Rotor mit Dichtblechen

Abstract

 Rotor (1) einer Axialturbomaschine mit zumindest einer Rotorscheibe (2), mehreren entlang des Außenumfangs der Rotorscheibe (2) angeordneten Laufschaufeln (3), die jeweils mit ihrem Schaufelfuß (4) an der Rotorscheibe (2) befestigt sind, mehreren Dichtblechen (5), die ringförmig angeordnet sind und sich in radialer Richtung zwischen der Rotorscheibe (2) und den Laufschaufeln (3) derart erstrecken, dass zwischen den Dichtblechen (5) und der Rotorscheibe (2) ein ringförmiger Hohlraum (6) ausgebildet ist, wobei radial auswärts weisende Randbereiche der Dichtbleche (5) in einer in den Schaufelfüßen (4) ausgebildeten Ringnut (7) aufgenommen sind, und mehreren einen zwischen den Dichtblechen (5) und der Ringnut (7) vorhandenen Ringspalt (8) abdichtenden ringsegmentförmigen Dichtelementen (9), wobei die Dichtelemente (9) im Querschnitt betrachtet zwei beabstandet voneinander angeordnete, über einen Verbindungsschenkel (10) miteinander verbundene Seitenschenkel (11) aufweisen, welche die Randbereiche der Dichtbleche (5) umgreifen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer Axialturbomaschine mit zumindest einer Rotorscheibe, mehreren entlang des Außenumfangs der Rotorscheibe angeordneten Laufschaufeln, die jeweils mit ihrem Schaufelfuß an der Rotorscheibe befestigt sind, mehreren Dichtblechen, die ringförmig angeordnet sind und sich in radialer Richtung zwischen der Rotorscheibe und den Laufschaufeln derart erstrecken, dass zwischen den Dichtblechen und der Rotorscheibe ein ringförmiger Hohlraum ausgebildet ist, wobei radial auswärts weisende Randbereiche der Dichtbleche in einer in den Schaufelfüßen ausgebildeten Ringnut aufgenommen sind, und mehreren einen zwischen den Dichtblechen und der Ringnut vorhandenen Ringspalt abdichtenden ringsegmentförmigen Dichtelementen.

[0002] Axialturbomaschinen, wie beispielsweise Gasturbinen, weisen eine Turbine auf, in der Heißgas unter drehendem Antreiben zumindest eines Rotors entspannt wird. Auf diese Weise wird thermische Energie des Heißgases in mechanische Arbeit umgewandelt, die zum Antreiben eines Verbrauchers eingesetzt wird, wie beispielsweise eines Generators zum Erzeugen von elektrischem Strom. Zum Erzielen eines hohen thermischen Wirkungsgrades der Axialturbomaschine ist eine möglichst hohe Temperatur des Heißgases am Turbineneintritt wünschenswert. Die maximale Temperatur des Heißgases wird allerdings durch die Konstruktion und die Werkstoffauswahl der Turbinenbauteile begrenzt, deren Lebensdauer mit zunehmender Temperaturbelastung abnimmt. Vor diesem Hintergrund ist man bestrebt, zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades diejenigen Turbinenbauteile zu kühlen, die während des Betriebs besonders hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind.

