CH702606B1 - Dichtungsanordnung für eine Turbomaschine. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Turbomaschine, enthaltend: wenigstens eine bogenförmige Platte (44), die mit einer Innenfläche eines stationären Gehäuses verbunden ist; einen in Umfangsrichtung segmentierten Dichtungsring (46), der zwischen einem Rotor (20) und der Platte (44) angeordnet ist; ein Vorspannelement (66, 68), das zwischen der bogenförmigen Platte (44) und dem Dichtungsring (46) angeordnet und mit beiden gekoppelt ist; und mehrere bogenförmige Dichtelemente (70, 72), die zwischen dem Dichtungsring (46) und dem Rotor (20) angeordnet sind, wobei ein Spalt (82, 84) im Verlauf von einer stromaufwärtigen Seite (34) zu einer stromabwärtigen Seite (36) progressiv abnimmt; wobei die progressive Abnahme der Spalte der Zähne eine positive Rückkopplung erzeugt, so dass, wenn ein Spitzenspalt abnimmt, durch die erzeugten hydrostatischen Kräfte bedingte nach aussen gerichtete Nettoradialkräfte den Dichtungsring (46) veranlassen, sich von dem Rotor (20) weg zu bewegen, und wenn der Spitzenspalt zunimmt, durch die erzeugten hydrostatischen Kräfte bedingte nach innen gerichtete Nettoradialkräfte den Dichtungsring (46) veranlassen, sich zu dem Rotor (20) hin zu bewegen.

Description

Hintergrund der Erfindung

[0001] Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft das Gebiet der Dichtungen, die in Turbomaschinen verwendet werden. Insbesondere betrifft der hierin offenbarte Gegenstand eine Labyrinthdichtung mit progressiv abnehmendem Spalt zur Anwendung an der Grenzstelle zwischen einer umlaufenden Komponente, wie beispielsweise einem Rotor in einer Turbine oder einem Verdichter, und einer stationären Komponente, beispielsweise einem Gehäuse oder Stator.

[0002] Labyrinthdichtungen, die in Gasturbinen, Dampfturbinen, Flugtriebwerken, Verdichtern oder anderen Turbomaschinensystemen eingesetzt werden, sind für übermässige Leckströme anfällig, weil ein Rotorspalt derart konfiguriert sein kann, dass er hinreichend gross ist, um zu helfen, ein Anstreifen des Rotors gegen die Dichtung zu verhindern. Falls der Rotor mit der Dichtung in Kontakt gelangt, was als Reiben oder Anstreifen des Rotors bezeichnet wird, kann die Dichtung beschädigt werden, wodurch ein noch grösserer Spalt erzeugt wird. Insbesondere kann ein Reiben des Rotors in einer Gasturbine während vieler Rotorübergangsvorgänge auftreten, zu denen eine dynamische Anregung des Rotors, ein relativer Wärmeverzug des Rotors und des Stators oder eine Verschiebung des Zentrums des Rotors aufgrund der Entstehung eines hydrodynamischen Schmierfilms in den Gleitlagern bei steigender Drehzahl gehören können. Es kann zu einer Auslenkung kommen, wenn eine Gasturbine kritische Drehzahlen, beispielsweise während des Anlaufens, durchläuft. Ein Verzug kann durch thermische Unterschiede zwischen Komponenten innerhalb der Gasturbine verursacht werden. Es wird ein grosser Spalt zwischen der Dichtung und dem Rotor benötigt, weil eine Labyrinthdichtung nicht in der Lage sein kann, während der Rotorübergangsvorgänge ihren Spalt anzupassen, da sie mit dem Stator starr gekoppelt sein kann. Die Spalte zwischen umlaufenden und stationären Komponenten von Gasturbinen können sowohl den Wirkungsgrad als auch das Leistungsverhalten der Turbine beeinträchtigen. Bei der Auslegung von Gasturbinen können enge Toleranzen zwischen Komponenten zu grösserem Wirkungsgrad führen. Ähnliche Rotorübergangsvorgänge treten in anderen Turbomaschinensystemen, wie beispielsweise Dampfturbinen, Flugtriebwerken oder Verdichtern, auf, und die Übergangsvorgänge können häufig schwer abzuschätzen sein.

[0003] Ausserdem können Labyrinthdichtungen mit einem VCPPP-Ring (Variable Clearance Positive Pressure Packing Ring, Dichtungsring mit variablem Spalt bei positivem Druck) konfiguriert sein, der die Labyrinthdichtung mittels einer Feder von dem Rotor weg zu einem grossen Spalt vorspannt. Dies hilft, ein Reiben des Rotors während der Rotorübergangsvorgänge beim Start zu verhindern. Wenn der Differenzdruck über der Dichtung über einen bestimmten Wert ansteigt, bewirken die auf den VCPPP-Ring einwirkenden Kräfte, dass dieser zu einem kleinen Rotorspalt schliesst. In der VCPPP-Ringkonstruktion existiert eine Dampf-Dichtungs-Verbindung, an der der VCPPP-Ring mit dem Gehäuse oder Stator in Kontakt steht. Die Reibung an dieser Verbindungsstelle kann eine Hysterese in das Öffnen und Schliessen des VCPPP-Ringes einbringen. Wenn Rotorübergangsvorgänge auftreten, nachdem der VCPPP-Ring geschlossen hat, kommt es zu einem Reiben des Rotors und einer Beschädigung an den Labyrinthdichtungszähnen. Es besteht daher der Bedarf an eine Dichtungsanordnung, in welcher die Wahrscheinlichkeit eines solchen Anreibens verringert wird, und in welcher, selbst bei Vorliegen grösserer Rotorübergangsvorgänge, ein kleiner Spalt aufrechterhalten wird, was eine kleinere Leckage und einen höheren Wirkungsgrad zur Folge hat.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0004] Die Erfindung sieht eine Dichtungsanordnung gemäss Anspruch 1 sowie eine Turbine bzw. einen Verdichter gemäss Anspruch 10 vor.

