WO2005095763A1 - Spaltdichtung zum abdichten eines spalts zwischen zwei benachbarten bauteilen - Google Patents

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WO2005095763A1
WO2005095763A1 PCT/EP2005/051285 EP2005051285W WO2005095763A1 WO 2005095763 A1 WO2005095763 A1 WO 2005095763A1 EP 2005051285 W EP2005051285 W EP 2005051285W WO 2005095763 A1 WO2005095763 A1 WO 2005095763A1
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WO
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gap
sealing body
grooves
sealing
groove
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/051285
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sven Olmes
Mark Richter
Thomas Zierer
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0887—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing the sealing effect being obtained by elastic deformation of the packing

Definitions

  • Gap seal for sealing a gap between two neighboring components
  • the invention relates to a gap seal for sealing a gap between two adjacent components, in particular in turbomachines.
  • turbomachines in particular, individual components of a compressor or a turbine, such as e.g. Guide vanes or rotor blades or heat shield elements, so mounted and mounted on a housing or on a rotor of the turbomachine that there is a gap between adjacent components, which must be sealed in order to avoid leakages and pressure losses in the turbomachine.
  • a gap usually extends perpendicular to the axis of rotation of the compressor or the turbine.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention is based on the object of specifying an improved embodiment for a gap seal of the type mentioned, which in particular also ensures reliable sealing of the gap when the components between which the gap is formed , move relative to each other.
  • the invention is based on the general idea of providing a common sealing body for sealing a gap between two adjacent components, each of which protrudes with a section into an opposite groove that is open toward the gap and the respective outer surface of which seals and seals the gap on one associated first lateral inner side of the respective groove.
  • the two grooves lie essentially opposite one another and each have the said first inner side, which is inclined at a predetermined angle to a gap plane running between the components.
  • the outer sides of the sealing body which are also rectilinear, are inclined at the same angle to the splitting plane as the first lateral inner sides of both grooves, so that, at least in the sealing state, the flat and dense ones Contact of the respective outside of the sealing body on the associated first lateral inside of the groove results.
  • This design means that, on the one hand, relative movements between the components, which cause a change in the gap width, are compensated for by compensating movements of the sealing body in the grooves, by the sealing body depending more or less deeply depending on the gap width in the respective groove.
  • the sealing body has a V-shaped profile cross section, in which one of the The straight side facing away from the rear runs essentially parallel to the outside, which means that a surface available for the contact pressure, i.e. the back of the sealing body, runs parallel to the flat and sealing surface of the outside, which means that particularly favorable force transmission combined with a high sealing effect can be achieved.
  • the sealing body has a rhombus-shaped profile cross section or a pentagonal profile cross section, in which the rear side facing away from the straight outside is orthogonal to the splitting plane. From this it can already be seen that different profile cross sections can be used for effective sealing, which increases flexibility and at the same time ensures effective gap sealing.
  • the sealing body is a metal strip.
  • a sealing body is of high quality and inexpensive to manufacture by the meter and is easy to install.
  • a metallic sealing body ensures reliable sealing of the gap even at higher temperatures, which is particularly advantageous when the gap seal according to the invention is used in turbines and / or compressors.
  • the components are expediently movable relative to one another in such a way that the gap width can change, the sealing body and the grooves being matched to one another such that a minimum gap width in which the components abut one another can be realized.
  • This design ensures that the gap seal is not damaged even in the event of extreme relative movements of the components, which in the borderline case can lie directly against one another, and its sealing function is also guaranteed. Further important features and advantages of the gap seal according to the invention result from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.
  • FIG. 2 shows a representation as in FIG. 1, but with an offset of the two components
  • FIG. 3 shows a representation as in FIG. 1, but with a different sealing body
  • FIG. 4 shows a representation as in FIG. 2, but with a different sealing body
  • FIGS. 1 and 3 shows a representation as in FIGS. 1 and 3, but with a further sealing body.
  • first component 1 which can be formed, for example, by a heat shield element of a turbine, and one second component 2, which can be formed for example by a guide vane of the turbine, a gap 3 is formed, through which the two components 1, 2 adjoin each other.
  • the gap 3 extends in a gap plane 10 running perpendicular to the plane of the drawing, which in a turbomachine can be perpendicular to the axis of rotation of a rotor of a turbine or a compressor.
  • 1 communicates with a first room 4 at the top and with a second room 5 below, whereby the gap 3 establishes a communicating connection between these two rooms 4, 5.
  • the gap 3 In order to avoid gas exchange between the two rooms 4, 5, the gap 3 must be sealed using a gap seal 6.
