DE102011054654A1

DE102011054654A1 - Dichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011054654A1
Application number: DE201110054654
Authority: DE
Inventors: Vishwas Kumar Pandey; Vemula Gopinath Upendra Prabhu Nath; Bhaskar Mani; Donkada Santhosh
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2012-04-26
Also published as: FR2966504B1; US8348280B2; US20120098211A1; RU2011143716A; FR2966504A1; JP2012092829A

Abstract

Eine Dichtungsvorrichtung (20) enthält wenigstens ein erstes und ein zweites benachbartes Dichtungssegment (30, 40), die jeweils einen länglichen Körper (31, 41) mit Enden (32, 33, 42, 43) enthalten, die an entgegengesetzten Enden des länglichen Körpers definiert sind, um derart angeordnet zu werden, dass ein Ende des ersten Dichtungssegmentes mit einem komplementären Ende des zweiten Dichtungssegmentes verbunden ist, wobei das Ende der ersten Dichtungssegmentes eine erste Einsteckkomponente (60) enthält, die von einer Ebene einer ersten Dichtungsfläche (61) vorragt, um einen ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt (62) an der ersten Einsteckkomponente (60) zu definieren, wobei das Ende des zweiten Dichtungssegmentes eine zweite Einsteckkomponente (70) enthält, die von einer Ebene einer zweiten Dichtungsfläche (71) vorragt, um einen zweiten passenden Steckaufnahmeabschnitt (72) an der zweiten Einsteckkomponente (70) zu definieren, wobei die erste und die zweite Einsteckkomponente (60, 70) in dem zweiten bzw. ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt aufgenommen werden können, um eine erste und zweite Einsteckkomponentenüberlappung (80, 90) in wenigstens zwei Dimensionen zu bilden.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft eine Dichtungsvorrichtung und insbesondere eine Dichtungsvorrichtung zur Beschränkung einer Leckageströmung.
In einer Turbine, beispielsweise einer Dampfturbine, werden energiereiche Fluide, wie beispielsweise Dampf, durch einen Turbinenabschnitt geleitet, wo sie mit Turbinenlaufschaufeln aerodynamisch Wechselwirken, um eine Drehung der Turbinenlaufschaufeln zu verursachen, durch die Leistung und/oder Elektrizität erzeugt werden kann. Da die Turbinenschaufeldrehung durch die Wechselwirkung zwischen den energiereichen Fluiden und den Turbinenlaufschaufeln hervorgerufen ist, stellt somit jede Leckage der energiereichen Fluide einen Effizienzverlust bei der Energie- und/oder Elektrizitätserzeugung dar.
In einigen Fällen erfolgt eine Leckage von energiereichen Fluiden durch Leckageströmungspfade hindurch, die zwischen stationären Komponenten der Turbine definiert sind. Es sind deshalb gewöhnlich Null-Spalt-Dichtungen in diesen Leckageströmungspfaden eingebaut, um die Leckage energiereicher Fluide zu verhindern oder wenigstens deutlich zu beschränken. Es werden Null-Spalt-Dichtungen verwendet, weil sie ausgebildet sind, um zwischen ihnen und den stationären Teilen einen Spaltabstand von null oder nahezu null zu schaffen. In der Praxis können jedoch selbst Null-Spalt-Dichtungen zulassen, dass aufgrund von Fehlern, die mit Herstellungstoleranzen oder Wärmeausdehnung der Dichtungen im Zusammenhang stehen, die Leckage energiereicher Fluide auftritt.
