-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Diese
Offenbarung betrifft im Wesentlichen Dichtungsringe, die in drehenden
Maschinen eingesetzt werden, und insbesondere Überdruckdichtungsringe mit
veränderbarem
Abstand zur Verwendung in industriellen Dampfturbinen.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
In
drehenden Maschinen, wie z.B. Turbinen, sind Dichtungen zwischen
rotierenden und feststehenden Komponenten vorgesehen. Beispielweise
ist es in Dampfturbinen üblich,
mehrere bogenförmige Dichtungsringsegmente
vorzusehen, um zwischen den feststehenden und rotierenden Komponenten eine
ringförmige
Labyrinthdichtung zu erzeugen. Typischerweise sind die bogenförmigen Dichtungsringsegmente
(typischerweise vier bis sechs pro Ringdichtung) in einer ringförmigen Nut
in der feststehenden Komponente konzentrisch zur Rotationsachse der
Maschine und somit konzentrisch zu der Dichtungsoberfläche der
rotierenden Komponente angeordnet. Jedes bogenförmige Dichtungssegment trägt eine
der rotierenden Komponente gegenüberliegende
bogenförmige
Dichtfläche.
In Labyrinthdichtungen tragen die Dichtflächen eine radial gerichtete
Anordnung von axial beabstandeten Zähnen, welche radial von einer
Anordnung die Dichtfläche
der rotierenden Komponente bildenden axial beabstandeten Ringzähnen in
Abstand angeordnet sind. Die Dichtungsfunktion wird erzielt, indem
eine turbulente Strömung eines
Arbeitsmediums (z.B. Dampf) bei dessen Durchtritt durch die relativ
engen Abstände
innerhalb des durch die Dichtflächenzähne und
die gegenüberliegenden
Oberfläche
der rotierenden Komponente definierten Labyrinths erzeugt wird.
-
Die
Fähigkeit,
geeignete Abstände
ohne physischen Kontakt zwischen der rotierenden Vorrichtung und
den feststehenden Komponenten einzuhalten, ermöglicht die Ausbildung einer
effektiven Dichtung. Wenn dieser radiale Abstand zwischen den Dichtflächen der
Segmente und den gegenüberliegenden
Dichtungsoberflächen
der rotierenden Komponente zu groß wird, wird weniger Turbulenz
erzeugt, und die Dichtungswirkung beeinträchtigt. Umgekehrt können, wenn
der Abstand zu eng ist, die Dichtungszähne mit dem rotierenden Element
mit der Folge in Berührung
kommen, dass die Zähne
ihr scharfes Profil und den engen Abstand verlieren und danach weniger
Turbulenz erzeugen und ebenso die Dichtungswirkung beeinträchtigen.
-
Um
eine gewünschte
Dichtung zu erzeugen und aufrechtzuerhalten und um eine Beschädigung an
dem Rotor und dem Dichtungsring während Übergangsbedingungen zu vermeiden,
können Überdruckdichtungsringe
mit veränderbarem
Abstand verwendet werden, wie es ferner in: GE Docket No. 193439,
Cantor Colburn LLB Docket No. GS 1-0202, mit dem Titel "Variable Clearence
Packing Ring Arrangement",
GE-Docket No. 194777, Cantor Colburn, LLB Docket Nr. GS 1-0210 mit
dem Titel "Apparatus
and Method for Steam Turbine Variable Clearence Packing"; und Cantor Colburn,
LLB Docket Nr. GS1-0203 mit dem Titel "Variable Clearence Positive Pressure
Packing Ring and Carrier Arrangement"; (U.S. Ser. Nos. noch nicht verfügbar) offenbart und
hierin durch Bezugnahme beinhaltet ist. In die ser Art von Überdruckdichtungsringen
mit veränderbarem
Abstand werden die Dichtungsringsegmente typischerweise mittels
Federn in äußere oder
große Abstandspositionen
vorgespannt, was bewirkt, dass die von dem Dichtungsring getragenen
Dichtflächen im
wesentlichen von der Rotationskomponente nach außen gerichtet auf Abstand gehalten
werden. Nach dem Startvorgang wird das Arbeitsfluidmedium, z.B. Dampf,
in die feststehende Komponente eingelassen, was eine Druckdifferenz
erzeugt, welche die Segmente weiter nach innen gegen die Vorspannung der
Federn zu den inneren oder kleinen Abstands-Positionen drückt. Diese Federn und entsprechende
Ringkomponenten sind typischerweise innerhalb der von dem feststehenden
Gehäuse
ausgebildeten ringförmigen
Nut angeordnet.
-
Jedoch
kann der Einbau von Überdruckdichtungsringen
mit veränderlichem
Abstanden in bestehende Dampfturbinen eine komplizierte Angelegenheit
sein, welche eine Vor-Ort-Bearbeitung oder weitere Modifikation
der Ringe oder des verwendeten Gehäuses erfordert, um die Ringe
innerhalb der ringförmigen
Nut des feststehenden Gehäuses
zu montieren. Ferner neigen aufgrund einer Umfangsbewegung der unabhängigen Bogensegmente
nachgerüstete
Dichtungsringe mit veränderbarem
Abstand zu einer Bogenblockierung, einem Zustand, in welchem sich
ein Bogensegment in Umfangsrichtung über ein benachbartes Bogensegment
schiebt, und die Segmente in einer radialen Versatzposition verkeilt.
-
Somit
gibt es einen Bedarf nach einem Überdruckdichtungsring
mit veränderlichem
Abstand, welcher leicht und einfach in einer ringförmigen Nut
einer feststehenden Komponente einer existierenden Dampfturbine
in einer solchen Weise eingebaut werden kann, dass unerwünschte Bogenblockierungsbedin gungen
sowie eine zu aufwändige
oder komplizierte Bearbeitung vermieden werden.