  • relatively large pressure differences can occur between rooms 4, 5; For example, a pressure pi prevails in the first space 4 that is considerably greater than a pressure p 2 that prevails in the second space 5.
  • each of the two components 1, 2 has a groove 7, which are open towards the gap 3 and are essentially opposite one another.
  • the grooves 7 have a substantially U-shaped cross-section and, with respect to the splitting plane 10, have opposite, straight first side inner sides 15 and second side inner sides 8 and a flat groove base 9. While the groove base 9 runs parallel to the splitting plane 10, the second lateral inner walls 8 extend orthogonally to the splitting plane 10. The two straight first lateral inner walls 15 of both grooves 7, which are opposite to the splitting plane 10, are inclined at a predetermined angle to the splitting plane 10.
  • a sealing body 16 is arranged, which has two rectilinear outer sides 17, which are inclined at the same angle to the splitting plane 10 as the first lateral inner sides 15 of the two grooves 7.
  • the sealing body 16 is designed, for example, as a metal strip and achieves the sealing effect between the first space 4 and the second space 5 by being in the sealing state with its outer sides 17 lies flat and close to the associated first lateral inner sides 15 of the grooves 7.
  • the sealing body 16 can, for example, have a hexagonal, V-shaped profile cross section (cf. FIG. 1), in which a rear side 12 facing away from the rectilinear outer side 17 runs essentially parallel to the outer side 17 and thereby a particularly advantageous transmission of the compressive forces caused by the overpressure pi prevailing in the gap space 11 is transmitted to the outer surface 17 of the sealing body 16 and thus ensures the reliable sealing of the gap 3.
  • the sealing body 16 has a pentagonal profile cross section, in which the rear side 12 facing away from the rectilinear outer side 17 is orthogonal to the splitting plane 10 (compare FIGS. 3 and 4).
  • the sealing body 16 has an essentially oval profile cross section (FIG.
  • the sealing body 16 ' according to FIG. 5 lies at least linearly and sealingly with its outer side 17' on the associated first lateral inner side 15 of the respective groove 7 and thus effects the effective sealing of the gap 3.
  • the sealing body 16 is conceivable that it presses more or less strongly against the lateral inside 15 of the groove 7 by elastic deformation.
  • the sealing body 16 and the grooves 7 are matched to one another in such a way that, despite a relative movement of the two components 1 and 2 relative to one another or despite a change in a gap width, a minimum gap width in which the two components 1 and 2 abut one another can be achieved.
  • a direct distance between the two groove bases 9 is thus always greater than an outer dimension of the sealing body 16 orthogonal to the gap plane 10. This means that when the gap 3 is closed, ie when the two components 1 and 2 are in contact, the sealing body 16 has the two groove bases 9 the grooves 7 not or only slightly touched.
  • the inclination of the outer surfaces 17 of the sealing body 16 and the inclination of the lateral inner surfaces 15 and their dimensions are coordinated with one another in such a way that the gap 3 is reliably sealed even with the maximum possible offset.
  • the inclination of the outer surfaces 17 of the sealing body or the inclination of the lateral ones Inner surfaces 15 decreases with respect to the splitting plane 10, so that overall there is a more acute-angled contact area of the sealing body 16 on the lateral inner surfaces 15.
  • the gap seal 6 also ensures a reliable sealing of the gap 3 when one and / or both components 1, 2 move orthogonally to the gap plane 10 by the sealing body 16 sliding along one and / or both lateral inner sides 15.
  • a gap width to be expected orthogonal to the gap plane 10 can be taken into account beforehand via a correspondingly selected depth of the grooves 7 or a sealing body 16 adapted to it.
  • the gap seal 6 according to the invention works as follows:
  • the sealing body 16 which is preferably designed as a metal strip, rests with its outer side 17 on the first lateral inner side 15 of the groove 7 ,
  • the gap 3 is sealed and thus a separation in terms of printing technology takes place via the contact surfaces of the sealing body 16 with the first lateral inside 15 of the respective groove 7 the first room 4 and the second room 5.
  • the gap seal 6 thus enables reliable sealing even with a defined offset of the two components 1 and 2 to one another.
  • the sealing effect increases with an increasing pressure difference between pi and p 2 due to the correspondingly increasing surface pressure between the sealing body 16 and the inner side 15.
  • the invention provides for a joint sealing body 16 to be used in a gap seal for sealing a gap 3 between two adjacent components 1 and 2, which joint body extends at least in sections into two essentially opposite grooves 7.
  • two rectilinear and opposite first lateral inner sides 15 of both grooves 7 with respect to the splitting plane 10 are inclined at a predetermined angle to the splitting plane 10, specifically at the same angle as two straight outer sides 17 of the sealing body 16.
