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EP2826962B1 - Strömungsmaschine mit Dichtsegmenten und Leitschaufelsegmenten - Google Patents

Strömungsmaschine mit Dichtsegmenten und Leitschaufelsegmenten Download PDF

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Publication number
EP2826962B1
EP2826962B1 EP13176503.4A EP13176503A EP2826962B1 EP 2826962 B1 EP2826962 B1 EP 2826962B1 EP 13176503 A EP13176503 A EP 13176503A EP 2826962 B1 EP2826962 B1 EP 2826962B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sealing
segments
segment
row
vane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP13176503.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2826962A1 (de
Inventor
Walter Gieg
Petra Kufner
Rudolf Stanka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Priority to ES13176503.4T priority Critical patent/ES2581511T3/es
Priority to EP13176503.4A priority patent/EP2826962B1/de
Priority to US14/329,570 priority patent/US9982566B2/en
Publication of EP2826962A1 publication Critical patent/EP2826962A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2826962B1 publication Critical patent/EP2826962B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F01D25/183—Sealing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F05D2230/64—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/11—Shroud seal segments

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine according to the preamble of patent claim 1.
  • a sealing segment ring For sealing a radial gap between blade tips of a blade row and a blade section surrounding a turbine section of a turbomachine such as a gas turbine usually a sealing segment ring is provided, which extends on the housing side between a front blade row and a rear blade row.
  • the sealing segment ring consists of a plurality of identical sealing segments, each having a plurality of slots for positive engagement with an equal number of protrusions of the front guide blade row for circumferential securing at its front edge portion.
  • the vane rows consist of a plurality of identical vane segments, wherein in this type of circumferential securing the number of sealing segments is equal to the number of front vane segments or the front vane segments are an integer multiple of the sealing segments. With 15 vane segments, there are usually 15, 5 or 3 sealing segments. In the US 2005002779 A1 Such a circumferential securing in the region of a rear edge portion of the sealing segments and a rear vane row is shown.
  • the object of the invention is to provide a turbomachine with a circumferential securing a sealing segment ring with an alternative sealing segment number for sealing a radial gap between a housing portion and a blade row.
  • a turbomachine according to the invention has a sealing segment ring between a front row of vanes and a rear row of vanes for sealing a radial gap between a housing portion and a row of blades revolving between the rows of vanes.
  • the sealing segment ring has a plurality of identical sealing segments and at least one of the rows of stator blades has a plurality of identical vane segments.
  • the sealing segments each have a plurality of circumferentially adjacent receptacles for cooperation with securing elements of this guide blade row, wherein the receptacles and securing elements are distributed uniformly over the circumference and the receptacles are a multiple of the securing elements, and each vane segment of this vane row has a securing element.
  • the invention enables circumferential securing and the formation of a sealing segment ring whose sealing segment number is not an integral subset of a number of vane segments. With 15 vane segments, for example, 10 sealing segments can be realized thanks to the invention. The number of sealing segments can thus be determined optimally according to structure-mechanical, manufacturing-technical and / or cost-related aspects. Because the receptacles are a multiple of the securing elements, not all receptacles are in the mounted state in engagement with the securing elements and can thus serve to equalize different thermal expansion behavior of the sealing segments and the vane segments.
  • each sealing segment is merely connected to a vane segment of this vane row by means of a receiving-securing element engagement.
  • a receiving-securing element engagement By only one positive connection per sealing segment and vane segment jamming of the components is prevented during assembly.
  • each sealing segment has a same plurality of receptacles and these and the securing elements are arranged at identical positions of the sealing segments or the guide blade segments.
  • the production of the sealing segments and of the guide blade segments is simplified by the respective same arrangement of the receptacles and securing elements.
  • the securing element of the respective vane segment and the receptacles of the respective sealing segment are arranged symmetrically to the respective segment longitudinal axis.
  • 1.5 times as many vane segments of the vane row as sealing segments and per sealing segment three times as many receptacles as securing elements per vane segment are provided.
  • every second receptacle is in engagement with a securing element or the receptacles are alternately occupied by a respective securing element.
  • the recordings are in alternating engagement with a securing element. The double intervention here must be taken into account when designing tolerances and thermal expansion forces.
  • An inventive sealing segment for a turbomachine according to the invention has a plurality of circumferentially uniformly spaced apart receptacles for cooperation with a corresponding securing element.