[0003] Rotoren von Axialturbomaschinen umfassen normalerweise mehrere an einer Rotorwelle gehaltene Rotorscheiben. Jede Rotorscheibe weist mehrere entlang ihres Außenumfangs angeordnete Laufschaufeln auf, die mit ihrem Schaufelfuß an der Rotorscheibe gehalten sind. Zwischen der Rotorscheibe und den Laufschaufeln sind ringförmig angeordnete Dichtbleche vorgesehen, die einerseits an der Rotorscheibe befestigt und andererseits in einer in den Schaufelfüßen ausgebildeten Ringnut aufgenommen sind. Die Dichtbleche und die Radscheibe definieren zwischen sich einen ringförmigen Hohlraum, der strömungstechnisch mit in den Laufschaufeln ausgebildeten Kühlluftkanälen verbunden ist und als Kühlluftverteiler dient. Um zu verhindern, dass Kühlluft durch einen zwischen den Dichtblechen und der Ringnut vorhandenen Ringspalt entweichen kann, ist es bekannt, den Ringspalt durch mehrere ringsegmentförmige Dichtelemente abzudichten, die sich innerhalb der Ringnut zwischen den Dichtblechen und den Schaufelfüßen erstrecken. So offenbart beispielsweise die EP 2 414 641 B1 ringsegmentförmige Dichtelemente, die radial bewegbar in eine stirnseitig an den radial auswärts weisenden Randbereichen der benachbart angeordneten Dichtelemente ausgebildete Aufnahmenut eingelegt sind. Während des Betriebs werden die Dichtelemente unter Einwirkung der Zentrifugalkraft innerhalb der Aufnahmenut radial nach außen gedrückt, bis diese an den jeweiligen Schaufelfüßen der Laufschaufeln dichtend zur Anlage kommen.

[0004] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor der eingangs genannten Art mit verbesserter Abdichtung des zwischen den Dichtblechen und der Ringnut vorhandenen Ringspaltes zu schaffen.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung einen Rotor der eingangs genannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Dichtelemente im Querschnitt betrachtet zwei beabstandet voneinander angeordnete, über einen Verbindungsschenkel miteinander verbundene Seitenschenkel aufweisen, welche die Randbereiche der Dichtbleche umgreifen. Verglichen mit Dichtelementen, die gemäß der EP 2 414 641 B1 in Aufnahmenuten gehalten sind, die in den Stirnseiten der radial auswärts weisenden Randbereiche der Dichtbleche ausgebildet sind, wird auf diese Weise eine wesentlich größere Dichtfläche zur Verfügung gestellt, wodurch die erfindungsgemäßen Dichtelemente eine sehr gute Dichtwirkung entfalten. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Konstruktion preiswert herzustellen.

[0006] Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Dichtelemente über Befestigungsmittel axial an den Dichtblechen fixiert. Entsprechend können sich die Dichtelemente während des Betriebs nicht lösen.

[0007] Bevorzugt erstrecken sich die Befestigungsmittel durch in den Dichtblechen ausgebildete Öffnungen.

[0008] Vorteilhaft definieren diese Öffnungen Langlöcher, die sich in radialer Richtung erstrecken. Entsprechend können sich die Dichtelemente während des Betriebs einer Turbomaschine unter Einwirkung der Zentrifugalkraft dichtend an die Schaufelfüße der Laufschaufeln anlegen.

[0009] Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Befestigungsmittel im bestimmungsgemäßen Zustand der Dichtbleche zumindest teilweise innerhalb der an den Schaufelfüßen ausgebildeten Ringnut angeordnet. Auf diese Weise sind die Befestigungsmittel gegen ein axiales Herausfallen gesichert.

[0010] Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung sind als Befestigungsmittel Befestigungsstifte vorgesehen, die in an den Dichtelementen ausgebildeten Ausnehmungen gehalten sind.

[0011] Bevorzugt definieren die Befestigungsstifte und die zugehörigen Ausnehmungen Übergangspassungen. Derartige Übergangspassungen verhindern, dass die Befestigungsstifte während der Montage versehentlich in die Turbomaschine fallen können.

[0012] Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Rotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

Figur 1 eine perspektivische Teilansicht eines Rotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitts;

Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Dichtbleches des in Figur 1 dargestellten Rotors;

Figur 4 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 3 mit IV bezeichneten Ausschnitts;

Figur 5 eine perspektivische Darstellung eines ringsegmentförmigen Dichtelementes des in Figur 1 dargestellten Rotors;

Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines Befestigungsmittels des in Figur 1 dargestellten Rotors;

Figur 7 eine geschnittene Teilansicht der in Figur 2 dargestellten Anordnung in einem Zustand ohne Zentrifugalkrafteinwirkung; und

Figur 8 eine geschnittene Teilansicht der in Figur 2 dargestellten Anordnung in einem Zustand mit Zentrifugalkrafteinwirkung.