  • the sealing body 16 lies in each groove 7 its respective outer side 17 flat and close to the associated first lateral inner side 15 of the groove 7 and thus reliably seals the gap 3.
  • An offset movement of the two components 1 and 2 parallel to the splitting plane 10 is compensated for by an adjustment movement of the sealing body 16 parallel to the sliding plane 14, which corresponds to a contact surface between the outside 17 of the sealing body 16 and the lateral inside 15 of the groove 7.
  • the gap seal 6 can also compensate for an offset of the two components 1, 2 orthogonal to the gap plane 10.
  • the sealing body 16 can be a metal strip, for example, and is therefore inexpensive and easy to manufacture. At the same time, an offset, for example caused by thermal expansions and tolerances in the manufacturing process, can be compensated for in a structurally particularly simple manner and a high sealing effect can thereby be obtained.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spaltdichtung (6) zum Abdichten eines Spalts (3) zwischen zwei benachbarten Bauteilen (1, 2), insbesondere bei Strömungsmaschinen, mit folgenden Merkmalen: jedes Bauteil (1, 2) weist jeweils eine zum Spalt (3) hin offene Nut (7) auf, die beiden Nuten (7) liegen sich im Spalt (3) im wesentlichen gegenüber, ein gemeinsamer Dichtkörper (16) ragt in beide Nuten (7) hinein, zwei geradlinige und bezüglich der Spaltebene (10) gegenüberliegende erste seitliche Innenseiten (15) beider Nuten (7) sind mit einem vorbestimmten Winkel zur Spaltebene (10) geneigt, zwei geradlinige Außenseiten (17) des Dichtkörpers (16) sind mit demselben Winkel zur Spaltebene (10) geneigt wie die ersten seitlichen Innenseiten (15) beider Nuten (7), zumindest im Dichtzustand liegt in jeder Nut (7) die jeweilige Außenseite (17) des Dichtkörpers (16) flächig und dichtend an der zugehörigen ersten seitlichen Innenseite (15) der Nut (7) an.

Description

Spaltdichtung zum Abdichten eines Spalts zwischen zwei benachbarten Bauteilen
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Spaltdichtung zum Abdichten eines Spalts zwischen zwei benachbarten Bauteilen, insbesondere bei Strömungsmaschinen.
Stand der Technik
Insbesondere bei Strömungsmaschinen können einzelne Bauteile eines Verdichters oder einer Turbine, wie z.B. Leitschaufeln oder Rotorschaufeln oder Hitzeschildelemente, so an einem Gehäuse oder an einem Rotor der Strömungsmaschine montiert und gelagert sein, dass zwischen benachbarten Bauteilen ein Spalt vorliegt, der zur Vermeidung von Leckagen und Druckverlusten in der Strömungsmaschine abgedichtet werden muss. Ein derartiger Spalt erstreckt sich bei einer Strömungsmaschine üblicherweise senkrecht zur Rotationsachse des Verdichters bzw. der Turbine.
Bei der Abdichtung eines derartigen Spalts muss berücksichtigt werden, dass sich die beiden Bauteile, zwischen denen der Spalt ausgebildet ist, im Betrieb der Strömungsmaschine relativ zueinander bewegen können, beispielsweise aufgrund thermischer Ausdehnungseffekte. Durch diese Relativbewegungen verändert sich jedoch die Spaltgeometrie, wodurch sich eine zuverlässige Abdichtung des Spaltes erschwert.
Darstellung der Erfindung
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Spaltdichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere auch dann eine zuverlässige Abdichtung des Spalts gewährleistet, wenn sich die Bauteile, zwischen denen der Spalt ausgebildet ist, relativ zueinander bewegen.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch eine Spaltdichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zum Abdichten eines Spalts zwischen zwei benachbarten Bauteilen einen gemeinsamen Dichtkörper vorzusehen, der jeweils mit einem Abschnitt in jeweils eine gegenüberliegende und zum Spalt hin offene Nut hineinragt und dessen jeweilige Außenseite zum Abdichten des Spalts flächig und dichtend an einer zugehörigen ersten seitlichen Innenseite der jeweiligen Nut anliegt. Die beiden Nuten liegen sich im Spalt im wesentlichen gegenüber und weisen jeweils die besagte erste seitliche Innenseite auf, welche mit einem vorbestimmten Winkel zu einer zwischen den Bauteilen verlaufenden Spaltebene geneigt ist. Die Außenseiten des Dichtkörpers, welche ebenfalls geradlinig ausgebildet sind, sind dabei mit demselben Winkel zur Spaltebene geneigt, wie die ersten seitlichen Innenseiten beider Nuten, so dass sich zumindest im Dichtzustand die flächige und dichte Anlage der jeweiligen Außenseite des Dichtkörpers an der zugehörigen ersten seitlichen Innenseite der Nut ergibt.
