CH697199A5

CH697199A5 - Dampfturbine mit nachgiebiger Dichtung für waagerechte Verbindungsmittelflächen von Dampfturbinenmembranen.

Info

Publication number: CH697199A5
Application number: CH01845/03A
Authority: CH
Inventors: Kamlesh Mundra; John Cao; Daniel R Predmore
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2008-06-25
Also published as: CN1329633C; GB2395531B; CZ20032961A3; CN1500971A; KR20040038793A; DE10350208A1; US20040086384A1; JP2004150635A; FR2846704B1; RU2003133996A; RU2334881C2; KR100821399B1; GB2395531A; GB0324758D0; US6742988B2; FR2846704A1

Description

Allgemeiner Stand der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfturbine nach Patentanspruch 1, die an der waagerechten Verbindungsmittelfläche zwischen der oberen und der unteren Membran nachgiebige Dichtungen aufweist, wobei die Dichtung einen aus unterschiedlichen Materialien gebildeten Dichtungskörper zur Anordnung zwischen der oberen und der unteren Membran beinhaltet.

[0002] Dampfturbinen weisen in den meisten Fällen eine obere und eine untere Membran auf, die an einer waagerechten Verbindungsmittelfläche Membranflansche mit Dichtungen an jener Stelle aufweisen, um eine Abdichtung zwischen den Membranen vorzunehmen. An den waagerechten Verbindungsmittelflächen werden herkömmlich Steck-Passfedern verwendet, um die Abdichtung dazwischen zu bewerkstelligen.

Diese Arten von Metalldichtungen beinhalten kennzeichnenderweise Passnuten in der Membranflanschen der oberen und der unteren Membran und eine oder mehrere Passfedern, die sich in die Nut erstrecken und die Abdichtung zwischen den Membranen vornehmen. Die Steck-Passfedern sind aus Metall gebildete starre, längliche Elemente, die sich für die Wirksamkeit der Abdichtung auf Feinpassungen in den Nuten der oberen und der unteren Membran verlassen. Bei diesen Feinpassungen können sich die Steck-Passfedern während des Zusammensetzens der Membranen miteinander häufig festfressen, was zu geringfügig geöffneten waagerechten Verbindungen an den Membrangrenzflächen und zu Dampfaustrittswegen führt. Bei nicht verschraubten Membrananordnungen wurden derartige Zwischenräume bis zu einer Grösse von 1,27-2,54 10<-4> m (5 bis 10 Tausendstel Zoll) gemessen.

Feinpassungen an den Passfedern können auch Fehlpassungen der oberen zur unteren axialen Dampffläche verursachen, was ebenfalls in Umfangsrichtung verlaufende Austrittswege an den Dampfgrenzflächen schafft. Da die Steck-Passfedern lineare Elemente sind, erfordert eine Abdichtung über einen nichtlinearen Austrittsweg hinweg eine Reihe von einzelnen Passfedern mit Zwischenräumen zwischen den Passfedern, was zusätzliche Austrittswege schafft. Im Allgemeinen haben Fehlpassungen zwischen den Passfedern und den Nuten, die sich aus einer Anzahl unterschiedlicher Gründe einschliesslich Herstellungsabweichungen ergeben, zu einem bedeutenden Dampfaustritt an der Membrangrenzfläche und einer verringerten Maschinenarbeitsleistung geführt.

Demgemäss besteht ein Bedarf an einem verbesserten Dichtungssystem für die Membranen von Dampfturbinen an ihrer waagerechten Verbindungsmittelfläche.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0003] Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Dampfturbine bereitgestellt, die eine obere und eine untere Membran aufweist, die jeweils einen waagerechten Membranflansch zum gegenseitigen Passen aufweisen, wobei dazwischen eine gewebte röhrenförmige Verbundstoff-Dichtung zur Abdichtung zwischen den Membranen angeordnet ist. Die Dichtung ist von ihrer Beschaffenheit her völlig nachgiebig und beeinträchtigt das Eingreifen der Membranflansche miteinander nicht. Wenn sie zusammengepresst wird, verformt sich die Dichtung zur Form der Nut, um mögliche Austrittswege zu blockieren.

