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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Die hier beschriebene Erfindung betrifft Turbomaschinen und speziell Turbinen und Verdichter mit Bürstendichtungssegmenten, die um ein entsprechendes Laufrad angeordnet sind.
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Eine Dichtung, beispielsweise eine Bürstendichtung, hemmt einen Fluidstrom zwischen benachbarten Komponenten. In rotierenden Maschinen kann eine Dichtung einen Fluidstrom zwischen einer stationären Komponente und einer rotierenden Komponente hemmen. In einigen rotierenden Maschinen, z. B. in Turbomaschinen, kann die Dichtung stabile Dauerbetriebsbedingungen und Einschwingbedingungen erfahren, die sich beträchtlich voneinander unterscheiden. Beispielsweise können die Einschwingbedingungen einem Hochfahren oder Herunterfahren der rotierenden Maschine entsprechen. Während dieser Einschwingbedingungen kann die rotierende Maschine beachtliche Temperaturgradienten, unterschiedliche Ausdehnung und Schwingungen, und sonstige dynamische Bedingungen erfahren. Infolgedessen erhöhen die Einschwingbedingungen die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Dichtung und/oder der Dichtungsgrenzfläche zwischen der stationären und der rotierenden Komponente. Speziell können die Einschwingbedingungen radialen Verschleiß der Bürstendichtungen hervorrufen und sie können einen Leckstrom steigern. Die Gefahr eines Schadens durch Bürstendichtungen beschränkt daher deren Einsatz in gewissen rotierenden Maschinen, wie z. B. Turbomaschinen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden sind spezielle Ausführungsbeispiele gemäß dem Gegenstand der ursprünglich vorliegenden Erfindung zusammenfassend beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele sollen den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, vielmehr sollen diese Ausführungsbeispiele lediglich eine Kurzbeschreibung möglicher Ausprägungen der Erfindung geben. In der Tat kann die Erfindung vielfältige Ausprägungen abdecken, die den nachstehend dargelegten Ausführungsbeispielen ähneln oder sich von diesen unterscheiden können.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel enthält ein System ein Bürstendichtungssegment. Das Bürstendichtungssegment weist eine bewegliche Halterung, eine Bürste, die an der beweglichen Halterung angebracht ist, und ein Vorspannelement auf, das an der beweglichen Halterung angebracht ist. Das Vorspannelement ist dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung in einer axialen Richtung vorzuspannen, um den Bürstentoleranzabstand in einem Raum zwischen einem Laufrad und dem Stator zu ändern.
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel weist ein System eine Turbomaschine mit einem Laufrad und einem Stator auf, wobei das Laufrad mit einer Nut ausgebildet ist, und wobei der Stator eine Kammer aufweist. Das System enthält außerdem ein Bürstendichtungssegment. Zu dem Bürstendichtungssegment gehören: eine bewegliche Halterung, die an der Kammer angebracht ist; eine Bürste, die an der beweglichen Halterung angebracht ist; und ein Vorspannelement, das an der beweglichen Halterung angebracht ist. Das Vorspannelement ist dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung von einer ersten Position zu einer zweiten Position in der Kammer vorzuspannen, um die Bürste in die Nut zu bewegen. Die bewegliche Halterung ist dazu eingerichtet, sich von der zweiten Position zu der ersten Position in der Kammer zu bewegen, um die Bürste aus der Nut heraus zu bewegen.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel enthält ein System ein Bürstendichtungssegment. Das Bürstendichtungssegment weist eine bewegliche Halterung auf, zu der ein Kopf, eine Verlängerung und eine Dichtungsfläche gehören, wobei der Kopf dazu eingerichtet ist, in einer Kammer befestigt zu werden. Das Bürstendichtungssegment enthält außerdem eine Bürste, die an der beweglichen Halterung entlang der Dichtungsfläche angebracht ist, wobei die Dichtungsfläche im Wesentlichen auf der Bürste basiert. Das Bürstendichtungssegment weist außerdem ein Vorspannelement auf, das an der beweglichen Halterung angebracht ist, wobei das Vorspannelement dazu eingerichtet ist, die bewegliche Halterung von einer ersten Position zu einer zweiten Position vorzuspannen, um einen Bürstentoleranzabstand in einem Raum zwischen der Bürste und einem Laufrad zu vergrößern, und die bewegliche Halterung ist dazu eingerichtet, sich von der zweiten Position zu der ersten Position zu bewegen, um den Bürstentoleranzabstand in Reaktion auf einen Fluidstrom von dem Raum zu der Kammer zu verkleinern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher, in denen übereinstimmende Teile durchgängig mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind:
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1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel eines Turbinensystems, das ein Bürstendichtungssegment enthält, das Merkmale zur Verringerung des Bürstenverschleißes und zur Steigerung des Turbinenwirkungsgrads aufweist;
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2 zeigt eine geschnittene Teilansicht eines Ausführungsbeispiels einer Turboantriebsmaschine mit mehreren Bürstendichtungssegmenten;
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3 zeigt eine entlang der Schnittlinie 3-3 von 2 geschnittene Teilansicht eines Ausführungsbeispiels eines intermediären Vorspannelements, das zwischen benachbarten Bürstendichtungssegmenten angeordnet ist;
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4 zeigt eine entlang der Schnittlinie 4-4 von 2 geschnittene Teilansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stators, Bürstendichtungssegments und Laufrads der Turbomaschine von 2;
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5 veranschaulicht anhand einer längs der Schnittlinie 5-5 von 2 und 4 geschnittenen partiellen Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Stators, Bürstendichtungssegments und Laufrads eine Dauerbetriebsposition des Bürstendichtungssegments;
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6 veranschaulicht anhand einer partiellen geschnittenen Seitenansicht des Stators, Bürstendichtungssegments und Laufrads von 5 eine Einschwingposition des Bürstendichtungssegments;
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7 veranschaulicht anhand einer längs der Schnittlinie 5-5 von 2 und 4 geschnittenen partiellen Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Stators, Bürstendichtungssegments und Laufrads eine Einschwingposition des Bürstendichtungssegments;
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8 veranschaulicht anhand einer partiellen geschnittenen Seitenansicht des Stators, Bürstendichtungssegments und Laufrads von 7 eine Dauerbetriebsposition des Bürstendichtungssegments;
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9 veranschaulicht anhand einer längs der Schnittlinie 5-5 von 2 und 4 geschnittenen partiellen Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Stators, Bürstendichtungssegments und Laufrads eine Einschwingposition des Bürstendichtungssegments;
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10 veranschaulicht anhand einer partiellen geschnittenen Seitenansicht des Stators, Bürstendichtungssegments und Laufrads von 9 eine Dauerbetriebsposition des Bürstendichtungssegments;
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11 veranschaulicht anhand einer längs der Schnittlinie 5-5 von 2 und 4 geschnittenen partiellen Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Stators, Bürstendichtungssegments und Laufrads eine Einschwingposition des Bürstendichtungssegments;
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12 veranschaulicht anhand einer partiellen geschnittenen Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Stators, Bürstendichtungssegments und Laufrads von 11 eine Dauerbetriebsposition des Bürstendichtungssegments; und
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13 veranschaulicht in einer entlang der Schnittlinie 13-13 von 11 und 12 geschnittenen partiellen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer Grenzschicht zwischen einem Kopf einer beweglichen Halterung des Bürstendichtungssegments und des Stators von 11 und 12.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend werden ein oder mehrere spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bemühen, eine kurzgefasste Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele vorzulegen, sind möglicherweise nicht sämtliche Merkmale einer tatsächlichen Verwirklichung in der Beschreibung aufgeführt. Es sollte verständlich sein, dass bei der Entwicklung einer jeden solchen Verwirklichung, wie in jedem technischen oder konstruktiven Projekt, zahlreiche anwendungsspezifische Entscheidungen zu treffen sind, um spezielle Ziele der Entwickler zu erreichen, z. B. Konformität mit systembezogenen und wirtschaftlichen Beschränkungen, die von einer Verwirklichung zur anderen unterschiedlich sein können. Darüber hinaus sollte es verständlich sein, dass eine solche Entwicklungsbemühung komplex und zeitraubend sein könnte, jedoch nichtsdestoweniger für den Fachmann, der über den Vorteil dieser Beschreibung verfügt, eine Routinemaßnahme der Entwicklung, Fertigung und Herstellung bedeuten würde.
