DE69009136T2 - Labyrinthdichtungsträger. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Träger für Labyrinthdichtungen. Die Erfindung ist besonders zweckmäßig bei der Anwendung in Gasturbinentriebwerken.
• Ein bekanntes Beispiel einer Labyrinthdichtung der erwähnten Bauart ist in der US-A-3 411 794 beschrieben, und diese Labyrinthdichtung wird durch einen äußeren Steg definiert, der mehrere Ringrippen am äußeren Durchmesser aufweist, und diese Rippen werden in geringem Abstand durch einen weiteren Steg umschlossen, dessen Bohrung eine abschleifbare Auskleidung aufweist.
• Der Rippenabschnitt ist koaxial am Rotor festgelegt, um sich mit diesem innerhalb des Auskleidungsabschnitts zu drehen, der seinerseits drehfest von den inneren Enden einer Statorstufe oder von Leitschaufeln getragen wird.
• Es ist notwendig, ein relatives gegenüberliegendes radiales Wachstum zwischen den Statorschaufeln oder den Leitschaufeln und dem zugeordneten weiteren ringförmigen Steg zuzulassen, was eine Folge der erhöhten Betriebstemperaturen des zugeordneten Triebwerks ist.
• Es ist üblich, den weiteren Steg mit einem Ringflansch zu versehen und nach innen gerichtete Vorsprünge an den inneren Enden der Stator- oder Leitschaufeln zwischen jenem Flansch und einem weiteren getrennten Flansch vorzusehen, wobei die beiden Flansche miteinander durch mehrere im Winkelabstand zueinander angeordnete Schraubbolzen und Muttern gegeneinander verspannt sind.
• Es müssen radiale Schlitze in die gegenüberliegende Fläche von wenigstens einem der Flansche und den Vorsprüngen, die darin angeordnet sind, angebracht werden, um eine übermäßige Bewegung der Flansche in Umfangsrichtung durch die Seitenwände der Schlitze zu verhindern. Diese Anordnung ist sehr kostspielig in der Herstellung und außerdem gewichtsmäßig schwer.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten äußeren Labyrinthdichtungssteg der erwähnten Gattung zu schaffen.
• Weiter bezweckt die Erfindung, eine abnutzungsfreie Auskleidung zu schaffen, die im Betrieb die nach innen gerichteten Vorsprünge der Statorschaufeln oder der Leitschaufeln gegen Abnutzung schützt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Labyrinthdichtungsträger vorgesehen, um eine Labyrinthdichtung in der Turbine eines Gasturbinentriebwerks abzustützen, wobei dieser Träger aus einem Ring aus Leitschaufeln besteht, von denen jede einen radial nach innen vorstehenden Schaufelfuß aufweist, und Fixierungszapfen vorgesehen sind, die jeweils durch einen Doppelflanschaufbau der Labyrinthdichtung hindurchstehen und an dem Schaufelfuß angreifen, wobei der Träger dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei Zapfen aus einem abriebfesten Material vorgesehen sind, von denen jeweils einer auf jeder Seite des Leitschaufelfußes vorgesehen ist und jeder Zapfen eine Abflachung aufweist, die mit einem benachbarten Rand eines jeweiligen Leitschaufelfußes in Eingriff steht und daß eine metallischen, abriebfeste Auskleidung vorgesehen ist, die aus mehreren Kreisbogensegmenten mit U-Querschnitt besteht, die zwischen die Doppelflansche einpassen und Löcher aufweisen, durch die die Zapfen hindurchstehen, wobei die im Querschnitt U-förmigen Segmente Lippen aufweisen, die nach außen, nach innen und nach oben derart abgebogen sind, daß Ränder gebildet werden, die in Nuten in den Stirnflächen des Doppelflanschaufbaus einschnappen..
• Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit dem erfindungsgemäßen Aufbau,
• Fig. 2 in größerem Maßstab eine Ansicht nach der Linie 2-2 gemäß Fig. 1,
• Fig. 3 eine Ansicht nach der Linie 3-3 gemäß Fig. 2,
• Fig. 4 eine Ansicht nach der Linie 4-4 gemäß Fig. 2,
• Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Haltezapfen gemäß Fig. 2 bis 4,
• Fig. 6 die vorliegende Erfindung,
• Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Segmentes der abriebfesten Auskleidung gemäß Fig. 6.
• Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Kompressor 12, einer Verbrennungseinrichtung 14, einer Turbine 16 und einem Abgasabschnitt 18, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Turbine eine Stufe mit Leitschaufeln 20, die in bekannter Weise über ihre radial äußeren Enden an einem Aufbau innerhalb des Triebwerksturbinengehäuses 22 festgelegt sind. Unmittelbar stromab der Leitschaufelstufe 22 ist in ebenfalls bekannter Weise eine Stufe umlaufender Turbinenschaufeln 24 angeordnet.
• Die Turbinenscheibe 26 weist einen Ringsteg 28 auf, der an der stromoberseitigen Oberfläche verbolzt ist und sich nach vorn erstreckt und unter den Leitschaufeln 20 endet. Jener Teil des Steges 28, der unter den Leitschaufeln 20 liegt, besitzt ringförmige Rippen 30, die an seinem äußeren Durchmesser in bekannter Weise angebracht sind, und diese werden mit geringem Abstand von einem weiteren Ringsteg 32 umschlossen, der eine in Fig. 1 nicht dargestellte abriebfeste Auskleidung in seiner Bohrung aufweist, wie dies an sich bekannt ist.
• Nunmehr wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Gemäß der Erfindung weist der Ringsteg 32 mit seiner zugeordneten abriebfesten Auskleidung 34 einen nach außen abgewinkelten Ringflansch 36 auf, der am stromabwärtigen Ende ausgebildet ist. Der Flansch 36 besitzt eine Ringnut 38, die in seinem äußeren Umfang ausgearbeitet ist, und eine abriebfeste Auskleidung, die der Übersichtlichkeit wegen in Fig. 6 dargestellt ist, paßt in diese Nut ein. Mehrere im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnete Paare von Löchern 40, von denen nur ein Paar dargestellt ist, sind durch die Wände 42 der Nut 38 eingebohrt, und in jedem Loch 42 ist ein Zapfen 44 eingepaßt. Die Zapfen sollen in situ verbleiben, bis ihr Ersatz wegen Abnutzung erforderlich ist. Sie können deshalb im Preßsitz eingesetzt sein, oder sie können über ihre Enden mit den Nutwandungen 42 verlötet sein, oder beides.
• Jeder Zapfen 44 eines Zapfenpaares ist von dem anderen in einer Entfernung angeordnet, die den Einsatz eines Schaufelfußes 46 dazwischen ermöglicht. Jeweils ein Schaufelfuß 46 steht von der Unterseite einer jeden Leitschaufel 20 vor. Daraus folgt, daß die Zahl der Paare von Zapfen 44 gleich ist der Zahl der Leitschaufeln 20 in dieser Stufe.
• Jede Leitschaufel 20 ist über ihr äußeres Ende in bekannter Weise mit dem festen Triebwerksaufbau verbunden. Infolgedessen dehen sie sich radial nach innen nach der Triebwerksachse aus, wenn das Triebwerk 10 in Betrieb ist. Infolgedessen dehnen sich der Steg 32 und die zugeordneten Nutflansche 36 radial von der Triebwerksachse nach außen aus. Zwischen dem Fuß 46 und den zugeordneten Zapfen 44 muß ein geeigneter Zwischenraum bestehen. Dies ist in den Fig. 2 und 4 dargestellt. Es muß auch ein Zwischenraum zwischen dem Fuß 46 und den Wänden 42 der Nut 38 bestehen, und dies ist in Fig. 3 dargestellt.
