DE2745130B1 - Dichtungseinrichtung für die freien Schaufelenden von Axialturbinen - Google Patents

Description

a) die ringförmigen Abdeckungen (10) sind segmentiert,

b) die äußeren und inneren Deckringe der Leitschaufeln (1) sind segmentiert,

c) die Spalte (17, 18, 21) zwischen den einzelnen Segmenten (6,9,20) der Abdeckungen (10) und der Deckringe sind so bemessen, daß die Segmente (6, 9, 20) bei schneller Lasterhöhung der Turbine an ihren in Umfangsrichtung weisenden Stirnflächen zur Anlage kommen.

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung für die freien Schaufelenden von Axialturbinen, bei denen die Laufschaufel: pitzen mit am Gehäuse über Dehnhülsen befestigten ringförmigen Abdeckungen eine Spaltdichtung bilden, wobei die äußeren Deckringe der Leitschaufeln ebenfalls über die Dehnhülsen am Gehäuse befestigt sind und wobei die inneren Schaufelenden der Leitschaufeln mit einem Deckring versehen sind, der mit Labyrinthspitzen am Läufer eine Spaltdichtung bildet.

Eine solche Dichtungseinrichtung ist durch die GBPS 13 51 029 bekannt

Bei der bekannten Einrichtung besteht der Nachteil, daß bei instationären Vorgängen die Dichtspalte üich infolge der unterschiedlichen Dehnungen zwischen stehendem und bewegtem Teil der Dichtungen ändern.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Dichtungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sich die Änderung der Dichtspalte auch bei instationären Vorgängen in geringem Umfang halten lassen.

Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Kombination folgender Merkmaie gelöst:

a) die ringförmigen Abdeckungen sind segmentiert,

b) die äußeren und inneren Deckringe der Leitschaufeln sind segmentiert,

c) die Spalte zwischen den einzelnen Segmenten der Abdeckungen und der Deckringe sind so bemessen, daß die Segmente bei schneller Lasterhöhung der Turbine an ihren in Umfangsrichtung weisenden Stirnflächen zur Anlage kommen.

Der technische Fortschritt der Erfindung gegenüber der bekannten Einrichtung beruht darauf, daß bei Lasterhöhung durch Anlage der einzelnen Segmente untereinander sich die Deckringe und Abdeckungen wie geschlossene Ringe verhalten und somit den temperaturabhängigen radialen Änderungen des Läufers in günstiger Weise annähern, während bei Lastabsenkung die Segmentierung der Deckringe und Abdeckungen wirksam wird und dadurch auch die Lastabsenkung eine raschere Radiusänderung der Deckringe und Abdekkungen gegenüber dem Läuferteil verhindern, Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in folgenden unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt entlang der Linie I-l in Fig.2 durch einen Teil einer Axialturbine mrt einer Dichtungseinrichtung nach der Erfindung,

Fig.2 eine Teilansicht des in Fig. 1 dargestellten Turbinenteils in Richtung des Pfeiles X, der in F i g. 1 eingetragen ist, und

Fig.3 einen Teil eines Axialschnittes entiang der Linie HI-III in Fig.2 durch den Turbinenteil gemäß F i g. 1 und F i g. 2.

Der in den Zeichnungen dargestellte Axialturbinenteil weist zwei Leitschaufelkränze 1 und einen Laufschaufelkranz 2 auf, der zwischen den beiden Leitschaufelkränzen 1 angeordnet ist Die Schaufeln 3 des Laufschaufclkranzcs 2 sind an ihrem radial inneren Ende an einer Rotorscheibe 4 befestigt Jeder Leitschaufelkranz 1 besteht aus einer Vielzahl von Kranzsektoren, von denen jeder vier Schaufeln 5 aufweist, die an ihrem radial äußeren Ende an einem Schaufelplattenringsegment oder Deckringsegment 6 und an ihrem radial inneren Ende an einem Schaufelplattenringsegment oder Deckringsegment 20 befestigt sind.