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Wenn Elemente vielfältiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die unbestimmten und bestimmten Artikel ”ein” ”eine”, bzw. ”der, die, das” und dergleichen das Vorhandensein von mehr als einem Element einschließen. Die Begriffe ”umfassen”, ”enthalten” und ”aufweisen” sind als einschließend zu verstehen und bedeuten, dass möglicherweise zusätzliche Elemente vorhanden sind, die sich von den aufgelisteten Elementen unterscheiden.
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Die offenbarten Ausführungsbeispiele betreffen eigenständige, bewegliche (z. B. zurückziehbare) Bürstendichtungssegmente in einer Turbomaschine, beispielsweise in einer Turbine (z. B. Gas- oder Dampfturbine) oder in einem Verdichter, die dazu eingerichtet sind, während eines Einschwingvorgangs oder unter Bedingungen (z. B. des Hochfahrens, Herunterfahrens oder sonstiger dynamischer Bedingungen) der Turbomaschine einen Kontakt der Bürste mit einem Laufrad zu vermeiden, während bei einer stabilen Dauerbetriebsbedingung der Turbomaschine eine Dichtung mit dem Laufrad gebildet wird. Wie nachstehend erläutert, spannt ein Vorspannelement (z. B. eine Feder) das Bürstendichtungssegment in eine axiale und/oder radiale Richtung längs eines axialen, radialen und/oder geneigten Bewegungspfads vor, um einen Bürstentoleranzabstand in dem Raum zwischen dem Laufrad und einem Stator während eines Einschwingvorgangs zu vergrößern. Während stabiler Dauerbetriebsbedingungen überwindet eine entgegengesetzte Kraft oder ein Aktivierungsmechanismus das Vorspannelement, um das Bürstendichtungssegment in eine entgegengesetzte axiale und/oder radiale Richtung zu bewegen, so dass dadurch der Bürstentoleranzabstand verringert wird, um die Wirksamkeit der Abdichtung des Bürstendichtungssegments zu verbessern. Beispielsweise kann die entgegengesetzte Kraft ein Leckstrom eines Arbeitsfluids sein. Als ein weiteres Beispiel kann ein Leckstrom von Fluiden (z. B. Dampf oder Verbrennungsgasen) nach dem Hochfahren einer Turbomaschine ein Druckgefälle erzeugen, um die Vorspannung des Vorspannelements zu überwinden. Im Ergebnis bewegt sich das Bürstendichtungssegment längs des axialen, radialen und/oder geneigten Bewegungspfads in die axiale und/oder radiale Richtung, um den Bürstentoleranzabstand zu verkleinern und die Dichtung mit dem Laufrad verbessern. In speziellen Ausführungsbeispielen weist das Laufrad eine Nut auf, um während eines Einschwingvorgangs einen Bürstentoleranzabstand bereitzustellen. Beispielsweise kann das Bürstendichtungssegment (bzw. mehrere Bürstendichtungssegmente in einer ringförmigen Anordnung) während Einschwingbedingungen über der Nut (z. B. der Ringnut) ruhen und sich anschließend von der Nut entfernen, um den Bürstentoleranzabstand während Dauerbetriebszuständen zu verringern. In weiteren Ausführungsbeispielen weist das Bürstendichtungssegment eine bewegliche Halterung mit einem Kopf, einer Verlängerung und einer Dichtungsfläche auf. Der Kopf ist in eine Kammer einer stationären Komponente (z. B. eines Stators) eingebaut, und die Dichtungsfläche basiert im Wesentlichen ohne den Einsatz sonstiger Dichtungen allein auf der Bürste. Beispielsweise ist das Bürstendichtungssegment nicht an einem Zwischenring angebracht, sondern eigenständig oder selbsttragend in der Kammer untergebracht. Die eigenständige Konstruktion des Bürstendichtungssegments reduziert den axialen Platzbedarf für das Bürstendichtungssegment in der Turbomaschine. Die bewegliche Halterung ist außerdem mit dem Vorspannelement verbunden und spricht bei der Bestimmung der Größe des Bürstentoleranzabstands zwischen der Bürste und dem Laufrad auf Leckstrom an. In weiteren Ausführungsbeispielen bilden mehrere Bürstendichtungssegmente eine ringförmige Anordnung zwischen dem Laufrad und dem Stator, um die Dichtung zu bilden, wobei benachbarte Bürstendichtungssegmente intermediäre Vorspannelemente aufweisen, um Reibung zwischen den benachbarten Bürstendichtungssegmenten zu verringern. Die Konstruktion der Bürstendichtungssegmente reduziert einen Bürstendichtungsverschleiß, der während Einschwingbedingungen auftritt, verringert den axialen Raum, den die Bürstendichtungssegmente einnehmen, und ermöglicht es, die Anzahl von Bürstendichtungen in der Turbomaschine zu vergrößern, um den Wirkungsgrad zu steigern.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Bürstendichtungssegmente können in beliebigen geeigneten Turbomaschinen, z. B. Turbinen (wie Gas- oder Dampfturbinen) und Verdichtern genutzt werden. Allerdings ist das in 1 offenbarte Ausführungsbeispiel für Zwecke der Erörterung in Zusammenhang mit einem Gasturbinensystem unterbreitet. 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel eines Turbinensystems 10, das ein Bürstendichtungssegment mit Merkmalen zur Verringerung des Bürstenverschleißes und zur Steigerung des Turbinenwirkungsgrads enthält. Beispielsweise können die Bürstendichtungssegmente mit dem Ziel konstruiert sein, während Einschwingbedingungen des Turbinensystems einen Kontakt der Bürste mit einem Laufrad (beispielsweise durch Vergrößerung des Toleranzabstands) zu vermeiden, und während einer stabilen Dauerbetriebsbedingung des Turbinensystems (z. B. durch eine Verringerung des Toleranzabstands) eine Dichtung mit einem Laufrad zu bilden. Somit können die Bürstendichtungssegmente als beweglich, anpassbar, zurückziehbar oder automatisch auf Betriebsbedingungen des Turbinensystems 10 ansprechend beschrieben werden.