-
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Offenbart
wird hierin eine Dichtungsringanordnung mit einem bogenförmigen Trägerringsegment,
einem bogenförmigen
Dichtungsringsegment, das in Bezug auf das Trägerringsegment bewegbar ist,
eine Befestigungskomponente, die in Zuordnung zu dem Dichtungsringsegment
und in Zuordnung zu dem Trägerringsegment
angeordnet ist, und eine Betätigungskomponente,
die dafür
eingerichtet ist, das Dichtungsringsegment in einer ersten Position
zu halten, und eine Bewegung des Dichtungsringsegmentes in eine
zweite Position zu ermöglichen,
wenn die Dichtungsringanordnung einem Druckzustand ausgesetzt wird.
-
Ebenfalls
wird hierin eine Dampfturbine offenbart, welche einen feststehenden
Turbinenzwischenboden enthält;
eine Rotationsturbinenwelle, die innerhalb des Turbinenzwischenbodens
angeordnet ist, wobei der Turbinenzwischenboden eine ringförmige Nut
enthält,
die sich um die Turbinenwelle herum erstreckt, und eine Dichtungsringanordnung
mit einem Trägerring,
der in der ringförmigen
Nut angeordnet ist, mehrere bogenförmige Dichtungsringsegmente
mit veränderbarem
Abstand, die um die Turbinenwelle in einer radial beweglichen Zuordnung
in Bezug auf den Trägerring
angeordnet sind, und eine Halterungsanordnung, die dafür eingerichtet
ist, die Umfangspositionen der mehreren Dichtungsringsegmente aufrechtzuerhalten.
-
Ferner
wird hierin ein Verfahren zum Abdichten einer Rotationsmaschine
mit einer Überdruckdichtungsringanordnung
mit veränderbarem
Abstand offenbart, wobei das Verfahren die Konfiguration eines in
einer ringförmigen
Nut eines feststehenden Zwischenbodens der Rotationsmaschine aufzunehmenden
und festzuhaltenden Trägerrings,
die Anordnung des Trägerrings
innerhalb der ringförmigen
Nut und um eine Rotationswelle der Rotationsmaschine herum, die
Verbindung mehrerer Dichtungsringsegmente an dem Trägerring
in einer radial beweglichen Zuordnung in Bezug auf den Trägerring;
und die Beibehaltung von Umfangspositionen der mehreren Dichtungsringsegmente
während
einer radialen Bewegung der mehreren Dichtungsringsegmente umfasst.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
In
den exemplarischen Zeichnungen, in welchen gleiche Elemente in den
beigefügten
Figuren gleich bezeichnet sind, ist.
-
1 eine
Querschnittsansicht eines Abschnittes einer Dampfturbine zur Verwendung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
vergrößerte Querschnittsansicht der
exemplarischen Dampfturbine von 1 entlang der
Achse A-A;
-
3 eine
vergrößerte Querschnittsansicht einer
weiteren Ausführungsform
der exemplarischen Dampfturbine von 1 entlang
der Achse A-A;
-
4 eine
Draufsicht auf ein Trägerringsegment;
-
5 eine
vergrößerte Querschnittsansicht der
exemplarischen Dampfturbine von 1 entlang der
Achse B-B;
-
6 eine
Teilseitenansicht des Dampfturbinenabschnittes von 5;
-
7 eine
Vorderseiten-Aufrissansicht einer Seite eines Trägerringsegmentes;
-
8 eine
Teildraufsicht auf das Trägerringsegment
von 7 entlang der Achse C-C;
-
9 eine
Seitenansicht des Trägerringsegmentes
von 4;
-
10 eine
vergrößerte Querschnittsansicht der
exemplarischen Dampfturbine von 1 entlang der
Achse D-D;
-
11 eine
Vorderseiten-Aufrissansicht eines Dichtungsringsegmentes;
-
12 eine
Teilseitenansicht des Dichtungsringsegmentes von 11;
-
13 eine
vergrößerte Teilansicht
eines Dichtungsrings der Erfindung mit einem Stumpfkeil; und
-
14 ein
vergrößerter Abschnitt
des Dichtungsrings von 13.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Gemäß 1 enthält ein Abschnitt
einer Dampfturbine 10 eine Turbinenwelle 12, die
in einer feststehenden Turbinenzwischenwand 14 angeordnet
ist. Die Turbinenzwischenwand 14 weist gegenüberliegende
erste und zweite Zwischenwandhälften 16 bzw. 18 auf.
Eine Labyrinthdichtung ist an der Turbinenwellen/Zwischenwand-Schnittstelle
vorgesehen, um eine Leckage zu verhindern. Die Labyrinthdichtung
wird durch die Wechselwirkung einer Überdruckdichtungsringanordnung 20 mit
veränderbarem Abstand
und einer Außenoberfläche der
Turbinenwelle 12 erzeugt.
-
Die
Dichtungsringanordnung 20 befindet sich in der Turbinenzwischenwand 14 und
ist in Umfangsrichtung um die Turbinenwelle 12 herum angeordnet.