Wenn Null-Spalt-Dichtungen ein Auftreten der Leckage energiereicher Fluide zulassen, kann die Leckage entweder in der axialen Dimension (d. h. entlang einer Länge der Turbine in Längsrichtung), in der radialen Dimension (d. h. von der Turbine radial nach außen) oder sowohl in der axialen als auch in der radialen Richtung gerichtet sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Dichtungsvorrichtung geschaffen, die wenigstens ein erstes und ein zweites benachbartes Dichtungssegment enthält, die jeweils einen länglichen Körper mit an entgegengesetzten Enden des länglichen Körpers definierten Enden enthalten, die derart anzuordnen sind, dass ein Ende des ersten Dichtungssegmentes mit einem komplementären Ende des zweiten Dichtungssegmentes verbunden ist, wobei das Ende des ersten Segmentes eine erste Einsteckkomponente enthält, die von einer Ebene einer ersten Dichtungsfläche vorragt, um einen ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt an der ersten Einsteckkomponente zu definieren, wobei das Ende des zweiten Dichtungssegmentes eine zweite Einsteckkomponente enthält, die von einer Ebene einer zweiten Dichtungsfläche vorragt, um einen zweiten passenden Steckaufnahmeabschnitt an der zweiten Einsteckkomponente zu definieren, wobei die erste und die zweite Einsteckkomponente in dem zweiten bzw. ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt aufgenommen werden können, um eine erste und eine zweite Einsteckkomponentenüberlappung in wenigstens zwei Dimensionen zu bilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Dichtungsvorrichtung geschaffen, die vier oder mehrere Dichtungssegmente enthält, wobei jedes einen länglichen Körper mit an entgegengesetzten Enden des länglichen Körpers definierten Enden enthält, die in einer Ende-an-Ende-Konfiguration anzuordnen sind, um eine ringförmige Dichtung zu bilden, bei der ein Ende jedes Dichtungssegmentes mit einem komplementären Ende eines benachbarten Dichtungssegmentes verbunden ist, wobei entgegengesetzte Enden jedes Dichtungssegmentes eine erste und eine zweite Einsteckkomponente enthalten, die von Ebenen einer ersten bzw. zweiten Dichtungsfläche vorragen, um einen ersten bzw. zweiten passenden Steckaufnahmeabschnitt an der ersten bzw. zweiten Einsteckkomponente zu definieren, wobei die erste und die zweite Einsteckkomponente benachbarter Dichtungssegmente in dem zweiten bzw. ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt der benachbarten Dichtungssegmente aufgenommen werden können, um eine erste und eine zweite Einsteckkomponentenüberlappung in wenigsten einer axialen und radialen Dimension, die relativ zu der axialen und radialen Dimension der ringförmigen Dichtung definiert sind, zu bilden.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Turbine geschaffen, die stationäre Komponenten, die ausgebildet sind, um dazwischen einen Leckageströmungspfad zu definieren, und eine ringförmige Dichtung enthält, die zwischen den stationären Komponenten angeordnet ist, um eine Leckage entlang des Leckageströmungspfads in axialer und radialer Dimension zu beschränken, wobei die ringförmige Dichtung wenigstens ein erstes und ein zweites benachbartes Dichtungssegment enthält, die jeweils einen länglichen Körper mit an entgegengesetzten Enden des länglichen Körpers definierten Enden enthalten, die derart anzuordnen sind, dass ein Ende des ersten Dichtungssegmentes mit einem komplementären Ende des zweiten Dichtungssegmentes verbunden ist, wobei das Ende des ersten Dichtungssegmentes eine erste Einsteckkomponente enthält, die von einer Ebene einer ersten Dichtungsfläche vorragt, um einen ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt an der ersten Einsteckkomponente zu definieren, wobei das Ende des zweiten Dichtungssegmentes eine zweite Einsteckkomponente enthält, die von einer Ebene einer zweiten Dichtungsfläche vorragt, um einen zweiten passenden Steckaufnahmeabschnitt an der zweiten Einsteckkomponente zu definieren, wobei die erste und die zweite Einsteckkomponente in dem zweiten bzw. ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt aufgenommen werden können, um eine erste und eine zweite Einsteckkomponentenüberlappung in wenigstens der axialen und radialen Dimension zu bilden.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offenkundiger.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders angegeben und deutlich beansprucht. Das Vorstehende sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Dichtung, die zwischen stationären Teilen in einer Turbine angeordnet ist;
2 eine Axialansicht der Dichtung nach 1;
3 eine vergrößerte Axialansicht der Dichtung nach 1;
4 eine vergrößerte Radialansicht der Dichtung nach 1;
5 und 6 Perspektivansichten eines Endes eines Dichtungssegmentes gemäß Ausführungsformen; und
7 und 8 Perspektivansichten eines Endes eines weiteren Dichtungssegmentes, das das in den 5 und 6 veranschaulichte Ende ergänzt, gemäß Ausführungsformen.
Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die 1–4 ist eine Turbine 10, beispielsweise eine Dampfturbine oder eine Gasturbine, geschaffen. Die Turbine 10 enthält eine erste stationäre Komponente 11, beispielsweise einen Dichtpackungskopf, und eine zweite stationäre Komponente 12, beispielsweise eine Blende. Die erste und die zweite stationäre Komponente 11 und 12 sind relativ zueinander derart angeordnet, dass sie einen Leckageströmungspfad 13 bilden. Energiereiche Fluide, wie beispielsweise Dampf in dem Fall der Dampfturbine, entweichen von einem Hauptströmungspfad und strömen entlang des Leckageströmungspfads 13. Die Turbine 10 enthält ferner eine Dichtungsvorrichtung 20, um die Strömung der energiereichen Fluide entlang des Leckageströmungspfads 13 in wenigstens zwei Dimensionen zu beschränken.
Die Dichtungsvorrichtung 20 enthält wenigstens ein erstes und ein zweites benachbartes Dichtungssegment 30 und 40. Jedes von dem ersten und dem zweiten Dichtungssegment 30 und 40 enthält einen langgestreckten Körper 31 und 41 mit entgegengesetzten Enden 32, 33 bzw. 42, 43, die an entgegengesetzten Enden des länglichen Körpers definiert sind. Das erste und das zweite Dichtungssegment 30 und 40 sind im Bezug aufeinander derart angeordnet, dass ein Ende (d. h. das Ende 33 des ersten Dichtungssegmentes 30) mit einem komplementären Ende (d. h. dem Ende 42 des zweiten Dichtungssegmentes 40) verbunden ist. Gemäß Ausführungsformen kann die Dichtungsvorrichtung 20 aus vier oder mehreren Dichtungssegmenten mit ähnlicher oder variierender Gestalt und Größer ausgebildet sein, wobei alle in einer Konfiguration mit den Enden aneinander angeordnet sind, um eine ringförmige Dichtung 50 oder eine Dichtung mit einer anderen geeigneten Gestalt, beispielsweise einer linearen, winkeligen oder eiförmigen Gestalt, zu bilden.
Unter Bezugnahme auf die 5–8 enthält das Ende 33 des ersten Dichtungssegmentes 30 eine erste Einsteckkomponente 60. Die erste Einsteckkomponente 60 ragt von einer Ebene einer ersten Dichtungsfläche 61 in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung relativ zu der Ebene der ersten Dichtungsfläche 61 vor, um einen ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt 62 an der ersten Einsteckkomponente 60 zu definieren. In ähnlicher Weise enthält das Ende 42 des zweiten Dichtungssegmentes 40 eine zweite Einsteckkomponente 70, die von einer Ebene einer zweiten Dichtungsfläche 71 in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung relativ zu der Ebene der zweiten Dichtungsfläche 71 vorragt, um einen zweiten passenden Steckaufnahmeabschnitt 72 an der zweiten Einsteckkomponente 70 zu definieren.
Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, lässt sich die erste Einsteckkomponente 60 in dem zweiten passenden Steckaufnahmeabschnitt 72 aufnehmen, während die zweite Einsteckkomponente 70 in dem ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt 62 aufgenommen werden kann. Auf diese Weise werden Überlappungsformationen aus der ersten Einsteckkomponente 60 und der zweiten Einsteckkomponente 70 in wenigstens zwei Dimensionen gebildet, die relativ zu gleichen Dimensionen der ringförmigen Dichtung definiert sind. Z. B. ist eine erste Überlappungsformation 80 aus der ersten Einsteckkomponente 60 und der zweiten Einsteckkomponente 70 in der Umfangs- und Radialdimension gebildet, wie in 3 veranschaulicht, und eine zweite Überlappungsformation 90 (vgl. 4) ist aus der ersten Einsteckkomponente 60 und der zweiten Einsteckkomponente 70 in der Umfangs- und der Axialdimension gebildet, wie in 4 veranschaulicht. Es ist zu verstehen, dass die Dimensionen der Überlappungsformationen entsprechend einer Gestalt der Dichtungsvorrichtung 20 in Bezug auf verschiedene Referenzrahmen definiert sein können.
Das wenigstens erste und zweite Dichtungssegment 30 und 40 der Dichtungsvorrichtung 20 kann aus metallischen Materialien und/oder metallischen Legierungsmaterialien ausgebildet sein. Die Dichtungssegmente 30 und 40 sind folglich in der Lage, thermisch auf Erhöhungen und Verringerungen der Umgebungstemperatur zu reagieren. D. h., wenn bei einer Verwendung der Dichtungsvorrichtung 20 als die ringförmige Dichtung 50 ein Turbinenbetrieb durchgeführt wird und sich die ringförmige Dichtung 50 erwärmt, wird sich das wenigstens erste und zweite Dichtungssegment 30 und 40 thermisch ausdehnen. In diesem Fall sind die Überlappungsformationen 80 und 90 derart konfiguriert, dass sie eine hinreichende Umfangs-, Radial- und Axiallänge L₁, L₂ und L₃ haben, um in einem einander überlappenden Zustand zu verbleiben.
