WO2002090720A1 - Anordnung für eine nicht-hermetische dichtung - Google Patents

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WO2002090720A1
WO2002090720A1 PCT/DE2002/001402 DE0201402W WO02090720A1 WO 2002090720 A1 WO2002090720 A1 WO 2002090720A1 DE 0201402 W DE0201402 W DE 0201402W WO 02090720 A1 WO02090720 A1 WO 02090720A1
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ring
bristles
sealing
sealing ring
brush
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PCT/DE2002/001402
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Stefan Beichl
Wilhelm GRÄBELDINGER
Alexander Rauschmeier
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Mtu Aero Engines Gmbh
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    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
    • F16J15/3288—Filamentary structures, e.g. brush seals
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
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    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals
    • F05D2240/56—Brush seals

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for a non-hermetic seal between a stator and a rotor of a turbomachine, according to the preamble of claim 1.
  • turbomachines refers to power-absorbing and bladed turbomachines with stator and rotor, such as compressors, pumps and turbines.
  • the invention is particularly aimed at gas turbines in an at least partially axial design for mobile and stationary applications, but it can also be of interest, for example, for steam turbines. This specifically concerns the sealing area between the guide vanes and the rotor radially within the actual flow channel. In gas turbine technology, this area is often referred to as the Inner Air Seal (IAS).
  • IAS Inner Air Seal
  • a spoke centering offers advantages where, due to thermal influences, significant relative dimensional changes occur between coaxially arranged, connected components. Since the thermal exposure and the heat capacity of neighboring components can be very different, one component, for example, stretches earlier, faster or more than another, adjacent component.
  • a spoke centering comprises at least three bearing points evenly distributed over the circumference of the component, each with radial relative mobility.
  • the bearing points with a translational degree of freedom can be designed, for example, as a sliding block / groove or pin / socket combination. Spoke-centered components are locked against rotation and remain concentric with relative changes in size (circumference, diameter). There is also a relative axial fixation realizable.
  • a contact element (9) in the form of an edge or bead is present on the side with a lower operating pressure, against which the brush sealing ring (positions 1, 2) is pressed, and also a sealing function takes over.
  • the contact element (9) seals on the radially outer edge of a brush sealing face, so that the operating pressure difference is effective on a large part of the brush sealing face.
  • the effective area extends radially from the rotating sealing surface on the inner part (3) to the contact element (9). The product of the pressure difference and effective area can lead to a considerable axial force on the brush sealing ring and ultimately the contact element.
  • the object of the invention is to provide an arrangement for a non-hermetic seal between a ring-shaped guide vane grille and a rotor of an at least partially axial type turbomachine which, using the principle of the spoke-centered brush seal, makes significant improvements by reducing friction and wear, by means of a centering without force and by reducing the secondary leakage in the area of the axial contact surface of the brush sealing ring.
  • a support ring is arranged in radial proximity to the rotating sealing surface, which is integrally connected to the guide vane feet and is therefore no longer part of the brush sealing ring.
  • the arrangement is relieved of pressure axially as far as possible and thus free of forces, since the operating pressure difference is effective in the area of the small, annular bristle surface between the rotor and the support ring.
  • the support ring Since the expected bristle wear on the support ring is small and tends to be smaller than the wear on the rotating sealing surface, the latter type of wear should remain the criterion for an exchange of the brush sealing ring. It is assumed that beyond the replacement of the brush sealing ring, relevant repair measures will not be necessary either on the rotor or on the guide vane feet including the support ring. Depending on whether the guide vanes of a ring are all integrally connected or arranged in segments or as individual parts, the support ring will also be made in one piece or interrupted by parting lines, that is to say segmented.
  • FIG. 1 shows a partial longitudinal section through a gas turbine in the area of an inner air seal
  • FIG. 2 shows an axial partial view of the sealing elements according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a cross section through a brush sealing ring with guide element
  • FIG. 4 shows an axial partial view of the brush sealing ring according to FIG. 3
  • FIG. 5 shows a cross section with a burst sealing ring with stiffening ring and with guide elements
  • FIG. 6 shows an axial partial view of the brush sealing ring according to FIG. 5
  • FIG. 7 shows a cross section through a brush sealing ring in a welded construction with guide elements
  • FIG. 8 shows an axial partial view of the brush sealing ring according to FIG. 7
  • 9 shows an axial partial view of the sealing elements according to FIG. 1 in the region of a parting line.
