DE3537043C2 - Kühlbare Dichtvorrichtung für eine Statorbaugruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kühlbare Dichtvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Dichtvorrichtung ist aus der US-PS 38 25 364 bekannt, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird.

Ein Gasturbinentriebwerk hat üblicherweise einen Verdich­ tungsabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt und einen Tur­ binenabschnitt. Ein ringförmiger Strömungsweg für Arbeits­ gase erstreckt sich axial durch diese Abschnitte des Triebwerks. Eine Statorbaugruppe erstreckt sich um den ringförmigen Strömungsweg, um die Arbeitsgase zu dem Strö­ mungsweg zu leiten und auf diesen zu beschränken.

Wenn die Gase auf dem Strömungsweg strömen, werden sie in dem Verdichtungsabschnitt unter Druck gesetzt und zu dem Verbrennungsabschnitt geleitet. Die unter Druck stehen­ den Gase werden mit Brennstoff in dem Verbrennungsab­ schnitt verbrannt, wodurch den Gasen Energie zugesetzt wird. Die heißen, unter Druck stehenden Gase expandieren in dem Turbinenabschnitt, um nutzbare Arbeit zu erzeugen. Ein Hauptteil dieser Arbeit wird als Ausgangsleistung be­ nutzt, beispielsweise zum Antreiben einer Freifahrturbi­ ne oder zum Erzeugen von Schub für ein Flugzeug.

Ein verbleibender Teil der durch den Turbinenabschnitt er­ zeugten Arbeit wird nicht als Ausgangsleistung benutzt. Statt dessen wird dieser Teil der Arbeit innerhalb des Triebwerks benutzt, um die Arbeitsgase in dem Verdichtungsabschnitt zu verdichten. Eine Rotorbaugruppe erstreckt sich zwischen dem Turbinenabschnitt und dem Verdichtungsabschnitt, um diese Arbeit von dem Turbinenabschnitt auf den Verdich­ tungsabschnitt zu übertragen. Die Rotorbaugruppe hat Lauf­ schaufeln in dem Turbinenabschnitt, die sich nach außen über den Arbeitsgasströmungsweg erstrecken, um Arbeit aus den Gasen zu empfangen. Die Laufschaufeln sind in bezug auf die ankommende Strömung abgewinkelt, um Arbeit aus den Gasen zu empfangen und die Rotorbaugruppe um die Drehachse anzutrei­ ben.

Eine äußere Luftabdichtung umgibt die Laufschaufeln, um die Arbeitsgase auf den Strömungsweg zu beschränken. Die äußere Luftabdichtung ist Teil der Statorbaugruppe des Trieb­ werks und besteht üblicherweise aus einem Kranz von bogenförmigen Dicht­ segmenten. Die Statorbaugruppe weist weiter ein Triebwerks­ gehäuse auf und eine Einrichtung zum Abstützen der Dichtsegmente der äußeren Luftabdichtung an dem Triebwerksgehäuse. Das Triebwerksgehäuse und die Abstützeinrichtung positionieren die Dichtsegmente in unmittelbarer Nähe der Laufschaufeln, um die Leckage der Arbeitsgase vorbei an den Spitzen der Laufschaufeln zu blockieren. Infolgedessen sind die Dichtsegmente in innigem Kontakt mit den heißen Arbeitsgasen und empfangen Wärme aus den Gasen. Die Dichtsegmente werden üblicherweise in ihrem mittleren Bereich durch dort aufprallende Kühlluft gekühlt, um die Temperatur der Dichtsegmente innerhalb zulässiger Grenzen zu halten.

Ein Beispiel einer kühlbaren Dichtvorrichtung mit derartiger Prallkühlung ist in der eingangs bereits erwähnten US-PS 38 25 364 beschrieben. Bei dieser bekannten Dichtvorrichtung ist die äußere Luftabdichtung durch einen Halter abgestützt, der sich einwärts in das Triebwerk erstreckt. Die Kühlluft prallt auf den mittleren Bereich der äußeren Luftabdichtung auf, geht dann durch die porös ausgebildete äußere Luftabdichtung hin­ durch und gelangt so zu dem Arbeitsgasströmungsweg, wird also nicht weiter ausgenutzt. Die Kantenbereiche, insbesondere der stromaufwärtige Kantenbereich, sind thermisch hochbelastete Stellen. Diese Stellen werden bei dieser bekannten Dichtvor­ richtung durch die Prallkühlung, die in dem mittleren Bereich der äußeren Luftabdichtung erfolgt, nicht ausreichend gekühlt.