Diese Bauweise führt dazu, dass einerseits Relativbewegungen zwischen den Bauteilen, die eine Veränderung der Spaltbreite bewirken, durch Ausgleichsbewegungen des Dichtkörpers in den Nuten ausgeglichen werden, indem der Dichtköφer je nach Spaltbreite mehr oder weniger tief in die jeweilige Nut eintaucht. Andererseits können auch solche Relativbewegungen zwischen den Bauteilen ausgeglichen werden, die in der Spaltebene einen Versatz der in den Bauteilen angeordneten Nuten relativ zueinander bewirken, so dass sich in diesem Fall der Dichtköφer entlang seiner auf den ersten seitlichen Innenflächen aufliegenden Außenflächen in eine der beiden Nuten verschiebt und somit die flächige und dichte Anlage der Außenflächen des Dichtkörpers an der jeweiligen Innenfläche der Nuten erhalten bleibt. Bei einer Umkehr der Versatzbewegung führt dies zu einer der ursprünglichen Gleitbewegung entgegengesetzten Bewegung des Dichtköφers und damit zu einem Zurückgleiten desselben über seine mittig zwischen den beiden Bauteilen gelegene Ausgangslage in die andere Nut hinein. Die Gleitebenen sind auch hierbei die Berührungsebenen der Außenseiten des Dichtkörpers mit den ersten seitlichen Innenseiten beider Nuten. Es ist klar, dass auch beliebige Kombinationen der beschriebenen Relativbewegungen mit der erfindungsgemäßen Spaltdichtung ausgeglichen werden können.
Aufgrund der großflächigen Auflage lässt sich eine besonders hohe Dichtwirkung erzielen. Desweiteren werden abrasive Effekte durch den flächigen Kontakt reduziert, wodurch sich die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Spaltdichtung erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Dichtkörper einen V-förmigen Profilquerschnitt auf, bei welchem eine der geradlinigen Außenseite abgewandte Rückseite im wesentlichen parallel zur Außenseite verläuft, wodurch eine für den Anpressdruck zur Verfügung stehende Fläche, also die Rückseite des Dichtkörpers, parallel zur flächig und dichtend aufliegenden Außenseite verläuft und dadurch eine besonders günstige Krafteinleitung verbunden mit einer hohen Dichtwirkung erzielt werden kann. Darüber hinaus ist es denkbar, dass der Dichtköφer einen rhombusförmigen Profilquerschnitt oder einen fünfeckigen Profilquerschnitt aufweist, bei welchem die der geradlinigen Außenseite abgewandte Rückseite orthogonal zur Spaltebene verläuft. Hieraus ist bereits ersichtlich, dass zum effektiven Abdichten unterschiedliche Profilquerschnitte einsetzbar sind, wodurch sich die Flexibilität erhöht und gleichzeitig eine effektive Spaltabdichtung gewährleistet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtkörper ein Metallstreifen. Ein derartiger Dichtkörper ist mit hoher Qualität und kostengünstig als Meterware herzustellen und einfach zu verbauen. Gleichzeitig gewährleistet ein metallischer Dichtkörper eine zuverlässige Abdichtung des Spalts auch bei höheren Temperaturen, was insbesondere beim Einsatz der erfindungsgemäßen Spaltdichtung bei Turbinen und/oder Verdichtern von großem Vorteil ist.