  • An inventive vane segment for a turbomachine according to the invention has only one securing element for cooperating with a corresponding receiving a sealing segment.
  • a turbomachine 1 viewed in the direction of a hot gas flowing through a hot gas channel 2, has a front stator-side guide blade row 4 and a rear stator-side stator blade row 6, between which a rotor-side blade row 8 rotates about a rotor axis (not shown).
  • the blade row 8 is encompassed by a housing portion 10 of the turbomachine 1, wherein a sealing segment ring 12 is arranged for sealing a radial gap between the blade row 8 and the housing portion 10 between the guide blade rows 4, 6.
  • the turbomachine is in particular a gas turbine and preferably an aircraft engine.
  • the blade rows 4, 6, 8 and the sealing segment ring 12 are preferably located in the low-pressure turbine of the turbomachine 1.
  • the front vane row 4 has a plurality of identical vane segments 14, each having a plurality of airfoils and by means of a front holding portion 16 and a rear holding portion 18 positively engage in housing grooves 20 and the like of the turbomachine 1.
  • the rear vane row 6 has a plurality of identical vane segments 22, which cooperate in a form-fitting manner via front holder sections 24 and rear holding sections, not shown, with housing grooves 26 and the like of the turbomachine 1.
  • the sealing segment ring 12 has a plurality of identical sealing segments 28, each having a multi-angled base body 30, on whose the hot gas channel 2 facing inner surface sealing honeycomb 32 for running in opposite sealing webs 34, 36 of the blade row 8 are arranged.
  • the sealing segment ring 12 and the sealing webs 34, 36 form the so-called Outer Air Seal (OAS).
  • OAS Outer Air Seal
  • each base body 30 With its front edge portion 38 and its rear edge portion 40, each base body 30 is in axial overlap with platform overhangs 42, 44 of the vane segments 14, 22.
  • Die Platform overhangs 40, 42 are guided over the respective edge section 38, 40 or the edge sections 38, 40 are guided under the respective platform overhang 42, 44.
  • the edge sections 38, 40 are thus arranged radially outside the platform overhangs 40, 42.
  • the front guide blade segments 14 each have a securing element, which in the embodiment shown here is a securing web 46, with which the sealing segments 28 cooperate positively.
  • the securing webs 46 each extend at a distance from the platform along a rear side 48 of the rear holder section 18 of the respective guide blade segment 14 radially outward.
  • the sealing segments 28 each have a plurality of receptacles, which are formed in the embodiment shown here as slots 50.
  • the slots 50 are opened upstream and respectively pass through the front edge portion 38 of the base body 30.
  • Each vane segment 14a, 14b, 14c, 14d has a single securing leg 46a, 46b, 46c, 46d positioned circumferentially centrally on the back 48 of the rear retaining sections 18 in the embodiment shown here.
  • the position of the securing bar 46a, 46b is not limited to a center position.
  • the securing webs 46a, 46b, 46c, 46d are located at identical positions of the vane segments 14a, 14b, 14c, 14d. A circumferential distance to both side edges 52, 54 of the holding portion 18 is thus equal.
  • the respective single securing web 46a, 46b, 46c, 46d per vane segment 14a, 14b, 14c, 14d lies on a longitudinal axis of the respective vane segment 14a, 14b, 14c, 14d which extends approximately in the flow direction of the hot gas and is therefore symmetrical in the circumferential direction to the longitudinal axis oriented. Viewed over the circumference of the guide blade row 4, the securing webs 46a, 46b, 46c, 46d are uniformly spaced from one another.
  • the sealing segments 28a, 28b, 28c each have three slots 50a, 56a, 58a and 50b, 56b, 58b and 50c, respectively FIG. 2 for distinguishing dividing lines 60, 62, 64, 66 between adjacent sealing segments 28a, 28b, 28c and adjacent vane segments 14a, 14b, 14c, 14d are shown as dots. Due to the detail in FIG. 2 Of the three slots of the sealing segment 28c, only the slot 50c is visible.
  • the slots 50a, 56a, 58a and 50b, 56b, 58b and 50c are at identical positions of the sealing segments 28a, 28b, 28c.