Die Schaufelplattenringsegmente 20 tragen auf ihren Innenseiten Dichtflächen 7, die mit den Spitzen von an der Rotorscheibe 4 befestigten Labyrinthen 8 zusammenwirken, wobei sich zwischen jeder Dichtfläche 7 und den Spitzen des jeweiligen Labyrinths 8 ein Dichtspalt 15 befindet.

Der Laufschaufelkranz 2 ist von einer aus einer Vielzahl von Segmenten 9 bestehenden Mantelrirgabdeckung 10 umgeben. Jedes Mantelringsegment 9 trägt auf seiner innenseite zwei Dichtflächen 11, von denen jede mit jeweils einer von zwei axial versetzten Spitzen 12 zusammenwirkt, die am äuüeren Ende jeder Laufschaufel 3 angebracht sind, wobei sich zwischen den Spitzen 12 und den mit den Spitzen 12 zusammenwirkenden Dichtflächen 11 jeweils ein Dichtspalt 16 befindet Die Dichtspalte 15 und 16 werden entsprechend der zu erwartenden Wärmedehnung der einzelnen Komponenten des Turbinenteils bei instationären Betriebsbedingungen ausgelegt.

Der aus Lauf- und Leitschaufelkränzen 1 und 2 und Rotorscheibe 4 bestehende Triebwerksrotor wird von einem Gehäuse 13 umgeben, an dessen Innenwand eine Vielzahl von Dehnhülsen in Form von radial flexiblen Zylindern 14 angeordnet sind. Die Zylinder 14 sind hintereinander und koaxial in bezug auf die Triebwerksachse angeordnet. Mit den einen Enden sind die Zylinder 14 an der Gehäuseinnenwand befestigt, und an den anderen Enden, die als Wulst 22 ausgebildet sind, sind die Schaufelplattenringsegmente 6 der Leitschaufelkränze 1 und die Mantelringsegmente 9 eingehängt Zwischen jeweils zwei benachbarten Mantelringsegmenten 9 befindet sich ein Wärmedehnungsspalt 17, und zwischen jeweils zwei benachbarten Schaufelplattenringsegmenten 6 bzw. 20 der Leitschaufelkränze 1 befindet sich ein Wärmedehnungsspalt 18 bzw. 21. Sowohl die Wärmedehnungsspalte 17 als auch die Wärmedehnungsspalte 18 und 21 sind erfindungsgemäß so bemessen, daß sie bei Ausdehnung

der Mantelringsegmente 9 bzw. der Schaufelplattenringsegmente 6 und 20 in UmfangsrichUing unter dem Einfluß von Wärme zu Null werden bevor das Gehäuse 13, die Zylinder 14, die Rotorscheibe 4, die Labyrinthe 8, die Mantelringsegmente 9 und die Schaufelplattenringsegmente 6 und 20 ihre stationäre Betriebstemperatur erreicht haben.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient die folgende Beschreibung der Vorgänge in dem Turbinenteil bei einer pL~ tzlichen Temperaturerhöhung, die mit einer plötzlichen Drehzahlerhöhung verbunden ist

