DE60307907T2

DE60307907T2 - Rohrförmige Verbundgewebedichtung für das Auslassgehäuse eines Innenverdichters

Info

Publication number: DE60307907T2
Application number: DE60307907T
Authority: DE
Inventors: Srikanth Niskayuna Vedantam; Ahmad Troy Safi; Fang West Chester Ning; Mahmut Faruk Aksit; Abdul Azeez Schenectady Mohammed-Fakir
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: DE60307907D1; EP1327801A3; EP1327801B1; US6655913B2; EP1327801A2; JP2003232293A; JP4301394B2; US20030133792A1; KR20030061679A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung zwischen einer oberen und einer unteren Hälfte eines Innenkompressor-Ausgabegehäuses und im Speziellen eine Dichtung zwischen den Gehäusehälften, die hinsichtich einer während eines Turbinenbetriebs auftretenden Verwerfung tolerant ist.
In einer Turbine, z.B. einer Gasturbine, weist der Kompressorabschnitt eine stationäre Trommel auf, die aus zwei halbzylindrischen Hälften aufgebaut ist, die miteinander im Allgemeinen entlang einer horizontalen Mittellinie verbunden sind und einen Kreisring bilden. Das hintere Ende der Innentrommel ist an einem Kompressorausgabegehäuse gesichert, das eine Stütze für einen Düsenhaltering darstellt, der die Düse der ersten Stufe haltert. Die Innentrommel trennt teilweise eine Hochdruckregion außerhalb der Trommel von einer Niederdruckregion innerhalb der Trommel und rund um den Rotor. Die Trommelhälften an der horizontalen Mittellinie haben Metall-zu-Metall-Verbindungsflächen, die mit hohen Toleranzen maschinell bearbeitet werden, mit dem Ziel, eine Leckage nach dem Zusammenbau und während des Betriebs auszuschließen. Während des Betriebs der Turbine auftretende Verwerfungen, die auf Kriechen zurückzuführen ist, kann jedoch einen Spalt von ungefähr 0,127 mm bis 0,1778 mm (5 bis 7 Mils) an den horizontalen Schraubverbindungen zwischen der oberen und der unteren Hälfte der Innentrommel entstehen lassen. Infolgedessen können zwischen den Hälften der Innentrommel Leckagestrecken auftreten und treten auch auf. Es ist deshalb ein Bedarf entstanden, solche Leckagestrecken auf eine Art zu minimieren oder zu be seitigen, die in Bezug auf ein Verwerfung während eines Turbinenbetriebs tolerant ist.
US 5,253,875 veröffentlicht eine Luftdichtung, bestehend aus einer elastischen Dichtung, die in einer Nut eingesetzt ist, die durch dünne Metallstreifen definiert ist.
US 3,894,742 veröffentlicht eine Seildichtung, die ein elastisches inneres Kernglied mit einem einzelnen Ummantelungselement aus einem fortlaufenden dünnen Metallstreifen aufweist, der spiralförmig um den Kern gewickelt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Dichtung zur Anwendung entlang der aneinander angepassten und miteinander verbundenen horizontalen Ränder der Hälften des inneren Kompressorausgabegehäuses, d.h. der inneren Trommel, in einer Weise geschaffen, die hinsichtlich eines Verzugs bzw. einer Verwerfung der inneren Trommel während eines Turbinenbetriebs tolerant ist. Insbesondere sind die Nuten entlang der Ränder einer der oberen und unteren Trommelhälften und zwischen den Bolzen an axial gegenüber liegenden Enden der einen Trommelhälfte maschinell hergestellt. Die Ränder entlang der anderen Trommelhälfte sind maschinell bearbeitet, um eine Dichtungsoberfläche auszubilden, und sind nicht mit Nuten versehen. Eine röhrenförmige gewebte Verbunddichtung ist in jeder der Nuten der einen Trommelhälfte vorgesehen und ragt über den Rand jeder der Nuten hinweg nach außen vor, so dass, wenn die Hälften entlang der zusammenpassenden Ränder aneinandergefügt werden, die röhrenförmige gewebte Verbunddichtung zusammengepresst wird, um gegen die maschinell be arbeiteten Oberflächen der Ränder der anderen Trommelhälfte elastisch abzudichten.
