DE69824089T2

DE69824089T2 - Dichtstreifen für Deckplatten von Gasturbinenleitschaufeln

Info

Publication number: DE69824089T2
Application number: DE1998624089
Authority: DE
Inventors: Koichi Takasago-shi Akagi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: DE69824089D1; CA2244442C; JPH1150805A; CA2244442A1; EP0896128B1; EP0896128A2; EP0896128A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsstruktur eines Gasturbinen-Leitschaufeldeckrings und insbesondere auf eine Dichtungsplatte verbesserter Form, die im Stande ist, eine Abdichtfähigkeit zwischen aneinandergrenzenden Deckringen zu verbessern.
Beschreibung des Standes der Technik
3 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der allgemeinen Anordnung von Leitschaufeln, äußeren Deckringen und inneren Deckringen in einer Gasturbine. In der Figur bezeichnen die Bezugsziffern 10a und 10b Leitschaufeln, die in einer Turbinen-Umfangsrichtung aneinandergrenzen, die Bezugsziffern 11a und 11b bezeichnen äußere Deckringe, die in der gleichen Umfangsrichtung aneinandergrenzen, und die Bezugsziffern 21a und 21b bezeichnen innere Deckringe, die in der gleichen Umfangsrichtung aneinandergrenzen. Die Bezugsziffern 12a, 12b bezeichnen eine Rille bzw. Nut, die in jeder von Seitenflächen entlang einer Turbinenaxialrichtung des äußeren Deckrings 11a bzw. 11b vorgesehen sind, und die Bezugsziffern 22a, 22b bezeichnen eine Nut bzw. Rille, die in jeder von Seitenflächen entlang der gleichen Axialrichtung des inneren Deckrings 21a bzw. 21b vorgesehen sind. Die Bezugsziffer 40 bezeichnet einen Gasströmungsdurchgang eines Hochtemperatur-Verbrennungsgases. Um eine Abdichtung des Gasströmungsdurchgangs 40 und eines Kühlluft-Einleitdurchgangs, die ins Innere der Leitschaufeln 10a und 10b führen, zu bilden, ist eine später zu beschreibende Dichtungsplatte jeweils zwischen den Nuten bzw. Rillen 12a und 12b der aneinandergrenzenden äußeren Deckringe 11a und 11b nach obiger Beschreibung vorgesehen, sowie zwischen den Nuten 22a und 22b der ebenfalls beschriebenen inneren Deckringe 21a und 21b. Die Dichtungsplatte ist in 3 zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt.
Bei den gemäß 3 aufgebauten Gasturbinen-Leitschaufeln stellen eine Leitschaufel 10a und ihr äußerer Deckring 11a sowie innerer Deckring 21a zusammen mit der benachbarten Leitschaufel 10b und ihrem äußeren Deckring 11b und inneren Deckring 21b den dazwischen ausgebildeten Gasströmungsdurchgang 40 bereit.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer vorbekannten Dichtungsstruktur, die eine Dichtungsplatte eines Gasturbinen-Leitschaufeldeckrings verwendet, und, wie dort gezeigt ist, ist die Rille bzw. Nut 12a, 12b in jeder der einander jeweils gegenüberliegenden Seitenflächen entlang der Turbinenaxialrichtung der aneinandergrenzenden äußeren Deckringe 11a und 11b vorgesehen, und die Dichtungsplatte 30 von dünner Plattenform ist jeweils mit ihrem Endabschnitt in die Nute bzw. Rille 12a, 12b eingesetzt angeordnet, so dass der Gasströmungsdurchgang 40 und der Kühllufteinleitdurchgang an einer Außenseite des äußeren Deckrings 11a und 11b untereinander unterteilt und abgedichtet sind. Es ist anzumerken, dass auch eine Dichtungsplatte gleicher Form zwischen den Nuten bzw. Rillen 22a und 22b der inneren Deckringe 21a und 21b nach obiger Beschreibung angeordnet ist, und Luft an einer Innenseite der inneren Deckringe 21a und 21b daran gehindert wird, in den Gasströmungsdurchgang 40 zu strömen, ebenso wie das Hochtemperatur-Verbrennungsgas daran gehindert wird, zur Innenseite der inneren Deckringe 21a und 21b zu strömen.