Die Dichtungsringanordnung 20 ist beispielsweise in 1 mit
einem kreisförmigen
Dichtungsring 21, bestehend aus sechs bogenförmigen Segmenten
mit ersten, zweiten und dritten Dichtungsringsegmenten 22, 24 bzw. 26,
die auf der unteren zweiten Zwischenwandhälfte 18 angeordnet
sind, und vierten, fünften
und sechsten Dichtungsringsegmenten 28, 30 bzw. 32,
die auf der oberen ersten Hälfte 16 der
Turbinenzwischenwand 14 angeordnet sind, dargestellt. Die
sechs Dichtungsringsegmente 22, 24, 26, 28, 30, 32 werden
hierin nur im Rahmen eines Beispiels beschrieben. Es kann eine beliebige Vielzahl
von Ringsegmenten verwendet werden. Beispielsweise kann die Dichtungsringanordnung 20 insgesamt
vier Bogenringsegmente, zwei an der ersten Hälfte 16 der Turbinenzwischenwand
und zwei an der zweiten Hälfte 18 angeordnet
enthalten.
-
Die
verschiedenen Dichtungsringsegmente 22, 24, 26, 28, 30, 32 sind
in Zuordnung zu einem Trägerring 36 angeordnet, wie
es nachstehend detaillierter diskutiert wird. Eine Betätigungskomponente 34,
wie z.B. eine Schraubenfeder ist zwischen den Dichtungsringsegmenten 22, 24, 26, 28, 30, 32 und dem
Trägerring 36 angeordnet,
um somit eine Bewegung der ersteren in Bezug auf die letzteren zu
ermöglichen.
Der Trägerring 36 ist
in einer ringförmigen Nut 38 der
Turbinenzwischenwand 14 angeordnet und besteht bevorzugt
aus mehreren bogenförmigen Trägerringsegmenten.
Der Trägerring 36 kann
beispielsweise sechs Trägerringsegmente
enthalten, welche im Wesentlichen in Größe und Anordnung den verschiedenen
Dichtungsringsegmenten 22, 24, 26, 28, 30 und 32 entsprechen.
Alternativ kann ein Trägerringsegment
eine ausreichende Größe und Länge aufweisen,
so dass er mehreren Dichtungsringsegmenten entspricht, beispielsweise
kann ein Trägerringsegment
zwei Dichtungsringsegmenten entsprechen.
-
Man
wird erkennen, dass in der Anordnung von 1 und den
restlichen Figuren die Dichtungsringsegmente 22, 24, 26, 28, 30, 32 aus Überdruckdichtungsringsegmenten
mit veränderbarem
Abstand bestehen, die zwischen einer offenen äußersten Position mit großem Abstand
und einer geschlossenen innersten Position mit kleinem Abstand bei den
Hochfahr- bzw. Drehzahloperationen verstellbar sind. Die Dichtungsringsegmente 22, 24, 26, 28, 30 und 32 werden
in ihre offene äußerste Position
mit größtem Durchmesser
durch die in Verbindung mit dem Trägerring 36 angeordnete
Betätigungskomponente 34 vorgespannt.
Um die Dichtungsringsegmente 22, 24, 26, 28, 30 und 32 in
ihre engste Position mit kleinerem Durchmesser zu bewegen wird einem
Strömungsmedium,
z.B. Dampf ermöglicht,
sich entlang einer Außenseite
der Dichtungsringsegmente und/oder in Räumen, die zwischen den Dichtungsringsegmenten 22, 24, 26, 28, 30 und 32 und
der Turbinenzwischenwand 14 ausgebildet sind, der Betätigungskomponente 34 und
dem Trägerring 36 zu
bewe gen, wodurch eine Druckdifferenz erzeugt wird, welche die Dichtungsringsegmente
radial nach innen auf die Turbinenwelle 12 gegen die Vorspannung
der Betätigungskomponente 34 verschiebt.
Optional können
die Turbinenzwischenwand 14 und/oder die Dichtungsringsegmente 22, 24, 26, 28, 30 und 32 mehrere
(nicht dargestellte) Kanäle
enthalten, um den Eintritt und die Bewegung des Strömungsmediums
zu ermöglichen.
-
Die
Dichtungsringanordnung 20 begrenzt horizontale Verbindungsstellen 40 und 42 an
gegenüberliegenden
Seiten der Turbinenzwischenwand 14, wo die erste Hälfte 16 der
Turbinenzwischenwand 14 auf die zweite Hälfte 18 trifft.
Insbesondere sind die horizontalen Verbindungsstellen 40, 42 an
dem Schnittpunkt der ersten und sechsten Dichtungsringsegmente 22 bzw. 32 und
an dem Schnittpunkt der dritten und vierten Dichtungsringsegmente 26 bzw. 28 ausgebildet.
Wie es nachstehend weiter diskutiert wird, enden die Dichtungsringsegmente 22, 32 und 22, 36 (und
deren entsprechenden Trägerringsegmente)
jeweils an den horizontalen Verbindungsstellen 40 und 42.
-
2 stellt
eine Querschnittsansicht eines Abschnittes der Dampfturbine 10 entlang
der Achse A-A von 1 dar. Insbesondere stellt 2 das Dichtungsringsegment 22 bei
der Betätigungskomponente 34 dar.
Diese Ansicht des Dichtungsringsegmentes 22 wird nun im
Detail diskutiert, da es für
die restlichen Dichtungsringsegmente 24, 26, 28, 30 und 32 repräsentativ
ist, welche im Wesentlichen ähnlich zu
dem Segment 22 sind, und somit hierin nicht im Detail diskutiert
werden.
-
Gemäß Darstellung
in 2 enthält
das Dichtungsringsegment 22 eine Dichtfläche 44 mit darauf
so angeordneten Zähnen 46,
dass sie den auf der Turbinenwelle 12 angeordneten Vor sprüngen 48 gegenüberliegen.
Die restlichen Dichtungsringsegmente 22, 24, 26, 28 und 30 enthalten
ebenfalls die Dichtfläche 44 und
Zähne 46 so,
dass der Dichtungsring 21 eine zusammenhängende Fläche um den Umfang
der Turbinenwelle 12 herum begrenzt. Ebenso erstrecken
sich die Vorsprünge 48 um
den Umfang der Welle 12. Die Zähne 46 und die Vorsprünge 48 dienen
zur Ausbildung der Labyrinthdichtung während des Betriebs der Dampfturbine 10.
-
Wie
vorstehend eingeführt,
weist die Dichtungsringanordnung 20 den Trägerring 36,
die Betätigungskomponente 34 und
den aus den bogenförmigen
Segmenten 22, 24, 26, 28, 30, 32 ausgebildeten kreisförmigen Dichtungsring 21 auf.
Gemäß Darstellung
in 2 ist der Trägerring 36 innerhalb
der ringförmigen
Nut 38 angeordnet, die durch die feststehende Turbinenzwischenwand 14 gebildet
wird. Die Zwischenwand 14 enthält Flansche 50, welche
der ringförmigen
Nut 38 einen im Allgemeinen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt
gemäß Darstellung
in den Zeichnungen verleihen. Somit weist die ringförmige Nut 38 einen
ersten Abschnitt 52 und einen zweiten Abschnitt 54 auf,
wobei der erste Abschnitt 52 an einer radial äußeren Position
in Bezug auf den zweiten Abschnitt 54 angeordnet ist, und
wobei der zweite Abschnitt 54 im Wesentlichen ein Halsabschnitt
mit einer engeren Querschnittsbreite im Vergleich zu der des ersten
Abschnittes 52 ist.
-
Der
Trägerring
ist so eingerichtet, dass er in dem ersten Abschnitt 52 der
ringförmigen
Nut 38 sitzt. D.h., die Segmente des Trägerrings 36 sind der Konfiguration
des ersten Abschnittes 52 der ringförmigen Nut 38 entsprechend
so gestaltet und bemessen, dass der Trägerring 36 darin festgehalten
wird. Insbesondere sitzt der Trägerring 36 auf
den und/oder liegt an den Flanschen 50 der Turbinenzwischenwand 14 an.
Der Trägerring 38 kann
in den ersten Abschnitt 52 der ringförmigen Nut 38 eingeschnappt
sein und darin in einem engen Reibungssitz festgehalten werden.
Alternativ und/oder zusätzlich kann
der Trägerring 38 an
der Innenseite der ringförmigen
Nut 38 der Turbinenzwischenwand 14 durch jede
geeignete Einrichtung befestigt sein, wie z.B. durch Befestigungsschrauben,
Madenschrauben usw.. Bevorzugt ist jedoch der Trägerring 36 in einer schwimmenden
Anordnung in Bezug auf die ringförmige
Nut 38 angeordnet. D.h., ein gewünschter Abstand ist um den
Trägerring 36 innerhalb
des ersten Abschnittes 52 der Nut 52 so vorgesehen,
dass dem Trägerring 36 ein
leichter Bewegungsgrad darin ermöglicht
wird.
-
Gemäß den 2-4 besteht
der Trägerring 36 aus
mehreren identischen bogenförmigen schienenartigen
Segmenten, wovon jedes mehrere dadurch hindurch ausgebildete Öffnungen 56 aufweist,
welche einen Durchtritt einer Befestigungskomponente 58 gemäß detaillierterer
Beschreibung hierin ermöglichen.
Jedes Segment des Trägerrings 36 enthält ferner
mehrere darauf ausgebildete tragende Flächen. Eine erste tragende Fläche 60 ist
auf dem Trägerring 36 so
ausgebildet, dass sie mit der Turbinenzwischenwand 14 an
einer im Wesentlichen dem Flansch 50 der Zwischenwand 14 gegenüberliegenden
Stelle in Eingriff steht. Der Trägerring 36 enthält eine
zweite tragende Fläche 62,
die der Befestigungskomponente 58 zugeordnet angeordnet
ist. Eine dritte tragende Fläche 63 ist
der Betätigungskomponente 34 zugeordnet
angeordnet. Der Trägerring 36 enthält eine
vierte tragende Fläche 64,
die dem Flansch 50 der Turbinenzwischenwand 14 zugeordnet
angeordnet ist. Die ersten und vierten tragenden Flächen 60 bzw. 64 des
Trägerrings 36 liegen an
der ringförmigen
Nut 38 der Turbinenzwischenwand an und dienen zum Festhalten
des Trägerrings 36 darin.
Die vierte tragende Fläche 64 dient
zusätzlich
für einen
Eingriff mit den und zur Verhinderung einer Auswärtsradialbewegung der Dichtungsringsegmente 22, 24, 26, 28, 30 und 32,
wie es nachstehend im Detail diskutiert wird. Die zweite tragende
Fläche 62 dient
als eine Anschlagfläche
in Bezug auf die Einwärtsradialbewegung
der Befestigungskomponente 58. Schließlich dient die dritte tragende
Fläche 63 des
Trägerrings 36 als
ein Reaktionspunkt für
die Betätigungskomponente 34.
-
Die
ersten und vierten tragenden Flächen 60 bzw. 64 sind
so gestaltet und ausreichend bemessen, dass sie an der ringförmigen Nut 38 wie
vorstehend erwähnt
anliegen. Die Segmente, welche den Trägerring 36 bilden,
haben eine bogenförmige
Gestalt, und verleihen damit dem Trägerring 36 seine ringförmige Konfiguration.