  • the number of slots 50a, 56a, 58a or 50b, 56b, 58b and 50c per sealing segment 28a, 28b, 28c (here three slots 50, 56, 58 per sealing segment 28) is thus an integer multiple of the number of securing webs 46a, 46b, 46c, 46d per vane segment 14a, 14b, 14c, 14d (here one securing ridge 46 per vane segment 14).
  • the slots 50a, 56a, 58a and 50b, 56b, 58b and 50c are circumferentially symmetrical to the longitudinal axis of the sealing segments 28a, 28b, 28c extending approximately in the direction of flow of the hot gas.
  • a slot 56a, 56b lies directly on the longitudinal axis and is located at the same circumferential distance from side edges 68, 70 of the respective sealing segment 28a, 28b, 28c.
  • the two other slots 50a, 58a and 50b, 58b and 50c is located on both sides of the respective central slot 56a, 56b.
  • lateral slots 50a, 58a and 50b, 58b and 50c are located at an equal circumferential distance from the central slot 56a, 56b and thus at an equal circumferential distance to the respective adjacent side edge 68, 70.
  • the lateral slots 50a, 58a or 50b, 58b and 50c are also at an equal circumferential distance from the respective side edge 70, 68.
  • the slots 50a, 56a, 58a and 50b, 56b, 58b and 50c are equally spaced from each other.
  • the circumferential distance of the lateral slots 50a, 58a or 50b, 58b and 50c to the central slot 56a, 56b is twice as large in the embodiment shown here as the circumferential distance to the respective adjacent side edge 68, 70th
  • the sealing segments 28a, 28b, 28c have a greater extent in the circumferential direction than the vane segments 14a, 14b, 14c, 14d, so that the parting lines 60, 62 between the sealing segments 28a, 28b, 28c are circumferentially offset from the parting lines 64, 66 of the vane segments 14a , 14b, 14c, 14d are arranged.
  • a sealing segment 28a, 28b, 28c has 1.5 times the circumferential extent as a Leitschaufelsegment14a, 14b, 14c, 14d.
  • each second slot 50a, 58a, 56b, 50c of the sealing segment ring 12 is in engagement with a securing web 46a, 46b, 46c, 46d.
  • every second slot 56a, 50b, 58b is free.
  • the securing web 46a engages in the slot 50a, the securing web 46b in the slot 58a, the securing web 46c in the slot 56b and the securing web 46d in the slot 50c.
  • the slots 56a, 50b and 58b are not occupied.
  • each vane segment 14a, 14b, 14c, 14d has only one securing web 46a, 46b, 46c, 46d, each vane segment 14a, 14b, 14c, 14d forms only a form-locking connection with a sealing segment 28a, 28b, 28c or only one circumferential securing device for a sealing segment 28a, 28b, 28c.
  • sealing segments 28a with multiple vane segments 14a, 14b are in positive engagement at the same time.
  • the securing webs 46a, 46b of the guide blade segments 14a, 14b engage in a form-fitting manner in the slots 50a, 58a of the sealing segment 28a.
  • a turbomachine having a sealing segment ring between a front row of vanes and a rear row of vanes for sealing a radial gap between a housing portion and a row of blades revolving between the rows of vanes, the sealing segment ring having a plurality of like sealing segments and at least one of the plurality of vanes having a plurality of like vane segments, wherein the sealing segments each have a plurality of circumferentially adjacent receptacles for interacting with securing elements of this guide vane row, wherein the receptacles and securing elements are distributed uniformly over the circumference and the receptacles are a multiple of the securing elements, a sealing segment and a vane segment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Zur Abdichtung eines Radialspaltes zwischen Schaufelspitzen einer Laufschaufelreihe und einem die Laufschaufelreihe umgebenden Gehäuseabschnittes einer Strömungsmaschine wie eine Gasturbine ist gewöhnlich ein Dichtsegmentenring vorgesehen, der sich gehäuseseitig zwischen einer vorderen Laufschaufelreihe und einer hinteren Laufschaufelreihe erstreckt. Bei einer bekannten Abdichtung besteht der Dichtsegmentenring aus einer Vielzahl von gleichen Dichtsegmenten, die zur Umfangssicherung an ihrem vorderen Randabschnitt jeweils eine Vielzahl von Schlitzen zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einer gleichen Anzahl von Vorsprüngen der vorderen Leitschaufelreihe aufweist. Die Leitschaufelreihen bestehen aus