DE1116685B

DE1116685B - Radial-Schaufelspalt-Dichtung bei Heissdampf- oder Heissgas-Turbinen

Info

Publication number: DE1116685B
Application number: DEN13451A
Authority: DE
Inventors: Basil Thomas George Bishop
Original assignee: D Napier and Son Ltd
Current assignee: Napier Turbochargers Ltd
Priority date: 1956-03-28
Filing date: 1957-03-22
Publication date: 1961-11-09
Also published as: BE556215A; CH338328A; GB806815A

Description

Radial-Schaufelspalt-Dichtung bei Heißdampf- oder Heißgas -Turbinen Die Erfindung betrifft eine Radial-Schaufelspalt-Dichtung bei Heißdampf- oder Heißgas-Turbinen mittels eines im Gehäuse gehaltenen, aus Segmenten bestehenden Deckringes.
Es ist ein Ring jener Art bekannt, der einteilig, nämlich aus Segmenten zum vollen Ring zusammengeschraubt und im Gehäuse mittels tangentialer Gelenkstangen zentrisch gehalten ist, also zwanglos radial sich dehnen kann. Und es ist ein in zwei Halbringe getrennter Ring jener Art bekannt, der im Gehäuse mittels Radialbolzen zentrisch gehalten ist, dessen Hälften sich also ebenfalls zwanglos radial dehnen können. Bei diesen Ringen ist das Maß der Wärmedehnung bei gegebener Erwärmung durch den Werkstoff der Ringe bestimmt und nicht beeinflußbar.
Es ist ferner ein Deckring jener Art vorpatentiert worden, dessen Segmente tangential zueinander Spiel haben und einzeln am Gehäuse mittels je einer Vorrichtung gehalten sind, die aus zwei Gliedern besteht, deren erstes am Gehäuse befestigt und radial auswärts gerichtet ist und deren zweites am Außenende jenes ersten Gliedes radial einstellbar befestigt und radial einwärts gerichtet ist und an seinem Innenende das Segment hält. Diese Vorrichtung gestattet dank der radialen Einstellbarkeit, den Durchmesser des Seginentringes einzustellen.
Diese Merkmale des vorpatentierten Ringes hat auch der erfindungsgemäße Deckring. Aber dieser unterscheidet sich von jenem durch eine weitere Aufgabe und ihr entsprechende Mittel.
Diese weitere Aufgabe besteht darin, die Wärmedehnung des Gehäuses selbsttätig in einem vorbestimmten Maße auszugleichen. Denn mit der Gehäusetemperatur ändert sich auch der Durchmesser des Gehäuses, würde sich also auch der Durchmesser des Segmentringes zwangläufig ändern; und damit würde sich auch die Weite des Spaltes zwischen Deckring und Läufer ändern, und zwar in einem auch von der Dehnung des Läufers abhängigen Maße. Es soll sich also je nach der Gehäusetemperatur selbsttätig ein Durchmesser des Segrnentringes einstellen, den man vorbestimmt, nämlich in Ansehung der zu erwartenden Läuferdehnung vorbestimmt hat.
Das Mittel, das jene weitere Aufgabe löst und um das die erfindungsgemäße jene vorpatentierte Dichtung übertrifft, besteht darin, daß das eine der Glieder aus einem Werkstoff von anderem Wärmedehnungskoeffizienten als das andere besteht.
Nach jenem älteren Patent ist das eine Glied eine Hülse und das zweite Glied ein in der Hülse verschiebbarer Bolzen, und das ist auch bei der erfindungsgemäßen Dichtung der Fall. Es empfiehlt sich, i den Bolzen hohl zu machen, damit er vom Treibmittel gut bespült wird und schnell dessen Temperatur annimmt.
Wenn zu erwarten ist, daß der Gehäusedurchmesser mehr zunimmt als der Läuferdurchmesser, empfiehlt sich, aus dem Werkstoff mit dem kleineren Wärmedehnungskoeffizienten das erste Glied, aus dem Werkstoff mit dem größeren Koeffizienten das zweite Glied herzustellen.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dar-C'estellt.
