EP2414641B1 - Axialturbomaschinenrotor mit dichtscheibe - Google Patents

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EP2414641B1
EP2414641B1 EP10715749.7A EP10715749A EP2414641B1 EP 2414641 B1 EP2414641 B1 EP 2414641B1 EP 10715749 A EP10715749 A EP 10715749A EP 2414641 B1 EP2414641 B1 EP 2414641B1
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EP
European Patent Office
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sealing ring
rotor
sealing
axial
radially
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP10715749.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2414641A1 (de
Inventor
Sascha Dungs
Peter Schröder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F01D5/3015—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type with side plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor

Definitions

  • the invention relates to a Axialturbomaschinenrotor with a sealing washer.
  • An axial turbomachine for example a gas turbine, has a turbine in which hot gas is expanded.
  • the temperature of the hot gas at the inlet to the turbine is to be selected as high as possible.
  • the maximum feasible temperature level of the hot gas is limited by turbine strength requirements defined by design and material selection of turbine components.
  • the temperature load and the mechanical stress of the components dictates their service life, which has to be above certain limits for reasons of safety and economy.
  • a conventional turbine rotor has a shaft and discs mounted thereon in rotationally symmetrical manner, on the outer edge of which a plurality of rotor blades are fastened next to each other over the circumference.
  • the blades and discs are sometimes the most stressed components in the turbine, which primarily defines servicing cycles of the gas turbine for these components.
  • the blades are made of a filigree structure that is traversed by cooling channels through which the cooling air flows to cool the blades.
  • the cooling channels open into the blade root, where the cooling channels are fed with the cooling air.
  • the object of the invention is to provide a Axialturbomaschinenrotor, which has a long service life.
  • the axial turbomachinery rotor according to the invention has a rotor body rotationally symmetrical about the rotor axis, a rotor blade having a plurality of blades, which are each fixed with their blade root on the rotor body, and a rotationally symmetrical about the rotor axis formed sealing disc, the radially adjacent with its outer edge inside is arranged on an axially extending projection of the blade root, so that between the blade root and the sealing disc, a cavity is formed, wherein on the outer edge of a radially outwardly opening groove is provided, in which a sealing ring is mounted, which during operation of the rotor under the action of Centrifugal force is slidable radially outward in the groove until the sealing ring bears radially on the inside of the projection and thereby seals the cavity on the blade root.
  • the sealing ring Due to the fact that, during operation of the axial turbomachinery rotor, the sealing ring is pressed against the projection by the centrifugal force, the sealing ring is biased against the projection over the entire circumference. Thus, the contact between the sealing ring and the projection is well sealed, whereby the sealing effect between the projection and the sealing disc is high.
  • the cavity is, for example, a channel for supplying cooling air to the blade root, as may for example be provided in a turbine of a gas turbine, leakage of cooling air at the sealing ring is small. This is the cooling of the blades with the cooling air effectively, whereby the life of the axial turbomachinery rotor is high.
  • the gasket includes a plurality of gasket segments, which allows the assembly of blades and gasket after manufacture of a rotor - welded or stacked from rotor disks - allows a stationary gas turbine.
  • the sealing disk segments are preferably coupled to each other in the circumferential direction with a stepped rebate.
  • the assembly of the sealing disc to the rotor body is simple, wherein with the help of the stepped rebate with an offset in the circumferential direction of the individual sealing disc segments to each other a gaping apart of the sealing disc segments is prevented.
  • the sealing ring is formed by a plurality of circumferentially successively arranged sealing ring segments, which are each inserted in the at the outer edge of their associated sealing disc segment.
  • the sealing ring segments preferably have two longitudinal ends facing away from each other, each of which is formed by an envelope, which is in engagement with a recess provided on the groove, so that the sealing ring segments are fixed in the circumferential direction in a form-fitting manner on the outer edge.
  • the envelopes are preferably designed as legs formed in the axial direction in an L-shaped manner.
  • each of the legs preferably has a radius of curvature which is at least greater than half the longitudinal extension of the affected leg. It is thereby achieved that at the longitudinal ends of the sealing ring segment rests gas-tight on the sealing disc segment.
  • the projection has a radially inwardly opening groove into which the outer edge engages radially movable and at the bottom of the sealing ring can be applied.
  • the outer edge of the sealing disc is advantageously accommodated in the groove of the projection, whereby harmful influences, in particular a mechanical and / or thermal stress, are reduced to the sealing ring.
  • a pressure difference is reduced transversely to the sealing ring, so that the sealing effect of the sealing ring is high.
  • the sealing ring segments are formed as a band having an elongated cross section, the longitudinal sides extend in the radial direction and the outer short side can be applied to the blade root. Characterized in that the longitudinal sides of the sealing ring segments extend in the radial direction, the sealing ring segments are guided in their radial movement in the groove of the sealing ring segments. Thus, a twisting and tilting of the sealing ring segments is prevented in the grooves of the sealing disc segments.
  • the axial turbomachine rotor is preferably an axial turbine rotor, and the rotor blades preferably have air ducts which open into the cavity at the blade root, wherein the cavity is provided for supplying cooling air and / or cooling air for the cooling air ducts.
  • an axial turbine rotor 1 has a plurality of rotor blades 2, which are lined up over the circumference of the axial turbine rotor 1 and thereby form a blade grid.
  • the axial turbine rotor 1 further comprises a disc 3, on which the rotor blades 2 are mounted.
  • Each blade 2 has an airfoil 4 with which the blade 2 is aerodynamically effective.
  • this has a blade root 5, which is held in a form-fitting manner in the disc 3, so that the blade 2 is fixed in the radial direction of the blade root 5.
  • a base plate 7 of the blade 2 is provided which extends in the axial direction and in the circumferential direction and is aerodynamically effective on its radially outer side.
  • the disc 2 is frontally limited with a plane perpendicular to the axis of the axial turbine rotor surface. Axially spaced from this surface, a sealing disc 7 is arranged, whereby between the sealing disc 7 and the disc 3, a cavity is formed. As a result, the cavity of the hot gas side 8 of the axial turbine rotor is limited by the sealing disk 7.
  • the cavity is adeluftzu 1500kanal 9, which is provided for the cooling air supply of cooling air to the blade root 5.
  • An inner edge 22, which is thickened with respect to the average wall thickness of the sealing disk 7, of the sealing disk 7 is radially hooked to the disk 3, as a result of which, in operation, the Seal 7 is held radially from the disc 3 directly.
  • the outer edge 10 of the sealing disc 7 is arranged radially adjacent to the radially inner side of the base plate 6, wherein the outer edge 10 of the sealing disc 7 engages in a provided in the radially inner side of the base plate 6, circumferential groove 11.
  • a circumferential groove 12 is provided, which opens radially outward into the groove 11 of the base plate 6.
  • the outer edge 10 of the sealing disc 7 is arranged radially at a distance from the bottom of the groove 11 of the base plate 6, so that a radial play 13 is provided.
  • a sealing ring 14 is inserted, which has a cross-section which is elongated or rectangular in the radial direction.
  • the groove 12 in the sealing disc 7 is provided in the sealing disc 7 so deep that the sealing ring 14 in the groove 12 is flush with the outer edge 10 of the sealing disc 7.
  • a centrifugal force which leads to a radial movement 15 of the sealing ring.
  • the radial movement 15 is completed by the sealing ring 14 until the sealing ring 14 rests against the bottom of the groove 11 in the base plate 6.
  • the radial play 13 is adjusted to the radial extent of the sealing ring 14 such that when concerns of the sealing ring 14 at the bottom of the groove 11 of the base plate 6 of the sealing ring 14 is still engaged with the groove 12 in the outer edge 10 of the sealing washer 7.
  • the sealing disc 7 is formed by a plurality of sealing disc segments 16, which are lined up next to each other over the circumference. At their edges at which the sealing disk segments 16 are arranged adjacent to each other, a stepped fold 17 is formed in each case by a stop 18 of a sealing disk segment 16 and with a the stop 18 corresponding step 19 of the other, adjacent sealing disc segment is formed.
  • each sealing ring segment 20 spans the outer edge 10 of its associated sealing disk segment 14 in the circumferential direction.
  • Each sealing ring segment 20 has two opposite sealing ring segment longitudinal ends 21.
  • Each sealing ring segment longitudinal end 21 is folded in the axial direction, whereby at each sealing ring segment longitudinal end 21, a leg 22 is formed, with which the sealing ring segment longitudinal end 21 is formed L-shaped.
  • a curvature is provided with a radius of curvature 23, wherein at the outer edge 10 of the sealing disk segment 16, a correspondingly shaped recess 24 is made.
  • the legs 22 and the recesses 24 are arranged on the outer edge 10 of the sealing disc segments 16 so that the legs 22 in the axial direction away from the stop 18 and the stage 19 show.
  • the strength of the sealing disc segments 16 in the region of the stepped rebate 17 is not unduly impaired by the provision of the recess 24.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Axialturbomaschinenrotor mit einer Dichtscheibe.
  • Eine Axialturbomaschine, beispielsweise eine Gasturbine, weist eine Turbine auf, in der Heißgas entspannt wird. Zum Erzielen eines hohen thermischen Wirkungsgrads der Gasturbine ist die Temperatur des Heißgases am Eintritt in die Turbine als möglichst hoch zu wählen. Das maximal machbare Temperaturniveau des Heißgases ist durch Festigkeitsanforderungen an die Turbine begrenzt, die durch Konstruktion und Werkstoffwahl der Bauteile der Turbine definiert sind. Die Temperaturbelastung und die mechanische Beanspruchung der Bauteile gibt deren Lebensdauer vor, die aus Gründen der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit oberhalb bestimmter Grenzen zu liegen hat.
  • Ein herkömmlicher Turbinenrotor weist eine Welle und daran rotationssymmetrisch angebrachte Scheiben auf, an deren Außenrand über dem Umfang nebeneinanderliegend eine Mehrzahl an Laufschaufeln befestigt ist. Die Laufschaufeln und die Scheiben sind mitunter die am stärksten beanspruchten Bauteile in der Turbine, wodurch in erster Linie von diesen Bauteilen Wartungszyklen der Gasturbine definiert sind. Zum Verlängern der Laufzeiten der Laufschaufeln und der Scheiben ist es bekannt, die Laufschaufeln und die Scheiben mit Kühlluft zu kühlen, die herkömmlich aus einem Verdichter der Gasturbine abgezapft wird. Insbesondere sind die Laufschaufeln aus einer filigranen Struktur hergestellt, die mit Kühlkanälen durchzogen ist, durch die die Kühlluft zum Kühlen der Laufschaufeln strömt. Die Kühlkanäle münden in den Laufschaufelfuß, an dem die Kühlkanäle mit der Kühlluft gespeist werden.
  • Herkömmlich, wie beispielsweise bei der Ausgestaltung nach der US 2005/0265849 A1 , ist an der Scheibe im Bereich des Schaufelfußes ein Kühlluftzuströmkanal vorgesehen, der zwischen der Scheibe und einer dazu benachbarten ringförmigen Dichtscheibe gebildet ist, die radial am Schaufelfuß unmittelbar benachbart angeordnet ist. An die einstückige plattenförmigen Dichtscheibe sind Designanforderungen dahingehend gestellt, eine Leckage der Kühlluft möglichst gering zu halten und einen Eintritt von Heißgas in die Kühlkanäle zu unterbinden. Deswegen ist die Dichtscheibe an ihrem radial außenliegenden Rand mit einem Dichtring versehen, welcher unter Fliehkraft an den Unterseiten der Plattformen der Schaufeln zu anliegen gelangt.
  • Anstelle eines Dichtrings kann auch eine Dichtspitze vorgesehen sein. Jedoch stellt sich aufgrund von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der Bauteile sowie der sich daraus ergebenden relativen Lage der Dichtscheibe und des Schaufelfußes zueinander beim Betrieb des Axialturbomaschinenrotors ein Verschleiß der Dichtspitzen ein. Dadurch ist die Dichtwirkung der Dichtspitzen verschlechtert, so dass an der Dichtscheibe Kühlluft in den Heißgasbereich der Turbine strömen kann. Außerdem besteht die Gefahr, dass an den Dichtspitzen vorbei Heißgas in die Kühlkanäle eindringen kann und dadurch die thermische Belastung der Laufschaufeln ansteigt, wodurch das Risiko eines vorzeitigen Versagens der Laufschaufeln erhöht ist.
  • Daneben ist aus der WO 2007/028703 A1 eine stirnseitige Abdichtung des Kühlluftzuströmkanals bekannt, bei der Anstelle einer einstückigen, ringförmigen Dichtscheibe eine Mehrzahl von Dichtscheibensegmenten vorgesehen sind, die gemeinschaftlich den Dichtring bilden. Unter Fliehkraft liegen diese an den Unterseiten der Plattformen der Laufschaufeln an. Eine separate Abdichtung mit Hilfe eines Dichtrings ist daher nicht erforderlich.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Axialturbomaschinenrotor zu schaffen, der eine hohe Lebensdauer hat.
  • Der erfindungsgemäße Axialturbomaschinenrotor weist einen um die Rotorachse rotationssymmetrisch ausgebildeten Rotorkörper, einen Laufschaufelkranz, der eine Mehrzahl an Laufschaufeln aufweist, die jeweils mit ihrem Schaufelfuß an dem Rotorkörper festgelegt sind, und eine um die Rotorachse rotationssymmetrisch ausgebildete Dichtscheibe auf, die mit ihrem Außenrand radial innerhalb benachbart an einem axial sich erstreckenden Vorsprung des Schaufelfußes angeordnet ist, sodass zwischen dem Schaufelfuß und der Dichtscheibe ein Hohlraum ausgebildet ist, wobei am Außenrand eine radial nach außen mündende Nut vorgesehen ist, in der ein Dichtring gelagert ist, der beim Betrieb des Rotors unter Einwirkung der Zentrifugalkraft radial nach außen in der Nut gleitbar ist, bis der Dichtring radial an der Innenseite des Vorsprungs anliegt und dadurch den Hohlraum am Schaufelfuß abdichtet.
  • Beim Betrieb des Axialturbomaschinenrotors stellt sich eine radiale Relativbewegung zwischen dem Vorsprung und dem Dichtring ein. Dadurch kann an dem Dichtring ein Verschleiß auftreten, der die Dichtwirkung des Dichtrings beeinträchtigen kann. Ist der Dichtring derart stark verschlissen, dass eine ausreichende Dichtwirkung nicht mehr gegeben ist, so kann der Dichtring, beispielsweise bei einem Wartungszyklus des Axialturbomaschinenrotors, an der Dichtscheibe ausgewechselt werden. Dadurch braucht vorteilhaft nicht die gesamte Dichtscheibe mit ausgetauscht zu werden, wodurch eine einfache und effektive Wartung des Axialturbomaschinenrotors erzielt ist. Dadurch, dass beim Betrieb des Axialturbomaschinenrotors der Dichtring durch die Zentrifugalkraft an den Vorsprung gedrückt wird, liegt der Dichtring über den gesamten Umfang vorgespannt an dem Vorsprung an. Somit ist der Kontakt zwischen dem Dichtring und dem Vorsprung gut abgedichtet, wodurch die Dichtwirkung zwischen dem Vorsprung und der Dichtscheibe hoch ist. Ist der Hohlraum beispielsweise ein Kanal zum Zuführen von Kühlluft zu dem Schaufelfuß, wie es beispielsweise in einer Turbine einer Gasturbine vorgesehen sein kann, so ist eine Leckage von Kühlluft an dem Dichtring gering. Dadurch ist die Kühlung der Laufschaufeln mit der Kühlluft effektiv, wodurch die Lebensdauer des Axialturbomaschinenrotors hoch ist.
  • Die Dichtscheibe umfasst eine Mehrzahl an Dichtscheibensegmenten, was die Montage von Laufschaufeln und Dichtscheibe nach dem Herstellen eines Rotors - geschweißt oder aus Rotorscheiben gestapelt - einer stationären Gasturbine erlaubt. Bevorzugt sind die Dichtscheibensegmente jeweils in Umfangsrichtung mit einem Stufenfalz miteinander gekoppelt. Dadurch ist die Montage der Dichtscheibe an den Rotorkörper einfach, wobei mit Hilfe des Stufenfalzes bei einem Versatz in Umfangsrichtung der einzelnen Dichtscheibensegmente zueinander ein Auseinanderklaffen der Dichtscheibensegmente unterbunden ist. Ferner ist der Dichtring von einer Mehrzahl an in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Dichtringsegmenten gebildet, die jeweils in die am Außenrand des ihnen zugeordneten Dichtscheibensegments eingelegt sind. Folglich stützen sich lediglich der Dichtring bzw. dessen Segmente an den Plattformen und Laufschaufeln ab, was die Dichtwirkung verbessert. Gleichzeitig stützen sich die Dichtscheibensegmente radial nunmehr an der Rotorscheibe unmittelbar ab. Dadurch kann die Fliehkraftbelastung jeder einzelnen Laufschaufelbefestigung reduziert werden, was die Lebensdauer der Rotorscheibe und der Laufschaufel erhöht.
  • Die Dichtringsegmente weisen bevorzugt zwei einander abgewandte Längsenden auf, die jeweils von einem Umschlag gebildet sind, der mit einer an der Nut vorgesehenen Aussparung in Eingriff steht, so dass die Dichtringsegmente in Umfangsrichtung formschlüssig am Außenrand festgelegt sind. Dadurch ist vorteilhaft ein Verschieben des Dichtringsegments in Umfangsrichtung unterbunden. Die Umschläge sind bevorzugt als in Axialrichtung L-förmig umgeformte Schenkel ausgebildet. Dabei weist jeder der Schenkel bevorzugt einen Krümmungsradius auf, der mindestens größer als die Hälfte der Längserstreckung des betroffenen Schenkels ist. Dadurch ist erreicht, dass an den Längsenden das Dichtringsegment an dem Dichtscheibensegment gasdicht anliegt. Ferner ist es bevorzugt, dass die Schenkel in entgegengesetzte Richtungen zeigen, so dass das Dichtringsegment Z-förmig ausgebildet ist.
  • Bevorzugtermaßen weist der Vorsprung eine radial nach innen mündende Nut auf, in die der Außenrand radial beweglich eingreift und an deren Grund der Dichtring anlegbar ist. Dadurch ist vorteilhaft der Außenrand der Dichtscheibe in der Nut des Vorsprungs untergebracht, wodurch schädliche Einflüsse, insbesondere eine mechanische und/oder thermische Belastung, auf den Dichtring reduziert sind. Außerdem ist ein Druckunterschied quer zum Dichtring herabgesetzt, sodass die Abdichtwirkung des Dichtrings hoch ist.
  • Bevorzugtermaßen sind die Dichtringsegmente als ein Band mit einem länglichen Querschnitt ausgebildet, dessen Längsseiten in Radialrichtung sich erstrecken und dessen außenliegende Kurzseite an dem Schaufelfuß anlegbar ist. Dadurch, dass die Längsseiten der Dichtringsegmente in Radialrichtung sich erstrecken, sind die Dichtringsegmente bei ihrer Radialbewegung in der Nut der Dichtringsegmente geführt. Somit ist ein Verdrehen und ein Verkippen der Dichtringsegmente in den Nuten der Dichtscheibensegmente unterbunden. Der Axialturbomaschinenrotor ist bevorzugt ein Axialturbinenrotor und die Laufschaufeln weisen bevorzugt Luftkanäle auf, die am Schaufelfuß in den Hohlraum münden, wobei der Hohlraum zur Kühlluftzufuhr und/oder Kühlluftabfuhr für die Kühlluftkanäle vorgesehen ist.
  • Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Axialturbinenrotors anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • FIG 1
    einen Ausschnitt eines Längsschnitts der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Axialturbinenrotors,
    FIG 2
    Detail A aus FIG 1,
    FIG 3
    Detail B aus FIG 1,
    FIG 4
    eine perspektivische Darstellung eines Dichtscheibensegments,
    FIG 5
    Detail D aus FIG 4 und
    FIG 6
    Detail C aus FIG 4.
  • Wie es aus FIG 1 bis 6 ersichtlich ist, weist ein Axialturbinenrotor 1 eine Mehrzahl an Laufschaufeln 2 auf, die über den Umfang des Axialturbinenrotors 1 aufgereiht sind und dadurch ein Laufschaufelgitter bilden. Der Axialturbinenrotor 1 weist ferner eine Scheibe 3 auf, auf der die Laufschaufeln 2 befestigt sind. Jede Laufschaufel 2 weist ein Schaufelblatt 4 auf, mit dem die Laufschaufel 2 aerodynamisch wirksam ist. Zum Befestigen der Laufschaufel 2 weist diese einen Schaufelfuß 5 auf, der formschlüssig in der Scheibe 3 gehalten ist, so dass von dem Schaufelfuß 5 die Laufschaufel 2 in Radialrichtung festgelegt ist. Zwischen dem Schaufelblatt 4 und dem Schaufelfuß 5 ist eine Fußplatte 7 der Laufschaufel 2 vorgesehen, die in Axialrichtung und in Umfangsrichtung sich erstreckt sowie an ihrer radial außenliegenden Seite aerodynamisch wirksam ist.
  • Die Scheibe 2 ist stirnseitig mit einer senkrecht zur Achse des Axialturbinenrotors verlaufenden Fläche begrenzt. Axial im Abstand zu dieser Fläche ist eine Dichtscheibe 7 angeordnet, wodurch zwischen der Dichtscheibe 7 und der Scheibe 3 ein Hohlraum ausgebildet ist. Dadurch ist von der Dichtscheibe 7 der Hohlraum von der Heißgasseite 8 des Axialturbinenrotors begrenzt. Der Hohlraum ist ein Kühlluftzuführkanal 9, der zur Kühlluftzufuhr von Kühlluft zu dem Schaufelfuß 5 vorgesehen ist. Ein in Bezug auf die mittlere Wandstärke der Dichtscheibe 7 aufgedickter Innenrand 22 der Dichtscheibe 7 ist mit der Scheibe 3 radial verhakt, wodurch im Betrieb die Dichtscheibe 7 unmittelbar von der Scheibe 3 radial gehalten wird.
  • Der Außenrand 10 der Dichtscheibe 7 ist radial benachbart zur radial innenliegenden Seite der Fußplatte 6 angeordnet, wobei der Außenrand 10 der Dichtscheibe 7 in eine in der radial innenliegenden Seite der Fußplatte 6 vorgesehenen, umlaufenden Nut 11 eingreift. Im Außenrand 10 der Dichtscheibe 7 ist eine umlaufende Nut 12 vorgesehen, die radial nach außen in die Nut 11 der Fußplatte 6 mündet. Der Außenrand 10 der Dichtscheibe 7 ist radial im Abstand vom Grund der Nut 11 der Fußplatte 6 angeordnet, so dass ein Radialspiel 13 vorgesehen ist.