Zweckmäßig sind die Bauteile relativ zueinander beweglich, derart, dass sich die Spaltbreite verändern kann, wobei der Dichtköφer und die Nuten so aufeinander abgestimmt sind, dass eine minimale Spaltbreite, bei der die Bauteile aneinander anliegen, realisierbar ist. Diese Bauweise gewährleistet, dass die Spaltdichtung auch bei extremen Relativbewegungen der Bauteile, welche im Grenzfall direkt aneinander anliegen können, nicht beschädigt wird und auch ihre Dichtfunktion gewährleistet bleibt. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Spaltdichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Spalt zwischen zwei Bauteilen mit einer erfindungsgemäßen Spaltabdichtung,
Fig. 2 eine Darstellung wie in Fig. 1 , jedoch bei einem Versatz der beiden Bauteile,
Fig. 3 eine Darstellung wie in Fig. 1, jedoch mit einem anderen Dichtkörper,
Fig.4 eine Darstellung wie in Fig.2, jedoch mit einem anderen Dichtkörper,
Fig. 5 eine Darstellung wie in den Fig. 1 und 3, jedoch mit einem weiteren Dichtköφer.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Entsprechend Fig. 1 ist zwischen einem ersten Bauteil 1 , das beispielsweise durch eine Hitzeschildelement einer Turbine gebildet sein kann, und einem zweiten Bauteil 2, das beispielsweise durch eine Leitschaufel der Turbine gebildet sein kann, ein Spalt 3 ausgebildet, über den die beiden Bauteile 1 , 2 aneinander angrenzen. Der Spalt 3 erstreckt sich in einer senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufenden Spaltebene 10, die bei einer Strömungsmaschine senkrecht auf der Rotationsachse eines Rotors einer Turbine oder eines Verdichters stehen kann. Der Spalt 3 kommuniziert gemäß Fig. 1 oben mit einem ersten Raum 4 und unten mit einem zweiten Raum 5, wodurch der Spalt 3 eine kommunizierende Verbindung zwischen diesen beiden Räumen 4, 5 herstellt. Um einen Gasaustausch zwischen beiden Räumen 4, 5 zu vermeiden, muss der Spalt 3 mit Hilfe einer Spaltdichtung 6 abgedichtet werden. Insbesondere bei einer Strömungsmaschine können zwischen den Räumen 4, 5 relativ große Druckdifferenzen auftreten; beispielsweise herrscht in den ersten Raum 4 ein Druck pi, der erheblich größer ist als ein Druck p2, der im zweiten Raum 5 herrscht.
Dementsprechend ist die Spaltdichtung 6 gas- und druckdicht ausgebildet. Jedes der beiden Bauteile 1 , 2 weist eine Nut 7 auf, welche zum Spalt 3 hin offen sind und sich im wesentlichen gegenüberliegen. In der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform besitzen die Nuten 7 einen im wesentlichen U- förmigen Querschnitt und weisen bezüglich der Spaltebene 10 sich gegenüberliegende, geradlinige erste seitliche Innenseiten 15 sowie zweite seitliche Innenseiten 8 und einen ebenen Nutgrund 9 auf. Während der Nutgrund 9 jeweils parallel zur Spaltebene 10 verläuft, erstrecken sich die zweiten seitlichen Innenwände 8 orthogonal zur Spaltebene 10. Die beiden geradlinigen und bezüglich der Spaltebene 10 gegenüberliegenden ersten seitlichen Innenwände 15 beider Nuten 7 sind mit einem vorbestimmten Winkel zur Spaltebene 10 geneigt.
In einem von den beiden Nuten 7 umschlossenen Spaltraum 11 ist ein Dichtköφer 16 angeordnet, welcher zwei geradlinige Außenseiten 17 aufweist, die mit dem selben Winkel zur Spaltebene 10 geneigt sind, wie die ersten seitlichen Innenseiten 15 der beiden Nuten 7. Der Dichtkörper 16 ist beispielsweise als Metallstreifen ausgebildet und erzielt die dichtende Wirkung zwischen dem ersten Raum 4 und dem zweiten Raum 5, indem er im Dichtzustand mit seinen Außenseiten 17 flächig und dicht an den zugehörigen ersten seitlichen Innenseiten 15 der Nuten 7 anliegt.
Der Dichtkörper 16 kann dabei beispielsweise einen sechseckigen, V-förmigen Profilquerschnitt aufweisen (vergleiche Fig. 1), bei welchem eine der geradlinigen Außenseite 17 abgewandte Rückseite 12 im wesentlichen parallel zur Außenseite 17 verläuft und dadurch eine besonders vorteilhafte Übertragung der Druckkräfte, hervorgerufen durch den im Spaltraum 11 herrschenden Überdruck p-i, auf die Außenfläche 17 des Dichtkörpers 16 überträgt und damit die zuverlässige Abdichtung des Spaltes 3 gewährleistet. Denkbar ist auch, dass der Dichtkörper 16 einen fünfeckigen Profilquerschnitt aufweist, bei welchem die der geradlinigen Außenseite 17 abgewandte Rückseite 12 orthogonal zur Spaltebene 10 verläuft (vergleiche Fig. 3 und 4). Darüber hinaus ist denkbar, dass der Dichtkörper 16 einen im wesentlichen ovalen Profilquerschnitt (Fig. 5) oder einen nicht dargestellten rhombusformigen Profilquerschnitt aufweist. Im Falle des im wesentlichen ovalen Profilquerschnitts liegt der Dichtkörper 16' gemäß Fig. 5 mit seiner Außenseite 17' zumindest linienförmig und dichtend an der zugehörigen ersten seitlichen Innenseite 15 der jeweiligen Nut 7 an und bewirkt somit die effektive Abdichtung des Spaltes 3. Bei allen Ausführungsvarianten der Dichtkörper 16 ist denkbar, dass sich dieser unter Druck durch ein elastisches Verformen mehr oder weniger stark an die seitliche Innenseite 15 der Nut 7 anlegt.
