DE102008021117A1

DE102008021117A1 - Verfahren und Gerät zur Abdichtung in drehenden Maschinen

Info

Publication number: DE102008021117A1
Application number: DE102008021117A
Authority: DE
Inventors: Jason Paul Mortzheim
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2008-11-06
Also published as: FR2915549A1; JP2008275158A; US7744092B2; US20080265514A1; JP5265242B2; RU2008117188A; RU2455497C2

Abstract

Eine Dichtungsanordnung (300) für eine drehende Maschine (10) mit einer drehenden Komponente (200) und einer stationären Komponente (100) wird zur Verfügung gestellt. Die Dichtungsanordnung (300) umfasst ein Paar beabstandeter Wände - eine bewegliche Vorderwand (314) und eine bewegliche Rückwand (316) - wobei die Rückwand der Vorderwand so gegenüberliegt, dass eine Öffnung zwischen beiden definiert wird; außerdem umfasst die Dichtungsanordnung eine Vielzahl in der Öffnung angeordneter flexibler Dichtungsplättchen (320), wobei die Vorder- und die Rückwand in Bezug auf eine zentrale Drehachse der drehenden Komponente axial einstellbar sind, um die Breite der Öffnung selektiv anzupassen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Anmeldung bezieht sich allgemein auf drehende Maschinen und insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zum Abdichten einer drehenden Maschine.
Zumindest einige bekannte drehende Maschinen wie unter anderem Dampfturbinen und Gasturbinen enthalten eine Vielzahl von Dichtungsanordnungen in einem Dampf- oder Luft-Strömungsweg, um die Betriebsleistung der drehenden Maschine zu verbessern. Zumindest einige bekannte Dichtungsanordnungen sind zwischen einer stationären Komponente und einer drehenden Komponente und/oder zwischen einem Hochdruck- und einem Niederdruckbereich angeordnet. Um beispielsweise einen Schubausgleich zu ermöglichen, kann ein Turbinenrotor gegenüber einem mitwirkenden Stator abgedichtet sein, um die Aufrechterhaltung eines höheren Druckes in einer Vorwärtsrichtung des Rotors, im Vergleich zu einem niedrigeren Druck in einer Rückwartsrichtung des Rotors zu ermöglichen.
Zumindest einige bekannte Dichtungsanordnungen umfassen Dichtungen wie unter anderem Bürstendichtungen, Lamellendichtungen und/oder Wellendichtungen (shingle seals). Bekannte Lamellen- und Wellendichtungen umfassen eine Anordnung mehrschichtiger flexibler Platten, bekannt als Dichtungsplättchen, die in einer Umfangsrichtung um eine zentrale Drehachse einer drehenden Komponente ausgerichtet und geneigt sind. Genauer gesagt sind die Dichtungs- Plättchen allgemein dafür eingerichtet, während verschiedener Betriebsstufen der drehenden Maschine mit dem Rotor oder der drehenden Komponente im Eingriff zu stehen oder nicht im Eingriff zu stehen. Beispielsweise sind während des Abschaltens des Turbinentriebwerks Spitzen der Dichtungsplättchen im Allgemeinen in Kontakt mit einer drehenden Komponente. Während der Rotation der drehenden Komponente wirken im Allgemeinen verschiedene Kräfte auf die Dichtungsplättchen ein, um eine Ablenkung der Plättchen nach oben und unten zu bewirken. Derartige Kräfte umfassen unter anderem Dichtungsplättchen-Rotor-Kontaktkräfte, hydrodynamische Hubkräfte und Differenzdruckkräfte. Die Dichtungsplättchen-Rotor-Kontaktkräfte werden durch einen anfänglichen Kontakt von Dichtungsplättchen und drehenden Komponente erzeugt. Hydrodynamische Hubkräfte werden durch die Rotation der drehenden Komponente erzeugt. Die Differenzdruckkräfte umfassen Differenzdruck-Hubkräfte und radial einwärts wirkende Blow-down-Kräfte (Schließkräfte), die durch Differenzdruckänderungen, das Gewicht des Dichtungsplättchens und/oder die Neigung des Dichtungsplättchens erzeugt werden. Da ein Abstand in vernachlässigbarer Größe zwischen den Spitzen der Dichtungsplättchen und der drehenden Komponente eine Verringerung der Abnutzung der Dichtungsplättchen ermöglicht, ist ein Ausgleich oder ein wirkungsvoller Einsatz derartiger auf die Dichtungsplättchen einwirkenden Kräfte wünschenswert, um sicherzustellen, dass die Spitzen der Dichtungsplättchen während der Rotation des Rotors von der drehenden Komponente gelöst sind.
