die Druckbelastung übernimmt, während der sogenannte Leitschaufeiträger die heißen Gase führt und die Leitschaufeln trägt. Dabei wird beachtet, daß der heißere Teil bei seiner Ausdehnung nicht behindert wird, sondern in radialer Richtung wärmebeweglich, aber auch druckdicht geführt wird. Bei einer bekannten Ausführung sind die zwei Ringhälften des Dichtelementes als feste Leisten oder Trennwände am einen der abzudichtenden Teile ausgebildet (Buch von Traupel »Thermische Turbomaschinen«, II. Band, 2. Auflage, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 1968, S. 342, Abbildung 18.4.7). Es handelt sich hier um eine Gasturbine, in welcher ein im Eintrittsstutzen angeordneter Einsatz an der Stopfbüchse und ein Leitschaufelträger an dem Gehäuse mit Trennwänden geführt sind. Diese greifen in aus dem Vollen gedrehte Nuten des jeweils korrespondierenden Maschinenteils ein, wobei im Nutengrund ein genügend großes Radialspiel zwecks Wärmeausdehnung vorgesehen ist. Ein derartiges System isi nicht nur geeignet, hohe Axialschübe aufzunehmen, sondern der gleiche Axialschub hilft die Abdichtung zu verbessern.

Da im Turbinenbau zwecks Leistungssteigerung immer höhere Temperaturen und Drücke angewendet werden, sind im Betrieb auch die Außengehäuse nur noch relativ kalt; ihr Temperaturniveau ist jedoch schon dermaßen hoch, daß starker Wärmeverzug der Teile auftritt, welcher von inneren Restspannungen herrührt, die durch die Betriebstemperatur abgebaut werden und durch ihr Fehlen Deformationen auslösen können. Auch örtliche Temperaturspitzen können einen als »Katzenbuckel« bekannten Verzug verursachen. Sie können bei wiederholter Montage und Demontage zu Schwierigkeiten führen, weil die in axialer Richtung starren Führungen nicht mehr aufeinanderpassen, wodurch sich die Notwendigkeit ergibt, die Leitschaufelträgerführungen auf der vorzugsweise drucklosen Seite mit vergrößertem Spiel und unterbrochener Führungsbahn auszuführen, was sich nachteilig auf die Dichtheit auswirkt

Es ist eine kombinierte Dicht- und Führungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt (GB-PS 2 19 023), bei der das im zweiten Maschinenteil spielfrei in einer Ringnut einliegende Dichtelement über Bolzen mit diesem zweiten Teil fest verbunden ist Hierdurch ist eine radiale Dehnfähigkeit ausgeschlossen. Da darüber hinaus das Dichtelement mit dem ersten Maschinenteil über weitere Bolzen fest verschraubt ist, ist auch eine axiale Relativbewegung der beiden Elemente zueinander nicht möglich. Die gezeigte Lösung beruht demnach auf elastischer Deformation einer oder mehrerer der beteiligten Elemente. Sofern es sich bei der in der GB-PS gezeigten Turbine um eine in der Horizontalebene geteilte Maschine handelt, würde überdies bei einem axialen, wärmebedingten Gehäuseverzug zwischen Ober- und Unterteil dieser Verzug gewaltsam auf den Schaufelträger übertragen werden mit. höchst unerwünschten Folgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Dicht- und Führungsanordnung der genannten Art zu schaffen, welche bei durch Wärmeverzug verursachten LJnrundheiten eines oder beider Maschinenteile eine über den Umfang lückenlose Abdichtung gewährleistet und zugleich eine relative Axialverschiebung beider Teile zueinander gestattet.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere in der Einfachheit und Zuverlässigkeit ihrer Funktion zu sehen; wegen Leckage bedingte Leistungs- und Wirkungsgradeinbußen werden unterbunden. Ferner eignet sich die Erfindung oft zum nachträglichen Einbau in ausgeführten Anlagen.

Es ist zweckmäßig, wenn die Ringhälften aus einem gegenüber den Maschinenteilen elastischeren Werkstoff bestehen und wenn sie von der Herstellung her einen größeren Durchmesser aufweisen als jenen, den sie in der Dichtanordnung einnehmen. Ersteres gewährt ein spielfreies und druckdichtes Anliegen der Ringhälften am jeweiligen Maschinenteil, während letzteres eine kostengünstige Ringherstellung dadurch ermöglicht, daß die beiden Ringhälften aus einem geschlossenen, einteiligen Ring oder sogar aus einem Rohr, falls mehrere Dichtelemente gleichen Durchmessers benötigt werden, gearbeitet werden können. Der Ring wird im Durchmesser vorzugsweise um soviel größer bemessen, als für die Breite der Trennschnitte und für die Bearbeitungszugaben an deren Teilflächen notwendig ist.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Ausführung beispielsweise dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Turbomaschine,