In der Figur nicht dargestellte Kühlluft wird von dem Kühlluft-Einleitdurchgang an der Außenseite eingeleitet, d. h. an einer Turbinengehäuseseite der äußeren Deckringe 11a und 11b in Kühlluftdurchgänge, die im Inneren der Leitschaufeln 10a und 10b vorgesehen sind, und nach Kühlung der Schaufeln wird sie in den Gasströmungsdurchgang 40 ausgetragen. Ferner wird Dichtungsluft von den äußeren Deckringen 11a und 11b in die Leitschaufeln 10a und 10b eingeleitet, um ferner in nicht dargestellte Hohlräume in den inneren Deckringen 21a und 21b eingeleitet zu werden, so dass die Innenseite der inneren Deckringe einen höheren Druck aufweist als der des Hochtemperatur-Verbrennungsgases, um so abgedichtet zu sein bzw. zu werden.
In dem Leitschaufel-Deckringabschnitt einer Gasturbine nach obiger Beschreibung ist der Kühlluft-Einleitdurchgang ausgebildet. Da der Druck der Kühlluft aber höher ist als der des Hauptgases und auch die Größen der inneren Deckringe und der äußeren Deckringe vergleichsweise groß sind, kommt es während des Betriebs zu einer thermischen Verformung in den inneren Deckringen und den äußeren Deckringen infolge des Wärmegradienten darin. Somit kommt es an dem Abschnitt, an dem die Dichtungsplatte 30 in die Rille bzw. Nut 12a, 12b eingesetzt ist, zu einer thermischen Verformung und bewirkt einen Spalt bzw. Zwischenraum, und es strömt ein nicht geringer Teil der Kühlungsluft in die Leitschaufel 10a, 10b, leckt jedoch in die Hauptgas-Strömungsdurchgangsseite.
Da der Raum zwischen den aneinandergrenzenden Seitenflächen der Deckringe eng ist, ist es ferner ziemlich schwierig, wenn die Dichtungsplatte in die Deckringe einzubauen ist, die Dichtungsplatte, die starr ist, in die Rillen bzw. Nuten in beiden Seitenflächen einzusetzen.
Weitere vorbekannte Dichtungen sind in US 5 158 430 und GB 2 303 888 A offenbart. US 5 158 430 offenbart eine "hundeknochenförmige" Dichtung und eine "C"-förmige Dichtung. GB 2 303 888 A offenbart eine Dichtungsplatte mit einem zentralen Streifen und zwei "U"- oder "C"-förmigen Endabschnitten.
ABRISS DER ERFINDUNG
Um die genannten Probleme im Stand der Technik zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Dichtungsstruktur eines Gasturbinen-Leitschaufeldeckrings bereitzustellen, wobei einer Dichtungsplatte eine Federwirkung verliehen wird, um flexibel gegenüber thermischer Verformung einer Rille bzw. Nut des Deckrings zu sein, in den die Dichtungsplatte eingesetzt wird, um dadurch eine Abdichtfähigkeit zu verbessern, und auch einen einfachen Einbau der Dichtungsplatte in die Rille bzw. Nut des Deckrings zu ermöglichen.
Um die Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Gasturbinen-Dichtungsstruktur mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit.
In der Dichtungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Dichtungsplatte einen Biegeabschnitt an jedem ihrer Endabschnitte, wobei der Biegeabschnitt beispielsweise in einem Halbkreis gebogen ist und eine Breite der Biegeform in der Turbinenradialrichtung aufweist, die geringfügig größer ist als die Breite der Nut bzw. Rille, die in jeder der Seitenflächen der Deckringe vorgesehen ist. Durch Einsetzen eines solchen Biegeabschnitts in die Nut bzw. Rille wird bewirkt, dass kein Zwischenraum zwischen der Nut und der Dichtungsplatte durch die Federwirkung an den Endabschnitten der Dichtungsplatte besteht, und die Abdichtfähigkeit kann so verbessert werden.
Ferner ist die Dichtungsplatte dünner gestaltet als die vorbekannte Dichtungsplatte, und ihre beiden Endabschnitte haben Federwirkung, wodurch auch dann, wenn eine thermische Verformung der Nut bzw. Rille vorkommt, die Dichtungsplatte flexibel auf diese Verformung reagieren kann, so dass kein Zwischenraum entsteht und keine unangemessene Kraft infolge der Steifigkeit des Dichtungsabschnitts einwirkt.
In der Dichtungsstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der Biegeabschnitt der Dichtungsplatte einen begrenzten gebogenen Endabschnitt, so dass nur dieser in die Nut eingesetzt werden muß, wodurch die Arbeit (für das Einsetzen) der Dichtungsplatte erleichtert wird.