Fig. 1 zeigt im Mittellängsschnitt einen Teil der Turbine und veranschaulicht den Umfang von zwei Läuferscheiben zusammen mit den benachbarten Gehäuseteilen; Fig. 2 ist ein Querschnitt durch das Turbinengehäuse und den Deckring nach der Linie II-11 der Fig. 1.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Turbine ein Gehäuse 10 und- zwei Läuferscheiben 11, 12 auf, die je einen Kranz von Laufschaufeln 13, 14 tragen. Jeder Schaufelkranz ist von einem Deckring umgeben-, nachstehend wird je- doch nur ein derartiger Ring im einzelnen beschrieben, nämlich derjenige, der den Schaufelkranz 13 umgibt. Das Gehäuse trägt in an sich bekannter Weise auch einen Kranz von Leitschaufeln 15 derart, daß diese zwischen den Laufschaufeln liegen. Weiterhin trägt das Gehäuse einen Kranz von Einlaßleitschaufeln 16, die in der Strömungsrichtung vor dem ersten Laufschaufelkranz 13 angeordnet sind.
Der den Schaufelkranz 13 umgebende Deckring ist vom rohrförinigen Gehäuse 10 umgeben, das als Träger für den Deckring dient. Der Deckring besteht aus mehreren voneinander getrennten Seginenten 17, die im Meridianquerschnitt U-förmig profiliert sind, wie dies aus Fig. 1 zu erkennen ist. Die Seitenwände 18, 19 des U-Profils sind von der Deckringinnenwand 20 aus radial nach außen gerichtet. Diese Innenwand 20 eines jeden Segments bildet einen Teil des Kegelstumpfes, die Innenwand des ganzen Deckringes also einen Kegelstumpf, der den vom Laufschaufelkranz 13 eingenommenen Raum umgibt. Hierbei ist, wie in Fig. 1 in übertriebenem Maße veranschaulicht, ein kleiner Spalt zwischen der Deckringinnenwand und dem Schaufelkranz 1.3 vorgesehen. Die den Deckring bildenden Segmente liegen in einer Umfangsnut des Gehäuses 10. Jedes Segment eines Deckringes ist, wie Fig. 2 zeigt, an seinen Enden geschlossen; die das eine Ende schließende Wandung 21 weist in Umfangsrichtung beträchtliche Stärke auf und ist mit einer Gewindebohrung versehen, deren Achse zur Achse des Gehäuses 10 radial gerichtet ist.
Jedes Segment 17 steht mit dem Gehäuse 10 über eine Wärmedehnungsausgleichvorrichtung in Verbindung, die einen Bolzen 25 aus Stahl von hohem Wärmedehnungskoeffizienten besitzt; dieser Bolzen 25 ragt durch eine Öffnung des Gehäuses 10 hindurch und ist mit Gewinde in die Bohrung der benachbarten Endwand 21 des Deckringes eingesetzt. Der Bolzen weist in seiner Längsrichtung eine Innenbohrung 26 auf, die an der inneren Fläche des Segments frei liegt, so daß das ganze Innere des Bolzens in unmittelbarer Berührung mit den heißen Gasen steht, die durch die Turbine hindurchtreten. Das äußere Ende dieses Bolzens 25 ragt beträchtlich -über das Gehäuse 10 hinaus und ist mittels einer Gewindehülse 27 und einer Schraubkappe 28 mit einer Hülse 29 verbunden, die aus Stahl von niedrigem Wärmedehnungskoeffizienten besteht und das äußere Ende des Bolzens 25 umgibt. Das innere Ende dieser Hülse 29 ist fest mit dem Gehäuse 10 verbunden. Zwischen Bolzen 25 und Hülse 29 ist Spiel, so daß sie sich relativ zueinander bewegen können. Wenn also die Wärmedehnungsausgleichvorrichtung erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird, so werden die in der Wärme sich stark dehnenden Bolzen 25 bewirken, daß sich die zugehörigen Enden der Deckringseginente relativ gegenüber dem Turbinengehäuse 10 radial nach innen bewegen; auf diese Weise wird die Ausdehnung des Gehäuses mehr oder weniger ausgeglichen. Durch Wahl geeigneten Materials und geeigneter Längen für die Bolzen 25 und die Hülsen 29 kann der Innendurchmesser des Deckringes in gewollter Weise abhängig von der Betriebstemperatur gehalten werden. Der Wärmedehnungskoeffizient der Bolzen 25 ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 22,7 - 10 - 6/1 C; derjenige der Hülsen 29 ist hierbei etwa 4,8 - 10 - 6/1 C.