[0005] Eine Turbomaschine enthält ein stationäres Gehäuse und einen Rotor, der um eine Achse herum rotiert. Die erfindungsgemässe Dichtungsanordnung für die Turbomaschine enthält wenigstens eine bogenförmige Platte, die mit einer Innenfläche des stationären Gehäuses gekoppelt und in einer radialen Ebene angeordnet ist. Ausserdem enthält die Dichtungsanordnung einen in Umfangsrichtung segmentierten Dichtungsring, der zwischen dem Rotor und der Platte angeordnet ist. Der Dichtungsring ist positioniert, um sich entlang der Platte in einer Radialrichtung zu bewegen. Die Dichtungsanordnung enthält ferner mehrere bogenförmige Dichtelemente, nachstehend auch Zähne genannt, die zwischen dem Dichtungsring und dem Rotor angeordnet sind. Der Spaltabstand zwischen jedem Zahn und dem Rotor nimmt beim Durchgang von einer stromaufwärtigen Seite der Turbomaschine zu einer stromabwärtigen Seite der Turbomaschine progressiv ab. Die progressive Verringerung des Spaltes der Zähne ruft eine passive Rückkopplung der hydrostatischen Kräfte, die durch den Differenzdruck über der Dichtungsanordnung erzeugt werden, hervor, so dass, wenn die Spaltabstände abnehmen, durch die erzeugten hydrostatischen Kräfte bedingte nach aussen gerichtete Nettoradialkräfte den Dichtungsring zur Bewegung von dem Rotor weg veranlassen, und wenn die Spaltabstände zunehmen, durch die erzeugten hydrostatischen Kräfte bedingte nach innen gerichtete Nettoradialkräfte den Dichtungsring veranlassen, sich zu dem Rotor hin zu bewegen. Schliesslich enthält die Dichtungsanordnung ferner ein Vorspannelement, das zwischen der bogenförmigen Platte und dem Dichtungsring angeordnet und mit beiden gekoppelt ist.

[0006] Gemäss der Erfindung enthält eine Turbine oder ein Verdichter einen Rotor, der um eine Achse herum rotiert, ein stationäres Gehäuse, das den Rotor umgibt, und eine längs des Umfangs segmentierte Dichtungsanordnung, die zwischen dem Rotor und dem stationären Gehäuse angeordnet ist. Jedes Segment der Dichtungsanordnung enthält ferner wenigstens eine bogenförmige Platte, die mit einer Innenfläche des stationären Gehäuses gekoppelt und in einer Radialebene positioniert ist. Jedes Segment der Dichtungsanordnung enthält ferner ein bogenförmiges Segment eines Dichtungsrings, der zwischen dem Rotor und der Platte angeordnet ist. Der Dichtungsring ist positioniert, um sich entlang der Platte in einer Radialrichtung zu bewegen. Das bogenförmige Segment enthält keine Dampf-Dichtungs-Verbindung. Jedes Segment der Dichtungsanordnung enthält ferner mehrere bogenförmige Zähne, die zwischen dem Dichtungsring und dem Rotor angeordnet sind. Ein Spalt jedes Zahnes nimmt im Verlauf von einer stromaufwärtigen Seite der Turbine oder des Verdichters zu einer stromabwärtigen Seite der Turbine oder des Verdichters progressiv ab. Die progressive Abnahme des Spaltes der Zähne erzeugt eine passive Rückmeldung der hydrostatischen Kräfte, die durch den Differenzdruck über der Dichtungsanordnung erzeugt werden, so dass, wenn ein Spitzenspalt abnimmt, durch die erzeugten hydrostatischen Kräfte bedingte nach aussen gerichtete Nettoradialkräfte den Dichtungsring veranlassen, sich von dem Rotor weg zu bewegen, und wenn der Spitzenspalt zunimmt, durch die erzeugten hydrostatischen Kräfte bedingte nach innen gerichtete Nettoradialkräfte den Dichtungsring veranlassen, sich zu dem Rotor hin zu bewegen. Schliesslich enthält jedes Segment der Dichtungsanordnung ein Vorspannelement, das zwischen der bogenförmigen Platte und dem bogenförmigen Segment des Dichtungsringes angeordnet ist. Das Vorspannelement ist mit der bogenförmigen Platte und dem Dichtungsring gekoppelt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0007] Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Zeichnungen gleiche Teile bezeichnen, worin zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine Querschnittsansicht eines Turbinensystems gemäss einer Ausführungsform des vorliegenden Offenbarungsgegenstandes; <tb>Fig. 2<SEP>eine Perspektivansicht eines Dichtungsbereiches eines Turbinensystems, wie in Fig. 1 veranschaulicht, mit einer Dichtungsanordnung gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Technik; <tb>Fig. 3<SEP>eine Querschnittsansicht einer Dichtungsanordnung mit Zähnen an dem Dichtungsring gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Technik; <tb>Fig. 4<SEP>eine Querschnittsansicht einer Dichtungsanordnung mit Zähnen an dem Dichtungsring und mit erhabenen Ansätzen an dem umlaufenden Element gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Technik; <tb>Fig. 5<SEP>eine Querschnittsansicht einer Dichtungsanordnung mit Zähnen an dem umlaufenden Element gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Technik; <tb>Fig. 6<SEP>eine Querschnittsansicht einer Dichtungsanordnung mit Zähnen an dem Dichtungsring und mehreren Platten gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Technik; <tb>Fig. 7<SEP>eine Querschnittsansicht einer Dichtungsanordnung mit Zähnen sowohl an dem Dichtungsring als auch an dem umlaufenden Element gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Technik; <tb>Fig. 8<SEP>eine grafische Darstellung, die die erwartete Druckverteilung unter den Dichtungsringszähnen als Funktion des letzten Zahnspaltes oder Spitzenspaltes veranschaulicht, gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Technik; <tb>Fig. 9<SEP>eine grafische Darstellung, die die Schliess- und Öffnungskräfte veranschaulicht, die auf einen Dichtungsring gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Technik einwirken; <tb>Fig. 10<SEP>eine grafische Darstellung, die das Konzept eines Gleichgewichtsspaltes gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht; und <tb>Fig. 11<SEP>eine grafische Darstellung, die veranschaulicht, wie der Gleichgewichtsspalt von dem Druckverhältnis zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Druck abhängig ist, gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Technik.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0008] Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend beschrieben. Im Bestreben, eine knappe und präzise Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, können gegebenenfalls nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Realisierung in der Beschreibung beschrieben sein.

[0009] Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel «ein», «eine», «der», «die» und «das» bedeuten, dass ein oder mehrere der Elemente vorhanden sind. Die Ausdrücke «aufweisen», «enthalten» und «haben» sollen im einschliesslichen Sinne verstanden werden und bedeuten, dass es ausser den aufgeführten Elementen weitere Elemente geben kann.

