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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsstruktur für eine Gasturbine
und insbesondere auf eine die Struktur verbindende Dichtungstrennfläche, welche
eine von einer Dichtungstrennfläche
entweichende Luftmenge reduziert und eine Abdichtleistung verbessert,
und auf eine Struktur, die eine Bürstendichtung anwendet, um
zu verhindern, dass eine Halterungsplatte der Bürstendichtung doppelt mit einer
Drehseite in Kontakt kommt, und die ein Dichtungsintervall so klein
gestaltet, dass ein Abdichtleistung verbessert wird. Ein Beispiel
einer solchen Dichtungsstruktur ist in
EP 0 816 726 A offenbart.
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9 ist
eine Schnittansicht, die eine allgemeine Dichtungsstruktur für eine herkömmliche
Gasturbine zeigt. In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 61 eine
Leitschaufel, die Bezugsziffer 62 bezeichnet einen Außendeckring
derselben, wobei der Außendeckring 62 von
einem Schaufelring 60 gehaltert ist. Die Bezugsziffer 63 bezeichnet
einen Innendeckring, die Bezugsziffer 64 bezeichnet einen Flanschabschnitt
desselben, und die Bezugsziffer 65 bezeichnet einen Dichtungsring-Haltering.
Der Dichtungsring-Haltering 65 ist am Flanschabschnitt 64 des
Innendeckrings 63 festgehalten und trägt einen Dichtungsring 66 an
seiner Innenseite (einer Rotorseite). Die Bezugsziffer 67 und 68 bezeichnen
einen Dichtungsabschnitt, und Dichtungsrippen 67a und 67b sind
an einer Seite einer Rotorscheibe 69 vorgesehen, wodurch
sie einen Dichtungsabschnitt gegenüber dem Dichtungsabschnitt
des Dichtungsrings 66 bilden. Die Bezugsziffer 81 bezeichnet
einen Rotorschaufel, und die Bezugsziffer 82 bezeichnet
eine Plattform derselben, die an der Rotorscheibe angrenzend an
die Leitschaufel 81 angebracht ist und sich zusammen mit
dem Rotor dreht. Die Bezugsziffer 71 bezeichnet ein Rohr
für Dichtungsluft,
das innerhalb der Leitschaufel 61 vorgesehen ist, sich
vom Außendeckring 62 aus
durch den Innendeckring 63 erstreckt und so aufgebaut ist,
dass die Dichtungsluft in einen Hohlraum 75 eingeleitet
wird. Die Bezugsziffern 72,73 und 74 bezeichnen
einen Raum, der in Bezug auf die angrenzende Rotorschaufel bzw.
Laufschaufel ausgebildet ist.
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Bei
der Leitschaufel mit dem oben erwähnten Aufbau strömt Luft 40,
die von einem Innenabschnitt des Dichtungsluftrohrs 71 innerhalb
der Leitschaufel 61 zu einem Innenabschnitt des Hohlraums 75 eingeleitet
wurde, durch ein Loch 65a in dem Dichtungsring-Haltering 65 und
strömt
weiter, um in den Raum 72 einzutreten, wie durch das Bezugssymbol 40a gezeigt
ist, wobei ein Teil hiervon aus dem Raum 72 in den Raum 73 als
Leckluft von dem Dichtungsabschnitt 68 ausströmt, wie
durch das Bezugssymbol 40b gezeigt ist, strömt zwischen
den Plattformen der Laufschaufel angrenzend an deren Innendeckring 13,
wie durch das Bezugssymbol 40c gezeigt ist, und strömt in einen
Hauptstrom-Gasdurchgang aus.
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Ferner
strömt
die Luft auch in den Raum 74 aus dem Raum 72 über den
Abschnitt zwischen dem Dichtungsring 66 und den Dichtungsabschnitten 67a und 67b aus,
wie durch das Bezugssymbol 40d gezeigt ist, und strömt von dort über den
Abschnitt zwischen dem Innendeckring 63 und der Plattform 82 der
angrenzenden Laufschaufel 81 aus, wie durch das Bezugssymbol 40f gezeigt
ist. Ein Druck innerhalb des Hohlraums 75 und der Räume 72,73 und 74 erhöht sich
im Vergleich zu dem äußeren Hauptstrom-Gasdurchgang
infolge der oben erwähnten Luftströmung, wodurch
verhindert wird, dass ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur in
den Innenabschnitt eintritt. Demgemäß ist es zur Verbesserung einer
Abdichtleistung notwendig, eine Abdichtleistung einer von dem Dichtungsring 66,
dem Dichtungsabschnitt 67 auf der Rotorseite und dem Dichtungsabschnitt 68 gebildeten
Labyrinthdichtung zu verbessern, und eine Leckluftmenge, wie sie
durch die Bezugssymbole 40b, 40c, 40e und 40f gezeigt ist,
zu reduzieren, und wenn es möglich
ist, die ausströmende
Luftmenge zu ver ringern, ist es auch möglich, die Dichtungsluftmenge
zu reduzieren, so dass es möglich
ist, eine Leistung der Gasturbine insgesamt zu verbessern.
