DE102004034374B4

DE102004034374B4 - Dichtungsanordnung und Umlaufmaschine, die eine solche Dichtung enthält

Info

Publication number: DE102004034374B4
Application number: DE102004034374.8A
Authority: DE
Inventors: Clayton M. Grondahl
Original assignee: CMG Tech LLC
Current assignee: CMG Tech LLC
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2024-07-17
Also published as: GB2404702B; DE102004034374A1; US20040150165A1; US7578509B2; GB0416317D0; GB2404702A

Abstract

Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) zum Abdichten einer drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516), die eine Längsachse (15) aufweist, wobei die Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) aufweist:
eine Blattdichtung (311, 411, 511) mit einer Vielzahl von versetzten Blattdichtungselementen (24, 324, 424, 524), wobei jedes Blattdichtungselement (24, 324, 424, 524) umfasst:
- einen freien Teil (30, 330, 430, 530), der relativ zu der Längsachse (15) der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) in einem spitzen Winkel angeordnet ist; und
- einen festen Teil (28, 328, 428), der relativ zu dem freien Teil (30, 330, 430, 530) derselben abgewinkelt ist; und
einen Träger (38, 338, 438), der einen kegelstumpfförmigen Trägerteil (348, 448) aufweist, der einer Hochdruckseite (PH) der Blattdichtung (311, 411, 511) zugewandt ist, zum Abstützen des freien Teils (30, 330, 430, 530) von einer radialen nach innen gewandten Position relativ zu dem freien Teil (30, 330, 430, 530) und einem Montageteil (346, 446) zum Koppeln an eine nicht-drehbare Komponente (14, 314, 414),
wobei der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem nicht unter Druck gesetztem Zustand der Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nur ein proximales Ende (352, 452) des Trägerteils (348, 448), das dem Montageteil (346, 446) benachbart ist, berührt und der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem unter Druck gesetztem Zustand der Blattdichtung (311, 411, 511) sowohl das proximale Ende (352, 452) als auch ein distales Ende (354, 454) des Trägerteils (348, 448) berührt, wobei der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem unter Druck gesetztem Zustand näher an der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) angeordnet ist als in einem nicht unter Druck gesetztem Zustand.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Dichtungen für Umlaufmaschinen und insbesondere eine Dichtungsanordnung und eine Umlaufmaschine, die eine solche Dichtung enthält.
Stand der Technik
In vielen Umlaufmaschinen, wie z.B. einer Gasturbine oder einem Strahltriebwerk, wird ein Gas in einem Kompressor komprimiert und in einem Zweistufen-Vergasungsbrenner mit einer Kraftstoffquelle vermischt. Die Kombination von Gas und Kraftstoff wird dann zum Erzeugen von Verbrennungsgasen gezündet, die zu (einer) Turbinenstufe(n) geleitet werden, welche Energie aus diesen gewinnt (gewinnen). Sowohl die Turbinenstufe(n) als auch der Kompressor weisen stationäre oder nicht-drehende Komponenten, z.B. Flügel, auf, die mit drehenden Komponenten, z.B. Schaufeln, zum Komprimieren und Expandieren der Betriebsgase zusammenwirken. Die Betriebsgase ändern sich durch die Maschine hindurch im Druck und eine Vielzahl von Dichtungen sind vorgesehen, um die Druckdifferenzen zu bewahren, wenn es erforderlich ist, um den Maschinenwirkungsgrad und die Maschinenleistung zu maximieren. Eine beispielhafte Dichtung kann zwischen einem Turbinenrotor und einem zusammenwirkenden Stator oder Statorkörper vorgesehen sein, so daß der Rotor unter Druck gesetzt werden kann, um ein Schubgleichgewicht relativ zur nach hinten gerichteten Kraft, die durch den Motor erzeugt wird, und zur Vorwärtsrichtung des Motors vorzusehen.
Bei den vorstehend beschriebenen Festlegungen überschreiten die Turbinenkomponenten und Dichtungen den Betriebstemperaturbereich von flexiblen Dichtungen aus organischem Verbundelastomer, die bei Anwendungen mit niedrigerer Temperatur verwendet werden. Folglich müssen die verwendeten Dichtungen zu einem Betrieb in einer Hochtemperaturumgebung in der Lage sein. Außerdem müssen die verwendeten Dichtungen die engen Arbeitszwischenräume angehen, die in einer Maschinerie dieser Art erforderlich sind. Die Umlaufmaschinen-Dichtungskonstruktion erfordert auch die Betrachtung der relativen Bewegung zwischen den Komponenten, die durch die Differenzwärmeausdehnung erzeugt wird, die im gesamten Maschinenbetriebszyklus auftritt, im Vergleich zum kalten Zwischenraum bei der Montage.
Eine Struktur, die üblicherweise bereitgestellt wird, um die Leckströmung entlang einer Turbinenwelle oder einer anderen Rotationsfläche zu kontrollieren, ist eine Labyrinthdichtung. Bei dieser Einrichtung werden eine Vielzahl von Sperrdichtungsstreifen und Hindernissen zwischen stationären Turbinenkomponenten verwendet. Feste Labyrinthdichtungen weisen typischerweise einen relativ großen Zwischenraum auf, um eine Reibbeschädigung zu vermeiden. Labyrinthdichtungen maximieren daher die Maschinenleistung nicht.
Eine weitere üblicherweise verwendete Dichtung ist eine Bürstendichtung, die ein Bündel von Metallborsten umfaßt, die an deren freien Enden einen Rotor berühren, um eine Abdichtung mit dem Rotor aufrechtzuerhalten. Die Borsten können relativ zum Rotor geneigt sein und können durch Platten getragen werden. Bürstendichtungen wurden in den letzten Jahren aggressiv angestrebt, um engere Zwischenräume in Umlaufmaschinen-Dichtungskonstruktionen vorzusehen, da sie eine gewisse Elastizität aufweisen, um einer Reibung an der drehenden Komponente gerecht zu werden. Im US-Patent Nr. 5 090 710 A , herausgegeben von Flower, besteht eine Bürstendichtung beispielsweise aus eng gepackten, feinen Drähten oder Fäden, die in einer Trägeranordnung, die dann in eine Maschine eingesetzt wird, durch Schweißen zusammengefügt werden, wobei die Borsten die Rotationsfläche streifen. Die Borsten und die Anordnung werden aus Materialien gefertigt, die sich für die Fluidtemperatur eignen, und im Vergleich zu einer Labyrinthdichtung wird der Leckverlust durch die Borsten und an diesen vorbei, die in engem Kontakt mit der Rotationsfläche stehen, verringert.
Bürstendichtungen stellen jedoch eine Anzahl von Mängeln dar. Erstens ist der Bürstendichtungs-Fertigungsprozeß mit mehreren Schritten kostenaufwendig. Zweitens halten Bürstendichtungsborsten aufgrund ihrer innewohnenden Unfähigkeit, einem Langzeitverschleiß standzuhalten, nicht immer einen engen Laufzwischenraum aufrecht. Drittens unterliegen Bürstendichtungen, die festen Teilchen ausgesetzt sind, einer Erosion und einer anderen Verschlechterung. Schließlich unterliegen Bürstendichtungen auch einer Vibration aufgrund einer Bewegung des Druckfluids, das abgedichtet wird. Daher erfordern Bürstendichtungen häufig Dämpfungsmerkmale.
Eine weitere Art Dichtung ist im US-Patent Nrn. 5 042 823 A und 5 071 138 A, beide für Mackay et al. erteilt, offenbart. Diese Offenbarungen legen eine geschichtete Fingerdichtung dar, die eine planare Anordnung von sich radial und auf dem Umfang erstreckenden Fingern, die durch Spalte getrennt sind, vorsieht. Diese Struktur leidet unter einer Anzahl von Nachteilen. Jede gestapelte Schichtung ist beispielsweise ein fester Ring (nicht segmentiert) und ist folglich in der Anwendung auf Maschinen mit großem Durchmesser begrenzt, die eine Installation/einen Austausch ohne Rotorentfernung erfordern. Außerdem ist die bereitgestellte Fingergeometrie in einer im Wesentlichen radialen Ebene vorgesehen, was ein angemessenes Biegen der Finger verhindern kann.
Die WO 02/068843 A2 betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Umlaufmaschine zum Abdichten einer drehbaren Komponente und umfasst zwei Elemente mit jeweils einer Vielzahl von beabstandeten Dichtungselementen mit Schlitzen. Jedes Dichtungselement ist dabei zwischen einem festen Ende und einem freien Ende desselben abgewinkelt. Die Dichtungsanordnung umfasst ebenfalls eine an der Dichtungsanordnung befestigten Abstützung zum Abstützen der Dichtungselemente. Die Abstützung ist dabei gerade oder abgewinkelt und die Dichtungselemente liegen so auf der Abstützung auf.
Die US 6,042,119 A beschreibt eine Dichtungsanordnung zum Abdichten eines Rotors, die mehrere Schichten eines gewebten Materials, z. B. eines Metalls oder Polymers, zum Abdichten umfasst. Diese Schichten sind an einem ersten Teil miteinander befestigt, während der verbleibende Teil frei hängt. Zwischen den Schichten des gewebten Materials können auch Schichten von Bürstendichtungen angebracht sein.
Die US 5,884,918 A beschreibt eine Bürstendichtungsanordnung, um eine Hochdrucksseite einer Kammer gegenüber einer Niedrigdruckseite abzudichten. Die Bürstendichtungen sind dabei zwischen einer Vorderplatte und einer Rückplatte angeordnet.
Aus der US 6,161,836 A ist ebenfalls eine Bürstendichtungsanordnung zum Abdichten einer Gasturbine bekannt, bei der die einzelnen Dichtungen zwischen einer Frontplatte und einer Rückplatte angeordnet ist. Die Vorderplatte ist dabei einer Hochdrucksseite zugewandt, während die Rückplatte einer Seite mit einem niedrigeren Druck zugewandt ist.