[0010] Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Turbinensystems 10, das vielfältige Komponenten enthalten kann, von denen einige der Einfachheit halber nicht veranschaulicht sind. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält das Gasturbinensystem 10 einen Verdichterabschnitt 12, einen Brennkammerabschnitt 14 und einen Turbinenabschnitt 16. Der Turbinenabschnitt 16 enthält ein stationäres Gehäuse 18 und ein umlaufendes Element 20, das rings um eine Achse 22 umläuft. Umlaufende Schaufeln 24 sind an dem umlaufenden Element 20 befestigt, während stationäre Schaufeln 26 an dem stationären Gehäuse 18 angebracht sind. Die Laufschaufeln 24 und die stationären Schaufeln 26 sind in der Axialrichtung einander abwechselnd angeordnet. Es gibt mehrere mögliche Stellen, an denen Dichtungsanordnungen eingebaut sein können, wie beispielsweise die Stelle 28 zwischen einer mit einem Deckband versehenen Laufschaufel 24 und einem stationären Gehäuse 18, einer Stelle 30 zwischen dem umlaufenden Element 20 und der stationären Schaufel 26 und einer Endpackungsdichtungsstelle 32 zwischen dem umlaufenden Element 20 und dem stationären Gehäuse 18.

[0011] Fig. 2 zeigt eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 32 des Turbinensystems 10 nach Fig. 1 . Luft, Brennstoff oder andere Gase strömen in dem Turbinensystem 10 von einer stromaufwärtigen Seite 34 zu einer stromabwärtigen Seite 36 der Dichtungsanordnung. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Axialrichtung durch eine Achse 40 angezeigt, und die Radialrichtung ist durch eine Achse 42 angezeigt. Mit der bogenförmigen Fläche des stationären Gehäuses 18, die dem umlaufenden Element 20 zugewandt ist, ist eine bogenförmige Platte 44 verbunden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Platte aus Stahl oder Stahllegierungen hergestellt sein. Ausserdem kann der Querschnitt der Platte, wie in Fig. 2 angezeigt, als T-förmig erscheinen. Die Platte 44 kann mit dem Gehäuse 18 starr verbunden sein. Ausserdem kann die Platte 44 als ein vollständiger 360-Grad-Ring, als zwei 180-Grad-Ringe oder als kleinere Bögen, die gemeinsam einen vollständigen Ring bilden, angeordnet sein. Ferner kann die Platte 44 in manchen Ausführungsformen aus mehreren Platten bestehen, die ähnlich konfiguriert sind.

[0012] Zwischen der Platte 44 und dem umlaufenden Element 20 ist ein bogenförmiger Dichtungsring 46 angeordnet. Der Ring 46 besteht aus mehreren Segmenten, die gemeinsam einen vollständigen Ring bilden. In manchen Ausführungsformen kann der Ring aus Stahl oder Stahllegierungen hergestellt sein. Ausserdem ist der Ring konfiguriert, um zu der Platte 44 mit einem Spalt 47 zu passen. Zwischen dem stationären Gehäuse 18 und dem Dichtungsring 46 sind Vorspannelemente 48 angeordnet. Die Vorspannelemente 48 dienen als Biegelager- bzw. Beugungseinrichtungen und erzielen eine hohe Steifigkeit in der Axialrichtung 40 und eine geringe Steifigkeit in der Radialrichtung 42. Die hohe axiale Steifigkeit schränkt eine wesentliche Bewegung in der Axialrichtung ein. Die geringe radiale Steifigkeit ermöglicht dem Dichtungsring 46, sich in der Radialrichtung zu bewegen. Ausserdem trägt das Vorspannelement das Gewicht des Dichtungsrings 46 und hindert diesen daran, unter strömungsfreien Bedingungen das umlaufende Element 20 zu berühren. In bestimmten Ausführungsformen kann das Vorspannelement 48 aus mehreren Vorspanngliedern, nachstehend auch Beugungseinrichtungen genannt, bestehen. Ein Ende 50 jeder Beugungseinrichtung kann mit dem Dichtungsring 46 mechanisch gekoppelt sein, während das andere Ende 52 jeder Beugungseinrichtung mit dem stationären Gehäuse 18 oder mit der Platte 44, wenn diese T-förmig gestaltet ist, mechanisch gekoppelt sein kann. In bestimmten Ausführungsformen können Beispiele für eine mechanische Kopplung eine Bolzenverbindung, eine Schweissverbindung oder sonstige geeignete Methoden zur mechanischen Befestigung zweier Strukturen enthalten. In anderen Ausführungsformen kann das Beugungseinrichtungsende 50 einen integralen Teil des Dichtungsrings 46 bilden und an dem Gehäuse 18 mechanisch befestigt sein. In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Beugungseinrichtungsende 52 einen integralen Teil des stationären Gehäuses 18 oder der Platte 44, wenn diese T-förmig gestaltet ist, bilden und an dem Dichtungsring mechanisch befestigt sein. In dieser Ausführungsform ist jede Beugungseinrichtung als ein Kragarm mit einem grossen Seitenverhältnis der Weite zur Dicke veranschaulicht. Es sind andere Konstruktionen der Beugungseinrichtung möglich, die ebenfalls eine hohe axiale Steifigkeit und eine geringe radiale Steifigkeit erreichen.

[0013] Der Dichtungsring 46 enthält ferner mehrere bogenförmige Zähne 54, die mit der Oberfläche des Rings, die dem umlaufenden Element 20 zugewandt ist, gekoppelt sind. Die Segmente jedes Zahns, die an jedem Segment des Rings 46 angeordnet sind, bilden gemeinsam einen vollständigen Ring um das umlaufende Element 20 herum. In manchen Ausführungsformen können die Zähne 54 aus einer Stahllegierung hergestellt sein. Ausserdem werden die Spalte zwischen den Zähnen und dem umlaufenden Element 20 von der stromaufwärtigen Seite 34 der Turbine oder des Verdichters zu der stromabwärtigen Seite 36 progressiv kleiner. Dies kann erreicht werden, indem die Zahnhöhen im Verlauf von der stromaufwärtigen Seite 34 zu der stromabwärtigen Seite 36 progressiv zunehmen. Die Verringerung der Spalte kann linear, quadratisch, parabelförmig oder willkürlich sein. Ausserdem kann der Abstand zwischen benachbarten Zähnen gleich sein oder variieren, wie dies hier nachstehend erläutert ist.

