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STAND DER
TECHNIK
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Dichtungselement zum Abdichten eines Spalts
zwischen voneinander beabstandeten ersten und zweiten Bauteilen
einer Turbomaschine, insbesondere einer Verbrennungsturbine, gebildet
haben kann. Die Erfindung betrifft auch eine Verbrennungsturbine
mit einem Dichtungselement.
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In
Industrieanlagen, insbesondere in thermomechanischen Maschinen und
Chemieanlagen, in denen unterschiedliche Fluide verwendet werden, kann
es erforderlich sein, diese Fluide innerhalb der Anlagen voneinander
getrennt zu halten. In thermischen Verbrennungskraftanlagen müssen beispielsweise
Strömungsbereiche
heißer
Verbrennungsgase von Kühlgasströmungsbereichen
mit geringerer Temperatur in abdichtender Weise getrennt werden.
In Gasturbinenanlagen mit hohen Turbineneinlaßtemperaturen von beispielsweise
mehr als 1000 Grad Celsius treten thermische Ausdehnungen der individuellen
Bauteile der Gasturbinenanlage auf, so daß angrenzende Bauteile manchmal
durch die Verwendung eines Spalts voneinander beabstandet vorgesehen
werden, um hohe thermische Beanspruchungen und die Bildung von Rissen
zu vermeiden. Derartige Spalte können
Verbindungen zwischen Strömungsbereichen
heißer
Gase und Strömungsbereichen
kalter Gase darstellen. Es ist vorteilhaft, den Spalt abzudichten,
um das Einströmen
von kaltem Gas in den Strömungsbereich
heißer
Gase zu reduzieren, um damit die Temperatur im Strömungsbereich
heißer
Gase nicht zu verringern.
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In
den US-Patenten 3,341,172 und 2,991,045, in denen jeweils eine Gasturbine
mit einem äußeren Gehäuse und
einem zweiteiligen inneren Gehäuse
beschrieben ist, ist dementsprechend ein Dichtungselement spezifiziert,
das einen Querschnitt in der Form eines länglichen C zum Abdichten eines
Spalts zwischen den zwei inneren Gehäusen hat. Ein ringförmiger Spalt, durch
den Kühlfluid
geleitet wird, ist zwischen dem inneren Gehäuse und dem äußeren Gehäuse ausgebildet.
Das Heißgas
zum Antreiben der Gasturbine strömt
innerhalb des inneren Gehäuses.
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Im
US-Patent 4,537,024 ist eine Gasturbinenanlage beschrieben, in der
Bauteile einer Düsenkonstruktion
durch die Verwendung eines axialen und eines radialen Dichtungselements
abgedichtet sind. Die Dichtungselemente sollen verhindern, daß durch
die Düsenkonstruktion
strömendes
Heißgas
in die Turbinenbereiche außerhalb
des Heißgaskanals eindringen
kann. Ein Dichtungselement kann im Querschnitt in etwa die Form
einer zusammengedrückten
Acht haben.
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Im
US-Patent 5,975,844 ist eine Einheit mit zwei gegenseitig thermisch
bewegbaren Bauteilen beschrieben, wobei jedes Bauteil eine dem anderen Bauteil
gegenüberliegende
Bauteilnut, d.h. ein Dichtungselement, hat. Dieses Dichtungselement
ist entlang einer Hauptlinie ausgerichtet, um einen Spalt zwischen
den Bauteilen abzudichten. Es umfaßt ein erstes Ende, ein dem
ersten Ende gegenüberliegendes
zweites Ende sowie einen mittleren Bereich, wobei der Querschnitt
im wesentlichen senkrecht zur Hauptlinie entlang einer Mittellinie
verläuft,
so daß der
mittlere Bereich zwischen den Enden vorgesehen ist und das Dichtungselement
eine verzahnte erste Oberfläche
hat.