  • FIG. 1 shows an arrangement 1 according to the invention in the area of an inner air seal of a gas turbine engine.
  • a guide vane 2 can be seen, the suspension of which on the stator, i.e. on the engine housing, is not shown, since it should be carried out in a known manner.
  • Left and right, i.e. Upstream and downstream of the guide blade 2 rotor blades 8 and 9 can be seen, which are components of a rotor 6.
  • the latter also includes a co-rotating, cylindrical sealing surface 7.
  • the foot 3 of the guide vane 2 extends radially inwards, here downwards, into the actual sealing area on the rotor. All guide blades 2 together, including their feet 3, form a rotor-concentric ring with an essentially radial blade orientation.
  • the guide vanes are often integrally connected, e.g. in the form of a cast or welded construction, in larger machines it is common to combine several blades integrally to form a segment, in which case several such segments form a vane ring. There are parting lines between the segments, which can be bridged with suitable sealing elements if necessary. In extreme cases, each individual guide vane forms a separate component, which can make assembly easier.
  • a burst sealing ring 10 is suspended from the guide vane feet 3 via a spoke centering 4.
  • the arrangement 1 separates a room with a higher operating pressure p1 from a room with a lower operating pressure p2.
  • a possibly segmented support ring 5 for the bristles of the brush sealing ring 10 is arranged at a small radial distance A from the sealing surface 7 and is optionally connected to the guide vane feet 3. Since the spoke centering 4 is designed to be pressure-permeable, the higher operating pressure p1 also acts on the right end face of the brush sealing ring up to the point where the support ring 5 bears against the bristles.
  • FIG. 2 shows a partial axial view of the sealing elements for better understanding.
  • the rotating sealing surface 7, the bristles 13 which are set at an angle ⁇ in accordance with the direction of rotation, and a sliding block-like guide element 22 which is mounted in a groove 16 of the guide vane foot 3 in a radially displaceable manner. It would also be conceivable to arrange the groove on the brush sealing ring and the sliding block on the guide blade root.
  • FIG. 3 shows, on a larger scale, an axial section through the brush sealing ring 10 in the region of the guide element 22.
  • This is a frictional variant of the brush sealing ring, in which the bristles 13 are guided around a core 19 and fixed by means of a C-shaped clamping ring 17 , Both ends of each bristle are thus in the sealing area on the rotor.
  • the guide element 22 is frictionally and adjustably fixed on the clamping ring 17 by means of a clamping screw 26.
  • Figure 4 shows the associated axial view.
  • FIG. 5 shows a burst sealing ring 11, the brush element of which is stabilized by means of a two-part stiffening ring 28.
  • a two-part stiffening ring 28 Such an embodiment is suitable for geometries with a larger diameter, in which the unit comprising the clamping ring 18, core 20 and bristles 14 would no longer be sufficiently dimensionally stable.
  • the stiffening ring 28 is guided around the outer circumference of the clamping ring 18 and also holds it positively against deflections in both axial directions.
  • an integral cover ring 29 is guided radially inward relatively far, which can protect the bristles 14 in particular against rotation-induced eddy currents.
  • the guide elements 23, 24 for the spoke centering are fastened here by means of a rivet 27, which also holds the parts of the stiffening ring 28 together.
  • the guide elements 23, 24 can be made rotatable about the rivet axis, which can benefit the smooth running of the spoke centering.
  • a cover ring can often be dispensed with.
  • Another version could look like a shoulder on the stiffening ring as axial stop serves for the brush element, whereas on the other side radially inwardly drawn guide elements take over this function.
  • FIG. 6 shows the axial view belonging to FIG. 5.
  • FIG. 7 shows a burst sealing ring 12, the bristles 15 of which are not - or at least not exclusively - clamped in a frictionally engaged manner, but are integrally integrated into a retaining ring by means of a weld seam 30.
  • a comparable fastening could also be achieved by soldering or gluing, with possibly reduced temperature resistance.
  • the guide elements 25 on both sides are machined out of the retaining ring 21 by material removal, e.g. by milling or ECM processing.
  • FIG. 8 again shows the associated axial view.
  • Figure 9 finally relates to designs with parting lines between guide vane feet, i.e. Versions with segmented vanes or arranged as individual parts.
