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Die
Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, insbesondere für eine Gasturbine
bzw. ein Flugtriebwerk, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Gasturbinen
bestehen aus mehreren Baugruppen, so zum Beispiel unter anderem
aus einem Lüfter
(Fan), einer Brennkammer, vorzugsweise mehreren Verdichtern sowie
mehreren Turbinen. Bei den vorzugsweise mehreren Turbinen handelt
es sich insbesondere um eine Hochdruckturbine sowie eine Niederdruckturbine,
bei den mehreren Verdichtern insbesondere um einen Hochendruckverdichter sowie
einen Niederdruckverdichter. In einer Turbine sowie einem Verdichter
einer Gasturbine sind in axialer Richtung bzw. in Durchströmungsrichtung
der Gasturbine hintereinander mehrere Leitschaufelkränze positioniert,
wobei jeder Leitschaufelkranz mehrere, über den Umfang verteilt angeordnete
Leitschaufeln aufweist. Zwischen jeweils zwei benachbarten Leitschaufelkränzen ist
jeweils ein Laufschaufelkranz positioniert, der mehrere Laufschaufeln
aufweist. Die Laufschaufeln sind einem Rotor zugeordnet und rotieren
zusammen mit dem Rotor gegenüber
einem feststehenden Gehäuse
sowie den ebenfalls feststehend ausgebildeten Leitschaufeln der
Leitschaufelkränze.
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Zur
Optimierung des Wirkungsgrads einer Gasturbine müssen Leckagen einerseits zwischen den
rotierenden Laufschaufeln und dem feststehenden Gehäuse und
andererseits zwischen den feststehenden Leitschaufeln und dem Rotor
durch effektive Dichtungssysteme vermieden werden. So ist es aus dem
Stand der Technik bereits bekannt, zur Abdichtung solcher Spalte
dem Stator, also dem feststehenden Gehäuse oder den radial innenliegenden
Enden der feststehenden Leitschaufeln, eine mehrere Wabendichtungszellen
umfassende Wabendichtung zuzuordnen, wobei die Wabendichtungszellen
durch Wände
voneinander getrennt sind. Diese Wabendichtungen wirken insbesondere
mit dem Rotor oder den rotierenden Laufschaufeln zugeordneten Dichtfins
zusammen, wobei ein solcher Dichtfin gegenüber der statorseitigen Wabendichtung
rotiert.
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Nach
dem Stand der Technik verlaufen die Wände, welche die Wabenzellen
der Wabendichtung voneinander trennen, exakt in radialer Richtung,
sodass zum Beispiel die Dichtfins relativ zu quer zur Drehrichtung
der Dichtfins verlaufenden Wände
der Wabendichtungszellen senkrecht ausgerichtet sind.
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Bei
einem Anstreifen des Rotors, insbesondere der Dichtfins, in die
statorseitige Wabendichtung trifft der Rotor demnach in axialer
Blickrichtung senkrecht auf die quer zur Drehrichtung des Rotors
verlaufenden Wände
der Wabendichtungszellen, wodurch der Rotation bzw. Drehung des
Rotors eine Widerstandskraft entgegengesetzt wird. Derart verlaufende
Wände der
Wabendichtungszellen sind nämlich
relativ steif ausgebildet, wodurch sich die Wände der Wabendichtungszellen
so gut wie nicht verformen. Beim Einlaufen des Rotors, insbesondere
der Dichtfins, in die Wabendichtung werden demnach nach dem Stand
der Technik die Wände
der Wabendichtungszellen zumindest bereichsweise abgetragen. Hierbei
wird demnach die Wabendichtung beschädigt sowie der abzudichtende
Spalt vergrößert, was
insgesamt von Nachteil ist.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde,
eine neuartige Dichtungsanordnung, insbesondere für eine Gasturbine
bzw. ein Flugtriebwerk, zu schaffen.
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Dieses
Problem wird durch eine Dichtungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind zumindest
die quer zur Drehrichtung des Rotors verlaufenden Wände der
Wabendichtungszellen in Drehrichtung des Rotors radial schräg angestellt.