Zusätzlich zu den vorstehend ausgewiesenen Problemen unterliegen Bürstendichtungen und Fingerdichtungen, die mit einem engen Laufzwischenraum arbeiten, Reibung und Verschleiß, wenn eine Differenzwärmeausdehnung der Stator- und Rotorkomponenten den Zwischenraum insgesamt beseitigt. Während einer Turbinenstillegung kann sich die Statorkomponente, in der eine Dichtungsanordnung montiert ist, beispielsweise schneller abkühlen als der Rotor, was verursacht, dass die Dichtungsanordnung den Rotor einholt und an diesem reibt. Die während eines solchen Reibens aufgebrachte Kraft wird mit der Biegung von Bürsten- und Fingerdichtungselementen etwas verringert, aber die Gleitreibung verursacht trotzdem Verschleiß und verringert die Lebensdauer solcher Dichtungen.
Angesichts des vorangehenden besteht auf dem Fachgebiet ein Bedarf für eine Dichtungsanordnung mit kostengünstiger Fertigung, die in der Lage ist, den vorstehend beschriebenen Betriebsempfindlichkeiten standzuhalten. Außerdem besteht auf dem Fachgebiet ein Bedarf für eine Dichtungsanordnung, die den Dichtungszwischenraum vergrößert, wenn eine Differenzwärmeausdehnung von Komponenten den Abstand vom Stator zum Rotor schließt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung wird eine Dichtungsanordnung bereitgestellt, die eine Anzahl von Dichtungselementen oder „Blatt“-Dichtungen aufweist. Die Dichtungsanordnung kann aus gewalztem Unterlegwerkstoff unter Verwendung von Draht-Funkenerosionsfertigung (EDM) hergestellt werden, um schmale Präzisionsschlitze herzustellen, um die gewünschte Dichtungselementgeometrie zu erzeugen. Die Dichtungselemente können zwischen ihren freien Enden und ihren festen Enden abgewinkelt sein und können einen Träger zum Abstützen des Winkels umfassen. Die Erfindung stellt ähnliche Vorteile wie Bürstendichtungen und Fingerdichtungen in Umlaufmaschinenanwendungen bereit, aber mit niedrigeren Kosten und mit robusteren Attributen. Die Dichtungselementgeometrie wird bezüglich der Dicke, Breite, Länge und der Anzahl von Elementen konstruiert, um spezielle Anwendungsanforderungen von Druckdifferenz und erwarteter Differentialbewegung zu erfüllen. Der Träger dient dazu, die Elementbewegung in einer Richtung zu begrenzen und der Druckdifferenz standzuhalten, während die Kraft, die durch einen Reibungseingriff an einer drehenden Komponente auferlegt wird, mit der elastischen Biegung der Dichtungsanordnung verringert wird. Die Dichtungselement-Endgeometrie kann geformt werden, um einen Präzisionsdurchmesser vorzusehen, und kann auch eine Geometrie für einen aerodynamischen Hub beinhalten, der den Verschleiß in jenen Rotordichtungsanwendungen minimieren würde, die eine starke Anlaufreibung erwarten.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Träger eine gekrümmte Oberfläche umfassen, die einen fortschreitenden Spalt zwischen den festen Enden der Dichtungselemente und ihren Endteilen unter statischen Bedingungen vorsieht. Wenn die Betriebsdruckdifferenz über der Dichtungsanordnung zunimmt, biegen sich die Blattdichtungselemente, was den Spalt schließt, wobei der Träger bewirkt, dass ihre freien Enden sich in Richtung des Rotors für einen engen Laufzwischenraum nach innen erstrecken. Wenn sich eine vorherrschende Druckdifferenz über der Dichtungsanordnung verringert, z.B. mit abnehmender Rotorgeschwindigkeit während einer Turbinenstillegung, entspannen sich die elastisch durchgebogenen freien Enden des Blattdichtungselements aufgrund der konvexen Vorderfläche des Trägers und koppeln sich vom Rotor ab. Die resultierende Vergrößerung des Zwischenraums zwischen den freien Enden des Dichtungselements und dem Rotor hebt das gleichzeitige Schließen durch Differenzwärmeausdehnung des Stators und der Dichtungskomponenten auf, was die Gleitreibungskraft und den Verschleiß der Blattdichtungselemente wesentlich verringert oder beseitigt.
In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel kann die Dichtungsanordnung Blattdichtungselemente, deren fester Teil im wesentlichen senkrecht zu einem Rotor angeordnet ist, ein freier Teil relativ zum festen Teil abgewinkelt ist, um einen stumpfen Winkel mit einer Hochdruckseite der Dichtungsanordnung bereitzustellen, und einen Träger, der den stumpfen Winkel auf der Niederdruckseite der Dichtungsanordnung abstützt, umfassen.
In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel kann die Dichtungsanordnung Blattdichtungselemente aus Bimetallmaterial umfassen. Bimetall-Dichtungselemente, die die Form als Reaktion auf eine Temperaturänderung ändern, können die Auswirkungen eines Dichtungsriebs entlasten, wenn Bimetall-Dichtungselemente angeordnet sind, um sich mit zunehmender Temperatur vom Rotor abzukoppeln. Die Reibungserwärmung während eines Dichtungsriebs erhöht die Bimetall-Dichtungselement-Temperatur, wenn mit dem Rotor ein Kontakt hergestellt wird, was verursacht, dass sich die freien Teile der Dichtungselemente vom Rotor wegkräuseln, wodurch die aufgebrachte Reibungskraft und der zugehörige Verschleiß verringert werden.
In einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Dichtungsanordnung zum Abdichten einer drehbaren Komponente mit einer Längsachse mit folgendem bereitgestellt: einer Blattdichtung mit einer Vielzahl von versetzten Blattdichtungselementen, wobei die Blattdichtung einen festen Teil umfasst, der relativ zu einem freien Teil derselben abgewinkelt ist; und einem Träger, der mit der Blattdichtung gekoppelt ist, zum Abstützen des freien Teils von einer radialen nach innen gewandten Position relativ zu dem freien Teil, wobei der Träger einen kegelstumpfförmigen Trägerteil aufweist, der einer Hochdruckseite der Blattdichtung zugewandt ist, wobei der freie Teil in einem unter Druck stehenden Zustand ein distales Ende des Trägerteils berührt und in einem nicht unter Druck stehenden Zustand mit dem distalen Ende außer Kontakt steht. Der freie Teil ist relativ zu der Längsachse der drehbaren Komponente in einem spitzen Winkel angeordnet. Der Träger weist einen Montageteil zum Koppeln an eine nicht-drehbare Komponente auf. Der freie Teil berührt in einem nicht unter Druck gesetzten Zustand der Dichtungsanordnung nur einem proximalen Ende des Trägerteils, das dem Montageteil benachbart ist, und der freie Teil berührt in einem unter Druck gesetztem Zustand der Blattdichtung sowohl das proximale Ende als auch ein distales Ende des Trägerteils. Dabei ist der freie Teil in einem unter Druck gesetztem Zustand näher an der drehbaren Komponente angeordnet als in einem nicht unter Druck gesetztem Zustand.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt eine Dichtungsanordnung zum Abdichten gegenüber einer drehbaren Komponente bereit, wobei die Dichtungsanordnung folgendes umfasst: eine Blattdichtung mit einer Vielzahl von versetzten Blattdichtungselementen, wobei jede Blattdichtung einen festen Teil umfasst, der relativ zu einem freien Teil derselben abgewinkelt ist; und wobei der feste Teil im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse der drehbaren Komponente angeordnet ist und der freie Teil in einem nicht unter Druck stehenden Zustand aus der Ebene relativ zum festen Teil abgewinkelt ist und zum Abdichten gegenüber der drehbaren Komponente in einem unter Druck stehenden Zustand in einem Winkel relativ zur Längsachse in Gleiteingriff steht. Die Dichtungsanordnung umfasst einen Träger, der einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Trägerteil hat, der einer Hochdruckseite der Blattdichtung zugewandt ist, zum Abstützen des freien Teils von einer radial nach innen gerichteten Position relativ zu dem freien Teil und einem Montageteil zum Koppeln an eine nicht-drehbare Komponente. Dabei umfasst der im Wesentlichen kegelstumpfförmige Trägerteil eine gekrümmte Oberfläche, die sich von einem proximalen Ende des Trägerteils zu einem distalen Ende erstreckt, und der freie Teil berührt in einem nicht unter Druck stehenden Zustand der Blattdichtung nur das proximale Ende des Trägerteils, der dem Montageteil benachbart ist. Der freie Teil berührt in einem unter Druck gesetztem Zustand der Blattdichtung sowohl das proximale Ende als auch das distale Ende des Trägerteils, wobei der freie Teil in einem unter Druck gesetztem Zustand näher an der drehbaren Komponente angeordnet ist als in einem nicht unter Druck gesetztem Zustand.
In einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Umlaufmaschine bereitgestellt, mit: einer drehbaren Komponente und einer nicht-drehbaren Komponente, wobei die Komponenten um eine gemeinsame Achse liegen; und einer der oben beschriebenen Dichtungsanordnungen.
In einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtungsanordnung zum Abdichten von Druckkammern einer Umlaufmaschine mit einem Statorkörper und einem Rotor bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Ausbilden einer Blattdichtung mit einer Vielzahl von Blattdichtungselementen, wobei jedes Blattdichtungselement einen festen Teil umfasst, der relativ zu einem freien Teil derselben in einem unwirksamen Zustand abgewinkelt ist, und einen freien Teil, der relativ zu der Längsachse der drehbaren Komponente in einem spitzen Winkel angeordnet ist; und (b) Koppeln der Blattdichtung mit einem Träger, einschließlich eines Trägerteils, so dass der Träger ein wie oben beschriebenes Trägerteil umfasst.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung richtet sich auf einen Träger zur Verwendung mit einer Blattdichtung mit einem festen Teil und einem freien Teil, der relativ zum festen Teil abgewinkelt ist, wobei der Träger folgendes umfasst: einen Montageteil zum Montieren des festen Teils; und einen Trägerteil zum Abstützen des freien Teils der Blattdichtung, wobei der Trägerteil ein proximales Ende, das den freien Teil in einem wirksamen Zustand und einem unwirksamen Zustand der Blattdichtung berührt, und ein distales Ende, das den freien Teil in einem wirksamen Zustand berührt und mit dem distalen Ende in einem unwirksamen Zustand der Blattdichtung außer Kontakt steht, umfasst.