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Das
US-Patent 5,657,998 betrifft eine Gaswegleckagendichtung zum allgemeinen
Abdichten eines Gaswegleckagenspalts zwischen voneinander beabstandeten
ersten und zweiten Elementen einer Gasturbine, insbesondere eines
ersten und zweiten Segments eines Gasturbinencombustorgehäuses. Diese
Dichtung umfaßt
einen allgemein unperforierten Folienschichtaufbau, der im wesentlichen
aus Materialien besteht, die aus der aus Metallen, Keramiken und
Polymeren bestehenden Gruppe ausgewählt sind. Diese Folienschicht,
die gasundurchlässig
ist, ist im Gaswegleckagenspalt vorgesehen. Der Folienschichtaufbau
hat eine erste Folienschicht mit einer Längsausrichtung. Die Gasleckagendichtung umfaßt weiterhin
einen Gewebeschichtaufbau, der allgemein die gesamte Außenfläche des
ersten Folienaufbaus abdeckt und damit in Berührung steht und im wesentlichen
aus Materialien besteht, die aus der aus Metallen, Keramiken und
Polymeren bestehenden Gruppe ausgewählt sind. Der Gewebeschichtaufbau
hat vorzugsweise zwei Schichten mit einer Dicke von jeweils etwa
10– 25
Mikron. Die aus Gewebe bestehenden Schichten umfassen jeweils eine
auf Nickel basierende Hochtemperatur-Superlegierung, wie beispielsweise
Inconel X-750. Der Dichtungsaufbau ist entweder in Nuten angrenzender
Teile einer Gasturbine fixiert oder in einen U-förmigen Flansch eines Combustors
eingepaßt
oder wird in einer Doppeldichtungsinstallation oder einer Mehrfachdichtungsinstallation
verwendet. In jedem Fall liegt die Dichtung vollständig innerhalb
des Leckagenspalts und stellt eine Dichtungswirkung dadurch bereit,
daß sie
entweder eine Oberfläche
innerhalb des Spalts berührt,
in eine Nut eingefügt
ist oder einen anderen Dichtungsaufbau berührt. Im Vergleich zu einer
herkömmlichen
starren Metalldichtung reduziert diese Dichtung mit einem Zweifolienaufbau
die Gaswegleckage von 2,4% auf allgemein 1,0% gemäß dem US-Patent
5,657,998.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Gaswegleckagendichtungselement
insbesondere für eine
Turbomaschine, wie beispielsweise eine Verbrennungsturbine, bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Verbrennungsturbine mit
einem Dichtungselement bereitzustellen.
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In
Anbetracht der vorstehenden sowie anderer Aufgaben wird in Übereinstimmung
mit der Erfindung ein Dichtungselement zum Abdichten eines Gaswegleckagenspalts
zwischen voneinander beabstandeten ersten und zweiten Bauteilen,
insbesondere einer Turbomaschine bereitgestellt.
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Die
ersten und zweiten Bauteile haben gegenüberliegende, außerhalb
des Leckagenspalts befindliche innere und äußere Oberflächen. Das Dichtungsteil umfaßt ein allgemein
gasundurchlässiges Dichtungsteil
und eine Keramikfasern umfassende Schicht, wobei diese Schicht mindestens
teilweise das Dichtungsteil bedeckt und eine Dichtungsoberfläche definiert,
die außerhalb
des Spalts die äußeren Oberflächen der
ersten und zweiten Bauteile berührt.
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Dank
der aus Keramikfasern bestehenden Schicht, die einen flexiblen und
verformbaren Dichtungsabschnitt bilden, kann ein gutes Dichtungsleistungsverhalten
sichergestellt werden. Die Keramikfasern können bis zu Temperaturen von
etwa 1200°C oder
sogar für
noch höhere
Temperaturen verwendet werden. Das Dichtungselement läßt sich
daher zum Abdichten von Bauteilen einer Turbomaschine, von Öfen, Brennern
oder dergleichen, die Heißgasen ausgesetzt
sind, verwenden. Das Dichtungsteil verbessert die Steifigkeit des
Dichtungselements, wodurch sichergestellt wird, daß das Dichtungselement nicht
zerbricht und durch den Spalt fällt.