  • In der Nut 12 der Dichtscheibe 7 ist ein Dichtring 14 eingelegt, der einen Querschnitt hat, der in Radialrichtung länglich bzw. rechteckig ausgebildet ist. Die Nut 12 in der Dichtscheibe 7 ist in der Dichtscheibe 7 derart tief vorgesehen, dass der Dichtring 14 in der Nut 12 bündig mit dem Außenrand 10 der Dichtscheibe 7 versenkbar ist.
  • Beim Betrieb des Axialturbinenrotors 1 wirkt auf den Dichtring 14 eine Zentrifugalkraft, die zu einer Radialbewegung 15 des Dichtrings führt. Die Radialbewegung 15 wird von dem Dichtring 14 vollzogen, bis der Dichtring 14 an dem Grund der Nut 11 in der Fußplatte 6 anliegt. Das Radialspiel 13 ist auf die Radialerstreckung des Dichtrings 14 derart eingestellt, dass beim Anliegen des Dichtrings 14 am Grund der Nut 11 der Fußplatte 6 der Dichtring 14 dennoch mit der Nut 12 im Außenrand 10 der Dichtscheibe 7 in Eingriff steht.
  • Die Dichtscheibe 7 ist von einer Mehrzahl an Dichtscheibensegmenten 16 gebildet, die über dem Umfang nebeneinanderliegend aufgereiht sind. An ihren Rändern, an denen die Dichtscheibensegmente 16 miteinander benachbart angeordnet sind, ist jeweils ein Stufenfalz 17 ausgebildet, der von einem Anschlag 18 des einen Dichtscheibensegments 16 und einer mit dem Anschlag 18 korrespondierenden Stufe 19 des anderen, benachbarten Dichtscheibensegments gebildet ist.
  • Analog zur Aufteilung der Dichtscheibe 7 in die Dichtscheibensegmente 16 ist der Dichtring 14 in Dichtringsegmente 20 unterteilt, wobei jedes Dichtringsegment 20 den Außenrand 10 des ihm zugeordneten Dichtscheibensegments 14 in Umfangsrichtung überspannt. Jedes Dichtringsegment 20 weist zwei einander abgewandte Dichtringsegmentlängsenden 21 auf. Jedes Dichtringsegmentlängsende 21 ist in Axialrichtung umgelegt, wodurch an jedem Dichtringsegmentlängsende 21 ein Schenkel 22 geformt ist, mit dem das Dichtringsegmentlängsende 21 L-förmig ausgebildet ist. An jedem Schenkel 22 ist eine Krümmung mit einem Krümmungsradius 23 vorgesehen, wobei am Außenrand 10 des Dichtscheibensegments 16 eine entsprechend geformte Aussparung 24 gefertigt ist. Die Schenkel 22 und die Aussparungen 24 sind an dem Außenrand 10 der Dichtscheibensegmente 16 so angeordnet, dass die Schenkel 22 in Axialrichtung weg von dem Anschlag 18 bzw. der Stufe 19 zeigen. Somit ist die Festigkeit der Dichtscheibensegmente 16 im Bereich des Stufenfalzes 17 durch das Vorsehen der Aussparung 24 nicht übermäßig beeinträchtigt.