Die DE-OS 32 31 689 zeigt die Prallkühlung einer aus Dichtseg­ menten aufgebauten kühlbaren Dichtvorrichtung, wobei nach ei­ nem ersten Auftreffen der Kühlluft auf den erwähnten mittleren Bereich des Dichtsegments die Kühlluft in einem Hohlraum gesammelt und ein zweites oder auch ein drittes Mal auf das Dichtsegment aufprallen gelassen wird. Die Kühlluft verläßt den Hohlraum entweder durch Öffnungen in der Dichtfläche selbst oder durch Öffnungen, welche von dem Hohlraum in Axial­ richtung des Triebwerks entweder nach vorne oder nach hinten führen. Durch diese Öffnungen wird eine gewisse Filmkühlung der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kantenbereiche beid­ seitig des mittleren Bereichs des Dichtsegmentes erreicht, die auch nicht als ausreichend betrachtet werden kann.

Einen ähnlichen Stand der Technik zeigt die US-PS 41 77 004, wobei die Kühlluft durch Öffnungen in Halteflanschen abströmt und anschließend über die Innenflächen der Kantenbereiche des Dichtsegments strömt und dann in den Arbeitsgasströmungsweg entweicht. Das ergibt wiederum nur eine Filmkühlung dieser Kantenbereiche, die wegen der hohen thermischen Belastung ebenfalls nicht als ausreichend betrachtet werden kann.

Ein weiteres Beispiel einer kühlbaren Dichtvorrichtung mit Prallkühlung ist in der US-PS 35 83 824 beschrieben. Kühlluft strömt in einen Hohlraum, der sich umfangsmäßig um die äußere Luftabdichtung zwischen der äußeren Luftabdichtung und dem Triebwerksgehäuse erstreckt. Eine Dichtvorrichtung in Form einer Prallplatte erstreckt sich umfangsmäßig um die äußere Luftabdichtung, um dazwischen einen Prallufthohlraum zu begrenzen. Mehrere Löcher erstrecken sich durch die Prallplatte, um die Kühlluftströmung durch die Prallplatte genau zu dosieren und durch den Pralluftraum hindurch und gegen die äußere Oberfläche des Dichtsegments zu leiten. Die Luft wird dann in dem Prallufthohlraum gesammelt und aus dem Prallufthohlraum über axiale Durchlässe abgegeben, um einen kontinuierlichen Kühlluftstrom durch die Platte und den Prallufthohlraum zu erzeugen. Diese Kühlluft dient zur Konventionskühlung des Randbereiches der äußeren Luftabdichtung.

Das Ableiten der Kühlluft aus dem Prallufthohlraum ist nicht der einzige Gesichtspunkt. Bei modernen Gasturbinentrieb­ werken ist es außerdem erwünscht, die Kühlluftströmung aus dem Prallufthohlraum zu dosieren, nachdem sie auf die äußere Luftabdichtung aufgeprallt ist. Die Dosierung ergibt eine bessere Kontrolle über den Verbrauch an Kühlluft. Die bessere Kontrolle ist wichtig, weil die Benutzung von Kühl­ luft den Betriebswirkungsgrad des Triebwerks verringert. Die­ se Verringerung erfolgt, weil die Arbeit, die abgezweigt wird, um die Kühlluft unter Druck zu setzen, von der für die Aus­ gangsleistung verfügbaren Arbeit abgezweigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Dichtvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art die Kühlluft wirksamer auszunutzen, damit eine stärkere Kühlung mit derselben Kühlluftmenge oder dieselbe Kühlung mit einer geringeren Kühlluftmenge erzielt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Dichtvorrichtung nach der Erfindung strömt die Kühlluft axial durch einen Hohlraum zwischen Dichtsegment und Halter, so daß sie dosiert zu den Kantenbereichen des Dichtsegments gelei­ tet wird, um so außerhalb des Halters erneut auf das Dichtseg­ ment aufzuprallen, also nachdem sie bereits auf dessen mittle­ ren Bereich aufgeprallt ist. Auf diese Weise erfolgt zusätzlich eine wirksame Prallkühlung der thermisch hochbelasteten Kanten­ bereiche. Das infolgedessen wirksamere Ausnutzen der Kühlluft vergrößert die Ausgangsleistung des Gasturbinentriebwerks, steigert dessen Gesamtwirkungsgrad und verlängert die Lebens­ dauer der äußeren Luftabdichtung.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist also die besonders wirksame Ausnutzung der Kühlluft, die durch Leiten und Dosieren der Kühlluft durch Durchlässe in dem Halter zu neuen Stellen, um die Kühlluft diesen Stellen präzise zu liefern, resultiert. Ein weiterer Vorteil ist der höhere Triebwerkswirkungsgrad, der aus der wirksameren Ausnutzung der Kühlluft resultiert, weil diese auf die äußere Luftabdichtung an einer ersten Stelle aufprallt und dann durch den Halter der äußeren Luftabdichtung hindurchgeleitet wird, damit sie an einer zweiten Stelle wieder auf die äußere Luftabdichtung aufprallt. Ein besonderer Vorteil ist die Lebensdauer einer mit keramischem Deckmaterial versehenen äußeren Luftabdichtung, die daraus resultiert, daß lokale Spannungsveränderungen reduziert werden. Das Dosieren der Kühlluft erfolgt durch Durchlässe in dem Halter. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Lebensdauer der äußeren Luftabdichtung und des Halters der äußeren Luftabdichtung, die aus einer Transpirationskühlung der äußeren Luftabdichtung und von deren Halter durch Hindurchleiten der Kühlluft durch Durchlässe in der äußeren Luftabdichtung und dem Halter resultiert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Teillängsschnittansicht eines Axialgasturbinentriebwerks, die einen Teil des Turbinenabschnitts und die Drehachse des Triebwerks zeigt,

Fig. 2 einen vergrößerten Teil der Ansicht nach Fig. 1 in einer Ebene, die gegenüber der der in Fig. 1 gezeigten Ansicht umfangsmäßig versetzt ist, um Segmente von Haltern im Querschnitt zu zeigen, und

Fig. 3 eine Querschnittansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Teillängsschnittansicht eines Teils eines Gasturbinentriebwerks 10 mit einer Drehachse A_r. Die Ansicht zeigt einen Teil eines Turbinenabschnitts 12. Der Turbinenabschnitt 12 weist einen ringförmigen Strömungsweg 14 für Arbeitsgase auf, der um die Drehachse A_r angeordnet ist. Ein Stator 16 begrenzt den Arbeitsgasströmungsweg. Der Stator 16 umfaßt ein Triebwerksgehäuse 18, das sich umfangsmäßig um den Arbeitsgasströmungsweg 14 erstreckt. Mehrere Laufschaufeln, die durch eine einzelne Laufschaufel 22 dargestellt sind, erstrecken sich radial nach außen über den Arbeitsgasströmungsweg 14 bis in unmittelbare Nähe des Triebwerksgehäuses 18.

Eine kühlbare Statorbaugruppe 24 außerhalb der Laufschaufeln 22 erstreckt sich um die Drehachse A_r und begrenzt den ringförmigen Arbeitsgasströmungsweg 14. Die kühlbare Statorbaugruppe 24 weist eine äußere Luftabdichtung 26 und eine Einrichtung zum Abstützen der äußeren Luftabdichtung 26 auf. Die Einrichtung zum Abstützen der äußeren Luftabdichtung 26 umfaßt einen stromaufwärtigen Halter 32 und einen stromabwärtigen Halter 34, die sich von dem Triebwerksgehäuse 18 aus nach innen erstrecken. Jeder Halter 32, 34 ist in Segmente geteilt, um die Umfangsfestigkeit des Halters zu reduzieren. Die in Fig. 2 im Querschnitt dargestellten Segmente der Halter 32, 34 sind durch in Fig. 1 dargestellte Schlitze 36 in der Lage, dünne, flexible Blechdichtungen (nicht gezeigt) zu empfangen. Die Halter 32, 34 sind an dem Triebwerksgehäuse 18 befestigt, um die äußere Luftabdichtung 26 in radialer Richtung um die Laufschaufeln 22 zu tragen und zu positionieren.

Die äußere Luftabdichtung 26 ist mit radialem Abstand einwärts von dem Triebwerksgehäuse 18 angeordnet, so daß zwischen ihnen ein sich in Umfangsrichtung erstreckender zentraler Hohlraum 38 vorhanden ist. Eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Prallplatte 40 hat Enden 41, die zwischen der äußeren Luftabdichtung 26 sowie dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Halter 32 bzw. 34 eingeschlossen sind. Die Prallplatte 40 ist mit radialem Abstand einwärts von dem Triebwerksgehäuse 18 und in radialem Abstand radial außerhalb von der äußeren Luftabdichtung 26 angeordnet. Die Prallplatte 40 unterteilt den zentralen Hohlraum 38 in einen äußeren Hohlraum 42 und in einen inneren Hohlraum 44.

Ein erster Strömungsweg 46 für Kühlluft erstreckt sich außerhalb des Arbeitsgasströmungsweges 14 und in den äußeren Hohlraum 42. Ein Leckweg 46′ erstreckt sich von dem ersten Strömungsweg 46 aus radial nach innen zu dem Arbeitsgasströmungsweg 14. Ein Sekundärströmungsweg in Form eines zweiten Strömungsweges 48 für Kühlluft erstreckt sich axial und in Umfangsrichtung in dem inneren Hohlraum 44 außerhalb der äußeren Luftabdichtung 26. Mehrere Prallöcher 52 in der Prallplatte 40 bringen den ersten Strömungsweg 46 in Strömungsverbindung mit dem zweiten Strömungsweg 48. Die Prallöcher 52 sind so bemessen, daß sie die Kühlluftströmung aus dem äußeren Hohlraum 42 dosieren, und leiten die Kühlluftströmung gegen die äußere Luftabdichtung 26.

Die äußere Luftabdichtung 26 besteht aus mehreren bogenförmigen Dichtsegmenten, von denen nur ein einzelnes Dichtsegment 54 dargestellt ist und dich sich umfangsmäßig um den Arbeitgasströmungsweg 14 erstrecken. Jedes Dichtsegmment 54 hat eine Kante 56 am stromaufwärtigen Ende und ein Kante 58 am stromabwärtigen Ende. Die Dichtsegmente 54 sind von den Laufschaufeln 22 durch einen variablen Spalt C_r radial getrennt, um eine Relativradialbewegung zwischen den Laufschaufeln 22 und der äußeren Luftabdichtung 26 zuzulassen.

Jedes Dichtsegment 54 weist eine Platte 62 sowie einen stromaufwärtigen Haken 64 und einen stromabwärtigen Haken 66 auf, die an der Platte 62 befestigt sind und die Platte 62 in die Lage versetzen, den Halter 32 bzw. 34 zu erfassen. Der stromaufwärtige Haken 64 erstreckt sich von der Platte 62 aus an einer Stelle, die axialen Abstand von der Kante 56 hat, so daß dazwischen ein Kantenbereich 56a verbleibt. Der stromabwärtige Haken 66 erstreckt sich von der Platte 62 aus an einer Stelle, die axialen Abstand von der Kante 58 hat, so daß dazwischen ein Kantenbereich 58a verbleibt.

Der stromaufwärtige Halter 32 erfaßt mit einem sich umfangsmäßig erstreckenden stromaufwärtigen Flansch 68 den stromaufwärtigen Haken 64. Der stromabwärtige Halter 34 erfaßt mit einem sich umfangsmäßig erstreckenden stromabwärtigen Flansch 72 den stromabwärtigen Haken 66. Ein Teil in Form eines äußeren Flansches 74 an dem stromaufwärtigen Halter 32 ist mit Abstand außerhalb von dem stromaufwärtigen Flansch 68 angeordnet, und ein Teil in Form eines äußeren Flansches 76 an dem stromabwärtigen Halter 34 ist mit Abstand außerhalb von dem stromabwärtigen Flansch 72 angeordnet. Die äußeren Flansche 74, 76 versetzen die Halter 32, 34 in die Lage, die Enden der Prallplatte 40 zwischen diesen Flanschen und den Haken 64, 66 an dem Dichtsegment 54 einzuschließen. Die Prallplatte 40 ist an den Enden 41 gebogen, so daß sie eine freie Höhe hat, wie es mit gestrichelten Linien dargestellt ist, die größer als die Einbauhöhe ist. Weil die Prallplatte 40 zwischen den Haken 64, 66 und den äußeren Flanschen 74, 76 eingeschlossen ist, drückt die Prallplatte gegen die äußeren Flansche 74, 76 der Halter 32, 34 und preßt gegen den stromaufwärtigen und den stromabwärtigen Haken 64, 66 an dem Dichtsegment 54, um die bogenförmigen Dichtsegmente 54 abdichtend nach innen gegen den stromaufwärtigen Flansch 68 an dem stromaufwärtigen Haken 64 und gegen den stromabwärtigen Flansch 72 an dem stromabwärtigen Haken 66 zu drücken. Ein dritter Flansch 78 an dem stromaufwärtigen Halter 32 versetzt den strommaufwärtigen Halter 32 in die Lage, des Triebwerksgehäuses 18 zu erfassen, und ein dritter Flansch 80 an dem stromabwärtigen Halter 34 versetzt den stromabwärtigen Halter 34 in die Lage, das Triebwerksgehäuse 18 zu erfassen.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Teil der Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Bauteile in einer Ebene, die gegenüber der der in Fig. 1 gezeigten Ansicht umfangsmäßig versetzt ist, um die Beziehung zwischen dem stromaufwärtigen Halter 32, dem stromabwärtigen Halter 34 und einem der Dichtsegmente 54 der äußeren Luftabdichtung 26 deutlich zu machen. Die Platte 62 des Dichtsegments 54 weist ein Substrat 84 auf. Das Substrat 84 hat eine Oberfläche 86, die sich umfangsmäßig um die Drehachse A_r erstreckt. Der stromaufwärtige Haken 64 und der stromabwärtige Haken 66 erstrecken sich von dem Substrat 84 aus nach außen. Ein keramisches Deckmaterial 88 ist an dem Substrat 84 befestigt. Das keramische Deckmaterial 88 hat eine keramische Oberflächenschicht 88a und eine Keramik/Metall-Zwischensicht 88b, die mit einer zugeordneten Verbindungsschicht 88c die keramische Oberflächenschicht 88a an dem Substrat 84 befestigt. Die keramische Oberflächenschicht 88a erstreckt sich umfangsmäßig um die Drehachse A_r und von der Kante 56 aus nach hinten zu der Kante 58, um den Arbeitsgasströmungsweg 14 zu begrenzen.

Der stromaufwärtige Haken 64 ist an dem Substrat 84 der Platte 62 befestigt. Der stromaufwärtige Haken 64 hat einen ersten Abschnitt 92, der sich von der Platte 62 aus nach außen erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 94, der sich von dem ersten Abschnitt 92 aus axial zu der Kante 56 erstreckt. Der zweite Abschnitt 94 hat radialen Abstand von dem Substrat 84 der Platte 62, so daß zwischen ihnen eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 96 vorhanden ist.

Der stromaufwärtige Halter 32, der stromabwärtige Halter 34, das Dichtsegment 54 und die Prallplatte 40 begrenzen vier Hohlräume nahe dem Kantenbereich 56a und vier Hohlräume nahe dem Kantenbereich 58a. Die folgende Beschreibung des Aufbaus und der Hohlräume nahe dem Kantenbereich 56a gilt gleichermaßen für den Aufbau und die Hohlräume nahe dem Kantenbereich 58a. Der erste Hohlraum nahe dem Kantenbereich 56a ist der innere Hohlraum 44. Der stromaufwärtige Flansch 68 ist mit radialem Abstand außerhalb von dem Substrat 84 der Platte 62 angeordnet, so daß zwischen ihnen ein zweiter Hohlraum 98 vorhanden ist. Der Flansch 68 ist mit axialem Abstand von dem ersten Abschnitt 92 des Hakens 64 angeordnet, so daß ein dritter Hohlraum 102 dazwischen vorhanden ist. Der zweite Abschnitt 94 des Hakens 64 ist mit axialem Abstand von dem stromaufwärtigen Halter 32 angeordnet, so daß dazwischen ein vierter Hohlraum 104 vorhanden ist.

Die Prallplatte 40 ist ein erstes Dichtteil, das sich zwischen dem stromaufwärtigen Halter 32 und dem zweiten Abschnitt 94 des stromaufwärtigen Hakens 64 erstreckt, um die Kühlluftströmung auf einem Strömungsweg außerhalb des Hakens 64 und zwischen der Prallplatte 40 und dem äußeren Flansch 74 in den vierten Hohlraum 104 zu blockieren. Eine im Querschnitt W-förmige Dichtung 106 ist in dem dritten Hohlraum 1 02 angeordnet und erstreckt sich zwischen dem Dichtsegment 54 und dem stromaufwärtigen Halter 32, um die Leckage von Kühlluft durch den dritten Hohlraum 102 in den zweiten Hohlraum 98 auf einem Strömungsweg zwischen dem Dichtsegment 54 und dem Halter 32 zu blockieren. Die zweite Dichtung 106 könnte sich statt dessen zwischen dem stromaufwärtigen Halter 32 und der Platte 62 des Dichtsegments 54 oder zwischen dem stromaufwärtigen Halter 32 und einem ununterbrochenen Teil des Hakens 64 erstrecken.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils des Dichtsegments 54 und des stromaufwärtigen Halters 32 nach der Linie 3-3 in Fig. 2. Gemäß der Darstellung in den Fig. 2 und 3 hat jeder Haken 64, 66 einen oder mehrere Durchlässe für Kühlluft in Form von mehreren Schlitzen 108. Die Schlitze 108 sind mit Umfangsabstand voneinander angeordnet und erstrecken sich axial durch den stromaufwärtigen Haken 64, um die Umfangskontinuität des Hakens 64 zu unterbrechen und den inneren Hohlraum 44 mit dem vierten Hohlraum 104 in Strömungsverbindung zu bringen. Der stromaufwärtige Halter 32 hat zur Kühlluftdosierung wenigstens einen Durchlaß in Form von mehreren Löchern 112, die in Strömungsverbindung mit dem zweiten Hohlraum 98 über eine Auslaßöffnung 114 und in Strömungsverbindung über den Schlitz 108 mit dem inneren Hohlraum 44 sind.

Die Löcher 112 sind mit dem Kantenbereich 56a des Dichtsegments 54 axial ausgerichtet und sind radial gerichtet, um die Kühlluft in radialer Richtung durch den zweiten Hohlraum 98 zu leiten, so daß die Kühlluft auf den Kantenbereich 56a der Platte 62 aufprallt. Stattdessen könnten gemäß der strichpunktierten Darstellung in Fig. 2 Löcher 112′ über den vierten Hohlraum 104 und die Schlitze 108 in Strömungsverbindung mit dem inneren Hohlraum 44 sein, um Kühlluft unter einem Winkel in bezug auf den Kantenbereich 56a der äußeren Luftabdichtung 26 zu leiten. Aufgrund der Ausrichtung der Löcher 112′ würden diese der Kühlluft eine radiale Geschwindigkeitskomponente geben, welche die Kühlluft zu dem vorderen Teil des Kantenbereichs 56a des Dichtsegments 54 treiben würde. Löcher 112′′ könnten sich auch radial nach innen erstrecken. Die Löcher 112′′ leiten die Kühlluft mit einer radial nach innen gerichteten Geschwindigkeitskomponente, um die Kühlluft auf den benachbarten Bereich des Stators 16 in einem Gebiet des Triebwerks 10 nahe dem Halter 32 aufprallen zu lassen und der Leckage von Kühlluft auf dem Leckweg 46′ lokal entgegenzuwirken.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 ist jeder Schlitz 108 in dem stromaufwärtigen Haken 64 auf ein zugeordnetes Loch 112 in dem Flansch 68 ausgerichtet. Die Lage des Dichtsegments 54 in bezug auf den Halter 32 ist durch einen nicht dargestellten Paßstift festgelegt, um diese Ausrichtung aufrechtzuerhalten.

Im Betrieb des Axialturbinenwerks 10 strömen Kühlluft und heiße Arbeitsgase in den Turbinenabschnitt 12 des Triebwerks 10. Die heißen Arbeitsgase strömen auf dem ringförmigen Strömungsweg 14. Kühlluft strömt auf dem ersten Strömungsweg 46 und tritt in den Turbinenabschnitt 12 außerhalb des Strömungsweges 14 der heißen Arbeitsgase ein. Bauteile des Turbinenabschnitts 12, zu denen das Triebwerksgehäuse 18, die äußere Luftabdichtung 26 sowie der stromaufwärtige und der stromabwärtige Halter 32, 34 für die äußere Luftabdichtung gehören, werden durch die Arbeitsgase erhitzt und durch die Kühlluft gekühlt. Die Kühlluft strömt auf dem ersten Strömungsweg 46 in den äußeren Hohlraum 42 außerhalb der äußeren Luftabdichtung 26. Wegen Toleranzveränderungen erstrecken sich Leckwege, wie beispielsweise der Leckweg 46′, zwischen dem stroaufwärtigen Halter 32 und dem benachbarten Teil des Stators 16 in das Gebiet nahe dem stromaufwärtigen Halter 32. Demgemäß ist ein Dichtteil (nicht dargestellt) zwischen dem stromaufwärtigen Halter 32 und dem benachbarten Teil des Stators angeordnet. Der Verlust an Kühlluft auf dem Leckweg 46′ wird zwar durch das Dichtteil blockiert, etwas Leckage tritt jedoch auf.

Nachdem die Kühlluft in den äußeren Hohlraum 42 geströmt ist, wird sie durch die Prallöcher 52 in der Prallplatte 40 dosiert und prallt dann auf das Substrat 84 der Prallplatte an mehreren ersten axialen Stellen L₁ auf. Die Kühlluft wird in dem inneren Hohlraum 44 gesammelt und strömt durch die Schlitze 108 in dem Haken 64 des stromaufwärtigen Halters 32. Die Kühlluft strömt entweder in den vierten Hohlraum 104 und von da aus zu den Löchern 112 oder direkt zu den Löchern 112, wo sie durch diese Löcher in dem Halter 32 zugemessen und durch den zweiten Hohlraum 98 geleitet wird, so daß sie wieder auf das Substrat 84 des bogenförmigen Dichtsegments 54 an einer zweiten axialen Stelle L₂ aufprallt. Der Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Kühlluft und dem Dichtsegment 54, der aus dem Aufprallen der Kühlluft auf das Substrat 84 resultiert, ist wenigstens 500% größer als der Wärmeübergangskoeffizient, der aus der Kühlluft resultiert, welche längs der Oberfläche des Substrats strömt, um Wärme durch Konvektionswärmeübertragung abzuführen. Nachdem die Kühlluft zum zweiten Mal auf das Dichtsegment 54 aufgeprallt ist, strömt sie in den benachbarten Bereich des Triebwerks 10, um den vorderen Kantenbereich 56a des Dichtsegments 54 konvektiv zu kühlen. Aus verschiedenen Gründen könnte mehr Kühlluft durch einen Schlitz 108 als durch einen anderen Schlitz 108 strömen. Der vierte Hohlraum 104 dient als Verteiler zum gleichmäßigeren Verteilen der Kühlluft auf die Löcher 112 in dem Halter 32. Zusätzliche Luft strömt durch den Schlitz 108, der diesen zusätzlichen Luftstrom zu dem vierten Hohlraum 104 hat. Ein Teil der zusätzlichen Kühlluft strömt dann durch den vierten Hohlraum 104 zu dem Gebiet, das einer geringeren Strömung ausgesetzt ist.

Die alternativen Löcher 112′, 112′′ können in Kombination miteinander und mit dem Loch 112 benutzt werden, um die Kühlluft auf dieselbe brauchbare Weise zu verteilen. Das Loch 112′′ ist nach innen abgewinkelt, damit die Kühlluft auf den benachbarten Teil des Stators 16 mit einer Einwärtskomponente der Radialgeschwindigkeit aufprallt und der über den Leckweg 46′ ausströmenden Kühlluft entgegenwirkt. Die Kühlluft wandelt beim Aufprall einen Teil ihres dynamischen Geschwindigkeitsdruckes in statischen Druck um, wodurch ein kleines Gebiet höheren statischen Druckes erzeugt wird, um die Leckage von Kühlluft auf dem Leckweg 46′ lokal zu blockieren.

Zusätzlich zur Vergrößerung des Wärmeübergangskoeffizienten zwischen der Kühlluft und dem Dichtsegment 54 zum wirksamen Ausnutzen der Kühlluft und zum Vergrößern des Triebwerkswirkungsgrades wird die Kühlluft durch den stromaufwärtigen Halter 32 genau dosiert, wodurch die Vergeudung von Kühlluft verringert wird. Die Schlitze 108 in dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Haken 64, 66 verringern die lokale Spannungsveränderung, welche durch die Haken 64, 66 verursacht wird. Die Verringerung der Spannungsveränderung hat eine vorteilhafte Auswirkung auf die Lebensdauer der mit Keramikmaterial bedeckten äußeren Luftabdichtung 26. Es wird angenommen, daß diese lokalen Spannungsvariationen eine nachteilige Auswirkung auf den Festigkeitsverband der Verbindungsschicht 88c zwischen dem Deckmaterial 88 und dem Substrat 84 haben. Schließlilch sorgt die Kühlluft, die durch die Schlitze 108 in den Haken 64, 66 und durch die Löcher 112 in dem Halter 32 geströmt ist, für eine Transpirationskühlung dieser Bauteile und für das Einhüllen dieser Bauteile in eine Kühlluftschicht, um thermische Spannungen in den Bauteilen zu verringern und as Überhitzen der Bauteile zu vermeiden.

Claims (9)

1. Kühlbare Dichtvorrichtung für eine Statorbaugruppe (24) eines Gasturbinentriebwerks (10) mit einem ringförmigen Arbeitsgasströmungsweg (14) und mit einem Triebwerksge­ häuse (18), das sich umfangsmäßig um den Arbeitsgasströ­ mungsweg (14) erstreckt, wobei die kühlbare Dichtvorrich­ tung eine radial äußere Luftabdichtung (26) aufweist, die sich in radialem Abstand einwärts von dem Triebwerksge­ häuse (18) erstreckt, so daß zwischen ihnen ein zentraler Hohlraum (38) für Kühlluft vorhanden ist, und eine Ein­ richtung zum Abstützen der äußeren Luftabdichtung (26) an dem Triebwerksgehäuse (18) um den Arbeitsgasströmungsweg (14), wobei die Einrichtung zum Abstützen der äußeren Luftabdichtung (26) zumindest einen Halter (32, 34) auf­ weist, der sich einwärts in das Triebwerk erstreckt und die äußere Luftabdichtung (26) erfaßt, wobei die äußere Luftabdichtung (26) aus einem Kranz von bogenförmigen Dichtsegmenten (54) gebildet ist, von denen wenigstens ei­ nes einen Durchlaß (108) für Kühlluft hat, der sich durch das Dichtsegment (54) hindurch zu dessen Kantenbereich (56a, 58a) erstreckt und mit dem zentralen Hohlraum (38) in Strömungsverbindung steht, und wobei der Halter (32, 34) wenigstens einen Durchlaß (112) in Strömungsverbindung mit dem Durchlaß (108) in dem Dichtsegment (54) zum Do­ sieren der Kühlluftströmung und zum Leiten der Kühlluft durch den Halter (32, 34) zu dem Kantenbereich (56a, 58a) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (32, 34) radialen Abstand von dem bogenförmigen Dichtsegment (54) hat, so daß zwischen ihnen ein Hohlraum (98) vorhanden ist, daß der Durchlaß (112) in dem Halter (32, 34) in Strömungsver­ bindung mit dem Hohlraum (98) steht und daß der Durchlaß (112) in dem Halter (32, 34) radial einwärts auf den Kantenbereich (56a, 58a) des Dichtsegments (54) gerichtet ist.

2. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das bogenförmige Dichtsegment (54) zumindest einen sich umfangsmäßig erstreckenden Haken (64, 66) hat, mit welchem das Dichtsegment (54) den Halter (32, 34) er­ faßt, und daß sich der Durchlaß (108) in dem Dichtsegment (54) durch den Haken (64, 66) erstreckt.

3. Dichtvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß sich der Haken (64, 66) an einer ersten axialen Stelle (L₁) von dem bogenförmigen Dichtsegment (54) aus erstreckt, die axialen Abstand von einer Kante (56, 58) des Dichtsegmentes (54) hat, so daß dazwischen der Kantenbereich (56a, 58a) gebildet ist, und daß jeder ra­ diale Durchlaß (112) in dem Halter (32, 34) eine Auslaß­ öffnung (114) für Kühlluft in den Hohlraum (98) an einer zweiten axialen Stelle (L₂) in dem Kantenbereich (56a, 58a) hat.

4. Dichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchlaß (108) in dem Dichtsegment (54) aus Schlitzen besteht, die sich durch den Haken (64, 66) erstrecken, und daß der Durchlaß (112) in dem Halter (32, 34) aus mehreren Löchern besteht, die in Strömungsverbin­ dung mit den Schlitzen in dem Haken sind.

5. Dichtvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß sich eine mit Prallöchern (52) versehene Prall­ platte (40) außerhalb des Hakens (64, 66) erstreckt, um die Kühlluft durch die Schlitze nach innen zu den Löchern in dem Halter (32, 34) zu leiten, und daß eine Dichtung (106) das bogenförmige Dichtsegment (54) an einer axialen Stelle zwischen der ersten axialen Stelle (L₁) und der zweiten axialen Stelle (L₂) und den Halter (32) an einer axialen Stelle zwischen der ersten axialen Stelle (L₁) und der zweiten axialen Stelle (L₂) erfaßt, um die Kühlluftströmung durch die Schlitze nach außen zu den Lö­ chern in dem Halter zu leiten.

6. Dichtvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Halter (32, 34) einen Flansch (68) hat, der den Haken (64, 66) des bogenförmigen Dichtsegments (54) erfaßt und radialen Abstand von dem bogenförmigen Dicht­ segment (54) hat, um den Hohlraum (98) zwischen dem Halter (32, 34) und dem Dichtsegment (54) zu bilden.

7. Dichtvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zentrale Hohlraum (38) durch die Prallplatte (40) in einen inneren Hohlraum (44) für Kühl­ luft und einen äußeren Hohlraum (42) für Kühlluft un­ terteilt ist.

8. Dichtvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Haken (64, 66) an einer Platte (62) des Dichtsegmentes (54) befestigt ist und einen er­ sten Abschnitt (92) hat, welcher sich von der Platte (62) aus radial nach außen erstreckt, und einen zweiten Ab­ schnitt (94), der sich von dem ersten Abschnitt (92) aus axial in Richtung der Kante (56, 58) erstreckt und radia­ len Abstand von der Platte (62) hat, so daß eine sich um­ fangsmäßig erstreckende Nut (96) dazwischen vorhanden ist, und daß sich der Flansch (68) in die Nut (96) erstreckt und das Dichtsegment (54) erfaßt, wobei der Flansch (68) axialen Abstand von dem ersten Abschnitt (92) des Hakens (64, 66) aufweist, so daß ein Hohlraum (102) zwischen dem ersten Abschnitt (92) und dem Flansch (68) vorhanden ist, und axialen Abstand von dem zweiten Abschnitt (94) des Ha­ kens (64, 66) hat, so daß ein Hohlraum (104) zwischen dem zweiten Abschnitt (94) und dem Flansch (68) vorhanden ist.

9. Dichtvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schlitze in jedem Haken (64, 66) mehrfach vorhanden sind und sich axial durch die Haken (64, 66) er­ strecken, um den inneren Hohlraum (44) in Strömungsver­ bindung mit dem Hohlraum (104) zwischen dem zweiten Ab­ schnitt (94) und dem Flansch (68) zu bringen, wobei sich die Prallplatte (40) abdichtend zwischen einem Teil (74, 76) des Halters (32, 34) und dem zweiten Abschnitt (94) des Hakens (64, 66) erstreckt.