  • the bristles 13 are placed at an angle to the rotating sealing surface 7 - more precisely to their local tangent.
  • the otherwise radial parting line is guided in the bristle region at an angle ⁇ , which preferably results in a right-angled crossover with the bristle direction ⁇ . If this leads to problems regarding the mounting of the guide vanes, the parting line can also be angled less or only run radially.
  • the arrangement of the bristles in the brush sealing ring can be not only predominantly radial but also axial with the free ends being bent radially (hook brush seal).

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Abstract

Anordnung für eine nicht-hermetische Dichtung zwischen einem Stator und einem Rotor einer Turbomaschine im Fussbereich von statorzugehörigen Leitschaufeln, mit einem über eine Speichenzentrierung an den Leitschaufeln gelagerten Bürstendichtring, dessen Borsten mit einer rotierenden Dichtfläche eine definiert durchlässige Fluidsperre bilden. Auf der Dichtungsseite mit niedrigerem Betriebsdruck ist in geringem Abstand zur rotierenden Dichtfläche ein Stützring für die Borsten angeordnet, der mit den Leitschaufelfüssen integral verbunden ist und mittels Trennfugen segmentiert sein kann. Die Speichenzentrierung ist druckdurchlässig ausgeführt, wodurch der Bürstendichtring mit Ausnahme der Borstenfläche zwischen Dichtfläche und Stützring axial druckentlastet ist.

Description

Anordnung für eine nicht-hermetische Dichtung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine nicht-hermetische Dichtung zwischen einem Stator und einem Rotor einer Turbomaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Mit dem Begriff Turbomaschinen sind Leistung aufnehmende und Leistung erzeugende, beschaufelte Strömungsmaschinen mit Stator und Rotor gemeint, wie Verdichter, Pumpen und Turbinen. Die Erfindung zielt insbesondere auf Gasturbinen in zumindest teilweise axialer Bauart für mobile und stationäre Anwendungen ab, sie kann aber beispielsweise auch für Dampfturbinen von Interesse sein. Dabei geht es konkret um den Dichtungsbereich zwischen Leitschaufeln und Rotor radial innerhalb des eigentlichen Strömungskanales. In der Gasturbinentechnik wird dieser Bereich häufig als Inner Air Seal (IAS) bezeichnet.
Die DE 196 28 559 A1 beschreibt eine gattungsgemäße Anordnung für die Inner Air Seal mit einem statorzugehörigen, an den Leitschaufelfüßen mittels einer Speichenzentrierung gelagerten Burstendichtring, der zusammen mit einer zylindrischen Rotorfläche eine definiert durchlässige Fluidsperre bildet. Das Prinzip der Speichenzentrierung bringt dort Vorteile, wo bedingt durch thermische Einflüsse deutliche relative Maßänderungen zwischen koaxial angeordneten, verbundenen Bauteilen auftreten. Da die thermische Beaufschlagung und die Wärmekapazität benachbarter Bauteile sehr unterschiedlich sein können, dehnt sich beispielsweise ein Bauteil früher, schneller oder stärker als ein anderes, angrenzendes Bauteil. Eine Speichenzentrierung umfasst mindestens drei gleichmäßig über den Bauteilumfang verteilte Lagerstellen mit jeweils radialer Relativbeweglichkeit. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Bauteile gleichmäßig expandieren und kontrahieren, das heißt Maßänderungen im wesentlichen ohne Formänderungen verlaufen. In vielen Anwendungen ist dies zumindest näherungsweise gegeben, wobei Lagerspiele und Elastizitäten kleine Abweichungen kompensieren. Die Lagerstellen mit einem translatorischen Freiheitsgrad können z.B. als Gleitstein/Nut- oder Zapfen/Buchse-Kombination ausgeführt sein. Speichenzentriert verbundene Bauteile sind gegeneinander verdrehgesichert und bleiben bei relativen Maßänderungen (Umfang, Durchmesser) konzentrisch. Eine relative Axialfixierung ist dabei ebenso realisierbar. Bei der Ausführung gemäß vorliegender Offenlegungsschrift DE 196 28 559 A1 ist beispielsweise ein Anlageelement (9) in Form eines Randes oder Wulstes auf der Seite mit niedrigerem Betriebsdruck