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10(a) ist eine schematische Ansicht, von einer
Linie Z-Z aus in 9 betrachtet, die eine obere
Hälfte
darstellt. Ferner ist 10(b) eine
schematische Ansicht längs
einer Linie W-W in 10(a). Der
Dichtungsring 66 ist zu einer Kreisringform ausgebildet
und ist in mehrere Abschnitte unterteilt, wobei in der Zeichnung
der obere halbe Abschnitt in drei Abschnitte unterteilt ist, die
(A), (B) und (C) umfassen (insgesamt ist er in vier Abschnitte unterteilt).
Rippen 66a, 66b und 66c sind jeweils
an den Teilen (A), (B) und (C) angebracht, die den Dichtungsabschnitten 67a und 67b auf
der Seite der Rotorscheibe 69 gegenüberliegen. In der unterteilten
Struktur des Dichtungsrings 66 nach obiger Beschreibung
ist ein Spalt bzw. Zwischenraum 51 zwischen den unterteilten
Teilen (A) und (B) angeordnet, ein Spalt 52 ist zwischen den
unterteilen Teilen (B) und (C) angeordnet, und die Luft strömt aus einem
stromaufwärtigen
Raum 72 (siehe 9) zu einem stromabwärtigen Raum 74 (siehe 9)
als Leckluft aus, wie es durch Spalte 51 bis 60 gemäß 10B gezeigt ist, so dass eine Dichtungsleistung
des Dichtungsrings 66 gemindert wird.
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Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Dichtungsstruktur für die herkömmliche Gasturbine so aufgebaut,
dass der Dichtungsring 66 in mehrere Abschnitte unterteilt
ist, wie oben beschrieben wurde, und einen Spalt bzw. Zwischenraum
auf einer Verbindungsendfläche
zwischen den unterteilten Teilen jedes der Dichtungsringe aufweist.
Es ist notwendig, den Zwischenraum so zu strukturieren, dass ein
bestimmter Grad an Zwischenraum im Hinblich auf eine Wärmedehnung
des Dichtungsrings beibehalten wird. Der Zwischenraum ist zu einer
geraden Form von der stromaufwärtigen
Seite des Hauptstromgases zur stromabwärtigen Seite ausgebildet, und
die Dichtungsluft leckt von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite
aus, so dass eine Leistung der Labyrinthdichtung, die von dem Dichtungsabschnitt
des Dichtungsrings 66 und dem Dichtungsabschnitt 67 der
Rotorscheibe 69 gebildet ist, gemindert und die Dichtungsluftmenge
erhöht
wird, wodurch die Leistung der gesamten Gasturbine verbessert wird.
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Ferner
wurde in den vergangenen Jahren zur Verbesserung der Dichtungsleistung
der Statorseite und der Rotorseite bei der Gasturbine eines Luftfahrzeugs
oder in der Industrie die Bürstendichtung
verwendet. 11 ist eine repräsentative
Schnittansicht der industriellen Gasturbine, wobei die Bezugsziffer 101 eine
Laufschaufel, die Bezugsziffer 102 eine Plattform und die
Bezugsziffer 103 einen Dichtungssteg innerhalb der Plattform 102 bezeichnet,
der aus Abschnitten 103a, 103b und 103c gebildet
ist. Die Bezugsziffern 102a und 102b bezeichnen
einen Dichtungsabschnitt an beiden Endabschnitten an der Vorder-
und Rückseite
einer Axialrichtung der Plattform 102. Die Bezugsziffer 104 bezeichnet
einen Schaftabschnitt, wobei die Dichtungsplatten 106 uns 107 vor
und hinter dem Schaftabschnitt vorgesehen sind. Die Bezugsziffer 105 bezeichnet
eine Scheibe für
einen Rotor, an der Teile der oben genannten Rotorschaufeln bzw.
Laufschaufeln 101 bis 104 angebracht sind.
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Die
Bezugsziffer 91 bezeichnet eine Statorschaufel bzw. Leitschaufel,
die Bezugsziffer 92 bezeichnet einen Innendeckring und
die Bezugsziffer 93 bezeichnet einen Außendeckring. Die Bezugsziffern 92a und 92b bezeichnen
beide Endabschnitte vor und hinter ein Axialrichtung des Innendeckrings 92.
Die Bezugsziffer 94 bezeichnet einen in dem Innendeckring 92 ausgebildeten
Hohlraum, in den die Dichtungsluft über den Innenabschnitt der
Leitschaufel 91 eingeleitet wird. Die Bezugsziffer 95 bezeichnet einen
Dichtungskasten, der eine Labyrinthdichtung 100 in einem
Teil und eine Bürstendichtung 101 in dem
anderen Teil aufweist. Die Bezugsziffern 96 und 97 bezeichnen
einen Bienenwabendichtung, die an beiden Endabschnitten 92a und 92b des
Innendeckrings 92 vorgesehen sind. Die Bezugsziffern 98 und 99 bezeichnen
einen Raum, der mit Bezug auf jede der benachbarten vorderen und
hinteren Laufschaufeln ausgebildet ist, und der einem Strömungsdurchgang
für die
Dichtungsluft entspricht.