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Das Turbinensystem 10 kann flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, z. B. Erdgas und/oder ein wasserstoffreiches Synthesegas verwenden, um das Turbinensystem 10 anzutreiben. Wie dargestellt, nehmen ein oder mehrere Brennstoffdüsen 12 eine Brennstoffzufuhr 14 auf, mischen den Brennstoff mit Luft und bringen das Luft/Brennstoff-Gemisch in einer Brennkammer 16 in einem Verhältnis aus, das geeignet ist, Verbrennung, Emissionen, Brennstoffverbrauch und Leistungsabgabe zu optimieren. Das Turbinensystem 10 kann eine oder mehrere Brennstoffdüsen 12 enthalten, die im Innern einer oder mehrerer Brennkammeranordnungen 16 angeordnet sind. Das Luft/Brennstoff-Gemisch verbrennt in einer Kammer in der Brennkammer 16, so dass dadurch heiße verdichtete Abgase entstehen. Die Brennkammer 16 lenkt die Abgase durch eine Turbine 18 in Richtung eines Auslasses 20 ins Freie. Während die Abgase durch die Turbine 18 strömen, bewirken sie, das die Turbinenschaufeln eine Welle oder ein Laufrad 22 längs einer Achse des Turbinensystems 10 in Drehung versetzen. Wie nachstehend beschrieben, können Bürstendichtungssegmente zwischen dem Laufrad 22 und stationären Komponenten der Turbine 18 (z. B. Statoren) in einer ringförmigen Anordnung angeordnet sein, um während Dauerbetriebsbedingungen eine Dichtung zu bilden, und um während Einschwingbedingungen einen Bürstentoleranzabstand bereitzustellen. Das Laufrad 22 kann mit einer oder mehreren Nuten für Bürsten der Bürstendichtungssegmente ausgebildet sein.
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Wie zu sehen, kann das Laufrad 22 mit vielfältigen Komponenten des Turbinensystems 10 einschließlich eines Verdichters 24 verbunden sein. Der Verdichter 24 weist ebenfalls Schaufeln auf, die an dem Laufrad 22 angebracht sind. Der Verdichter 24 kann ebenfalls in einer ringförmigen Anordnung zwischen dem Laufrad 22 und stationäre Komponenten des Verdichters 24 Bürstendichtungssegmente aufweisen, wobei die Bürstendichtungssegmente auf Betriebsbedingungen ansprechen. Während sich das Laufrad 22 dreht, rotieren auch die Schaufeln in dem Verdichter 24, um dadurch von einer Luftansaugöffnung 26 ankommende Luft durch den Verdichter 24 hindurch und in die Brennstoffdüsen 12 und/oder Brennkammeranordnung 16 hinein zu verdichten. Das Laufrad 22 kann außerdem mit einer Last 28 verbunden sein, die ein Fahrzeug oder eine stationäre Last sein kann, z. B. ein elektrischer Generator in einem Kraftwerk oder ein Propeller eines Luftfahrzeugs. Die Last 28 kann eine beliebige geeignete Einrichtung beinhalten, die sich durch die Drehmomentausgabe des Turbinensystems 10 antreiben lässt.
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2 zeigt in einer Schnittansicht ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Turbomaschine 38 (z. B. der Turbine 18 oder des Verdichters 24 von 1) mit mehreren Bürstendichtungssegmenten 40. Die Turbomaschine 38 enthält das Laufrad 22, das in einem stationären Stator 42 angeordnet ist. Die Turbomaschine 38 enthält außerdem mehrere Bürstendichtungssegmente 40. Wie zu sehen, bilden die Bürstendichtungssegmente 40 zwischen dem Laufrad 22 und dem Stator 42 eine ringförmige Anordnung um eine Rotationsachse 44 des Laufrads 22. Die Anzahl von Bürstendichtungssegmenten 40 in der ringförmigen Anordnung hängt von einem Durchmesser des Laufrads 22 und sonstigen konstruktiven Erwägungen ab. In speziellen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl von Bürstendichtungssegmenten 40 im Bereich von 2 bis 12 oder darüber liegen. Unter Dauerbetriebsbedingungen, während sich das Laufrad 22 in einer Umfangsrichtung 45 dreht, bilden Bürsten 46, die sich ausgehend von den Bürstendichtungssegmenten 40 erstrecken, eine Dichtung mit dem Laufrad 22. Während Einschwingbedingungen (z. B. des Hochfahrens, des Herunterfahrens oder anderer dynamischer Bedingungen) ist der Bürstentoleranzabstand zwischen den Bürsten 46 und dem Laufrad 22 größer, um den Verschleiß der Bürstendichtungssegmente 40 zu reduzieren, das Laufrad 22 besser vor Schäden zu schützen, und die Wärmeentwicklung zu verringern. Wie zu sehen, ist jedes Bürstendichtungssegment 40 bogenförmig gestaltet. Wie in 3 veranschaulicht, ist zwischen benachbarten Bürstendichtungssegmenten 40 ein intermediäres Vorspannelement 56 (z. B. ein Federelement) angeordnet, um eine Kraft bereitzustellen, die dazu dient, das Segment von dem Laufrad weg zu bewegen und einen gewissen Toleranzabstand aufrecht zu erhalten sowie Reibung zwischen den benachbarten Segmenten 40 zu verringern. Das intermediäre Vorspannelement 56 kann außerdem eine zweckmäßige Ausrichtung zwischen den benachbarten Bürstendichtungssegmenten 40 durchführen. Beispielsweise kann das intermediäre Vorspannelement 56 die Wahrscheinlichkeit verringern, dass sich ein Bürstendichtungssegment 40 gegen ein benachbartes Bürstendichtungssegment 40 bewegt und die Segmente 40 festklemmt. Somit kann das intermediäre Vorspannelement 56 Bewegungsfreiheit der Bürstendichtungssegmente 40 zwischen verschiedene Positionen sicherstellen, die Einschwing- und stabilen Dauerbetriebsbedingungen entsprechen.