[0013] Die Figuren zeigen einen Rotor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bzw. Komponenten desselben. Der Rotor 1 umfasst eine Rotorscheibe 2, die im bestimmungsgemäßen Zustand an einer nicht dargestellten Rotorwelle einer Axialturbomaschine gehalten ist, wie beispielsweise an der Rotorwelle einer Gasturbine. Entlang des Außenumfangs der Rotorscheibe 2 sind in bekannter Weise mehrere Laufschaufeln 3 angeordnet, die jeweils mit ihrem Schaufelfuß 4 an der Rotorscheibe 2 befestigt sind.

[0014] Im Sinne dieser Anmeldung umfasst der Schaufelfuß 4 nicht nur einen Verhakungsbereich der Laufschaufel 3, welcher zur Befestigung letzterer mit der Rotorscheibe 2 formschließend in Eingriff ist, sondern ebenso einen plattformartigen Bereich der Laufschaufel 3, welcher einen Strömungspfad des Heißgases rotorseitig begrenzt.

[0015] Zwischen der Rotorscheibe 2 und den Laufschaufeln 3 erstrecken sich in radialer Richtung mehrere ringförmig angeordnete Dichtbleche 5 derart, dass zwischen den Dichtblechen 5 und der Rotorscheibe 2 ein ringförmiger Hohlraum 6 ausgebildet ist, der einen Kühlluftverteiler definiert, über den in den Laufschaufeln 3 vorgesehene Kühlluftleitungen mit Kühlluft versorgt werden. Die radial auswärts weisenden Randbereiche der Dichtbleche 5 sind jeweils in einer in den Schaufelfüßen 4 ausgebildeten Ringnut 7 aufgenommen. Dazu sind im Detail an den nach den zu den Dichtblechen 5 weisenden Flächen der plattformartigen Bereiche der Laufschaufel 3 nach innen weisende Nuten vorgesehen, die sich in Umfangsrichtung erstrecken, wobei die Nuten jeder Laufschaufel 3 gemeinschaftlich die Ringnut 7 ausbilden. Die radial einwärts weisenden Randbereiche der Dichtbleche 5 sind vorliegend an der Radscheibe 2 befestigt. Der zwischen den Dichtblechen 5 und der Ringnut 7 verbleibende Ringspalt 8 ist durch mehrere ringsegmentförmige Dichtelemente 9 abgedichtet, die ebenfalls in der Ringnut 7 aufgenommen sind und sich zwischen den radial auswärts weisenden Randbereichen der Dichtbleche 5 und den Schaufelfüßen 4 der Laufschaufeln 3 erstrecken.

[0016] Die Dichtelemente 9 weisen im Querschnitt betrachtet jeweils zwei beabstandet voneinander angeordnete, über einen Verbindungsschenkel 10 miteinander verbundene Seitenschenkel 11 auf, welche die Randbereiche der Dichtbleche 5 umgreifen. Vorliegend weisen die Dichtelemente 9 einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, der einen ringförmigen Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Randbereiches eines Dichtblechs 5 definiert. Die Dichtelemente 9 sind jeweils über Befestigungsmittel 13 an den Dichtblechen 5 fixiert. Vorliegend handelt es sich bei den Befestigungsmitteln 13 um Befestigungsstifte, die sich durch an den Dichtelementen 9 ausgebildete, axial einander gegenüberliegende Ausnehmungen 14 einerseits und durch in den Dichtblechen 5 ausgebildete Öffnungen 15 andererseits erstrecken. Bei den Ausnehmungen 14 handelt es sich vorliegend um in den Dichtelementen 9 ausgebildete Durchgangsbohrungen, in denen die Befestigungsmittel 13 mittels einer Übergangspassung fixiert sind. Die Öffnungen 15 definieren jeweils Langlöcher, die sich in radialer Richtung erstrecken. Vorliegend ist jedes Dichtelement 9 mit einem einzelnen im Wesentlichen mittig angeordneten Befestigungsmittel 13 an einem zugeordneten Dichtblech 5 gehalten, wobei die Befestigungsmittel 13 im bestimmungsgemäß montierten Zustand innerhalb der in den Schaufelfüßen 4 ausgebildeten Ringnut 7 angeordnet sind, so dass die Befestigungsmittel 13 durch die Wandungen der Ringnut 7 axial gesichert sind.