Wichtig ist, dass auch bei einem Versatz der beiden Bauteile 1 und 2 parallel zur Spaltebene 10 eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet ist. In den Fig. 2 und 4 ist ein derartiger Versatz der beiden Bauteile 1 und 2 gegeneinander dargestellt. Der Versatz bewirkt dabei, dass der Dichtköφer 16 in Richtung des Pfeils 13 entlang einer Gleitebene 14 gleitet, welche gemäß Fig. 2 und 4 identisch mit der Außenfläche 17 des Dichtkörpers 16 bzw. der ersten seitlichen Innenfläche 15 ist. Trotz des Versatzes der beiden Bauteile 1 und 2 entlang der Spaltebene 10 bleibt der Dichtkörper 16 flächig und dicht mit seiner Außenseite 17 an der zugehörigen ersten seitlichen Innenseite 15 angelegt, so dass eine wirkungsvolle Abdichtung des Spaltes 3 gewährleistet ist. Kehrt sich eine Versatzrichtung 18 um, so würde dies gemäß Fig. 2 ein Nach-Oben-Bewegen des zweiten Bauteiles 2 und damit ein Verschieben des Dichtkörpers 16 entgegen der Pfeilrichtung 13 bewirken, wobei auch hierbei bis zu einer vordefinierten Versatzgröße der Dichtkörper 16 flächig und dicht an der Nut 7 anliegend verbleibt.
Generell sind der Dichtkörper 16 und die Nuten 7 so aufeinander abgestimmt, dass trotz einer Relativbewegung der beiden Bauteile 1 und 2 relativ zueinander bzw. trotz einer Veränderung einer Spaltbreite eine minimale Spaltbreite, bei der die beiden Bauteile 1 und 2 einander anliegen, realisierbar ist. Ein direkter Abstand der beiden Nutengründe 9 ist somit stets größer als eine Außenabmessung des Dichtköφers 16 orthogonal zur Spaltebene 10. Dies führt dazu, dass bei geschlossenem Spalt 3, d. h. bei einem Aneinanderanliegen der beiden Bauteile 1 und 2, der Dichtkörper 16 die beiden Nutengründe 9 der Nuten 7 nicht oder nur leicht berührt. Hierdurch ist eine Quetschung des Dichtkörpers 16 bei geschlossenem Spalt 3 ausgeschlossen, wodurch auch bei sehr kleinen Spaltmaßen bzw. bei geschlossenem Spalt 3 die dichtende Wirkung des Dichtköφers 16 erhalten bleibt. Generell sind die Neigung der Außenflächen 17 des Dichtkörpers 16 und die Neigung der seitlichen Innenflächen 15 sowie deren Abmessungen so aufeinander abgestimmt, dass auch bei maximal möglichem Versatz der Spalt 3 zuverlässig abgedichtet ist. Dies bedeutet, dass bei größeren zu erwartenden Versätzen die Neigung der Außenflächen 17 des Dichtkörpers bzw. die Neigung der seitlichen Innenflächen 15 bezüglich der Spaltebene 10 abnimmt, so dass sich insgesamt ein spitzwinkligerer Anlagebereich des Dichtkörpers 16 an den seitlichen Innenflächen 15 ergibt. Bei kleinen Versätzen geht die Neigung dementsprechend zurück, so dass für den Fall eines Ausschlusses eines Versatzes der beiden Bauteile parallel zur Spaltebene 10 sowohl die Außenfläche 17 des Dichtkörpers 16 als auch die seitlichen Innenseiten 15 der Nuten 7 orthogonal zur Spaltebene 10 verlaufen würden. Bei einem kleineren zu erwartenden maximalen Versatz würde demgemäß eine Neigung der ersten seitlichen Innenseite 15 bzw. der Außenseite 17 des Dichtkörpers 16 der Darstellung gemäß Fig. 2 entsprechen, wogegen bei größerem erwarteten Versatz die Neigung besagter Innenseite 15 bzw. Außenfläche 17 der Darstellung in Fig.4 entspricht.
Generell gewährleistet die erfiπdungsgemäße Spaltdichtung 6 auch eine zuverlässige Abdichtung des Spalts 3 bei einer Bewegung eines und/oder beider Bauteile 1, 2 orthogonal zur Spaltebene 10, indem der Dichtköφer 16 entlang einer und/oder beider seitlichen Innenseiten 15 gleitet. Eine zu erwatende Spaltbreite orthogonal zur Spaltebene 10 kann dabei vorab über eine entsprechend gewählte Tiefe der Nuten 7 bzw. einen daran angepassten Dichtköφer 16 berücksichtigt werden.