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4 stellt weitere Einzelheiten der Bürstendichtungssegmente 40 dar. 4 zeigt in einer entlang der Schnittlinie 4-4 von 2 geschnittenen Teilansicht ein Ausführungsbeispiel des Stators 42, des Bürstendichtungssegments 40 und des Laufrads 22 der Turbomaschine 38 von 2. Der Stator 42 weist eine Nut oder Kammer 66 (beispielsweise eine ringförmige Kammer) auf. Wie weiter unten mehr im Einzelnen gezeigt, ist jedes Bürstendichtungssegment 40 mit der Kammer 66 verbunden. Das Bürstendichtungssegment 40 enthält eine bewegliche (z. B. zurückziehbare) Halterung 68. Die bewegliche Halterung 68 weist eine Dichtungsfläche 69 auf. Die Bürste 46 ist entlang der Dichtungsfläche 69 mit der beweglichen Halterung 68 verbunden. In speziellen Ausführungsbeispielen basiert die Dichtungsfläche 69 ohne den Einsatz weiterer Dichtungen im Wesentlichen allein auf der Bürste 46. Die Bürste 46 enthält zahlreiche Borsten 70 (z. B. metallische Borsten), um mit einer Außenfläche 72 des Laufrads 22 die Dichtung zu bilden. In speziellen Ausführungsbeispielen können die Borsten 70 der Bürste 46 in mehreren Reihen (siehe 5–10) entlang einer Länge 74 der beweglichen Halterung 68 ausgerichtet sein. In einigen Ausführungsbeispielen können die einzelnen Borsten 70 mit einem Durchmesser von etwa 0,1 bis 20 Tausendstelzoll bemessen sein. In speziellen Ausführungsbeispielen können die einzelnen Borsten 70 mit einer Länge von etwa 20 bis 200 Tausendstelzoll bemessen sein. Materialien für die Borsten 70 können Metall, Kunststoff, Holz, Keramik oder sonstige Materialien beinhalten. Beispiele von Metallen sind Haynes 25 Legierung, Hastelloy® Legierung oder andere Arten von Legierungen. Die bewegliche Halterung 68 weist eine oder mehrere Taschen 76 für ein oder mehrere Vorspannelemente 78 (z. B. Federn) auf, die dazu dienen, die bewegliche Halterung 68 in einer axialen Richtung und/oder in einer radialen Richtung in Bezug auf einen axialen und/oder radialen Bewegungspfad entlang der Rotationsachse 44 des Laufrads 22 vorzuspannen. In speziellen Ausführungsbeispielen weist die bewegliche Halterung 68 einen in Bezug auf die Rotationsachse 44 des Laufrads 22 geneigten Bewegungspfad auf. Das Vorspannelement 78 ist mit der beweglichen Halterung 68 verbunden und kann eine Feder, beispielsweise eine Blattfeder, beinhalten. Wie zu sehen, ist das Vorspannelement 78 ein längliches gekrümmtes Federelement, das sich über eine Länge der Tasche 76 erstreckt. In speziellen Ausführungsbeispielen kann das Vorspannelement 78 eine mittels Federkraft vorgespannte Stange, eine Nocke, einen hydraulischen Zylinder, eine pneumatische Einrichtung oder ein beliebiges sonstiges Vorspannelement beinhalten.
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Wie in 5–12 zu sehen, ist das Vorspannelement 78 dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 während Einschwingbedingungen von einer ersten Position zu einer zweiten Position vorzuspannen, um einen Bürstentoleranzabstand 84 in einem Raum 86 zwischen dem Laufrad 22 und dem Stator 42 (z. B. der Bürste 46) zu vergrößern. Der während Einschwingbedingungen vergrößerte Bürstentoleranzabstand verringert den Verschleiß des Bürstendichtungssegment 40, vermindert Schäden an dem Laufrad 22 und reduziert die Wärmeentwicklung. Wie nachfolgend im Einzelnen erläutert, ist ein Fluidstrom oder ein Leckstrom (z. B. Dampf, Verbrennungsgas, usw.) dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 in einer gegenüber dem Vorspannelement 78 entgegengesetzten Richtung vorzuspannen. Während Dauerbetriebsbedingungen ist die bewegliche Halterung 68 dazu eingerichtet, sich in Reaktion auf einen Leckstrom von dem Raum 86 zu der Kammer 66 von der zweiten Position zu der ersten Position zu bewegen, um den Bürstentoleranzabstand 84 in dem Raum 86 zwischen dem Laufrad 22 und dem Stator 42 (d. h. der Bürste 46) zu verringern und die Dichtung bilden.
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5 und 6 sind längs der Schnittlinie 5-5 von 2 und 4 geschnittene partielle Seitenansichten von Ausführungsbeispielen des Stators 42, Bürstendichtungssegments 40 und Laufrads 22. Der Stator 42 weist die Nut oder Kammer 66 (z. B. die ringförmige Kammer) auf. Das eigenständige oder selbsttragende Bürstendichtungssegment 40 ist in der Kammer 66 ohne den Einsatz eines Zwischenrings angeordnet. Das Bürstendichtungssegment 40 weist die bewegliche Halterung 68, die Bürste 46 und ein Paar Vorspannelemente 78 auf, die in Taschen 76 der beweglichen Halterung 68 angeordnet sind. Die bewegliche Halterung 68 weist einen Kopf 96, eine Verlängerung 98 und eine Dichtungsfläche 69 auf. Wie zu sehen, ist die bewegliche Halterung 68 an der Kammer 66 befestigt. Speziell ist der Kopf 96 der beweglichen Halterung 68 dazu eingerichtet, in der Kammer 66 angebracht zu werden, so dass die Reichweite der Bewegung des Kopfes 96 in der Kammer 66 beschränkt ist. Der Kopf 96 ist breiter als eine Öffnung 100 des Stators 42, so dass das der Einbau des Kopfes 96 in die Kammer 66 hinein ermöglicht ist. Die Verlängerung 98 der beweglichen Halterung 68 erstreckt sich ausgehend von dem Kopf 96 in einer radialen Richtung 102 durch die Öffnung 100. Die Bürste 46 erstreckt sich ausgehend von dem Kopf 96, durch die Verlängerung 98 hindurch und durch die Dichtungsfläche 69. Die Dichtungsfläche 69 basiert ohne den Einsatz weiterer Dichtungen im Wesentlichen auf der Bürste 46.