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Bei
der Gasturbine mit der oben beschriebenen Struktur wird die Dichtungsluft
von dem Dichtungsluftdurchgang (nicht gezeigt) in den Hohlraum 94 eingeleitet
und durchströmt
den Innendeckring 92, nachdem sie von der Seite des Außendeckrings 93 in der
Leitschaufel 91 durch den inneren Abschnitt der Schaufel
geströmt
ist, wird in dem Raum 99 aus einem in einem Dichtungskasten 95 vorgesehenen Loch
herausgeleitet, passiert die Bienenwabendichtung 96, die
am Endabschnitt 92a des Innendeckrings 92 vorgesehen
ist und wird zu dem Verbrennungsgasdurchgang abgeleitet. Ferner
wird ein Teil der aus dem Loch in dem Dichtungskasten 95 ausströmenden Dichtungsluft
auch über
die Bürstendichtung 101 und
die Labyrinthdichtung 100 in Bezug auf die Scheibe 105 zu
dem vorderen Raum 98 geleitet und zu dem Verbrennungsgasdurchgang über die
am Vorderendabschnitt 92b des Innendeckrings 92 vorgesehene
Bienenwabendichtung 97 abgeleitet.
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Wie
oben erwähnt
wurde, wird die Dichtungsluft in den Hohlraum 94 über den
Innenabschnitt der Leitschaufel 91 eingeleitet, und die
Dichtungsluft wird in den von der Bienenwabendichtung 96 abgedichteten
Raum 99 vom Hohlraum 94 in Bezug auf den Verbrennungsgasdurchgang
eingeleitet, und weiter zu dem von der Bienenwabendichtung 96 abgedichteten
vorderen Raum 98 über
die Bürstendichtung 101 und
die Labyrinthdichtung 100 in Bezug auf den Verbrennungsgasdurchgang,
so dass ein Druck in dem Hohlraum 94 und den Räumen 98 und 99 höher wird
als der Druck in dem äußeren Verbrennungsgasdurchgang,
wodurch verhindert wird, dass das Verbrennungsgas mit hoher Temperatur
in diese Abschnitte eindringt.
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7 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
der Bürstendichtung 101,
die dem oben erwähnten
Dichtungsabschnitt der Gasturbine entspricht. In der Zeichnung ist
die Bürstendichtung 101 an
der stromaufwärtigen
Seite der Labyrinthdichtung 100 in dem Dichtungskasten 95 so
angebracht, dass sie den Dichtungsabschnitt in Bezug auf die Scheibe 105 des Rotors
bildet. Die Bürstendichtung 101 umfasst
eine Vorderabschnitt-Halterungsplatte 31 und
eine Hinterabschnitt-Halterungsplatte 32,
eine Bürste 33 mit
einer Vielzahl dünner Drahtstücke bzw.
Drahtstücke, die
an einem mittleren Abschnitt derselben durch einen Schweißabschnitt 35 befestigt
sind, wobei ein Vorderende derselben einen Dichtungsabschnitt in engem
Kontakt mit der Scheibe 105 bildet. Ein Spalt bzw. ein
Zwischenraum 34 ist zwischen der Vorderabschnitt-Halterungsplatte 31 und
der Bürste 33 vorgesehen,
und die Struktur ist derart gestaltet, dass sie sich gegen einen
Druck an der stromaufwärtigen Seite
bewegt. Breiten Wf und Wa der Halterungsplatten-Vorderenden 31a und 32a der
Vorderabschnitt- und Hinterabschnitt-Halterungsplatten 31 und 32 sind
auf etwa 2mm eingestellt, und die Bürste 33 wird an den
Vorderendabschnitten festgehalten.
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8 ist
eine Draufsicht auf die Bürstendichtung 101,
die angebracht wird, nachdem sie in sechs Abschnitte in einer Kreisringform
unterteilt wurde, wobei eine Endfläche derselben in Kontakt mit
den Dichtungsbürsten
gebracht wird, die mit einer Neigung von 45° in einer Drehrichtung R in
Bezug auf eine kreisringartige Mittellinie aneinandergrenzen. Die
Bürste 33 wird
durch Bündeln
einer Vielzahl von Drahtstücken
gebildet, die jeweils einen Durchmesser von 0,1mm aufweisen, und
ist so aufgebaut, dass eine Breite auf etwa 2mm festgelegt wird
und 1500 bis 2000 Drahtstücke
mit jeweils 25mm Länge
der Bürstendichtung
vorgesehen sind. Die Bürstendichtung 101,
die auf die obige Weise aufgebaut ist, ist in sechs Abschnitte in
einer Umfangsrichtung unterteilt, und das Vorderende der Bürste 33 steht
in engem Kontakt mit der Scheibe 105 auf der Rotorseite,
wodurch der Dichtungsabschnitt gebildet wird.
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Wie
oben erwähnt
wurde, wird die Bürstendichtung
für den
Dichtungsabschnitt zwischen dem stationären Teil und dem Drehteil der
Gasturbine verwendet, wie 7 zeigt,
sind jedoch die Breiten Wf und Wa der Vorderenden 31a und 32a der
Halterungsplatte der Bürstendichtung 101 mit
etwa 2mm groß,
da sie den Vorderendabschnitt der Bürste 33 haltern, so
dass das Vorderende der Bürste 33 sich infolge
einer Wärmeverformung
der Scheibe 5 auf der Rotorseite verformt. Wenn die Vorderenden 31a und 32a mit
der Scheibe 105 in Kontakt ge bracht werden, verursachen
die Vorderenden 31a und 32a einen schwerwiegenden
Schaden an der Oberfläche der
Scheibe 105 im Rotor infolge von dessen erheblicher Steifigkeit.
Demgemäß ergibt
die Beschädigung
des Rotors eine schwerwiegende Störung des Betriebs der Gasturbine,
so dass Wartung und Austausch in erheblichem Maß durchgeführt werden müssen, so
dass es notwendig ist, die Beschädigung des
Rotors weitgehend zu vermeiden.
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Abriss der Erfindung
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Die
Erfindung wurde getätigt,
um einen Dichtungsstruktur für
eine Gasturbine bereitzustellen, bei der eine Form eines Trennungsendabschnitts
eines Dichtungsrings ausgestaltet ist, bei der eine von einem Trennungsabschnitt
ausleckende Luftmenge reduziert ist und eine Dichtungsstruktur in
dem Dichtungsabschnitt verbessert ist, um eine Abdichtleistung zu
verbessern.
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Ferner
wurde die Erfindung zu dem zusätzlichen
Zweck der Verbesserung einer Form eines Vorderendabschnitts einer
Bürstendichtung
der Gasturbine getätigt,
wodurch ein doppelter Kontakt auch dann vermieden wird, wenn eine
Rotorscheibe und ein Vorderende der Bürstendichtung miteinander in Kontakt
gebracht werden, wobei kein schwerwiegender Schaden am Rotor entsteht.
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Um
die oben genannten Aufgaben zu erfüllen, stellt die Erfindung
die folgenden Mittel bereit.
- (1) Eine Dichtungsstruktur
für eine
Gasturbine mit einem Dichtungsring-Haltering, der an einem inneren
Deckring in einer Leitschaufel gehaltert ist, und einem kreisförmigen,
ringartigen Dichtungsabschnitt, der an dem Dichtungsring-Haltering gehaltert
ist und einen Umfang eines Rotors in einem Zustand umgibt, bei dem
ein vorbestimmter Zwischenraum, der durch Berücksichtigung einer Wärmedehnung
erhalten wird, zwischen Endabschnitten mehrerer Trennteile eingehalten wird
oder die Endabschnitte kontaktiert, wodurch ein Dichtungsabschnitt
mit dem Rotor gebildet wird, wobei der kreisförmige ringartige Dichtungsabschnitt
durch eine Bürstendichtung
an einer stromaufwärtigen
Seite eines Hauptstromgases und eine Labyrinthdichtung an einer
stromabwärtigen
Seite gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Endfläche jedes
der Trennteile der Bürstendichtung
und der Labyrinthdichtung derart geformt ist, dass sie gegenüberliegende
Kontaktflächen
bildet, die durch einen Schnitt bzw. eine Abtragungentlang einer
Polygonallinie gebildet sind.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind wie folgt:
- (2) eine Dichtungsstruktur,
bei der der Dichtungsring-Haltering
in zwei Abschnitte an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite
unterteilt ist, und bei der einer davon die Bürstendichtung und der andere
davon die Labyrinthdichtung haltert.
- (3) eine Dichtungsstruktur, bei der die Bürstendichtung vordere und hintere
Halterungsplatten umfasst, die an dem Dichtungs-Halterungsabschnitt
angebracht sind, eine zwischen den vorderen und hinteren Halterungsplatten
gehalterte Bürste
und ein Vorderende der Bürste,
das in Bezug auf den Rotor abdichtet, wobei die Vorderendabschnitte
der vorderen und hinteren Halterungsplatten zum Haltern des Vorderendabschnitts
der Bürste
mit einer axialen Dicke von 0,2 bis 0,8mm in einer Rippen- bzw.
Flossenform ausgebildet sind.
- (4) Eine Dichtungsstruktur mit einer Bürstendichtung für eine Gasturbine
gemäß dem Punkt
(3), wobei der Vorderendabschnitt der Halterungsplatte
eine Rippenform durch eine sanft gekrümmte Oberfläche bildet.
- (5) Eine Dichtungsstruktur mit einer Bürstendichtung für eine Gasturbine
gemäß dem Punkt
(3), wobei der Vorderendabschnitt der Halterungsplatte
eine Rippen- bzw. Flossenform durch eine gerade, konisch zulaufenden
Form bildet.