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Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest
die quer zur Drehrichtung des Rotors verlaufenden Wände der Wabendichtungszellen
in Drehrichtung des Rotors radial schräg angestellt sind. Demnach
verlaufen die Wände
der Dichtungszellen in axialer Blickrichtung nicht mehr senkrecht
zum Rotor, insbesondere zu den rotorseitigen Dichtfins, vielmehr
verlaufen diese Wände
unter einem bestimmten Winkel zum Rotor. Hierdurch wird eine Verformbarkeit
der Wände
der Wabendichtungszellen bereitgestellt, sodass beim Anstreifen
des Rotors, insbesondere der rotorseitigen Dichtfins, in die Wabendichtung
ein Abtragen bzw. eine Rissbildung der Wände vermieden wird. Mit der
hier vorliegenden Dichtungsanordnung ist demnach eine effektive
Abdichtung eines Spalts zwischen einem Rotor und einem Stator möglich.
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Vorzugsweise
sind die quer zur Drehrichtung des Rotors verlaufenden Wände der
Wabendichtungszellen in Drehrichtung des Rotors derart schräg angestellt,
dass dem Rotor zugewandte Kanten dieser Wände gegenüber dem Rotor abgewandten Kanten
dieser Wände
in Drehrichtung des Rotors versetzt sind. Die dem Rotor zugewandten
Kanten dieser Wände
und/oder die dem Rotor abgewandten Kanten dieser Wände sind
gewölbt
oder verlaufen geradlinig.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zusätzlich zu
den quer zur Drehrichtung des Rotors verlaufenden Wänden der
Wabendichtungszellen auch die in Drehrichtung des Rotors verlaufenden
Wände der
Wabendichtungszellen schräg
angestellt.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden, ohne hierauf beschränkt
zu sein, an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigt:
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1 eine
stark schematisierte Seitenansicht in axialer Blickrichtung auf
eine mehrere Wabendichtungszellen umfassende Wabendichtung einer
Dichtungsanordnung nach dem Stand der Technik;
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2 eine
stark schematisierte Draufsicht in radialer Blickrichtung auf die
mehrere Wabendichtungszellen umfassende Wabendichtung nach 1;
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3 eine
stark schematisierte Seitenansicht in axialer Blickrichtung auf
eine mehrere Wabendichtungszellen umfassende Wabendichtung einer
Dichtungsanordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der hier vorliegenden
Erfindung;
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4 eine
stark schematisierte Draufsicht in radialer Blickrichtung auf die
mehrere Wabendichtungszellen umfassende Wabendichtung nach 3;
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5 eine
stark schematisierte Draufsicht in radialer Blickrichtung auf eine
mehrere Wabendichtungszellen umfassende Wabendichtung einer Dichtungsanordnung
nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
der hier vorliegenden Erfindung; und
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6 eine
stark schematisierte Draufsicht in radialer Blickrichtung auf eine
mehrere Wabendichtungszellen umfassende Wabendichtung einer Dichtungsanordnung
nach einem dritten Ausführungsbeispiel
der hier vorliegenden Erfindung.
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Bevor
nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 bis 6 Ausführungsbeispiele
der hier vorliegenden Erfindung in größerem Detail erläutert werden,
soll nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 und 2 eine
aus dem Stand der Technik bekannte Dichtungsanordnung beschrieben
werden.
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So
zeigen 1 und 2 stark schematisiert eine Wabendichtung 10 einer
Dichtungsanordnung nach dem Stand der Technik zwischen einem nichtdargestellten
Rotor und einem ebenfalls nicht-dargestellten Stator einer Gasturbine. 1 zeigt
eine schematisierte Seitenansicht der Wabendichtung 10 in
axialer Blickrichtung, 2 zeigt eine schematisierte
Drauf sieht derselben in radialer Blickrichtung. Mir der X-Koordinate
der dargestellten Koordinatensysteme ist die radiale Richtung, mit
der Y-Koordinate
ist die Umfangsrichtung und mit der Z-Koordinate ist die axiale
Richtung visualisiert. In axialer Blickrichtung gemäß 1 sieht
man demnach auf die X-Y-Ebene, in radialer Blickrichtung gemäß 2 sieht
man die Y-Z-Ebene.
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Die
Wabendichtung 10 wird von mehreren Wabendichtungszellen 11 gebildet,
wobei die Wabendichtungszellen 11 in 1 und 2 eine
rechteckige Querschnittsfläche
aufweisen. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die
Wabendichtungen selbstverständlich
auch ein sechseckiges Querschnittsprofil aufweisen können.