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Wie zu sehen, enthält die bewegliche Halterung 68 auf einer Vorderseite 104 (z. B. auf der stromaufwärts gelegenen Seite) und auf einer Rückseite 106 (z. B. auf einer stromabwärtigen Seite) des Trägers 68 in den Taschen 76 Vorspannelemente 78. Jedes Vorspannelement 78 kann eine Feder (z. B. eine Blattfeder) beinhalten. Aufgrund der Vorspannelemente 78 weist die bewegliche Halterung 68 in Bezug auf die Rotationsachse 44 des Laufrads 22 in radialen Richtungen 102 und 108 zwischen ersten und zweiten Positionen einen radialen Bewegungspfad auf, wie es in 5 bzw. 6 veranschaulicht ist. Wie in 6 dargestellt, sind die Vorspannelemente 78 dazu eingerichtet, während Einschwingbedingungen (z. B. des Hochfahrens, Herunterfahrens oder unter sonstigen dynamischen Bedingungen) die bewegliche Halterung 68 von einer ersten Position (5) zu einer zweiten Position in der Kammer 66 in der radialen Richtung 108 vorzuspannen, so dass dadurch der Bürstentoleranzabstand 84 in dem Raum 86 zwischen der Bürste 46 und dem Laufrad 22 vergrößert wird. Weiter ist die bewegliche Halterung 68 dazu eingerichtet, sich in Reaktion auf einen Leckstrom 110 von dem Raum 86 zu der Kammer 66 von der zweiten Position (6) zu der ersten Position (5) zu bewegen, um den Bürstentoleranzabstand 84 zu verkleinern. Beispielsweise nähert sich während des Betriebs (z. B. nach dem Hochfahren) ein Arbeitsfluid 109 (z. B. Dampf oder Verbrennungsgas) dem Bürstendichtungssegment 40 an der Vorderseite 104, und zumindest ein Teil des Arbeitsfluids 109 verzweigt sich als ein Strom 110 in die Kammer 66 des Stators 42. In speziellen Ausführungsbeispielen ist das Arbeitsfluid 109 ein Leckstrom in dem Turbinensystem 10, und der Strom 110 ist lediglich ein abgezweigter Teil des Arbeitsfluids 109. In speziellen Ausführungsbeispielen ist das Arbeitsfluid 109 möglicherweise nicht als ein Leckstrom beschrieben, jedoch kann der Strom 110 dank seiner Abzweigung in die Kammer 66 dennoch als ein Leckstrom beschrieben sein. Wie in 5 veranschaulicht, ist der Leckstrom 110 dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 während einer stabilen Dauerbetriebsbedingung in einer gegenüber den Vorspannelementen 78 entgegengesetzten Richtung (d. h. radialen Richtung 102) vorzuspannen. Im Ergebnis kommt die Bürste 46 des Bürstendichtungssegments 40 mit der Außenfläche 72 des Laufrads 22 in Berührung, um die Dichtung zu bilden. Somit reduziert die Konstruktion des Bürstendichtungssegments 40 einen während Einschwingbedingungen stattfindenden Bürstendichtungsverschleiß, verringert den durch die Bürstendichtungssegmente besetzten axialen Raum und ermöglicht eine größere Anzahl von Bürstendichtungen in der Turbomaschine 38, um den Wirkungsgrad zu steigern.
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7 und 8 zeigen längs der Schnittlinie 5-5 von 2 und 4 geschnittene partielle Seitenansichten von Ausführungsbeispielen des Stators 42, Bürstendichtungssegments 40 und Laufrads 22. Allgemein entsprechen der Stator 42, das eigenständige Bürstendichtungssegment 40 und das Laufrad 22 mit Ausnahme von Änderungen der Beweglichkeit, wie sie nachfolgend erläutert sind, den in 5 und 6 beschriebenen Konstruktionen. Das Laufrad 22 weist eine Nut 120 (z. B. eine Ringnut) auf, die rund um die Außenfläche 72 ausgebildet ist. Das Bürstendichtungssegment 40 weist das Vorspannelement 78 (z. B. ein Federelement) auf, das an der Rückseite 106 des Kopfes 96 der beweglichen Halterung 68 angebracht ist. Aufgrund des Vorspannelements 78 weist die bewegliche Halterung 68 in den axialen Richtungen 122 und 124 entlang der Rotationsachse 44 des Laufrads 22 zwischen einer ersten und zweiten Position, wie in 8 bzw. 7 veranschaulicht, einen axialen Bewegungspfad auf.