Die ersten und vierten tragenden Flächen 60 und 64 sind
bevorzugt glatte Flächen,
welche sich über
den Verlauf der bogenförmigen
Segmente des Trägerrings 36 im
Wesentlichen konzentrisch zueinander erstrecken. Auf diese Weise
sind die ersten und vierten tragenden Flächen 60 und 64 in
der Lage, mit der Turbinenzwischenwand 14 entlang des Verlaufs
der Segmente des Trägerrings 36 in
Eingriff zu stehen. Natürlich
können
in einer alternativen Ausführungsform
mehrere von den ersten und/oder vierten tragenden Flächen 60, 64 vereinzelt in
gleichmäßiger oder
zufälliger
Weise entlang des Verlaufs des Dichtungsrings 36 so verteilt
sein, dass sie ausreichend mit der Turbinenzwischenwand 14 in Eingriff
stehen, um eine Halterung des Trägerrings 36 innerhalb
der ringförmigen
Nut 38 zu bewirken.
-
Die
zweiten und dritten tragenden Flächen 62 und 63 können jede
Gestalt und Abmessung aufweisen, die ausreicht, um tragende Flächen in
Bezug auf die Betätigungskomponente 34 und
die Befestigungskomponente 58 wie vorstehend erwähnt zu erzeugen.
In der dargestellten Ausführungsform
sind die Flä chen 62 und 63 zusammenhängende glatte
im Allgemeinen ringförmige
Flächen,
welche konzentrisch zu der Öffnung 56 angeordnet
sind. Natürlich können in
einer alternativen Ausführungsform
mehrere von den ersten tragenden Flächen 62 und 63 vereinzelt
in gleichmäßiger oder
zufälliger
Weise um die Öffnung 56 herum
verteilt sein, um die Lagerungs- und Anschlageigenschaften bezüglich der
Betätigungskomponente 34 und
der Befestigungskomponente 58 wie vorstehend erwähnt, und
wie es hierin nachstehend weiter beschrieben wird, zu bewirken.
-
Die
Befestigungskomponente 58 weist im Allgemeinen ein Element
auf, welches funktionell den Dichtungsring 21 und den Trägerring 36 in
einer solchen Weise verbindet, dass es eine radiale Bewegung des
Dichtungsrings 21 und/oder des Trägerrings 36 in Bezug
zueinander ermöglicht.
In der dargestellten exemplarischen Ausführungsform enthält das Befestigungselement 58 eine
Begrenzungskomponente 70 und eine Verlängerungskomponente 72. Die
Begrenzungskomponente 70 ist dementsprechend für eine Anordnung
innerhalb des ersten Abschnittes 52 der ringförmigen Nut 38 so
gestaltet und geformt, dass sie eine radiale Bewegung der Befestigungskomponente 58 in
einem bestimmten Maß ermöglicht,
und dass sie eine Bewegung über
das Maß hinaus
verhindert. Die Begrenzungskomponente 70 ist so eingerichtet,
dass sie sich innerhalb der ringförmigen Nut 38 in Bezug
auf die Turbinenzwischenwand 14 radial nach innen und nach
außen
bewegt. Diese radiale Bewegung wird in der Einwärtsrichtung durch die zweite
tragende Fläche 62 und
in der Auswärtsrichtung
durch einen Kontakt des Dichtungsringes 21 mit der weiteren
tragenden Fläche 64 des
Trägerrings 36 begrenzt.
Die Verlängerungskomponente 72 erstreckt
sich mittig aus der Begrenzungskomponente 70 und ist so
eingerichtet, dass sie durch die Öffnung 56 des Trägerrings 21 hindurch
tritt. Die Verlängerungskomponente 72 ist
an einem der Be grenzungskomponente 70 gegenüberliegenden
Ende mit einem Gewinde versehen. Die Öffnung 56 enthält eine
Querschnittsbreite, welche etwas größer als die der Verlängerungskomponente 72 ist,
so dass eine gewisse Umfangsbewegung der Komponente 72 zugelassen
wird. Der Verlängerungsabschnitt 72 ist
an dem Begrenzungsabschnitt 70 befestigt oder in einem
Stück damit
ausgebildet, so dass der Verlängerungsabschnitt
für die
vorstehend unter Bezugnahme auf den Trägerring 36 und seine
zugehörige Öffnung 56 beschriebene
radiale Bewegung in der Lage ist.
-
In
einer exemplarischen Ausführungsform besteht
die Befestigungskomponente 58 aus einer Schulterschraube,
wobei das Begrenzungselement 70 ein rundes, scheibenförmiges Element
ist, und das Verlängerungselement 72 ein
mit Gewinde versehenes zylindrisches Element ist, das in einem Stück mit dem
Begrenzungselement 70 ausgebildet ist und sich aus dem
Begrenzungselement 70 erstreckt. Die Dichtungsringanordnung 20 kann
ferner eine Madenschraube 71 enthalten, die in dem Dichtungsringsegment 22 in
Kontakt mit der Verlängerungskomponente 72 gemäß Darstellung
in 2 angeordnet ist, um die Komponente 72 an
dem Segment 22 zu befestigen.
-
Die
Dichtungsringsegmente 22, 24, 26, 28, 30 und 32 sind
so konfiguriert, dass sie die Verlängerungskomponente 72 der
Befestigungskomponente 58 aufnehmen und festhalten. Insbesondere
enthalten die Ringsegmente 22, 24, 26, 28, 30 und 32 Gewindelöcher 76,
die so bemessen sind und gestaltet sind, dass sie mit den Gewindegängen der
Verlängerungskomponente 72 in
Schraubeingriff stehen und diese festhalten.
-
Natürlich ist
diese Anordnung lediglich beispielhaft. In einer weiteren Ausführungsform
ist die Befestigungskomponente 58 in einem Stück mit dem Dichtungsringsegment 22 so
ausgebildet, dass sich die Verlängerungskomponente 72 in
einem Stück
radial von dem Dichtungsringsegment 22 durch die Öffnung 56 in
das Innere des Trägerrings 36 erstreckt.