Ein sechster Aspekt der Erfindung richtet sich auf eine Dichtungsanordnung mit: einer Blattdichtung mit einer Vielzahl von versetzten Blattdichtungselementen, wobei die Blattdichtung einen festen Teil umfasst, der relativ zu einem freien Teil derselben abgewinkelt ist; und einem Träger, der mit der Blattdichtung gekoppelt ist, zum Abstützen des freien Teils, wobei jedes Blattdichtungselement eine erste Schicht mit einem ersten Material, die sich einer Hochdruckseite der Blattdichtung zuwendet, und eine zweite Schicht aus einem zweiten Material, die sich einer Niederdruckseite der Blattdichtung zuwendet, umfasst, wobei das erste Material einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das zweite Material.
Die vorangehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden genaueren Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ersichtlich.
Figurenliste
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele dieser Erfindung werden mit Bezug auf die folgenden Figuren im einzelnen beschrieben, in welchen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente kennzeichnen und in denen gilt:

1 zeigt eine Umlaufmaschine, die ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung umfasst;
2 zeigt eine Umlaufmaschine mit einer Anzahl von bogenförmigen Dichtungsanordnungen;
3 zeigt eine Querschnittsansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Dichtungsanordnung von 1;
4 zeigt eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Dichtungsanordnung;
5 zeigt eine Detailansicht eines ersten Ausführungsbeispiels von Dichtungselementen eines Elements der Dichtungsanordnung;
6 zeigt eine Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels von Dichtungselementen eines Elements;
7 zeigt eine Detailansicht eines dritten Ausführungsbeispiels von Dichtungselementen eines Elements;
8 zeigt eine Detailansicht eines vierten Ausführungsbeispiels von Dichtungselementen eines Elements;
9 zeigt eine Detailansicht eines fünften Ausführungsbeispiels von Dichtungselementen eines Elements;
10 zeigt eine teilweise Detailansicht eines Elements, das benachbart zu einer drehbaren Komponente einer Umlaufmaschine montiert ist;
11 zeigt eine Detailansicht einer Anzahl von Elementen, die mit versetzten Schlitzen gestaltet sind;
12 zeigt eine Detailansicht einer Anzahl von Elementen, die mit nicht-versetzten Schlitzen gestaltet sind;
13 zeigt eine Detailansicht eines Dichtungselements mit alternativen Oberflächen zum Eingriff mit einer drehbaren Komponente einer Umlaufmaschine;
14A-B zeigen eine Seitenansicht und eine Detailansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung der Dichtungsanordnung;
15 zeigt eine Detailansicht eines Dichtungselement-Schlitzschneidens gemäß dem Herstellungsverfahren;
16 zeigt eine Detailansicht der in 3 gezeigten Dichtungsanordnung vor der Ausbildung eines Dichtungselementwinkels;
17 zeigt eine Detailansicht der Winkelausbildung der in 3 gezeigten Dichtungsanordnung;
18 zeigt eine Detailansicht der in 4 gezeigten Dichtungsanordnung vor der Ausbildung des Dichtungselementwinkels;
19 zeigt eine Detailansicht der Winkelausbildung der in 4 gezeigten Dichtungsanordnung;
20A-B zeigen eine Seitenansicht und eine Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung der Dichtungsanordnung;
21A-C zeigen Querschnittsansichten von Wirkungszuständen eines dritten Ausführungsbeispiels der Dichtungsanordnung;
22 zeigt eine Querschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Dichtungsanordnung;
23 zeigt eine Detailansicht des vierten Ausführungsbeispiels von 22; und
24A-B zeigen Querschnittsansichten von Wirkungszuständen eines fünften Ausführungsbeispiels der Dichtungsanordnung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Mit Bezug auf 1 und 2 stellt die vorliegende Erfindung eine Dichtungsanordnung 10 zur Verwendung bei einer Umlaufmaschine 12 bereit. Die Umlaufmaschine 12 kann eine beliebige gut bekannte Maschinerie sein, die eine nicht- drehbare Komponente 14 und eine drehbare Komponente 16 mit einer Längsachse 15 umfasst, z.B. eine Gasturbine, ein Strahltriebwerk, eine Dampfturbine, usw. Für Beschreibungszwecke wird die vorliegende Erfindung hinsichtlich einer Dampf- oder Verbrennungs(gas)turbine mit einem Stator oder Statorkörper 14 und einem Rotor 16 beschrieben, in einigen Beispielen derart, dass der Stator oder Statorkörper und nicht-drehbare Komponente austauschbar, sowie Rotor und drehbare Komponente austauschbar sind. Wie in 1 gezeigt, werden während des stationären Betriebs der Umlaufmaschine 12 eine Kammer P_H mit höherem Druck und eine Kammer P_L mit niedrigerem Druck erzeugt. Der Druck von der Kammer P_H mit höherem Druck wird gegen zumindest einen Teil der Dichtungsanordnung 10 ausgeübt, welche zum Abdichten der Kammer P_H mit höherem Druck gegenüber der Kammer P_L mit niedrigerem Druck wirkt. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Umlaufmaschine, in der eine Anzahl von bogenförmigen Dichtungsanordnungen 10 um die drehbare Komponente 16 verwendet werden.
Wenn man sich 3 und 4 zuwendet, umfasst die Dichtungsanordnung 10 zumindest ein erstes Element 20 und ein zweites Element 22 und vorzugsweise drei oder mehr Elemente 20, 22. Die Elemente 20, 22 sind zusammengeschichtet (nebeneinander angeordnet) und werden von der nicht- drehbare Komponente 14 getragen. Die Elemente 20, 22 bestehen vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Material, z.B. einem Nickelbasis- oder Kobaltlegierungsmaterial. Die Elemente 20, 22 weisen auch eine Dicke, Breite, Länge und Anzahl auf, die festgelegt sind, um die Anwendungsanforderungen wie z.B. Druckdifferenz und Differentialbewegung der speziellen zur Debatte stehenden Umlaufmaschine 12 zu erfüllen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Elemente 20, 22 mit einem Halter 18 gekoppelt, der mit der nicht- drehbaren Komponente 14 gekoppelt wird. Jede Dichtungsanordnung 10 ist vorzugsweise als bogenförmige Struktur vorgesehen, so dass eine Anzahl von Dichtungsanordnungen 10 auf dem Umfang um die drehbare Komponente 16 angeordnet werden können, um eine Dichtung zu erzeugen. In diesem Fall, wie in 1, 3 und 4 gezeigt, wird der Halter 18 vorzugsweise nicht-drehbar in einem Keilschlitz 19 der nicht- drehbaren Komponente 14 gehalten, die zur drehbarenn Komponente 16 konzentrisch ist. Als alternatives Ausführungsbeispiel kann die Dichtungsanordnung 10 jedoch als Ring vorgesehen werden und die Elemente 20, 22 können durch eine Spirale eines einzelnen Materialstreifens vorgesehen werden. Obwohl eine spezielle Struktur zum Halten der Dichtungsanordnung 10 offenbart wurde, sollte erkannt werden, dass eine Anzahl von anderen Mechanismen zum Montieren der Dichtungsanordnung 10 an der nicht- drehbaren Komponente 14 möglich sein können.
5 stellt dar, wie jedes Element 20, 22 eine Vielzahl von beabstandeten Blattdichtungselementen 24 mit Schlitzen 26 dazwischen umfasst. Jedes Dichtungselement 24 umfasst ein festes Ende oder einen festen Teil 28 und ein freies Ende oder einen freien Teil 30. Obwohl eine Vielzahl von Mechanismen verwendet werden können, um die Teile 28 zu befestigen, wird vorzugsweise jeder feste Teil 28 durch Ausbilden von abgedichteten Elementen 24 einteilig mit einem Bandteil 32 jedes Elements 20, 22 bereitgestellt. Einmal zusammengesetzt werden die Bandteile 32 jedes Elements 20, 22 vorzugsweise zum Ausbilden eines einzigen Bandteils zum Verhindern einer relativen Bewegung der Elemente 20, 22 durch Schweißen an oder nahe den festen Teile 28 jedes Dichtungselements 24 gekoppelt. Eine Schweißstelle 36 kann durch die Elemente 20, 22 und einen Träger 38 (3, 4) (nachstehend erörtert) vorgesehen werden, um sie mit dem Halter 18 zu koppeln. Die Schweißstelle 36 kann beispielsweise als Laser- oder Elektronenstrahlschweißung vorgesehen werden.
Wie in 5-9 dargestellt, können die Schlitze 26 in einer Vielzahl von Formen und Anordnungen in den Elementen 20, 22 bereitgestellt werden. In 5 sind die Schlitze 26 in den Elementen 20, 22 derart bereitgestellt, dass sie sich im Wesentlichen senkrecht zu den freien Teile 30 erstrecken. 6 stellt Schlitze 26 dar, die sich in einem im Wesentlichen nicht-senkrechten Winkel relativ zu den freien Teilen 30 erstrecken. 7 und 8 stellen Schlitze 26 dar, die zumindest teilweise vom festen Teil 28 zum freien Teil 30 auseinander laufen. Eine auseinanderlaufende Gestalt kann vorteilhaft sein, wenn die Dichtungselemente 24 einander stören, wenn die Dichtungsanordnung 10 z.B. an einer kleinen drehbaren Komponente 16 montiert wird. Wie in 10 gezeigt, werden die Elemente 20, 22, wenn eine Dichtungsanordnung 10 montiert wird, beispielsweise derart gebogen, dass die Dichtungselemente 24 an ihren freien Teilen 30 zusammenlaufen. Auseinanderlaufende Schlitze können eine Störung zwischen den freien Teilen 30 von benachbarten Dichtungselementen 24 verhindern. In 7 sind die Schlitze 26 V-förmig und in 8 sind die Schlitze 26 trichterförmig. 9 stellt dar, dass die Dichtungselemente 24 nicht in jedem Element 20, 22 gleichmäßig beabstandet sein müssen. Das heißt, die Dichtungselemente 24 können unterschiedliche Umfangsbreiten aufweisen.