Insbesondere ist die röhrenförmige gewebte Verbunddichtung aufgrund mehrerer die Dichtung bildender Schichten elastisch. Die Schichten weisen einen inneren gewebten Metallkern, ein Fasermaterial, eine Metallfolie und eine Metallaußenummantelung auf. Vorzugsweise ist der innere Metallkern aus einem gewebten nicht rostendem Stahl ausgebildet, der von einem Quarzfaserkörper umgeben ist. Der Faserkörper ist wiederum von einer Metallfolie aus nicht rostendem Stahl umgeben, während die Außenummantelung aus einem geflochtenen Material, z.B. Haynes 188, ausgebildet ist. Aufgrund der Art der röhrenförmigen gewebten Verbunddichtung ist die Dichtung elastisch, was insbesondere von der Elastizität des Metallkerns und des umgebenden Quarzfaserkörpers herrührt. Darüber hinaus verhindert die den Faserkörper umgebende Metallfolienschicht Leckagen zwischen den Rändern der Trommelhälften, während die gewebte Außenummantelung als Verschleißschutzschicht dient. Der innere Metallkern und die Quarzfasern neigen dazu, ihren im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen Aufbau aufrechtzuerhalten, so dass die Dichtung, wenn sie zwischen den Rändern der Trommel zusammengepresst ist, im Sinne einer Rückkehr zu ihrem kreisförmigen Querschnittsaufbau vorbelastet oder vorgespannt ist. Auf diese Weise ist jeder Leckfluss durch Spalte, die während eines Turbinenbetriebs infolge Verwerfungen ausgebildet werden, durch die röhrenförmige gewebte Verbunddichtung abgedichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Innenkompressorausgabegehäuse für eine Gasturbine geschaffen, das eine zylindrische Trommel auf weist, die aus einer oberen und einer unteren Hälfte ausgebildet ist, die entlang einer horizontalen Mittellinie an ihren Rändern miteinander verbunden sind, um ein Paar diametral gegenüberliegender Verbindungsstellen entlang gegenüberliegender Seiten der Trommel zu bilden, wobei jeder der Ränder einer der Hälften eine Nut aufweist, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Achse der zylindrischen Trommel erstreckt, wobei jeder der Ränder der anderen Hälfte eine Dichtungsfläche aufweist, die sich im Wesentlichen parallel zu der Achse der zylindrischen Trommel erstreckt, und wobei in jeder der Nuten eine elastische Dichtung angeordnet ist, die einen Dichtungskörper aus mehreren Schichten von verschiedenen Materialien aufweist, um nach dem Befestigen der Hälften aneinander elastisch und dichtend mit dem Rand der anderen Hälfte in Eingriff zu stehen.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist nun anhand von Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer oberen Hälfte eines Abschnitts einer Turbine unter Veranschaulichung eines Innenkompressorausgabegehäuses;
2 eine perspektivische Ausschnittsansicht, die einen oberen und unteren Rand der oberen und unteren Hälfte des Innengehäuses veranschaulicht;
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer röhrenförmigen gewebten Verbunddichtung zur Abdichtung zwischen den Hälften des Innengehäuses;
4 eine vergrößerte ausschnittweise Querschnittsansicht, die die Dichtung in einer Nut einer der Gehäusehälften zeigt; und
5 eine der 4 ähnliche Ansicht, in der die Dichtung zwischen den Gehäusehälften dargestellt ist, wenn diese aneinander gesichert sind.