einer Vielzahl von gleichen Leitschaufelsegmenten, wobei bei dieser Art der Umfangssicherung die Anzahl der Dichtsegmente gleich der Anzahl der vorderen Leitschaufelsegmente ist bzw. die vorderen Leitschaufelsegmente ein ganzzahliges Vielfaches der Dichtsegmente sind. Bei 15 Leitschaufelsegmenten liegen also gewöhnlich 15, 5 oder 3 Dichtsegmente vor. In der US 2005002779 A1 ist eine derartige Umfangssicherung im Bereich eines hinteren Randabschnitts der Dichtsegmente und einer hinteren Leitschaufelreihe gezeigt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strömungsmaschine mit einer Umfangssicherung eines Dichtsegmentenrings mit einer alternativen Dichtsegmentenanzahl zum Abdichten eines Radialspaltes zwischen einem Gehäuseabschnitt und einer Laufschaufelreihe zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine hat einen Dichtsegmentenring zwischen einer vorderen Leitschaufelreihe und einer hinteren Leitschaufelreihe zum Abdichten eines Radialspaltes zwischen einem Gehäuseabschnitt und einer zwischen den Leitschaufelreihen umlaufenden Laufschaufelreihe. Der Dichtsegmentenring weist eine Vielzahl von gleichen Dichtsegmenten auf und zumindest eine der Leitschaufelreihen hat eine Vielzahl von gleichen Leitschaufelsegmenten. Erfindungsgemäß haben die Dichtsegmente jeweils mehrere in Umfangsrichtung nebeneinanderliegende Aufnahmen zum Zusammenwirken mit Sicherungselementen dieser Leitschaufelreihe, wobei die Aufnahmen und Sicherungselemente gleichmäßig über den Umfang verteilt sind und die Aufnahmen ein Vielfaches der Sicherungselemente sind, und jedes Leitschaufelsegment dieser Leitschaufelreihe mit ein Sicherungselement hat.
  • Die Erfindung ermöglicht die Umfangssicherung und die Bildung eines Dichtsegmentenringes, dessen Dichtsegmentenanzahl keine ganzzahlige Teilmenge einer Leitschaufelsegmentenanzahl ist. Bei 15 Leitschaufelsegmenten können dank der Erfindung beispielsweise 10 Dichtsegmente realisiert werden. Die Anzahl der Dichtsegmente kann somit optimal nach strukturmechanischen, fertigungstechnischen und/oder kostenbezogenen Aspekten bestimmt werden. Dadurch, dass die Aufnahmen ein Vielfaches der Sicherungselemente sind, befinden sich im montierten Zustand nicht alle Aufnahmen im Eingriff mit den Sicherungselementen und können so zur Vergleichmäßigung von unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhalten der Dichtsegmente und der Leitschaufelsegmente dienen.
  • Die Leitschaufelsegmente der relevanten Leitschaufelreihe haben nur ein Sicherungselement. Hierdurch ist jedes Dichtsegment lediglich mittels eines Aufnahme-Sicherungselementen-Eingriffs mit einem Leitschaufelsegment dieser Leitschaufelreihe verbunden. Durch lediglich eine Formschlussverbindung pro Dichtsegment und Leitschaufelsegment wird ein Verklemmen der Bauteile bei der Montage verhindert. Ebenso können durch die Einfachverbindung pro Dichtsegment und Leitschaufelsegment unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Bauteile noch besser berücksichtig.
  • Um die Leitschaufelsegmente dieser Leitschaufelreihe und die Dichtsegmente an einer beliebigen Umfangsposition montieren zu können ist es vorteilhaft, wenn jedes Dichtsegment eine gleiche Vielzahl von Aufnahmen aufweist und diese sowie die Sicherungselemente an identischen Positionen der Dichtsegmente bzw. der Leitschaufelsegmente angeordnet sind. Gleichzeitig wird durch die jeweilige gleiche Anordnung der Aufnahmen und Sicherungselemente die Herstellung der Dichtsegmente und die der Leitschaufelsegmente vereinfacht.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind das Sicherungselement des jeweiligen Leitschaufelsegmentes und die Aufnahmen des jeweiligen Dichtsegmentes symmetrisch zur jeweiligen Segmentenlängsachse angeordnet.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind 1,5mal so viele Leitschaufelsegmente der Leitschaufelreihe wie Dichtsegmente und pro Dichtsegment dreimal so viele Aufnahmen wie Sicherungselemente pro Leitschaufelsegment vorgesehen. Hierdurch befindet sich jede zweite Aufnahme im Eingriff mit einem Sicherungselement bzw. die Aufnahmen sind abwechselnd mit jeweils einem Sicherungselement belegt. Über den Umfang betrachtet befinden sich die Aufnahmen in alternierendem Eingriff mit einem Sicherungselement. Der hier doppelte Eingriff ist bei der Auslegung von Toleranzen und Wärmedehngen zu berücksichtigen.
  • Ein erfindungsgemäßes Dichtsegment für eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine hat eine Vielzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandeten Aufnahmen zum Zusammenwirken mit einer korrespondierenden Sicherungselement.
  • Ein erfindungsgemäßes Leitschaufelsegment für eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine hat nur ein Sicherungselement zum Zusammenwirken mit einer korrespondierenden Aufnahme eines Dichtsegmentes.
  • Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch einen radial äußeren Bereich einer Strömungsmaschine, und
    Figur 2
    ein formschlüssiges Zusammenwirken von Leitschaufelsegmenten und Dichtsegmenten basierend auf Figur 1.
  • Wie in Figur 1 gezeigt, hat eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine 1 in Richtung eines einen Heißgaskanal 2 durchströmenden Heißgases betrachtet eine vordere statorseitige Leitschaufelreihe 4 und eine hintere statorseitige Leitschaufelreihe 6, zwischen denen eine rotorseitige Laufschaufelreihe 8 um eine nicht gezeigte Rotorachse umläuft. Die Laufschaufelreihe 8 ist von einem Gehäuseabschnitt 10 der Strömungsmaschine 1 umgriffen, wobei zum Abdichten eines Radialspaltes zwischen der Laufschaufelreihe 8 und dem Gehäuseabschnitt 10 zwischen den Leitschaufelreihen 4, 6 ein Dichtsegmentenring 12 angeordnet ist. Die Strömungsmaschine ist insbesondere eine Gasturbine und bevorzugterweise ein Flugtriebwerk. Die Schaufelreihen 4, 6, 8 sowie der Dichtsegmentenring 12 befinden sich bevorzugterweise in der Niederdruckturbine der Strömungsmaschine 1.
  • Die vordere Leitschaufelreihe 4 weist eine Vielzahl von gleichen Leitschaufelsegmenten 14 auf, die jeweils mehrere Schaufelblätter haben und mittels eines vorderen Halteabschnittes 16 und eines hinteren Halteabschnittes 18 formschlüssig in Gehäusenuten 20 und dergleichen der Strömungsmaschine 1 eingreifen. Ebenso weist die hintere Leitschaufelreihe 6 eine Vielzahl von gleichen Leitschaufelsegmenten 22 auf, die entsprechend über vorderen Halterabschnitte 24 und nicht gezeigte hintere Halteabschnitte mit Gehäusenuten 26 und dergleichen der Strömungsmaschine 1 formschlüssig zusammenwirken.
  • Der Dichtsegmentenring 12 hat eine Vielzahl von gleichen Dichtsegmenten 28, die jeweils einen mehrwinkeligen Grundkörper 30 aufweisen, an dessen dem Heißgaskanal 2 zugewandten Innenfläche Dichtwaben 32 zum Einlaufen von gegenüberliegenden Dichtstegen 34, 36 der Laufschaufelreihe 8 angeordnet sind. Der Dichtsegmentenring 12 und die Dichtstege 34, 36 bilden die sogenannte Outer Air Seal (OAS). Mit seinem vorderen Randabschnitt 38 und seinem hinteren Randabschnitt 40 befindet sich jeder Grundkörper 30 in axialer Überlappung mit Plattformüberhängen 42, 44 der Leitschaufelsegmente 14, 22. Die Plattformüberhänge 40, 42 sind über den jeweiligen Randabschnitt 38, 40 geführt bzw. die Randabschnitte 38, 40 sind unter den jeweiligen Plattformüberhang 42, 44 geführt. Die Randabschnitte 38, 40 sind somit radial außen zu den Plattformüberhängen 40, 42 angeordnet.