-
Ferner
ist gemäß 2 die
Betätigungskomponente 34 innerhalb
des Trägerrings 36 in
der Nähe zu
der Öffnung 56 ausgebildet.
An einem ersten Ende 78 berührt die Betätigungskomponente 34 die Begrenzungskomponente 70 der
Befestigungskomponente 58. An einem gegenüberliegenden
zweiten Ende 80 berührt
die Betätigungskomponente 34 die dritte
tragende Fläche 63 des
Trägerrings 36.
In der exemplarischen Ausführungsform
gemäß Darstellung
in 2 ist die Betätigungskomponente 34 eine Korb-
oder verschachtelte Schraubenfeder. In einer weiteren Ausführungsform
gemäß Darstellung
in 3 ist die Betätigungskomponente 34 eine
herkömmliche
Schraubenfeder.
-
Die
Konfiguration und Anordnung der Betätigungskomponente 34 spannt
die Befestigungskomponente 58 radial nach außen vor
und hält
somit das Dichtungsringsegment 22 (welches mit der Befestigungskomponente 58 über die
Verlängerungskomponente 72 verbunden
ist) in der offenen äußersten Position
mit großem
Abstand. Diese Position ermöglicht
einen großen
Abstandsspalt Y (siehe 1), zwischen der Rotationsturbinenwelle 12 und
der Dichtfläche 44 des
Dichtungsringsegmentes 22, wenn sich die Rotationsmaschine
in einem Übergangszustand
befindet. Diese "Abstands"-Position wird durch
eine nach außen
gerichtete Radialkraft erzielt, die durch die Reaktion der Betätigungskomponente 34 gegen
die dritten tragenden Flächen 63 dort erzeugt
wird, wo die radiale Kraft auf die Begrenzungskomponente 70 der
Befestigungskomponente 58 einwirkt, um das Dichtungsringsegment 22 in
die Abstandsposition zu drücken.
Es dürfte
erkennbar sein, dass die Betätigungskomponente 34 eine
beliebige Betätigungsvorrichtung,
Mechanismus, oder Struktur, wie z.B. jedoch nicht darauf beschränkt, wenigstens
eine federvorgespannte Stange, wenigstens eine Nocke, wenigstens
ein hydraulischer Zylinder, wenigstens eine pneumatische Vorrichtung
oder wenigstens eine piezoelektrische Vorrichtung und wenigstens
eine Sinusfeder sein kann.
-
Gemäß Darstellung
in 2 ist das Dichtungsringsegment 22 aus
der Abstandsposition in die geschlossene innerste Abdichtungsposition
mit kleinem Abstand bewegbar, in welcher ein kleiner Abstandsspalt
Z zwischen der Turbinenwelle 12 und der Dichtfläche 44 des
Dichtungsringsegmentes 22 erzeugt wird. Das Dichtungsringsegment 22 wird
in diese "Abdichtungs"-Position bewegt,
wenn während
eines Betriebs der Dampfturbine 10 ein Fluidmedium, wie
z.B. Dampf, in die ringförmige
Nut 38 der feststehenden Turbinenzwischenscheibe 14 aus
einer Hochdruckquelle eingelassen wird. Das Fluidmedium bildet einen
Druck gegen das Dichtungsringsegment 22 aus und spannt
das Segment 22 gegen die Vorspannung der Betätigungskomponente 34 vor,
und bewegt somit das Dichtungsringsegment 22 auf die Rotationsturbinenwelle 12 zu
und reduziert den Abstandsspalt, bis schließlich eine Dichtung mit der
Turbinenwelle 12 ausgebildet wird.
-
Gemäß Darstellung
in den Zeichnungen ist das Dichtungsringsegment 22 zu einer
radialen Bewegung über
eine Strecke X zwischen der offenen Position mit großem Abstand
und der geschlossenen Position mit kleinem Abstand fähig. Die
Strecke X ist in der radialen Einwärtsrichtung durch die Reaktion der
Begrenzungskomponente 70 gegenüber der zweiten tragenden Fläche 62 des
Trägerrings 36 begrenzt.
Die Strecke X ist in der radial auswärts gerichteten Richtung durch
die Reaktion des Dichtungsrings 21 gegenüber der
vierten tragenden Fläche 64 des
Trägerrings 36 begrenzt.
In vorteilhafter Weise kann diese Strecke X genau durch eine Veränderung der
radialen Länge
der Verlängerungskomponente 72 und/oder
durch Verändern
der Anordnung der zweiten tragenden Fläche 62 in Bezug auf
die vierte tragende Fläche 64 verändert werden.
Beispielsweise würde
eine Verlängerungskomponente 72 mit
einer größeren radialen
Länge einen
größeren Weg durch
die Öffnung 56 des
Trägerrings 36 ermöglichen,
bevor ein Kontakt zwischen dem Dichtungsring 21 und der
zweiten oder vierten Fläche 62 oder 64 des
Trägerrings 36 erfolgt,
und somit die Strecke X vergrößern. Entsprechend
würde eine
Verringerung der radialen Dicke der Verlängerungskomponente 72 eine
geringere Bewegung des Dichtungsrings 21 in Bezug auf den
Trägerring 36 ermöglichen,
und somit die Strecke X verkleinern.
-
In
einer exemplarischen Ausführungsform
ist die Strecke X angenähert
1,27 mm (0,05 inches) bis 2,29 mm (0,09 inches) und bevorzugt 1,78
mm (0,07 inches). Die Betätigungskomponente 34 ist
so konfiguriert, dass die Dichtungsringanordnung 20 in
der offenen Position mit großem
Abstand für
Drücke
innerhalb der Turbine 10 von weniger als 3,45 bar (50 psi)
gehalten wird. Bei Drücken
größer als
angenähert
3,45 bar (50 psi) liegt die Befestigungskomponente 58 an
der Betätigungskomponente 34 an
und drückt
diese zusammen, um somit den Dichtungsring in der geschlossenen
Position mit kleinem Abstand zu positionieren.