Wenn man sich 11 zuwendet, können die Schlitze 26 auch in einem nicht-senkrechten Winkel relativ zu einer Oberfläche 25 jedes Elements 20, 22 vorgesehen sein. 11 stellt auch dar, wie in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Schlitze 26 der Elemente 20, 22 zwischen den Elementen 20, 22 versetzt sind. Das heißt, die Elemente 20, 22 sind vorzugsweise derart nebeneinander angeordnet, dass die Dichtungselemente 24 jedes Elements 20, 22 die Schlitze 26 eines anderen Elements 20, 22 blockieren. Diese Gestaltung verringert den Leckverlust durch die Dichtungsanordnung 10. Als alternatives Ausführungsbeispiel, das in 12 gezeigt ist, können die Schlitze 26 jedoch in einer nicht-versetzten oder ausgerichteten Anordnung zwischen den Elementen 20, 22 vorgesehen sein. Dies kann vorteilhaft sein, wenn eine bestimmte Menge an Leckverlust zwischen den Kammern P_H und P_L annehmbar oder erwünscht ist. 12 stellt auch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel dar, in dem die Dichtungsanordnung 10 aus einer Anzahl von Elementen 20, 22 konstruiert ist, die keine gleichmäßige axiale Dicke aufweisen.
Wenn man zu 3 und 4 zurückkehrt, schließt jedes Dichtungselement vorzugsweise auch einen Winkel α zwischen seinem jeweiligen festen Teil 28 und dessen freiem Teil 30 ein. Der sich nach innen erstreckende Winkel α führt dazu, dass der feste Teil 28 in einem nicht-senkrechten Winkel relativ zu einer Längsachse 15 der drehbaren Komponente 16 angeordnet ist und das freie Teil 30 in einem Winkel relativ zum festen Teil 28 und zur drehbaren Komponente 16 hin angeordnet ist. Die Biegungsstelle des Winkels α ist in 5-9 als Linie 34 angegeben. 3 stellt einen Winkel α von ungefähr 135 Grad dar, welche Dichtungselemente 24 in ungefähr 45 Grad relativ zur drehbaren Komponente 16 darstellt. 4 stellt einen Winkel α von ungefähr 90 Grad dar, welche Dichtungselemente 24 in ungefähr 90 Grad, d.h. radial, relativ zur drehbaren Komponente 16 darstellt. Es sollte erkannt werden, dass, obwohl zwei bevorzugte Winkel dargestellt wurden, der Winkel α auf einen beliebigen anderen Winkel festgelegt werden kann, der für die spezielle zur Debatte stehende Konstruktion erforderlich ist. Die Dichtungsanordnung 10 kann auch einen Träger 38 zum Abstützen des Winkels α und der Dichtungselemente 24 umfassen. Der Träger 38 trägt vorzugsweise einen wesentlichen Teil der Druckdifferenz der Dichtungsanordnung mit minimaler Verzerrung während normaler Betriebsbedingungen. In jeder Dichtungsanordnungsgestaltung sehen der Winkel α und der Träger 38 eine Entlastung zwischen den Dichtungselementen 24 und dem Halter 18 vor. Diese Entlastung wirkt zum Aufnehmen einer relativen Bewegung zwischen der nicht-drehbaren Komponente 14 und der drehbaren Komponente 16, wenn die Dichtungselemente 24 an der drehbare Komponente 16 reiben. Da die volle Länge des Dichtungselements 24 während einer solchen Reibung ausgelenkt werden kann, wird die Kraft der Dichtungselementspitze (freies Ende) an der drehbaren Komponente 16 verringert. Wie vorstehend erwähnt, kann eine Schweißstelle 36 durch die Elemente 20, 22 und den Träger 38 vorgesehen werden, um die Elemente 20, 22 mit dem Halter 18 zu koppeln.
Mit Bezug auf 10 kann als alternatives Ausführungsbeispiel jedes Dichtungselement 24 auch eine sich auf dem Umfang erstreckende Kerbe 40 an seinen jeweiligen freien Teilen 30 umfassen. Bei einer bevorzugten Festlegung ist jede Kerbe 40 einer Drehrichtung, die durch den Pfeil A angegeben ist, der drehbaren Komponente 16 zugewandt. Eine sich auf dem Umfang erstreckende Gegenkerbe 42 kann auch in einer entgegengesetzten Seite jedes freien Teiles 30 vorgesehen sein. Die Kerben 40 sind unter anderem vorteilhaft, um einen aerodynamischen Hub bereitzustellen, um den Verschleiß in jenen Anwendungen zu minimieren, die eine starke Anlaufreibung erwarten. Diese Situation kann beispielsweise existieren, wenn die Schlitze 26 zwischen den Elementen 20, 22 nicht versetzt sind.
Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel ist in 13 dargestellt, in dem der freie Teil 30 jedes Dichtungselements 24 so ausgebildet ist, dass es mit einer Oberfläche der drehbaren Komponente 16 in Eingriff steht. Die freien Teile 30 können beispielsweise so geformt oder geschnitten werden, dass sie einen Winkel β einschließen, derart, dass der freie Teil 30 zu einer Oberfläche der drehbaren Komponente 16 axial parallel ist, wenn sie in Betrieb ist. Der Winkel β kann zum Winkel α im Wesentlichen ähnlich sein. Ein zusätzliches alternatives Ausführungsbeispiel, das in 13 gezeigt ist, schließt ein, dass der freie Teil 30 jedes Dichtungselements 24 so ausgebildet ist, dass es auf dem Umfang zu einer Oberfläche der drehbaren Komponente 16 parallel ist. In diesem Fall wird der freie Teil 30 jedes Dichtungselements mit einem Radius R ausgebildet oder geschnitten, um im Wesentlichen einen Außendurchmesser der drehbaren Komponente 16 nachzuahmen.
Es sollte erkannt werden, dass die Dichtungsanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer oder mehreren Labyrinthdichtungen und/oder einer oder mehreren Bürstendichtungen (nicht dargestellt) kombiniert werden kann, um eine weitere Dichtungskapazität bereitzustellen.
Im Betrieb, wie in 1 gezeigt, wird die Dichtungsanordnung 10 von der nicht-drehbaren Komponente 14 in einer solchen Weise getragen, dass die freien Teile 30 der Dichtungselemente 24 mit der drehbaren Komponente 16 in Gleiteingriff stehen. Wie ein Fachmann erkennen wird, kann die kalte Montage der Dichtungsanordnung 10 und der Umlaufmaschine 12 einen fehlenden Kontakt von Teilen erfordern, um einer letztlichen Wärmeausdehnung Rechnung zu tragen. Die Dichtungsanordnung 10 erzeugt eine Dichtung zwischen den Kammern P_H und P_L und die Dichtungselemente 24 leisten einer Biegung in einer Richtung durch die Bereitstellung des Winkels α und des Trägers 38 Widerstand.
Mit Bezug auf 14-19 ist ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Herstellung der Dichtungsanordnung 10 dargestellt. Wie in 14A-B gezeigt, wird ein Materialstreifen 100, vorzugsweise ein Bandunterlegwerkstoff, mit erforderlicher Dicke, Breite und Material zuerst geschichtet. Das Schichten wird vorzugsweise durch Wickeln des Materialstreifens 100 auf einen Dorn 102, um einen Ring mit einer Anzahl von Schichten auszubilden, die für eine spezielle Dichtungskonstruktion erforderlich sind, bereitgestellt. Der Dorn 102 ist vorzugsweise ringförmig und weist einen Außendurchmesser auf, der derart bemessen ist, dass der Außendurchmesser der Materialrolle 104, sobald sie fertig gestellt ist, einem Innendurchmesser des Halters 18 (1) oder einer anderen Struktur, mit der die Dichtungsanordnung 10 verbunden wird, entspricht.
Als nächstes wird die Materialrolle 104, von der ein Teil in 15 dargestellt ist, vorzugsweise zu einem Halter 103, z.B. einem Ringhalter, zum Abstützen überführt. Während sie auf dem Halter 103 abgestützt ist, werden die Schlitze 26 in eine Kante der Materialrolle 104 geschnitten, um die Vielzahl von Dichtungselementen 24 auszubilden, die mit einem Bandteil 32 gekoppelt sind. Die Schlitze 26 erstrecken sich durch die Dicke der Materialrolle 104. Ein bevorzugtes Verfahren zum Schneiden der Schlitze 26 ist die Verwendung der Draht-Funkenerosionsbearbeitung (EDM) 106 (konzeptionell dargestellt). Es wurde festgestellt, dass die EDM 106 vorteilhaft ist, da sie keinen Grat anhebt, schmale Schlitze (z.B. bis auf 0,058 Millimeter) erzeugen kann, eine computergesteuerte Positionierung verwendet, um leicht komplexe Formen herzustellen, und keine schwere Werkzeugkraft beinhaltet. Es sollte jedoch erkannt werden, dass andere Mechanismen zum Erzeugen der Schlitze 26 auch verwendet werden können. Ferner kann der Dorn 102 so strukturiert sein, dass der Transport der Materialrolle 104 nicht erforderlich sein kann.
Wie vorstehend mit Bezug auf 5-9 erörtert, können die Schlitze 26 in einer Vielfalt von verschiedenen Formen vorgesehen werden. Wie in 15 dargestellt, können die Schlitze 26 beispielsweise senkrecht relativ zu einer Oberfläche 25 der Elemente 20, 22 (d.h. entlang der Linie 108) geschnitten werden und sich im wesentlichen senkrecht zu den freien Teilen 30, d.h. radial relativ zur drehbaren Komponente 16, sobald sie zusammengesetzt sind, erstrecken. Alternativ können die Schlitze 26 in einem nicht-senkrechten Winkel relativ zur Oberfläche 25 der Elemente 20, 22, d.h. entlang der Linie 108, geschnitten werden. Die Draht-EDM 106 ist in der Lage, eine beliebige Schlitzgeometrie, die in 5-9 gezeigt ist, oder eine andere Kombination von Geometrien, die für eine spezielle Dichtungskonstruktion erforderlich sein kann, zu erzeugen.