Da der Raum zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenflächen der äußeren oder inneren Deckringe der Leitschaufel schmal ist, war es ferner äußerst schwierig und hat viel Zeit erfordert, die starre Dichtungsplatte in die Nut bzw. Rille nach dem Stand der Technik einzusetzen, gemäß der Dichtungsstruktur der vorliegenden Erfindung aber kann der Biegeabschnitt der Dichtungsplatte verformt werden, so dass er leicht in die Nut bzw. Rille einzusetzen ist, womit eine Einbauarbeit der Dichtungsplatte in den Dichtungsabschnitt sehr erleichtert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Ansicht zur Darstellung einer Dichtungsstruktur eines Gasturbinen-Leitschaufeldeckrings einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 1(a) eine perspektivische Ansicht ist, 1(b) eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels der Form eines Dichtungsplatten-Biegeabschnitts ist, und 1(c) eine Ansicht zur Darstellung eines weiteren Beispiels der Form des Dichtungsplatten-Biegeabschnitts ist,
2 eine perspektivische Ansicht einer vorbekannten Dichtungsstruktur eines Gasturbinen-Leitschaufeldeckrings, und
3 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer allgemeinen Anordnung von Leitschaufeln, äußeren Deckringen und inneren Deckringen in einer Gasturbine.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend konkret unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. 1 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Dichtungsstruktur eines Gasturbinen-Leitschaufeldeckrings einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei
1(a) eine perspektivische Ansicht ist, 1(b) eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels der Form eines Dichtungsplatten-Biegeabschnitts ist, und 1(c) eine Ansicht zur Darstellung eines weiteren Beispiels der Form eines Dichtungsplatten-Biegeabschnitts ist. In 1(a) bezeichnen die Bezugsziffern 11a und 11b aneinandergrenzende äußere Deckringe, wobei eine Nut bzw. Rille 12a, 12b in jeder der beiden Seitenflächen entlang einer Turbinenaxialrichtung der äußeren Deckringe 11a bzw. 11b vorgesehen ist. In 1(a) sind diese Teile unter Verwendung der gleichen Bezugsziffern wie bei den Beispielen des Standes der Technik von 2 gezeigt.
Die Breite der Nut bzw. Rille 12a, 12b in einer Turbinenradialrichtung ist durch t dargestellt, und eine Dichtungsplatte 1 ist mit ihrem jeweiligen Biegeabschnitt 1a, 1b in die Nut bzw. Rille 12a, 12b eingesetzt. Die Dichtungsplatte 1 ist aus einer Platte hergestellt, die dünner ist als die vorbekannte Dichtungsplatte 30, und ihr jeweiliger Endabschnitt ist so ausgearbeitet, dass er den Biegeabschnitt 1a, 1b bildet, dem durch Federwirkung Flexibilität verliehen wird, und ist in die Nut bzw. Rille 12a bzw. 12b eingesetzt, um darin durch die Federwirkung festgestellt zu werden, wie in 1a gezeigt ist.
Der Biegeabschnitt 1a, 1b der Dichtungsplatte 1 ist so ausgearbeitet, dass er eine Breite t' in der Turbinenradialrichtung aufweist, die geringfügig größer ist als die Rillenbreite t, und wenn der Biegeabschnitt 1a, 1b in die Rille 12a, 12b einzusetzen ist, wird er nach unten gedrückt, um für eine leichte Einführung auf die Rillenbreite t zu treffen, wobei er, sobald er eingesetzt ist, in der Nut bzw. Rille 12a, 12b durch eine Rückstellkraft der Federwirkung festgestellt ist.
Ferner ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Dichtungsplatte, wie sie in 1(c) gezeigt ist, der Biegeabschnitt 1a, 1b so ausgearbeitet, dass er eine Breite t' des Öffnungsendabschnitts aufweist, die geringfügig größer ist als die Rillenbreite t, wie bei der oben erwähnten Ausführungsform, so dass, wenn der Biegeabschnitt 1a, 1b in die Rille 12a, 12b einzusetzen ist, dieser ebenfalls nach unten gedrückt und eingesetzt wird, um in der Nut bzw. Rille 12a, 12b festgestellt zu werden.
Ferner kann der Biegeabschnitt der Dichtungsplatte eine Länge in der Turbinenumfangsrichtung aufweisen, die kleiner ist als eine Tiefe der Nut bzw. Rille, so dass ein Biegeendabschnitt derselben nicht über eine Oberfläche der Nut hinausstehen kann, wie in 1(a) gezeigt ist. In diesem Fall hat der Biegeabschnitt der Dichtungsplatte einen derart begrenzten Biegeendabschnitt, dass nur dieser in die Nut bzw. Rille eingesetzt wird, wodurch die Arbeit des Einsetzens der Dichtungsplatte erleichtert wird.