[0017] Während des Betriebs einer einen Rotor 1 aufweisenden Turbomaschine wird der Rotor 1 drehend angetrieben. Entsprechen wirken auf die Dichtelemente 9 Zentrifugalkräfte, so dass diese radial auswärts gegen die Schaufelfüße 4 gedrückt werden, wodurch automatisch eine Abdichtung des Ringspaltes 8 erfolgt. Die Radialbewegung der Dichtelemente 9 wird vorliegend durch die in den Öffnungen 15 radial beweglich aufgenommenen Befestigungsmittel 13 ermöglicht.

[0018] Ein wesentlicher Vorteil des Rotors 1 besteht darin, dass die Dichtelemente 9 an den Dichtblechen 5 problemlos vormontiert werden können, da über die Befestigungsmittel 13 eine verlässliche Verbindung erzielt wird. Entsprechend besteht nicht die Gefahr, dass sich Befestigungsmittel 13 oder gar Dichtelemente 9 während des Transports oder der Montage der vormontierten Einheiten lösen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass dank der Tatsache, dass die Dichtelemente 9 die radial auswärts weisenden Randbereiche der Dichtbleche 5 umgreifen, eine sehr große Dichtfläche bereitgestellt wird, die eine ordnungsgemäße Dichtwirkung sicherstellt.

[0019] Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Ansprüche

1. Rotor (1) einer Axialturbomaschine mit zumindest einer Rotorscheibe (2), mehreren entlang des Außenumfangs der Rotorscheibe (2) angeordneten Laufschaufeln (3), die jeweils mit ihrem Schaufelfuß (4) an der Rotorscheibe (2) befestigt sind, mehreren Dichtblechen (5), die ringförmig angeordnet sind und sich in radialer Richtung zwischen der Rotorscheibe (2) und den Laufschaufeln (3) derart erstrecken, dass zwischen den Dichtblechen (5) und der Rotorscheibe (2) ein ringförmiger Hohlraum (6) ausgebildet ist, wobei radial auswärts weisende Randbereiche der Dichtbleche (5) in einer in den Schaufelfüßen (4) ausgebildeten Ringnut (7) aufgenommen sind, und mehreren einen zwischen den Dichtblechen (5) und der Ringnut (7) vorhandenen Ringspalt (8) abdichtenden ringsegmentförmigen Dichtelementen (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (9) im Querschnitt betrachtet zwei beabstandet voneinander angeordnete, über einen Verbindungsschenkel (10) miteinander verbundene Seitenschenkel (11) aufweisen, welche die Randbereiche der Dichtbleche (5) umgreifen.

2. Rotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (5) über Befestigungsmittel (13) axial an den Dichtblechen (5) fixiert sind.

3. Rotor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Befestigungsmittel (13) durch in den Dichtblechen (5) ausgebildete Öffnungen (15) erstrecken.

4. Rotor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (15) Langlöcher definieren, die sich in radialer Richtung erstrecken.

5. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (13) im bestimmungsgemäßen Zustand der Dichtbleche (5) zumindest teilweise innerhalb der an den Schaufelfüßen (4) ausgebildeten Ringnut (7) angeordnet sind.

6. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Befestigungsmittel (13) Befestigungsstifte vorgesehen sind, die in an den Dichtelementen (9) ausgebildeten Ausnehmungen (14) gehalten sind.

7. Rotor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsstifte und die zugehörigen Ausnehmungen (14) Übergangspassungen definieren.

Zeichnung