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Da
bei der Dichtungsstruktur gemäß der Erfindung
die stromaufwärtige
Seite des kreisringförmigen
Dichtungsabschnitts von der Bürstendichtung gebildet
ist, wird eine Dichtungsleistung im Vergleich zu der herkömmlichen
Labyrinthdichtung verbessert. Da ferner die Endfläche jeder
der Trennteile in dem kreisringartigen Dichtungsabschnitt in der
Form miteinander an der in der Polygonallinie ausgebildeten Schnittfläche in Kontakt
steht, kommt es im Vergleich zu dem herkömmlichen geraden Strömungsdurchgang
schwerlich zu einem Auslecken von Luft, die zu der stromabwärtigen Seite
von der stromaufwärtigen Seite
durch den Spalt bzw. Zwischenraum ausströmt, da der Strömungsdurchgang
zu einem Bypassdurchgang wird, und ein Strömungswiderstand steigt, auch wenn
ein Zwischenraum infolge einer Wärmeverformung
bei einem Kontakt der Schneidfläche
erzeugt wird. Demgemäß wird eine
Leckluftmenge reduziert, eine Dichtungsleistung verbessert und eine
Luftmenge reduziert, so dass eine Leistung der gesamten Gasturbine
verbessert wird.
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Nach
dem Aspekt (2) gemäß der Erfindung ist
der Dichtungsring-Haltering in zwei Teile unterteilt, und einer
von ihnen haltert die Bürstendichtung
und die andere die Labyrinthdichtung. Demgemäß ergibt sich zusätzlich zu
der oben erwähnten
Wirkung des Aspekts (1) ein Vorteil insofern, als eine Montage- und
Arbeitsleistung derselben verbessert werden kann, da eine Montage
der Bürstendichtung
und der Labyrinthdichtung jeweils separat durchgeführt werden
kann.
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Bei
der Bürstendichtung
gemäß dem Aspekt (3)
der Erfindung haben die Vorderendabschnitte der vorderen und hinteren
Halterungsplatten zum Haltern des Vorderendabschnitts der Bürste eine
Dicke von 0,2 bis 0,8mm, was dünner
ist als die 2 mm im herkömmlichen
Fall, und sind zu einer Rippen- bzw. Flossenform ausgebildet. Gemäß dem oben
erwähnten
Aufbau werden die stationäre
Seite und die Rotorseite thermisch verformt, so dass auch dann,
wenn das Vorderende der Halterungsplatte in Kontakt mit der Rotorseite
gebracht wird, sich das Vorderende der Halterungsplatte infolge
der dünnen
Rippenform und der Elastizität
verformt. Demgemäß wird die
Halterungsplattenseite verformt, ohne mit dem starren Körper nach
dem Stand der Technik in doppeltem Kontakt zu stehen, oder die Halterungsplatte
selbst zerbricht, wodurch ein Schaden an der Rotorseite vermieden
wird. Da ferner der doppelte Kontakt vermieden werden kann und elastische
Kraft hinzugewonnen werden kann, kann ein Dichtungsintervall kleiner
gestaltet werden als im herkömmlichen
Fall, so dass eine Abdichtleistung verbessert werden kann.
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Da
nach dem Aspekt (4) gemäß der Erfindung
der Vorderendabschnitt der Halterungsplatte die Rippen- bzw. Flossenform
durch die sanft gekrümmte
Oberfläche
bildet, und nach dem Aspekt (5) der Vorderendabschnitt der Halterungsplatte
die Rippenform durch die gerade, konisch verjüngte Form bildet, verändert sich
der Vorderendabschnitt nach und nach, um ein schmales Vorderende
zu bilden, so dass eine Festigkeit des Vorderendabschnitts gewährleistet
werden kann.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
Schnittansicht, die eine Struktur der Dichtungstrennfläche einer
Gasturbine gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
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2(a), 2(b) und 2(c) schematische Ansichten, die ein Detail eines
Dichtungsabschnitts in 1 zeigen, wobei 2(a) eine schematische Ansicht längs einer
Linie X-X ist, 2(b) eine schematische Ansicht
zur Darstellung einer Form eines Endabschnitts in jedem der Trennteile
ist, und 2(c) eine schematische Ansicht
längs einer Linie
Y-Y in 2(a) ist,
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3 eine
perspektivische Ansicht, welche eine Form einer senkrechten Schnittfläche einer Bürstendichtung
in 2 zeigt,
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4 eine
Schnittansicht, welche eine Struktur einer Dichtungstrennfläche einer
Gasturbine gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
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5 eine
Schnittansicht einer Bürstendichtung
einer Gasturbine gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung,
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6(a) und 6(b) Schnittansichten
eines Vorderendabschnitts einer Bürstendichtung einer Gasturbine
gemäß einer
vierten Ausführungsform der
Erfindung, wobei 6(a) und 6(b) eine Kreisbogenform
bzw. eine gerade, konisch zulaufende Form zeigen,
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7 eine
Schnittansicht einer Bürstendichtung
einer herkömmlichen
Gasturbine,
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8 eine
Draufsicht auf ein Trennteil einer herkömmlichen Bürstendichtung,
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9 eine
Schnittansicht, die eine Dichtungsstruktur der herkömmlichen
Gasturbine darstellt,
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10(a) und 10(b) schematische
Ansichten, die ein Detail eines Dichtungsabschnitts gemäß 9 darstellen,
wobei 10(a) eine schematische Ansicht
längs einer
Linie Z-Z ist, und 10(b) eine
schematische Ansicht längs
einer Linie W-W in 10(a) ist,
und
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11 eine
allgemeine Schnittansicht einer Laufschaufel und einer Leitschaufel
der herkömmlichen
Gasturbine.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform
gemäß der Erfindung
im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine Verbindungsstruktur einer Dichtungstrennfläche einer
Gasturbine gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt, wobei nur ein Dichtungsabschnitt vergrößert dargestellt
ist. Im folgenden wird die Beschreibung bezüglich der in 9 gezeigten
herkömmlichen
Struktur gegeben.
