Gasturbine und Verfahren zum Abdichten von Leckströmen in einer solchen

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einem Turbinengehäuse und darin rotierenden Laufschaufelreihen, wobei Laufschaufeln (10) der Laufschaufelreihen jeweils radial nach außen zeigende und in Umlaufrichtung ausgerichteten Schneiden (13, 13') aufweisen, und wobei zwischen den Laufschaufeln (10) und feststehenden Teilen der Gasturbine (20,23) ein Spalt (21,22) ausgebildet ist, der soweit mit einem an den feststehenden Teilen (20,23) angeordneten Dichtband (30, 30') aufgefüllt ist, dass die Schneiden (13,13') zumindest teilweise in das Dichtband (30,30') eingreifen, wobei das Dichtband (30,30') aus einer offenporigen Metallstruktur besteht.

Beschreibung

[0001] Gasturbine und Verfahren zum Abdichten von Leckströmen in einer solchen

[0002] Die Erfindung betrifft eine Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Abdichten von Leckströmen gemäß Anspruch 6 und 7.

[0003] Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Gasturbine zu erzielen, müssen Verluste in der Gasturbine gezielt unterbunden werden. Verluste können insbesondere im Bereich des Strömungskanals entstehen. Hier müssen spezielle Maßnahmen vorgesehen werden, um die für den Betrieb der Gasturbine notwendigen Spalte zwischen den rotierenden Laufschaufelreihen und den stationären Anlagenkomponenten, wie beispielsweise den Leitschaufeln oder den den Strömungskanal bildenden Gehäuseteilen, abzudichten. Leckströme des durch den Strömungskanal strömenden Heißgases, die an diesen Spalten auftreten können, können so weitgehend unterbunden werden.

[0004] Laufschaufeln von Gasturbinen weisen deshalb ein Schaufelblatt und ein an der Schaufelspitze ausgebildetes Deckband mit radial nach außen zeigenden und in Umlaufrichtung ausgerichteten Schneiden auf. Zwischen Deckband und einer, den Strömungskanal bildenden Gehäuseinnenwand des Turbinengehäuses ist ein Radialspalt ausgebildet. Zum Abdichten dieses Radialspaltes wird üblicherweise ein wabenförmiges Dichtband an der Gehäuseinnenwand befestigt. Dieses muss dabei den Radialspalt soweit ausfüllen, dass die Schneiden der Deckbänder zumindest teilweise in dieses Dichtband eingreifen. Die rotierenden Schneiden graben sich in das Dichtband ein und bilden so Furchen, was eine quasi labyrinthartige Dichtung aus diesen Schneiden und dem Dichtband entstehen lässt. Entsprechende Maßnahmen können auch seitlich am Laufschaufelblatt zur Abdichtung der Spalte zwischen Lauf- und Leitschaufeln vorgesehen werden.

[0005] Durch solche Abdichtungen können Leckströme durch diese Spalte verringert werden. Dichtbänder mit wabenförmigen Strukturen sind aber sehr aufwändig in der Herstellung und damit teuer. Zudem sind sie aufgrund ihrer filigranen Struktur anfällig gegen Verformungen und daher auch sehr wartungsintensiv.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gasturbine sowie ein Verfahren zum Abdichten solcher Leckströme bereitzustellen, welche die zuvor beschriebenen Nachteile überwinden.

[0007] Diese Aufgabe wird mit einer Gasturbine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie mit dem Verfahren zum Abdichten von Leckströmen mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und 7 gelöst.

[0008] Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, bekannte wabenförmige Dichtbänder durch Dichtbänder aus einer offenporigen Metallstruktur zu ersetzen. Die offenporige Metallstruktur könnte dabei beispielsweise aus einem auf Nickel oder einer Nickel-Kobalt-Legierung basierenden Material bestehen. Beide Materialien zeichnen sich durch hohe Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen aus, und sind somit für den Einsatz in Gasturbinen bestens geeignet. Durch eine geeignete Wahl der Porengröße lassen sich die thermischen und mechanischen Eigenschaften dieser Materialien einfach an die Erfordernisse als Dichtband zum Abdichten von Leckströmen anpassen. Zudem sind diese erfindungsgemäßen Dichtbänder aus solchen offenporigen Metallstrukturen, im Gegensatz zu den bekannten wabenartigen Dichtbändern, einfacher in der Herstellung und weniger anfällig gegen mechanische Verformungen und damit weniger wartungsintensiv und somit auch kostengünstiger.

[0009] Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand der nachfolgenden Figuren beispielhaft erläutert werden. Es zeigen:

FIG 1

schematisch eine Ausführungsform für die radiale Abdichtung,

FIG 2

schematisch eine Ausführungsform für die axiale Abdichtung.