[0014] Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 60 mit Zähnen an dem Dichtungsring 46. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Dichtungsring 46 mit der Platte 44 durch zwei Sätze von Beugungseinrichtungen, einem Satz von Beugungseinrichtungen 66 auf der stromaufwärtigen Seite und einem Satz von Beugungseinrichtungen 68 auf der stromabwärtigen Seite, gekoppelt. Die radialen Nachgiebigkeiten des stromaufwärtigen Satzes 66 und des stromabwärtigen Satzes 68 von Beugungseinrichtungen sind in schematisierter Weise als Federn angezeigt. In der veranschaulichten speziellen Ausführungsform werden stromaufwärtige und stromabwärtige Anordnungen von Beugungseinrichtungen für den Dichtungsring 46 verwendet, die den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Abschnitten des die Platte 44 umgebenden Rings zugeordnet sind. Ein vorderer Spalt 74 ist zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt des Dichtungsrings 46 und der Platte 44 vorhanden, und ähnlich ist ein hinterer Spalt 76 zwischen dem stromabwärtigen Abschnitt des Dichtungsrings und der Platte vorhanden. Diese Spalte bieten einen Strömungswiderstand gegen den Leckstrom und sollten minimiert sein, um den Leckstrom zu reduzieren. In manchen Ausführungsformen können der vordere Spalt 74 und der hintere Spalt 76 zwischen ungefähr 50 Mikrometern und 250 Mikrometern betragen. Die hohe axiale Steifigkeit der Beugungseinrichtungen erhält den vorderen und hinteren Spalt während des Betriebs bei ungefähr dem gleichen Wert aufrecht. Zwischen dem Dichtungsring 46 und der Platte 44 existiert eine Tasche 78. Die Höhe 79 der Tasche 78 ist ausgelegt, um eine ausreichende radiale Bewegung zuzulassen, um ein Reiben des Rotors während der Rotorübergangsvorgänge zu vermeiden. Gase entweichen durch einen Leckagepfad 80, der durch den vorderen Spalt 74, die Tasche 78 und den hinteren Spalt 76 führt. Folglich sind der vordere Spalt 74 und der hintere Spalt 76 konfiguriert, um die Menge der Gase, die durch den Pfad 80 entweichen, zu reduzieren. Ausserdem enthält der Dichtungsring 46 keine Dampf-Dichtungs-Verbindung, um Reibung zu eliminieren, was dem Dichtungsring ermöglicht, sich in Abhängigkeit von passiven Rückkopplungskräften radial zu bewegen, wie dies nachstehend beschrieben ist.

[0015] Der Dichtungsring 46 enthält ferner mehrere bogenförmige Zähne, die einen Zahn 70 auf der stromaufwärtigen Seite und einen Zahn 72 auf der stromabwärtigen Seite enthalten, die auf der dem umlaufenden Element 20 zugewandten Oberfläche angeordnet sind. Der Abstand zwischen der Spitze des stromabwärtigen Zahns 72 und dem umlaufenden Element 20 ist als der stromabwärtige Spitzenspalt bzw. Spitzenspaltabstand 84 definiert. In manchen Ausführungsformen kann der stromabwärtige Spitzenspalt 84 im Betrieb zwischen ungefähr 125 Mikrometern und 380 Mikrometern betragen. Der Abstand zwischen der Spitze des stromaufwärtigen Zahns 70 und dem umlaufenden Element 20 ist als der stromaufwärtige Spitzenspalt bzw. Spitzenspaltabstand 82 definiert. Die Differenz zwischen dem stromaufwärtigen Spitzenspalt 82 und dem stromabwärtigen Spitzenspalt 84 ist als die Spaltprogression 83 definiert, die in manchen Ausführungsformen zwischen ungefähr 400 Mikrometern und 1400 Mikrometern betragen kann. Der stromaufwärtige Spitzenspalt 82 ist grösser als der stromabwärtige Spitzenspalt 84. Ausserdem nimmt der Spaltabstand der Zähne im Verlauf von der stromaufwärtigen Seite 34 zu der stromabwärtigen Seite 36 progressiv ab. Diese Progression der Zahnspaltabstände erzeugt passive Rückkopplungskräfte, die hier nachstehend erläutert sind, die auf den Dichtungsring 46 einwirken. Bezugnehmend auf Fig. 4 ist dort eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 100 mit erhabenen Ansätzen 102 veranschaulicht, die ebenfalls die progressive Abnahme der Zahnspaltabstände im Verlauf von der stromaufwärtigen Seite 34 zu der stromabwärtigen Seite 36 veranschaulicht. Solche «Auf-Ab»-Merkmale können bei der Erzeugung mehrerer gewundener Pfade für den Leckstrom nützlich sein. Wie in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht, kann der Abstand 86 zwischen benachbarten Zähnen gleichmässig oder ungleichmässig sein. Z.B. kann der Abstand 86 in einer Ausführungsform im Verlauf von der stromaufwärtigen Seite 34 zu der stromabwärtigen Seite 46 zunehmen. Ferner hängt die Weite der Labyrinthdichtung 88 von dem Differenzdruck über dieser ab. Schliesslich entweichen Gase durch den Leckagepfad 90, der zwischen der Spitze jedes Zahns und dem umlaufenden Element 20 existiert, und schliesslich durch den stromabwärtigen Spitzenspalt 84. Folglich ist der stromabwärtige Spitzenspalt 84 konfiguriert, um die Menge an Gasen, die durch den Pfad 90 entweichen, zu reduzieren.

[0016] Weitere Abmessungen, die in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht sind, umfassen den Abstand 92 zwischen dem Dichtungsring 46 und der Platte 44. Der minimale Wert des Abstands 92 sollte erwartete radiale Übergänge zulassen. Der maximale Wert des Abstands 92 ist durch Platzbeschränkungen bestimmt. Die Weite 94 hängt von dem Differenzdruck über der Dichtung ab, da sich die Platte 44 aufgrund des Differenzdrucks nicht wesentlich verbiegen sollte.

[0017] Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 110 mit Zähnen an dem umlaufenden Element 20. In der veranschaulichten Ausführungsform können alle Aspekte der Zähne, einschliesslich der Höhe, des Abstands und der Konfiguration, gleich den an dem Dichtungsring in Fig. 3 angeordneten Zähnen sein. Der Dichtungsring 46 ist mit dem Ring in Fig. 3 gleich, ausser dass anstelle von Zähnen, die an der dem umlaufenden Element 20 zugewandten Oberfläche angeordnet sind, an dem Ring eine abreibbare Beschichtung 112 vorgesehen ist. In manchen Ausführungsformen kann die abreibbare Beschichtung 112 Nickel, Chrom, Aluminium, hexagonales Bornitrit, Eisen oder eine Kombination von diesen enthalten. Es können auch andere abreibbare Materialien verwendet werden. Die Zusammensetzung der abreibbaren Beschichtung 112 ist derart, dass in dem Fall, dass die Spitzen von irgendwelchen der Zähne mit der Beschichtung in Kontakt gelangen, sich die Beschichtung vorzugsweise abnutzt ohne eine Beschädigung an den Zähnen. In der veranschaulichten speziellen Ausführungsform repräsentieren der stromabwärtige Spitzenspalt 84 und der stromaufwärtige Spitzenspalt 82 die Abstände zwischen der abreibbaren Beschichtung 112 des Dichtungsrings und den Spitzen des stromabwärtigen Zahns 72 bzw. des stromaufwärtigen Zahns 70. Weitere in Fig. 5 veranschaulichte Elemente, die den in Fig. 3 veranschaulichten ähnlich sind, sind oben erläutert.