  • Zur Sicherung des Dichtsegmentenrings 12 in Umfangsrichtung zwischen den Leitschaufelreihen 4, 6 weisen die vorderen Leitschaufelsegmente 14 jeweils ein Sicherungselement auf, das in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein Sicherungssteg 46 ist, mit denen die Dichtsegmente 28 formschlüssig zusammenwirken. Die Sicherungsstege 46 erstrecken sich jeweils in einem Abstand zur Plattform entlang einer Rückseite 48 des hinteren Halterabschnittes 18 des jeweiligen Leitschaufelsegments 14 radial nach außen. Zum formschlüssigen Zusammenwirken mit den Sicherungsstegen 46 weisen die Dichtsegmente 28 jeweils mehrere Aufnahmen auf, die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Schlitze 50 ausgebildet sind. Die Schlitze 50 sind stromaufwärts geöffnet und durchsetzen jeweils den vorderen Randabschnitt 38 der Grundkörper 30. Eine detaillierte Erläuterung der Umfangssicherung erfolgt in Figur 2 anhand von vier Leitschaufelsegmenten 14a, 14b, 14c, 14d und drei Dichtsegmenten 28a, 28b, 28c im Bereich der hinteren Halteabschnitte 18 und der vorderen Randabschnitte 38.
  • Jedes Leitschaufelsegment 14a, 14b, 14c, 14d weist einen einzigen Sicherungssteg 46a, 46b, 46c, 46d auf, der in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung mittig auf der Rückseite 48 der hinteren Halteabschnitte 18 positioniert ist. Die Position des Sicherungsstegs 46a, 46b ist natürlich nicht auf eine Mittenlage beschränkt. Die Sicherungsstege 46a, 46b, 46c, 46d liegen an identischen Positionen der Leitschaufelsegmente 14a, 14b, 14c, 14d. Ein Umfangabstand zu beiden Seitenkanten 52, 54 des Halteabschnittes 18 ist somit gleich. Der jeweils einzige Sicherungssteg 46a, 46b, 46c, 46d pro Leitschaufelsegment 14a, 14b, 14c, 14d liegt auf einer sich in etwa in Strömungsrichtung des Heißgases erstreckenden Längsachse des jeweiligen Leitschaufelsegmentes 14a, 14b, 14c, 14d und ist somit in Umfangsrichtung symmetrisch zur Längsachse orientiert. Über den Umfang der Leitschaufelreihe 4 betrachtet sind die Sicherungsstege 46a, 46b, 46c, 46d gleichmäßig voneinander beabstandet.
  • Die Dichtsegmente 28a, 28b, 28c haben jeweils drei Schlitze 50a, 56a, 58a bzw. 50b, 56b, 58b bzw. 50c, die in Figur 2 zur Unterscheidung von Trennfugen 60, 62, 64, 66 zwischen benachbarten Dichtsegmenten 28a, 28b, 28c und benachbarten Leitschaufelsegmenten 14a, 14b, 14c, 14d als Punkte dargestellt sind. Aufgrund des Ausschnitts in Figur 2 ist von den drei Schlitzen des Dichtsegments 28c lediglich der Schlitz 50c sichtbar. Die Schlitze 50a, 56a, 58a bzw. 50b, 56b, 58b bzw. 50c liegen an identischen Positionen der Dichtsegmente 28a, 28b, 28c. Die Anzahl der Schlitze 50a, 56a, 58a bzw. 50b, 56b, 58b bzw. 50c pro Dichtsegment 28a, 28b, 28c (hier drei Schlitze 50, 56, 58 pro Dichtsegment 28) beträgt somit ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Sicherungsstege 46a, 46b, 46c, 46d pro Leitschaufelsegment 14a, 14b, 14c, 14d (hier ein Sicherungssteg 46 pro Leitschaufelsegment 14).