Zumindest einige bekannte Dichtungsanordnungen umfassen ein Dichtungsgehäuse und eine einstellbare Vorrichtung zur Steuerung des Abstands, die mit der stationären Komponente verbunden ist. Das Dichtungsgehäuse um fasst zumindest eine Vorderwand an der Hochdruckseite, die von einer Rückwand auf der Niederdruckseite durch einen Spalt fester Größe – die vom Hersteller festgelegt wird – getrennt ist. Die Vorrichtung zur Steuerung des Abstands betätigt das Dichtungsgehäuse mit den Dichtungsplättchen, um den Abstand zwischen den Spitzen der Dichtungsplättchen und der drehenden Komponente einzustellen.
Derartige Dichtungsanordnungen werden dazu verwendet, um die Luftleckage durch den Abstand zu verringern und einen Differenzdruck zwischen verschiedenen Maschinenkomponenten aufrechtzuerhalten, indem die Dichtungsplättchen radial betätigt werden. Im Allgemeinen zeigen innerhalb derartiger Dichtungen die Vorderwand an der Hochdruckseite und die Rückwand an der Niederdruckseite des Dichtungsgehäuses im Wesentlichen keinen Druckabfall. Ein Druckabfall ist vielmehr hauptsächlich an den Dichtungsplättchen der Dichtungsanordnung festzustellen. Daher erfordert jede Einstellung des Dichtungsgehäuses mit den Dichtungsplättchen im Allgemeinen eine Vorrichtung, die extreme Kräfte überwinden kann, wie unter anderem Differenzdruckkräfte und Reibungskräfte. Aufgrund radialer Einstellungen der Dichtungsanordnung können bekannte Vorrichtungen zur Steuerung des Abstands die Lebensdauer der Dichtungsanordnung verringern und die Gesamtunterhaltskosten der Maschine erhöhen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Abdichtung einer drehenden Maschine mit einer drehenden Komponente und einer stationären Komponente zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die Bereit stellung einer Vielzahl flexibler Dichtungsplättchen in einer Öffnung, die von einem Paar beabstandeter Wände definiert wird, zu dem eine einstellbare Vorderwand und eine einstellbare Rückwand gehören, wobei die Rückwand der Vorderwand gegenüberliegt. Das Verfahren umfasst auch die Einstellung der Öffnungsbreite durch die axiale Einstellung der Vorder- und/oder Rückwand mit Bezug auf eine zentrale Drehachse der drehenden Komponente.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt wird eine Dichtungsanordnung für eine drehende Maschine mit einer drehenden Komponente zur Verfügung gestellt. Die Dichtungsanordnung umfasst ein Paar beabstandeter Wände, bestehend aus einer beweglichen Vorderwand und einer beweglichen Rückwand. Die Rückwand liegt der Vorderwand so gegenüber, dass eine Öffnung zwischen beiden definiert wird. Die Dichtungsanordnung umfasst auch eine Vielzahl von in der Öffnung angeordneten flexiblen Dichtungsplättchen. Die Vorder- und die Rückwand sind in Bezug auf eine zentrale Drehachse der drehenden Komponente axial einstellbar, um die Breite der Öffnung selektiv einzustellen.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt wird eine drehende Maschine zur Verfügung gestellt. Die drehende Maschine umfasst eine gegen Rotation gesicherte stationäre Komponente und eine drehende Komponente mit einer Drehachse. Die drehende Komponente liegt der stationären Komponente gegenüber. Die drehende Maschine umfasst auch eine mit der stationären Komponente verbundene Dichtungsanordnung. Die Dichtungsanordnung umfasst ein Paar zueinander beabstandeter Wände, das aus einer beweglichen Vorderwand und einer beweglichen Rückwand besteht. Die Rückwand liegt der Vorderwand so gegenüber, dass zwischen beiden eine Öff nung definiert wird. Die Dichtungsanordnung umfasst auch eine Vielzahl in der Öffnung angeordneter flexibler Dichtungsplättchen. Die Vorder- und die Rückwand sind in Bezug auf eine zentrale Drehachse der drehenden Komponente einstellbar, um die Breite der Öffnung selektiv einzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Teilperspektive eines Teils einer beispielhaften drehende Maschine mit einer Dichtungsanordnung;
2 ist ein Querschnitt der in 1 gezeigten Dichtungsanordnung;
3 ist ein vergrößerter Querschnitt eines vorderen Teils der in 2 gezeigten Dichtungsanordnung;
4 ist eine Schemadarstellung der in 3 dargestellten Dichtungsanordnung;
5 ist eine Schemadarstellung einer alternativen Ausführungsform einer Dichtungsanordnung, die mit der in 1 gezeigten drehenden Maschine verwendet werden kann;
6 ist eine Schemadarstellung einer anderen alternativen Ausführungsform einer Dichtungsanordnung, die mit der in 1 gezeigten drehenden Maschine verwendet werden kann, und
7 ist eine Schemadarstellung einer noch anderen alternativen beispielhaften Dichtungsanordnung, die mit der in 1 gezeigten drehenden Maschine verwendet werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hier beschriebenen beispielhaften Verfahren und Geräte überwinden die mechanischen Nachteile bekannter Dichtungsanordnungen wie unter anderem radial einstellbarer Dichtungsanordnungen.
Es werden verschiedene beispielhafte Details mit Bezug auf die 1–7 beschrieben, in denen dieselben Bezugszeichen dieselben Teile kennzeichnen.
Es ist zu beachten, dass „axial" der Verständlichkeit halber in dieser Anmeldung durchweg verwendet wird, um Richtungen und Ausrichtungen zu bezeichnen, die sich von der linken Seite der Seite zur rechten und umgekehrt erstrecken. Es ist auch zu beachten, dass „axial" verwendet wird, um Richtungen und Ausrichtungen zu bezeichnen, die im Wesentlichen parallel zu einer zentralen Drehachse der drehenden Maschine verlaufen.
Es ist zu beachten, dass „radial" der Verständlichkeit halber in dieser Anmeldung durchweg verwendet wird, um Richtungen und Ausrichtungen zu bezeichnen, die sich von der Unterkante der Seite zur Oberkante und umgekehrt erstrecken. Es ist auch zu beachten, dass „radial" verwendet wird, um Richtungen und Ausrichtungen zu bezeichnen, die im Wesentlichen senkrecht zu den "axial" angeordneten Bestandteilen verlaufen.
Es ist auch zu beachten, dass „Umfangs-" und „in Umfangsrichtung" der Verständlichkeit halber in dieser Anmeldung durchweg verwendet werden, um Richtungen zu bezeichnen, die die zentrale Drehachse der Maschine umschreiben.
1 zeigt eine Teilperspektive einer beispielhaften drehenden Maschine 10. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst die drehende Maschine 10 eine stationäre Komponente 100, eine drehenden Komponente 200 und eine Dichtungsanordnung 300. Beispielsweise kann die drehende Maschine 10 ein Gas- oder Dampfturbinentriebwerk mit einem feststehenden Stator und einem drehbaren Rotor sein. Es ist jedoch zu beachten, dass die drehende Maschine 10 eine beliebige Maschine sein kann, wie unter anderem ein Gas- oder Dampfturbinentriebwerk, in der einer drehenden Komponente Energie zugeführt wird.
Die stationäre Komponente 100 enthält einen in ihr definierten Hohlraum 110 und ist im Wesentlichen koaxial in Bezug auf die drehenden Komponente 200 angeordnet, sodass eine zentrale Achse der stationären Komponente 100 im Wesentlichen koaxial mit einer zentralen Drehachse RA der drehenden Komponente 200 verläuft. Außerdem ist in der beispielhaften Ausführungsform die stationäre Komponente 100 von einer Außenfläche 210 der drehenden Komponente 200 radial beabstandet. Es ist auch zu beachten, dass die stationäre Komponente 100 jede Komponente umfasst, die in Bezug auf andere Komponenten in der drehenden Maschine 10 gegen Rotation befestigt ist, und dass die drehenden Komponente 200 jede Komponente umfasst, die um eine zentrale Drehachse rotiert.
In der beispielhaften Ausführungsform umfasst die Dichtungsanordnung 300 ein Dichtungsgehäuse 310 und eine Vielzahl von Dichtungsplättchen 320. Das Dichtungsgehäuse 310 umfasst eine oberste Wand 312 und zwei im Wesentlichen parallele Wände – eine Vorderwand 314 und eine Rückwand 316 – die zwischeneinander einen Hohlraum 318 definieren. Die Dichtungsplättchen 320 sind an der obersten Wand 312 so montiert, dass sie teilweise innerhalb des Hohlraums 318 angeordnet, ausgerichtet und geneigt sind. Die Dichtungsanordnung 300 ist zwischen der stationären Komponente 100 und der drehenden Komponente 200 angeordnet, um die Abdichtung eines zwischen beiden definierten Spalts zu ermöglichen. Obwohl die beschriebene Dichtungsanordnung 300 ein Dichtungsgehäuse 310 zum Anbringen der Dichtungsplättchen 320 an der stationären Komponente 100 enthält, ist zu beachten, dass die oberste Wand 312 des Dichtungsgehäuses 310 auch entfernt werden kann, so dass die Vorderwand 314, die Rückwand 316 und die Dichtungsplättchen 320 direkt an dem Hohlraum angebracht sind.
2 ist ein Querschnitt der Dichtungsanordnung 300. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Dichtungsplättchen 320 in Umfangsrichtung um die zentrale Drehachse RA der drehenden Komponente 200 ausgerichtet und geneigt. Die radial äußeren Endteile 321 der Dichtungsplättchen 320 sind neben der stationären Komponente 100 beabstandet, und die radial inneren Spitzen 322 der Dichtungsplättchen 320 sind in dichter Anordnung neben der Außenfläche 210 der drehenden Komponente 200 beabstandet.
Als Ergebnis kann eine minimale Menge Dampf oder Luft durch die Dichtungsanordnung 300 strömen, um die Ausführung von Funktionen wie unter anderem die Reinigung von Hohlräumen, die Kühlung von Komponenten und/oder das Verhindern des Kontaktes zwischen Heißdampf oder Heißluft und bestimmten Komponenten der drehenden Maschine 100 zu ermöglichen. Beispielsweise ermöglicht es die Dichtungsanordnung 300, dass der Luftstrom AF (in 1 gezeigt), näher bei den radial äußeren Endteilen 321 als bei den Spitzen 322 der Dichtungsplättchen zwischen den Dichtungsplättchen 320 hindurchgeleitet wird. Die Dichtungsplättchen 320 ermöglichen die Steuerung einer Luft- oder Dampfleckage, die auf einem gewünschten Weg durch die Dichtungsanordnung 300 strömt.
3 ist ein vergrößerter Querschnitt eines vorderen Teils der Dichtungsanordnung 300. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Spitzen 322 der Dichtungsplättchen von der drehenden Komponente 200 während einer Rotation der drehenden Komponente 200 in der Drehrichtung RD beabstandet. Verschiedene Arbeitsvorgänge der drehenden Maschine, wie unter anderem das Starten, Drehen oder Anhalten der drehenden Maschine können eine radiale Verlagerung der stationären Komponente 100 und der Drehenden Komponente 200 von ihren ursprünglichen Anfangspositionen bewirken.
Beispielsweise zeigen bekannte Rotoren und Statoren unterschiedliche Reaktionen in verschiedenen Betriebsstufen einer drehenden Maschine. Beim Starten kann der Rotor beispielsweise in einer Drehrichtung wie der Drehrichtung RD drehen und sich radial auf den Stator zu bewegen. Bei steigenden Betriebstemperaturen kann der Stator sich dann durch thermische Ausdehnung radial von dem Rotor weg bewegen. Beim Abschalten der drehenden Maschine kann der Ausdehnungsprozess umgekehrt werden. Daher werden zumindest bei einigen bekannten Dichtungsanordnungen die Dichtungsplättchen radial eingestellt und betätigt, um den zwischen den Spitzen der Dichtungsplättchen und einer drehenden Komponente definierten Abstand zu steuern. Zumindest einige bekannte radial einstellbare Dichtungsplättchen-Betätigungsvorrichtungen sind im Allgemeinen in ihren Möglichkeiten eingeschränkt und weniger genau, was den Ausgleich von Kräften wie unter anderem Dichtungsplättchen-Rotor-Kontaktkräften („BF"), hydrodynamischen Hubkräften, Differenzdruckkräften (DF) und Reibungskräften (FF) betrifft.
In der beispielhaften Ausführungsform wirken die oben genannten Kräfte auch auf die Dichtungsplättchen 320 ein und verändern sich im Allgemeinen während unterschiedlicher Betriebsstufen der drehenden Maschine 10. Im Vergleich mit bekannten Dichtungsanordnungen ermöglicht die Dichtungsanordnung 300 durch die Bereitstellung einer axial einstellbaren Vorrichtung eine verbesserte Steuerung des zwischen den Spitzen 322 der Dichtungsplättchen und der drehenden Komponente 200 definierten Abstands. Als Ergebnis bietet die Dichtungsanordnung 300 eine verbesserte Steuerung der Dampf- oder Luftleckage zwischen den Spitzen 322 der Dichtungsplättchen und der drehenden Komponente 200 während unterschiedlicher Betriebsstufen der drehenden Maschine 10, wie es unten detaillierter beschrieben wird.
4 ist eine Schemadarstellung der Dichtungsanordnung 300. In der beispielhaften Ausführungsform ist ein erster axialer Spalt 330 mit einer Breite X1 zwischen der Vorderwand 314 und den Dichtungsplättchen 320 definiert. Zusätzlich ist ein zweiter axialer Spalt 332 mit einer Breite X2 zwischen den Dichtungsplättchen 320 und der Rückwand 316 definiert. Durch die Veränderung der Breiten X1 und X2 der jeweiligen Spalte 330 und 332 kann der Dampf- oder Luftstrom durch die jeweiligen Spalte 330 und 332 gesteuert werden. Außerdem kann auch ein Abstand 324 zwischen den Spitzen 322 der Dichtungsplättchen und der drehenden Komponente 200 während unterschiedlicher Betriebsstufen der drehenden Maschine 10 verändert werden.
In der beispielhaften Ausführungsform umfasst die Dichtungsanordnung 300 die axial einstellbaren Betätigungsvorrichtungen 326 und 328, die als die Vorderwand 314 und Rückwand 316 des Dichtungsgehäuses 310 ausgebildet sind. In einer Ausführungsform sind beispielsweise die Vorderwand 314 und Rückwand 316 aus Formgedächtnislegierungen wie unter anderem Nickel-Titan-, Silber-Kadmium-, Kupfer-Aluminium-Nickel-, Kupfer-Zink-Aluminium-, und/oder Eisen-Mangan-Silikon- Legierungen hergestellt. Derartige Formgedächtnislegierungen nehmen ihre ursprüngliche Form wieder an, nachdem sie einer aus einer Erwärmung auf Temperaturen oberhalb der Umwandlungstemperatur der Legierung resultierenden Formveränderung und/oder Beanspruchung ausgesetzt waren. Genauer gesagt sind Formgedächtnislegierungen Metalle mit Materialeigenschaften, die als Reaktion auf Veränderungen der Temperatur und/oder des elektromagnetischen Feldes ihre Form, Position, Steifigkeit, natürliche Frequenz, und/oder andere mechanische Eigenschaften verändern.
Derartige Formgedächtnislegierungen durchlaufen beispielsweise Phasenumwandlungen, die die Atome in der Kristallstruktur der Legierung neu anordnen, sodass die Legierung zwischen einer ursprünglichen Form und verformten Formen wechseln kann. Da Formgedächtnislegierungen bei bestimmten Phasenumwandlungstemperaturen kristalline Phasenumwandlungen durchlaufen, entwickeln Formgedächtnislegierungen große Kräfte, die erzeugt werden, wenn während der Umwandlung irgendein Widerstand auftritt, und die die Auslösung großer Bewegungen für die Rückstellung großer Verformungen ermöglichen.
Durch die Veränderung der Breiten X1 und X2 der Spalte 330 und 332, wird auch der auf die Dichtungsplättchen 320 einwirkende Dampf- oder Luftstrom verändert. Als Ergebnis wird die Druckverteilung in der Dichtungsanordnung 300 verändert, was Bewegung bewirkt, d. h. ein Anheben und Absenken der Dichtungsplättchen 320. Ist beispielsweise die Spaltbreite X1 größer als die Spaltbreite X2, dann kann die Gesamt-Druckverteilung bewirken, dass die Spitzen 322 der Dichtungsplättchen sich auf die drehende Komponente 200 zu bewegen. Ist andererseits die Spaltbreite X1 kleiner als die Spaltbreite X2, kann eine Gesamt-Hubkraft erzeugt werden, um die Spitzen 322 der Dichtungsplättchen näher zum Dichtungsgehäuse 310 zu verlagern. Durch Veränderung der Breite X1 des Spaltes 330 und der Breite X2 des Spaltes 332, kann die auf die Dichtungsanordnung 300 einwirkende Gesamt-Druckverteilung gesteuert und selektiv zwischen der Vorderwand 314, der Rückwand 316, und den Dichtungsplättchen 320 aufgeteilt werden.

Die untenstehende Tabelle zeigt beispielhafte Ergebnisse einer analytischen Untersuchung der Auswirkungen der Veränderung der Entfernung zwischen dem axialen Spalt 330 („vorderer Spalt) und dem axialen Spalt 332 („hinterer Spalt). Wie in der Tabelle gezeigt, können Änderungen der Massedurchflüsse und der Drehmomentwerte durch Einstellung des vorderen und/oder hinteren Spalts erreicht werden.

ID. Nr	Vord. Spalt	Hint. Spalt	Spitzen-Spalt	DP	Drehmoment N-m				Strom
	mm	mm	Micron	psi	SL1	SL2	SL3	Gesamt	kg/s
1	0.05	0.15	1	50	3.937E-01	–3.957E-01	2.950E-03	9.722E-04	1.662E-05
2	0.1	0.1	1	50	6.559E-01	–6.598E-01	3.118E-03	–7.248E-04	2.051 E-05
3	0.15	0.05	1	50	7.854E-01	–7.892E-01	3.269E-03	–6.055E-04	1.523E-05

4	0.05	0.15	1	500	5.390E+00	–5.420E+00	3.156E-02	1.561E-03	2.601E-04
5	0.1	0.1	1	500	7.3515+00	–7.394E+00	3.548E-02	–7.506E-03	2.829E-04
6	0.15	0.5	1	500	8.394E+00	–8.443E+00	3.880E-02	–9.596E-03	2.420E-04

7	0.05	0.15	10	50	3.925E-01	–3.944E-01	2.973E-03	1.033E-03	1.610E-05
8	0.1	0.1	10	50	6.555E-01	–6.594E-01	3.117E-03	–7.263E-04	2.009E-05
9	0.15	0.05	10	50	7.854E-01	–7.892E-01	3.269E-03	–6.055E-04	1.483E-05

10	0.05	0.15	10	500	5.400E+00	–5.430E+00	3.183E-02	2.216E-03	2.493E-04
11	0.1	0.1	10	500	7.322E+00	–7.364E+00	3.529E-02	–6.998E-03	2.762E-04
12	0.15	0.05	10	500	8.369E+00	–8.418E+00	3.852E-02	–1.036E-02	2.352E-04

Beispielsweise weist in der Tabelle ein negativer Gesamt wert für das. Drehmoment auf eine insgesamt absenkende Kraft zur Absenkung der Dichtplättchen-Spitzen 322 hin, wenn der vordere Spalt 330 größer als der hintere Spalt 332 ist. Andererseits weist ein positiver Gesamtwert für das Drehmoment auf eine insgesamt anhebende Kraft zur Anhebung der Dichtungsplättchen-Spitzen 322 hin, wenn der vordere Spalt 330 kleiner als der hintere Spalt 332 ist. Es sind jedoch beide Kraftarten wünschenswert, um die Optimierung der Abstände bei unterschiedlichen Betriebsstufen der Maschine wie unter anderem Start-, Betriebs- und Abschaltzyklen zu ermöglichen.