[0018] Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 120 mit mehreren Platten. In der veranschaulichten Ausführungsform sind zusätzlich zu der Zwischenplatte 44 eine stromaufwärtige Platte 122 und eine stromabwärtige Platte 124 vorhanden. Die Hinzufügung der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Platte erzeugt einen mehr gewundenen Leckagepfad 80. Insbesondere können jegliche Gase, die durch den Leckagepfad 80 hindurchtreten, durch den Spalt #1 126 zwischen der stromaufwärtigen Platte 122 und dem stromaufwärtigen Abschnitt des Dichtungsrings 46, den Spalt #2 128 zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt des Rings und der Zwischenplatte 44, den Spalt #3 130 zwischen der Platte 44 und dem stromabwärtigen Abschnitt des Rings und den Spalt #4 142 zwischen dem stromabwärtigen Abschnitt des Rings und der stromabwärtigen Platte 124 verlaufen. Diese Spalte bieten einen Strömungswiderstand gegen den Leckstrom und sollten minimiert sein, um den Leckstrom zu reduzieren. Ein derartiger Pfad 80 kann die Gasleckagemenge im Vergleich zu den in den Fig. 3 und 5 veranschaulichten Pfaden reduzieren. Weitere in Fig. 6 veranschaulichte Elemente, die den in Fig. 3 veranschaulichten ähnlich sind, sind oben erläutert.

[0019] Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 140 mit Zähnen, die sowohl an dem Dichtungsring 46 als auch an dem umlaufenden Element 20 angeordnet sind. In der veranschaulichten Ausführungsform kann der Dichtungsring 46 mehrere bogenförmige Zähne enthalten, zu denen ein stromaufwärtiger Zahn 142 und ein stromabwärtiger Zahn 144 gehören und die auf der dem umlaufenden Element 20 zugewandten Oberfläche angeordnet sind. Ferner kann das umlaufende Element 20 mehrere bogenförmige Zähne, einschliesslich eines stromaufwärtigen Zahns 146 und eines stromabwärtigen Zahns 148, enthalten, die an der dem Dichtungsring 46 zugewandten Oberfläche angeordnet sind. Der Abstand 86 zwischen benachbarten Zähnen an dem Dichtungsring 46 kann im Vergleich zu dem Abstand 87 zwischen benachbarten Zähnen an dem umlaufenden Element 20 anders sein. Wie bei der in Fig. 3 veranschaulichten Dichtungsanordnung 60 können die Abstände 86 und 87 zwischen allen Zähnen gleichmässig oder ungleichmässig sein. Die Weite der Labyrinthdichtung 150 hängt von dem Differenzdruck über dieser ab und kann aufgrund der kleineren Spalte kleiner sein als diejenige anderer Labyrinthdichtungen. Die Verwendung ineinandergreifender Zähne kann insofern vorteilhaft sein, als der Leckagepfad 90 gewundener ist als bei einer Ausführungsform mit lediglich einem einzigen Satz von Zähnen, was eine geringere Leckage zur Folge hat. In manchen Ausführungsformen kann eine abreibbare Beschichtung, ähnlich der in Fig. 5 veranschaulichten, an dem Dichtungsring 46 vorgesehen sein. Weitere in Fig. 7 veranschaulichte Elemente, die den in Fig. 3 – 6 veranschaulichten ähnlich sind, sind oben erläutert.

[0020] Fig. 8 zeigt eine grafische Darstellung, die Simulationsergebnisse der Druckverteilung unter den Dichtungsringzähnen als Funktion des letzten Zahnspaltes oder Spitzenspaltes veranschaulicht. In der Grafik stellt die Abszisse (x-Achse) 162 die axiale Position eines Zahns in Zentimetern dar, und die Ordinate (y-Achse) 164 stellt den Druck unter dem Zahn in Megapascal für einen stromaufwärtigen Druck von 12,8 MPa und einen stromabwärtigen Druck von 10,3 MPa dar. Die Kurven an dieser Grafik werden als das axiale Druckprofil bezeichnet. Es sind drei Fälle veranschaulicht: Der erste Fall 166 zeigt die Druckverteilung, wenn der letzte Spaltabstand 125 Mikrometer beträgt, der zweite Fall 168 repräsentiert einen Spalt von 380 Mikrometern, und der letzte Fall 169 zeigt die Ergebnisse bei einem Spalt von 635 Mikrometern. Diese drei Fälle werden in der Simulation verwendet, um die Veränderung des Druckprofils (und die resultierende Kraft auf den Dichtungsring) anzuzeigen, wenn sich der Dichtungsring radial nach innen oder nach aussen bewegt. In jedem Fall sind fünf Zähne vorhanden, die an den gleichen Stellen entlang der axialen Richtung angeordnet sind, und die Weite der Dichtung ist gleich. Der Abstand zwischen allen Zähnen nimmt im Verlauf von links nach rechts entlang der Abszisse 162 zu, was den Abstand ungleichmässig macht. Ausserdem ist die Zahnspaltprogression für jeden Fall die gleiche, nämlich ungefähr gleich 760 Mikrometern, und die Progression tritt linear auf. In anderen Worten und unter Verwendung des Falls 166 als ein Beispiel würden die Spalte im Verlauf von dem stromaufwärtigen Zahn zu dem stromabwärtigen Zahn 890, 690, 508, 318 und 125 Mikrometer betragen. Entsprechend würde der Spalt des stromaufwärtigen Zahns für den Fall 168 1140 Mikrometer und für den Fall 169 1395 Mikrometer betragen. In der veranschaulichten Grafik ist der Druck unter jedem jeweiligen Zahn in dem Fall 166 höher als in den Fällen 168 und 169. Somit ändert sich das Druckprofil, wenn sich der Spalt unter dem letzten Zahn aufgrund der Veränderung des Spitzenspalts verändert, wie dies in Fig. 8 veranschaulicht ist.