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Wie in 7 dargestellt, ist das Vorspannelement 78 dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 in der axialen Richtung 124 vorzuspannen, um den Bürstentoleranzabstand 84 in dem Raum 86 zwischen dem Laufrad 22 und dem Stator 42 (d. h. der Bürste 46) zu ändern. D. h. das Vorspannelement 78 ist dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 in der axialen Richtung 124 vorzuspannen, um die Bürste 46 in die an dem Laufrad 22 ausgebildete Nut 120 zu bewegen. Speziell ist das Vorspannelement 78 dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 während Einschwingbedingungen von einer ersten Position (8) zu einer zweiten Position (7) in der Kammer 66 in der axialen Richtung 124 vorzuspannen, um die Bürste 46 in die Nut 120 zu bewegen, so dass dadurch der Bürstentoleranzabstand 84 in dem Raum 86 zwischen der Bürste 46 und dem Laufrad 22 vergrößert wird. Wie in 8 veranschaulicht, ist die bewegliche Halterung 68 außerdem dazu eingerichtet, sich in Reaktion auf einen Leckstrom 110 von der zweiten Position (7) zu der ersten Position (8) zu bewegen, um den Bürstentoleranzabstand 84 zu verkleinern, beispielsweise, indem die Bürste aus der Nut 120 heraus bewegt wird, um die Dichtung mit der Außenfläche 72 des Laufrads 22 zu bilden. Beispielsweise nähert sich während des Betriebs (z. B. nach dem Hochfahren) ein Arbeitsfluid 109 oder ein Leckstrom 110 (z. B. Dampf oder Verbrennungsgas) dem Bürstendichtungssegment 40 an der Vorderseite 104 in der axialen Richtung 122. Im Ergebnis erzeugt der Leckstrom 110 ein Druckgefälle, das auf der Vorderseite 104 einem größeren Druck 126 und auf der Rückseite 106 einem geringeren Druck 128 aufweist. Wenn der Druck 126 während stabiler Dauerbetriebsbedingungen die Kraft überschreitet, die durch das Vorspannelement 78 und den Druck 128 ausgeübt wird, ist der Leckstrom 110 in der Tat dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 in einer gegenüber dem Vorspannelement 78 entgegengesetzten Richtung (z. B. in axialer Richtung 122) vorzuspannen. Diese axiale Bewegung 122 des Bürstendichtungssegments 40 bewegt das Segment 40 aus der Nut 120 in eine engere (d. h. einen geringeren Toleranzabstand 84 aufweisende) Berührung mit dem Laufrad 22. Dank des variablen Toleranzabstands 84 des Bürstendichtungssegments 40 reduziert das veranschaulichte Ausführungsbeispiel den Bürstendichtungsverschleiß und verringert den durch die Bürstendichtungssegmente 40 besetzten axialen Raum. Darüber hinaus gestattet das veranschaulichte Ausführungsbeispiel den Einsatz einer größeren Anzahl von Bürstendichtungen in der Turbomaschine 38, um den Wirkungsgrad zu steigern.
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9 und 10 zeigen längs der Schnittlinie 5-5 von 2 und 4 geschnittene partielle Seitenansichten von Ausführungsbeispielen des Stators 42, Bürstendichtungssegments 40 und Laufrads 22. Allgemein entsprechen der Stator 42, das eigenständige Bürstendichtungssegment 40 und das Laufrad 22 mit Ausnahme von Änderungen der Beweglichkeit, wie sie nachfolgend erläutert sind, den in 5 und 6 beschriebenen Konstruktionen. Das Bürstendichtungssegment 40 weist Vorspannelemente 78 (z. B. Federn) auf, die an der Rückseite 106 des Kopfes 96 der beweglichen Halterung 68 angebracht sind. Die Anzahl der Vorspannelemente 78 kann in einem Bereich von 1 bis 10 oder darüber liegen. Wie zu sehen, weist der Stator 42 benachbart zu der in die Kammer 66 führenden Öffnung 100 abgewinkelte/geneigte untere Abschnitte 138 und 140 auf, so dass dadurch ein geneigter Bewegungspfad 145 des Kopfes 96 in der Kammer 66 definiert ist. Die unteren Abschnitte 138 und 140 weisen in Bezug auf die Rotationsachse 44 des Laufrads 22 Winkel 142 im Bereich von etwa 0 bis 90°, 1 bis 89 Grad, 5 bis 60 Grad, 5 bis 45°, 5 bis 30 Grad, oder 10 bis 20 Grad auf. Der Kopf 96 der beweglichen Halterung 68 ist mit einem Winkel 144 ausgebildet, um den unteren Abschnitten 138 und 140 des Stators 42 zu entsprechen. Beispielsweise ist der Winkel 144 des Kopfes 96 in Bezug auf die Rotationsachse 44 des Laufrads 22 in einem Bereich von etwa 0 bis 90°, 1 bis 89 Grad, 5 bis 60 Grad, 5 bis 45°, 5 bis 30 Grad, oder 10 bis 20 Grad bemessen. Aufgrund des Vorspannelements 78 und der geneigten Konstruktion der unteren Abschnitte 138 und 140 des Stators 42 weist die bewegliche Halterung 68 einen zwischen einer ersten und zweiten Position in Bezug auf die Rotationsachse 44 des Laufrads 22 allgemein in axialen Richtungen 122 und 124 und radialen Richtungen 102 und 106 geneigten Bewegungspfad 145 auf, wie es in 10 bzw. 9 veranschaulicht ist. Der geneigte Bewegungspfad ist mit einem Winkel 146 im Bereich von etwa 0 bis 90°, 1 bis 89 Grad, 5 bis 60 Grad, 5 bis 45°, 5 bis 30 Grad, oder 10 bis 20 Grad bemessen. Wie zu sehen, sind die Vorspannelemente 78 dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 vorzuspannen, so dass sie sich lediglich entlang des geneigten Bewegungspfads bewegt. In weiteren Ausführungsbeispielen (z. B. 11 und 12) können ein oder mehrere Vorspannelemente 78 dazu eingerichtet sein, die bewegliche Halterung zusätzlich zu dem geneigten Bewegungspfad entlang anderer (z. B. axialer) Bewegungspfade vorzuspannen.
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Wie in 9 dargestellt, ist das Vorspannelement 78 dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 entlang des geneigten Bewegungspfads 145 in der axialen Richtung 124 und in der radialen Richtung 108 vorzuspannen, um den Bürstentoleranzabstand 84 in dem Raum 86 zwischen dem Laufrad 22 und dem Stator 42 (z. B. der Bürste 46) zu ändern. Speziell ist das Vorspannelement 78 dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 während Einschwingbedingungen von einer ersten Position (10) zu einer zweiten Position (9) in der Kammer 66 in der axialen Richtung 124 und in der radialen Richtung 108 vorzuspannen, um den Bürstentoleranzabstand 84 in dem Raum 86 zwischen der Bürste 46 und dem Laufrad 22 zu vergrößern. Wie in 10 veranschaulicht, ist die bewegliche Halterung 68 außerdem dazu eingerichtet, sich von der zweiten Position (9) zu der ersten Position (10) zu bewegen, um den Bürstentoleranzabstand 84 in Reaktion auf einen Leckstrom 110 zu verkleinern, so dass die Dichtung mit der Außenfläche 72 des Laufrads 22 gebildet wird. Beispielsweise strömt Fluid (z. B. Dampf oder Verbrennungsgas) als Teil des Leckstroms 110 während des Betriebs (z. B. nach dem Hochfahren) in der axialen Richtung 122, wobei auf der Vorderseite 104 der beweglichen Halterung 68 ein Druck 126 ausgeübt wird, der einen auf der Rückseite 106 des Trägers 68 herrschenden Druck 128 übertrifft. Wenn der Druck 126 während stabiler Dauerbetriebsbedingungen größer ist als die durch das Vorspannelement 78 und den Druck 128 ausgeübte Kraft, dient der Leckstrom 110 in der Tat dazu, die bewegliche Halterung 68 in gegenüber dem Vorspannelement 78 entgegengesetzten Richtungen (z. B. in die axiale Richtung 122 und in die radiale Richtung 102) vorzuspannen. Aufgrund des variablen Toleranzabstands 84 des Bürstendichtungssegments 40 verringert das veranschaulichte Ausführungsbeispiel den Bürstendichtungsverschleiß und reduziert den axialen Raum, der durch die Bürstendichtungssegmente besetzt ist. Darüber hinaus gestattet das veranschaulichte Ausführungsbeispiel den Einsatz einer größeren Anzahl von Bürstendichtungen in der Turbomaschine 38, um den Wirkungsgrad zu steigern.
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11 und 12 veranschaulichen längs der Schnittlinie 5-5 von 2 und 4 geschnittene partielle Seitenansichten von Ausführungsbeispielen des Stators 42, Bürstendichtungssegments 40 und Laufrads 22. Allgemein entsprechen der Stator 42, das eigenständige Bürstendichtungssegment 40 und das Laufrad 22 mit Ausnahme von Änderungen der Beweglichkeit, wie sie nachfolgend erläutert sind, den in 5 und 6 veranschaulichten Konstruktionen. Das Bürstendichtungssegment 40 weist ein Vorspannelement 78 (z. B. eine Feder) auf, die an der Rückseite 106 des Kopfes 96 der beweglichen Halterung 68 angebracht ist. In speziellen Ausführungsbeispielen kann das Vorspannelement 78 eine gewellte Federscheibe enthalten (d. h. einen aufgewickelten Flachdraht, wobei der Draht Welligkeit hinzugefügt ist, um eine Federwirkung zu erzielen). Wie zu sehen, weisen die unteren Abschnitte 138 und 140 des Stators 42 obere Flächen 156 und 158 auf, die der Kammer 66 zugewandt sind, wobei die oberen Flächen 156 und 158 mit Nuten oder Ausnehmungen ausgebildet sind. Der Kopf 96 der beweglichen Halterung 68 weist Vorsprünge auf, die dazu eingerichtet sind, in Reaktion auf Leckstrom 110, wie nachstehend mit Bezug auf 13 beschrieben, mit den mit Nuten versehenen oberen Flächen 156 und 158 zusammenzuwirken. Aufgrund des Vorspannelements 78 und der Konstruktion der mit Nuten versehenen oberen Flächen 156 und 158 der unteren Abschnitte 138 und 140 des Stators 42, weist die bewegliche Halterung 68 einen axialen Bewegungspfad entlang der Rotationsachse 44 des Laufrads 22 auf. Darüber hinaus weist die bewegliche Halterung 68 allgemein in axialen Richtungen 122 und 124 und radialen Richtungen 102 und 108 zwischen einer ersten und zweiten Position, wie in 12 bzw. 11 veranschaulicht, einen in Bezug auf die Rotationsachse 44 des Laufrads 22 geneigten Bewegungspfad auf. Der geneigte Bewegungspfad ist mit einem Winkel im Bereich von etwa 0 bis 90°, 1 bis 89 Grad, 5 bis 60 Grad, 5 bis 45°, 5 bis 30 Grad, oder 10 bis 20 Grad bemessen. Wie zu sehen, ist das Vorspannelement 78 dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 vorzuspannen, so dass sie sich entlang des axialen Bewegungspfads, auf den der geneigte Bewegungspfad folgt, von der ersten Position (12) zu der zweiten Position (11) bewegt.
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Wie in 11 veranschaulicht, ist das Vorspannelement 78 dazu eingerichtet, die bewegliche Halterung 68 in der axialen Richtung 124 und in der radialen Richtung 108 vorzuspannen, um den Bürstentoleranzabstand 84 in dem Raum 86 zwischen dem Laufrad 22 und dem Stator 42 (z. B. der Büste 46) zu ändern. Speziell ist das Vorspannelement 78 dazu eingerichtet, während Einschwingbedingungen die bewegliche Halterung 68 von einer ersten Position (12) zu einer zweiten Position (11) in der Kammer 66 in der axialen Richtung 124 und in der radialen Richtung 108 vorzuspannen, um den Bürstentoleranzabstand 84 in dem Raum 86 zwischen der Bürste 46 und dem Laufrad 22 zu vergrößern. Wie in 12 dargestellt, ist die bewegliche Halterung 68 außerdem dazu eingerichtet, sich von der zweiten Position (11) zu der ersten Position (12) zu bewegen, um den Bürstentoleranzabstand 84 in Reaktion auf einen Leckstrom 110 zu verkleinern, um die Dichtung mit der Außenfläche 72 des Laufrads 22 zu bilden. Beispielsweise strömt Fluid (z. B. Dampf oder Verbrennungsgas) als Teil des Leckstroms 110 während des Betriebs (z. B. nach dem Hochfahren) in der axialen Richtung 122, wobei auf der Vorderseite 104 der beweglichen Halterung 68 ein Druck 126 ausgeübt wird, der einen auf der Rückseite 106 des Trägers 68 herrschenden Druck 128 übertrifft. Wenn der Druck 126 während stabiler Dauerbetriebsbedingungen größer ist als die durch das Vorspannelement 78 und den Druck 128 ausgeübte Kraft, dient der Leckstrom 110 in der Tat dazu, die bewegliche Halterung 68 in gegenüber dem Vorspannelement 78 entgegengesetzte Richtungen (z. B. in die axiale Richtung 122 und in die radiale Richtung 102) vorzuspannen.
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13 veranschaulicht das Zusammenwirken zwischen dem Kopf 96 der beweglichen Halterung 68 und dem Stator 42. 13 zeigt eine entlang der Schnittlinie 13-13 von 11 und 12 geschnittene partielle Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Grenzfläche zwischen dem Kopf 96 der beweglichen Halterung 68 des Bürstendichtungssegments 40 und des Stators 42 von 11 und 12. Einzelheiten von 13 treffen auch auf beide unteren Abschnitte 138 und 140 des Stators 42 und entsprechende Enden 168 und 170 des Kopfes 96 der beweglichen Halterung 68 zu. Die unteren Abschnitte 138 und 140 des Stators 42 weisen die oberen Flächen 156 und 158 auf, die beide mit einer Nut 172 ausgebildet sind, die dazu eingerichtet ist, mit einem Vorsprung 174 der Enden 168 und 170 zusammenzuwirken. In einer Abwandlung können die Enden 168 und 170 in speziellen Ausführungsbeispielen mit der Nut 172 ausgebildet sein, während die unteren Abschnitte 138 und 140 den Vorsprung 140 aufweisen. Darüber hinaus kann die Konstruktion der Enden 168 und 170 und der unteren Abschnitte 138 und 140 in anderen Ausführungsbeispielen variieren, um vielfältige gekrümmte und/oder abgewinkelte/geneigte Formen aufzuweisen, um einen geneigten Bewegungsbereich zu ermöglichen.
