CH709443A2

CH709443A2 - System mit einer Dampfturbine, die eine Gleitringdichtung mit lokal nachgiebigen hydrodynamischen Belägen aufweist.

Info

Publication number: CH709443A2
Application number: CH00391/15A
Authority: CH
Inventors: Azam Mihir Thatte; Xiaoqing Zheng; Rahul Anil Bidkar
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2015-09-30
Also published as: DE102015103537A1; JP6632206B2; CN104948238A; KR20150111854A; US20150275685A1; JP2015187443A; US9611749B2

Abstract

System, aufweisend eine Dampfturbine mit Gleitringdichtung (100) bestehend aus Rotorring (108) und Statorring (106), der eingerichtet ist, um um einen Rotor einer Turbine angeordnet zu werden, wobei der Statorring (106) mehrere Beläge (200) aufweist, die sich von einer Dichtungsfläche des Statorrings (106) aus erstrecken, wobei jeder der mehreren Beläge (200) eingerichtet ist, um mit dem Rotorring (108) verbunden zu sein.

Description

HINTERGRUND

[0001] Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Turbomaschinen und insbesondere Gleitringdichtungen zur Reduktion oder Blockade einer Strömungsleckage zwischen verschiedenen Komponenten einer Turbomaschine.

[0002] Turbomaschinen umfassen Verdichter und/oder Turbinen, wie beispielsweise Gasturbinen, Dampfturbinen und Wasserturbinen. Im Allgemeinen enthalten Turbomaschinen einen Rotor, der eine Welle oder Trommel sein kann, die Turbomaschinenlauf schaufeln trägt. Z.B. können Turbomaschinenlaufschaufeln in Stufen entlang des Rotors der Turbomaschine angeordnet sein. Die Turbomaschine kann ferner verschiedene Dichtungen enthalten, um eine Leckage einer Strömung (z.B. einer Arbeitsfluidströmung) zwischen verschiedenen Komponenten der Turbomaschine zu reduzieren oder zu blockieren. Z.B. kann die Turbomaschine eine oder mehrere Gleitringdichtungen enthalten, die eingerichtet sind, um eine Strömungsleckage zwischen der Welle (z.B. rotierender Welle) und einem Gehäuse der Turbomaschine zu reduzieren oder zu blockieren. Bedauerlicherweise können herkömmliche Gleitringdichtungen schwer zu montieren sein und/oder können für eine grosse Flächenverformung empfindlich sein, die zu vorzeitigem Verschleiss oder zur Leistungsbeeinträchtigung führen kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0003] In einer Ausführungsform enthält ein System eine Dampfturbine und eine Gleitringdichtung der Dampfturbine. Die Gleitringdichtung der Dampfturbine enthält einen Rotorring, der mit einem Rotor der Dampfturbine gekoppelt ist, und einen Statorring, der mit einem stationären Gehäuse der Dampfturbine gekoppelt ist, wobei der Statorring mehrere Beläge aufweist, die eingerichtet sind, um sich von einer Dichtungsfläche des Statorrings aus zu erstrecken und mit dem Rotorring in Eingriff zu stehen.

[0004] In dem zuvor erwähnten System kann jeder der mehreren Beläge in einer jeweiligen Ausnehmung angeordnet sein, die in der Dichtungsfläche des Statorrings ausgebildet ist.

[0005] Ferner kann jeder der mehreren Beläge in Richtung auf den Rotorring durch wenigstens eine jeweilige Feder vorgespannt sein, die sich von der jeweiligen Ausnehmung zu dem jeweiligen Belag erstreckt.

[0006] Noch weiter kann die wenigstens eine Feder jedes der mehreren Beläge mit einer Mitte des jeweiligen Belags verbunden sein.

[0007] In dem System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art können alle der mehreren Beläge um einen Umfang des Statorrings herum ungefähr äquidistant beabstandet sein.

[0008] In einer weiteren Ausführungsform enthält eine Turbine einen Rotor, ein stationäres Gehäuse, das um den Rotor angeordnet ist, und eine Gleitringdichtung, die an dem Rotor angeordnet ist. Die Gleitringdichtung enthält einen Rotorring, der mit dem Rotor gekoppelt ist, und einen Statorring, der mit dem stationären Gehäuse gekoppelt ist, wobei der Statorring mehrere hydrodynamische Beläge aufweist, die sich von einer Dichtungsfläche des Statorrings aus zu dem Rotorring erstrecken.

[0009] In der zuvor erwähnten Turbine kann der Statorring einen Stützabschnitt aufweisen, der mit dem stationären Gehäuse gekoppelt ist, und der Statorring kann eingerichtet sein, um mit dem Rotorring hydrodynamisch verbunden zu sein.

[0010] Ferner kann der Statorring in Richtung auf den Rotorring durch eine Feder vorgespannt sein, die sich zwischen dem Stützabschnitt und dem Statorring erstreckt.

[0011] Noch weiter kann jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge in einer jeweiligen Tasche angeordnet sein, die in dem Statorring ausgebildet ist.

[0012] Zusätzlich kann jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge in Richtung auf den Rotorring durch eine jeweilige Belagsfeder vorgespannt sein, die zwischen der jeweiligen Tasche und dem jeweiligen Belag angeordnet ist.

[0013] In einer bestimmten Konfiguration der Turbine ist jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge in Richtung auf den Rotorring durch vier jeweilige Belagsfedern vorgespannt, die zwischen der jeweiligen Tasche und dem jeweiligen Belag angeordnet sind, wobei jede der vier jeweiligen Belagsfedern an einer Ecke des jeweiligen Belages angeordnet ist.

[0014] In der Turbine einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann jeder der hydrodynamischen Beläge wenigstens eine hydrodynamische Oberflächenbehandlung oder ein Profil mit Mikrometerlänge aufweisen.

[0015] In der Turbine einer beliebigen vorstehend erwähnten Art können die mehreren hydrodynamischen Beläge um einen Umfang des Statorrings herum ungefähr äquidistant beabstandet sein.

[0016] Zusätzlich oder alternativ können die mehreren hydrodynamischen Beläge ungefähr radial gleich entlang des Statorrings positioniert sein.

[0017] In einer weiteren Ausführungsform weist ein System einen Statorring auf, der eingerichtet ist, um um einen Rotor einer Turbine angeordnet zu sein, wobei der Statorring mehrere hydrodynamische Beläge aufweist, die sich von einer Dichtungsfläche des Statorrings aus erstrecken, wobei jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge eingerichtet ist, um mit einem Rotorring hydrodynamisch verbunden zu sein.

[0018] In dem zuvor erwähnten System kann jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge in einer jeweiligen Ausnehmung angeordnet sein, die in dem Statorring ausgebildet ist.

[0019] Ferner kann jeder der hydrodynamischen Beläge in Richtung auf den Rotorring durch wenigstens eine jeweilige Belagsfeder vorgespannt sein, die sich zwischen der jeweiligen Ausnehmung und dem jeweiligen hydrodynamischen Belag erstreckt.

[0020] Noch weiter kann jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge wenigstens ein hydrodynamisches Oberflächenprofil oder eine hydrodynamische Oberflächenbehandlung aufweisen.

[0021] Das wenigstens eine hydrodynamische Oberflächenprofil oder die wenigstens eine hydrodynamische Oberflächenbehandlung kann eine Y-förmige Nut oder eine spiralförmige Nut aufweisen.