Bezug nehmend nun auf die Zeichnungen, insbesondere auf 1, ist dort ein allgemein mit 10 bezeichneter Abschnitt einer Gasturbine mit einem Kompressorabschnitt 12, einem Turbinenabschnitt 14, einschließlich Leitschaufeln 16 und Laufschaufeln 18 der ersten Stufe, und einer von mehreren Brennkammern 20 dargestellt, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet rund um die Turbine angeordnet sind. Es ist verständlich, dass der Kompressor 12 eine verdichtete Luft zur Durchmischung mit einem Treibstoff in jeder der Brennkammern 20 der aus diesen gebildeten ringförmigen Anordnung liefert, um aus der Verbrennung stammende heiße Gase aus den Brennkammern zu dem Turbinenabschnitt 14 zum Antreiben des Turbinenmotors zu liefern. Wie üblich, ist der Kompressor mit einem inneren Kompressorausgabegehäuse oder einer inneren Trommel 22 und einem Kompressorausgabegehäuse 24 ausgestattet. Das Gehäuse 24 verbindet die innre Trommel 22 mit einem Düsen- oder Leitschaufelstützring 26 der ersten Stufe. Die innere Trommel 22 und das Kompressorausgabegehäuse 24 sind stationär, und die innere Trommel ist in herkömmlicher Weise aus einem Paar halbzylindrischer Abschnitte, z.B. einer oberen bzw. einer unteren Hälfte 28 bzw. 30 (2), ausgebildet, die miteinander entlang einer horizontalen Mittellinie der Turbine durch Bolzen verbunden sind. Die Trommelhälften 28 und 30 sind in herkömmlicher Weise in der Nähe der engegengesetz ten Enden miteinander verschraubt oder verbolzt, wobei ihre Ränder bzw. Oberflächen 32 bzw. 34 aneinander anliegen. Wie zuvor angedeutet, sind diese Ränder 32 und 34 typischerweise mit einer hohen Toleranz maschinell bearbeitet, und zwar in der Bestrebung, eine Leckage an der horizontalen Mittellinie zu vermeiden. Eine auf Kriechen zurückzuführende Verwerfung während des Turbinenbetriebs kann jedoch eine oder mehrere Lücken zwischen den Rändern 32 und 34 hervorrufen, wenn die Hälften miteinander mit Bolzen verbunden sind, was zu Leckagepfaden führt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine allgemein mit 36 (3) gekennzeichnete Dichtung zwischen der oberen und der unteren Hälfte 28 bzw. 30 in jeder der horizontalen Mittellinienverbindungen vorgesehen. Um die Abdichtung zu schaffen, ist in jedem der Ränder einer der Trommelhälften, z.B. in dem Rand 34 der unteren Trommelhälfte 30, an der Mittellinienverbindung zwischen den Trommelhälften und zwischen den Endbolzen eine Nut ausgebildet. Auf diese Weise ist eine Nut 36 in dem Rand 34 der unteren Trommelhälfte ausgebildet, und sie erstreckt sich in Längsrichtung im Wesentlichen parallel zu der Achse des Rotors sowie zwischen den Endbolzen. Der Rand 32 der oberen Trommelhälfte 28 ist mit hoher Toleranz maschinell hergestellt und weist eine flache Oberfläche auf, um beim Befestigen der Hälften aneinander mit dem Rand 34 der unteren Trommelhälfte in Eingriff zu kommen.
Die Dichtung weist einen Dichtungskörper 40 auf, der in einem nicht zusammengedrückten Zustand eine im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmige Gestalt aufweist, wie dies in 3 dargestellt ist. Der Dichtungskörper 40 ist aus mehreren Materialschichten aufgebaut. Vorzugsweise weist die innerste Schicht 42 einen gewebten Metallkern auf, der aus einem nicht rostenden Stahlmaterial ausgebildet ist. Den Metallkern 42 umgibt eine ringförmige Schicht einer Faser, vorzugsweise Quarzfaser 44. Die Quarzfaser 44 umgibt eine Metallfolie 46, die vorzugsweise aus nicht rostendem Stahl ausgebildet ist. Schließlich weist die äußere Ummantelung für den Dichtungskörper 40 ein metallisches geflochtenes Material 48, vorzugsweise ein geflochtenes Stahlmaterial, wie z.B. Haynes 188, auf. Die ringförmige gewebte Verbunddichtung ist in seitlicher Richtung elastisch, d.h. ist vorgespannt oder vorbelastet, um im Falle einer Kompression zu ihrer kreisförmigen Querschnittsgestalt zurückzukehren.
