DE7523184U - Dicht- und fuehrungsring fuer koaxial angeordnete maschinenteile - Google Patents
Dicht- und fuehrungsring fuer koaxial angeordnete maschinenteileInfo
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Description
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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz) ·.'
Dicht- und Führungsring für koaxial angeordnete Maschinenteile ^. ."
Die Erfindung bezieht s-ich auf einen ' Dicht- und
Führungsring für zwei koaxial angeordnete Maschinenteile, beispielsweise für Schaufelträger in Gehäusen von Turbomaschinen, · '
welcher zwei Ringhälften aufweist und in eine an einem der Maschinenteile angebrachte · ΑΛ
Ringnut eingreift.
Im Turbomaschinenbau sind derartige Dichtanordnungen bekannt, beispielsweise für die Führung und Abdichtung von Diffusoren
und Leitschaufelträgern gegenüber Gehäusen. Es liegt hier das " Problem vor, ein und dasselbe Maschinenteil nicht gleichzeitig
mit hohen Druckdifferenzen und hohen Temperaturen zu beaufschlagen, da beim-Vorliegen von ersteren nur geringe Tempera
turen, von letzteren nur geringe mechanische Beanspruchungen
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ertragen werden. Es hat sich bewährt, die Funktionen so aufzuteilen,
dass der kältere Teil, im Falle von Turbomaschinen das Gehäuse, die Druckbelastung übernimmt, während der sogenannte
Leitschaufelträger die heissen Gase führt und die Leitschaufeln trägt. Dabei wird beachtet,· dass der heissere Teil
bei seiner Ausdehnung nicht behindert wird,- sondern in radialer Richtung wärmebeweglich, aber auch druckdicht geführt wird. Bei
einer bekannten Ausführung sind die zwei Ringhälften des Dichtelementes als feste Leisten oder Trennwände am einen der abzudichtenden
Teile ausgebildet (Buch von Traupel 'thermische Turbomaschinen", II. Band, 2. Auflage,Springer-Verlag, Berlin/
Heidelberg/New York, 1968, S. 342, Abbildung 18.4.7). Es handelt sich hier um eine Gasturbine, in welcher ein im Eintrittsstutzen
angeordneter Einsatz an der Stopfbüchse und ein Leitschauf^lträger
an dem Gehäuse mit Trennwänden geführt sind. Diese greifen in aus dem Vollen gedrehte Nuten des jeweils korrespondierenden
Maschinenteils ein, wobei im Nutengrund ein genügend grosses Radialspiel zwecks Wärmeausdehnung vorgesehen ist. Ein
derartiges System ist nicht nur geeignet, hohe Axialschübe aufzunehmen,
sondern der gleiche Axialschub 'hilft die Abdichtung zu verbessern.
Da im Turbinenbau zwecks Leistungssteigerung immer höhere Temperaturen und Drücke angewendet werden, sind im Betrieb
auch die Aussengehäuse nur noch relativ kalt; ihr Temperatur-
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niveau ist jedoch schon dermassen hoch, dass starker Wärmeverzug
der Teile auftritt, welcher von inneren Restspannungen herrührt , die durch die Betriebstemperatur abgebaut werden und
durch ihr Fehlen· Deformationen auslösen können. Auch örtliche
Temperaturspitzen können einen als "Katzenbuckel" bekannten Verzug verursachen. Sie können bei wiederholter Montage und
Demontage zu Schwierigkeiten führen, weil die in axialer Richtung starten Führungen nicht mehr aufeinander passen, wodurch
sich die Notwendigkeit ergibt, die Leitschaufelträgerfü'hrungen auf der vorzugsweise drucklosen Seite mit vergrössertem Spiel
und unterbrochener Führungsbahn auszuführen, was sich nachteilig auf die Dichtheit auswirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Dicht- und
Führungsanordnung der genannten Art zu schaffen, welche bei durch Wärmeverzug verursachten Unrundheiten eines oder beider
Maschinent2ile eine über den Umfang lückenlose Abdichtung gewährleistet
und zugleich eine relative Axialverschiebung beider Teile zueinander gestattet. · " ' - '■ '
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die
RinghSlften mittels Spannelementen druckdicht an dem einen
der zwei abzudichtenden und zu führenden Maschinenteile anpressbar sind, und dass sie in einer am anderen Maschinenteil
vorgesehenen Ringnut spielfrei einlegbar sind."" ' :' \~~'. ''"'
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Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere in der Eir fachheit
und Zuverlässigkeit ihrer Funktion zu sehen; wegen Leckage bedingte Leistungs- und Wirkungsgradeinbussen werden unterbunden.
Ferner eignet sich die Erfindung oft zum nachträglichen Einbau in ausgeführten Anlagen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann eine der Ringhälften
axial verschiebbar ausgeführt werden. Hierdurch wird bei zweigeteilten Maschinenteilen, beispielsweise bei Gehäusen
mit horizontaler Trennebene, erreicht, dass selbst beim Auftreten von axialen Dehnungsdifferenzen zwischen Ober- und
Unterteil die Dichtfunktion voll gewährleistet wird.
Ferner ist es zweckmässig, dass die Ringhälften aus einem
gegenüber den Maschinenteilen elastischeren Werkstoff bestehen und dass sie von der Herstellung her einen grössaren
Durchmesser aufweisen als jenen, den sie in der Dichtanordnung einnehmen. Ersteres gewährt ein spielfreies und druckdichtes
Anliegen der Ringhälften am jeweiligen Maschinenteil, während letzteres eine kostengünstige Ringherstellung dadurch
ermöglicht, dass die beiden Ringhälften aus einem geschlossenen, einteiligen Ring oder sogar aus einem Rohr, falls mehrere
Dichtelemente gleichen Durchmessers benötigt werden, gearbeitet werden können. Der Ring wird im Durchmesser vorzugsweise um
soviel grosser bemessen, als für die Breite der Trennschnitte
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und für die Bearbeitungszugaben an deren Teilflächen notwendig
ist.
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemässe Ausführung beispielsweise
dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Turbomaschine
Fig. 2 einen Teillängsschnitt entlang der Linie A-A gemäss Fig. 1
Fig. 3 einen Teillängsschnitt entlang der Linie B-B gemäss Fig. 1.
Erfindungsunwesentliche Teile wie beispielsweise der Turbinenrotor,
die Leitbeschauflung.sowie der zylindrische Teil des
Leitschaufelträgers sind der besseren Uebersicht. wegen nicht dargestellt. Gleiche Teile sind in den Figuren mit denselben
Bezugs zeichen versehen.
Gemäss Fig. 1, 2 und 3 ist mit Idas Oberteil, mit I1 das
Unterteil de*s Turbinengehäuses bezeichnet; beide sind in der •horizontalen Teilebene 2 zusammengeflanscht. Konzentrisch zum
Turbinengehäuse ist der nur teilweise dargestellte und ebenfalls horizontal geteilte Leitschaufelträger 3,3' angeordnet.
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Das erfindungsgemässe Dicht- und Führungselement ist wie die abzudichtenden Teile 1,1', 3,3' horizontal geteilt und besteht
aus zwei gleichen Ringhälften 4,4' mit rechteckigem
Querschnitt. Ueber eine Anzahl Spannelemente 5, im vorliegendem
Fall sechs gleichmässig am Umfang verteilte Schrauben je Ringhälfte, ist das aus relativ elastischem Werkstoff bestehende
Dichtelement mit seiner Aussenflache 6 spielfrei und druckdicht
am inneren Umfang des Turbinengehäuses 1,1' angepresst. Die Schrauben stecken in radial am Gehäuse angebrachten Durchgangslöchern
7 mit vergrössertem Spiel.
Das Oberteil 3 und das Unterteil 3? des Leitschaufelträgers
sind mit einer Ringnut 8 versehen, deren axiale Breite der axialen Erstreckung des Diehtelementes entspricht, so dass
dieses beidseitig mit seinen Planflächen 9,9' anliegt. In der Tiefe ist die Ringnut 8 so dimensioniert, dass für Wärmedehnungen
ein genügend grosses Radialspiel im Nutengrund zur Verfügung steht. Aus Montagegründen sind sowohl der Leitschaufelträger
als auch das Dichtelement an den Einführungskanten gefast.
In der gezeigten Anordnung (Fig. 3) ist die Ringhälfte <+' am
Gehäuseunterteil 1' starr befestigt, was insbesondere dann zweckmässig ist, wenn beispielsweise die Reibungskräfte zwischen
der Fläche 6 des Dichtelerr.entes und der inneren Umfangs-
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fläche des Gehäuses nicht ausreichen, um den Axialschub des Schaufelträgers zu übertragen. Die Befestigung, welche die
axiale Verschiebbarkext des unteren Ddchtelementes gegenüber dem Gehäuse blockiert, geschieht in Form von gebogenen Keilsegmenten
10, welcher in einer Ringnut 11 einliegen, die sowohl in der Ringhälfte U1 als auch im Gehäuseunterteil I1
eingearbeitet ist. Falls -es fertigungsmässig vorteilhaft ist, kann die Nut in das zusammengeschraubte Gehäuse eingedreht
werden. Dies hat neben herstellungstechnischen Gründen den Vorteil, dass an der axial verschiebbaren Ringhälfte 4 durch ·
das Vorhandensein der Ringnut 11.im Gehäuseoberteil 1, in
welchem keine Keilsegmente vorgesehen sind, eine grössere
spezifische Flächenpressung erzielt wird, was sich wiederum günstig auf die Dichtwirkung und auf das Standmoment' gegen
Kanten auswirkt.
Bezüglich der Herstellung der Ringnut 11 im Dichtelement, welches, wie oben erwähnt, aus einem geschlossenen Ring oder
aus einem Rohr gearbeitet werden kann, gelten die oben angeführten Ueberlegungen.
Die Wirkungsweise der Erfindung ist nun folgende:
Damit eine vollständige Abdichtung im Betrieb erreicht werden kann, werden die Ringhälften 1,H1 an ihren Teilflächen 12 mit
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den Teillfächen 2 -der Gehäusehälften 1,1' bündig· bearbeitet.
Hierzu ist es zweckmässig, dass zuvor die Schrauben 5, beginnend bei der mittleren, wechselweise bis zu den Teilflächen
fest angezogen werden, damit ein spaltloses, sattes Anliegen der Berührungsfläche 6 des Dich-elementes an der
Umfangsfläche des Gehäuses erreicht wird. Da sich die Ringhälften
4, 4' dabei auf jeden Fall der Gehäuseinnenwand anpassen, können diese, wie schon erwähnt, aus einem um die
Trennschnittbreite plus Bearbeitungszugabe im Umfang grösseren Ring durch Drehen hergestellt werden. Dies ist beispielsweise
bei den bekannten Segmentkonstruktionen mit vielen losen Teilen wegen der Vielzahl der Trennschnitte und der Versatzungen
zu Dichtungszwecken ausgeschlossen.
Di«2 Ringhälften 4, 4' sind im montierten Zustand über ihre
Planflächen 9,9' mit dem Leitschaufelträger 3,3' uVid über
die zylindrische Fläche 6 mit der Gehäuseinnenwand in Berührung; sie sind demnach hauptsächlich vom Material des wärmeren
Leitochaufelträgers 3,3' umgeben. Dadurch ist gewährleistet,
dass das Dichtelement immer eine etwas höhere Temperatur hat als das Gehäuse; seine Teilflächen bleiben im Betrieb
immer fest gegeneinander gepresst und gewährleisten eine gute Abdichtung.