Das Positionieren des Dichtungselements außerhalb des Spalts an den äußeren Oberflächen der
Bauteile hat weiterhin den Vorteil, daß die Bauteile selbst nicht
mit Nuten, Rücksprüngen oder
dergleichen hergestellt und zu Wärmeleitzwecken
im Spaltbereich nicht verdickt ausgeführt werden müssen.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Merkmal umfaßt
die Schicht ein Keramikfasergewebe, ein Keramikfaserband, eine Keramikfaserhülse oder
eine Keramikfasermatte. Die Schicht selbst ist vorzugsweise ein
Gegenstand, der getrennt vom Dichtungsteil hergestellt wird. Sie
wird in Kontakt mit dem Dichtungsteil gebracht, um mindestens einen Abschnitt
des Dichtungsteils nach dessen eigener Herstellung abzudecken. Sie
stellt somit vorzugsweise einen losen Kontakt mit dem Dichtungsteil
bereit und läßt sich
vom Dichtungsteil entfernen. Im letzteren Fall kann sie während einer
Wartung der Turbomaschine leicht durch eine neue Schicht ersetzt
werden. In einer Ausführungsform,
in der die Schicht als eine Hülse
bereitgestellt wird, wird das Dichtungsteil in die Hülse eingeführt, und
somit werden alle Oberflächen
des Dichtungsteils von der Keramikfaserschicht bedeckt. Es ist ebenfalls
möglich,
eine dicht an das Dichtungsteil angrenzende Keramikfaserschicht
vorzusehen.
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In Übereinstimmung
mit noch einem anderen Merkmal besteht das Dichtungsteil im wesentlichen aus
einem Metall. Geeignete Metalle sind diejenigen, die hohen Temperaturen
widerstehen, beispielsweise Hochtemperaturstähle wie Chromstähle oder
Hochtemperaturlegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt.
Das Dichtungsteil ist vorzugsweise flach ausgeführt und insbesondere aus Blech
geformt. Es kann ein oder mehrere flache Elemente umfassen. Das
Metall verleiht den Dichtungsteilen einerseits eine ausreichende
mechanische Steifigkeit und andererseits eine ausreichende Elastizität, so daß sie, wenn
sie mechanischen Belastungen, z.B. Druck oder Kraft, ausgesetzt
sind, nicht in mehrere Teile zerbrechen.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Merkmal umfaßt
die Schicht Keramikfasern, die im wesentlichen aus einem Material
wie Zirkonoxid (ZrO2), Siliziumoxid (SiO2) oder Aluminiumoxid (Al2O3) bestehen. Es versteht sich, daß solche
Keramikmaterialien mit anderen Materialien, beispielsweise Yttriumoxid
(Y2O3), kombiniert
und auch stabilisiert werden können.
Die Keramikfasern können
beispielsweise im wesentlichen (in Gewichtsprozent) aus 62,5% Al2O3, 24,5% SiO2, 13% B2O3 mit einer Kristallphase in Mullitart, sowie
amorph oder ausschließlich
amorph, aus 70% Al2O3,
28% SiO2, 2% B2O3, mit γ-Al2O3, Mullit und amorphem
SiO2, aus 73% Al2O3, 27% Si02, mit γ-Al2O3 und amorphem SiO2, aus 89% Al2O3, 10% ZrO2, 1% Y2O3, mit α-Al2O3 und Yttriastabilisiertem
Zirkonoxid, aus 85% Al2O3 und
15% SiO2, mit α-Al2O3und Mullit, aus >99% Al2O3 als α-Al2O3 bestehen. Derartige
Keramikfasermaterialien sind beispielsweise von 3M (Minnesota Mining and
Manufacturing Company), St. Paul, Minnesota, USA, unter dem Warenzeichen "Nextel" erhältlich. Die
Herstellung von Keramikfasern sowie die Herstellung von Keramikfasern
umfassenden Schichten sind dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt.