Die Dichtung weist auch Flexibilität auf, damit es der Dichtung möglich wird, wie erforderlich unterschiedliche Dichtungsgeometrien zu bilden.

[0004] Im Besonderen beinhaltet die röhrenförmige gewebte Dichtung einen inneren gewebten Metallkern, ein Fasermaterial, eine metallische Folie und eine äussere Abdeckung aus Metall. Vorzugsweise ist der innere Metallkern aus einem gewebten Edelstahl gebildet, der von einer Silikafaser umgeben ist. Die Faser wiederum ist von einer Edelstahlmetallfolie umgeben, und die äussere Abdeckung ist aus einem geflochtenen Material, beispielsweise Heynes 188, gebildet. Aufgrund der Elastizität des Metallkerns und der umgebenden Silikafaser ist die gewebte Dichtung nachgiebig.

Zusätzlich verhindert die Metallfolienschicht, die die Faser umgibt, einen Austritt zwischen den Rändern der Membranflansche entlang der waagerechten Verbindungsmittelfläche, wodurch der Dampfstrom längs des Dampfwegs begrenzt wird. Die geflochtene äussere Abdeckung dient als schützende Verschleissoberfläche. Der innere Metallkern und die Silikafasern neigen dazu, ihre im Allgemeinen kreisförmige Querschnittsgestaltung beizubehalten, so dass die Dichtung dann, wenn sie zwischen den Rändern der Membranflansche zusammengedrückt ist, zur Rückkehr zu ihrer kreisförmigen Querschnittsgestaltung vorbelastet oder vorgespannt wird.

Somit wird jeglicher Austrittsfluss durch Zwischenräume, die während des Dampfturbinenbetriebs auf andere Weise an der waagerechten Verbindungsmittelfläche der Membranen gebildet werden, durch die röhrenförmige gewebte Verbundstoff-Dichtung abgedichtet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0005]
<tb>Fig. 1<sep>ist eine bruchstückhafte Querschnittsansicht entlang einer Seite einer waagerechten Verbindungsmittelfläche zwischen der oberen und der unteren Membran einer Dampfturbine;

<tb>Fig. 2<sep>ist eine vergrösserte Querschnittsansicht einer röhrenförmigen gewebten Verbundstoff-Dichtung;

<tb>Fig. 3<sep>ist eine Querschnittsansicht der Dichtung von Fig. 2, die in den gepassten Rillen der oberen und der unteren Membran angeordnet ist und die Verbindungsgsmittelfläche abdichtet; und

<tb>Fig. 4<sep> ist eine Fig. 1 ähnliche Ansicht, die eine weitere Gestaltung einer Rille und einer Dichtung davon veranschaulicht.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0006] Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 ist eine im Allgemeinen durch 10 bezeichnete Dampfturbine veranschaulicht, die eine äussere Ummantelung 12 aufweist, welche ein inneres Gehäuse 14 umgibt, das eine obere und eine untere Membran 16 und 18 (Fig. 1 und 3) beinhaltet, wobei in Fig. 1 nur die untere Membran veranschaulicht ist. Man wird erkennen, dass die äussere Ummantelung ebenfalls aus einem oberen und einem unteren Gehäuse gebildet ist, die an einer waagerechten Verbindungsmittelfläche der Turbine z.B. durch Schrauben miteinander verbunden sind.

Die obere und die untere Membran umgeben einen Dampfturbinenrotor 20, der Dampfturbinenräder aufweist, wobei bei einem davon veranschaulicht ist, dass an einem Element mit dem Bezugzeichen 22 Schaufeln 24 angebracht sind. Die Schaufeln 24 sind in einem Dampfstromweg angebracht, der im Allgemeinen durch die Pfeile 26 bezeichnet ist und wie veranschaulicht einen Strom an einem Statorblatt 28 vorbei beinhaltet. Man wird erkennen, dass sich die obere und die untere Membran 16 und 18 annähernd über 180 deg. erstrecken und Membranflansche 19 bzw. 21 aufweisen, die entlang einer waagerechten Verbindungsmittelfläche, einer Fläche 30 der unteren Membran an der veranschaulichten Mittelfläche, miteinander passen. Wie herkömmlich fixieren die Membranen Dichtungsringsegmente 32, die Labyrinthzähne 34 zur Abdichtung um den Rotor 20 aufweisen.