Durch die axiale Einstellung und Betätigung der Vorderwand 314 und der Rückwand 316 kann ein Druckabfall zwischen der Vorderwand 314, der Rückwand 316 und den Dichtungsplättchen 322 aufgeteilt werden, im Gegensatz zu einigen bekannten radial einstellbaren Dichtungsanordnungen, in denen ein Hauptteil des Druckabfalls sich im Wesentlichen auf die Dichtungsplättchen auswirkt. Außerdem sind während der axialen Einstellung die axial einstellbare Vorderwand 314 und Rückwand 316 im Vergleich mit einigen bekannten radial einstellbaren Dichtungsanordnungen geringeren Reibungskräften zwischen dem Dichtungsgehäuse 310 und dem Hohlraum 110 der stationären Komponente ausgesetzt. Ferner kann durch die axiale Einstellung und Betätigung der Vorderwand 314 und der Rückwand 316 der Abstand 324 im Vergleich mit einigen bekannten radial einstellbaren Dichtungsanordnungen genauer auf eine gewünschte Höhe – basierend auf einer Betriebsstufe der drehenden Maschine 10 – eingestellt werden
5 ist eine Schemadarstellung einer alternativen Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 340. Genauer gesagt ist die in 5 gezeigte Dichtungsanordnung die gleiche Dichtungsanordnung wie in 4, abgese hen von einigen Veränderungen hinsichtlich der Komponenten, die unten detaillierter beschrieben werden. In 5 gezeigte Komponenten, die mit in 4 dargestellten Komponenten identisch sind, sind in beiden Figuren durch dieselben Bezugeszeichen gekennzeichnet. Genauer gesagt umfasst in der in 5 dargestellten Ausführungsform die Dichtungsanordnung 340 anstelle der in 4 dargestellten Formgedächtnislegierungen die axial einstellbaren Betätigungsvorrichtungen 342 und 344, die mit der Vorderwand 314 und der Rückwand 316 des Dichtungsgehäuses 310 verbunden sind. Beispielsweise können die Vorderwand 314 und die Rückwand 316 mit der stationären Komponente 100 durch die Vorspannelemente 346 und 348 verbunden sein, die in den in der stationären Komponente 100 definierten Aussparungen 120 angeordnet sind. Durch die axiale Einstellung und Betätigung der Vorderwand 314 und der Rückwand 316 kann eine gesteuerte Druckverteilung und eine gesteuerte Größe des Abstands 324 zwischen den Spitzen 322 der Dichtungsplättchen und der drehenden Komponente 200 ermöglicht werden, um die oben mit Bezug auf 4 erörterten Vorteile zu erlangen.
6 ist eine Schemadarstellung einer anderen alternativen Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 350. Genauer gesagt ist die in 6 gezeigte Dichtungsanordnung die gleiche Dichtungsanordnung wie in 4, abgesehen von einigen Veränderungen hinsichtlich der Komponenten, die unten detaillierter beschrieben werden. In 6 gezeigte Komponenten, die mit in 4 dargestellten Komponenten identisch sind, sind in beiden Figuren durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Genauer gesagt umfasst in der in 6 dargestellten Ausführungsform die Dichtungsanordnung 350 anstelle der in 4 dargestellten Formgedächtnislegierungen die axial einstell baren Betätigungsvorrichtungen 352 und 354, die mit der Vorderwand 314 und der Rückwand 316 des Dichtungsgehäuses 310 verbunden sind. Beispielsweise können die Vorderwand 314 und die Rückwand 316 mit der stationären Komponente 100 durch die Balgvorrichtungen 356 und 358 verbunden sein, die in den in der stationären Komponente 100 definierten Aussparungen 120 angeordnet sind. Durch die axiale Einstellung und Betätigung der Vorderwand 314 und der Rückwand 316 kann eine gesteuerte Druckverteilung und eine gesteuerte Größe des Abstands 324 zwischen den Spitzen 322 der Dichtungsplättchen und der drehenden Komponente ermöglicht werden, um die oben mit Bezug auf 4 erörterten Vorteile zu erlangen.
7 ist eine Schemadarstellung einer anderen alternativen Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 360. Genauer gesagt ist die in 7 gezeigte Dichtungsanordnung die gleiche Dichtungsanordnung wie in 4, abgesehen von einigen Veränderungen hinsichtlich der Komponenten, die unten detaillierter beschrieben werden. In 7 gezeigte Komponenten, die mit in 4 dargestellten Komponenten identisch sind, sind in beiden Figuren durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Genauer gesagt umfasst in der in 7 dargestellten Ausführungsform die Dichtungsanordnung 360 anstelle der in 4 dargestellten Formgedächtnislegierungen die axial einstellbaren Betätigungsvorrichtungen 362 und 364, die mit der Vorderwand 314 und der Rückwand 316 des Dichtungsgehäuses 310 verbunden sind. Beispielsweise können die Vorderwand 314 und die Rückwand 316 mit der stationären Komponente 100 durch die piezoelektrischen Vorrichtungen 366 und 368 verbunden sein, die in den in der stationären Komponente 100 definierten Aussparungen 120 angeordnet sind. Durch die a xiale Einstellung und Betätigung der Vorderwand 314 und der Rückwand 316 kann eine gesteuerte Druckverteilung und eine gesteuerte Größe des Abstands zwischen den Spitzen 322 der Dichtungsplättchen und der drehenden Komponente ermöglicht werden, um die oben mit Bezug auf 4 erörterten Vorteile zu erlangen.
Obwohl hier die axial einstellbaren Betätigungsvorrichtungen 326, 328, 342, 344, 352, 354, 362, und 364, darunter Formgedächtnislegierungen, Vorspannelemente, Balgvorrichtungen und piezoelektrische Vorrichtungen beschrieben wurden, ist zu beachten, dass die axial einstellbaren Betätigungsvorrichtungen 326, 328, 342, 344, 352, 354, 362, und 364 jede Vorrichtung umfassen können, die die Vorderwand 324 und die Rückwand 316 axial einstellt oder betätigt, wie hier beschrieben.
Obwohl die stationäre Komponente 100 in einer Form beschrieben wird, die die in der stationären Komponente 100 definierten Aussparungen 120 umfasst, um die Anordnung der axial einstellbaren Betätigungsvorrichtungen 342, 344, 352, 354, 362 und 364 in ihnen zu ermöglichen, ist zu beachten, dass die axial einstellbaren Betätigungsvorrichtungen 342, 344, 352, 354, 362 und 364 auch direkt mit jeder Fläche der stationären Komponente 100 verbunden sein können, vorausgesetzt, dass die axial einstellbaren Betätigungsvorrichtungen 342, 344, 352, 354, 362 und 364 dafür ausgerichtet und eingerichtet sind, die Vorderwand 314 und die Rückwand 316 axial einzustellen oder zu betätigen.
In jeder beispielhaften Ausführungsform umfassen die oben beschriebenen Dichtungsanordnungen axial einstellbare Betätigungsvorrichtungen, die die Aufrechterhaltung eines Druckdifferenzials in einer drehenden Maschine ermöglichen. Als ein Ergebnis der axialen Betätigung der Vorder- und/oder Rückwand ist im Vergleich mit den Betätigungskräften, wie sie im Allgemeinen bei bekannten radial betätigten Dichtungsanordnungen benötigt werden, eine deutlich geringere Betätigungskraft erforderlich. Daher enthalten die erfindungsgemäßen Dichtungsanordnungen axial einstellbare Betätigungsvorrichtungen, die eine erhöhte Funktionalität, geringere Kosten und/oder eine geringere Komplexität ermöglichen.
Beispielhafte Ausführungsformen von Dichtungsanordnungen und axialen Betätigungsvorrichtungen wurden oben detailliert beschrieben. Die Dichtungsanordnungen und axialen Betätigungsvorrichtungen sind nicht auf die Anwendung mit den hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen einer drehenden Maschine beschränkt; vielmehr können die Dichtungsanordnungen und/oder axialen Betätigungsvorrichtungen eigenständig und unabhängig von anderen hier beschriebenen Rotationsmaschinenkomponenten genutzt werden. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf die oben detailliert beschriebenen Ausführungsformen der Dichtungsanordnungen und axialen Betätigungsvorrichtungen beschränkt. Vielmehr können andere Variationen der Ausführungsformen der Dichtungsanordnung und der axialen Betätigungsvorrichtung innerhalb des Anwendungsbereichs und im Geiste der Ansprüche angewendet werden.
Während die Erfindung mit Bezug auf verschiedene spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung auch modifi ziert innerhalb des Anwendungsbereichs und im Geiste der Ansprüche genutzt werden kann.
Eine Dichtungsanordnung 300 für eine drehende Maschine 10 mit einer drehenden Komponente 200 und einer stationären Komponente 100 wird zur Verfügung gestellt. Die Dichtungsanordnung 300 umfasst ein Paar beabstandeter Wände – eine bewegliche Vorderwand 314 und eine bewegliche Rückwand 316 – wobei die Rückwand der Vorderwand so gegenüberliegt, dass eine Öffnung zwischen beiden definiert wird; außerdem umfasst die Dichtungsanordnung eine Vielzahl in der Öffnung angeordneter flexibler Dichtungsplättchen 320, wobei die Vorder- und die Rückwand in Bezug auf eine zentrale Drehachse der drehenden Komponente axial einstellbar sind, um die Breite der Öffnung selektiv anzupassen.