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In Reaktion auf einen Leckstrom 110 (z. B. nach dem Hochfahren) bewegen sich die Enden 168 und 170 des Kopfes 96, wie im Vorausgehenden in 11 und 12 beschrieben, zuerst entlang des axialen Bewegungspfads 176 in der axialen Richtung 122, und anschließend längs eines geneigten Bewegungspfads 178 allgemein in der axialen Richtung 122 und in der radialen Richtung 102, bis die Vorsprünge 170 in den Nuten 172 angeordnet sind. In Reaktion auf Einschwingbedingungen bewegt sich der Kopf 96 in umgekehrter Richtung. D. h. die Enden 168 und 170 des Kopfes 96 bewegen sich zuerst entlang des geneigten Bewegungspfads 180 allgemein in der axialen Richtung 124 und in der radialen Richtung 108, und anschließend längs eines axialen Bewegungspfads 182 in der axialen Richtung 124. Aufgrund des variablen Toleranzabstands 84 des Bürstendichtungssegments 40 verringert das veranschaulichte Ausführungsbeispiel den Bürstendichtungsverschleiß und reduziert den axialen Raum, der durch die Bürstendichtungssegmente besetzt ist. Darüber hinaus gestattet das veranschaulichte Ausführungsbeispiel den Einsatz einer größeren Anzahl von Bürstendichtungen in der Turbomaschine 38, um den Wirkungsgrad zu steigern.
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Zu technischen Effekten der beschriebenen Ausführungsbeispiele gehört das Ausrüsten von Systemen mit beweglichen (z. B. zurückziehbaren) Bürstendichtungssegmenten 40 in Turbomaschinen 38, beispielsweise in einer Turbine 18 (z. B. Gas- oder Dampfturbine) oder in einem Verdichter 24, um einen Kontakt der Bürste mit dem Laufrad 22 im Verlauf von Einschwingvorgängen oder -bedingungen (d. h. des Hochfahrens, Herunterfahrens oder anderer dynamischer Bedingungen) der Turbomaschine 38 zu vermeiden, während bei einer stabilen Dauerbetriebsbedingung der Turbomaschine 38 eine Dichtung mit dem Laufrad 22 gebildet wird. Die Beweglichkeit oder Zurückziehbarkeit (z. B. in der axialen und/oder radialen Richtung) der Bürstendichtungssegmente 40 kann einen Bürstendichtungsverschleiß verringern, der während Einschwingbedingungen auftritt. Darüber hinaus sind die Bürstendichtungssegmente 40 eigenständig oder selbsttragend (beispielsweise ohne einen Zwischenring ausgestattet) und können daher den axialen Raum reduzieren, der durch die Bürstendichtungssegmente 40 besetzt ist. Im Ergebnis kann die Konstruktion der Bürstendichtungssegmente 40 die Verwendung einer größeren Anzahl von Bürstendichtungen in Turbomaschinen 38 ermöglichen, um den Wirkungsgrad zu steigern.
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Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung einschließlich des besten Modus zu beschreiben, und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in der Praxis einzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente enthalten, die nur unwesentlich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche abweichen.
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Ein System enthält ein Bürstendichtungssegment 40. Das Bürstendichtungssegment 40 weist eine bewegliche Halterung 68 mit einem Kopf 96, einer Verlängerung 98 und einer Dichtungsfläche 69 auf, wobei der Kopf 96 dazu eingerichtet ist, in einer Kammer 66 angebracht zu werden. Weiter weist das Bürstendichtungssegment 40 eine Bürste 46 auf, die an der beweglichen Halterung 68 entlang der Dichtungsfläche 69 angebracht ist, wobei die Dichtungsfläche 69 im Wesentlichen auf der Bürste 46 basiert. Das Bürstendichtungssegment 40 weist zudem ein Vorspannelement 78 auf, das an der beweglichen Halterung 68 angebracht ist, wobei das Vorspannelement 78 dazu eingerichtet ist, die bewegliche Halterung 68 von einer ersten Position zu einer zweiten Position vorzuspannen, um einen Bürstentoleranzabstand 84 in einem Raum 86 zwischen der Bürste 46 und einem Laufrad 22 zu vergrößern, und die bewegliche Halterung 68 ist dazu eingerichtet, sich von der zweiten Position zu der ersten Position zu bewegen, um den Bürstentoleranzabstand 84 in Reaktion auf einen Fluidstrom von dem Raum 86 zu der Kammer 66 zu verkleinern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Turbinensystem
- 12
- Brennstoffdüse
- 14
- Brennstoffzufuhr
- 16
- Brennkammeranordnung
- 18
- Turbine
- 20
- Auslass ins Freie
- 22
- Laufrad
- 24
- Verdichter
- 26
- Luftansaugöffnung
- 28
- Last
- 38
- Turbomaschine
- 40
- Bürstendichtungssegment
- 42
- Stator
- 44
- Rotationsachse
- 46
- Bürste
- 56
- intermediäres Vorspannelement
- 66
- Kammer
- 68
- bewegliche Halterung
- 70
- Borsten
- 72
- Außenfläche
- 74
- Länge
- 76
- Tasche
- 78
- Vorspannelement
- 84
- Bürstentoleranzabstand
- 86
- Raum
- 96
- Kopf
- 98
- Verlängerung
- 100
- Öffnung
- 102
- radiale Richtung
- 104
- Vorderseite
- 106
- Rückseite
- 108
- radiale Richtung
- 109
- Arbeitsfluid
- 110
- Leckstrom
- 120
- Nut
- 122
- axiale Richtung
- 124
- axiale Richtung
- 126
- Druck
- 128
- Druck
- 138
- unterer Abschnitt
- 140
- unterer Abschnitt
- 142
- Winkel
- 144
- Winkel
- 145
- geneigter Bewegungspfad
- 146
- Winkel
- 156
- obere Fläche
- 158
- obere Fläche
- 168
- Ende
- 170
- Ende
- 172
- Nut
- 174
- Vorsprung
- 176
- axialer Bewegungspfad
- 178
- geneigter Bewegungspfad
- 180
- geneigter Bewegungspfad
- 182
- axialer Bewegungspfad