[0021] Fig. 9 zeigt eine grafische Darstellung, die das Kräftegleichgewicht in der Radialrichtung für den Dichtungsring 46 veranschaulicht, wobei Schliess- und Öffnungskräfte, die auf den Dichtungsring einwirken, mit 190 bzw. 192 bezeichnet sind. Es wirken zwei unterschiedliche Kräfte auf einen Dichtungsring ein. Erstens sind hydrodynamische Kräfte Hebekräfte, die aufgrund der Rotation des Rotors an dem Dichtungsring erzeugt werden. Zweitens sind hydrostatische Kräfte, Kräfte die aufgrund des Differenzdrucks über der Dichtungsanordnung oder irgendeines resultierenden Leckstroms an dem Dichtungsring erzeugt werden. Die hydrodynamischen Kräfte sind im Vergleich zu den hydrostatischen Kräften unbedeutend. Die passive Rückkopplung der offenbarten Ausführungsformen ist konfiguriert, um hydrostatische Kräfte zu beeinflussen, was zu einer robusteren Konstruktion führt. Zurückkehrend zu Fig. 9 repräsentieren längere Pfeile einen grösseren Druck. In einer Ausführungsform kann der Abstand 182 von der stromaufwärtigen Seite 34 zu dem Beginn des Spalts für die Platte zwischen ungefähr 2,5 cm und 5 cm betragen. Ähnlich kann der Abstand 186 von dem Spalt zu der stromabwärtigen Seite 36 ebenfalls zwischen ungefähr 2,5 cm und 5 cm betragen. Die Weite des Spalts 184 kann zwischen ungefähr 1,2 cm und 4,0 cm betragen. Die Abstände 182, 184 und 186 können alle konfiguriert sein, um die Schliesskraft 190 zu verändern. Der Abstand 188 zwischen allen Zähnen kann gleichmässig oder ungleichmässig sein. Die Pfeile, die veranschaulicht sind, wie sie nach unten zeigen und auf die Oberseite des Dichtungsrings einwirken, repräsentieren die Schliesskraft 190. Entsprechend repräsentieren die aufwärts zeigenden und auf die Unterseite des Dichtungsrings einwirkenden Pfeile die Öffnungskraft 192. In der veranschaulichten Grafik werden drei unterschiedliche Druckbeträge als Schliesskräfte 190 ausgeübt. Erstens wird ein hoher Druck 194 auf die stromaufwärtigen Abschnitte des Dichtungsrings, die dem stromaufwärtigen Abstand 182 entsprechen, ausgeübt. Zweitens wird ein mittlerer Druck 196 auf den Spaltabschnitt des Dichtungsrings, der dem Spaltabstand 184 entspricht, ausgeübt. Schliesslich wird ein geringer Druck 198 auf die stromabwärtigen Abschnitte des Dichtungsrings, die dem stromabwärtigen Abstand 186 entsprechen, ausgeübt. Der Druck und somit die Schliesskraft in jedem Abschnitt sind durch die radiale Bewegung des Dichtungsrings unbeeinflusst, wie dies dadurch dargestellt ist, dass die Pfeile die gleiche Höhe haben.

[0022] Werden die Öffnungskräfte 192 betrachtet, so entspricht der Druck auf der stromaufwärtigen Seite 194 der Hochdruckschliesskraft, und der Druck auf der stromabwärtigen Seite 198 entspricht der Niederdruckschliesskraft. Die Öffnungskräfte 192 nehmen im Verlauf von der stromaufwärtigen zu der stromabwärtigen Seite in Abhängigkeit von der Verringerung des Zahnspalts progressiv ab. Die Fläche unter dem Druckprofil in Fig. 8 entspricht der Öffnungskraft 192 an dem Dichtungsring 46. Für einen kleinen Spitzenspalt, wie im Fall 166, ist die Fläche unter dem Druckprofil grösser als die Fläche unter dem Druckprofil für einen grossen Spitzenspalt, wie im Fall 169. Somit ist die Öffnungskraft für einen kleinen Spitzenspalt grösser und für einen grossen Spitzenspalt kleiner. Grosse Spitzenspalte haben negative oder nach innen gerichtete Nettoradialkräfte zur Folge, während kleine Spitzenspalte positive oder nach aussen gerichtete Nettoradialkräfte zur Folge haben. Der Spalt, bei dem die Schliess- und die Öffnungskraft gleich sind, repräsentiert den Gleichgewichtsspalt. Der Gleichgewichtsspalt wird durch eine Anzahl von Variablen beeinflusst, zu denen das Spaltprogressionsprofil (z.B. linear, quadratisch, parabelförmig und dergleichen), der Abstand zwischen den Zähnen, die Weiten 182, 184 und 186 der Dichtungsringabschnitte und das Verhältnis des vorderen Spalts zu dem hinteren Spalt gehören. Diese Variablen können beeinflusst werden, um einen gewünschten Gleichgewichtsspalt zu erreichen, bei dem die Leckage reduziert ist.

[0023] Fig. 10 zeigt eine grafische Darstellung von Simulationsergebnissen, die das Konzept eines Gleichgewichtsspalts veranschaulichen. In der Grafik repräsentiert die Abszisse 172 den letzten Zahnspalt in Mikrometern, während die Ordinate 174 die Nettoradialkraft in Newton repräsentiert. Hier entspricht eine positive Radialkraft einer nach aussen gerichteten Radialkraft, die den Dichtungsring veranlasst zu öffnen, und eine negative Radialkraft entspricht einer nach innen gerichteten Radialkraft, die den Dichtungsring zum Schliessen veranlasst. Die Kurve 176 zeigt die Veränderung der Nettoradialkraft als Funktion des letzten Zahnspalts. Der Gleichgewichtsspalt 178 liegt vor, wenn die Nettoradialkraft null ist, was keine Bewegung des Dichtungsrings zur Folge hat. Bei dieser Simulation tritt der Gleichgewichtsspalt 178 bei ungefähr 340 Mikrometern auf. Die Beziehung zwischen dem Gleichgewichtsspalt und dem Druckverhältnis ist hier nachstehend im Zusammenhang mit Fig. 11 erläutert.

[0024] Fig. 11 zeigt eine grafische Darstellung von Simulationsergebnissen, die veranschaulichen, wie der Gleichgewichtsspalt von dem Druckverhältnis zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Druck abhängig ist. In der Grafik repräsentiert die Abszisse 202 den letzten Zahnabstand in Mikrometern, während die Ordinate 204 die Nettoradialkraft in Newton repräsentiert. Es sind drei Fälle veranschaulicht. Der erste Fall 206 zeigt die Radialkräfte, wenn der stromaufwärtige Druck hoch ist, der zweite Fall 208 stellt die Radialkräfte dar, wenn sich der Druck in der Nähe eines Zwischenwertes befindet, und der letzte Fall 209 zeigt die Ergebnisse bei einem geringen Druck. In allen drei Fällen ist das Verhältnis des stromaufwärtigen Drucks zu dem stromabwärtigen Druck das gleiche; der einzige Unterschied für jeden Fall ist die Druckdifferenz. Somit zeigen die Simulationsergebnisse dieser drei Fälle, dass für einen bestimmten Wert des Verhältnisses zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Druck die Dichtungsanordnung unabhängig von dem Wert der Drücke in etwa den gleichen Wert des Gleichgewichtsspaltes haben wird.