Die erfindungsgemäße Spaltdichtung 6 funktioniert wie folgt:
Sofern im ersten Raum 4 ein höherer Druck herrscht als im zweiten Raum 5, wenn also gilt pi > p2, legt sich der Dichtkörper 16, welcher vorzugsweise als Metallstreifen ausgebildet ist, mit seiner Außenseite 17 an die erste seitliche Innenseite 15 der Nut 7 an. Über die Berührungsflächen des Dichtkörpers 16 mit der ersten seitlichen Innenseite 15 der jeweiligen Nut 7 erfolgt die Abdichtung des Spaltes 3 und damit eine drucktechnische Trennung zwischen dem ersten Raum 4 und dem zweiten Raum 5. Bei einer Relativbewegung der beiden Bauteile 1 und 2 im Betrieb der Strömungsmaschine, beispielsweise aufgrund thermischer Effekte, wird die zunächst spiegelbildliche Anordnung der beiden Nuten 7 bezüglich der Spaltebene 10 (vergleiche Fig. 1) aufgehoben und eine beispielsweise gemäß Fig.2 gezeigte versetzte Anordnung der beiden Nuten 7 erreicht. Durch die Bewegung des Dichtköφers 16 entlang der Gleitebene 14 in Richtung des Pfeils 13 bleibt jedoch die Spaltabdichtung auch bei einem in Versatzrichtung 18 versetzten Bauteil 2 gewährleistet. Kehrt sich die Versatzrichtung 18 um, so wird der Dichtkörper 16 entgegen der Pfeilrichtung 13 verstellt. Die erfindungsgemäße Spaltdichtung 6 ermöglicht somit ein zuverlässiges Abdichten auch bei einem definierten Versatz der beiden Bauteile 1 und 2 zueinander. Generell nimmt die Dichtungswirkung mit zunehmender Druckdifferenz zwischen pi und p2 aufgrund der entsprechend ansteigenden Flächenpressung zwischen dem Dichtkörper 16 und der seitlichen Innenseite 15 zu.
Zusammenfassend lassen sich die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt charakterisieren:
Die Erfindung sieht vor, bei einer Spaltabdichtung zum Abdichten eines Spaltes 3 zwischen zwei benachbarten Bauteilen 1 und 2 einen gemeinsamen Dichtköφer 16 einzusetzen, welcher zumindest abschnittsweise in zwei sich im wesentlichen gegenüberliegende Nuten 7 hineinerstreckt. Dabei sind zwei geradlinige und bezüglich der Spaltebene 10 gegenüberliegende erste seitliche Innenseiten 15 beider Nuten 7 mit einem vorbestimmten Winkel zur Spaltebene 10 geneigt und zwar mit demselben Winkel wie zwei geradlinige Außenseiten 17 des Dichtköφers 16. Im Dichtzustand liegt der Dichtkörper 16 in jeder Nut 7 mit seiner jeweiligen Außenseite 17 flächig und dicht an der zugehörigen ersten seitlichen Innenseite 15 der Nut 7 an und dichtet somit den Spalt 3 zuverlässig ab. Eine Versatzbewegung der beiden Bauteile 1 und 2 parallel zur Spaltebene 10 wird durch eine Verstellbewegung des Dichtkörpers 16 parallel zur Gleitebene 14 ausgeglichen, welche einer Berührungsfläche zwischen der Außenseite 17 des Dichtköφers 16 und der seitlichen Innenseite 15 der Nut 7 entspricht. Generell kann die Spaltdichtung 6 so auch einen Versatz der beiden Bauteile 1 , 2 orthogonal zur Spaltebene 10 ausgleichen.
Der Dichtkörper 16 kann beispielweise ein Metallstreifen sein und ist dadurch kostengünstig und einfach herzustellen. Zugleich kann auf konstruktiv besonders einfache Weise ein Versatz, beispielsweise hervorgerufen durch thermische Dehnungen und Toleranzen im Fertigungsprozess ausgeglichen werden und dadurch eine hohe Dichtwirkung erhalten werden.