F i g. 2 einen Teillängsschnitt entlang der Linie A-A gemäß F ig. 1,

Fig.3 einen Teillängsschnitt entlang dor Linie B-B gemäß Fi g. 1. s

Erfindungsunwesentliche Teile wie beispielsweise der Turbinenrotor, die Leitbeschauflung sowie der zylindrische Teil des Leitschaufelträgers sind der besseren Obersicht wegen nicht dargestellt Gleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Gemäß F i g. 1,2 und 3 ist mit 1 das Oberteil, mit Γ das Unterteil des Turbinengehäuses bezeichnet; beide sind in der horizontalen Teilebene 2 zusammengeflanscht. Konzentrisch zum Turbinengehäuse ist der nur teilweise dargestellte und ebenfalls horizontal geteilte Leitschaufeiträger 3,3' angeordnet

Das erfindungsgemäße Dicht- und Führungselement ist wie die abzudichtenden Teile 1, Γ, 3, 3' horizontal geteilt und besteht aus zwei gleichen Ringliälften 4, 4' mit rechteckigem Querschnitt. Über eine Anzahl Spannelemente 5, im vorliegenden Fall sechs gleichmäßig am Umfang verteilte Schrauben je Ringhälfte, ist das aus relativ elastischem Werkstoff bestehende Dichtelement mit seiner Außenfläche 6 spielfrei und druckdicht am inneren Umfang des Turbinengehäuses 1, 1' angepreßt Die Schrauben stecken in radial am Gehäuse angebrachten Durchgangslöchern 7 mit vergrößertem Spiel.

Das Oberteil 3 und das Unterteil 3' des Leitschaufelträgers sind mit einer Ringnut 8 versehen, deren axiale Breite der axialen Erstreckung des Dichtelementes entspricht, so daß dieses beidseitig mit seinen Planflächen 9, 9' anliegt. In der Tiefe ist die Ringnut 8 so dimensioniert, daß für Wärmedehnungen ein genügend großes Radialspiel im Nutengrund zur Verfugung steht, r, Aus Montagegründen sind sowohl der Leitschaufelträger als auch das Dichtelement an den Einführungskanten gefast.

In der gezeigten Anordnung (Fig. 3) ist die Ringhälfte 4' am Gehäuseunterteil 1' starr befestigt, was insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn beispielsweise die Reibungskräfte zwischen der Fläche 6 des Dichtelementes und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses nicht ausreichen, um den Axialschub des Schaufelträgers zu übertragen. Die Befestigung, welche * '■> die axiale Verschiebbarkeit des unteren Dichtelementes gegenüber dem Gehäuse blockiert, geschieht in Form von gebogenen Keilsegmenten 10, welche in einer Ringnut 11 einliegen, die sowohl in der Ringhälfte 4' als auch im Gehäuseunterteil 1' eingearbeitet ist. Falls es *> fertigungsmäßig vorteilhaft ist, kann die Nut in das zusammengeschraubte Gehäuse eingedreht werden. Dies hat neben herstellungstechnischen Gründen den Vorteil, daß an der axial verschiebbaren Ringhälfte 4 durch das Vorhandensein der Ringnut 11 im Gehäuse- v> oberteil 1, in welchem keine Keilsegmente vorgesehen sind, eine größere spezifische Flächenpressung erzielt wird, was sich wiederum günstig auf die Dichtwirkung und auf das Standmoment gegen Kanten auswirkt.

Bezüglich der Herstellung der Ringnut 11 im bo Dichtelement, welches, wie oben erwähnt, aus einem geschlossenen Ring oder aus einem Rohr gearbeitet werden kann, gelten die oben angeführten Überlegungen.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist nun folgende:

Damit eine vollständige Abdichtung im Betrieb erreicht werden kann, werden die Ringhä'ften 4, 4' an ihren Teilflächen 12 mit den Teilflächen 2 der Gehäusehälften 1, Γ bündig bearbeitet Hierzu ist es zweckmäßig, daß zuvor die Schrauben 5, beginnend bei der mittleren, wechselweise bis zu den Teilflächen fest angezogen werden, damit ein spaltloses, sattes Anliegen der Berührungsfläche 6 des Dichtelementes an der Umfangsfläche des Gehäuses erreicht wird. Da sich die Ringhälften 4,4' dabei auf jeden Fall der Gehäuseinnenwand anpassen, können diese, wie sehen erwähnt aus einem um die Trennschnittbreite plus Bearbeitungszugabe im Umfang größeren Ring durch Drehen hergestellt werden. Dies ist beispielsweise bei den bekannten Segmentkonstruktionen mit vielen losen Teilen wegen der Vielzahl der Trennschnitte und der Versatzungen zu Dichtungszwecken ausgeschlossen.