Es ist anzumerken, dass das Beispiel von 1 in bezug auf dasjenige Beispiel beschrieben wurde, bei dem die Dichtungsplatte 1 in die äußeren Deckringe 11a und 11b eingesetzt wird, die Dichtungsplatte 1 wird aber auch in eine Nut bzw. Rille 22a, 22b der inneren Deckringe 21a bzw. 21b eingepasst, und eine Beschreibung derselben, die gleich wie bei 1 ist, fällt weg.
Gemäß der Dichtungsstruktur nach obiger Beschreibung ist der Biegeabschnitt 1a, 1b jedes Endabschnitts der Dichtungsplatte 1 so in die Nut bzw. Rille 12a, 12b eingesetzt, dass er eine Federwirkung in der Nut bzw. Rille erzeugt, wodurch kein Zwischenraum zwischen der Dichtungsplatte 1 und einer Innenwandfläche der Nut bzw. Rille 12a, 12b auftritt und die Abdichtfähigkeit verbessert werden kann.
Ferner kann die Dichtungsplatte 1 dünner gestaltet werden als die vorbekannte Dichtungsplatte 30, und jeder Endabschnitt derselben ist so ausgearbeitet, dass er über Flexibilität verfügt, wodurch eine flexible Reaktion auf die Wärmeverformung der Nut bzw. Rille durch die Federwirkung erzielt werden kann, und keine unangemessene Kraft infolge der Steifigkeit des Dichtungsabschnitts einwirkt.
Ferner kann auch in einem engen Raum zwischen den aneinandergrenzenden Deckringen die Dichtungsplatte 1 einfach in die Nut bzw. Rille 12a, 12b eingeführt werden, so dass eine Montage des Dichtungsabschnitts sehr erleichtert wird.
Die Erfindung ist nicht auf den speziellen Aufbau und die spezielle Anordnung, die hier dargestellt und beschrieben wurden, beschränkt, sondern umfaßt modifizierte Formen derselben, die im Schutzumfang der folgenden Ansprüche liegen.

Claims

Gasturbinen-Dichtungsstruktur mit: einem Paar von Leitschaufel-Deckringen (11a, 11b, 21a, 21b), die einander benachbart entlang einer Turbinenumfangsrichtung angeordnet sind, wobei die Schaufel-Deckringe (11a, 11b, 21a, 21b) gegenüberliegende Seitenflächen aufweisen, die sich entlang einer Turbinenaxialrichtung erstrecken und gegenüberliegende Rillen bzw. Nuten (12a, 12b, 22a, 22b) festlegen, einer dünnen Dichtungsplatte (1) mit gegenüberliegenden Endabschnitten, die jeweils in die in den Schaufel-Deckringen (11a, 11b, 21a, 21b) vorgesehenen Nuten bzw. Rillen (12a, 12b, 22a, 22b) eingesetzt sind, wobei jeder der Endabschnitte der Dichtungsplatte einen integralen Biegeabschnitt (1a, 1b) mit einer Breite (t') in einer Turbinen-Radialrichtung umfasst, die größer ist als die Breite (t) der jeweiligen Rille bzw. Nut (12a, 12b, 22a, 22b), und jeder der Biegeabschnitte (1a, 1b) derart elastisch verformbar ist, dass er ein Einsetzen in die jeweilige Nut (12a, 12b, 22a, 22b) gestattet, und, wenn er eingesetzt ist, in der jeweiligen Nut (12a, 12b, 22a, 22b) infolge einer Federwirkung des Biegeabschnitts (1a, 1b) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsplatte (1) flache Oberflächenabschnitte an den Endabschnitten aufweist, und die flachen Oberflächenabschnitte jeweils mit gegenüberliegenden Abschnitten von Innenwandflächen der Nuten bzw. Rillen (12a, 12b, 22a, 22b) über flache Ebenen in Kontakt stehen, so dass kein Zwischenraum zwischen den flachen Oberflächenabschnitten der Dichtungsplatte (1) und den jeweiligen Innenwänden der Nuten bzw. Rillen (12a, 12b, 22a, 22b) vorhanden ist.
Gasturbinen-Dichtungsstruktur nach Anspruch 1, wobei jeder der Biegeabschnitte (1a, 1b) eine Länge in der Turbinenumfangsrichtung aufweist, die kleiner ist als eine Tiefe der jeweiligen Nut (12a, 12b, 22a, 22b), so dass die Biegeabschnitte (1a, 1b) vollständig in den jeweiligen Nuten bzw. Rillen (12a, 12b, 22a, 22b) angeordnet sind.