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In 1 bezeichnet
die Bezugsziffer 1 einen Dichtungsring-Haltering, und die
Bezugsziffer 2 bezeichnet einen durch den Dichtungsring-Haltering 1 gehalterten
Dichtungsring. Die Bezugsziffern 3 und 4 bezeichnen
eine Bürstendichtung,
wobei die Bürstendichtung 3 an
dem Dichtungsring-Haltering 1 durch einen Bolzen 5 befestigt
ist und anstelle des herkömmlichen
Dichtungsabschnitts 68 gemäß 9 vorgesehen
ist. Die Bürstendichtung 4 ist
zur Bildung eines Dichtungsabschnitts anstelle des stromaufwärtigen Dichtungsabschnitts 67 bei
der herkömmlichen
Rotorscheibe 69 vorgesehen. Die Bezugsziffern 5 und 6 bezeichnen
einen Bolzen zum Befestigen der Bürstendichtungen 3 bzw. 4 an
dem Dichtungsring-Haltering 1.
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Die
Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Bolzen zum Befestigen des
Dichtungsrings 2 an dem Dichtungsring-Haltering 1,
und die Bezugsziffer 8 bezeichnet einen Dichtungsabschnitt
auf der Seite der Rotorscheibe 69, welcher der gleiche
ist wie im herkömmlichen
Fall. Der Dichtungsring 2 ist kleiner gestaltet als der
herkömmliche
Dichtungsring 68, und ist so aufgebaut, dass er eine Labyrinthdichtung
in Bezug auf den Dichtungsabschnitt 8 auf der stromabwärtigen Seite
der Rotorscheibe 69 bildet und einen Dichtungsabschnitt
durch die Bürstendichtungen 3 und 4 an
der stromaufwärtigen
Seite bildet. Der übrige
Aufbau ist gleich dem der herkömmlichen
Ausführungsform
gemäß 9,
und eine Arbeitsweise der Dichtung ist die gleiche, so dass eine
Beschreibung hiervon wegfällt.
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2 ist eine schematische Ansicht längs X-X
in 1, die einen Abschnitt der oberen Hälfte der
Bürstendichtung 3 zeigt,
wobei die Bürstenrichtung 3 in
drei Abschnitte unterteilt, nämlich
(A), (B) und (C) (insgesamt in vier Abschnitte), wie 2(a) zeigt. Beide Endabschnitte jedes der Trennteile
bilden jeweils eine senkrechte Schnittfläche 9a und eine senkrechte
Schnittfläche 9b,
die der senkrechten Schnittfläche 9a gegenüberliegen,
wie in den 2(b) bzw. 3 gezeigt
ist. In diesem Fall sind die senkrechten Schnittflächen 9a und 9b nicht
immer auf einen rechten Winkel beschränkt, sondern ein Winkel derselben
kann ein spitzer oder ein stumpfer Winkel sein, ein rechter Winkel
ist jedoch hinsichtlich der Durchführung der Montage und einer
Genauigkeit eines Spalts bzw. Zwischenraums vorzuziehen.
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Das
die beiden Endabschnitte bildende Trennteil verbindet die senkrechten
Schnittflächen 9a und 9b in
entgegengesetzter Weise, wie in 2(c) gezeigt
ist, und ist so angeordnet, dass ein Spalt 10 in Hinblick
auf eine Wärmedehnung
beibehalten wird. Ein solcher Spalt bzw. Zwischenraum 10 ist
ein senkrechter Bypassspalt, und ein Strömungswiderstand der Leckluft
wird höher
als in dem geraden Strömungsdurchgang,
so dass die Leckluft im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall reduziert wird.
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Ferner
wird eine Breite einer Dichtungsrippe in dem Dichtungsring 2 groß, obwohl
dies nicht dargestellt ist, und das Trennteil kann durch eine Gestalten
der Breite des Dichtungsrippenabschnitts zur Bildung der senkrechten
Schnittfläche
auf die gleiche Weise wie das oben beschriebene verbunden werden.
In diesem Fall ist eine Form der Bürstendichtungen 3 und 4 und
der senkrechten Schnittfläche 9a in 3 dargestellt,
die Bürstendichtung
ist aber so aufgebaut, dass sie die Bürsten 3a und 4a in
ihrer Mitte aufweist.