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Die
Wabendichtungszellen 11 der Wabendichtung 10 werden
von mehreren Wänden
begrenzt. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung soll zwischen
solchen Wänden
unterschieden werden, die quer oder längs zur Drehrichtung eines
Rotors verlaufen. Die Drehrichtung eines nicht-dargestellten Rotors
ist in 1 und 2 mit einem Pfeil 12 verdeutlicht.
Quer zur Drehrichtung 12 verlaufende Wände der Wabendichtungszellen 11 sind
mit der Bezugsziffer 13 gekennzeichnet, längs bzw.
parallel zur Drehrichtung 12 verlaufende Wände der
Wabendichtungszellen 11 sind mit der Bezugsziffer 14 gekennzeichnet.
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Wie 1 entnommen
werden kann, verlaufen nach dem Stand der Technik die quer zur Drehrichtung 12 des
Rotors verlaufenden Wände 13 der Wabendichtungszellen 11 exakt
in radialer Richtung, sodass dieselben in axialer Blickrichtung
der 1 senkrecht zur Drehrichtung 12 des Rotors
ausgerichtet sind. Nach dem Stand der Technik bilden demnach die
quer zur Drehrichtung des Rotors verlaufenden Wände 13 einen Widerstand
für den
Rotor 12, da derart ausgebildete Wände 13 relativ steif
sind und sich, wenn überhaupt,
nur geringfügig
verformen können.
Beim Anstreifen des Rotors in die quer zur Drehrichtung desselben
verlaufenden Wände 13 werden
diese demnach abgetragen und damit beschädigt.
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3 und 4 zeigen
eine Wabendichtung 15 einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung in unterschiedlichen Darstellungen bzw. Blickrichtungen,
wobei die Blickrichtungen der 3 und 4 den
Blickrichtungen der 1 und 2 entsprechen.
Auch die Wabendichtung 15 der 3 und 4 besteht
aus mehreren Wabendichtungszellen 16, wobei die Wabendichtungszellen 16 im Querschnitt
eine rechteckige Kontur aufweisen. Die Wabendichtungszellen 16 werden
wiederum von mehreren Wänden
begrenzt, die im Sinne der hier vorliegenden Erfin dung relativ zur
Drehrichtung (Pfeil 17) eines Rotors optimiert ausgerichtet
sind.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 sind die quer zur Drehrichtung
des Rotors verlaufenden Wände 18 der
Wabendichtungszellen 17 in Drehrichtung des Rotors radial
schräg
angestellt. Dies kann am besten 3 (entspricht
der axialen Blickrichtung) entnommen werden, aus welcher die radiale
Schrägstellung
der Wände 18 ersichtlich
ist. Die längs
bzw. parallel zur Drehrichtung 17 des Rotors verlaufenden
Wände 19 hingegen
verlaufen wie beim Stand der Technik radial ohne derartige Schrägstellung.
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Die
quer zur Drehrichtung 17 des Rotors verlaufenden Wände 18 der
Wabendichtungszellen 16 sind dabei derart schräg angestellt,
dass eine dem Rotor zugewandte Kante 20 gegenüber einer
dem Rotor abgewandten Kante 21 in Drehrichtung des Rotors
versetzt ist, was bedeutet, dass die dem Rotor zugewandte Kante 20 in
Drehrichtung 17 nach vorne bzw. stromabwärts der
vom Rotor abgewandten Kante 21 positioniert ist. In der
Draufsicht auf die Wabendichtung 10 gemäß 4 (entspricht
der radialen Blickrichtung) sind die derart versetzten Kanten 20 und 21 der
quer zur Drehrichtung 17 des Rotors verlaufenden Wände 18 als
parallel zueinander verlaufende Linien dargestellt. Die Kanten 20, 21 der
Wände 18 verlaufen
demnach geradlinig.
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5 und 6 zeigen
zwei weitere Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Wabendichtungen
bzw. Dichtungsanordnungen. Da die Ausführungsbeispiele der 5 und 6 im
Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 entsprechen, werden zur Vermeidung
unnötiger
Wiederholungen für
gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 5 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 3 und 4 dadurch,
dass bei der Wabendichtung 22 der 5 die dem
Rotor zugewandten Kanten 20 der quer zur Drehrichtung 17 des
Rotors verlaufenden Wände 18 nicht
geradlinig verlaufen, sondern vielmehr gekrümmt bzw. gewölbt sind.