Daher kann eine Keramikfasern umfassende geeignete Schicht, die
spezifizierte Eigenschaften, insbesondere eine Wärmebeständigkeit von mehr als 1200°C bis zu
etwa 1372°C,
Flexibilität
und andere mechanische Merkmale, aufweisen, vom Fachmann auf diesem Gebiet
gewählt
werden, um eine an das Dichtungsteil angrenzende oder das Dichtungsteil
gerade bedeckende Schicht bereitzustellen. Andere Merkmale, wie
beispielsweise Porosität
oder Grad der Gasdurchlässigkeit,
können
in einem vordefinierten Bereich bereitgestellt werden.
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In Übereinstimmung
mit einem zusätzlichen Merkmal
umfaßt
das Dichtungselement einen Spalteinfügungsabschnitt zum Einfügen in den
Spalt, der mit der Schicht verbunden ist. Dieser Einfügungsabschnitt
kann als ein Positionierungsmittel zum Positionieren des Dichtungselements
im Verhältnis
zum Spalt dienen. Er kann weiterhin dazu dienen, eine zusätzliche
Dichtungswirkung bereitzustellen. Er erstreckt sich vorzugsweise über die
Breite des Spalts und hat darüber
hinaus vorzugsweise entweder eine Querschnittsform, die eine Verformung
in der Richtung des Spalts zuläßt, und/oder
eine interne Konstruktion, die eine Verformung ermöglicht.
Der Einfügungsabschnitt
kann eine schleifenförmige,
kreisförmige
oder ausgebauchte Ausbildung haben. Er kann aus dem gleichen Material
wie die Schicht bestehen oder sogar Teil der Schicht sein.
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In Übereinstimmung
mit einem zusätzlichen Merkmal
umfaßt
das Dichtungselement ein Befestigungselement. Dieses Befestigungselement
kann dauerhaft mit dem Dichtungselement, insbesondere mit dem Dichtungsteil,
verbunden oder entfernbar mit dem Dichtungselement verbunden sein,
und zwar nur bei einer Einführung
in eine Turbomaschine. Bei dem Befestigungselement kann es sich
um ein beliebiges geeignetes Mittel zum Befestigen des Dichtungselements
an den äußeren Oberflächen der Bauteile
handeln. Das Dichtungselement ist vorzugsweise lose mit den äußeren Oberflächen verbunden. Das
Befestigungselement umfaßt
daher vorzugsweise ein Federelement, insbesondere eine Blattfeder. Ein
solches Federelement übt
zusätzlichen
Druck auf das Dichtungselement aus und bewirkt, daß die Dichtungsoberfläche in engem
Kontakt mit den äußeren Oberflächen steht,
und stellt weiterhin sicher, daß sich
das Dichtungselement während
des Betriebs einer Turbomaschine in einer festen Position im Verhältnis zu
den äußeren Oberflächen der
Bauteile befindet.
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In Übereinstimmung
mit einem noch anderen Merkmal ist das Dichtungselement in einer
Verbrennungsturbine positioniert. Die Verbrennungsturbine umfaßt mehrere
erste und zweite Bauteile, die in axialer und Umfangsrichtung vorgesehen
sind, wobei mindestens die ersten und zweiten der Bauteile in der Umfangsrichtung
oder in der axialen Richtung durch einen Leckagenspalt voneinander
beabstandet sind. Des weiteren gibt es in den voneinander durch
die Bauteile getrennten Verbrennungsturbinenbereichen hauptsächlich Bereiche,
die einen Heißgasbereich und
einen Kühlgasbereich
beinhalten. Die inneren Oberflächen
der Bauteile sind dem Heißgasbereich und
die äußeren Oberflächen dem
Kühlgasbereich ausgesetzt.