[0025] Deshalb liegt ein Vorteil der vorgeschlagenen Dichtung darin, dass selbst bei Vorliegen grösserer Rotorübergangsvorgänge ein kleiner Spalt aufrechterhalten wird, was eine kleinere Leckage und einen höheren Wirkungsgrad zur Folge hat. Dies, weil eine passive Rückkopplung radial nach aussen gerichtete Kräfte auf den Dichtungsring, wenn der Spalt klein ist, und radial nach innen gerichtete Kräfte hervorruft, wenn der Spalt gross ist. Dies zeigt das Phänomen der passiven Rückkopplung, die die einen progressiven Spalt aufweisenden Dichtungsanordnungen zeigen, wie sie bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben sind. Eine derartige passive Rückkopplung funktioniert ohne irgendwelche zusätzlichen Sensoren oder Aktuatoren, die in der rauen Umgebung einer Turbine oder eines Verdichters ausfallen oder unzuverlässig arbeiten können. Wenn sich die Druckbedingungen ändern, passt sich der Gleichgewichtsspalt auf eine derartige Weise an, dass die Gefahr von Turbinen- oder Verdichterbeschädigungen und Leckagepfaden reduziert wird.

Teileliste

[0026] <tb>10<SEP>Turbinensystem <tb>12<SEP>Verdichterabschnitt <tb>14<SEP>Brennkammerabschnitt <tb>16<SEP>Turbinenabschnitt <tb>18<SEP>stationäres Gehäuse <tb>20<SEP>umlaufendes Element <tb>22<SEP>Achse <tb>24<SEP>Laufschaufeln <tb>26<SEP>stationäre Schaufeln <tb>28<SEP>Stelle der Dichtungsanordnung zwischen Laufschaufel und stationärem Gehäuse <tb>30<SEP>Stelle der Dichtungsanordnung zwischen umlaufendem Element und stationärer Schaufel <tb>32<SEP>Stelle der Dichtungsanordnung zwischen umlaufendem Element und stationärem Gehäuse <tb>34<SEP>stromaufwärtige Seite <tb>36<SEP>stromabwärtige Seite <tb>40<SEP>axiale Achse <tb>42<SEP>radiale Achse <tb>44<SEP>bogenförmige Platte <tb>46<SEP>bogenförmiger Dichtungsring <tb>47<SEP>Spalt <tb>48<SEP>Vorspannelemente <tb>50<SEP>mit dem Dichtungsring gekoppeltes Ende des Vorspannelementes <tb>52<SEP>mit dem stationären Gehäuse oder der bogenförmigen Platte gekoppeltes Ende des Vorspannelementes <tb>54<SEP>bogenförmige Zähne <tb>60<SEP>Dichtungsanordnung mit Zähnen an dem Dichtungsring <tb>66<SEP>stromaufwärtige Beugungseinrichtungen <tb>68<SEP>stromabwärtige Beugungseinrichtungen <tb>70<SEP>Zahn auf der stromaufwärtigen Seite <tb>72<SEP>Zahn auf der stromabwärtigen Seite <tb>74<SEP>vorderer Spalt <tb>76<SEP>hinterer Spalt <tb>78<SEP>Tasche <tb>79<SEP>Taschenhöhe <tb>80<SEP>Leckagepfad zwischen bogenförmiger Platte und bogenförmigem Dichtungsring <tb>82<SEP>stromaufwärtiger Spitzenspalt <tb>83<SEP>Spaltprogression <tb>84<SEP>stromabwärtiger Spitzenspalt <tb>86<SEP>Abstand zwischen benachbarten Zähnen <tb>87<SEP>Abstand zwischen benachbarten Zähnen am umlaufenden Element <tb>88<SEP>Weite der Labyrinthdichtung <tb>90<SEP>Leckagepfad zwischen den Zähnen und dem umlaufenden Element <tb>92<SEP>Abstand zwischen dem bogenförmigen Dichtungsring und der bogenförmigen Platte <tb>94<SEP>Weite des vertikalen Elementes der bogenförmigen Platte <tb>100<SEP>Dichtungsanordnung mit erhabenen Ansätzen <tb>102<SEP>erhabene Ansätze <tb>110<SEP>Dichtungsanordnung mit Zähnen am umlaufenden Element <tb>112<SEP>abreibbare Beschichtung <tb>120<SEP>Dichtungsanordnung mit mehreren bogenförmigen Platten <tb>122<SEP>stromaufwärtige bogenförmige Platte <tb>124<SEP>stromabwärtige bogenförmige Platte <tb>126<SEP>Spalt zwischen stromaufwärtiger bogenförmiger Platte und stromaufwärtigem Abschnitt des bogenförmigen Dichtungsrings <tb>128<SEP>Spalt zwischen stromaufwärtigem Abschnitt des bogenförmigen Dichtungsrings und bogenförmiger Zwischenplatte <tb>130<SEP>Spalt zwischen bogenförmiger Zwischenplatte und stromabwärtigem Abschnitt des bogenförmigen Dichtungsrings <tb>132<SEP>Spalt zwischen stromabwärtigem Abschnitt des bogenförmigen Dichtungsrings und stromabwärtiger bogenförmiger Platte <tb>140<SEP>Dichtungsanordnung mit Zähnen am bogenförmigen Dichtungsring und umlaufenden Element <tb>142<SEP>stromaufwärtiger bogenförmiger Dichtungsringzahn <tb>144<SEP>stromabwärtiger bogenförmiger Dichtungsringzahn <tb>146<SEP>stromaufwärtiger Zahn des umlaufenden Elementes <tb>148<SEP>stromabwärtiger Zahn des umlaufenden Elementes <tb>150<SEP>Weite der Labyrinthdichtung <tb>160<SEP>Grafik der Druckverteilung unter dem Dichtungsring als Funktion des letzten Zahnspalts <tb>162<SEP>axiale Position des Zahns (Abszisse) <tb>164<SEP>Druck unter dem Zahn (Ordinate) <tb>166<SEP>Fall, wenn der letzte Zahnspalt 125 Mikrometer beträgt <tb>168<SEP>Fall, wenn der letzte Zahnspalt 380 Mikrometer beträgt <tb>169<SEP>Fall, wenn der letzte Zahnspalt 635 Mikrometer beträgt <tb>170<SEP>Grafik, die den Gleichgewichtsspalt veranschaulicht <tb>172<SEP>letzter Zahnspalt (Abszisse) <tb>174<SEP>Nettoradialkraft (Ordinate) <tb>176<SEP>Kurve, die die Veränderung der Nettoradialkraft als Funktion des letzten Zahnspalts veranschaulicht <tb>178<SEP>Gleichgewichtsspalt <tb>180<SEP>Grafik, die das Kräftegleichgewicht in Radialrichtung veranschaulicht <tb>182<SEP>Abstand von der stromaufwärtigen Seite zum Anfang des Spalts <tb>184<SEP>Weite des Spalts <tb>186<SEP>Abstand vom Spalt zur stromabwärtigen Seite <tb>188<SEP>Abstand zwischen benachbarten Zähnen <tb>190<SEP>Schliesskräfte <tb>192<SEP>Öffnungskräfte <tb>194<SEP>hoher Druck <tb>196<SEP>Zwischendruck <tb>198<SEP>niedriger Druck <tb>200<SEP>Grafik, die zeigt, wie der Gleichgewichtsspalt von dem Druckverhältnis abhängt <tb>202<SEP>letzter Zahnspalt (Abszisse) <tb>204<SEP>Nettoradialkraft (Ordinate) <tb>206<SEP>Fall, wenn der stromaufwärtige Druck hoch ist <tb>208<SEP>Fall, wenn der stromaufwärtige Druck ein Zwischendruck ist <tb>209<SEP>Fall, wenn der stromaufwärtige Druck niedrig ist