Jedes Ende der Deckringsegmente 17 ist weiterhin mit einer Stufe versehen, die sich in einer tangentialen Ebene erstreckt, die Fläche der Stufe 30 an dem befestigten Ende 21 eines jeden Segments ist radial nach außen gewandt, während die Fläche der Stufe 31 am gegenüberliegenden freien Ende eines jeden Deckringsegments radial nach innen gerichtet ist. Die Stufen an den einander zugewandten Enden der Segmente wirken miteinander zusammen derart, daß die freien Enden der Seginente sich gegenüber den festen Enden der Seginente, mit denen sie zusammenwirken, in Umfangsrichtung verstellen können, aber in radialer Richtung nicht verstellen können. Der zwischen den Segmenten vorhandene Abstand ist in Fig. 2 der Deutlichkeit halber in stark übertriebenem Maßstab veranschaulicht.
An Stelle der stufenartigen Ausgestaltung der Enden benachbarter Deckringsegmente können diese auch mit einem in tangentialer Richtung verlaufenden Schlitz versehen sein, wobei je ein Paar benachbarter Schlitze mit einem Federkeil zusammenwirkt, der die benachbarten Enden der Deckringsegmente daran hindert, sich in radialer Richtung relativ zueinander zu bewegen, jedoch zuläßt, daß diese Teile sich in Umfangsrichtung gegeneinander bewegen.
Im Innern eines jeden Deckringsegments 17 ist ein Lenk- oder Führungsblech 32 vorgesehen, das mit Hilfe von Vorsprüngen innerhalb des Segments sicher gehalten wird; mit Hilfe dieses Führungsbleches wird zwischen ihm und den Wandungen des Deckringsegments ein enger Kanal 34 gebildet, durch den Kühlluft hindurchströmen kann. Die Anordnung ist zweckmäßig so getroffen, daß das eine Ende des Führungsbleches, beispielsweise jenes, das an dem in Strömungsrichtung gerechnet vorderen Ende des Sements liegt, in einen Einlaßkanal für die Kühlluft mündet, der mit einer Kühlluftkammer33 in dem Gehäuse 10 in Verbindung steht; auf diese Weise wird erreicht, daß Kühlluft durch den engen Kühlkanal 34 hindurchstreicht, bevor sie entweicht; der ustritt kann durch eine im Boden des Deckringseginents vorgesehene Öffnung hindurch erfolgen, so daß die Kühlluft in den durch die Turbine hindurchtretenden Treibmittelstrom gelangt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Radial-Schaufelspalt-Dichtung bei Heißdampf- oder Heißgas-Turbinen mittels eines im Gehäuse gehaltenen, aus Segmenten bestehenden Deckringes, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente, (17) tangential zueinander Spiel haben und einzeln am Gehäuse (10) mittels je einer Vorrichtung gehalten sind, die eine Verstellung in radialer Richtung ermöglicht und aus zwei Gliedern (25, 29) besteht, deren erstes (29) am Gehäuse befestigt und radial auswärts gerichtet ist und deren zweites (25) am Außenende jenes ersten Gliedes radial einstellbar befestigt und radial einwärts gerichtet ist und an seinem Innenende das Segment hält, und daß das eine der Glieder aus einem Werkstoff von anderem Wärmedehnungskoeffizienten als das andere Glied besteht.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Glied (29) eine Hülse und das zweite Glied (25) ein in der Hülse verschiebbarer Bolzen und hohl ist. 3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2 ' dadurch gekennzeichnet, daß das erste Glied (29) den kleineren, das zweite Glied (25) den größeren Wärmedehnungskoeffizienten hat. 4. Dichtung nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment mit seinem einen Ende am zweiten Glied (25) be- festigt ist und mit seinem anderen Ende sich derart auf dem Ende des nächsten Segrnents abstützt, daß radiale Relativbewegung der Enden verhütet ist. 5. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungsorgan zwischen dem freien Ende des einen Segments und dem am zweiten Glied (25) befestigten Ende des nächsten Segments eine Stufe (30) des einen Segments dient, gegen die eine entsprechende Stufe des anderen Segments anliegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 852 789; französische Patentschrift Nr. 975 326. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 954 835.