[0022] Die wenigstens eine jeweilige Belagsfeder kann eine Schraubenfeder oder eine Faltenbalgfeder aufweisen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0023] Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile überall in den Zeichnungen darstellen und worin zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kombikraftwerkssystems mit einem Gasturbinensystem, einer Dampfturbine und einem Abhitzedampferzeuger(HRSG)-System; <tb>Fig. 2<SEP>eine quergeschnittene Teilansicht einer Ausführungsform einer Dampfturbine unter Veranschaulichung einer Gleitringdichtung der Dampfturbine; <tb>Fig. 3<SEP>eine quergeschnittene Teilansicht einer Turbomaschine unter Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Gleitringdichtung der Turbomaschine; <tb>Fig. 4<SEP>eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines primären Dichtungsringes der Gleitringdichtung unter Veranschaulichung einer geteilten Ringkonfiguration des primären Dichtungsringes; <tb>Fig. 5<SEP>eine quergeschnittene Teilansicht einer Turbomaschine unter Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Gleitringdichtung der Turbomaschine; <tb>Fig. 6<SEP>eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines primären Dichtungsringes der Gleitringdichtung unter Veranschaulichung lokal nachgiebiger Dichtungsbeläge des primären Dichtungsringes; <tb>Fig. 7<SEP>eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines primären Dichtungsringes der Gleitringdichtung unter Veranschaulichung lokal nachgiebiger Dichtungsbeläge des primären Dichtungsringes; <tb>Fig. 8<SEP>eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines primären Dichtungsringes der Gleitringdichtung unter Veranschaulichung lokal nachgiebiger Dichtungsbeläge des primären Dichtungsringes; <tb>Fig. 9<SEP>eine perspektivische Teilansicht einer Ausführungsform eines primären Dichtungsringes der Gleitringdichtung unter Veranschaulichung einer Feder, die einen lokal nachgiebigen Dichtungsbelag des primären Dichtungsringes vorspannt; <tb>Fig. 10<SEP>eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines primären Dichtungsringes der Gleitringdichtung unter Veranschaulichung einer Anordnung von lokal nachgiebigen Dichtungsbelägen des primären Dichtungsringes; <tb>Fig. 11<SEP>eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines primären Dichtungsringes der Gleitringdichtung unter Veranschaulichung einer Anordnung von lokal nachgiebigen Dichtungsbelägen des primären Dichtungsringes; <tb>Fig. 12<SEP>eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines primären Dichtungsringes der Gleitringdichtung unter Veranschaulichung eines Oberflächenmerkmals der primären Gleitringdichtung; und <tb>Fig. 13<SEP>eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines primären Dichtungsringes der Gleitringdichtung unter Veranschaulichung eines Oberflächenmerkmals des primären Dichtungsringes.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0024] Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auf verbesserte Gleitringdichtungen mit Merkmalen gerichtet, die eingerichtet sind, um eine Leckage über der Gleitringdichtung zu reduzieren und die Leistung und Langlebigkeit der Gleitringdichtung zu verbessern. Wie erkannt wird, kann die Gleitringdichtung einen primären Ring (z.B. einen stationären Ring) enthalten, der eine Dichtungsbeziehung oder -Verbindung mit einem Gegenring (z.B. einem rotierenden Ring) bildet. Z.B. können der primäre Ring und der Gegenring eingerichtet sein, um eine Leckage eines Arbeitsfluids über der Gleitringdichtung zu reduzieren oder zu blockieren. In manchen Ausführungsformen kann der primäre Ring eine geteilte Konfiguration mit einem Lagerelement, wie beispielsweise einem rollenden Zwischenstück, aufweisen. Insbesondere kann der primäre Ring zwei oder mehrere Segmente enthalten, die gemeinsam den primären Ring bilden, und der primäre Ring kann ein oder mehrere rollende(s) Zwischenstück(e) (z.B. Lagerelemente) zwischen den beiden oder mehreren Segmenten enthalten. Z.B. können ein oder mehrere Zapfen oder andere gerundete Elemente zwischen den beiden oder mehreren Segmenten angeordnet sein, wenn die beiden oder mehreren Segmente miteinander in Anlage stehen. In der nachstehend beschriebenen Weise kann das Lagerelement (z.B. das rollende Zwischenstück) zwischen den beiden oder mehreren Segmenten eine reibungsarme relative Bewegung (z.B. Axialbewegung) zwischen den beiden oder mehreren Segmenten des primären Ringes ermöglichen. Auf diese Weise kann jedes der Segmente des primären Ringes sein eigenes hydrodynamisches Gleichgewicht in Bezug auf den Gegenring (z.B. rotierenden Ring) der Gleitringdichtung erreichen. Ausserdem können die rollenden Zwischenstücke des primären Ringes eingerichtet sein, um einen radialen Druck oder eine radiale Belastung von jedem der Segmente des primären Ringes aufzunehmen oder diesem bzw. dieser standzuhalten.

[0025] In manchen Ausführungsformen kann der primäre Ring der Gleitringdichtung lokal nachgiebige hydrodynamische Beläge enthalten, die eingerichtet sind, um mit dem Gegenring in Eingriff zu stehen. Dies bedeutet, dass jeder der lokal nachgiebigen hydrodynamischen Beläge des primären Ringes eingerichtet sein kann, um eine gesonderte Dichtungsbeziehung mit dem Gegenring zu bilden. Speziell kann jeder der hydrodynamischen Beläge individuell in Richtung auf den Gegenring (z.B. durch eine Feder, die mit dem primären Ring gekoppelt ist) vorgespannt sein. Auf diese Weise kann jeder der hydrodynamischen Beläge einzeln der dynamisch wechselnden Orientierung des Gegenringes entsprechen, wodurch die gesamte Dichtungsverbindung und Leckageblockade zwischen dem primären Ring und dem Gegenring verbessert werden. Zusätzlich können die hydrodynamischen Beläge sicherstellen, dass der segmentierte primäre Ring in Richtung des Gegenringes in einer gleichmässigeren Weise schliesst, um eine Schiefstellung oder einen Teilkontakt zwischen dem primären Ring und dem Gegenring zu vermeiden. Ausserdem kann, wie im Einzelnen nachstehend beschrieben, jeder der hydrodynamischen Beläge einen direkten Kontakt zwischen dem primären Ring und dem Gegenring blockieren, während er auch erhöhte Leckagespalte reduziert.

[0026] Es sollte beachtet werden, dass bei der folgenden Erläuterung auf einen Kontakt zwischen verschiedenen Komponenten der Gleitringdichtung (z.B. dem primären Ring, dem Gegenring, den hydrodynamischen Belägen, etc.) Bezug genommen werden kann. Jedoch sollte erkannt werden, dass eine Bezugnahme auf einen Kontakt zwischen derartigen Komponenten sehr kleine Spalte (z.B. Spalte von 0,01–0,25 mm) zwischen derartigen Komponenten oder Teilen der Komponenten anstelle eines tatsächlichen Kontaktes zwischen derartigen Komponenten umfassen kann.

[0027] Indem nun auf die Zeichnungen verwiesen wird, zeigt Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines herkömmlichen Kombisystems 10 mit verschiedenen Turbomaschinen, in denen Gleitringdichtungen gemäss der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden können. Insbesondere können die Turbomaschinen Gleitringdichtungen enthalten, die einen primären Ring mit einer geteilten Konfiguration mit rollenden Zwischenstücken und/oder einen primären Ring mit lokal nachgiebigen hydrodynamischen Belägen enthalten können.

[0028] Wie veranschaulicht, enthält das Kombisystem 10 ein Gasturbinensystem 11 mit einem Verdichter 12, Brennkammern 14, die Brennstoffdüsen 16 aufweisen, und einer Gasturbine 18. Die Brennstoffdüsen 16 leiten einen flüssigen Brennstoff und/oder einen gasförmigen Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas oder Synthesegas, in die Brennkammern 14 hinein. Die Brennkammern 14 zünden und verbrennen ein Brennstoff-Luft-Gemisch und geben anschliessend heisse unter Druck stehende Verbrennungsgase 20 (z.B. Abgas) in die Gasturbine 18 weiter. Die Turbinenlaufschaufeln 22 sind mit einem Rotor 24 gekoppelt, der ferner mit verschiedenen weiteren Komponenten überall in dem Kombisystem 10, wie veranschaulicht, gekoppelt ist. Z.B. können die Turbinenlaufschaufeln 22 in Stufen angeordnet sein. In anderen Worten können die Turbinenlaufschaufeln 22 längs des Umfangs um den Rotor 24 herum an verschiedenen axialen Stellen des Rotors 24 angeordnet sein, während die Verbrennungsgase 20 an den Turbinenschaufeln 22 in der Gasturbine 18 vorbei strömen, wird die Gasturbine 18 drehend angetrieben, was den Rotor 24 veranlasst, an einer Drehachse 26 zu rotieren. In manchen Ausführungsformen kann die Gasturbine 18 Gleitringdichtungen enthalten, die eingerichtet sind, um eine unerwünschte Leckage der Verbrennungsgase 20 über Rotor-Stator-Spalte innerhalb der Turbine zu reduzieren oder zu blockieren. Letztendlich treten die Verbrennungsgase 20 aus der Gasturbine 18 über einen Abgasauslass 28 (z.B. einen Abgaskanal, Abgasschacht, Schalldämpfer, etc.) aus.

[0029] In der veranschaulichten Ausführungsform enthält der Verdichter 12 Verdichterlaufschaufeln 30. Die Verdichterlaufschaufeln 30 innerhalb des Verdichters 12 sind ebenfalls mit dem Rotor 24 gekoppelt und rotieren, während der Rotor 24 durch die Gasturbine 18 in der vorstehend beschriebenen Weise drehend angetrieben ist. Wie bei den Turbinenlaufschaufeln 22 können auch die Verdichterlaufschaufeln 30 in Stufen angeordnet sein. Während die Verdichterschaufeln 30 innerhalb des Verdichters 12 rotieren, verdichten die Verdichterschaufeln 30 Luft von einem Lufteinlass zu Druckluft 32, die zu den Brennkammern 14, den Brennstoffdüsen 16 und anderen Abschnitten des Kombisystems 10 geleitet wird. Zusätzlich kann der Verdichter 12 Gleitringdichtungen enthalten, die eingerichtet sind, um eine unerwünschte Leckage der Druckluft 32 über verschiedene Rotor-Stator-Spalte innerhalb eines Verdichters zu blockieren.