Wenn eine Versetzung der Schlitze 26 erwünscht ist, wird sie vorzugsweise als nächstes durch Umschichten der Materialrolle 104 derart, dass die Dichtungselemente 24 jedes Elements/jeder Schicht mindestens einen Schlitz 26 eines anderen Elements/einer anderen Schicht blockieren, bereitgestellt. Das Umschichten wird vorzugsweise durch Wickeln der Materialrolle 104 auf einen Dorn (nicht dargestellt) mit anderen Abmessungen als der Dorn 102 vorgesehen, was die Schlitze 26 in die gewünschte versetzte Gestaltung umordnet. In dieser Weise blockieren die Blattdichtungselemente einer Umdrehung die Schlitze mindestens einer weiteren Umdrehung.
Als nächstes wird eine Verfestigung der Materialrolle 104 beispielsweise durch Widerstandsschweißen 105 der Materialrolle 104 durch eine Kante der Materialrolle 104, die keine Schlitze 26 enthält, d.h. den Bandteil 32, vorgesehen. Welche Struktur auch immer die Materialrolle 104 abstützt, z.B. der Dorn 102 oder der Halter 103, kann bei dieser Festlegung aus einem geeigneten Material (nicht dargestellt) hergestellt oder mit diesem beschichtet werden, um die vollständige Verfestigung durch die Materialrolle 104 zu erleichtern.
Mit Bezug auf 16-19 besteht der nächste Fertigungsschritt darin, den Winkel α in jedem Dichtungselement 24 auszubilden. Wie vorstehend angegeben, können die Dichtungselemente mit einem Winkel α von beispielsweise ungefähr 135° oder von ungefähr 90° versehen werden. Wie in 16-19 dargestellt, besteht ein Verfahren zum Vorsehen des Winkels α darin, die geschlitzte Materialrolle 104 an einen Dorn 112, 212 zu klemmen 110. Der Dorn 112 (16 und 17) stellt den Winkel von ungefähr 135° bereit und der Dorn 212 (18 und 19) stellt den Winkel von ungefähr 90° bereit. Im Fall des Dorns 112 führt das Ausbilden des Winkels α zu einem nach innen kegelstumpfförmigen Teil mit der Vielzahl von beabstandeten Blattdichtungselementen 24 mit Schlitzen 26 dazwischen, welcher mit dem Bandteil 32 flächengleich ist und sich vom Bandteil 32 in Richtung der drehbaren Komponente 16 nach innen erstreckt. In beiden Fällen wird die geschlitzte Materialrolle an einem Dorn mit einer Geometrie befestigt, die erforderlich ist, um den Winkel α in den Dichtungselementen 24 auszubilden. Die Erwägung hinsichtlich Materialeigenschaften, die einen Rücksprung von der Form des Dorns 112, 212 bewirken, sollte beim Wählen des Dorns 112, 212 vorausgesehen werden. Das Zwingen der Dichtungselemente 24 in Formgleichheit mit dem Dorn 112, 212 würde diejenigen Verfahren umfassen, die bei der Metallblechherstellung angewendet werden, wie z.B. Hämmern oder Walzen, kann jedoch Pressformen, hydrostatisches Formen, explosives Formen oder ein beliebiges anderes nun bekanntes oder später entwickeltes Verfahren umfassen.
Als nächstes werden mit Bezug auf 1 die Bandteile 32 mit der nicht-drehbaren Komponente 14, z.B. einem Statorkörper, der Umlaufmaschine 12 gekoppelt. Wie vorstehend erörtert, werden die Elemente 20, 22 und der Träger 38 vorzugsweise an den Halter 18 geschweißt, der mit der nicht-drehbaren Komponente 14 gekoppelt wird. Die Dichtungselemente 24 werden derart montiert, dass sie mit der drehbaren Komponente 16 der Umlaufmaschine 12, wenn diese in Betrieb ist, in Gleiteingriff stehen, um die Druckkammern P_H und P_L abzudichten. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Halter 18 ein Ring mit einer Querschnittsgeometrie, die in der Lage ist, eine der vorstehend erörterten Dichtungsanordnungsgestalten zu halten. Eine kompatible Struktur, z.B. ein Keilschlitz 19, für den Halter 18 wird in der nicht-drehbaren Komponente 14 in einer bekannten Weise bereitgestellt, um die Dichtungskonzentrizität mit der drehbaren Komponente 16 aufrechtzuerhalten und den Halter 18 vor einer Drehung zu sichern.
Ein alternativer Schritt für den vorstehend beschriebenen Prozess kann das Trennen der Materialrolle 104 nach dem Verbinden mit dem ringförmigen Halter 18 in bogenförmige Segmente umfassen, so dass eine Anzahl von Dichtungsanordnungen 10 auf dem Umfang um die drehbaren Komponente 16 angeordnet werden können, wie in 2 gezeigt. Die Segmentierung der Dichtungsanordnung 10 ist für Versand-, Handhabungs- und Montageanforderungen vorteilhaft. Außerdem machen segmentierte Dichtungsanordnungen 10 den Austausch leichter. Die Segmentierung wird vorzugsweise durch Herstellen von radialen, schmalen Bogenschnitten durch Draht-EDM in der Materialrolle 104 und im ringförmigen Halter 18 bereitgestellt. Wie bei einer ringförmigen Dichtungsanordnung können Vorkehrungen für Anti-Rotation von bogenförmigen Dichtungsanordnungen, wie z.B. jene, die in Bürstendichtungsanwendungen verwendet werden, getroffen werden, um die Fertigung zu vollenden.
Ein weiterer alternativer Schritt umfasst das Ausbilden der freien Teile 30 der Dichtungselemente 24 so, dass sie einer Oberfläche der drehbaren Komponente 16 entsprechen, wie in 13 gezeigt. Das heißt, Formen der freien Teile 30, so dass sie zu einer Oberfläche der drehbaren Komponente 16 axial parallel und/oder zu einer Oberfläche der drehbaren Komponente 16 auf dem Umfang parallel sind. Ferner können Kerben 40, 42 in dieser Stufe bereitgestellt werden, wenn die Schlitze 26 nicht versetzt sind. Die genaue numerische Steuerung des Draht-EDM-Vorgangs kann den obigen Merkmalen gerecht werden.
Mit Bezug auf 20 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens dargestellt, bei welchem der Schritt des Schneidens der Schlitze 26 in eine Kante des Materialstreifens 100 dem Schritt des Schichtens des Materialstreifens 100 vorangeht. Bei dieser Methode wird ein Materialstreifen 100 von einem Materialwerkstoff 120 bereitgestellt und wird mit einer einzelnen Schicht auf einmal geschlitzt, während er durch eine EDM-Maschine 122 geführt wird. Eine beliebige der vorstehend erörterten Schlitzgeometrien kann durch die EDM-Maschine 122 bereitgestellt werden. Das geschlitzte Material wird dann auf einen Dorn 202 gewickelt, wie vorstehend beschrieben, um eine Materialrolle 204 mit einem Außendurchmesser zu erzeugen, der einem Innendurchmesser des Halters 18 oder einer anderen Struktur, an der die Dichtungsanordnung 10 montiert werden soll, entspricht.
Dieses Verfahren kann auch automatisch mehrere Schichten von Elementen 20, 22 erzeugen, die versetzte Schlitze 26 aufweisen, wie in der vergrößerten Ansicht der Materialrolle 204 gezeigt, die in 20B dargestellt ist. Das heißt, die Elemente 20, 22 werden derart nebeneinander angeordnet, dass die Dichtungselemente jedes Elements/jeder Schicht die Schlitze eines anderen Elements/einer anderen Schicht blockieren.
Der Rest des Prozesses zur Herstellung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen ähnlich jenem des ersten Ausführungsbeispiels.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Hemmen einer Fluidströmung durch einen ringförmigen Schlitz (d.h. Kammern P_H und P_L ), der zwischen einer in der nicht-drehbaren Komponente (einem Statorkörper) 14 und einer in der nicht-drehbaren Komponente (im Statorkörper) 14 aufgenommenen drehbaren Komponente (Rotor) 16 festgelegt ist, wobei die drehbare Komponente (der Rotor) 16 eine Längsachse 15 (1) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Anordnen einer Vielzahl von bogenförmigen Elementen 20, 22 mit jeweils einem Bandteil 32 und einer einteiligen Vielzahl von auf dem Umfang angeordneten Dichtungselementen 24 mit Schlitzen 26 zwischen diesen an der nicht-drehbaren Komponente (am Statorkörper) 14, wobei die Dichtungselemente 24 einen Winkel α darin einschließen und sich von der nicht-drehbaren Komponente (vom Statorkörper) 14 in einem Winkel relativ zur Längsachse 15 nach innen erstrecken, um mit dem der der drehbaren Komponente (Rotor) 16 entlang eines Umfangs desselben in Gleitkontakt zu stehen; Ausrichten und axiales Nebeneinanderanordnen der Elemente 20, 22 auf dem Umfang; Verwenden der zusammenwirkend angeordneten Elemente 20, 22, um eine ringförmige Dichtung festzulegen, die sich zwischen der nicht-drehbaren Komponente (dem Statorkörper) 14 und der drehbaren Komponente (dem Rotor) 16 erstreckt; und Hemmen einer Fluidströmung durch den ringförmigen Schlitz mit der ringförmigen Dichtung.
Mit Bezug auf 21A kann eine Dichtungsanordnung 310 als alternatives Ausführungsbeispiel eine Blattdichtung 311 mit einer Vielzahl von versetzten Blattdichtungselementen 324 ähnlich den vorstehend beschriebenen umfassen. Die Blattdichtung 311 umfasst einen festen Teil 328 und einen freien Teil 330. Die Dichtungsanordnung 310 umfasst auch einen Träger 338 mit einem Montageteil 346 und einem Trägerteil 348, von welchen der letztere einer Hochdruckseite P_H der Blattdichtung 311 zugewandt ist. Der Montageteil 346 koppelt den Träger 338 mit einer stationären Komponente 314. Der Trägerteil 348 ist mit der Blattdichtung 311 zum Abstützen des freien Teils 330 gekoppelt.