Die Membranen tragen auch Dichtungszähne 36 zur Abdichtung in Bezug auf die Abdeckungen 38, die an den Spitzen der Schaufeln 24 angebracht sind. Man wird erkennen, dass die obere und die untere Membran den Dampf auf einen Strom entlang des Dampfwegs 26 begrenzen und dass die waagerechte Verbindung zwischen der oberen und der unteren Membran an ihren Verbindungsflanschen 30 daher abgedichtet ist, um einen Dampfaustrittsstrom vom Dampfweg 26 in den Raum zwischen den Membranen und der äusseren Ummantelung 12 auszuschliessen.

[0007] Anstelle von Steck-Passfedern, die wie in früheren Dampfturbinenaufbauten die Abdichtung zwischen den Membranflanschen 19 und 21 entlang der waagerechten Verbindungsmittelfläche an einander gegenüberliegenden Seiten der Membranen vornehmen,

setzt die vorliegende Erfindung eine im Allgemeinen mit 43 bezeichnete röhrenförmige gewebte Verbundstoff-Dichtung ein, um die Abdichtung zwischen den Flanschen der oberen und der unteren Membran vorzunehmen. Zur Aufnahme der Dichtung sind Rillen oder Nuten 40 und 42 entlang der gepassten Flächen 30 der Membranflansche 19 und 21 der oberen bzw. der unteren Membran ausgebildet. Wie in Fig. 3 veranschaulicht weisen die Rillen einen im Allgemeinen geradlinigen Querschnitt auf.

Wie in Fig. 1 veranschaulicht erstreckt sich die Rille 40 im Allgemeinen parallel zur Drehachse des Rotors 20, während sich die Rille 42 in einer im Allgemeinen radialen Richtung erstreckt.

[0008] Wie in Fig. 4 veranschaulicht könnten die Dichtungen und Rillen jedoch schräg verlaufen, d.h., sich in eine Richtung erstrecken, die in Bezug auf die Drehachse der Turbine sowohl radiale als auch axiale Richtungsbestandteile aufweist. Somit erstrecken sich die Rille 140 und die Dichtung 143 linear und bilden einen spitzen Winkel alpha mit der Drehachse des Rotors.

[0009] Wie am besten in Fig. 2 veranschaulicht ist, beinhaltet die Dichtung 43 einen Dichtungskörper 44, der in einem nicht zusammengepressten Zustand eine im Allgemeinen kreisförmige Querschnittsgestaltung aufweist. Der Dichtungskörper 44 ist aus mehreren Materialschichten gebildet.

Vorzugsweise umfasst die innerste Schicht einen gewebten Metallkern 46, der aus einem Edelstahlmaterial gebildet ist. Der Metallkern 46 ist von einer ringförmigen Schicht aus einer Faser 48, vorzugsweise einer Silikafaser 48, umgeben. Die Silikafaser 48 ist von einer Metallfolie 50, die vorzugsweise aus Edelstahl gebildet ist, umgeben. Schliesslich beinhaltet die äussere Abdeckung für den Dichtungskörper 44 ein metallisches geflochtenes Material 52, vorzugsweise ein geflochtenes, metallische Material wie etwa Haynes 188.

Die röhrenförmige gewebte Verbundstoff-Dichtung ist in einer seitlichen Richtung nachgiebig, d.h., sie ist vorgespannt oder vorbelastet, um im Fall eines Zusammenpressens mit nachfolgender Entlastung in ihre kreisförmige Querschnittsform zurückzukehren.

[0010] Bei einem Vergleich von Fig. 2 und Fig. 3 wird man bemerken, dass die Rillen 40 und 42, die in jeder der oberen und der unteren Membran gebildet sind, jeweils eine Breite aufweisen, die im Allgemeinen dem Durchmesser des Dichtungskörpers 44 entspricht. Die Tiefe jeder Rille 40 und 42 beträgt nicht ganz den Durchmesser, d.h., ist geringer als der Durchmesser des Dichtungskörpers 44, die röhrenförmige gewebte Verbundstoff-Dichtung ragt über die Fläche des Flansches der Membran hervor.