[0010] Dargestellt ist in FIG 1 schematisch eine einzelne Laufschaufel einer Laufschaufelreihe der Gasturbine. Die Laufschaufel 10 weist ein Schaufelblatt 11 und ein an der Schaufelspitze ausgebildetes Deckband 12, mit radial nach außen zeigenden und in Umlaufrichtung ausgerichteten Schneiden 13, auf. Zwischen einer, einen Strömungskanal bildenden Gehäuseinnenwand 20 des Turbinengehäuses und den Deckbändern 12, der im Strömungskanal rotierenden Laufschaufelreihen, ist ein Radialspalt 21 ausgebildet, der so mit einem an der Gehäuseinnenwand 20 befestigten Dichtband 30 aufgefüllt ist, dass die Schneiden 13 der Deckbänder 12 zumindest teilweise in das Dichtband 30 eingreifen. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Dichtband 30 aus einer offenporigen Metallstruktur hergestellt ist und somit mit den Schneiden 13, die sich quasi in das Dichtband eingraben, eine Dichtung für Leckströme im Radialspalt 21 bilden.

[0011] FIG 2 zeigt eine weitere Ausführung, die zusätzlich oder auch unabhängig von der in FIG 1 dargestellten Ausführungsform in der Gasturbine vorgesehen werden kann. Im Gegensatz zu der in FIG 1 dargestellten Ausführungsform weist das Laufschaufelblatt 11 der Laufschaufel 11 hier an seinen axialen Seiten in Umlaufrichtung ausgerichtete Schneiden 13' auf. Diese Schneiden 13' sind so ausgebildet, dass sie in entsprechende, an den benachbarten Leitschaufeln 23 angeordnete Dichtbänder 30' so eingreifen, dass der axiale Spalt zwischen Laufschaufel 10 und Leitschaufel 23 abgedichtet wird. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind hierfür zusätzliche Dichtbleche 24 an der Leitschaufel 23 vorgesehen, die die Schneiden 13' in axialer Richtung übergreifen und an deren, zu den Schneiden 13' gerichteten Seiten, das Dichtband 30' vorgesehen ist. Auch das hier gezeigte Dichtband 30' ist erfindungsgemäß aus einer offenporigen Metallstruktur hergestellt und führt dazu, dass in den Radseitenräumen auch bei geringen Sperrluftströmen sicher ein Heißgaseinzug vermieden werden kann.

Ansprüche

1. Gasturbine mit einem Turbinengehäuse und darin rotierenden Laufschaufelreihen, wobei Laufschaufeln (10) der Laufschaufelreihen jeweils radial nach außen zeigende und in Umlaufrichtung ausgerichtete Schneiden (13, 13') aufweisen, und wobei zwischen den Laufschaufeln (10) und feststehenden Teilen der Gasturbine (20,23) ein Spalt (21,22) ausgebildet ist, der soweit mit einem an den feststehenden Teilen (20,23) angeordneten Dichtband (30, 30') aufgefüllt ist, dass die Schneiden (13,13') zumindest teilweise in das Dichtband (30,30') eingreifen,
dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtband (30,30') aus einer offenporigen Metallstruktur besteht.

2. Gasturbine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige Metallstruktur ein auf Nickel basierendes Material ist.

3. Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige Metallstruktur ein auf einer Nickel-Kobalt Legierung basierendes Material ist.

4. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln (10) der Laufschaufelreihen jeweils ein Schaufelblatt (11), und ein an der Schaufelspitze ausgebildetes Deckband (12) mit den Schneiden (13) aufweisen, und wobei zwischen einer Gehäuseinnenwand (20) als feststehendes Teil der Gasturbine und den Deckbändern (12) der im Strömungskanal rotierenden Laufschaufelreihen ein Radialspalt (21) ausgebildet ist, der soweit mit dem an der Gehäuseinnenwand (20) befestigten Dichtband (30) aufgefüllt ist, dass die Schneiden (13) der Deckbänder (12) zumindest teilweise in das Dichtband (30) eingreifen.

5. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln (10) der Laufschaufelreihen jeweils ein Schaufelblatt (11) mit an benachbarten Leitschaufeln (23) zugewandten Seiten des Schaufelblatts (11) angeordneten Schneiden (13') aufweisen, und wobei zwischen den Leitschaufeln (23) als feststehende Teile der Gasturbine und den Seiten des Schaufelblatts (11) ein Spalt (22) ausgebildet ist, der soweit mit dem an den Leitschaufeln (23) befestigten Dichtband (30') aufgefüllt ist, dass die Schneiden (13') zumindest teilweise in das Dichtband (30') eingreifen.

6. Verfahren zum Abdichten von Leckströmen in Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Radialspalt zwischen einer einen Strömungskanal bildenden Gehäuseinnenwand einer Gasturbine und Deckbändern von in diesem Strömungskanal rotierenden Laufschaufelreihen an der Gehäuseinnenwand ein Dichtband aus einer offenporigen Metallstruktur so angebracht wird, dass in Umlaufrichtung ausgerichtete Schneiden auf dem Deckband zumindest teilweise in das Dichtband eingreifen.

7. Verfahren zum Abdichten von Leckströmen in Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Axialspalt zwischen einer Leitschaufel und einem Schaufelblatt einer Laufschaufel ein Dichtband aus einer offenporigen Metallstruktur so angebracht wird, dass in Umlaufrichtung ausgerichtete Schneiden an der Seite zumindest teilweise in das Dichtband eingreifen.

Zeichnung