Die Ringhälften 4,4' sind in den Ringnuten 8 des Leitschaufelträgers
3,3' geführt und ihre axiale Lage wird wegen der
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starren Verbindung im Unterteil I1 des Gehäuses von diesem
bestimmt. Entsteht nun eine axiale Dehnungsdifferenz S (Fig. 2) zwischen dem Geh'iuseoberteil 1 und dem Gehäuseunterteil I1,
so ist die axial starre Verbindung im Unterteil 1' festigkeitsmässig
überlegen. Da im Gehäuseoberteil 1 keine Keilsegmente 10 zwischen diesem und der Dichtringhälfte 4 vorhanden sind,
wird die Reibung an der Berührungsfläche 6 gewaltsam überwunden, ohne dass die Abdichtung unterbrochen wird.
Beim Abdecken der Maschine werden die radialen Schrauben 5 im Gehäuseoberteil 1 mit Vorteil etwas gelöst, wodurch Verspannungen
aus Wärmeverzug zwischen diesen Teilen freiwerden können und kein Klemmen beim Abheben des Gehäuseoberteils
möglich ist. Im Gehäuseunterteil 1' hingegen bleiben die Schrauben 5 immer fest angezogen. Auch das Aufsetzen des
Gehäuseoberteils 1 bei der Montage erfolgt bei gelösten Schrauben 5, damit sich die obere Ringhälfte H leicht verschieben
und in die Ringnute 8 am Leitschaufelträger ?, einfach einfügen lässt. Nach dem Anziehen der nicht gezeigten
Teilflächenschrauben des Gehäuses werden auch die Dichtringbefestigungsschrauben
^ am Gehäuseeberteil 1 angezogen, wobei zweckmässigerweise wieder ir. der Mitte angefangen wird,
wechselweise fortschreitend, bis zu'den letzten Schrauben in Teilflächennähe.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung Dargestellte beschränkt. So könnte beispielsweise
die Ringnut 8 auch in das Gehäuse eingearbeitet sein und das Dichtelement mit seiner inneren zylindrischen Fläche am ·
Schaufelträger anliegen. Ebenso könnten zur axialen Befestigung der Ringhälfte 4' im Gehäuseunterteil I1 statt der gezeigten
gebogenen Keilsegmente 10 ebenso Stifte, Scherbüchsen oder dergleichen verwendet werden. Unter Umständen könnten
sogar im Gehäuseunterteil I1 die Spannelemente 5 und die
Elemente zur axialen Blockierung, die Keile 10, durch Schweissungen ersetzt werden; dies wiii/de allerdings eine geeignete
Lippenschweissung voraussetzen, welche jeden Schweissverzug ausschliesst.
Schluss folgend kann zusammengefasst werden, dass mit der erfindungsgemässen Dichtanordnung zweier koaxialer Maschinenteile
deren radiale und axiale Wärmebeweglichkeit bei gleichzeitiger Durckdichtheit nicht behindert wird.
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Claims (4)
1. Dicht- und Führungsring für zwei koaxial angeordnete Maschinenteile,
beispielsweise für Schaufelträger in Gehäusen von Turbomaschinen, welcher zwei Ringhälftem aufweist und IA
eine an einem der Maschinenteile angebrachte Ringnut eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringhälften (4,
4') mittels Spannelementen (5) druckdicht an dem einem
der zwei abzudichtenden und zu führenden Maschinenteile (1, 1'; 3, 3') anpressbar sind, und dass sie in einer am
anderen Maschinenteil vorgesehenen Ringnut (8) spielfrei einlegbar sind.
2. Dicht- und Führungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass eine der Ringhälften (4, 4') axial verschiebbar ist.
3. Dicht- und Führungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ringhälften (4, 4') aus einem gegenüber den Maschinenteilen (1, I1; 3, 3') elastischeren Werkstoff
bestehen.
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4. Dicht- und Führungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ringhälften (4, 4') von der Herstellung her einen grösseren Durchmesser aufweisen als jenen, den
sie in der Dichtanordnung einnehmen.
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