-
Gemäß Darstellung
in 1 verwendet jedes Dichtungsringsegment 22, 24, 26, 28, 30 und 32 zwei
Betätigungskomponenten 34.
Der Trägerring 36 enthält eine Öffnung 56 für jede Betätigungskomponente 34.
Somit enthalten, wenn der Trägerring 36 mehrere
Segmente enthält,
welche jeweils einem von den Dichtungsringsegmenten entsprechen,
die Segmente des Trä gerrings 36 zwei
von den Öffnungen 56,
wie es in 4 dargestellt ist. Die Dichtungsringanordnung 20 kann
weniger oder mehr von den Betätigungskomponenten 34 nach
Wunsch enthalten. Beispielsweise kann jedes Segment 22, 24, 26, 28, 30 und 32 eine,
drei oder mehr Betätigungskomponenten 34 nutzen.
Alle von den Segmenten 22, 24, 26, 28, 30 und 32 können eine
gleiche Anzahl der Betätigungskomponenten 34 oder
veränderbare
Anzahlen von Betätigungskomponenten 34 wie
es für
die spezielle Anwendung der Erfindung geeignet ist, enthalten.
-
Gemäß den 1 und 5-8 enthält die Dichtungsringanordnung 20 ferner
ein Halterungselement 84 an jeder von den horizontalen
Verbindungsstellen 40 und 42. Das Halterungselement 84 ist
im Wesentlichen bei den horizontalen Verbindungsstellen 40 und 42 an
den Segmenten des Trägerrings 21,
der in der unteren zweiten Hälfte 18 der Turbinenzwischenwand
angeordnet ist, befestigt. Somit sind in der exemplarischen Ausführungsform
Halterungselemente 84 an Enden der Dichtungsringsegmente 22 und 26 unmittelbar
bei den entsprechenden horizontalen Verbindungsstellen 40 und 42 angeordnet. 5 ist
eine Querschnittsansicht der Dichtungsringanordnung 20 an
der horizontalen Verbindungsstelle 40 entlang der Achse
B-B. gemäß Darstellung
erstreckt sich das Halterungselement 84 von dem Dichtungsringsegment 22 radial
nach außen.
In dieser exemplarischen Ausführungsform
ist das Halterungselement 84 mit dem Dichtungsringsegment 22 über Schrauben 86 verbunden.
Natürlich
ist diese Art von Befestigung rein veranschaulichend. Das Halterungselement
kann an dem Dichtungsringsegment 22 angeschweißt sein,
in einem Stück
damit ausgebildet sein, usw.
-
Das
Halterungselement 84 dient zur Positionierung und Beibehaltung
der Position des Dichtungsringsegmentes 22 in Bezug auf
den Trägerring 36,
um einen Bogenblockierungszustand zu verhindern. 7 stellt
eine isolierte Ansicht einer Seite des Trägerrings 36 von 2 dar. 8 ist
eine Teilansicht der Seite des Trägerrings 36 entlang
der Achse C-C von 7.
Aus dieser Ansicht ist es offensichtlich, dass der Abschnitt des
Trägerrings 36,
welcher die dritte tragende Fläche 63 begrenzt,
in Umfangsrichtung in Bezug auf die Abschnitte des Trägerrings 36 zurückgesetzt
ist, welche die tragenden Flächen 60 und 62 ausbilden.
Diese Rücksetzungsanordnung
begrenzt eine Aussparung 58, die für die Aufnahme des Halterungselementes 84 konfiguriert ist.
D.h., das Halterungselement 84 erstreckt sich radial von
dem Dichtungsring 22 nach außen, und wird in der Aussparung 88 des
Trägerrings 36 aufgenommen
und festgehalten, wie es am besten in den 4 und 9 dargestellt
ist. Auf diese Weise sichert das Halterungselement 84 das
Dichtungsringsegment 22 auf dem entsprechenden Segment
des Trägerrings 36 und
verhindert eine Umfangsbewegung des ersteren in Bezug auf das letztere.
D.h., das Halterungselement 84 hält das Dichtungsringsegment 22 in
einer festen Umfangsposition in Bezug auf das Trägerringsegment und verhindert
somit Schwerkraft induzierte Umfangsabwärtsbewegungen des Dichtungsringsegmentes 22.
Dieses stellt sicher, dass während des
Betriebs der Dampfturbine 10 das Dichtungsringsegment 22 nicht
nach unten gleitet und sich über oder
unter das benachbarte Dichtungsringsegment 24 in eine Bogenblockierungsposition
gleitet. Erkennbar ermöglicht
das Halterungselement 84 eine radiale Bewegung des Dichtungsringsegmentes 22,
um einen veränderbaren
Abstand des Dichtungsringes 21 zu ermöglichen, verhindert jedoch
eine Umfangsbewegung des Segmentes 22.
-
10 stellt
eine Querschnittsansicht der Trägerringanordnung 20 entlang
der Achse D-D von 1 dar. D.h., diese Ansicht stellt
das Dichtungsringsegment 28 an der Betäti gungskomponente 34 in der
Nähe zu
der horizontalen Verbindungsstelle 42 dar. In der oberen
ersten Zwischenwandhälfte 16 ist die
Bogenblockierung kein Problem. Somit wird das Halterungselement 84 bei
den Segmenten 28 und 32 nicht verwendet. Hier
wird eine Madenschraube 90, verwendet, um den Träger innerhalb
der ringförmigen Nut 38 der
Turbinenzwischenwand 14 zu halten. Dieses ist insbesondere
während
des anfänglichen
Einsetzens der Segmente des Trägerrings 36 in
der Nut 38 vorteilhaft, um die Trägersegmente in der oberen Hälfte der
ringförmigen
Nut 38 während
des Einbaus der Dichtungsringanordnung 20 zu halten.