Claims (10)

1. Dichtungsanordnung für eine Turbomaschine, wobei die Turbomaschine ein stationäres Gehäuse (18) und einen das stationäre Gehäuse (18) durchdringenden Rotor (20) aufweist, der um eine Achse (22) rotiert, wobei die Dichtungsanordnung zwischen Rotor (20) und stationärem Gehäuse (18) dichtend angeordnet ist und aufweist: wenigstens eine bogenförmige Platte (44), die mit einer Innenfläche des stationären Gehäuses (18) gekoppelt und in einer Radialebene des Rotors (20) angeordnet ist; einen in einer Umfangsrichtung des Rotors (20) segmentierten Dichtungsring (46), der zwischen dem Rotor (20) und der Platte (44) angeordnet ist, wobei der Dichtungsring (46) positioniert ist, um sich relativ zu der Platte (44) in einer Radialrichtung (42) senkrecht zur Achse (22) des Rotors (20) zu bewegen; ein Vorspannelement (48), das zwischen der bogenförmigen Platte (44) und dem Dichtungsring (46) angeordnet ist, mit beiden gekoppelt ist und zum radialen Vorspannen des segmentierten Dichtungsrings (46) in Richtung zum Rotor (20) konfiguriert ist, so dass sich zwischen bogenförmiger Platte (44) und Dichtungsring (46) im Ruhezustand ein Radialspalt ausbildet; und mehrere bogenförmige, in Umfangsrichtung sich erstreckende Dichtelemente (54), die zwischen dem Dichtungsring (46) und dem Rotor (20) in einer Axialrichtung (40) des Rotors (20) zueinander versetzt angeordnet sind, wobei Dichtspalte (82, 84) der jeweiligen Dichtelemente (54) im Verlauf von einer ersten Seite (34) der Dichtungsanordnung zu einer zweiten Seite (36) der Dichtungsanordnung derart progressiv abnehmen, dass eine passive Rückkopplung der hydrostatischen Kräfte, die durch den Differenzdruck über der Dichtungsanordnung erzeugt werden, während des Betriebs der Turbomaschine hervorgerufen wird, so dass, wenn die Dichtspalte abnehmen, durch die erzeugten hydrostatischen Kräfte bedingte nach aussen gerichtete Nettoradialkräfte den Dichtungsring (46) veranlassen, sich von dem Rotor (20) weg zu bewegen, und wenn die Dichtspalte zunehmen, durch die erzeugten hydrostatischen Kräfte bedingte nach innen gerichtete Nettoradialkräfte den Dichtungsring (46) veranlassen, sich zu dem Rotor (20) hin zu bewegen.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Vorspannelement (48) als ein Lager dient und eine Bewegung des Dichtungsrings (46) in der Axialrichtung (40) beschränkt und eine Bewegung des Dichtungsrings (46) in der Radialrichtung (42) zulässt.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, welche derart konfiguriert ist, dass aufgrund der passiven Rückkopplung der hydrostatischen Kräfte bei konstantem Verhältnis des Drucks auf der ersten Seite zu dem Druck auf der zweiten Seite ein Gleichgewichtsspalt zwischen den mehreren Dichtelementen (54) und dem Rotor (20) unabhängig von dem Wert der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Drücke den gleichen Wert beibehält.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die mehreren bogenförmigen Dichtelemente (54) mit dem Dichtungsring (46) gekoppelt sind.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die mehreren bogenförmigen Dichtelemente (54) mit dem Rotor (20) gekoppelt sind.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei ein erster Teilsatz der mehreren bogenförmigen Dichtelemente (54) mit dem Dichtungsring (46) gekoppelt ist; wobei ein zweiter Teilsatz der mehreren bogenförmigen Dichtelemente (54) mit dem Rotor (20) gekoppelt ist; und wobei der erste Teilsatz der mehreren bogenförmigen Dichtelemente (54) und der zweite Teilsatz der mehreren bogenförmigen Dichtelemente (54) derart angeordnet sind, dass die Dichtelemente (54) in Axialrichtung (40) zueinander versetzt ineinandergreifen.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei eine abreibbare Beschichtung (112) an der dem Rotor (20) zugewandten Oberfläche des Dichtungsrings (46) angeordnet ist.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Vorspannelement (48) mehrere Vorspannglieder aufweist, die mit der bogenförmigen Platte (44) und dem Dichtungsring (46) mechanisch gekoppelt sind; und wobei die mehreren Vorspannglieder eingerichtet sind, um dem Dichtungsring (46) zu gestatten, sich in der Radialrichtung (42) zu bewegen, jedoch eine Bewegung in Axialrichtung beschränken.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, aufweisend: einen ersten Spalt (74), welcher zwischen zwei radial verlaufenden, einander gegenüberliegenden ersten Flächen der Platte (44) und des Dichtungsrings (46) ausgebildet ist, und einen zweiten Spalt (76), welcher zwischen zwei radial verlaufenden, einander gegenüberliegenden zweiten Flächen der Platte (44) und des Dichtungsrings (46) ausgebildet ist, wobei der erste und der zweite Spalt (74, 76) zur Reduzierung einer Leckage durch den ersten und den zweiten Spalt (74, 76) zwischen der ersten und der zweiten Seite (34, 36) der Dichtungsanordnung zwischen 50 Mikrometer und 250 Mikrometer betragen.

10. Eine Turbine oder ein Verdichter, aufweisend: einen Rotor (20), der um eine Achse (22) herum rotiert, ein stationäres Gehäuse (18), das den Rotor (20) umgibt, und eine längs des Umfangs segmentierte Dichtungsanordnung gemäss Anspruch 1, die zwischen dem Rotor (20) und dem stationären Gehäuse (18) angeordnet ist.