Bezugszeichenliste
1 erstes Bauteil 2 zweites Bauteil 3 Spalt 4 erster Raum 5 zweiter Raum 6 Spaltdichtung 7 Nut 8 zweite seitliche Innenseite 9 Nutgrund von 7
10 Spaltebene
11 Raum
12 Rückseite von 16
13 Pfeil
14 Gleitebene
15 erste seitliche Innenseite
16 Dichtkörper
17 Außenseite von 16
18 Versatzrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Spaltdichtung (6) zum Abdichten eines Spalts (3) zwischen zwei benachbarten Bauteilen (1 , 2), insbesondere bei Strömungsmaschinen, mit folgenden Merkmalen:
- jedes Bauteil (1, 2) weist jeweils eine zum Spalt (3) hin offene Nut (7) auf,
- die beiden Nuten (7) liegen sich im Spalt (3) im wesentlichen gegenüber,
- ein gemeinsamer Dichtkörper (16) ragt in beide Nuten (7) hinein,
- zwei geradlinige und bezüglich der Spaltebene (10) gegenüberliegende erste seitliche Innenseiten (15) beider Nuten (7) sind mit einem vorbestimmten Winkel zur Spaltebene (10) geneigt,
- zwei geradlinige Außenseiten (17) des Dichtköφers (16) sind mit demselben Winkel zur Spaltebene (10) geneigt wie die ersten seitlichen Innenseiten (15) beider Nuten (7),
- zumindest im Dichtzustand liegt in jeder Nut (7) die jeweilige Außenseite (17) des Dichtkörpers (16) flächig und dichtend an der zugehörigen ersten seitlichen Innenseite (15) der Nut (7) an.
2. Spaltdichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass der Dichtkörper (16) einen V-förmigen Profilquerschnitt aufweist, bei welchem eine der geradlinigen Außenseite (17) abgewandte Rückseite (12) im wesentlichen parallel zur Außenseite (17) verläuft, oder
- dass der Dichtkörper (16) einen rhombusformigen Profilquerschnitt aufweist, oder - dass der Dichtkörper (16) einen im wesentlichen fünfeckigen Profilquerschnitt aufweist, bei welchem die der geradlinigen Außenseite (17) abgewandte Rückseite (12) orthogonal zur Spaltebene (10) verläuft.
3. Spaltdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dad urch gekennzeich net, dass der Dichtkörper (16) als Metallstreifen ausgebildet ist.
4. Spaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dad urch gekennzeichnet, dass die Bauteile (1 , 2) relativ zueinander beweglich sind, derart, dass sich die Spaltbreite verändern kann, wobei der Dichtköφer (16) und die Nuten (7) so aufeinander abgestimmt sind, dass eine minimale Spaltbreite, bei der die Bauteile (1 , 2) aneinander anliegen, realisierbar ist.
5. Spaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net,
- dass ein Nutgrund (9) bei beiden Nuten (7) geradlinig ausgebildet ist und sich im wesentlichen parallel zur Spaltebene (10) erstreckt und/oder
- dass eine zweite seitliche Innenseite (8) bei beiden Nuten (7) geradlinig ausgebildet ist und sich im wesentlichen orthogonal zur Spaltebene (10) erstreckt.
6. Spaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch geken nzeichnet, dass die Bauteile (1 , 2) relativ zueinander beweglich sind, derart, dass sich ein Versatz parallel zur Spaltebene (10) ausbilden oder verändern kann, wobei die Neigung der Außenseiten (17) des Dichtkörpers (16) und die Neigung der seitlichen Innenseiten (15) so abgestimmt sind, dass auch bei maximal möglichem Versatz der Spalt (3) zuverlässig abgedichtet ist.
7. Spaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dad urch gekennzeichnet, dass jede Nut (7) einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist.
8. Spaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauteile (1 , 2) eine Leitschaufel oder eine Rotorschaufel oder ein Hitzeschildelement einer Turbine oder eines Verdichters ist.
9. Spaltdichtung (6) zum Abdichten eines Spalts (3) zwischen zwei benachbarten Bauteilen (1 , 2), insbesondere bei Strömungsmaschinen, mit folgenden Merkmalen:
- jedes Bauteil (1, 2) weist jeweils eine zum Spalt (3) hin offene Nut (7) auf,
- die beiden Nuten (7) liegen sich im Spalt (3) im wesentlichen gegenüber,
- ein gemeinsamer Dichtkörper (16') ragt in beide Nuten (7) hinein,
- zwei geradlinige und bezüglich der Spaltebene (10) gegenüberliegende erste seitliche Innenseiten (15) beider Nuten (7) sind mit einem vorbestimmten Winkel zur Spaltebene (10) geneigt, dad urch geken nzei ch net,
- dass der Dichtkörper (16') einen im wesentlichen ovalen Profilquerschnitt aufweist,
- dass der Dichtkörper (16') mit seiner Außenseite (17') zumindest linienförmig und dichtend an der zugehörigen ersten seitlichen Innenseite (15) der jeweiligen Nut (7) anliegt. * * * * *
PCT/EP2005/051285 2004-03-31 2005-03-21 Spaltdichtung zum abdichten eines spalts zwischen zwei benachbarten bauteilen WO2005095763A1 (de)

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