Zuerst dehnen sich die Laufschaufeln 3 und die Leitschaufeln 5 infolge der Temperaturzunahme und unter der Wirkung der Fliehkraft sehr schnell in Radialrichtung aus, wobei sich die Spaltbreite der Dichtspalte 15 und 16 entsprechend verringert. Zu der Radialdehnung der Laufschaufeln und der Leitschaufeln 5 addiert sich noch die Radialdehnung der Rotorscheibe 4 auf Grund der Wirkung der Fliehkraft Gleichzeitig mit den Laufschaufeln 3 und den Leitschaufeln 5 dehnen sich die Schaufelplattenringsegmente 6 und 20 und die Mangeiringsegmenie 9 infolge der Temperaturzunahmc in Umfangsrichtung aus, wobei sich die Spaltireite der Wärmedehnungsspalte 17, 18 und 21 entsprechend verringert Die Mantelringsegmente 9 und die Schaufelplattenringsegmente 6 und 20 dehnen sich ungehindert in Umfangsrichtung so lange aus, bis die Wärmedehnungsspalte 17, 18 und 21 zu Null geworden sind. Ab diesem Zeitpunkt, bei dem weder die Mantelringsegmente 9 und die Schaufelplattenringsegmen'e 6 und 20 noch die Teile 4, 8, 13 und 14 ihre stationäre Betriebstemperatur erreicht haben, verhalten sich die Mantelringsegmente 9 und die Schaufelplattenringsegmente 6 und 20 wie geschlossene Ringe, d. h. bei dem weiteren Temperaturanstieg bis zur stationären Betriebstemperatur werden tangentiale Druckspannungen in den Segmenten erzeugt und diese tangentialen Druckspannungen bewirken eine Vergrößerung des Durchmessers des segmentierten Mantelrings 10 und der segmentierten Schaufelplattenringe, wobei sich die Zylinder 14 entsprechend der ihnen- von den Mantelringsegmenten 9 und den Sehaufelplattenringsegmenten 6 und 20 aufgezwungenen, im wesentlichen tangentialen Zugspannung radial verformen. Auf Gruna

der Vergrößerung des Durchmessers des segmentierten Mantelrings 10 und der segmentierten Schaufelplattenringe wird vermieden, daß bei weiterer Ausdehnung der Laufschaufeln 3 und der Leitschaufeln 5 in radialer Richtung die Spitzen 12 der Laufschaufeln 3 in die

ίο Dichtflächen bzw. die Spitzen der rotierenden Labyrinthe 8 in die Dichtflächen 7 einlaufen.

Zeitlich später als die Leitschaufeln 5, die Laufschaufeln 3, die Mantelringsegmente 9 und die Schaufelplattenringsegmente 6 und 20 dehnen sich die

is Rotorscheibe 4 und das Rotorgehäuse 13 aus, wobei die Ausdehnung des Rotorgehäuses 13 größer ist als die Ausdehnung der Rotorscheibe 4. Die Ausdehnung des Rotorgehäuses 13 bewirkt daß die Zylinder 14 wieder ihre ursprüngliche Form, jedoch mit vergrößertem Durchmesser annehmen. Mit dem Zurückgehen der radialen Verformung der Zylinder *Λ entspannen sich auch die an den Zylindern !4 eingeharkten Mantelringsegmente 9 und die Schaufelplattenringsegmente 6 und 20. Durch das Zurückgehen der radialen Verformung der Zylinder 14 wird die Ausdehnung des Rotorgehäuses 13 kompensiert, so daß sich die Spaltbreite der Dichtspalte 15 und 16 bei Ausdehnung des Gehäuses nicht vergrößert, sondern auf Grund der Radialdehnung der Rotorscheibe 4 wieder verringert.

so Da die Verringerung der Spaltbreite der Dichtspalte 15 und 16 infolge Radialdehnung der Rotorscheibe 4 bei der Auslegung der Dichtspalte 15 und 16 berücksichtigt worden ist, besteht keine Gefahr, daß die Spitzen der Labyrinthe 8 oder die Spitzen 12 der Laufschaufeln 3 in die jeweiligen Dichtflächen 7 und U einlaufen, wenn sich die Spaltbreite der Dichtspalte 15 und 16 infolge radialer Dehnung der Rotorscheibe 4 verringert

Bei einer plötzlichen Temperaturerniedrigung infolge Drehzahlverringerung laufen entsprechende Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge in dem Turbinenteil ab.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dichtungseinrichtung fur die Freien Schaufelenden von Axialturbinen, bei denen die Laufschaufelspit;?en mit am Gehäuse über Dehnhülsen befestigten ringförmigen Abdeckungen eine Spaltdichtung bilden, wobei die äußeren Deckringe der Leitschaufeln ebenfalls über die Dehnhülsen am Gehäuse befestigt sind und wobei die inneren Schaufelenden 'der Leitschaufeln mit einem Deckring versehen sind, der mit Labyrinthspitzen am Läufer eine Spaltdichtung bildet, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: