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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein Bürstendichtungen und insbesondere segmentierte Bürstendichtungen, die mehrere Bürstenborsten aufweisen, die in Bezug auf ein Ende einer Stützplatte unter einem Winkel, geneigt verlaufen. Eine derartige Anordnung verbessert den Druckausgleich und die Abstützung durch die Stützplatte für die Bürstenborsten, wodurch eine Beschädigung an den Bürstenborsten, die benachbart zu den Enden der Bürstendichtungssegmente angeordnet sind, verhindert oder reduziert wird. Eine derartige Anordnung reduziert auch die Leckage durch Segmentlücken hindurch, um das Leistungsverhalten der Bürstendichtung zu verbessern.
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Bekannte segmentierte Bürstendichtungen können Segmente enthalten, die radial orientierte oder unter einem Winkel verlaufende Bürstenborsten aufweisen. Die Stützplatten derartiger Segmente weisen gewöhnlich zu den Bürstenborsten parallele Enden auf. Im Allgemeinen sind dort, wo die Segmentenden zusammentreffen, Lücken vorhanden, um eine bogenartige Verbindung der Segmente im Betrieb zu vermeiden, was einen vergrößerten radialen Spalt der Bürstendichtung ergibt. Infolgedessen sind direkte Leckagepfade durch die Lücken hindurch zwischen den Bürstendichtungssegmenten vorhanden, was eine größere Leckage und eine Verringerung der Dichtungseffizienz zur Folge hat. Außerdem können zu einem Segmentende benachbarte Bürstenborsten in die Lücke fallen und aufgrund einer fehlenden Abstützung und weniger Druckausgleich und/oder durch Auslenkung des Rotors beschädigt werden, was sowohl eine Leckage vergrößert als auch eine Instabilität von nahegelegenen Bürstenborsten verursacht, wodurch die Effizienz der Bürstendichtung weiter verringert und eine beträchtliche Borstenbeschädigung hervorgerufen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es sind eine Bürstendichtung und ein Bürstendichtungssegment zur Verwendung in einer Drehvorrichtung geschaffen.
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In einer Ausführungsform ergibt die Erfindung eine Bürstendichtung, die aufweist: mehrere Bürstendichtungssegmente, wobei jedes Segment enthält: eine bogenförmige Begrenzung; eine bogenförmige Stützplatte, die in Umfangsrichtung im Wesentlichen koextensiv mit der bogenförmigen Begrenzung ist, wobei die bogenförmige Stützplatte ein erstes Ende und ein zweites Ende enthält; und mehrere Bürstendichtungsborsten zwischen der bogenförmigen Stützplatte und der bogenförmigen Begrenzung, wobei die mehreren Bürstendichtungsborsten in Bezug auf eine radiale Achse der bogenförmigen Stützplatte und wenigstens entweder das erste Ende und/oder das zweite Ende der bogenförmigen Stützplatte unter einem Winkel angeordnet sind; und ein stationäres Element, an dem wenigstens eines der mehreren Bürstendichtungssegmente befestigt ist.
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In einer anderen Ausführungsform ergibt die Erfindung ein Bürstendichtungssegment, das aufweist: eine bogenförmige Begrenzung, eine bogenförmige Stützplatte, die in Umfangsrichtung im Wesentlichen koextensiv mit der bogenförmigen Begrenzung ist, wobei die bogenförmige Stützplatte ein erstes Ende und ein zweites Ende enthält; und mehrere Bürstendichtungsborsten zwischen der bogenförmigen Stützplatte und der bogenförmigen Begrenzung, wobei die mehreren Bürstendichtungsborsten winkelig in Bezug auf eine radiale Achse der bogenförmigen Stützplatte und wenigstens entweder das erste Ende und/oder das zweite Ende der bogenförmigen Stützplatte verlaufen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Merkmale dieser Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verstanden, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen, in denen:
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Drehvorrichtung, die eine Bürstendichtung und einen Rotor aufweist.
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2 zeigt Abschnitte eines Bürstendichtungssegmentes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt ein Bürstendichtungssegment gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt einen Abschnitt einer Bürstendichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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5 zeigt einen Abschnitt einer Bürstendichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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6 zeigt einen Abschnitt einer Bürstendichtung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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7 zeigt ein Bürstendichtungssegment gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen der Erfindung nicht maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen lediglich typische Aspekte der Erfindung darstellen und sollten folglich nicht in einem den Schutzumfang der Erfindung beschränkenden Sinne betrachtet werden. In den Zeichnungen kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente unter den Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, zeigt 1 eine Querschnittsansicht einer Drehvorrichtung 100 (z. B. einer Gasturbine, Dampfturbine, eines Generators, etc.), die einen Rotor 10 aufweist, der von einem im Wesentlichen kreisförmigen stationären Element 20 und einer dazwischen befindlichen Bürstendichtung 90 umgeben ist. Die Bürstendichtung 90 enthält mehrere Segmente 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, von denen eines an dem stationären Element 20 befestigt sein kann. Eine derartige Bürstendichtung kann eine beliebige Anzahl von Segmenten, gewöhnlich zwischen zwei und zwölf Segmenten, enthalten. Der Kürze wegen sind die Segmente nachstehend nur in Bezug auf das Segment 30A näher beschrieben.
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Jedes Segment 30A enthält eine bogenförmige Begrenzung 40A, eine bogenförmige Stützplatte (die in den nachfolgenden Figuren veranschaulicht und weiter unten beschrieben ist) und mehrere Bürstenborsten 70A. Die mehreren Bürstenborsten 70A sind zwischen der Begrenzung 40A und der Stützplatte angeordnet und erstrecken sich über eine innere bogenförmige Kante 46A der Begrenzung 40A hinaus, so dass die Bürstenborsten 70A gegen den Rotor 10 abdichten können, während dieser auf der Bahn A rotiert.
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Wie in 1 ersehen werden kann, sind die Bürstenborsten 70A unter einem Winkel α relativ zu einer radialen Achse R des Rotors 10, des Segmentes 30A und des stationären Elementes 20 winkelig, geneigt angeordnet. In ähnlicher Weise sind ein erstes Ende 42A und ein zweites Ende 44A der Begrenzung 40A unter einem Winkel β bzw. einem Winkel γ in Bezug auf die radiale Achse R abgewinkelt. Obwohl dies nicht erforderlich ist, sind die Winkel β und γ gewöhnlich gleich, wobei sie sich aber von dem Borstenwinkel α unterscheiden können. Derartige Winkel liegen gewöhnlich in dem Bereich von z. B. etwa 1° bis etwa 60° in Bezug auf die radiale Achse R. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, muss, damit benachbarte Segmente der Bürstendichtung 90 richtig zueinander ausgerichtet werden und eine funktionsgemäße Abdichtung schaffen, ein erstes Ende (z. B. 42A) einer ersten Begrenzung (z. B. 40A) im Wesentlichen den gleichen Winkel wie ein Winkel eines zweiten Endes (z. B. 44F) einer benachbarten zweiten Begrenzung (40F) haben.
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2 zeigt eine Begrenzung 40A, Bürstenborsten 70A und die bogenförmige Stützplatte 50A, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die bogenförmige Stützplatte 50A ist in Umfangsrichtung koextensiv, flächengleich mit der Begrenzung 40A veranschaulicht. Die Bürstendichtungen 70A, das erste Ende 42A und das zweite Ende 44A verlaufen jeweils unter einem Winkel α, β bzw. γ relativ zu den radialen Achsen R1 und R2. Ein erstes Ende 72A und ein zweites Ende 74A der Borsten 70A sind im Wesentlichen unter demselben Winkel α winkelig angeordnet. Wie in 2 veranschaulicht, sind die Winkel β und γ im Wesentlichen die gleichen. Die Stützplatte 50A enthält ein erstes Ende 52A und ein zweites Ende 54A, die jeweils im Wesentlichen parallel zu einer radialen Achse R1 bzw. R2 verlaufen.
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3 zeigt die Stützplatte 50A in einer Stellung hinter der Begrenzung 40A und den Bürstenborsten 70A, um das Segment 30A zu bilden. Wie in 2 gesehen werden kann, erstreckt sich ein Abschnitt 51A der Stützplatte 50A über das zweite Ende 74A der Bürstenpackung hinaus. Der Abschnitt 51A dient der Abstützung eines Teils der Bürstenborsten eines benachbarten Segmentes. Eine derartige Anordnung ist in 4 veranschaulicht, worin ein Erstreckungsabschnitt 71B der Bürstenborsten 70B vor einem Abschnitt 51A der Stützplatte 50A angeordnet ist, wenn sich die Segmente 30A und 30B in Stellung befinden. Diese Konstruktion mit einer abgesetzten Lücke ist durch die winkeligen Enden 72A, 74A der Borsten 70A in Kombination mit den im Wesentlichen radialen Enden 52A, 54A der Stützplatte 50A ermöglicht.
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Es sind natürlich andere Ausführungsformen, die eine abgesetzte Lückenkonstruktion aufnehmen, möglich. Z. B. zeigt 5 eine Ausführungsform der Erfindung, in der ein Abschnitt 151A der Stützplatte 150A sich über ein erstes Ende 142A der bogenförmigen Begrenzung 140A hinaus und nicht über ein zweites Ende 144A hinaus erstreckt, wie dies der Fall in der in den 2–4 veranschaulichten Ausführungsform sein würde.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wie beispielsweise der in 6 veranschaulichten, kann/können ein erstes Ende 252A, ein zweites Ende 254A der Stützplatte 250A oder beide unter einem Winkel δ relativ zu der radialen Achse R1 bzw. R2 verlaufen. Gewöhnlich würde der Winkel δ auf einer zu derjenigen des Schenkels α gegenüberliegenden Seite einer radialen Achse angeordnet sein. Das heißt, der Winkel α wird gewöhnlich „positiv” sein (definiert in der Richtung der Rotordrehung), während der Winkel δ „negativ” sein wird (entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors), so dass der „negative” Winkel δ den über das erste Ende 272A der Borsten 270A sich hinaus erstreckenden Abschnitt 251A der Stützplatte 250A vergrößert. In dem hierin verwendeten Sinne sind „positiv” und „negativ” nur dazu gedacht, die gegenüberliegenden Seiten einer radialen Achse zu veranschaulichen, anstatt irgendeinen Wert eines Winkels in Bezug auf eine derartige Achse darzustellen. Der Winkel δ kann einen ähnlichen Wert wie derjenige des Winkels α aufweisen, d. h. zwischen etwa 1° und etwa 60° liegen, während β und γ entweder gleich dem Borstenwinkel α oder gleich dem Winkel δ des Stützplattenendes sein können. Zwecks Herstellung kann die Begrenzung den gleichen Winkel wie die Borsten aufweisen und mit der Borstenpackung entlang der Segmentenden ausgerichtet sein.
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7 zeigt ein Bürstendichtungssegment 330A gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, worin ein erstes Ende 342A und ein zweites Ende 344A der Begrenzung 340A im Wesentlichen parallel zu den radialen Achsen R1 bzw. R2 ausgerichtet sind, wie dies auch die Enden der (nicht veranschaulichten) Stützplatte sind. Das heißt, nur die Bürstenborsten 370A verlaufen unter einem Winkel α in Bezug auf die radialen Achsen R1 und R2. Eine derartige Anordnung bildet ein Paar Lücken 362A, 364A zwischen der Begrenzung 340A und der Stützplatte, in die Bürstenborsten von einem benachbarten Segment während einer Montage der Bürstendichtung eingeführt werden können.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll nicht für den Offenbarungsgegenstand beschränkend sein. In dem hierin verwendeten Sinne sollen Singularformen „ein”, „eine” und „der”, „die” und „das” auch die Pluralformen umfassen, sofern aus dem Kontext nicht deutlich das Gegenteil hervorgeht. Es ist ferner verständlich, dass die Ausdrücke „aufweist” und/oder „aufweisend”, wenn sie in dieser Offenbarung verwendet werden, die Gegenwart der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch die Gegenwart oder Hinzunahme eines/einer oder mehrerer weiterer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder deren Gruppen nicht ausschließen.
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Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher im Zusammenhang stehender oder enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
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Es sind eine Bürstendichtung 90 und ein Bürstendichtungssegment 30A zur Verwendung in einer Drehvorrichtung 100 geschaffen. In einer Ausführungsform ist gemäß der Erfindung eine Bürstendichtung (90) geschaffen, die aufweist: mehrere Bürstendichtungssegmente 30A, wobei jedes Segment enthält: eine bogenförmige Begrenzung 40A; eine bogenförmige Stützplatte 50A, die in Umfangsrichtung im Wesentlichen koextensiv mit der bogenförmigen Begrenzung 40A ist, wobei die bogenförmige Stützplatte 50A ein erstes Ende 52A und ein zweites Ende 54A enthält; und mehrere Bürstendichtungsborsten 70A zwischen der bogenförmigen Stützplatte 50A und der bogenförmigen Begrenzung 40A, wobei die mehreren Bürstendichtungsborsten 70A unter einem Winkel in Bezug auf eine radiale Achse R der bogenförmigen Stützplatte 50A und wenigstens entweder das erste Ende 52A und/oder das zweite Ende 54A der bogenförmigen Stützplatte 50A ausgerichtet sind; und ein stationäres Element 20, an dem wenigstens eines der mehreren Bürstendichtungssegmente 30A befestigt ist.
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Bezugszeichenliste
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- R, R1 und R2
- radiale Achsen
- β und γ
- Winkel
- α
- Borstenwinkel der Bürsten-dichtung
- 100
- Drehvorrichtung
- 10
- Rotor
- 20
- Stationäres Element
- 90
- Bürstendichtung
- 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 330A
- Bürstendichtungssegmente
- 40A, 40F, 140A, 240A, 340A
- Begrenzung
- 46A
- Innere bogenförmige Kante
- 42A, 142A, 342A
- Erstes Ende
- 44A, 44F, 144A, 344A
- Zweites Ende
- 70A, 70B, 170A, 270A, 370A
- Bürstendichtungsborsten
- 71B
- Erstreckungsabschnitt
- 72A
- Erstes Ende
- 74A
- Zweites Ende
- 50A, 150A, 250A
- Stützplatte
- 51A, 151A, 251A
- Abschnitt
- 52A, 252A
- Erstes Ende
- 54A, 254A
- Zweites Ende
- 362A, 364A
- Lücken