• Nunmehr wird auf Fig. 5 Bezug genommen. Die Zapfen 44 sind bei dem Ausführungsbeispiel bei 48 bzw. 50 mit einer Ausnehmung derart versehen, daß gegenüberstehende Abflachungen gebildet werden. Dadurch wird für den Schaufelfuß 46 (in Fig. 5 nicht dargestellt) ein größerer Oberflächenbereich zur Lagerung des Fußes gebildet. Dies kann sich je nach der Reibungscharakteristik des Aufbaus, was durch Versuche bei dem zugeordneten Triebwerk festzustellen ist, als unnötiger Schritt erweisen. Jedenfalls wird eine abriebfeste Auskleidung 52 gemäß Fig. 6 benutzt, um das Profil der Nut 38 abzudecken, und diese Auskleidung kann beispielsweise aus einem Material bestehen, welches unter dem Herstellernamen "HAYNES 25" (eingetragenes Warenzeichen) vertrieben wird.
• Die Auskleidungsform 52, die für sich allein in Fig. 7 dargestellt ist, kann durch Heißspritzen, beispielsweise durch Plasmaspritzen, eines Metallpulvers auf einen nicht dargestellten verlorenen Kern hergestellt werden, und die Lippen 54 können nach innen über sich selbst abgebogen werden, so daß nach oben abgebogene Ränder 56 innerhalb der maximalen Breite der Auskleidungsform 52 entstehen und die die Auskleidungsform in der Nut 38 festlegen, indem sie in weitere Nuten 58 und 60 in den äußeren Oberflächen der Wände 42 einrasten.
• Die Bolzen 44 werden aus abriebfestem Material hergestellt.
• Dadurch, daß gemäß der Erfindung eine Nut durch einen Aufbau von getrennten Flanschen und die zugeordneten Befestigungs- und Verriegelungsmittel überflüssig werden und auch keine aufwendige spanabhebende Bearbeitung stattfindet, die bei bekannten Anordnungen nötig war, werden beträchtliche Herstellungskosten eingespart und das Gewicht vermindert, und es wird ein vereinfachtes Herstellungsverfahren gewährleistet. Dadurch, daß eine vorgeformte abriebfeste Auskleidung 42 vorgesehen wird, erübrigt sich ein Ausspritzen des Inneren der Nut 38 mit erhitztem abriebfestem Material, und es werden die damit verknüpften Schwierigkeiten vermieden, eine konstante Dicke des Überzuges aufrechtzuerhalten.

Claims (1)

1. Labyrinthdichtungsträger zur Abstützung einer Labyrinthdichtung in einer Turbine eines Gasturbinentriebwerks, welcher aus einem Leitschaufelring (20) besteht, von dem jede Schaufel einen radial nach innen vorstehenden Schaufelfuß (46) aufweist, und aus Fixierungszapfen (44), die durch einen Doppelflanschaufbau der Labyrinthdichtung hindurchstehen und an dem Schaufelfuß (46) angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aus abriebfestem Material bestehende Zapfen (44) vorgesehen sind, von denen je einer auf jeder Seite des Schaufelfußes (46) angeordnet ist, wobei jeder Zapfen (44) eine Abflachung (48) aufweist, die in Eingriff mit einem benachbarten Rand eines jeweiligen Leitschaufelfußes (46) steht, und daß eine metallische abriebfeste Auskleidung (52) vorgesehen ist, die aus mehreren Kreisbogensegmenten U-förmigen Querschnitts besteht, welche zwischen die Doppelflansche (42) einpassen und Löcher zum Durchtritt der Zapfen (44) aufweisen, wobei die im Querschnitt U-förmigen Segmente Lippen (54) aufweisen, die nach außen, innen und oben derart abgebogen sind, daß Ränder (56) gebildet werden, die in Nuten (58 oder 60) in den Stirnflächen des Doppelflanschaufbaus einschnappen.