vorhanden, gegen das der Burstendichtring (Positionen 1,2) gedrückt wird, und das auch eine Dichtfunktion übernimmt. Das Anlageelement (9) dichtet am radial äußeren Rand einer Bürstendichtringstirnfläche ab, so dass die Betriebsdruckdifferenz auf einem Großteil der Bürstendichtringstirnseite wirksam ist. Die hierbei wirksame Fläche erstreckt sich radial von der rotierenden Dichtfläche am Innenteil (3) bis zum Anlageelement (9). Das Produkt aus Druckdifferenz und wirksamer Fläche kann zu einer beachtlichen Axialkraft auf den Burstendichtring und letztlich das Anlageelement führen. In Verbindung mit den zyklisch auftretenden, radialen Relativbewegungen zwischen dem Burstendichtring (Pos. 1) und dem Anlageelement (9) hat dies hohe Reibung und Verschleiß (Fret- ting etc.) zur Folge. Bei der Inner Air Seal ist es in der Regel so, dass die radial außen am Gehäuse aufgehängten Leitschaufeln bei Heißgasbeaufschlagung radial nach innen, d.h. zum Burstendichtring hin, „wachsen" und sich bei Abkühlung wieder radial nach außen „zurückziehen". Dies geschieht bei jeder thermischen Be- und Entlastung. Abgesehen von Reibung und Verschleiß kann auch die „freie" Zentrierung behindert werden, so dass sich ggf. der Burstendichtring verformt, und damit die Dichtwirkung verändert wird.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Anordnung für eine nichthermetische Dichtung zwischen einem kranzförmigen Leitschaufelgitter und einem Rotor einer zumindest bereichsweise in Axialbauart ausgeführten Turbomaschine bereitzustellen, die unter Anwendungen des Prinzips der speichenzentrierten Bürstendichtung deutliche Verbesserungen durch eine Reduzierung von Reibung und Verschleiß, durch eine zwangs- kräftefreie Zentrierung sowie durch eine Reduzierung der Sekundärleckage im Bereich der axialen Anlagefläche des Bürstendichtringes bringt.
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst, in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen in dessen Oberbegriff. Als dichtendes Anlageelement für die Borsten auf der Seite mit niedrigerem Betriebsdruck ist in radialer Nähe zur rotierenden Dichtfläche ein Stützring angeordnet, der integral mit den Leitschaufelfüßen verbunden und somit nicht mehr Bestandteil des Bürstendichtringes ist. In Verbindung mit einer druckdurchlässigen Ausführung der Speichenzentrierung wird die Anordnung axial weitestgehend druckentlastet und somit kräftefrei, da die Betriebsdruckdifferenz nur im Bereich der kleinen, ringförmigen Borstenfläche zwischen Rotor und Stützring wirksam ist. Da der zu erwartende Borstenverschleiß am Stützring gering und tendenziell eher kleiner als der Verschleiß an der rotierenden Dichtfläche sein dürfte, sollte die letztgenannte Verschleißart das Kriterium für einen Austausch des Bürstendichtringes bleiben. Es wird davon ausgegangen, dass über den Austausch des Bürstendichtringes hinaus weder am Rotor noch an den Leitschaufelfüßen einschließlich Stützring relevante Instandsetzungsmaßnahmen erforderlich sein werden. In Abhängigkeit davon, ob die Leitschaufeln eines Kranzes sämtlich Integral verbunden oder in Segmenten bzw. als Einzelteile angeordnet sind, wird auch der Stützring einteilig oder von Trennfugen unterbrochen, das heißt segmentiert, ausgeführt sein. Einzelne Leitschaufeln oder Segmente geringer Schaufelzahl können sich im Betrieb geringfügig um eine -gedachte- radiale Achse elastisch verwinden (Twist), so dass die Stützringsegmente an den Leitschaufelfüßen nicht mehr eine optimal plane, sondern an den Trennfugen leicht gestufte Anlagefläche bilden. Dies wird von den Borsten elastisch ausgeglichen, ohne die Dichtwirkung zu beeinträchtigen. Es sei angemerkt, dass bei Anordnungen nach dem Stand der Technik (siehe u.a. DE 196 28 559 A1) zwischen verwundenen Anlagesegmenten und dem starren Bürstenträger ungewollte Leckageströme (Sekundärleckage) in relevanter Größenordnung entstehen können.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch gekennzeichnet.
Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung:
Figur 1 einen Teillängsschnitt durch eine Gasturbine im Bereich einer Inner Air Seal, Figur 2 eine axiale Teilansicht der Dichtungselemente gemäß Figur 1 , Figur 3 einen Querschnitt durch einen Burstendichtring mit Führungselement, Figur 4 eine axiale Teilansicht des Bürstendichtringes gemäß Figur 3, Figur 5 einen Querschnitt durch einen Burstendichtring mit Versteifungsring und mit Führungselementen,
Figur 6 eine axiale Teilansicht des Bürstendichtringes gemäß Figur 5, Figur 7 einen Querschnitt durch einen Burstendichtring in Schweißkonstruktion mit Führungselementen, Figur 8 eine axiale Teilansicht des Bürstendichtringes gemäß Figur 7, und Figur 9 eine axiale Teilansicht der Dichtungselemente gemäß Figur 1 im Bereich einer Trennfuge.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 1 im Bereich einer Inner Air Seal eines Gasturbinentriebwerkes. Man erkennt eine Leitschaufel 2, deren Aufhängung am Stator, d.h. am Triebwerksgehäuse, nicht dargestellt ist, da sie in bekannter Weise ausgeführt sein soll. Links und rechts, d.h. stromaufwärts und stromabwärts der Leitschaufel 2 erkennt man Laufschaufeln 8 und 9, die Bestandteile eines Rotors 6 sind. Zu letzterem gehört auch eine mitrotierende, zylindrische Dichtfläche 7. Der Fuß 3 der Leitschaufel 2 erstreckt sich radial nach innen, hier nach unten, bis in den eigentlichen Dichtungsbereich am Rotor. Alle Leitschaufeln 2 zusammen, einschließlich ihrer Füße 3, bilden einen rotorkonzentrischen Kranz mit im wesentlichen radialer Schaufelorientierung. Bei kleineren Gasturbinen sind die Leitschaufeln häufig integral verbunden, z.B. in Form einer gegossenen bzw. geschweißten Konstruktion, bei größeren Maschinen ist es üblich, mehrere Schaufeln integral zu einem Segment zusammenzufassen, wobei dann mehrere solcher Segmente einen Leitschaufelkranz bilden. Zwischen den Segmenten sind Trennfugen vorhanden, die bedarfsweise mit geeigneten Dichtungselementen überbrückt werden. Im Extremfall bildet jede einzelne Leitschaufel ein separates Bauteil, was die Montage erleichtern kann.
Die vorliegende Erfindung ist prinzipiell bei allen diesen Varianten anwendbar. Als statisches Dichtungselement ist ein Burstendichtring 10 über eine Speichenzentrierung 4 an den Leitschaufelfüßen 3 aufgehängt. Die Anordnung 1 trennt einen Raum mit höherem Betriebsdruck p1 von einem Raum mit niedrigerem Betriebsdruck p2. Auf der Seite niedrigeren Druckes ist in geringem radialem Abstand A zur Dichtfläche 7 ein integral mit den Leitschaufelfüßen 3 verbundener, ggf. segmentierter Stützring 5 für die Borsten des Bürstendichtringes 10 angeordnet. Da die Speichenzentrierung 4 druckdurchlässig ausgeführt ist, wirkt der höhere Betriebsdruck p1 auch auf die rechte Stirnseite des Bürstendichtringes bis hin zur Anlage des Stützringes 5 an den Borsten. Lediglich die sehr kleine, ringförmige Borstenfläche B zwischen Dichtfläche 7 und Stützring 5 wird durch den Differenzdruck p1 - p2 belastet, so dass sich nur eine kleine resultierende Axialkraft auf die Borstenenden und den Stützring 5 ergibt. Die Speichenzentrierung 4 ist somit axial druckentlastet, d.h. weitgehend reibungs- und verschleißarm. Figur 2 zeigt zum besseren Verständnis eine axiale Teilansicht der Dichtungselemente. Man erkennt die rotierende Dichtfläche 7, die hierzu drehrichtungskonform unter einem Winkel α angestellten Borsten 13, sowie ein gleitsteinartiges Führungselement 22, das in einer Nut 16 des Leitschaufelfußes 3 radial verschiebbar gelagert ist. Es wäre auch denkbar, die Nut am Burstendichtring und den Gleitstein am Leitschaufelfuß anzuordnen.