21A stellt die Position des freien Teils 330 während eines unwirksamen Zustandes mit niedriger oder keiner Druckdifferenz P_H - P_L und mit einem Zwischenraum CI1 zwischen dem freien Teil 330 und der drehbaren Komponente 316 dar. 21B zeigt die Position des freien Teils 330 während eines heißen, wirksamen Laufzustandes (21B) mit einer hohen Druckdifferenz P_H - P_L unter Betriebsbedingungen und mit einem Zwischenraum CI2 zwischen dem freien Teil 330 und der drehbaren Komponente 316. Beim Vergleich von 21A und 21B ist der freie Teil 330 in einem Ausführungsbeispiel außer Kontakt mit einem distalen Ende 354 des Trägerteils 348 im unwirksamen Zustand (21A) und berührt das distale Ende 354 in einer wirksamen Position (22B). Die Wärmeausdehnung und das Zentrifugalwachstum der drehbaren Komponente 316 trägt auch zu einem verringerten Dichtungszwischenraum bei, wie in 21B dargestellt. In einem Ausführungsbeispiel ist der freie Teil 330 mit einem kaltentspannten Winkel α relativ zum festen Teil 328 ausgebildet und der Träger 338 umfasst eine gekrümmte Oberfläche 360, die sich von einem proximalen Ende 352 zu einem distalen Ende 354 des Trägerteils 348 erstreckt, so dass sich der freie Teil 330 tangential von der gekrümmten Oberfläche 360 an einem Punkt 351 in einem unwirksamen Zustand erstreckt. 21C zeigt einen Zwischenzustand, in dem die Druckdifferenz P_H - P_L vermindert ist und der freie Teil 330 der Blattdichtung sich von der drehbaren Komponente (vom Rotor) 316 elastisch abkoppelt, wie durch den vergrößerten Zwischenraum CI3 im Vergleich zum Zwischenraum CI2 in 21B dargestellt.
Die Form der gekrümmten Oberfläche 360 wird in Zusammenwirkung mit der Länge L und Dicke T des Blattdichtungselements 324 gewählt, so dass es einen freien Teil 330 aufweist, der sich tangential von der gekrümmten Oberfläche 360 in einem unwirksamen Zustand, d.h. kalten Zustand erstreckt, so dass der freie Teil 330 von einer Mehrheit des Trägerteils 348 abgekoppelt ist, wie in 21A gezeigt. Außerdem wird die gekrümmte Oberfläche 360 so gewählt, dass sie eine gewünschte elastische Biegung des freien Teils 330 nach innen in Richtung der drehbaren Komponente 316 und in Eingriff mit dem Trägerteil 348 bei Betriebsbedingungen erreicht, wie in 21B gezeigt, in der der Laufzwischenraum CI1 sehr klein ist. Die Änderung des Zwischenraums, die durch diese Struktur erzeugt wird, kann groß genug gemacht werden, um den freien Teil 330 ausreichend zu lösen oder zu beabstanden, um einen Reibkontakt mit der drehbaren Komponente 316 zu vermeiden, wenn sich die aufgebrachte Druckdifferenz P_H - P_L vermindert.
Obwohl die Struktur des Trägerteils 348, die für die tangentiale Ausdehnung des freien Teils 330 sorgt, als „gekrümmte Oberfläche“ beschrieben wurde, sollte erkannt werden, dass eine Vielzahl einer (von) anderen funktional äquivalenten Struktur(en) bereitgestellt werden kann, um die vorstehend beschriebene Funktionsweise zu erzeugen. Das distale Ende 354 des Trägerteils 348 kann beispielsweise so konstruiert werden, dass es einfach dünner ist als das proximale Ende 351; der Trägerteil 348 kann so konstruiert werden, dass er eine Anzahl von planaren Oberflächen umfasst, die in Kombination ein funktionales Äquivalent zur gekrümmten Oberfläche 360 bilden; oder der Trägerteil 348 kann eine Leiste umfassen, die den freien Teil 330 in einer sich tangential erstreckenden Weise abstützt. Wenn die gekrümmte Oberfläche 360 vorgesehen ist, kann sie mit einem speziellen Konturradius p (21B) ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Dichtungselement-Biegespannung σ gleich E*T/2ρ, um sicherzustellen, dass sich das Dichtungselement 324 elastisch mit dem zweiten Teil 348 des Trägers 338 durch eine aufgebrachte Betriebsdruckdifferenz P_H - P_L in Kontakt biegt. In der Gleichung ist T die Dicke des Dichtungselements 324 und E ist der Elastizitätsmodul des Dichtungselementmaterials. Ein erläuterndes Material ist wärmebeständiges Metallblech wie z.B. AMS 5537. Typische Zugeigenschaften dieses Materials, wenn es kaltbearbeitet und gealtert wird, umfassen 0,2% Dehngrenze oberhalb 827,370,874.8 N/m² bei Temperaturen zwischen 588K und 810 K. Ein Konturradius ρ von beispielsweise 0,03 m induziert eine Biegespannung, die innerhalb der Dehngrenze von für Dichtungselemente mit einer Dicke von bis zu 0,0003 m liegt.
Es wird erkannt, dass der Konturradius ρ im Trägerteil 348 eine dreidimensionale Rotationsfläche erzeugt und dass die Dichtungselemente 324 entlang des einzelnen Dichtungselementes gegenüberliegenden Bogens nicht nachgiebig sein können und eine gewisse Spannungskonzentration auftritt. Teile des freien Teils 330, die sich unter dem distalen Ende 354 des Trägerteils 348 erstrecken, werden der Druckdifferenz ohne Träger ausgesetzt, einschließlich zusätzlicher Auslegerbiegespannung. Um sicherzustellen, dass die Dichtungselemente 324 beim Abschalten elastisch in die ursprüngliche Form zurückkehren, darf die Summe der Auslegerbiegespannung und der Konturbiegespannung die Materialdehngrenze nicht übersteigen. Die Aufmerksamkeit wird auch der Auswahl der Dichtungselementlänge L zusammen mit der Dicke T und der Anzahl von zusammenwirkenden Schichten des Dichtungselements 324, die die Dichtungselemente 324 mit dem Trägerteil 348 des Trägers 338 unter einer Betriebsdruckdifferenz ohne übermäßige Kontaktkraft in elastischen Kontakt bringen, gewidmet. Bei einer solchen Konstruktion reagieren die Dichtungselemente 324 unverzüglich auf eine verringerte Druckdifferenz und federn elastisch vom Trägerteil 348 des Trägers 338 in Richtung ihrer ursprünglichen Form und des ungefähren kalten Zwischenraums.
Mit Bezug auf 22-23 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung 410 gezeigt. Wie in 22 gezeigt, umfasst die Dichtungsanordnung 410 eine Blattdichtung 411 mit einer Vielzahl von Blattdichtungselementen 424, die beispielsweise aus Elementen 420, 422 bestehen, die jeweils eine Vielzahl von Blattdichtungselementen 424 umfassen. Jeweils zwei benachbarte Blattdichtungselemente 424 weisen einen Schlitz 426 dazwischen auf, wie in 23 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch jedes Blattdichtungselement 424 mit einem bogenförmigen, planaren festen Teil 428 ausgebildet, so dass der feste Teil in einer Position im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse 15 einer drehbaren Komponente 416 (22) geschichtet werden kann, um die Dichtungsanordnung zu bilden. Ein freier Teil 430 jedes Blattdichtungselements 424 ist im unwirksamen Zustand aus der Ebene relativ zu seinem festen Teil 428 abgewinkelt und steht mit der drehbaren Komponente 416 in einem Winkel relativ zu deren Längsachse 15 während des Betriebs zum Abdichten in Gleiteingriff.
Wie in 22 gezeigt, funktioniert der Träger 438 ähnlich dem Träger 338, wie vorher erörtert. In diesem Fall umfasst der Träger 438 einen bogenförmigen Montageteil 446 (in die und/oder aus der Seite), der mit dem bogenförmigen festen Teil 428, z.B. zur Längsachse 15 der drehbaren Komponente 416 im wesentlichen senkrecht, kompatibel ist, und einen bogenförmigen Trägerteil 448 (in die und/oder aus der Seite), der mit dem freien Teil 430 kompatibel ist. Als Alternative kann der Trägerteil 448 des Trägers 438 eine gekrümmte Oberfläche 460 ähnlich der relativ zu 21A-C beschriebenen umfassen. Eine Schweißstelle 436 kann durch die Elemente 420, 422 und den Träger 438 vorgesehen sein, um sie mit einem Halter 418 zu koppeln. Der Halter 418 ist mit der nicht- drehbaren Komponente 414 ähnlich dem Halter 18 (1) verkeilt. In einem Ausführungsbeispiel kann der Halter 418 mit einem Vorsprung 480 mit einem Durchmesser versehen sein, der nur geringfügig größer ist als ein Durchmesser des freien Teils 430 des Dichtungselements, so dass der Halter 418 eine Maßnahme zum Schutz der Dichtungselemente 420, 422 beispielsweise während des Versands und der Installation bereitstellt.