[0030] Die Brennstoffdüsen 16 vermischen die Druckluft 32 und den Brennstoff miteinander, um ein geeignetes Brennstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen, das in den Brennkammern 14 verbrennt, um die Verbrennungsgase 20 zu erzeugen, um die Turbine 18 anzutreiben. Ferner kann der Rotor 24 mit einer ersten Last 34 gekoppelt sein, die über die Drehung des Rotors 24 angetrieben sein kann. Z.B. kann die erste Last 34 eine beliebige geeignete Vorrichtung, die Leistung über die Drehausgabe des Kombisystems 10 erzeugen kann, wie beispielsweise eine Energieerzeugungsanlage oder eine externe mechanische Last, sein. Zum Beispiel kann die erste Last 34 einen elektrischen Generator, einen Propeller eines Flugzeugs und dergleichen enthalten.

[0031] Das System 10 enthält ferner eine Dampfturbine 36 zum Antreiben einer zweiten Last 38 (z.B. über eine Drehung einer Welle 40 der Dampfturbine 36). Z.B. kann die zweite Last 38 ein elektrischer Generator zur Erzeugung elektrischer Leistung sein. Jedoch können sowohl die erste als auch die zweite Last 34 und 38 andere Arten von Lasten sein, die in der Lage sind, durch das Gasturbinensystem 11 und die Dampfturbine 36 angetrieben zu werden. Obwohl das Gasturbinensystem 11 und die Dampfturbine 36 gesonderte Lasten (z.B. die erste und die zweite Last 34 und 38) in der veranschaulichten Ausführungsform antreiben, können ausserdem das Gasturbinensystem 11 und die Dampfturbinen 36 auch hintereinandergeschaltet verwendet werden, um eine einzige Last über eine einzige Welle anzutreiben.

[0032] Das System 10 enthält ferner das Abhitzedampferzeuger(HRSG)-System 42. Erhitztes Abgas 44 von der Gasturbine 18 wird in das HRSG-System 42 hinein befördert, um Wasser zu erhitzen, um Dampf 36 zu erzeugen, der verwendet wird, um die Dampfturbine 36 anzutreiben. Wie verstanden wird, kann das HRSG-System 42 verschiedene Vorwärmer, Kondensatoren, Verdampfer, Erhitzer und dergleichen erhalten, um den Dampf 36 zu erzeugen und zu erwärmen, der verwendet wird, um die Dampfturbine 36 anzutreiben. Der durch das HRSG-System 42 erzeugte Dampf 46 strömt durch die Turbinenschaufeln 48 der Dampfturbine 36 hindurch. In ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben, können die Turbinenlaufschaufeln 38 der Dampfturbine 36 entlang der Welle 40 in Stufen angeordnet sein, und die Dampfturbine 36 kann Gleitringdichtungen enthalten, um eine unerwünschte Leckage von Dampf 46 über verschiedene Rotor-Stator-Spalte innerhalb der Dampfturbine 36 zu blockieren. Während der Dampf 46 an den Turbinenlaufschaufeln 38 der Dampfturbine 36 vorbeiströmt, werden die Turbinenschaufeln 48 der Dampfturbine 36 drehend angetrieben, was die Welle 40 veranlasst umzulaufen, wodurch die zweite Last 38 angetrieben wird.

[0033] Bei der folgenden Erläuterung kann auf verschiedene Richtungen oder Achsen, wie beispielsweise eine axiale Richtung 50 entlang der Achse 26, eine radiale Richtung 52 von der Achse 26 weg und eine Umfangsrichtung 54 um die Achse 26 des Verdichters 12, der Gasturbine 18 oder der Dampfturbine 36 herum Bezug genommen werden. Ausserdem beschreibt, wie vorstehend erwähnt, die folgende Erläuterung verbesserte Gleitringdichtungen in dem Zusammenhang mit der Dampfturbine 36, obwohl die nachstehend beschriebenen Gleitringdichtungen bei beliebigen von vielfältigen Turbomaschinen (z.B. Verdichtern 12, Gasturbinen 18 oder Dampfturbinen 36) verwendet werden können.

[0034] Fig. 2 zeigt eine quergeschnittene Teilansicht der Dampfturbine 36 unter Veranschaulichung einer Position einer Gleitringdichtung 100 innerhalb der Dampfturbine 36. Wie vorstehend erwähnt, kann die Dampfturbine 36 eine oder mehrere Gleitringdichtungen 100 zur Reduktion oder Blockade einer Leckage eines Arbeitsfluids (z.B. von Dampf 46) über verschiedene Rotor-Stator-Spalte innerhalb der Dampfturbine 36 enthalten.

[0035] In der veranschaulichten Ausführungsform enthält die Dampfturbine 36 ein Gehäuse 60, einen inneren Mantel 62 und Dichtungskomponenten 64, die um die Welle 40 der Dampfturbine 36 herum angeordnet sind. Wie veranschaulicht, tritt Dampf 46 in die Dampfturbine 36 durch einen Einlass 66 zu einer Einlassseite 68 der Dampfturbine 36 ein. Wie vorstehend beschrieben, kann der Dampf 46 eine Drehung der Turbinenlaufschaufeln 48 antreiben, wodurch eine Drehung der Welle 40 angetrieben wird. Wie veranschaulicht, bilden einige der Dichtungskomponenten 64 einen gewundenen Pfad (z.B. einen gewundenen Dichtungspfad) zwischen einer Statorkomponente 70 der Dampfturbine 36 und der Welle 40 der Dampfturbine 36. Wie erkannt wird, kann, obwohl der Dampf 46 in Richtung auf die Turbinenschaufeln 48 innerhalb der Dampfturbine 36 gerichtet wird, ein Teil des Dampfes 46 durch einen Leckagebereich 72 der Dampfturbine 36 austreten, was den Wirkungsgrad der Dampfturbine 36 reduzieren kann. Demgemäss enthält die Dampfturbine 36 auch die Gleitringdichtung 100, um eine Strömungsleckage des Dampfes 46 innerhalb der Dampfturbine 36 zu blockieren oder zu reduzieren.

[0036] Fig. 3 zeigt eine quergeschnittene Teilansicht der Dampfturbine 36 unter Veranschaulichung einer Ausführungsform der Gleitringdichtung 100, die eingerichtet ist, um eine Strömungsleckage von Dampf 46 von einem ersten Bereich 102 (z.B. einem stromaufwärtigen Bereich) zu einem zweiten Bereich 104 (z.B. einem stromabwärtigen Bereich) in dem Enddichtungsbereich zu blockieren oder zu reduzieren. Insbesondere enthält die Gleitringdichtung 100 einen primären Ring 106 (einen stationären Ring) und einen Gegenring 108 (einen Rotorring). Der primäre Ring 106 ist an dem inneren Mantel 62 der Dampfturbine 36 angebracht und nur in der Axialrichtung 50 bewegbar. Z.B. kann der primäre Ring 106 an einem stationären Gehäuse 110 über eine sekundäre Dichtung 118 und eine Drehverhinderungseinrichtung 128 angebracht sein. Der Gegenring 108 (der Rotorring) kann ein integraler Teil der Welle 40 (oder des Rotors) sein, oder er könnte eine wartungsfreundliche gesonderte Komponente sein, die mit der Welle 40 gekoppelt ist. Ausserdem ist der Gegenring 108 an der Welle 40 der Dampfturbine 36 über mechanische Montage gesichert. Insbesondere ist der Gegenring 108 an der Welle 40 durch einen ersten Halteflansch 112 und einen zweiten Halteflansch 114 gesichert. Der erste und der zweite Halteflansch 112 und 114 halten gemeinsam den Gegenring 108 an der Welle 40 in Axialrichtung fest. Z.B. können eine Hartlötung, Schweissung, mechanische Befestigungsmittel (z.B. Bolzen 116), Reibungspassungen, Gewinde oder andere Haltemechanismen verwendet werden, um den Gegenring 108 an dem ersten und zweiten Halteflansch 112 und 114 zu sichern und den ersten und zweiten Halteflansch 112 und 114 an der Welle 40 zu sichern. Der Bolzen 116 spannt den Flansch 114 gegen die Welle 40 und den Flansch 112 fest, während er eine Kompression und somit eine Schrägstellung des rotierenden Ringes 108 verhindert. Da die Welle 40 durch den Dampf 46, der durch die Turbinenschaufeln 48 strömt, zum Drehen angetrieben wird, wird der Gegenring 108 ebenfalls drehend angetrieben.