Wie in 4 dargestellt, weist die in der unteren Trommelhälfte 30 ausgebildete Nut 36 eine Breite auf, die mit dem Durchmesser des Dichtungskörpers 40 im Wesentlichen übereinstimmt. Die Tiefe der Nut 36 ist jedoch knapp bemessen oder kleiner als der Durchmesser des Dichtungskörpers 40. Beim Einbau des Dichtungskörpers 40 in der Nut 36 ragt die röhrenförmige gewebte Verbunddichtung folglich über den Rand 34 hinaus. Es versteht sich, dass bei einer Sicherung der Trommelhälften 28 und 30 aneinander durch Anwendung der Endbolzen, wenn die Trommelhälften relativ zueinander zu einer Verbindung zusammengezogen werden, der Rand 32 mit dem Dichtungskörper 40 in Eingriff kommt, um den Dichtungskörper 40 zu komprimieren oder zusammenzudrücken. Wenn die Hälften zu dem in 5 dargestellten Aufbau aneinander gezogen werden, wird man feststellen, dass der Dichtungskörper 40 elastisch zusammengedrückt ist, um im Wesentlichen das Volumen der Nut 36 auszufüllen. Ein Oberflächenabschnitt des länglichen zerdrückten Dichtungskörpers 40 steht im Dauereingriff mit dem Rand 32 der oberen Trommel steht im Dauereingriff mit dem Rand 32 der oberen Trommelhälfte 28, um dazwischen eine Dichtung auszubilden. Im Falle einer Verwerfung bzw. eines Verzugs während eines Turbinenbetriebs, die bzw. der einen Spalt zwischen den Dichtungsrändern 32 und 34 ausbildet, bleibt die elastische röhrenförmige gewebte Verbunddichtung zwischen den Trommelhälften im Eingriff, um Leckagewege zwischen den Trommelhälften zu minimieren oder zu verhindern.

Claims

Innenkompressor-Ausgabegehäuse für eine Gasturbine, aufweisend: eine zylindrische Trommel (22), die aus einer oberen und einer unteren Hälfte (28, 30) ausgebildet ist, die an ihren Rändern entlang einer horizontalen Mittellinie miteinander verbunden sind, um ein Paar diametral gegenüberliegender Verbindungsstellen entlang gegenüberliegender Seiten der Trommel auszubilden, wobei jeder von den Rändern der einen Hälfte eine Nut (36) aufweist, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Achse der zylindrischen Trommel erstreckt, und wobei jeder von den Rändern (32) der anderen Hälfte eine Dichtungsoberfläche aufweist, die sich im Wesentlichen parallel zu der Achse der zylindrischen Trommel erstreckt; eine in jeder von den Nuten angeordnete elastische Dichtung (36) mit einem Dichtungskörper (40), der aus mehreren Lagen (42, 44, 46, 48) unterschiedlicher Materialien ausgebildet ist, um nach dem Befestigen der Hälften aneinander elastisch und dichtend mit dem Rand der anderen Hälfte in Eingriff zu stehen; dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien des Dichtungskörpers einen inneren gewebten Metallkern (42), einen Quarzfaserkörper (44), eine Metallfolie (46) und eine geflochtene Metallaußenschutzschicht (48) aufweisen.
Gehäuse nach Anspruch 1, wobei jede von den Nuten einen im Wesentlichen geradlinigen Querschnitt aufweist, die elastische Dichtung in einem nicht komprimierten Zustand einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist und die Dichtung nach der Befestigung der Gehäusehälften aneinander im Wesentlichen elastisch die Nut ausfüllt.