  • Die Schlitze 50a, 56a, 58a bzw. 50b, 56b, 58b bzw. 50c liegen in Umfangsrichtung symmetrisch zur sich in etwa in Strömungsrichtung des Heißgases erstreckenden Längsachse der Dichtsegmente 28a, 28b, 28c. Ein Schlitz 56a, 56b liegt unmittelbar auf der Längsachse und befindet sich im gleichen Umfangsabstand zu Seitenkanten 68, 70 des jeweiligen Dichtsegmentes 28a, 28b, 28c. Die beiden anderen Schlitze 50a, 58a bzw. 50b, 58b bzw. 50c befindet sich beidseits des jeweils mittleren Schlitzes 56a, 56b. Diese seitlichen Schlitze 50a, 58a bzw. 50b, 58b bzw. 50c befinden sich in einem gleichen Umfangsabstand zum mittleren Schlitz 56a, 56b und somit in einem gleichen Umfangsabstand zur jeweils naheliegenden Seitenkante 68, 70. Selbstverständlich liegen die seitlichen Schlitze 50a, 58a bzw. 50b, 58b bzw. 50c auch in einem gleichen Umfangsabstand zur jeweils entfernten Seitenkante 70, 68. Über den Umfang des Dichtsegmentenrings 12 betrachtet sind die Schlitze 50a, 56a, 58a bzw. 50b, 56b, 58b bzw. 50c gleichmäßig voneinander beabstandet. Der Umfangsabstand der seitlichen Schlitze 50a, 58a bzw. 50b, 58b bzw. 50c zum mittleren Schlitz 56a, 56b ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel doppelt so groß wie der Umfangsabstand zur jeweils naheliegenden Seitenkante 68, 70.
  • Die Dichtsegmente 28a, 28b, 28c haben eine größere Erstreckung in Umfangsrichtung als die Leitschaufelsegmente 14a, 14b, 14c, 14d, sodass die Trennfugen 60, 62 zwischen den Dichtsegmenten 28a, 28b, 28c in Umfangsrichtung versetzt zu den Trennfugen 64, 66 der Leitschaufelsegmente 14a, 14b, 14c, 14d angeordnet sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat ein Dichtsegment 28a, 28b, 28c die 1,5fache Umfangserstreckung wie eine Leitschaufelsegment14a, 14b, 14c, 14d. Hierdurch sind bei beispielsweise 15 Leitschaufelsegmenten 14a, 14b, 14c, 14d zur Bildung der Leitschaufelreihe 4 und lediglich 10 Dichtsegmente 28a, 28b, 28c zur Bildung des Dichtsegmentenrings 12 erforderlich. Beziehungsweise es liegen in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel 1,5mal so viele Leitschaufelsegmente 14a, 14b, 14c, 14d wie Dichtsegmente 28a, 28b, 28c vor.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich jeweils jeder zweite Schlitz 50a, 58a, 56b, 50c des Dichtsegmentenrings 12 im Eingriff mit einem Sicherungssteg 46a, 46b, 46c, 46d. Mit anderen Worten, jeder zweite Schlitz 56a, 50b, 58b ist frei. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel greift der Sicherungssteg 46a in den Schlitz 50a, der Sicherungssteg 46b in den Schlitz 58a, der Sicherungssteg 46c in den Schlitz 56b und der Sicherungssteg 46d in den Schlitz 50c ein. Die Schlitze 56a, 50b und 58b sind nicht belegt. In Umfangsrichtung betrachtet "wandern" die Sicherungsstege 46a, 46b, 46c, 46d quasi immer einen Schlitz 50a, 56a, 58a bzw. 50b, 56b, 58b bzw. 50c weiter. Da jedes Leitschaufelsegment 14a, 14b, 14c, 14d über lediglich einen Sicherungssteg 46a, 46b, 46c, 46d verfügt, bildet dabei jedes Leitschaufelsegment 14a, 14b, 14c, 14d nur eine Formschlussverbindung mit einem Dichtsegment 28a, 28b, 28c bzw. nur eine Umfangssicherung für ein Dichtsegment 28a, 28b, 28c. Aufgrund des in Umfangsrichtung "wandernden Eingriffs" befinden sich jedoch einige Dichtsegmente 28a mit mehreren Leitschaufelsegmenten 14a, 14b gleichzeitig im Formschluss. So greifen hier die Sicherungsstege 46a, 46b der Leitschaufelsegmenten 14a, 14b formschlüssig in die Schlitze 50a, 58a des Dichtsegmentes 28a ein.