[0037] Ausserdem ist die sekundäre Dichtung 118 (z.B. eine Ringdichtung) zwischen dem primären Ring 106 und dem stationären Gehäuse 110 angeordnet. Mit der sekundären Dichtung 118 in Stellung wird eine Leckage zwischen dem stationären Gehäuse 110 und dem primären Ring 106 begrenzt, während dem primären Dichtungsring 106 ermöglicht wird, sich axial von dem rotierenden Gegenring 108 (dem Rotorring) weg oder zu diesem hin zu bewegen, um jede Verschiebung des Rotors 40 in Axialrichtung 50 aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung des Rotors 40 im Vergleich zu dem stationären Gehäuse 110 oder aufgrund einer Schubumkehr aufzunehmen. Der Durchmesser der sekundären Dichtung 118, oder der herkömmlich bezeichnete Druckgleichgewichtsmesser, ist ausgewählt, um die Schliesskraft des primären Ringes 106 zu steuern. In ähnlicher Weise ist eine Dichtung 120 zwischen dem Gegenring 108 und dem ersten Halteflansch 112 angeordnet. Die Dichtungen 118 und 120 sind stationäre Dichtungen. Sie können eine Leckage des Dampfes 46 oder eines anderen Arbeitsfluids zwischen der Gleitringdichtung 100 und dem stationären Gehäuse 110 sowie der Welle 40 blockieren. Wie erkannt wird, kann die Gleitringdichtung 100 in anderen Ausführungsformen andere Anzahl oder Arten von Dichtungen enthalten, um die Strömung von Dampf 46 oder eines anderen Arbeitsfluids zwischen verschiedenen Komponenten der Gleitringdichtung 100 und der Dampfturbine 36 zu sperren.

[0038] Wie veranschaulicht, bilden der primäre Ring 106 und der Gegenring 108 eine Dichtungsverbindungsstelle 122. Wie vorstehend erwähnt, ist die Dichtungsverbindungsstelle 122 eingerichtet, um eine Leckage des Dampfes 46 oder eines anderen Arbeitsfluids von dem ersten Bereich (dem Hochdruckbereich) 102 (z.B. einem stromaufwärtigen Bereich) zu dem zweiten Bereich 104 (dem Niederdruckbereich) (z.B. einem stromabwärtigen Bereich) der Dampfturbine 36 zu reduzieren oder zu blockieren. Es ist ein Stützabschnitt 126 vorhanden, in dem eine Feder 129 innerhalb einer Ausnehmung 130 angeordnet und mit dem primären Ring 106 gekoppelt ist und die eine axiale Kraft auf den primären Ring 106 ausübt. Auf diese Weise kann der primäre Ring 106 in Richtung auf den Gegenring 108 der Gleitringdichtung 100 vorgespannt sein, um die Dichtungsverbindungsstelle 122 zu schaffen. Insbesondere kann eine Stirnseite 132 des primären Ringes 106, wenn die Feder 129 eine Vorspannkraft auf den primären Ring 106 ausübt, in Richtung auf eine Stirnfläche 134 des Gegenringes 108 gedrückt werden. Ausserdem können, obwohl die in Fig. 3 veranschaulichte Ausführungsform eine einzige Feder 129 veranschaulicht, die innerhalb einer einzigen Ausnehmung 130 des Stützabschnitts 126 angeordnet ist, andere Ausführungsformen mehrere Federn 129 enthalten, die innerhalb jeweiliger Ausnehmungen 130 rings um einen Umfang des Stützabschnitts 126 angeordnet sind. In ähnlicher Weise kann in weiteren Ausführungsformen jede Ausnehmung 130 mehrere Federn 129 enthalten, die eingerichtet sind, um den primären Ring 106 in Richtung auf den Gegenring 108 vorzuspannen.

[0039] Während sich der Gegenring 108 in Bezug auf den primären Ring 106 schnell dreht, erzeugen die hydrodynamischen Merkmale (z.B. Nuten oder Beläge, wie sie in den Fig. 10 – 13 beschrieben sind) einen Umfangsgradienten der Filmdicke (des Spaltes zwischen dem primären Ring 106 und dem Gegenring 108) erzeugen, der einen hydrodynamischen Druck an der Verbindungsstelle (an den Stirnflächen 132, 134) und somit eine Trennkraft erzeugt, die die Stirnfläche 132 während einer Bewegung davon abhält, mit der Stirnfläche 134 in Kontakt zu gelangen. Dies erfolgt, wenn die hydrodynamische Öffnungskraft grösser ist als die Nettoschliesskraft, die durch einen externen Druck, der auf den primären Ring 106 einwirkt, und durch die Feder 129 erzeugt wird. Durch Auswahl der Oberflächenmerkmale (Nuten, Beläge, etc.) des primären Ringes 106 und/oder des Gegenringes 108, der Dimensionen des primären Ringes und des Gegenringes 106 und 108 und der Kraft der Feder 129 kann ein gewünschter Gleichgewichts-«Lauf»-Spalt zwischen dem primären Ring 106 und dem Gegenring 108 erhalten werden. Das Leckagevolumen von Dampf/Gas ist durch die Grösse dieses Gleichgewichts-Laufspalts bestimmt. Wenn irgendeine zusätzliche Kraft (z.B. eine transiente Kraft aufgrund Wärme- oder Drucktransienten im Betrieb) den Gegenring 108 veranlasst, sich in Richtung auf den primären Ring 106 zu bewegen, nimmt der Spalt unter den Gleichgewichtswert ab. Dieser reduzierte Spalt bewirkt eine Erhöhung der hydrodynamischen Kraft an der Verbindungsstelle zwischen dem primären Ring 106 und dem Gegenring 108. Diese erhöhte hydrodynamische Kraft widersteht der zusätzlichen Kraft (z.B. einer transienten Kraft aufgrund von Wärme- oder Drucktransienten im Betrieb) und vermeidet einen Kontakt zwischen dem primären Ring 106 und dem Gegenring 108, der ansonsten aufgrund der zusätzlichen Kraft eingetreten worden wäre. An dieser Stelle wird das dynamische Gleichgewicht bei einem etwas kleineren Spalt zwischen dem primären Ring 106 und dem Gegenring 108 wiedererlangt. Falls andererseits die transienten Störungen die Nettoschliesskraft reduzieren, fällt dann die hydrodynamische Kraft unter ihren ursprünglichen Auslegungswert, und das dynamische Gleichgewicht wird bei etwas grösserem Spalt zwischen dem primären Ring 106 und dem Gegenring 108 im Vergleich zu dem ursprünglichen Auslegungswert wiedererlangt. Ein derartiger dynamischer kontaktloser Betrieb unter Aufrechterhaltung eines nahezu konstanten kleinen Spaltes ermöglicht der Gleitringdichtung 100, ohne mechanische Beeinträchtigung zu arbeiten und dabei eine sehr geringe Leckage aufrechtzuerhalten. Wie erkannt wird, können die Oberflächenmerkmale des primären Ringes 106 und des Gegenringes 108, die für die Erzeugung der hydrodynamischen Druckverteilung und der Steifigkeit des hydrodynamischen Films verantwortlich sind (sowie die Dimensionen und Gestalt des primären Ringes und des Gegenringes 106 und 108 und die Feder 129, die für die Erzeugung der Schliesskraft verantwortlich ist) ausgewählt werden, um eine gewünschte Grösse des Gleichgewichts-Laufspaltes und somit gewünschte Leckageeigenschaften und einen kontaktlosen Betrieb zu erreichen.

[0040] Wie im Einzelnen nachstehend erläutert, kann der primäre Ring 106 in manchen Ausführungsformen der Gleitringdichtung 100 eine geteilte Konfiguration aufweisen. Insbesondere kann der primäre Ring 106 zwei oder mehrere in Umfangsrichtung gespaltene oder geteilte Segmente enthalten, die gemeinsam den primären Ring 106 bilden. Ausserdem kann der Stützabschnitt 126 eine geteilte Konfiguration aufweisen. Ferner kann eine Stossverbindungsstelle zwischen zwei Segmenten des primären Rings 106 ein Rollenzwischenstück enthalten. An sich können die Rollenzwischenstücke in der nachstehend beschriebenen Weise eine relative axiale Bewegung zwischen den beiden oder mehreren Segmenten des primären Ringes 106 ermöglichen. Auf diese Weise kann sich die Leistung der Gleitringdichtung 100 verbessern. Z.B. kann die relative axiale Bewegung zwischen Segmenten des primären Ringes 106 unerwünschte Leckagespalte der Gleitringdichtung 100 reduzieren oder steuern, das dynamische Gleichgewicht der Gleitringdichtung 100 verbessern und/oder den mechanischen Verschleiss und/oder eine Beeinträchtigung der verschiedenen Komponenten der Gleitringdichtung 100 während eines Betriebs der Dampfturbine 36 reduzieren. Ferner kann die geteilte Konfiguration des primären Ringes 106 die Verwendung der Gleitringdichtung 100 bei grösseren Turbinen (z.B. Dampfturbinen 36) ermöglichen, weil die geteilte Konfiguration der Gleitringdichtung 100 ermöglicht, an einer bestimmten axialen Stelle unmittelbar montiert zu werden, anstatt die Gleitringdichtung 100 von einem Ende des Rotors (der Welle) 40 aus einschieben zu müssen, was bei Turbinen mit grossem Durchmesser gegebenenfalls nicht möglich sein kann. Dies ist einer der Hauptvorteile, die die einzeln nachgiebige geteilte Ringkonstruktion bietet.

[0041] Fig. 4 zeigt eine Perspektivansicht des primären Ringes 106 der Gleitringdichtung 100. Insbesondere weist die veranschaulichte Ausführungsform des primären Ringes 106 eine geteilte Konfiguration auf. Dies bedeutet, dass der primäre Ring 106 in Umfangsrichtung in mehrere Segmente aufgeteilt ist. Insbesondere enthält der primäre Ring 106 in der veranschaulichten Ausführungsform ein erstes Segment 150 und ein zweites Segment 152, wobei das erste und das zweite Segmente 150 und 152 gemeinsam den primären Ring 106 bilden. In anderen Worten fügen sich das erste und das zweite Segment 150 und 152 aneinander, um den primären Ring 106 zu bilden. Insbesondere sind das erste und das zweite Segment 150 und 152 an Stossverbindungsstellen 154 zusammengefügt. Wie in grösseren Einzelheiten nachstehend beschrieben, sind die Stossverbindungsstellen 154 eingerichtet, um eine relative axiale Bewegung des ersten und des zweiten Segmentes 150 und 152 des primären Ringes 106 zueinander durch Aufnahme eines Rollenelementes an den Stossverbindungsstellen 154 zu ermöglichen. Ausserdem können, während die veranschaulichte Ausführungsform das erste und das zweite Segment 150 und 152 aufweist, andere Ausführungsformen eine andere Anzahl von Segmenten (z.B. 3, 4, 5, 6 oder mehr) enthalten, die in Umfangsrichtung geteilt sind und gemeinsam den primären Ring 106 bilden. Ferner kann der Stützabschnitt 126 in manchen Ausführungsformen ebenfalls eine segmentierte Konfiguration aufweisen. Z.B. enthält das erste Segment 150 des primären Ringes 106 in der veranschaulichten Ausführungsform ebenfalls ein erstes Segment 158 des Stützabschnitts 126. Ebenso enthält das zweite Segment 152 des primären Ringes 106 auch ein zweites Segment 162 des Stützabschnitts 126. Jedoch können der Stützabschnitt 126 und der primäre Ring 106 in anderen Ausführungsformen jeweils eine andere Anzahl von Segmenten aufweisen.

[0042] Wie vorstehend erwähnt, stossen das erste und das zweite Segment 150 und 152 an den Stossverbindungsstellen 154 des primären Ringes 106 aneinander an. Die Segmentstossverbindungsstelle 154 zeigt überlappte, gestufte Verbindungsstellen, um einen direkten Leckpfad an der Stossverbindungsstelle 154 zu reduzieren. Wie veranschaulicht, enthält jede Stossverbindungsstelle 154 eine erste Verbindungsfläche 164, eine zweite Verbindungsfläche 166 und eine Rollenverbindungsfläche 168. Insbesondere sind die erste Verbindungsfläche 164 und die Rollenverbindungsfläche 168 jeder Stossverbindungsstelle 154 in Umfangsrichtung 54 zueinander versetzt, und sie erstrecken sich im Wesentlichen in die radiale Richtung 52. Ausserdem erstreckt sich die zweite Verbindungsfläche 166 jeder Stossverbindungsstelle 154 zwischen der ersten Verbindungsfläche 164 und der Rollenverbindungsfläche 168 in der Umfangsrichtung 54. An sich weist jede Stossverbindungsstelle 154 eine im Wesentlichen L-förmige Konfiguration auf. In anderen Worten sind das erste und das zweite Segment 150 und 152 des primären Ringes 106 entlang im Wesentlichen L-förmiger Linien geteilt. Z.B. sind die erste Verbindungsfläche 164, die sich im Wesentlichen in der Radialrichtung 52 erstreckt, und die zweite Verbindungsfläche 166, die sich im Wesentlichen in der Umfangsrichtung 54 erstreckt, miteinander verbunden, um eine L-Gestalt zu bilden. Ebenso sind die zweite Verbindungsfläche 166, die sich im Wesentlichen in der Umfangsrichtung 54 erstreckt, und die Rollenverbindungsfläche 168, die sich im Wesentlichen in der Radialrichtung 52 erstreckt, miteinander verbunden, um eine L-Gestalt zu bilden. In der nachstehend beschriebenen Weise schafft diese L-förmige Konfiguration der Stossverbindungsstellen 154 zwischen dem ersten und dem zweiten Segment 150 und 152 des primären Ringes 106 eine Dichtungsbeziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Segment 150 und 152, während sie gleichzeitig eine relative axiale Bewegung zwischen dem ersten und zweiten Segment 150 und 152 ermöglicht, wenn der primäre Ring 106 zusammengebaut ist. Die L-förmige Konfiguration verhindert eine Leckage von dem Aussenumfang des primären Ringes 106 aus, weil jegliche mögliche Leckage entlang der Rollenverbindungsfläche 168 an der zweiten (z.B. vertikalen) Verbindungsfläche 166 blockiert wird. In anderen Worten schafft die L-förmige Konfiguration einen gewundenen Strömungspfad, der eine Reduktion der Leckage ermöglicht. Ausserdem können entlang der ersten Verbindungsfläche 164 Unterlegscheiben (z.B. dünne metallene Unterlegscheiben) platziert werden, um jegliche mögliche Leckage weiter zu reduzieren.

[0043] Wie erkannt wird, kann ein Aussenumfangsdruck (z.B. ein radial nach innen gerichteter Druck, der durch Pfeile 170 angezeigt ist) des primären Ringes 106 während eines Betriebs der Dampfturbine 36 grösser sein als ein Innenumfangsdruck (z.B. ein radial nach aussen gerichteter Druck, der durch Pfeile 172 angezeigt ist) des primären Ringes 106. Folglich kann der primäre Ring 106 der Gleitringdichtung 100 einen radial nach innen gerichteten Nettodruck erfahren. Ohne ein Lagerelement 174 (Rollenzapfen) an der Verbindungsstelle 168 zur Aufnahme der nach innen gerichteten Belastung könnte der auf die primäre Dichtung 106 einwirkende, radial nach innen gerichtete Nettodruck das erste und das zweite Segment 150 und 152 veranlassen, an der ersten Verbindungsfläche 164 und der zweiten Verbindungsfläche 166 jeder Stossverbindungsstelle 154 bündig zu sein und aneinander anzustossen. Ein Kontakt zwischen diesen Verbindungsflächen würde eine freie relative axiale Bewegung zwischen den Segmenten 150 und 152 verhindern. Deshalb sind die erste und die zweite Verbindungsfläche 164 und 166 gestaltet, um einen minimalen Spalt zu haben, während die radial nach innen gerichtete Nettodruckbelastung durch die Rollenzapfen (z.B. die Lagerelemente 174) an der Verbindungsstelle 168 aufgenommen wird. In manchen Ausführungsformen können das erste und das zweite Segment 150 und 152 hergestellt sein, um an der ersten und der zweiten Verbindungsfläche 164 und 166 enge Toleranzen zu haben, um den Spalt zu minimieren und die Abdichtung der Stossverbindungsstellen 154 zu verbessern. Ausserdem oder alternativ können die Stossverbindungsstellen 154 Dichtungsstreifen enthalten, die an den ersten Verbindungsflächen 164 angeordnet sind, um eine Abdichtung der Stossverbindungsstellen 154 zu verbessern. Die Abdichtung zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsfläche 164 und 166 hilft, eine unerwünschte Leckage des Dampfes 46 oder eines anderen Arbeitsfluids an den Segmentverbindungen der Gleitringdichtung 100 zu sperren. Ferner reduziert die symmetrische Ausrichtung der Stossverbindungsstellen 154 (z.B. der ersten und der zweiten Verbindungsfläche 164 und 166) über einer vertikalen Achse 173 des primären Ringes 106 in der veranschaulichten Ausführungsform ein seitliches Druckungleichgewicht.

[0044] Wie vorstehend erwähnt, enthalten die Stossverbindungsstellen 154 des primären Ringes 106 jeweils die Rollenverbindungsfläche 168. Insbesondere enthält jede der Rollenverbindungsflächen 168 einen oder mehrere Rollenzapfen 174, die zwischen dem ersten und dem zweiten Segment 150 und 152 angeordnet sind. Die zylindrische Gestalt der Rollenzapfen 174 ermöglicht den Rollenverbindungsflächen 168, den auf den primären Ring 106 einwirkenden, radial nach innen gerichteten Nettodruck aufzunehmen oder zu übertragen, und ermöglicht dabei dennoch dem ersten und dem zweiten Segment 150 und 152 des primären Ringes 106, sich relativ zueinander axial (z.B. in der Richtung 50) zu bewegen. Auf diese Weise kann jedes von dem ersten und dem zweiten Segment 150 und 152 sein eigenes hydrodynamisches Gleichgewicht in Bezug auf den Gegenring 108 während eines Betriebs der Dampfturbine 36 erreichen.

[0045] Insbesondere würde, da das erste und das zweite Segment 150 und 152 sich in Axialrichtung unabhängig voneinander frei bewegen können, jede relative Schrägstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Segment 150 und 152 durch entsprechende hydrodynamische Drücke an dem ersten und zweiten Segment 150 und 152 (z.B. grössere hydrodynamische Drücke an dem Segment, das näher an dem Gegenring 108 liegt, im Vergleich zu dem anderen Segment) korrigiert werden. Der selbstkorrigierende hydrodynamische Druck kann die Segmente veranlassen, sich axial relativ zu dem anderen Segment zu bewegen, bis ein dynamisches Gleichgewicht wiedererlangt wird. Infolgedessen können das erste und das zweite Segment 150 und 152 an ihren jeweiligen Gleichgewichtspositionen in Bezug auf den Gegenring 108 arbeiten oder «laufen», während sie das Auftreten eines Reibens zwischen dem ersten und dem zweiten Segment 150 und 152 und dem Gegenring 108 reduzieren. Au diese Weise kann eine mechanische Beeinträchtigung der Gleitringdichtung 100 reduziert werden, während die Lebensdauer der Gleitringdichtung 100 verbessert werden kann und Instandhaltungsmassnahmen reduziert werden können.

[0046] Fig. 5 zeigt eine quergeschnittene Teilansicht einer Ausführungsform der Gleitringdichtung 100 unter Veranschaulichung des primären Ringes 106, der lokal nachgiebige hydrodynamische Beläge 200 aufweist. Insbesondere sind die lokal nachgiebigen hydrodynamischen Beläge 200 in und benachbart zu dem primären Ring 106, dem Gegenring 108 der Gleitringdichtung 100 gegenüberliegend angeordnet. D.h., der veranschaulichte lokal nachgiebige hydrodynamische Belag 200 ist innerhalb einer Tasche oder einer Ausnehmung 202 des primären Ringes 106 angeordnet. Ausserdem können die hydrodynamischen Beläge 200 jeweils in Richtung auf den Gegenring 108 durch eine oder mehrere Federn 204 (z.B. Spiralfeder) vorgespannt sein. Infolgedessen sind die hydrodynamischen Beläge 200 eingerichtet, um mit dem Gegenring 108 in Eingriff zu stehen. Eine der Funktionen des lokal nachgiebigen hydrodynamischen Belages 200 besteht darin, mit dem Gegenring 108 in Eingriff zu gelangen, bevor der Grossteil der primären Ringfläche 132 der Gegenringfläche 134 nahekommt. Der lokal nachgiebige hydrodynamische Belag 200 hilft ferner, den primären Ring 106 richtig zu dem Gegenring 108 auszurichten. Ferner kann jeder der hydrodynamischen Beläge 200 in manchen Ausführungsformen ein Profil auf einer Mikrometer-Längenskala (z.B. auf der axialen Fläche 206) des hydrodynamischen Belages 200) mit axialen Nuttiefenvariationen in der Umfangsrichtung 54 jedes hydrodynamischen Belages 200 und/oder in der Radialrichtung 52 jedes hydrodynamischen Belages 200 aufweisen, um ein spezielles Profil des hydrodynamischen Drucks an jedem hydrodynamischen Belag 200 zu erzeugen, um der Gleitringdichtung 100 zu helfen, einen kontaktlosen Betrieb aufrechtzuerhalten. Ebenso sollte beachtet werden, dass die Dichtungsfläche 208 des primären Ringes und/oder die Dichtungsfläche 210 des Gegenringes ebenfalls verschiedene Profile oder Oberflächenmerkmale aufweisen können, um das hydrodynamische Lastaufnahmeverhalten der Gleitringdichtung 100 zu verbessern, wie im Einzelnen nachstehend erläutert.

[0047] Wie erwähnt, ist die Feder 204 innerhalb der jeweiligen Tasche oder Ausnehmung 202 des primären Ringes 206 angeordnet. D.h., die Ausnehmung 202 ist in dem primären Ring 106 ausgebildet, der dem Gegenring 108 der Gleitringdichtung 100 zugewandt ist, wenn die Gleitringdichtung 100 zusammengebaut ist. Wie erkannt wird, ist die Feder 204 konstruiert, um einen gewissen Freiheitsgrad für den hydrodynamischen Belag 200 zuzulassen. Z.B. kann die Feder 204 einen ersten, translatorischen Freiheitsgrad ausserhalb der Ebene des primären Ringes 106 (z.B. eine Bewegung in der Axialrichtung 50), einen zweiten, rotatorischen Freiheitsgrad zum Kippen oder Schwenken in der Umfangsrichtung 54 und einen dritten, rotatorischen Freiheitsgrad zum Kippen oder Schwenken in der Radialrichtung 52 ermöglichen. Folglich kann sich der hydrodynamische Belag 200 besser an die Orientierungen und/oder Verformungen des Gegenrings 108 anpassen. Infolgedessen kann der hydrodynamische Belag 200 einen Kontakt zwischen dem primären Ring 106 und dem Gegenring 108 blockieren und dabei auch die Bildung grosser Leckagespalte zwischen dem primären Ring 106 und dem Gegenring 108 der Gleitringdichtung 100 blockieren. In anderen Worten ermöglicht der hydrodynamische Belag 200 dem primären Ring 106, eine «hydrodynamisch verriegelte» Position in Bezug auf den Gegenring 108 aufrechtzuerhalten. Eine lokale Schliesskraft, die durch eine einzelne Taschenfeder 204 unterstützt wird, und eine lokale hydrodynamische Öffnungskraft, die durch einen einzelnen Belag 200 unterstützt wird, helfen dem primären Ring 106, mit Präzision zu arbeiten, um so ein dynamisches Gleichgewicht in Bezug auf den Gegenring 108 zu erreichen, ohne den Gegenring 108 zu berühren. Dies kann helfen, Reibungen zu verhindern oder zu reduzieren, wenn die Betriebskräfte versuchen, einen keilförmigen Spalt zwischen dem primären Ring 106 und dem Gegenring 108 auszubilden. Während eines derartigen Ereignisses werden die Beläge 200 an dem primären Ring 106, die zu dem Gegenring 108 näher liegen, dazu neigen, eine grössere hydrodynamische Öffnungskraft zu erzeugen, und sie werden die zugehörigen lokalen Federn 204 weiter in den Stützabschnitt 126 hinein zusammendrücken, im Vergleich zu den Belägen 200, die von dem Gegenring 108 entfernt sind. Diese radiale Differenz der Öffnungskraft wird eine Nutation des primären Ringes 106 hervorrufen und wird versuchen, den keilförmigen Spalt parallel zu machen. Die Fähigkeit der Gleitringdichtung 100, mit einem derartigen parallelen Spalt zu laufen, reduziert die Möglichkeit des Reibens. Auf diese Weise können ein Reiben und eine mechanische Beeinträchtigung zwischen dem primären Ring 106 und dem Gegenring 108 reduziert werden, während die Leckage des Dampfes 46 bei einem sehr geringen Auslegungswert weiterhin gehalten wird. Wie erkannt wird, kann eine Reduktion der mechanischen Beeinträchtigung von Komponenten der Gleitringdichtung 100 Stillstandszeiten und Instandhaltungskosten der Dampfturbine 36 reduzieren und die Nutzungslebensdauer von Komponenten der Gleitringdichtung 100 verlängern, während gleichzeitig eine Reduktion der Leckage von Dampf 46 den Wirkungsgrad der Dampfturbine 36 verbessern kann.

[0048] Wie vorstehend erwähnt, kann die axiale Fläche 206 jedes hydrodynamischen Belages 200 verschiedene Profile aufweisen, um einen Betrieb der Gleitringdichtung 100 zu verbessern. Z.B. kann die Stirnfläche 206 von einem oder mehreren hydrodynamischen Belägen 200 ein konvergierendes Profil in der Drehrichtung (z.B. in der Umfangsrichtung 54) aufweisen, um die Erzeugung einer hydrodynamischen Kraft zu ermöglichen, während der Gegenring 8 schnell an dieser in einer Richtung (z.B. im Uhrzeigersinn) vorbeiläuft. In einer anderen Ausführungsform können die Beläge 200 ein welliges Profil aufweisen, um einen bidirektionalen Betrieb der Dampfturbine 36 zu ermöglichen. In einer anderen Ausführungsform kann die Stirnfläche 206 von einem oder mehreren hydrodynamischen Belägen 200 eine Stufe in der Radialrichtung aufweisen, die einen Dammabschnitt gegen eine radial 52 nach innen gerichtete Strömung des Dampfes 46 bildet, um eine zusätzliche dynamische Druckkomponente (aufgrund eines Strömungsaufpralls) zu erzeugen, die die hydrodynamische Druckverteilung verbessert. Derartige Einrichtungen können helfen, den Toleranzbedarf oder die Toleranzanforderungen von verschiedenen Komponenten der Gleitringdichtung 100 zu reduzieren. Es sollte beachtet werden, dass die Dichtungsfläche 208 des primären Ringes 106 und die Dichtungsfläche 210 des Gegenringes 108 auch verschiedene Profile oder Oberflächenmerkmale haben können, um das hydrodynamische Lastaufnahmevermögen der Gleitringdichtung 100 zu verbessern.

[0049] Ausserdem können die Anzahl der Federn 204, die jeden hydrodynamischen Belag 200 vorspannen, und die Position der Federn 204 relativ zu dem jeweiligen hydrodynamischen Belag 200 in verschiedenen Ausführungsformen variieren. Z.B. ist in der veranschaulichten Ausführungsform der hydrodynamische Belag 200 in Richtung auf den Gegenring 108 durch eine einzige Feder 204 vorgespannt, die im Wesentlichen mit einer Mitte des hydrodynamischen Belages 200 verbunden ist. In anderen Ausführungsformen kann jeder hydrodynamische Belag 200 mehrere Federn 204 aufweisen, die den hydrodynamischen Belag 200 in Richtung des Gegenrings 108 vorspannen. Z.B. kann jeder hydrodynamische Belag 200 in Richtung des Gegenrings 108 durch vier Federn 204 vorgespannt sein, wobei eine einzelne Feder 204 mit einer jeweiligen Ecke des hydrodynamischen Belages 200 (siehe Fig. 8 ) verbunden ist. Als weiteres Beispiel kann jeder hydrodynamische Belag 200 in manchen Ausführungsformen eine einzige Feder 204 enthalten, die mit dem hydrodynamischen Belag 200 zu der Mitte des hydrodynamischen Belages 200 (z.B. radial 52 nach innen oder radial 52 nach aussen) versetzt ist. Anstelle der veranschaulichten Spiralfedern könnten Blattfedern verwendet werden.

[0050] Fig. 6 und 7 zeigen Perspektivansichten einer Ausführungsform des primären Ringes 106 der Gleitringdichtung 100 unter Veranschaulichung lokal nachgiebiger hydrodynamischer Beläge 200 des primären Ringes 106. Wie vorstehend erwähnt, kann jeder der lokal nachgiebigen hydrodynamischen Beläge 200 durch eine oder mehrere Federn 204 gestützt sein. Infolgedessen kann jeder der hydrodynamischen Beläge 200 sich einzeln (z.B. unabhängig von den anderen hydrodynamischen Belägen 200) in der Ebene des primären Ringes 106 und aus dieser heraus bewegen. Auf diese Weise kann jeder der hydrodynamischen Beläge 200 sich an die dynamisch wechselnde Orientierung des Gegenringes 108, die von thermischen, druckgetriebenen und/oder transienten Kräften herrührt, anpassen.

[0051] In der veranschaulichten Ausführungsform enthält der primären Ring 106 sechs lokal nachgiebige hydrodynamische Beläge 200, die im Wesentlichen äquidistant um den primären Ring 106 in der Umfangsrichtung 54 beabstandet angeordnet sind. Jedoch kann der primäre Ring 106 in anderen Ausführungsformen eine andere Anzahl von hydrodynamischen Belägen 200 und/oder hydrodynamische Beläge 200 enthalten, die in anderen Konfigurationen eingerichtet sind, wie nachstehend erläutert. Z.B. weisen die hydrodynamischen Beläge 200 in der veranschaulichten Ausführungsform im Wesentlichen ähnliche Positionen entlang des primären Ringes 106 in der Radialrichtung 52 auf. Jedoch können die hydrodynamischen Beläge 200 in anderen Ausführungsformen in Radialrichtung 52 gestaffelt sein. Z.B. kann ein einzelner hydrodynamischer Belag 200 eine erste radiale 52 Position aufweisen, und benachbarte hydrodynamische Beläge 200 können eine zweite radiale 52 Position aufweisen, wodurch eine gestaffelte Anordnung in Umfangsrichtung 54 rings um den primären Ring 106 geschaffen wird.

[0052] Ausserdem enthält die veranschaulichte Ausführungsform des primären Ringes 106 das erste und das zweite Segment 150 und 152, wie ähnlich vorstehend in Bezug auf Fig. 4 beschrieben. Zusätzlich enthalten die Stossverbindungsstellen 154 des primären Ringes 106 die Rollenzapfen 174, um eine relative axiale 50 Bewegung des ersten und des zweiten Segmentes zu ermöglichen. Jedoch sollte beachtet werden, dass andere Ausführungsformen des primären Ringes 106 die lokal nachgiebigen hydrodynamischen Beläge 200, jedoch keine segmentierte Konfiguration enthalten können. In ähnlicher Weise kann der primäre Ring 106 in weiteren Ausführungsformen eine segmentierte Konfiguration, jedoch nicht die vorstehend beschriebenen lokal nachgiebigen hydrodynamischen Beläge 200 enthalten.

[0053] Fig. 8 und 9 zeigen Perspektivansichten von weiteren Ausführungsformen des primären Ringes 106 der Gleitringdichtung 100 unter Veranschaulichung lokal nachgiebiger hydrodynamischer Beläge 200 des primären Ringes 106. Insbesondere veranschaulicht Fig. 8 , dass der primäre Ring 106 lokal nachgiebige hydrodynamische Beläge 200 aufweist, wobei jeder lokal nachgiebige hydrodynamische Belag 200 in Richtung des Gegenringes 108 durch vier Federn 204 innerhalb der jeweiligen Ausnehmung 202 vorgespannt ist, die durch die Stirnfläche des primären Ringes 106 eingeschnitten ist. Wie veranschaulicht, enthält jede Ausnehmung 202 eine einzelne Feder 204 in jeder der vier Ecken der Ausnehmung 202. Eine derartige Anordnung bietet die Möglichkeit, die Steifigkeit der Feder 204 an den vier Ecken den Belages 200 einzeln fein einzustellen, um so gewünschte Momenteigenschaften zu schaffen, um jegliche Vorspannung zur Schrägstellung in dem primären Ring 106 zu korrigieren. Z.B. kann durch Vergrösserung der Steifigkeit der Federn 204 an den oberen Ecken ein Bereich in der Nähe des Aussenumfangs des Belages 200 in Bezug auf den Innenumfang weniger nachgiebig geschaffen werden, was somit eine lokal höhere Fluidfilmdicke an dem Innenumfang des Belages 200 als an dem Aussenumfang bewirkt, um so jedes eine Schrägstellung hervorrufende Betriebsphänomen zu kompensieren, das bewirkt, dass die Filmdicke am Innenumfang kleiner ist als die Filmdicke am Aussenumfang. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Federn 204 Schraubenfedern, wobei die Federn 204 jedoch in anderen Ausführungsformen andere Arten von Federn, wie beispielsweise Blattfedern oder Balken, sein können. Fig. 9 veranschaulicht eine Ausführungsform des primären Ringes 106 mit lokal nachgiebigen hydrodynamischen Dichtungen 200, wobei all die lokal nachgiebigen hydrodynamischen Dichtungen 200 durch eine jeweilige Faltenbalgfeder 300 vorgespannt sind, die innerhalb der jeweiligen Ausnehmung 202 des primären Ringes 106 angeordnet ist. Durch die Auswahl der Dicke der Faltenbälge, des Abstands zwischen den Faltenbalgwendungen und der Anzahl der Wendungen können die gewünschten Kraft- und strukturellen Momenteigenschaften des nachgiebigen Mechanismus des Belages erreicht werden, um jeglichen aerodynamischen Momenten (z.B. aufgrund von Wirbelungen) zu widerstehen, die versuchen, das hydrodynamische Verhalten der Dichtung zu destabilisieren. Während jede lokal nachgiebige hydrodynamische Dichtung 200 durch eine einzige Balgfeder 300 in der veranschaulichten Ausführungsform vorgespannt ist, können andere Ausführungsformen eine andere Anzahl von Faltenbalgfedern 300 enthalten.

[0054] Fig. 10 und 11 zeigen Perspektivansichten weiterer Ausführungsformen des primären Ringes 106 der Gleitringdichtung 100 unter Veranschaulichung einer anderen Anordnung der lokal nachgiebigen hydrodynamischen Beläge 200 des primären Ringes 106. Insbesondere enthält der primäre Ring 106 in den Fig. 10 und 11 einen ersten, radial inneren Satz 310 von lokal nachgiebigen hydrodynamischen Belägen 200 und einen zweiten, radial äusseren Satz 312 von lokal nachgiebigen hydrodynamischen Belägen 200. Ausserdem sind der erste, radial innere Satz 310 und der zweite, radial äussere Satz 312 von lokal nachgiebigen hydrodynamischen Belägen in Umfangsrichtung 54 um den primären Ring 106 im Bezug zueinander gestaffelt. Jedoch können in anderen Ausführungsformen der erste, radial innere Satz 310 und der zweite, radial äussere Satz 312 gegebenenfalls nicht in Umfangsrichtung zueinander gestaffelt sein. Ausserdem können, wie erkannt wird, der erste, radial innere Satz 310 und der zweite, radial äussere Satz 312 die gleiche oder eine andere Anzahl von lokal nachgiebigen hydrodynamischen Belägen 200 aufweisen. Darüber hinaus enthält jeder von dem zweiten, radial äusseren Satz 312 der lokal nachgiebigen hydrodynamischen Beläge 200 in Fig. 11 eine Oberflächenbehandlung 314. Insbesondere enthält jeder von dem zweiten, radial äusseren Satz 312 der lokal nachgiebigen hydrodynamischen Beläge 200 ein Profil oder Nuten 314 auf Mikrometer-Längenskala an der jeweiligen Stirnfläche 206 jedes hydrodynamischen Belages 200. Wie erkannt wird, kann das mikroskopische Profil oder können die mikroskopischen Nuten 314 an der jeweiligen Stirnfläche 206 jedes hydrodynamischen Belages 200 einen zusätzlichen Druck in Richtung eines Innenumfangs 316 des primären Ringes 106 erzeugen, womit eine zusätzliche hydrodynamische Trennkraft bereitgestellt wird, um den primären Ring 106 davon abzuhalten, mit dem Gegenring 108 in Kontakt zu gelangen.