Die Wölbung
verläuft
dabei in Drehrichtung 17 des Rotors. Die vom Rotor abgewandten
Kanten 21 der quer zur Drehrichtung des Rotors verlaufenden
Wände 18 verlaufen hingegen
geradlinig. Es sei darauf hingewiesen, dass im Unterschied zur in 5 gezeigten
Lösung
selbstverständlich
auch die vom Rotor abgewandten Kanten 21 ebenso wie die
dem Rotor zugewandten Kanten 20 der Wände 18 gewölbt bzw.
gekrümmt
ausgeführt
sein können.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Wabendichtung 23,
wobei bei der Wabendichtung 23 gemäß 6 zusätzlich zu
den quer zur Drehrichtung 17 des Rotors verlaufenden Wänden 18 auch
die in Drehrichtung des Rotors verlaufenden Wände 19 der Wabendichtungszellen 16 schräg angestellt
sind. So sind im Ausführungsbeispiel
der 6 auch im Bereich der längs bzw. parallel zur Drehrichtung 17 verlaufenden
Wände 19 die
Kanten derselben derart zueinander versetzt, dass eine dem Rotor
zugewandte Kante 24 der Wände 19 gegenüber einer
dem Rotor abgewandten Kante 25 versetzt ist, wobei im Ausführungsbeispiel der 6 die
dem Rotor zugewandte Kante 24 gewölbt ist und die dem Rotor abgewandte
Kante 25 geradlinig verläuft. Hierdurch kann die Flexibilität der Wabendichtungszellen 16 bzw.
der Wände 18, 19 der Wabendichtungszellen 16 nochmals
optimiert werden.
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Allen
gezeigten Ausführungsbeispielen
ist gemeinsam, dass zumindest die quer zur Drehrichtung 17 des
Rotors verlaufenden Wände 18 der
Wabendichtungszellen 16 in Drehrichtung des Rotors radial
schräg
angestellt sind. Hierzu sind die Kanten 20, 21,
welche die quer zur Drehrichtung des Rotors verlaufenden Wände 18 begrenzen,
zueinander versetzt. Die Kanten 20, 21 verlaufen
entweder geradlinig und/oder gekrümmt. Hierdurch wird eine gute elastische
sowie plastische Verformbarkeit der Wände der Wabendichtungszellen
ermöglicht,
ohne dass beim Anstreifen des Rotors bzw. von rotorseitigen Dichtfins
in die Wabendichtung die Wände
der Wabendichtungszellen beschädigt
oder abgetragen werden. Die Beanspruchung der Wabendichtung kann demnach
reduziert werden, wodurch sich die Lebensdauer derselben erhöht. Es tritt
keine unerwünschte
Vergrößerung des
abzudichtenden Spalts ein, weshalb eine höhere Dichtwirkung erzielt werden kann.
Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung dient
insbesondere der Abdichtung eines radialen Spalts zwischen radial
innenliegenden Enden von Leitschaufeln und einem Rotor. Die Wabendichtungen
sind dann den radial innenliegenden Enden der Leitschaufeln bzw.
entsprechenden Innendeckbändern
der Leitschaufeln zugeordnet, wobei dem Rotor zugeordnete Dichtfins
mit der Wabendichtung zusammenwirken. Es ist auch möglich, mit
einer derartigen Dichtungsanordnung einen Spalt zwischen den radial
außenliegenden
Enden der rotierenden Laufschaufeln und einem feststehenden Gehäuse abzudichten.
Bevorzugt ist die Verwendung der Dichtungsanordnung im Verdichterbereich
bzw. Turbinenbereich einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks.
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- 10
- Wabendichtung
- 11
- Wabendichtungszelle
- 12
- Pfeil
- 13
- Wand
- 14
- Wand
- 15
- Wabendichtung
- 16
- Wabendichtungszelle
- 17
- Pfeil
- 18
- Wand
- 19
- Wand
- 20
- Kante
- 21
- Kante
- 22
- Wabendichtung
- 23
- Wabendichtung
- 24
- Kante
- 25
- Kante