-
Gemäß den 1 und 11-14 enthält die Dichtungsringanordnung
ferner eine Ausrichtungsanordnung 92, die zwischen benachbarten Dichtungsringsegmenten 22 und 24,
Segmenten 24 und 26, Segmenten 28 und 30 und
Segmenten 30 und 32 angeordnet ist. D.h., die
Ausrichtungsanordnung 92 wird zwischen allen Dichtungsringsegmenten
außer
an den horizontalen Verbindungsstellen 40 und 42 verwendet.
Im Wesentlichen weist die Ausrichtungsanordnung 92 eine
Anordnung auf, welche für
eine korrekte radiale Bewegung der Dichtungsringsegmente 22, 24, 26, 28, 30 und 32 sorgt,
aber keine unerwünschte
Fehlausrichtung dieser zulässt. In
einer exemplarischen Ausführungsform
weist die Ausrichtungsanordnung 92 einen Keil 94 auf,
welcher an einem von dem Paar benachbarter Dichtungsringsegmente
befestigt ist und sich davon aus in Umfangsrichtung erstreckt. Beispielsweise
ist gemäß Darstellung
in den 11-14 der
Keil 94 in dem Dichtungsringsegment 22 befestigt
und erstreckt sich teilweise daraus hervor. Hier kann der Keil 94 innerhalb
einer Öffnung 96 des
Segmentes 22 über
einen Reibungssitz, über
eine Madenschraube, über
eine vertiefte Schweißnaht,
usw. befestigt sein. Alternativ kann der Keil 94 in einem
Stück mit
dem Segment 22 ausgebildet sein. Der Ab schnitt des sich aus
dem Dichtungsringsegment 22 erstreckenden Keils 94 wird
in einer Öffnung 98 des
benachbarten Dichtungsringsegmentes 24 aufgenommen. Die Öffnung 98 weist
eine größere Querschnittsfläche als die
des sich erstreckenden Abschnittes des Keils 94 auf, so
dass sich der Keil 94 leicht in die Öffnung 98 bewegen
kann. Diese Anordnung ordnet die Enden benachbarter Dichtungsringsegmente 22 und 24 zu, um
deren Bogenblockierung zu verhindern, erlaubt aber jedoch noch die
gewünschte
radiale Bewegung der Segmente 22 und 24, um deren
druckinduzierte veränderbare
Abstandspositionierung zu erzeugen.
-
Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf eine exemplarische Ausführungsform
beschrieben wurde, dürfte
es sich für
den Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen
werden und Äquivalente
deren Elemente ersetzen können,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele
Modifikationen ausgeführt
werden, um eine spezielle Situation oder eine Substanz an die Lehren der
Erfindung ohne Abweichung von deren Schutzumfang anzupassen. Daher
ist es wichtig, dass die Erfindung nicht auf die als die für die beste
Ausführungsart
betrachtete Ausführung
dieser Erfindung offenbarte spezielle Ausführungsform beschränkt ist, sondern
dass die Erfindung alle Ausführungsformen mit
umfasst, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen. Ferner bezeichnet,
soweit nicht anderweitig speziell festgestellt, jeder Gebrauch der Begriffe:
erster, zweiter, usw. keine Bedeutungsreihenfolge, sondern die Begriffe
erster, zweiter, usw. werden nur zur Unterscheidung eines Elementes
von einem anderen verwendet.
-
- 10
- Dampfturbine
- 12
- Turbinenwelle
- 14
- Turbinenzwischenwand
- 16
- Erste
Zwischenwandhälfte
- 18
- Zweite
Zwischenwandhälfte
- 20
- Dichtungsringanordnung
- 21
- Dichtungsring
- 22
- Erstes
Dichtungsringsegment
- 24
- Zweites
Dichtungsringsegment
- 26
- Drittes
Dichtungsringsegment
- 28
- Viertes
Dichtungsringsegment
- 30
- Fünftes Dichtungsringsegment
- 32
- Sechstes
Dichtungsringsegment
- 34
- Betätigungskomponente
- 36
- Trägerring
- 38
- Ringförmige Nut
- 40
- Horizontale
Verbindungsstelle
- 42
- Horizontale
Verbindungsstelle
- 44
- Dichtfläche
- 46
- Zähne
- 48
- Vorsprünge
- 50
- Flansch
- 52
- Erster
Abschnitt
- 54
- Zweiter
Abschnitt
- 56
- Öffnung
- 58
- Befestigungskomponente
- 60
- Erste
tragende Fläche
- 62
- Zweite
tragende Fläche
- 63
- Dritte
tragende Fläche
- 64
- Vierte
tragende Fläche
- 70
- Begrenzungskomponente
- 71
- Madenschraube
- 72
- Verlängerungskomponente
- 76
- Gewindelöcher
- 78
- Erstes
Ende
- 80
- Zweites
Ende
- 82
- Abstandsspalt
- 84
- Halterungselement
- 86
- Schrauben
- 88
- Aussparung
- 90
- Madenschraube
- 92
- Ausrichtungsanordnung
- 94
- Keil
- 96
- Öffnung
- 98
- Öffnung
- Y
- Großer Abstandsspalt
- Z
- Kleiner
Abstandsspalt
- X
- Radiale
Strecke