Gemäß Ausführungsformen kann ein Querschnitt jedes des wenigstens ersten und zweiten Dichtungssegmentes 30 und 40 eine Nabe 100 mit einer Oberfläche, die mit einer der stationären Komponenten 11 oder 12 in Kontakt angeordnet werden soll, Flansche 101, die sich von der Nabe 100 weg erstrecken, und Dichtungszähne 102 enthalten. Die Dichtungszähne 102 sind konfiguriert, um mit der anderen der stationären Komponenten 11 oder 12 in Kontakt angeordnet zu werden. Die Flansche 101 und die Dichtungszähne 102 erstrecken sich in Querrichtungen von der Nabe 100 weg.
Wie in den 5–8 veranschaulicht, und entsprechend Ausführungsformen, können die erste und die zweite Einsteckkomponente 60 und 70 jeweils wenigstens einen dreizinkigen Teil 110 bzw. 120 in komplementär umgekehrten Konfigurationen enthalten. D. h. der dreizinkige Teil 110 der ersten Einsteckkomponente 60 kann einen ersten mittleren Zinken 111 und erste seitliche Zinken 112 enthalten. Die ersten seitlichen Zinken 112 sind um eine Weite W₁ voneinander getrennt, die geringer ist als eine Weite W₂ des ersten mittleren Zinkens 111.
Die ersten seitlichen Zinken 112 sind ferner mit einer Oberfläche 113 des ersten mittleren Zinkens 111 in Dichtungskontakt angeordnet.
In komplementärer Weise kann der dreizinkige Teil 120 der zweiten Einsteckkomponente 70 einen zweiten mittleren Zinken 121 und zweite seitliche Zinken 122 enthalten. Der zweite mittlere Zinken 121 ist zwischen den ersten seitlichen Zinken 112 aufnehmbar und dadurch für einen Dichtungskontakt mit wenigstens der Oberfläche 113 des ersten mittleren Zinkens 111 und den ersten seitlichen Zinken 112 angeordnet. Die zweiten seitlichen Zinken 122 sind um eine Weite W₃ voneinander getrennt, die größer ist als eine Weite W₄ des zweiten mittleren Zinkens 121. An sich definieren die zweiten seitlichen Zinken 122 einen Zwischenraum, in dem der erste mittlere Zinken 111 aufgenommen werden kann und für einen Dichtungskontakt mit zugehörigen Oberflächen 123 der zweiten seitlichen Zinken 122 angeordnet wird. Außerdem können die zweiten seitlichen Zinken 122 oberhalb der ersten seitlichen Zinken 112 und an den Seiten des ersten mittleren Zinkens 111 aufgenommen werden, um mit wenigstens den zugehörigen Oberflächen 124 der ersten seitlichen Zinken 112 in Kontakt angeordnet zu werden.
Während die Erfindung im Einzelnen in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte ohne weiteres verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um viele beliebige Veränderungen, Modifizierungen, Ersetzungen oder äquivalente Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch dem Rahmen und Umfang der Erfindung entsprechen. Außerdem ist es zu verstehen, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, Aspekte der Erfindung lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demgemäß ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
Eine Dichtungsvorrichtung 20 enthält wenigstens ein erstes und ein zweites benachbartes Dichtungssegment 30, 40, die jeweils einen länglichen Körper 31, 41 mit Enden 32, 33, 42, 43 enthalten, die an entgegengesetzten Enden des länglichen Körpers definiert sind, um derart angeordnet zu werden, dass ein Ende des ersten Dichtungssegmentes mit einem komplementären Ende des zweiten Dichtungssegmentes verbunden ist, wobei das Ende der ersten Dichtungssegmentes eine erste Einsteckkomponente 60 enthält, die von einer Ebene einer ersten Dichtungsfläche 61 vorragt, um einen ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt 62 an der ersten Einsteckkomponente 60 zu definieren, wobei das Ende des zweiten Dichtungssegmentes eine zweite Einsteckkomponente 70 enthält, die von einer Ebene einer zweiten Dichtungsfläche 71 vorragt, um einen zweiten passenden Steckaufnahmeabschnitt 72 an der zweiten Einsteckkomponente 70 zu definieren, wobei die erste und die zweite Einsteckkomponente 60, 70 in dem zweiten bzw. ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt aufgenommen werden können, um eine erste und zweite Einsteckkomponentenüberlappung 80, 90 in wenigstens zwei Dimensionen zu bilden.