Die Dichtungsoberfläche
des Dichtungselements ist an den äußeren Oberflächen zu
angrenzenden ersten und zweiten Bauteilen plaziert und dichtet daher
den Leckagenspalt ab. Das Dichtungselement kann verwendet werden,
um entweder einen Spalt zwischen ersten und zweiten Bauteilen in
der axialen Richtung oder zwischen ersten und zweiten Bauteilen
in der Umfangsrichtung abzudichten. Das Dichtungselement wird aufgrund
des höheren
Drucks des Kühlgases
im Vergleich zum niedrigeren Druck des im Heißgasbereich strömenden Heißgases gegen
die äußeren Oberflächen gedrückt. Um
den Druck auf das Dichtungselement und damit den Dichtungswirkungsgrad
zu erhöhen, übt ein Befestigungselement
eine zusätzliche
mechanische Kraft auf das Dichtungselement aus. Da das Dichtungselement
eine Dichtungsoberfläche
in Kontakt mit den äußeren Oberflächen der
Bauteile der Verbrennungsturbine definiert und lediglich eine kleine Überlappung
des Dichtungsteils mit den äußeren Oberflächen besteht,
ist eine Kühlung
der Bauteile im Bereich des Spalts sichergestellt. Daher können die Bauteile
am Spalt die gleiche Dicke wie in einem weit vom Spalt entfernten
Bereich haben. Des weiteren sind keine Nuten, Rücksprünge oder dergleichen in den
Bauteilen erforderlich, um das Dichtungselement aufzunehmen und
zu fixieren.
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In Übereinstimmung
mit einer anderen Aufgabe der Erfindung wird eine Verbrennungsturbine bereitgestellt,
die mehrere in axialer und Umfangsrichtung vorgesehene Bauteile
umfaßt.
Die Bauteile beinhalten von Leitschaufeln getrennte Leitschaufelbleche.
Solche Leitschaufelbleche werden auch als Deckbänder bezeichnet. Andere Bauteile
sind Wandbauteile, die auch als Bauteile eines Dichtungsrings bezeichnet
werden. Mindestens die ersten und die zweiten Bauteile sind in der
Umfangsrichtung oder in der axialen Richtung durch einen Leckagenspalt
voneinander beabstandet. Jedes der Bauteile hat eine gegenüberliegende
innere und äußere Oberfläche außerhalb
des Leckagenspalts. Die Verbrennungsturbine umfaßt weiterhin Bereiche, die
durch die Bauteile voneinander getrennt sind, wobei die Bereiche
einen Heißgasbereich
und einen Kühlgasbereich
beinhalten, wobei die inneren Oberflächen dem Heißgasbereich
und die äußeren Oberflächen dem Kühlgasbereich
ausgesetzt und gegenüber
dem Heißgasbereich
abgedichtet sind. Ein Dichtungselement mit einem allgemein gasundurchlässigen Dichtungsteil
und eine Keramikfasern umfassende Schicht dienen zum Abdichten des
Leckagenspalts. Die Schicht bedeckt mindestens teilweise das Dichtungsteil
und definiert eine Dichtungsoberfläche, wobei die Dichtungsoberfläche in Kontakt
mit der äußeren Oberfläche der
ersten und zweiten Bauteile steht und dadurch den Leckagenspalt
abdichtet. Das Dichtungselement wird durch die Druckdifferenz zwischen dem
Hochdruckkühlgas
und dem geringer druckbeaufschlagten Heißgas gegen die äußeren Oberflächen gedrückt. Das
Dichtungselement kann weiterhin durch ein zusätzliches Befestigungselement
an den äußeren Oberflächen befestigt
werden.
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In Übereinstimmung
mit einem noch weiteren Merkmal befindet sich das Befestigungselement zwischen
einer auch als Gehäuse
bezeichneten Wandkonstruktion der Gasturbine und den äußeren Oberflächen der
Bauteile. Das Befestigungselement drückt das Dichtungselement vorzugsweise
gegen die äußeren Oberflächen.
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In Übereinstimmung
mit einem noch zusätzlichen
Merkmal umfaßt
eine Verbrennungsturbine ein im Kühlgasbereich zwischen der Wandkonstruktion und
den äußeren Oberflächen befindliches
Prallblech. Das Befestigungselement ist auf einer Seite mit dem
Prallblech und auf der anderen Seite mit dem Dichtungselement verbunden.
Das Befestigungselement kann ein Federelement umfassen, das somit
als eine Feder ausgebildet ist. Das Federelement kann eine Blattfeder
umfassen.
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Obwohl
die Erfindung hierin in den Ausführungsformen
eines Dichtungselements zum Abdichten eines Spalts und einer Verbrennungsturbine
dargestellt und beschrieben wird, ist sie dennoch nicht auf die
dargestellten Details beschränkt,
sondern es können
verschiedene Modifizierungen und Konstruktionsänderungen daran vorgenommen
werden, ohne vom Geist der Erfindung sowie vom Schutzbereich der
beiliegenden Ansprüche
abzuweichen.
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Die
Konstruktion und die Betriebsweise der Erfindung wird jedoch, zusammen
mit zusätzlichen Aufgaben
und Vorteilen davon, am besten durch die nachstehende Beschreibung
spezifischer Ausführungsformen
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine fragmentarische, schematische Längsschnittansicht einer Verbrennungsturbine;
und
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2 ist
eine vergrößerte, fragmentarische Ansicht
eines Abschnitts II von 1, die ein Dichtungselement
in einer Verbrennungsturbine zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie
aus den Figuren der Zeichnungen im Detail und zunächst insbesondere
aus 1 davon ersichtlich, ist eine (nachstehend auch
als Gasturbine bezeichnete) Verbrennungsturbine 22 entlang
einer Hauptachse 14 ausgerichtet. Die Gasturbine 22 hat
Leitschaufeln 16 und Laufschaufeln 15, die in
der axialen Richtung in einer (nachstehend auch als Gehäuse bezeichneten)
Wandkonstruktion 17 abwechselnd vorgesehen sind. Die Leitschaufeln
oder Schaufeln 16 sind entlang einer Achse 18 senkrecht zur
Hauptachse 14 ausgerichtet und entlang dem Umfang der Gasturbine 22 so
vorgesehen, daß sie einen
Kreis bilden. Die Leitschaufeln 16 sind jeweils mit dem
Gehäuse 17 der
Gasturbine 22 durch ein Leitschaufelblech 12 verbunden.
Ein Leitschaufelblech 12 wird auch als Deckband oder als
der Dichtungsstreifen an Turbinenschaufeln bezeichnet. Sein Zweck
besteht darin, den Schaufeln Steifigkeit zu verleihen, Schwingungen
zu verringern und in einem gewissen Ausmaß für eine Abdichtung zwischen
den Stufen zu sorgen.
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Angrenzende
Leitschaufeln 16 sind entlang dem Umfang durch die Verwendung
eines jeweiligen Leckagenspalts 5 (siehe 2)
voneinander beabstandet, mit dem Ergebnis, daß sie sich im wesentlichen
thermisch frei ausdehnen können.
Das Leitschaufelblech 12 trennt einen um die Hauptachse 14 der
Gasturbine 22 gebildeten Heißgasbereich 11 von einem
zwischen dem Leitschaufelblech 12 und dem Turbinengehäuse 17 gebildeten
Kühlgasbereich 8. Die
Laufschaufeln 15 erstrecken sich entlang einer jeweiligen
Hauptachse 19, die gleichermaßen im wesentlichen orthogonal
zur Hauptachse 14 der Gasturbine 22 verläuft. Die
Laufschaufeln 15 liegen. vollständig innerhalb des Heißgasbereichs 11.
Dieser Heißgasbereich 11 ist
vom Kühlluftbereich 8 durch mehrere
(auch Bauteile eines Dichtungsrings genannte) Wandbauteile 13 entlang
dem Umfang der Gasturbine 22 getrennt. In diesem Fall sind
die Wandbauteile 13 jeweils angrenzend an die Laufschaufeln 15 vorgesehen.