10: drehende Maschine
100: Stationäre Komponente
110: Hohlraum
200: drehende Komponente
210: Außenfläche
300: Dichtungsanordnung
312: Oberste Wand
314: Vorderwand
316: Rückwand
318: Hohlraum
320: Dichtungsplättchen
321: radial äußere Endteile
322: radial innere Spitzen der Dichtungsplättchen
324: Abstand
326: Betätigungsvorrichtungen
328: Betätigungsvorrichtungen
330: jeweilige Spalte
332: zweiter axialer Spalt

Claims

Dichtungsanordnung (300) für eine drehende Maschine (10) mit einer drehenden Komponente (200) und einer stationären Komponente (100), wobei diese Dichtungsanordnung umfasst: ein Paar beabstandete Wände, bestehend aus einer beweglichen Vorderwand (314) und einer beweglichen Rückwand (316), wobei die Rückwand der Vorderwand so gegenüberliegt, dass zwischen beiden eine Öffnung definiert wird, und eine Vielzahl von in der Öffnung angeordneter flexibler Dichtungsplättchen (320), wobei die Vorder- und die Rückwand in Bezug auf eine zentrale Drehachse der drehenden Komponente axial einstellbar sind, um die Breite der Öffnung selektiv einzustellen.
Dichtungsanordnung (300) nach Anspruch 1, wobei die Vorderwand (314), die Rückwand (316) und die Dichtungsplättchen (320) in einem Hohlraum (318) angeordnet sind, der in der stationären Komponente (100) definiert ist.
Dichtungsanordnung (300) nach Anspruch 1, wobei die Vorderwand (314) und die Dichtungsplättchen (320) einen ersten Spalt (330) mit einer ersten Breite definieren und wobei der erste Spalt einem ersten Betriebsdruck ausgesetzt ist, und wobei die Dichtungsplättchen und die Rückwand (316) einen zweiten Spalt (332) mit einer zweiten Breite definieren, und wobei der zweite Spalt einem zweiten Betriebsdruck ausgesetzt ist, der wesentlich geringer als der erste Betriebsdruck ist, und wobei die axiale Bewegung der Vorderwand die Breite des ersten Spalts selektiv einstellt, und wobei die axiale Bewegung der Rückwand die Breite des zweiten Spalts selektiv einstellt.
Dichtungsanordnung (300) nach Anspruch 1, ferner eine Einstellvorrichtung umfassend, der mit der Vorderwand (314) und/oder der Rückwand (316) wirkverbunden ist, um zumindest eine dieser beiden Wände axial zu bewegen.
Dichtungsanordnung (300) nach Anspruch 4, wobei die Einstellvorrichtung zumindest jeweils eines der folgenden Elemente umfasst, das mit der Vorderwand (314) und/oder der Rückwand (316) wirkverbunden ist: ein Vorspannelement, eine Balgvorrichtung, einen piezoelektrischen Aktor und eine Formgedächtnislegierung.
Dichtungsanordnung (300) nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsplättchen (320) in Umfangsrichtung um die zentrale Drehachse der drehenden Komponente (200) angeordnet sind.
Dichtungsanordnung (300) nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsplättchen (320) in Umfangsrichtung um die zentrale Drehachse in einer dichten Anordnung angeordnet sind.
Dichtungsanordnung (300) nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsplättchen (320) in Umfangsrichtung um die zentrale Drehachse der drehenden Komponente (200) versetzt sind.
Drehende Maschine (10) umfassend: eine gegen Rotation befestigte stationäre Komponente (100); eine drehende Komponente (200) mit einer Drehachse, wobei die drehende Komponente der stationären Komponente gegenüberliegt, und eine mit der stationären Komponente verbundene Dichtungsanordnung (300), wobei die Dichtungsanordnung umfasst: ein Paar beabstandete Wände, bestehend aus einer beweglichen Vorderwand (314) und einer beweglichen Rückwand (316), wobei die Rückwand der Vorderwand so gegenüberliegt, dass zwischen beiden eine Öffnung definiert wird, und eine Vielzahl in der Öffnung angeordneter flexibler Dichtungsplättchen (320), wobei die Vorder- und die Rückwand in Bezug auf eine zentrale Drehachse der drehenden Komponente axial einstellbar sind, um die Breite der Öffnung selektiv anzupassen.
Drehende Maschine (10) nach Anspruch 9, wobei die Vorderwand (314), die Rückwand (316) und die Dichtungsplättchen (320) in einem Hohlraum (318) angeordnet sind, der in der stationären Komponente (100) definiert ist.