Figur 3 zeigt in größeren Maßstab einen axialen Schnitt durch den Burstendichtring 10 im Bereich des Führungselementes 22. Es handelt sich hier um eine reibschlüssige Variante des Bürstendichtringes, bei der die Borsten 13 um einen Kern 19 herumgeführt und mittels eines C-förmigen Klemmringes 17 fixiert sind. Beide Enden jeder Borste liegen somit im Dichtungsbereich am Rotor. Als Teil der Speichenzentrierung ist das Führungselement 22 mittels einer Klemmschraube 26 reibschlüssig und verstellbar auf dem Klemmring 17 fixiert.
Figur 4 zeigt die zugehörige, axiale Ansicht.
Figur 5 stellt einen Burstendichtring 1 1 dar, dessen Bürstenelement mittels eines zweiteiligen Versteifungsringes 28 stabilisiert ist. Eine solche Ausführung bietet sich für Geometrien mit größerem Durchmesser an, bei denen die Einheit aus Klemmring 18, Kern 20 und Borsten 14 für sich nicht mehr ausreichend formstabil wäre. Der Versteifungsring 28 ist um den Außenumfang des Klemmringes 18 geführt und hält diesen auch formschlüssig gegen Auslenkungen in beide Axialrichtungen fest. Auf der Seite höheren Betriebsdruckes ist ein integraler Deckring 29 radial relativ weit nach innen geführt, der die Borsten 14 insbesondere gegen rotationsinduzierte Wirbelströmungen schützen kann. Die Führungselemente 23, 24 für die Speichenzentrierung sind hier mittels eines Niets 27 befestigt, der auch die Teile des Versteifungsringes 28 zusammenhält. Bei entsprechender Konstruktion können die Führungselemente 23,24 um die Nietachse drehbar ausgeführt sein, was der Leichtgängigkeit der Speichenzentrierung zugute kommen kann. Es wäre auch möglich, die axiale Erstreckung des Versteifungsringes nur so groß wie diejenige des Klemmringes zu wählen, wobei radial nach innen gezogene Führungselemente die axiale Fixierung des Bürstenelementes übernehmen könnten. Dies entspräche mehr einer Leichtbauweise. Je nach den lokalen Strömungsverhältnissen kann man häufig auf einen Deckring verzichten. Eine weitere Ausführung könnte so aussehen, dass auf einer Seite eine Schulter am Versteifungsring als axialer Anschlag für das Bürstenelement dient, wohingegen auf der anderen Seite radial nach innen gezogene Führungselemente diese Funktion übernehmen.
Figur 6 stellt die zu Figur 5 gehörige, axiale Ansicht dar.
Figur 7 zeigt einen Burstendichtring 12, dessen Borsten 15 nicht - oder wenigstens nicht ausschließlich - reibschlüssig geklemmt, sondern mittels einer Schweißnaht 30 stoffschlüssig in einen Haltering integriert sind. Eine vergleichbare Befestigung könnte auch durch Löten oder Kleben erreicht werden, bei ggf. reduzierter Temperaturbeständigkeit. Die beidsei- tigen Führungselemente 25 sind hier durch Werkstoff abtrag aus dem Haltering 21 herausgearbeitet, z.B. durch Fräsen oder ECM-Bearbeitung.
Figur 8 zeigt wiederum die zugehörige, axiale Ansicht.
Figur 9 schließlich betrifft Ausführungen mit Trennfugen zwischen Leitschaufelfüßen, d.h. Versionen mit segmentierten oder als Einzelteile angeordneten Leitschaufeln. Man erkennt zwei benachbarte Leitschaufelfüße 3 mit einer dazwischenliegenden Trennfuge 31, welche auch den Stützring 5 örtlich unterbricht. Die Borsten 13 sind in einem Winkel zur rotierenden Dichtfläche 7 - genauer gesagt zu deren örtlicher Tangente - angestellt. Um ein Verhaken oder Verklemmen der Borsten 13 bei Bewegungen relativ zur Trennfuge 31 in letzterer zu vermeiden, ist die im übrigen radial verlaufende Trennfuge im Borstenbereich unter einem Winkel ß geführt, der eine vorzugsweise rechtwinkelige Überkreuzung mit der Borstenrichtung α zur Folge hat. Falls dies zu Problemen hinsichtlich der Leitschaufelmontage führt, kann die Trennfuge auch weniger stark abgewinkelt werden bzw. nur radial verlaufen.