Die Erfindung kann auch ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtungsanordnung 310, 410 (21 AC bzw. 22) zum Abdichten von Druckkammern einer Umlaufmaschine mit einer nicht-drehbaren Komponente (einem Statorkörper) 314, 414 und einer drehbaren Komponente (einem Rotor) 316, 416 umfassen, mit den folgenden Schritten: (a) Ausbilden einer Blattdichtung 311, 411 mit einer Vielzahl von Blattdichtungselementen 324, 424, wobei die Blattdichtung 311, 411 einen festen Teil 328, 428 umfasst, der in einem unwirksamen Zustand relativ zu einem freien Teil 330, 430 derselben abgewinkelt ist; und (b) Koppeln der Blattdichtung 311, 411 mit einem Träger 338, 438 mit einem Trägerteil 348, 448, so dass der freie Teil 330, 430 ein distales Ende 354, 454 des Trägerteils 348 in einem wirksamen Zustand berührt (21B, 22) und im unwirksamen Zustand mit dem distalen Ende außer Kontakt steht (21A, 22). Mit Bezug auf den Schritt des Ausbildens und das Ausführungsbeispiel von 22-23 ist jedes Element 420, 422, d.h. der feste Teil 428, vorzugsweise ein bogenförmiges Element. Jedes Element 420, 422 kann jedoch aus einem planaren Ring 476 (in 23 der Deutlichkeit halber nur ein Teil gezeigt) ausgebildet sein, d.h. jedes feste Ende 428 ist ein einteiliges Element. Die Dichtungsanordnung 410 wird unter Verwendung von Dichtungselementen 420, 422 mit einer Vielzahl von Blattdichtungselementen 424 hergestellt, die durch Schneiden von Schlitzen 426 radial in eine innere Kante 478 des Rings (oder bogenförmigen Elements) 476 ähnlich den Dichtungselementen 24 (5-9), wie vorher erörtert, ausgebildet werden. Die Schlitze 426 können in einer Vielzahl von Formen und Anordnungen ähnlich den in 5-9 gezeigten bereitgestellt werden. Jedes Dichtungselement 424 umfasst einen festen Teil 428und ein freies Ende oder einen freien Teil 430. Die freien Teile 430 werden durch einteiliges Ausbilden der Dichtungselemente 424 aus dem bogenförmigen festen Teil 428 jedes Elements 420, 422 bereitgestellt. Eine Vielzahl von Ringen 476 können dann geschichtet werden und dann ein Winkel in diesen ausgebildet werden, z.B. durch Biegen. Der Schritt des Schichtens kann jedoch dem vorstehend beschriebenen Schneidschritt vorangehen. Das Schichten kann auch das Positionieren der Blattdichtungselemente 424 derart, dass die Blattdichtungselemente jeder Schicht die Schlitze 426 einer anderen Schicht blockieren, umfassen. Der Ort eines Winkels α, wie in 22 angegeben, kann entlang eines Bogens 434 ausgebildet werden, wie in 23 gezeigt. Ein geeigneter Dorn (nicht dargestellt) umfasst die zweckmäßige bogenförmige Oberfläche, um den Winkel α aus den Elementen 420, 422 mit einem bogenförmigen, planaren festen Teil 428 auszubilden. Die Schichten von Ringen können dann mit einem Träger 438 gekoppelt werden.
Mit weiterem Bezug auf 21A-23 kann die Erfindung auch einen Träger 338, 438 zur Verwendung mit einer Blattdichtung 311, 411 mit einem festen Teil 328, 428 und einem freien Teil 330, 430, der relativ zum festen Teil abgewinkelt ist, umfassen. Der Träger umfasst einen Montageteil 346, 446 zum Montieren des festen Teils 328, 428; und einen Trägerteil 348, 448 zum Abstützen des freien Teils 330, 430 der Blattdichtung, wobei der Trägerteil ein proximales Ende 352, 452, das den freien Teil in einem wirksamen Zustand und einem unwirksamen Zustand der Blattdichtung berührt, und ein distales Ende 354, 454, das den freien Teil in einem wirksamen Zustand berührt und mit dem distalen Ende in einem unwirksamen Zustand der Blattdichtung außer Kontakt steht, umfasst.
Mit Bezug auf 24A kann eine Dichtungsanordnung 510 als alternatives Ausführungsbeispiel eine Blattdichtung 511 mit einer Vielzahl von versetzten Blattdichtungselementen 524 mit Elementen 520, 522 mit ähnlicher Geometrie wie die vorstehend beschriebenen, die jedoch aus einem Bimetallmaterial hergestellt sind, umfassen. Die Struktur der Dichtungsanordnung 510 mit einem Träger 538, einem Halter 518, einer Schweißstelle 536 und einer drehbaren Komponente (einem Rotor) 516 ist in der Form und Funktion zu den vorstehend erörterten Dichtungsanordnungs-Ausführungsbeispielen ähnlich. Mit Bezug auf das Bimetallmaterial zeigt die Beilage von 24A einen bimetallischen Querschnitt des Dichtungselements524. Jedes Blattdichtungselement 524 umfasst eine erste Schicht 570 aus einem ersten Material, die sich einer Seite des Dichtungselements 524 mit hohem Druck P_H zuwendet, und eine zweite Schicht 572 aus einem zweiten Material, die sich einer Seite des Dichtungselements 524 mit niedrigem Druck P_L zuwendet. In einem Ausführungsbeispiel weist das erste Material einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE₁ ) auf als das zweite Material (CTE₂ ). Die erste Schicht 570 wird an die zweite Schicht 572 in einer beliebigen nun bekannten oder später entwickelten Weise geklebt. Eine Erhöhung der Bimetall-Blattdichtungstemperatur induziert eine Formänderung, die verursacht, dass sich die Dichtungselemente 524 nach oben kräuseln, was den Zwischenraum mit der drehbaren Komponente (dem Rotor) 516 vergrößert. 24A stellt den normalen Betrieb mit den Enden des freien Teils 530 und den Bimetall-Dichtungselementen 524 in unmittelbarer Nähe C1 zu der drehbaren Komponente (zum Rotor) 516 dar. Eine erhöhte Betriebstemperatur kräuselt gewöhnlich die Dichtungselemente 524 nach oben. Dieser Bewegung steht die Dichtungsdruckdifferenz P_H - P_L entgegen, die die Dichtungselemente 524 gewöhnlich in Richtung des Trägerelements 538 und der drehbaren Komponente (des Rotors) 516 verschiebt. In 24B stehen die freien Teile 530 mit der drehbaren Komponente (dem Rotor) 516 in Reibkontakt und ein Abstand des Trägers 538 von der drehbaren Komponente (vom Rotor) 516 liegt in einem Abstand D1, der im Vergleich zum Abstand D2 in 24A verringert ist. Wenn eine Reibungserwärmung der Bimetall-Dichtungselemente 524 auftritt, induziert die erhöhte Temperatur eine zusätzliche Formänderung, um die Dichtungselemente 524 von der drehbaren Komponente (vom Rotor) 516 abzuheben, was die aufgebrachte Reibungskraft und eine weitere Reibungserwärmung entlastet, wie durch die erhöhte Krümmung der Dichtungselemente 524 in 24B dargestellt. In Kombination wirken die Metallmaterialien 570, 572 (d.h. über die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und andere physikalische Eigenschaften), die Betriebsdruckdifferenz P_H - P_L , die Blattdichtungsdicke, -länge, -festigkeit und die Zusammenwirkung mit dem Trägerelement 538 zum Entlasten des Verschleißes während einer Reibung und erweitern die Fähigkeit einer Blattdichtung, unter weniger extremen Betriebssituationen zu arbeiten. Der Träger 538 kann auch eine gekrümmte Oberfläche 560 ähnlich der in der Dichtungsanordnung 410 in 21A gezeigten umfassen.
Mit weiterem Bezug auf die Ausführungsbeispiele von 21A-24B können die Blattdichtungselemente 324, 424, 524 in einer beliebigen Weise, die relativ zu den früheren Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, geschnitten oder geformt werden. Die Blattdichtungselemente 330, 430, 530 können beispielsweise so geformt werden, dass sie der drehbaren Komponente 316, 416, 516 entsprechen, wenn sie sich in Betrieb befindet, wie vorher beschrieben und in 13 dargestellt. Das heißt, der freie Teil 330, 430, 530 jedes Dichtungselements kann zu einer Oberfläche der drehbaren Komponente 316, 416, 516 axial parallel und/oder auf dem Umfang parallel sein. Außerdem können die Blattdichtungselemente ungleichmäßig beabstandet sein; auseinander laufende Schlitze aufweisen; jeweilige Elemente aufweisen, die derart nebeneinander angeordnet sind, dass die Dichtungselemente jedes Elements die Schlitze eines anderen Elements blockieren; und/oder Schlitze aufweisen, die in einem Winkel relativ zu einer Oberfläche jedes Elements vorgesehen sind.
Obwohl diese Erfindung in Verbindung mit den vorstehend umrissenen speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass viele Alternativen, Modifikationen und Veränderungen für Fachleute ersichtlich sind. Folglich sollen die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, wie vorstehend dargelegt, erläuternd und nicht begrenzend sein. Verschiedene Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen festgelegt, abzuweichen.

Claims

Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) zum Abdichten einer drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516), die eine Längsachse (15) aufweist, wobei die Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) aufweist: eine Blattdichtung (311, 411, 511) mit einer Vielzahl von versetzten Blattdichtungselementen (24, 324, 424, 524), wobei jedes Blattdichtungselement (24, 324, 424, 524) umfasst: - einen freien Teil (30, 330, 430, 530), der relativ zu der Längsachse (15) der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) in einem spitzen Winkel angeordnet ist; und - einen festen Teil (28, 328, 428), der relativ zu dem freien Teil (30, 330, 430, 530) derselben abgewinkelt ist; und einen Träger (38, 338, 438), der einen kegelstumpfförmigen Trägerteil (348, 448) aufweist, der einer Hochdruckseite (PH) der Blattdichtung (311, 411, 511) zugewandt ist, zum Abstützen des freien Teils (30, 330, 430, 530) von einer radialen nach innen gewandten Position relativ zu dem freien Teil (30, 330, 430, 530) und einem Montageteil (346, 446) zum Koppeln an eine nicht-drehbare Komponente (14, 314, 414), wobei der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem nicht unter Druck gesetztem Zustand der Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nur ein proximales Ende (352, 452) des Trägerteils (348, 448), das dem Montageteil (346, 446) benachbart ist, berührt und der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem unter Druck gesetztem Zustand der Blattdichtung (311, 411, 511) sowohl das proximale Ende (352, 452) als auch ein distales Ende (354, 454) des Trägerteils (348, 448) berührt, wobei der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem unter Druck gesetztem Zustand näher an der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) angeordnet ist als in einem nicht unter Druck gesetztem Zustand.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 1, wobei jedes Blattdichtungselement (24, 324, 424, 524) eine erste Schicht mit einem ersten Material, die sich einer Hochdruckseite (P_H) der Blattdichtung (311, 411, 511) zuwendet, und eine zweite Schicht aus einem zweiten Material, die sich einer Niederdruckseite (P_L) der Blattdichtung (311, 411, 511) zuwendet, umfasst, wobei das erste Material einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das zweite Material.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 1, wobei der Trägerteil (348, 448) eine gekrümmte Oberfläche (360, 460) umfasst, die sich von einem proximalen Ende (352, 452) des Trägerteils (348, 448) zum distalen Ende (354, 454) erstreckt.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 3, wobei sich der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem nicht unter Druck stehenden Zustands der Blattdichtung (311, 411, 511) tangential von der gekrümmten Oberfläche (360, 460) erstreckt.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 1, wobei der freie Teil (30, 330, 430, 530) während eines unter Druck stehenden Zustands der Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) näher an einer abzudichtenden Komponente liegt als in einem nicht unter Druck stehenden Zustand der Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510).