[0055] Fig. 12 und 13 zeigen Perspektivansichten von weiteren Ausführungsformen des primären Ringes 106 der Gleitringdichtung 100 unter Veranschaulichung verschiedener Oberflächenbehandlungen oder -merkmale, die auf der Dichtungsfläche 208 des primären Ringes 106 ausgebildet sind. Z.B. enthält die Dichtungsfläche 208 des primären Ringes 106 in Fig. 12 Nuten 320 (z.B. Spiralnuten), die sich von einem Aussenumfang 322 aus in Richtung auf einen Innenumfang 324 der Dichtungsfläche 208 erstrecken. Wie erkannt wird, können die Nuten 320 durch Aussparungen gebildet sein, die in der Dichtungsfläche 208 ausgebildet sind und die sich in Richtung des, jedoch nicht über den gesamten Weg bis zu dem inneren Umfang 324 der Dichtungsfläche 208 erstrecken. Vielmehr weist jede Nut 320 einen Dammabschnitt 326 auf. An sich kann Dampf 46 oder ein anderes Gas während eines Betriebs der Dampfturbine 36 von der Seite des Aussenumfangs aus in die Nuten 320 eintreten und durch die Nuten strömen, wobei es entlang der Biegung der Nuten in Richtung des Dammabschnitts 326 jeder Nut 320 beschleunigt wird und schliesslich gegen den Dammabschnitt 326 prallt, wodurch ein dynamischer Druckanstieg erzeugt wird, um die hydrodynamische Trennkraft bereitzustellen. Auf diese Weise können die Nuten 320 die Erzeugung des zusätzlichen Drucks in Richtung des Innenumfangs 324 des primären Ringes 106 ermöglichen. In Fig. 13 enthält die Dichtungsfläche 208 des primären Ringes 106 Y-förmige Nuten 330. Wie veranschaulicht, erstreckt sich jede Y-förmige Nut 330 von der Mitte der Dichtungsfläche 208 aus in Richtung sowohl des Aussenumfangs 322 als auch des Innenumfangs 324 beginnend von einem Stammabschnitt 332, um eine Y-förmige Nut 330 auszubilden, die beendet ist, bevor sie den Innen- und den Aussenumfang erreicht. Der Dampf 46 oder ein anderes Gas wird in die Y-förmigen Nuten 330 durch ein Loch 334 eingespeist. Die Y-förmigen Nuten 330 pumpen das Fluid gleichzeitig in Richtung sowohl auf den Aussenumfang 322 als auch auf den Innenumfang 324, um einen hydrodynamischen Druck in den Bereichen in der Nähe des Aussen- oder Innenumfangs 322 oder 324 des primären Ringes 106 zu erzeugen. Bei einer derartigen Y-förmigen Konfiguration der Nuten stellen der äussere Zweig und der innere Zweig der Y-Gestalt die selbstkorrigierenden hydrodynamischen Kräfte bereit, die erforderlich sind, um jeder Schrägstellung der Dichtungsfläche 210 des Gegenrings zu folgen.

[0056] Wie erkannt wird, kann jedes der Merkmale (z.B. der Oberflächenbehandlungen und/oder der Profile) der Ausführungsformen, wie vorstehend beschrieben, einzeln oder in einer beliebigen Kombination miteinander als ein Teil einer oder mehrerer der verschiedenen Komponenten der Gleitringdichtung 100 enthalten sein. Z.B. können die hydrodynamischen Merkmale, wie sie an der primären Dichtungsfläche 208 in den Fig. 12 und 13 veranschaulicht sind, auf die Gegenringdichtungsfläche 210 angewandt werden, während die primäre Dichtungsfläche 208 eine blanke flache Oberfläche ist. Ausserdem wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass verschiedene Anordnungen, Oberflächenbehandlungen und andere Merkmale, wie sie vorstehend erläutert sind, andere Konfigurationen haben können, die als innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Offenbarung angesehen werden.

[0057] Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschliesslich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.

[0058] Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auf einen Statorring gerichtet, der eingerichtet ist, um um einen Rotor einer Turbine angeordnet zu werden, wobei der Statorring mehrere hydrodynamische Beläge aufweist, die sich von einer Dichtungsfläche des Statorrings aus erstrecken, wobei jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge eingerichtet ist, um mit einem Rotorring hydrodynamisch verbunden zu sein.

Claims

1. System, das aufweist: eine Dampfturbine; und eine Gleitringdichtung der Dampfturbine, die aufweist: einen Rotorring, der mit einem Rotor der Dampfturbine gekoppelt ist; und einen Statorring, der mit einem stationären Gehäuse der Dampfturbine gekoppelt ist, wobei der Statorring mehrere Beläge aufweist, die eingerichtet sind, um sich von einer Dichtungsfläche des Statorrings aus zu erstrecken und mit dem Rotorring in Eingriffsverbindung zu stehen.

2. System nach Anspruch 1, wobei jeder der mehreren Beläge in einer jeweiligen Ausnehmung angeordnet ist, die in der Dichtungsfläche des Statorrings ausgebildet ist.

3. System nach Anspruch 2, wobei jeder der mehreren Beläge in Richtung auf den Rotorring durch wenigstens eine jeweilige Feder vorgespannt ist, die sich von der jeweiligen Ausnehmung aus zu dem jeweiligen Belag erstreckt; wobei die wenigstens eine Feder jedes der mehreren Beläge vorzugsweise mit einer Mitte des jeweiligen Belags gekoppelt ist; und/oder wobei die wenigstens eine Feder eine Schraubenfeder oder eine Faltenbalgfeder aufweist.

4. Turbine, die aufweist: einen Rotor; ein stationäres Gehäuse, das um den Rotor angeordnet ist; und eine an dem Rotor angeordnete Gleitringdichtung, die aufweist: einen Rotorring, der mit dem Rotor gekoppelt ist; und einen Statorring, der mit dem stationären Gehäuse gekoppelt ist, wobei der Statorring mehrere hydrodynamische Beläge aufweist, die sich von einer Dichtungsfläche des Statorrings aus zu dem Rotorring erstrecken.

5. Turbine nach Anspruch 4, wobei der Statorring einen Stützabschnitt aufweist, der mit dem stationären Gehäuse gekoppelt ist, und der Statorring eingerichtet ist, um mit dem Rotorring hydrodynamisch verbunden zu sein; wobei der Statorring vorzugsweise in Richtung auf den Rotorring durch eine Feder vorgespannt ist, die sich zwischen dem Stützabschnitt und dem Statorring erstreckt.

6. Turbine nach Anspruch 4 oder 5, wobei jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge in einer jeweilige Tasche angeordnet ist, die in dem Statorring ausgebildet ist; wobei jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge vorzugsweise in Richtung auf den Rotorring durch eine jeweilige Belagsfeder vorgespannt ist, die zwischen der jeweiligen Tasche und dem jeweiligen Belag angeordnet ist.

7. Turbine nach Anspruch 6, wobei jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge in Richtung auf den Rotorring durch vier jeweilige Belagsfedern vorgespannt ist, die zwischen der jeweiligen Tasche und dem jeweiligen Belag angeordnet sind, wobei jede der vier jeweiligen Belagsfedern an einer Ecke des jeweiligen Belages angeordnet ist.

8. Turbine nach einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 7, wobei jeder der hydrodynamischen Beläge wenigstens eine hydrodynamische Oberflächenbehandlung oder ein Profil mit Mikrometerlänge aufweist; und/oder wobei die mehreren hydrodynamischen Beläge um einen Umfang des Statorrings herum ungefähr äquidistant beabstandet sind; und/oder wobei die mehreren hydrodynamischen Beläge ungefähr radial gleich entlang des Statorrings positioniert sind.

9. System, das aufweist: einen Statorring, der eingerichtet ist, um um einen Rotor einer Turbine angeordnet zu sein, wobei der Statorring mehrere hydrodynamische Beläge aufweist, die sich von einer Dichtungsfläche des Statorrings aus erstrecken, wobei jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge eingerichtet ist, um mit einem Rotorring hydrodynamisch verbunden zu sein.

10. System nach Anspruch 9, wobei jeder der mehreren hydrodynamischen Beläge wenigstens ein hydrodynamisches Oberflächenprofil oder eine hydrodynamische Oberflächenbehandlung aufweist; wobei das wenigstens eine hydrodynamische Oberflächenprofil oder die wenigstens eine hydrodynamische Oberflächenbehandlung vorzugsweise eine Y-förmige Nut oder eine spiralförmige Nut aufweist.