Claims (9)

  1. Axialturbomaschinenrotor mit einem um die Rotorachse rotationssymmetrisch ausgebildeten Rotorkörper (3),
    einem Laufschaufelkranz, der eine Mehrzahl an Laufschaufeln (2) aufweist, die jeweils mit ihrem Schaufelfuß (5) an dem Rotorkörper (3) festgelegt sind,
    und einer um die Rotorachse rotationssymmetrisch ausgebildeten Dichtscheibe (7), die mit ihrem Außenrand (10) radial innerhalb benachbart an einem axial sich erstreckenden Vorsprung (6) des Schaufelfußes (5) angeordnet ist, so dass zwischen dem Schaufelfuß (5) und der Dichtscheibe (7) ein Hohlraum (9) ausgebildet ist,
    wobei am Außenrand (10) eine radial nach außen mündende, Nut (12) vorgesehen ist, in der ein Dichtring (14) gelagert ist, der beim Betrieb des Rotors (1) unter Einwirkung der Zentrifugalkraft (15) radial nach außen in der Nut (12) gleitbar ist, bis der Dichtring (14) radial an der Innenseite des Vorsprungs (6) anliegt und dadurch den Hohlraum (9) am Schaufelfuß (5) abdichtet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Dichtscheibe (7) von einer Mehrzahl an Dichtscheibensegmenten (16) und der Dichtring (14) von einer Mehrzahl an in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Dichtringsegmenten (20) gebildet ist, die sich jeweils radial am Rotorkörper (3) unmittelbar abstützten und
    wobei die jeweiligen Dichtringsegmente (20) in die am Außenrand (10) des ihnen zugeordneten Dichtscheibensegments (16) eingelegt sind.
  2. Axialturbomaschinenrotor gemäß Anspruch 1,
    wobei die Dichtringsegmente (20) zwei einander abgewandte Längsenden (21) aufweisen, die jeweils von einem Umschlag (22) gebildet sind, der mit einer an der Nut (12) vorgesehnen Aussparung (24) in Eingriff steht, so dass die Dichtringsegmente (20) in Umfangsrichtung formschlüssig am Außenrand (10) festgelegt sind.
  3. Axialturbomaschinenrotor gemäß Anspruch 1 oder 2,
    wobei der Vorsprung eine radial nach innen mündende Nut (11) aufweist, in die der Außenrand (10) radial beweglich eingreift und an deren Grund der Dichtring (14) anlegbar ist.
  4. Axialturbomaschinenrotor gemäß Anspruch 1, 2 oder 3,
    wobei die Dichtscheibensegmente (16) jeweils in Umfangsrichtung mit einem Stufenfalz (17) miteinander gekoppelt sind
  5. Axialturbomaschinenrotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
    wobei die Umschläge als in Axialrichtung L-förmig umgeformte Schenkel (22) ausgebildet sind.
  6. Axialturbomaschinenrotor gemäß Anspruch 5,
    wobei jeder der Schenkel (22) einen Krümmungsradius (23) aufweist, der mindestens größer als die Hälfte der Längserstreckung des betroffenen Schenkels (22) ist.
  7. Axialturbomaschinenrotor gemäß Anspruch 5 oder 6,
    wobei die Schenkel (22) in entgegengesetzte Richtungen zeigen, so dass das Dichtringsegment (20) Z-förmig ausgebildet ist.
  8. Axialturbomaschinenrotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,
    wobei die Dichtringsegmente (20) als ein Band mit einem länglichen, vorzugsweise rechteckigen Querschnitt ausgebildet sind, dessen Längsseiten in Radialrichtung sich erstrecken und dessen außen liegende Kurzseite an dem Schaufelfuß (5) anlegbar ist.
  9. Axialturbomaschinenrotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
    wobei der Axialturbomaschinenrotor ein Axialturbinenrotor (1) ist und die Laufschaufeln (2) Kühlluftkanäle aufweisen, die am Schaufelfuß (5) in den Hohlraum (9) münden,
    wobei der Hohlraum (9) zur Kühlluftzufuhr und/oder Kühlluftabfuhr für die Kühlluftkanäle vorgesehen ist.
EP10715749.7A 2009-03-31 2010-03-26 Axialturbomaschinenrotor mit dichtscheibe Not-in-force EP2414641B1 (de)

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