DE2745130C2

DE2745130C2 - Dichtungseinrichtung für die freien Schaufelenden von Axialturbinen

Info

Publication number: DE2745130C2
Application number: DE19772745130
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 8047 Karlsfeld Ruecker
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1977-10-07
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1980-01-03
Also published as: DE2745130A1; DE2745130B1

Description

a) die ringförmigen Abdeckungen (10) sind segmentiert,

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

c) die Spa'te (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 Scha ^fe!enden von Axialturbinen, bei denen die Laufschaufelspitzen mit am Gehäuse über Dehnhülsen befestigten ringförmigen Abdeckungen eine Spaltdichtung bilden, wobei ά\ε äußeren Deckringe der Leitschaufeln ebenfalls über du 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 GB-PS 13 51 029 bekannt.

Bei der bekannten Einrichtung besteht der Nachtei'. daß bei instationären Vorgängen die Dichtspalte sich 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 Merkmale 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 tempe* faturäbhängigen 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-I in

ίο Fig.2 durch einen Teil einer Axialturbine mit einer Dichtungseinrichtung nach der Erfindung,

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

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

Der in den Zeichnungen dargestellte Axialurbinenteil weist zwei Leitschaufelkränze 1 und einen Laufschaufelkranz 2 auf, der zwischen den beiden Leuschaufelkränzen 1 angeordnet ist. Die Schaufeln 3 des Laufschaufelkranzes 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 Schaufelplattenringsjgment oder Deckringsegment 6 und an ihrem radial inneren Ende an einem Schaufelplattennngsegment 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 Mantelringabdeckung 10 umgeben. Jedes Mantel' i.ngsegment 9 trägt auf seiner Innenseite zwei Dichtflächen 11, von denen jede mit jeweils einer von zwei axiai versetzten Spitzen 12 zusammenwirkt, die am äußeren Ende jeder Laufschaufel 3 angebracht sind, wobei sich zwischen den Spitzen 12 und den mit den Spitzen 12 zusammenwirkenden Dichtf'ächen 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.

ω 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 Ciehauseinnenwand befestigt, und an den anderen Enden, die als Wulst 22 ausgebildet sind, sind du- Schaufelplattenringsegmente 6 der Leit· schaufelkrän/e 1 und die Mantclringsegmente 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 2:1 sind erfindungsgemäß so bemessen, daß sie bei Ausdehnung

der Mantelringsegmente 9 bzw. der Schaufelplattenringsegmente 6 und 20 in Umfangsrichtung 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 Schaufelplattenringsegrnente 6 und 20 ihre stationäre Betriebstemperatur erreicht haben.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient die folgende Beschreibung der Vorgänge in dem Turbinenteil bei einer plötzlichen 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 Spalibreite der π 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 Sehauie'ip'iättenriiigsegrnente 6 und 20 und die Mangelringsegmente 9 infolge derTemperatu.\ainahme in Umfangsrichtung aus, wobei sich die Spaltbreite 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 Schaufelplattenringsegmente 6 und Jo 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 seg-nentierten Schaufelplattenringe, wobei sich w die Zylinder 14 entsprechend der ihnen von den Mantelringsegmenten 9 und den Schaufelplattenringsegmenten 6 und 20 aufgezwungenen, im wesentlichen tangentialen Zugspannung radial verformen. Auf Grand 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 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 Rotorscheibe 4 und das Rotorgehäuse 13 aus, wobei die Ausdehnung des Rotorgehäuses 13 größer ist als die Ausdehnung der Rotorscheibe 4. Dk: 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 14 entspannen sich auch die an den Zylindern 14 eingehängten Mantelringsegmente 9 und die Schaufelplattenringsegmente 6 und 20. Durch das Zurückgehen der radialen Verformung der Zy'inder 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

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 11 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

27

Λ QA

UU

Patentanspruch:

Dichtungseinrichtung für die freien Schaufelenden von Axialturbinen, bei denen die Laufschaufelspitzen 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: