DE3609578A1 - Dichtung bei einer gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung bei einer Gasturbine mit einem zwischen einem Gaserzeugerturbinen­ rad und einem Arbeitsturbinenrad angeordneten Diffusor, der von einem selbständigen, zur Turbinenachse koaxialen, ringförmigen, an einer Stirnseite am Turbinengehäuse be­ festigten Träger gehalten wird und wobei eine Abdichtung gegenüber dem aus dem Gaserzeuger-Turbinenrad austretenden Gasstrom durch eine Radialdichtung erfolgt.

Bei einer der­ artigen aus DE-PS 32 20 148 bekannten Gasturbine erfolgt eine Abdichtung zwischen dem an einer Stirnseite am Turbi­ nengehäuse befestigten Träger im Bereich der anderen Stirn­ seite dieses Trägers gegenüber dem Turbinengehäuse durch eine Radialdichtung in Form einer Lamellendichtung. Dadurch, daß der Träger nur einseitig am Gehäuse befestigt ist und an der anderen Stirnseite des Trägers eine Radialdichtung vorliegt, kann der Träger bzw. der mit ihm verbundene Diffusor Wärmedehnungen ausführen, ohne daß es zu Spannungen im Mate­ rial kommt. Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch, daß einmal die Lamellendichtung relativ empfindlich ist und leicht zerstört wird und daß zum anderen die Lamellendichtung nur eine begrenzte thermische Widerstandsfähigkeit hat, so daß ihr Einbau zwischen Diffusorträger und Gehäuse, d.h. also ver­ hältnismäßig entfernt vom heißen Gasstrom erfolgen muß.

Dies wiederum hat zur Folge, daß im Bereich der Befesti­ gung des Trägers am Turbinengehäuse im allgemeinen eine weitere Dichtung vorgesehen werden muß.

Demgegenüber macht es sich die Erfindung zur Aufgabe, die Dichtung so zu gestalten, daß sie mechanisch und thermisch widerstandsfähiger ist und bei niedrigeren Kosten eine bessere Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen be­ schriebene Erfindung gelöst.

Die Dichtung besteht aus einem Oxid-Keramikring mit offenem Stoß. Bevorzugt wird dabei wegen der besonders hohen ther­ mischen Belastbarkeit und den guten mechanischen Eigenschaf­ ten ein Dichtring aus Zirkondioxid-Keramik. Die Spaltweite bei dem offenen Stoß soll so bemessen sein, daß möglichst wenig Gase durch den Stoß hindurchtreten können; bevorzugt wird eine Spaltbreite im Stoß im eingebauten Zustand von 0 bis 0,2 mm. Eine besonders gute Abdichtung erzielt man durch einen keramischen Dichtring mit überlappendem Stoß. Ein solcher keramischer Dichtring ist auch einfacher zu montieren und wird daher bevorzugt. Auch komplizierte Stoß­ formen lassen sich einfach durch das für Keramikmaterialien wohlbekannte Ultraschall-Bohren herstellen. Bei diesem Ultra­ schall-Bohren wird ein Werkzeug, dessen Profil dem herzu­ stellenden Loch entspricht, durch Ultraschall in Längsrich­ tung zum Schwingen gebracht. Im Bereich der Stirnfläche die­ ses Profils zerspanen die Körnchen einer ständig im Umlauf befindlichen fast immer Borkarbit enthaltenden Schleif­ mittelsuspension das Material des Werkstücks. Da keine ro­ tierende Bewegung erfolgt, sind auch sehr komplizierte For­ men in einem Arbeitsgang herstellbar. Bei komplizierten Stoßfugen der hergestellten Dichtringe kann es mitunter von Vorteil sein, wenn die aneinander gleitenden Stoßflächen mit einem temperaturbeständigen reibungsvermindernden Belag, z.B. Nickel, Nickeloxyd oder dergleichen beschichtet sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Abbildung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Kraftfahrzeuggasturbine mit Diffusor,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Kraftfahrzeuggasturbine mit anderer Dichtungsanordnung und