Die Wandbauteile 13 sind mit dem Turbinengehäuse 17 verbunden.
Aus Gründen
der Übersichtlichkeit
sind in jedem Fall nur eine Leitschaufel 16, eine Laufschaufel 15 und
ein Wandbauteil 13 dargestellt. Ein jeweiliges Wandbauteil 13 ist
von einer jeweiligen Leitschaufel 16, insbesondere vom
Leitschaufelblech 12, in der axialen Richtung durch die
Verwendung eines Spalts 5 beabstandet.
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Dieser
Spalt 5 ist durch ein Dichtungselement 1 abgedichtet,
wodurch weitgehend verhindert wird, daß Kühlgas aus dem Kühlgasbereich 8 in
den Heißgasbereich 11 einströmt, sowie
verhindert wird, daß Heißgas durch
den Spalt 5 in den Kühlgasbereich 8 strömt. In diesem
Fall stellt das Leitschaufelblech 12 ein erstes Bauteil 2 und
das Wandteil 13 ein zweites Bauteil 3 dar. Die
ersten und zweiten Bauteile 2, 3 haben jeweils
eine zum Kühlgasbereich 8 ausgerichtete
jeweilige äußere Oberfläche 10 und
eine zum Heißgasbereich
11 ausgerichtete innere Oberfläche 9.
Das Dichtungselement 1 wird in engen Kontakt mit den äußeren Oberflächen 10 der
angrenzenden ersten und zweiten Bauteile 2, 3 gebracht.
Die Bauteile 2, 3 sind im Verhältnis zu einander thermisch
bewegbar. Somit erfolgt das Abdichten des Kühlgasbereichs 8 gegenüber dem
Heißgasbereich 11 zwischen
angrenzenden Leitschaufelblechen 12 (Deckbändern) und
Wandbauteilen 13 in einer axialen Richtung, und das Abdichten
zwischen zwei angrenzenden Leitschaufelblechen 12 sowie
entsprechend zwischen zwei angrenzenden Wandbauteilen 13 erfolgt
in jedem Fall in einer Umfangsrichtung.
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des in 1 angegebenen Bereichs, wobei ein Dichtungselement 1 zwischen
einem Prallblech 23 und ersten und zweiten Bauteilen 2, 3 positioniert
ist. Das Dichtungselement 1 dient zum Abdichten eines Spalts 5 mit
einer Breite D in der axialen Richtung der Gasturbine 22 zwischen
einem ersten Bauteil 2, das ein Leitschaufelblech 12 ist,
und einem zweiten Bauteil 3, das ein Wandbauteil 13 der
Gasturbine 22 ist. Das Dichtungselement 1 umfaßt ein Dichtungsteil 4, das
allgemein gasundurchlässig
ist. Dieses Dichtungsteil 4 ist ein flaches Teil, insbesondere
ein aus Blech geformter Metallstreifen. Die Breite des Metallstreifens
ist größer als
die Breite D des Spalts 5. Das Dichtungsteil 5 verleiht
dem Dichtungselement 1 eine gute mechanische Steifigkeit
und Elastizität,
so daß es
auch Hochdruckbelastungen widerstehen kann, nicht zerbricht und
auch nicht in den Spalt fallen kann. Bei dem gewählten Metall handelt es sich
vorzugsweise um einen wärmebeständigen Stahl
oder eine Hochtemperatur-NiCr-Legierung. Das Dichtungsteil 4 ist
an allen Seiten von einer Keramikfasern umfassenden Schicht 6 bedeckt.
Die Schicht 6 aus Keramikfasern besteht aus einer Keramikfaserhülse, in
die das Dichtungsteil 4 eingeführt wird. Die Schicht 6 aus
Keramikfasern definiert eine flexible und verformbare Dichtungsoberfläche 21.
Das Dichtungsteil 4 wird mit seiner Dichtungsoberfläche 21 in engen
Kontakt mit den beiden äußeren Oberflächen 10 der
angrenzenden ersten und zweiten Bauteile 2, 3 gebracht,
so daß die
Keramikfasern gegen die äußeren Oberflächen 10 gedrückt werden,
um den Spalt 5 abzudichten. Die Fasern bestehen vorzugsweise
aus einem Gemisch aus Siliziumoxid SiO2 und Aluminiumoxid
Al2O3, beispielsweise
(in Gewichtsprozent) aus 73% Al2O3 und 27% SiO2 mit γ-Al2O3 und amorphem
SiO2.
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Das
Dichtungselement 1 umfaßt weiterhin einen Einfügungsabschnitt 7,
der mit der Dichtungsoberfläche 21 verbunden
ist und sich in den Spalt 5 erstreckt. Der Einfügungsabschnitt
bildet eine Art von Ausbauchung und hat in einer Querschnittsansicht eine
schleifenförmige
Ausbildung, so daß er
sich über
die Breite D des Spalts 5 erstreckt. Er besteht aus dem
gleichen Material wie die Schicht 6 und ist aufgrund seiner
Form sowie aufgrund seiner flexiblen und elastischen Faserkonstruktion
verformbar. Eine seitliche Bewegung der Bauteile 2, 3 aufgrund
von Wärmeausdehnung
oder Schrumpfung kann daher durch den Einfügungsabschnitt 7 ausgeglichen
werden. Er dient ebenfalls dazu, den Spalt 5 abzudichten und
das Dichtungselement 1 im Verhältnis zum Spalt 5 zu
positionieren.
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Das
Dichtungselement 1 wird durch das in den Kühlgasbereich 8 eingeleitete
Kühlgas
gegen die äußeren Oberflächen 10 gedrückt. Der
Druck des Kühlgases 25 ist
höher als
der Druck des Heißgases (nicht
dargestellt), das durch die Turbine 22 in den Heißgasbereich 11 strömt. Es besteht
daher eine Druckdifferenz, die bewirkt, daß das Dichtungselement 1 gegen
die äußeren Oberflächen 10 gedrückt wird.
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Im
Kühlgasbereich 9 ist
das Prallblech 23 positioniert, das Öffnungen 24, insbesondere
Bohrungen, hat, durch die Kühlgas 25 zu
Kühlungszwecken den
Bauteilen 2, 3 zugeleitet wird. Zwischen dem Prallblech 23 und
dem Dichtungselement 1 ist ein Befestigungselement 20 vorgesehen.
Dieses Befestigungselement 20 ist an einer Seite mit dem
Prallblech 23 und an der anderen Seite mit dem Dichtungselement 1 verbunden.
Das Befestigungselement 20 hat die Form einer Blattfeder,
deren gewölbter
Teil in Kontakt mit dem Dichtungselement 1 steht. Das Befestigungselement 20 erhöht somit
den auf das Dichtungselement 1 ausgeübten Druck, wodurch der Dichtungswirkungsgrad
verbessert und die Position des Dichtungselements 1 fixiert
wird.
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Die
Bauteile 2, 3 haben abgerundete Kanten, die vom
Spalt 5 zu den äußeren Oberflächen 10 führen, wodurch
das Einfügen des
Einfügungsabschnitts 7 in
den Spalt 5 erleichtert und die Möglichkeit einer den Wirkungsgrad
des Dichtungselements 1 reduzierenden Beschädigung verringert
wird. Das Dichtungselement 1 bedeckt nur einen kleinen
Abschnitt der äußeren Oberflächen 10,
so daß noch
eine wirksame Kühlung
der Bauteile 2, 3 durch das Kühlfluid 25 sogar an
den Kanten 26 aufrechterhalten wird. Eine spezielle Konstruktion
der Bauteile 2, 3 direkt neben dem Spalt 5,
beispielsweise eine Verdickung der Bauteile 2, 3 in
der Nähe
des Spalts 5 aus Gründen
der Wärmeleitung
ist nicht erforderlich.