Bezugszeichenliste

10: Turbine
11, 12: erste, zweite stationäre Komponente
13: Leckageströmungspfad
20: Dichtungsvorrichtung
30, 40: Dichtungssegmente
31, 41: länglicher Körper
32, 33, 42, 43: entgegengesetzte Enden
50: ringförmige Dichtung
60: erste Einsteckkomponente
61: erste Dichtungsfläche
62: erster passender Steckaufnahmeabschnitt
70: zweite Einsteckkomponente
71: zweite Dichtungsfläche
72: zweiter passender Steckaufnahmeabschnitt
80, 90: erste, zweite Überlappungsformation
100: Nabe
101: Flansche
102: Dichtungszähne
110, 120: dreizinkiger Teil
111: erster mittlerer Zinke
112: erste seitliche Zinken
113: Fläche
121: zweiter mittlerer Zinke
122: zweite seitliche Zinken
123, 124: Flächen

Claims

Dichtungsvorrichtung (20), die aufweist: wenigstens ein erstes und ein zweites benachbartes Dichtungssegment (30, 40), die jeweils einen länglichen Körper (31, 41) mit an entgegengesetzten Enden des länglichen Körpers definierten Enden (32, 33, 42, 43) enthalten, die derart anzuordnen sind, dass ein Ende des ersten Dichtungssegmentes mit einem komplementären Ende des zweiten Dichtungssegmentes verbunden ist, wobei das Ende des ersten Dichtungssegmentes eine erste Einsteckkomponente (60) enthält, die von einer Ebene einer ersten Dichtungsfläche (61) vorragt, um einen ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt (62) an der ersten Einsteckkomponente (60) zu definieren, wobei das Ende des zweiten Dichtungssegmentes eine zweite Einsteckkomponente (70) enthält, die von einer Ebene einer zweiten Dichtungsfläche (71) vorragt, um einen zweiten passenden Steckaufnahmeabschnitt (72) an der zweiten Einsteckkomponente (70) zu definieren, wobei die erste und die zweite Einsteckkomponente (60, 70) in dem zweiten bzw. dem ersten passenden Steckaufnahmeabschnitt aufgenommen werden können, um eine erste und zweite Einsteckkomponentenüberlappung (80, 90) in wenigstens zwei Dimensionen zu bilden.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das wenigstens erste und zweite Dichtungssegment eingerichtet sind, um eine ringförmige Dichtung (50) zur Anordnung zwischen stationären Komponenten einer Turbine zu bilden.
Dichtungsvorrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei die Turbine eine Dampfturbine aufweist und die ringförmige Dichtung (50) eine Dampfleckageströmung beschränkt.
Dichtungsvorrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei die stationären Komponenten beliebige zwei stationäre Komponenten aufweisen.
Dichtungsvorrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei das wenigstens erste und zweite Dichtungssegment (30, 40) vier oder mehrere Dichtungssegmente aufweisen.
Dichtungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei das wenigstens erste und zweite Dichtungssegment (30, 40) aus metallischen Materialien oder Metalllegierungsmaterialien ausgebildet sind.
Dichtungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Überlappungen (80, 90) der ersten und zweiten Einsteckkomponente jeweils eine hinreichende Länge haben, um während einer Wärmeausdehnung des wenigstens ersten und zweiten Dichtungssegmentes (30, 40) bestehen zu bleiben.
Dichtungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei ein Querschnitt jedes von dem wenigstens ersten und zweiten Dichtungssegment (30, 40) eine Nabe (100), Flansche (101), die sich von der Nabe weg in einer der wenigstens zwei Dimensionen erstrecken, und Dichtungszähne (102) aufweist, die sich von der Nabe weg in der anderen der wenigstens zwei Dimensionen erstrecken.
Dichtungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Einsteckkomponente (30, 40) jeweils einen dreizinkigen Teil (110, 120) in komplementär umgekehrten Konfigurationen aufweisen.
Dichtungsvorrichtung (20) nach Anspruch 9, wobei der dreizinkige Teil (110, 120) wenigstens einer von der ersten und zweiten Einsteckkomponente (30, 40) eine Dichtung enthält.