Es sei noch angemerkt, dass die Anordnung der Borsten im Burstendichtring nicht nur vorwiegend radial sondern auch axial mit radialer Abwinkelung der freien Enden sein kann (Hakenbürstendichtung).

Claims

Anordnung für eine nicht-hermetische DichtungPatentansprüche
1. Anordnung für eine nicht-hermetische Dichtung zwischen einem Stator und einem Rotor einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, im Fußbereich von statorzugehörigen, axial durchströmten sowie als kranzförmiges Gitter rotorkonzentrisch angeordneten Leitschaufeln, mit einem über eine sogenannte Speichenzentrierung am Leitschaufelgitter gelagerten Burstendichtring, dessen Borsten mit einer rotierenden, zylindrischen Dichtfläche eine definiert durchlässige Fluidsperre bilden, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Dichtungsseite mit in der Regel niedrigerem Betriebsdruck (p2) in geringem radialem Abstand (A) zur rotierenden Dichtfläche (7) ein Stützring (5) für eine a- xiale, dichtende Abstützung der Borsten (13, 14, 15) angeordnet und mit den Leitschaufelfüßen (3) integral verbunden ist, der, wie die Leitschaufeln (2) bzw. Leitschaufelsegmente zwischen sich, Trennfugen (31) aufweisen und somit segmentiert sein kann, und dass die Speichenzentrierung (4) druckdurchlässig ausgeführt ist, wodurch der Burstendichtring (10, 1 1, 12) auf beiden Stirnseiten mit dem selben, höheren Betriebsdruck (p1) beaufschlagt, das heißt axial druckentlastet ist, mit Ausnahme der sich radial von der rotierenden Dichtfläche (7) bis zum Stützring (5) erstreckenden Borstenfläche (B).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Burstendichtring (10, 1 1 , 12) mit reibschlüssiger Borstenfixierung zwischen einem C-förmigen Klemmring (17, 18) und einem Kern (19,20) unter Umschlingung des letzteren oder mit stoffschlüssiger Borstenfixierung in einem Haltering (21) durch Schweißen (30), Löten oder Kleben ausgeführt ist, wobei der freistehende, federnde Bereich der Borsten einen drehrich- tungsabhängigen Anstellwinkel (α) mit radialer und tangentialer Komponente zur rotierenden Dichtfläche (7) aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gleitsteinartige Führungselemente (22 bis 25) reibschlüssig, z.B. mittels Klemmschrauben (26), stoffschlüssig und/oder formschlüssig, z.B. mittels Nieten (27), mit dem Burstendichtring (10, 1 1) verbunden sind oder durch abtragende Fertigung, z.B. durch Fräsen, an diesem (12) ge- formt und somit integral mit diesem verbunden sind und in radialen Nuten (16) an den Leitschaufelfüßen (3) beweglich gelagert sind.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3 mit einem einen C-förmigen Klemmring aufweisend den Burstendichtring, dadurch gekennzeichnet, dass um den Außenumfang des Klemmringes ( 18) herum ein diesen haltender, ein- oder mehrteiliger Versteifungsring (28) angeordnet ist, der auf der dem Stützring (5) axial gegenüberliegenden Dichtungsseite einen integralen, sich radial nach innen bis in den freistehenden Bereich der Borsten (14) erstreckenden Deckring (29) aufweisen kann, wobei die axiale Fixierung des Klemmringes (18) formschlüssig durch den Versteifungsring (28) und/oder durch die gleitsteinar- tigen Führungselemente der Speichenzentrierung erfolgt.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit einem durch Trennfugen segmentierten Stützring für die Borsten des Bürstendichtringes, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfugen (31) zur rotierenden Dichtfläche (7) einen Anstellwinkel (ß) mit radialer und in Relation zu den im jeweiligen Trennfugenbereich angeordneten Borsten (13) tangential entgegengesetzter Komponente aufweisen, so dass sich Borsten ( 13) und Trennfugen (31 ) bei axialer Blickrichtung vorzugsweise in rechtem Winkel kreuzen.
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