  • Offenbart sind eine Strömungsmaschine mit einem Dichtsegmentenring zwischen einer vorderen Leitschaufelreihe und einer hinteren Leitschaufelreihe zum Abdichten eines Radialspaltes zwischen einem Gehäuseabschnitt und einer zwischen den Leitschaufelreihen umlaufenden Laufschaufelreihe, wobei der Dichtsegmentenring eine Vielzahl von gleichen Dichtsegmenten und zumindest eine der Leitschaufelreihe eine Vielzahl von gleichen Leitschaufelsegmenten hat, wobei die Dichtsegmente jeweils mehrere in Umfangsrichtung nebeneinanderliegende Aufnahmen zum Zusammenwirken mit Sicherungselementen dieser Leitschaufelreihe haben, wobei die Aufnahmen und Sicherungselemente gleichmäßig über den Umfang verteilt sind und die Aufnahmen ein Vielfaches der Sicherungselemente sind, ein Dichtsegment sowie ein Leitschaufelsegment.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Strömungsmaschine
    2
    Heißgaskanal
    4
    vordere Leitschaufelreihe
    6
    hinterer Leitschaufelreihe
    8
    Laufschaufelreihe
    10
    Gehäuseabschnitt
    12
    Dichtsegmentenring
    14, a, b, c, d
    Leitschaufelsegment
    16
    vorderer Halteabschnitt
    18
    hinterer Halteabschnitt
    20
    Gehäusenut
    22
    Leitschaufelsegment
    24
    vorderer Halteabschnitt
    26
    Gehäusenut
    28, a, b, c
    Dichtsegment
    30
    Grundkörper
    32
    Dichtwaben
    34
    Dichtsteg
    36
    Dichtsteg
    38
    vorderer Randabschnitt
    40
    hinterer Randabschnitt
    42
    Plattformüberhang
    44
    Plattformüberhang
    46, a, b, c, d
    Sicherungssteg
    48
    Rückseite
    50, a, b, c
    Schlitz
    52
    Seitenkante
    54
    Seitenkante
    56, a, b, c
    Schlitz
    58, a, b, c
    Schlitz
    60
    Trennfuge Dichtsegment
    62
    Trennfuge Dichtsegment
    64
    Trennfuge Leitschaufelsegment
    66
    Trennfuge Leitschaufelsegment
    68
    Seitenkante
    70
    Seitenkante

Claims (4)

  1. Strömungsmaschine (1) mit einem Dichtsegmentenring (12) zwischen einer vorderen Leitschaufelreihe (4) und einer hinteren Leitschaufelreihe (6) zum Abdichten eines Radialspaltes zwischen einem Gehäuseabschnitt (10) und einer zwischen den Leitschaufelreihen (4, 6) umlaufenden Laufschaufelreihe (8), wobei der Dichtsegmentenring (12) eine Vielzahl von gleichen Dichtsegmenten (28) hat und zumindest eine Leitschaufelreihen (4) eine Vielzahl von gleichen Leitschaufelsegmenten (14) aufweist, wobei die Dichtsegmente (28) jeweils mehrere in Umfangsrichtung nebeneinanderliegende Aufnahmen (50, 56, 58) zum Zusammenwirken mit Sicherungselementen (46) dieser Leitschaufelreihe (4) haben, und wobei die Aufnahmen (50, 56, 58) und Sicherungselemente (46) gleichmäßig über den Umfang verteilt sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (50, 56, 58) ein Vielfaches der Sicherungselemente (46) sind, und
    dass jedes Leitschaufelsegment (14) dieser Leitschaufelreihe (4) nur ein Sicherungselement (46) hat.
  2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, wobei jedes Dichtsegment (28) eine gleiche Vielzahl von Aufnahmen (50, 56, 58) aufweist und die Aufnahmen (50, 56, 58) sowie die Sicherungselemente (46) an identischen Positionen der Dichtsegmente (28) bzw. der Leitschaufelsegmente (14) dieser Leitschaufelreihe (4) angeordnet sind.
  3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sicherungselement (46) des jeweiligen Leitschaufelsegmentes (14) und die Aufnahmen (50, 56, 58) des jeweiligen Dichtsegmentes (28) symmetrisch zur jeweiligen Segmentenlängsachse angeordnet sind.
  4. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 1,5mal so viele Leitschaufelsegmente (14) dieser Leitschaufelreihe (4) wie Dichtsegmente (28) und dreimal so viele Aufnahmen (50, 56, 58) pro Dichtsegment (28) wie Sicherungselemente (46) pro Leitschaufelsegment (14) vorgesehen sind.
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