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von versetzten Blattdichtungselementen (24, 324, 424, 524) durch eine Spirale eines einzelnen Materialstreifens (100) bereitgestellt wird.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von versetzten Blattdichtungselementen (24, 324, 424, 524) an dem festen Teil (28, 328, 428) durch eine Schweißstelle aneinander befestigt sind.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 1, wobei der feste Teil (28, 328, 428) im Wesentlichen parallel zu einer radialen Achse der nicht-drehbaren Komponente (14, 314, 414) angeordnet ist und der freie Teil (30, 330, 430, 530) aus der Ebene relativ zum festen Teil (28, 328, 428) abgewinkelt ist.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 1, wobei das distale Ende (354, 454) des Trägerteils (348, 448) dünner ist als ein proximales Ende (352, 452) des Trägerteils (348, 448).
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Halter (18, 318, 418, 518), zum Befestigen der Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) an die nicht-drehbare Komponente, wobei der Halter (18, 318, 418, 518) einen Vorsprung (480) zum Schützen des freien Teils (30, 330, 430, 530) aufweist.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 1, wobei der feste Teil durch ein bogenförmiges Element in jedem Blattdichtungselement (24, 324, 424, 524) gebildet wird.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) zum Abdichten gegen eine drehbare Komponente (16, 316, 416, 516), wobei die Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) folgendes umfasst: - eine Blattdichtung (311, 411, 511) mit einer Vielzahl von versetzten Blattdichtungselementen (24, 324, 424, 524), wobei jede Blattdichtung (311, 411, 511) umfasst: - einen freien Teil, der relativ zu der Längsachse (15) der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) in einem spitzen Winkel angeordnet ist; und - einen festen Teil (28, 328, 428), der relativ zu dem freien Teil (30, 330, 430, 530) derselben abgewinkelt ist; und wobei der feste Teil (28, 328, 428) im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (15) der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) angeordnet ist und der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem nicht unter Druck stehenden Zustand aus der Ebene relativ zum festen Teil (28, 328, 428) abgewinkelt ist und zum Abdichten gegenüber der drehbaren Komponente in einem Winkel relativ zur Längsachse (15) in einem unter Druck stehenden Zustand in Gleiteingriff steht, und wobei die Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) ferner einen Träger (38, 338, 438) aufweist, der einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Trägerteil (348, 448) umfasst, der einer Hochdruckseite (P_H) der Blattdichtung (311, 411, 511) zugewandt ist, zum Abstützen des freien Teils (30, 330, 430, 530) von einer radial nach innen gerichteten Position relativ zu dem freien Teil und einem Montageteil (346, 446) zum Koppeln an eine nicht-drehbare Komponente (14, 314, 414), wobei der im Wesentlichen kegelstumpfförmige Trägerteil (348, 448) eine gekrümmte Oberfläche (360, 460) umfasst, die sich von einem proximalen Ende (352, 452) des Trägerteils (348, 448) zu einem distalen Ende (354, 454) erstreckt, und wobei der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem nicht unter Druck stehenden Zustand der Blattdichtung (311, 411, 511) nur das proximale Ende des Trägerteils (348, 448), der dem Montageteil benachbart ist, berührt, und der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem unter Druck gesetztem Zustand der Blattdichtung (311, 411, 511) sowohl das proximale Ende (352, 452) als auch das distale Ende (354, 454) des Trägerteils (348, 448) berührt, wobei der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem unter Druck gesetztem Zustand näher an der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) angeordnet ist als in einem nicht unter Druck gesetztem Zustand.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 12, wobei das distale Ende (354, 454) des Trägerteils (348, 448) dünner ist als ein proximales Ende (352, 452) des Trägerteils (348, 448) .
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch12, wobei das proximale Ende (352, 452) des Trägerteils (348, 448) mit einem Montageteil (346, 446) des Trägers gekoppelt ist, der den Träger (38, 338, 438) an einer nicht-drehbaren Komponente (14, 314, 414) montiert.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 12, wobei der freie Teil während des unter Druck stehenden Zustands näher an der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) liegt als in dem nicht unter Druck stehenden Zustand.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 12, welche ferner einen Halter (18, 318, 418, 518) zum Montieren der Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) an einer nicht-drehbaren Komponente (14, 314, 414) umfasst, wobei der Halter (18, 318, 418, 518) einen Vorsprung (480) zum Schützen des freien Teils (30, 330, 430, 530) umfasst.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 12, wobei der feste Teil durch ein bogenförmiges Element in jedem Blattdichtungselement (24, 324, 424, 524) vorgesehen ist.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 12, wobei das freie Ende (30, 330, 430, 530) zumindest eines von axial parallel zu einer Oberfläche der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) und auf dem Umfang parallel zu einer Oberfläche der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) ist.
Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nach Anspruch 12, wobei jedes Blattdichtungselement (24, 324, 424, 524) eine erste Schicht mit einem ersten Material, welche sich einer Hochdruckseite (P_H) der Blattdichtung (311, 411, 511) zuwendet, und eine zweite Schicht aus einem zweiten Material, welche sich einer Niederdruckseite (P_L) der Blattdichtung (311, 411, 511) zuwendet, umfasst, wobei das erste Material einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das zweite Material.
Umlaufmaschine (12) mit: einer drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) und einer nicht-drehbaren Komponente (14, 314, 414), wobei die Komponenten um eine gemeinsame Achse (15) liegen; und einer Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 12 bis 19 zwischen den Komponenten.
Verfahren zur Herstellung einer Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) zum Abdichten von Druckkammern einer Umlaufmaschine (12) mit einer nicht-drehbaren Komponente (14, 314, 414) und einer drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Ausbilden einer Blattdichtung (311, 411, 511) mit einer Vielzahl von Blattdichtungselementen (24, 324, 424, 524), wobei jedes Blattdichtungselement (311, 411, 511) umfasst: - einen freien Teil (30, 330, 430, 530), der relativ zu der Längsachse (15) der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) in einem spitzen Winkel angeordnet ist; und - einen festen Teil (28, 328, 428), der relativ zu einem freien Teil (30, 330, 430, 530) derselben abgewinkelt ist; und (b) Koppeln der Blattdichtung (311, 411, 511) mit einem Träger (38, 338, 438), wobei der Träger (38, 338, 438) einen im Wesentlichen kegelstumpfförmiges Trägerteil (348, 448) umfasst, der einer Hochdruckseite (P_H) der Blattdichtung (311, 411, 511) zugewandt ist, zum Abstützen des freien Teils (30, 330, 430, 530) von einer radialen nach innen gewandten Position relativ zu dem freien Teil (30, 330, 430, 530) und einem Montageteil (346, 446) zum Koppeln an eine nicht-drehbare Komponente (14, 314, 414), wobei der im Wesentlichen kegelstumpfförmige Trägerteil (48, 348, 448) eine gekrümmte Oberfläche (360, 460) aufweist, und wobei der der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem nicht unter Druck gesetztem Zustand der Dichtungsanordnung (10, 310, 410, 510) nur ein proximales Ende (352, 452) des Trägerteils (348, 448) berührt und der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem unter Druck gesetztem Zustand der Blattdichtung (311, 411, 511) sowohl das proximale Ende (352, 452) als auch ein distales Ende (354, 454) des Trägerteils (348, 448) berührt, wobei der freie Teil (30, 330, 430, 530) in einem unter Druck gesetztem Zustand näher an der drehbaren Komponente (16, 316, 416, 516) angeordnet ist als in einem nicht unter Druck gesetztem Zustand.
Träger (38, 338, 438) zur Verwendung mit einer Blattdichtung (311, 411, 511) mit einem festen Teil (28, 328, 428) und einem freien Teil (30, 330, 430, 530), der relativ zum festen Teil (28, 328, 428) abgewinkelt ist, wobei der Träger (38, 338, 438) folgendes umfasst: einen Montageteil (346, 446) zum Montieren des festen Teils (28, 328, 428); und einen Trägerteil (348, 448), der einer Hochdruckseite (P_H) der Blattdichtung (311, 411, 511) zugewandt ist, zum Abstützen des freien Teils (30, 330, 430, 530) von einer radialen nach innen gewandten Position relativ zu dem freien Teil (30, 330, 430, 530), wobei der Trägerteil (348, 448) ein proximales Ende (352, 452), das den freien Teil (30, 330, 430, 530) in einem nicht unter Druck gesetzten Zustand und in einem unter Druck gesetzten Zustand der Blattdichtung (311, 411, 511) berührt, und ein distales Ende (354, 454), das den freien Teil (30, 330, 430, 530) in einem wirksamen Zustand berührt und in einem unwirksamen Zustand der Blattdichtung (311, 411, 511) mit dem distalen Ende außer Kontakt steht, umfasst, und wobei der Trägerteil (348, 448) eine gekrümmte Oberfläche (360, 460) umfasst.