Fig. 3-6 besondere Stoßausführungen für den Dichtring.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausschnitt aus einer Zweiwellen- Kraftfahrzeug-Gasturbine dargestellt. Der mit 2 bezeichnete Diffusor ist zwischen einem Verdichterturbinenrad 1 und einem Arbeitsturbinenrad 3 angeordnet. Das Verdichterturbinenrad 1 ist mit einer Welle 4 mit dem Verdichter für die Verbrennungs­ luft und das Arbeitsturbinenrad 3 mit einer Welle 5 mit dem Getriebe des Kraftfahrzeuges drehfest verbunden. Der Ver­ dichter, das Getriebe sowie die Brennkammer der Gasturbine sind in den Zeichnungen nicht dargestellt. Die Strömungs­ richtung der von der Brennkammer kommenden heißen Verbren­ nungsgase ist durch Pfeile angedeutet. Der Diffusor 2 be­ steht im wesentlichen aus einer Innenwand 6 und aus einer Außenwand 7, die einen Ringkanal 8 einschließen. Die Innen­ wand 6 des Diffusors geht in eine dem Verdichterturbinen­ rad 1 gegenüber liegende Stirnwand 9 über. Stützrippen 10 durchsetzen den Ringkanal 8 und zentrieren die Innenwand 6. In Strömungsrichtung hinter den Stützrippen 10 ragen ver­ stellbare Leitschaufeln 11 einer an der Außenwand 7 ange­ ordneten Leitschaufelverstelleinrichtung 12 in den Ring­ kanal 8.

In Fig. 1 stellt ein ringförmiger Träger 13 die Verbindung zwischen dem Gehäuse 14 und dem Diffusor 11 her und hält diesen mit Hilfe der Stützrippen 10 und Teilen des Leit­ apparates 12 frei in der Gasströmung zwischen dem Ver­ dichterturbinenrad 1 und dem Arbeitsturbinenrad 3. An das Gehäuse 14 ist ein an der einen Stirnseite des ringförmigen Trägers 13 gebildeter Flansch 15 angeschraubt. Ein Draht­ lager 16 ist von einem Zahnkranz 17 umgeben, der mit den Zahnrädern 18 der Leitschaufelverstelleinrichtung 12 zu­ sammenwirkt. Im Bereich der anderen Stirnseite des Trägers 13 ist in einer Nut 18 der oxid-keramische Dichtring 19 aus Zirkondioxid-Keramik gelagert, der am Gehäuse 14 der Gas­ turbine anliegt.

In Fig. 2 ist eine Variation der Dichtung gezeigt, die sich aufgrund der höheren thermischen und mechanischen Belastbar­ keit des oxid-keramischen Dichtrings ergibt. Der ringförmige Träger 13 dient hier nur noch zum Halten des Leitschaufelver­ stellapparates 18, der seinerseits das stromabwärtige Ende des Diffusors 2 stützt. Das stromaufwärtige Ende des Diffusors 2 ist mit einer Nut 20 versehen, in der der kolbenringförmige Dichtring 21 aus Oxid-Keramik liegt. Über diesen Dichtring stützt sich das stromaufwärtige Ende des Diffusors an einer entsprechend ausgebildeten Gehäusefläche 23 ab.

Thermische Längsbewegungen des Diffusors bzw. des mit ihm verbundenen Trägers können durch das Gleiten des kolben­ ringförmigen Dichtringes am Turbinengehäuse aufgefangen werden. Spannungen können dadurch weitgehend abgebaut wer­ den. Um den offenen Stoß des Dichtringes möglichst gasun­ durchlässig zu halten, ist es empfehlenswert, den Stoß in an sich bekannter Weise überlappend auszuführen. In den Fig. 3 bis 6 werden Ausschnitte aus Dichtringen in achs­ senkrechter Aufsicht dargestellt, die mit verschiedenen überlappenden Stößen versehen sind. Der Ring gemäß Fig. 5 ist mit zwei Schlitzen 51 und 52 versehen, zwischen denen gleitend ein Keramik- oder Metallzwischenstück 53 angeordnet ist, das den Stoß überbrückt und die Stoßstelle weitgehend gasdicht macht. Die Montage der Dichtringe in der Turbine erfolgt analog der Montage von Kolbenringen, so daß keine besonderen Schwierigkeiten auftreten. Die neue Dichtung ist temperaturfest und langlebig und kann aufgrund ihrer guten Eigenschaften zu einer Vereinfachung der Turbinenkonstruktion dienen.

Claims (4)

1. Dichtung bei einer Gasturbine mit einem zwischen einem Gaserzeugerturbinenrad und einem Arbeitsturbinenrad ange­ ordneten Diffusor, der von einem selbständigen, zur Tur­ binenachse koaxialen ringförmigen an einer Stirnseite am Turbinengehäuse befestigten Träger gehalten wird und wo­ bei eine Abdichtung gegenüber dem aus dem Gaserzeugertur­ binenrad austretenden Gasstrom durch eine Radialdichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus einem Oxid-Keramikring mit offenem Stoß besteht.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus Zirkondioxid-Keramik besteht.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung zwischen dem Diffusor und dem Turbinen­ gehäuse angeordnet ist.

4. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung mit überlappendem Stoß ausgeführt ist.