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Gemäß der oben
beschriebenen ersten Ausführungsform
sind die Bürstendichtungen 3 und 4 sowie
der Dichtungsring 2 jeweils an der stromaufwärtigen Seite
und der stromabwärtigen
Seite des Dichtungsring-Halterings 1 vorgesehen, und die
Trennteile sind derart angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen,
wobei ein Spalt 10 durch Einsetzen des Dichtungsrings 2 und
der Trennungsendabschnitte der Bürstendichtungen 3 und 4 zu
der senkrechten Schnittfläche 9a und 9b eingehalten
wird, wodurch die ausleckende Menge der Dichtungsluft reduziert und
die Abdichtleistung verbessert wird. Ferner wird eine Luftmenge
verringert und eine Leistung der Gasturbine insgesamt verbessert.
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4 ist
eine Schnittansicht, die einen Aufbau einer Dichtungstrennfläche einer
Gasturbine gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt. In der Zeichnung ist ein sich von der ersten,
in 1 gezeigten Ausführungsform unterscheidender Punkt
eine Struktur, bei der der Dichtungsring-Haltering 1 in
Abschnitte 1a und 1b unterteilt ist, die Bürstendichtungen 3 und 4 am
Abschnitt 1a angebracht sind und nur der Dichtungsring 2 am
Abschnitt 1b angebracht ist.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
nach obiger Beschreibung ist es möglich, die Bürstendichtungen 3 und 4 unabhängig zu
bearbeiten und am Dichtungsring-Haltering 1a zu montieren,
und den Dichtungsring 2 zu bearbeiten und am Dichtungsring-Haltering 1b zu
montieren, so dass der Vorteil besteht, dass eine Montage einfach
durchgeführt werden
kann. Form, Arbeitsweise und Wirkung der senkrechten Schnittfläche jedes
der Trennteile in jedem Dichtungsring 2 und jeder Bürstendichtung 3 und 4 sind
die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
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In
diesem Fall wird gemäß den ersten
und zweiten Ausführungsformen
der Erfindung die Beschreibung zu derjenigen Ausführungsform
gegeben, bei der die Bürstendichtungen 3 und 4 an
der stromaufwärtigen
Seite des Dichtungsring-Halterings 1 eingesetzt
werden und der Dichtungsring 2 an dessen stromabwärtiger Seite
verwendet wird, die gleiche Wirkung kann aber natürlich auch
erhalten werden, wenn der Aufbau so erfolgt, dass die senkrechten
Schnittflächen 9a und 9b gemäß 2 an beiden Enden jedes der Trennteile
des Dichtungsrings 66 gemäß der in 9 gezeigten
herkömmlichen
Ausführungsform
ausgebildet werden, um den Spalt bzw. Zwischenraum 10 zu
bilden. Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform,
welche die Bürstendichtungen 3 und 4 verwendet,
wird jedoch die Abdichtleistung im Vergleich zu dem herkömmlichen
Dichtungsabschnitt 68 und dem Aufbau, bei dem die senkrechten Schnittflächen 9a und 9b nur
in dem Dichtungsring 66 vorgesehen sind, durch die Bürstendichtung
weiter verbessert.
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5 ist
eine Schnittansicht einer Bürstendichtung
einer Gasturbine gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung. Da in der Zeichnung ein charakteristischer Abschnitt
der Erfindung in einem Abschnitt der Vorderenden 22 und 23 der
Halterungsplatten besteht und der übrige Aufbau der gleiche wie bei
der in 7 gezeigten herkömmlichen Ausführungsform
ist, fällt
eine detaillierte Beschreibung weg, und die Beschreibung er folgt
nachstehend lediglich durch Anführen
der Abschnitte, so wie sie sind.
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In 5 bezeichnen
die Bezugsziffern 22 und 23 Vorderenden von vorderen
und hinteren Halterungsplatten, und sie bilden Vorderendabschnitte der
vorderen bzw. hinteren Halterungsplatten 31 bzw. 32.
Ihre Form ist so strukturiert, dass die Plattenbasisabschnitte 31b und 32b mit
der gleichen Breite Wf und Wa wie im herkömmlichen Fall sowie die Vorder enden 22 und 23 der
Halterungsplatte an deren Vorderendabschnitt geformt werden.
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Eine
Breite t der Vorderenden 22 und 23 liegt in einem
Bereich von 0,2 bis 0,8mm, wobei der bevorzugteste Bereich 0,5 bis
0,8mm ist, und die Vorderenden sind zu einer dünnen Rippen- bzw. Flossenform
ausgebildet. Die herkömmliche
Breite Wf und Wa gemäß 7 ist
etwa 2mm dick, die herkömmlichen
Vorderenden 31a und 32a stehen jedoch in doppeltem
Kontakt infolge ihrer Starrheit bzw. Steifigkeit durch Kontaktnahme
mit der Rotorseite, so dass die Rotorseite beschädigt wird und in einigen Fällen einen
starken Einfluss auf den Betrieb ausübt, so dass ein Austausch eines
wichtigen Teils der Gasturbine u. dgl. nötig ist.
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Hinsichtlich
des oben erwähnten
bevorzugten Bereichs ist, wenn er 0,5mm oder weniger beträgt, eine
Arbeitsgenauigkeit zur Gewährleistung
einer ausreichenden Festigkeit erforderlich, um ein Druckgefälle auszuhalten,
und wenn er 0,8mm oder mehr beträgt,
besteht eine Möglichkeit,
dass es zu einem doppelten Kontakt mit dem Rotor im Fall einer Kontaktnahme
kommt.
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Indem
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
die Vorderenden 22 und 23 dünnrippig ausgebildet werden,
verformen sich die Vorderenden 22 und 23 auch
im Fall einer Kontaktnahme mit der Rotorseite und gleiten bzw. verschieben
sich zusammen mit dem Vorderende der Bürste 33 infolge ihrer Elastizität, wobei
die Vorderenden 22 und 23 selbst zerbrechen und
hierbei das Zerbrechen oder Beschädigen der Scheibenseite vermeiden,
so dass kein fataler Schaden an der Rotorseite entsteht.
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Da
ferner auch dann, wenn eine Kontaktnahme auf die oben erwähnte Weise
erfolgt, kein Schaden an der Rotorseite entsteht und der doppelte
Kontakt vermieden werden kann, ist es möglich, einen Spalt bzw. Zwischenraum Δp zwischen
den Vorderenden 22 und 23 und der Oberfläche der
Scheibe 105 gegenüber
dem herkömmlichen
Fall zu reduzieren, und es ist möglich,
die Abdichtleistung im Vergleich zu der herkömmlichen Bürstendichtung zu verbessern,
so dass es möglich
ist, die Dichtungsluft weitgehend zu reduzieren, wodurch zu einer Verbesserung
der Leistung der Gasturbine insgesamt beigetragen wird.
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In
diesem Fall erfolgt bei der oben erwähnten Ausführungsform die Beschreibung
derjenigen Ausführungsform,
bei der die Vorderenden 22 und 23 der Halterungsplatte
stufenartig in die Halterungsplatten-Basisabschnitte 31b und 32b eingearbeitet
sind, um so zu einer dünnen
Rippen- bzw. Flossenform ausgebildet zu werden, die Erfindung ist
jedoch nicht auf die Ausführungsform
beschränkt,
sondern der Vorderendabschnitt kann beispielsweise zu einer Rippenform
ausgebildet werden, indem er aus den Basisabschnitten 31b und 32b in
einer sanft gekrümmten
Oberfläche
ausgebildet wird, wie z.B. als Kreisbogen oder in einer geraden,
konisch zulaufenden Form, das heißt, es reicht aus, eine Form
zu bilden, die ein bestimmtes Maß an Beweglichkeit bzw. Verschiebbarkeit
im Fall einer Kontaktnahme aufweist, einen doppelten Kontakt vermeidet
und der Rotorseite keinen Schaden zufügt.
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6 zeigt die oben erwähnte Form und ist eine Schnittansicht
einer vierten Ausführungsform, welche
einem Aufbau zur weiteren Verbesserung der Form des Vorderendabschnitts
bei der in 5 gezeigten Bürstendichtung
entspricht. 6(a) zeigt einen Aufbau, bei
dem die Vorderenden 22 und 23 der Halterungsplatte
zu einer Kreisbogenform 200 verändert sind, und er ist im wesentlichen
so eingestellt, dass ein Breite t = 0,2 ~ 0,5mm, R = 2,5mm, und
Wa, Wf = 2,5mm sind. Ferner zeigt 6(b) einen
Aufbau, bei dem die Vorderenden auf eine gerade, konisch zulaufende
Form 201 eingestellt sind, und sie sind ebenso im wesentlichen
derart festgelegt, dass eine Breite t = 0,2 ~ 0,5mm ist, und Wa,
Wf = 2,5mm ist.
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Bei
der Kreisbogenform 200 in 6(a) ist es
möglich,
eine Festigkeit bzw. Stärke
des Vorderendes durch allmähliches
Verändern
von t sicherzustellen, und auch bei der geraden, konisch zulaufenden
Form 201 in 6(b) ist
es ebenso möglich,
eine Stärke
bzw. Festigkeit des Vorderendes durch lineares Verändern derselben
zu gewährleisten.
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Da
nach obiger Beschreibung bei der Bürstendichtung gemäß der dritten
und vierten Ausführungsform
der Erfindung die Vorderenden 22 und 23 der Halterungsplatte
dünner
gestaltet sind als die herkömmlichen
Breiten Wf und Wa, um eine dünne Rippen-
bzw. Flossenform auszubilden, ist es möglich, dass die Rotorseite
beschädigt
wird, ohne in doppeltem Kontakt zu stehen, auch wenn sie infolge der
Wärmeverformung
u. dgl. in Kontakt mit der Rotorseite gebracht werden, so dass es
möglich
ist, die Gasturbine sicher zu betreiben, ohne dem Rotor einen fatalen
Schaden zuzufügen.
Da ferner der Spalt bzw. Zwischenraum Δp hinsichtlich der Rotorseite kleiner
gemacht werden kann als im herkömmlichen Fall,
kann eine Abdichtleistung verbessert werden.