Die Ringhälften 4,4' sind im montierten Zustand über ihre Planflächen 9, 9' mit dem Leitschaufelträger 3, 3' und über die zylindrische Fläche 6 mit der Gehäuseinnenwand in Berührung; sie sind demnach hauptsächlich vom Material des wärmeren Leitschaufelträgers 3, 3' umgeben. Dadurch ist gewährleistet, daß das Dichtelement immer eine etwas höhere Temperatur hat als das Gehäuse; seine Teilflächen bleiben im Betrieb immer fest gegeneinandergepreßt und gewährleisten eine gute Abdichtung.

Die Ringhälften 4, 4' sind in den Ringnuten 8 des Leitschaufelträgers 3, 3' geführt und ihre axiale Lage wird wegen der starren Verbindung im Unterteil 1' des Gehäuses von diesem bestimmt. Entsteht nun eine axiaie Dehnungsdifferenz S (F i g. 2) zwischen dem Gehäuseoberteil 1 und dem Gehäuseunterteil Γ, so ist die axial starre Verbindung im Unterteil Γ festigkeitsmäßig überlegen. Da im Gehäuseoberteil 1 keine Keilsegmente 10 zwischen diesem und der Dichtringhälfte 4 vorhanden sind, wird die Reibung an der Berührungsfläche 6 gewaltsam überwunden, ohne daß die Abdichtung unterbrochen wird.

Beim Abdecken der Maschine werden die radialen Schrauben 5 im Gehäuseoberteil 1 mit Vorteil etwas gelöst, wodurch Verspannungen aus Wärmeverzug zwischen diesen Teilen frei werden können und kein Klemmen beim Abheben des Gehäuseoberteils 1 möglich ist. Im Gehäuseunterteil V hingegen bleiben die Schrauben 5 immer fest angezogen. Auch das Aufsetzen des Gehäuseoberteils 1 bei der Montage erfolgt bei gelösten Schrauben 5, damit sich die obere Ringhälfte 4 leicht verschieben und in die Ringnut 8 am Leitschaufelträger 3 einfach einfügen läßt. Nach dem Anziehen der nicht gezeigten Teilflächenschrauben des Gehäuses werden auch die Dichtringbefestigungsschrauben 5 am Gehäuseoberteil 1 angezogen, wobei zweckmäßigerweise wieder in der Mitte angefangen wird, wechselweise fortschreitend, bis zu den letzten Schrauben in Teilflächennähe.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung Dargestellte beschränkt. So könnte beispielsweise die Ringnut 8 auch in das Gehäuse eingearbeitet sein und das Dichtelement mit seiner inneren zylindrischen Fläche am Schaufelträger anliegen. Ebenso könnten zur axialen Befestigung der Ringhälfte 4' im Gehäuseunterteil Γ statt der gezeigten gebogenen Keilsegmente 10 ebenso Stifte, Scherbüchsen oder dergleichen verwendet werden. Unter Umständen könnten sogar im Gehäuseunterteil Γ die Spannelemente 5 und die Elemente zur axialen Blockierung, die Keile 10, durch Schweißungen ersetzt werden; dies würde allerdings eine geeignete Lippenschweißung voraussetzen, welche jeden Schweißverzug ausschließt.

Schlußfolgend kann zusammengefaßt werden, daß mit der erfindungsgemäßen Dichtanordnung zweier koaxialer Maschinenteile deren radiale und axiale Wärmebeweglichkeit bei gleichzeitiger Druckdichtheit nicht behindert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kombinierte Dicht- und Führungsanordnung für zwei koaxial angeordnete Maschinenteile, beispielsweise für Schaufelträger in Gehäusen von Turbomaschinen,' wobei die Anordnung ein Dichtelement aufweist, welches in eine an einem der Maschinenteile angebrachte Ringnut eingreift, mittels Spannelementen druckdicht an dem einen der zwei abzudichtenden und zu führenden Maschinenteile angepreßt ist und in einer am anderen Maschinenteil vorgesehenen Ringnut spielfrei einliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement zwei Ringhälften (4, 4') aufweist, von denen eine axial verschiebbar ist

2. Kombinierte Dicht- und Führungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringhälften (4, 4') aus einem gegenüber den Maschinenteilen (1,1'; 3,3') elastischeren Werkstoff bestehen.

3. Kombinierte Dicht- und Führungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringhälften (4, 4') von der Herstellung her einen größeren Durchmesser aufweisen als jenen, den sie in der Dichtanordnung einnehmen.