Nach dem Passen der Membranflansche miteinander ermöglicht die nachgiebige Natur der Dichtung, dass sich die Dichtung in einer Querschnittsgestaltung verformt, um die Rillen in der oberen und der unteren Membran im Wesentlichen auszufüllen. Das heisst, während die Membranenflansche zueinander in einen gegenüberstehenden Kontakt bewegt werden, wird der Dichtungskörper 44 nachgiebig zusammengepresst, um den Raum der gepassten Rillen im Wesentlichen auszufüllen. Somit liegt ein Oberflächenabschnitt des länglichen gequetschten Dichtungskörpers 44 in einem fortlaufenden Eingriff mit dem Rand der Rillen, um Abdichtungen damit zu bilden.

Im Fall einer jeglichen Fehlausrichtung zwischen den Rillen der Membranflansche ermöglicht die nachgiebige Natur der Dichtung auch, eine fortlaufende Abdichtung zwischen den Membranhälften vorzunehmen, um Austrittswege an der waagerechten Mittellinienverbindung auf ein Mindestmass zu verringern oder zu verhindern.

Man wird auch erkennen, dass nur eine Rille an einem der Flansche vorhanden sein kann, wobei sich die Dichtung davon in der einen Rille befindet und eine Abdichtung gegen eine gegenüberliegende Oberfläche des gegenüberliegenden Membranflansches vornimmt.

[0011] Während die Erfindung in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wurde, die gegenwärtig als die praktischste und bevorzugteste Ausführungsform betrachtet wird, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt sein soll, sondern im Gegenteil verschiedenste Abänderungen und gleichwertige Anordnungen, die innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche enthalten sind, abdecken soll.

Bezugszeichenliste

[0012]
10 : Dampfturbine
12 : äussere Ummantelung
14 : inneres Gehäuse
16, 18 : obere und untere Membran
20 : Dampfturbinenrotor
22 : Turbinenräder
24 : Schaufeln
26 :

Pfeile
28 : Statorblatt
19, 21 : Membranflansche
30 : Fläche
32 : Dichtungsringsegmente
34 : Labyrinthzähne
36 : Dichtungszahne
38 : Abdeckungen
43 : röhrenförmige gewebte Dichtung
40, 42, 140 : Rillen
143 : Dichtung
44 : Dichtungskörper
46 : gewebter Metallkern
48 : Silikafaser
50 : Metallfolie
52 : metallisches geflochtenes Material

Claims

1. Dampfturbine (10), umfassend eine äussere Ummantelung (12); ein inneres Gehäuse (14) im Inneren der äusseren Ummantelung, das eine obere und eine untere Membran (16, 18) beinhaltet, die entlang einer waagerechten Verbindungsmittelfläche aneinandergrenzen, wobei die obere und die untere Membran Membranflansche (19, 21) an der Verbindungsmittelfläche und jeweils aufeinandergepassten Rillen (40) in den miteinander gepassten Membranflanschen aufweist; und eine nachgiebige Dichtung (43), die teilweise in jeder der jeweils aufeinandergepassten Rillen angeordnet ist und einen aus mehreren Schichten (46, 48, 50, 52) aus unterschiedlichen Materialien gebildeten Dichtungskörper (44) beinhaltet, um die Membranflansche der oberen und der unteren Membran entlang der waagerechten Verbindungsmittelfläche miteinander abzudichten.

2. Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei die Materialien des Dichtungskörpers einen gewebten Metallkern (46), eine Faser (48), eine metallische Folie (50) und eine Schutzschicht (52) umfassen.

3. Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei die Materialien des Dichtungskörpers einen inneren gewebten Metallkern (46), eine Silikafaser (48), eine metallische Folie (50) und eine äussere Schutzschicht aus geflochtenem Metall (52) umfassen.

4. Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei jede der Rillen einen im Allgemeinen geradlinigen Verlauf aufweist, die nachgiebige Dichtung in einem nicht zusammengepressten Zustand einen im Allgemeinen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und die Dichtung die Rillen nach der Anbringung der oberen und der unteren Membran aneinander im Wesentlichen nachgiebig ausfüllt.