DE102011101839B4

DE102011101839B4 - Labyrinthdichtung

Info

Publication number: DE102011101839B4
Application number: DE102011101839.9A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Reiter; Christos Georgakis; Ivan Ramirez; Venkatesan Palaniappan
Original assignee: General Electric Technology GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: CN102261478B; GB2480680B; GB201008968D0; DE102011101839A8; DE102011101839A1; JP2012017845A; US20120025472A1; CN102261478A; GB2480680A; JP5279869B2

Abstract

Labyrinthdichtung, die mehrere bogenförmige Labyrinthdichtungssegmente (14) enthält, wobei sich gegenüberstehende Enden benachbarter bogenförmiger Labyrinthdichtungssegmente (14) plane Flächen (26) besitzen, die radial und axial orientiert sind, jedoch unter einem Neigungswinkel (x) gegenüber einer streng axialen Orientierung geneigt sind, wobei die Labyrinthdichtung mehrere bogenförmige Bürstendichtungssegmente (16) enthält, die in den mehreren bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmenten (14) aufgenommen sind, wobei jedes bogenförmige Bürstendichtungssegment (16) eine bogenförmige Borstenaufnahme (18) und mehrere Borsten (24), die durch die bogenförmige Borstenaufnahme (18) aufgenommen sind, enthält, die einen T-förmigen Querschnitt besitzt, wobei sich ein Kopf (20) oder die Traverse der T-förmigen Borstenaufnahme (18) und der größte Teil ihres Schaftes (22) in einem entsprechend gestalteten Schlitz (23) in dem bogenförmigen Labyrinthdichtungssegment (14) befinden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Labyrinthdichtung und insbesondere auf eine Labyrinthdichtung zum Abdichten zwischen ruhenden und drehenden Teilen in einer Gasturbine oder Dampfturbine. Ausführungsformen beziehen sich auf eine kombinierte Labyrinth- und Bürstendichtung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Labyrinthdichtungen werden gewöhnlich dazu verwendet, eine Abdichtung zwischen ruhenden und drehenden Teilen in einer Axialturbine wie etwa einer Gasturbine oder Dampfturbine zu schaffen. Im Allgemeinen ist eine Labyrinthdichtung durch mehrere bogenförmige Labyrinthdichtungssegmente gebildet. Die bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmente können außerdem mehrere bogenförmige Bürstendichtungssegmente tragen und dadurch eine kombinierte Labyrinth- und Bürstendichtung bilden.
Herkömmliche Labyrinthdichtungen können zahlreiche Probleme besitzen, die die Undichtheit an den sich gegenüberstehenden Enden benachbarter bogenförmiger Labyrinthdichtungssegmente und die Vibration in der Dichtung als Ergebnis der Relativbewegung zwischen benachbarten bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmenten enthalten.
DE 601 27 391 T2 beschreibt eine kombinierte Labyrinth- und Borstendichtung. In einer Vertiefung der Labyrinthdichtung ist mittig anstelle einer Rippe eine Bürstendichtung eingesetzt. Die Bürstendichtung weist einen Halter auf, der die Borsten der Bürstendichtung trägt.
Aus DE 36 09 578 A1 ist ein keramischer Dichtring bekannt, der durch einen Träger gehalten wird und an einem mit Abstand zu dem Träger angeordneten Gehäuse einer Gasturbine anliegt. Der keramische Dichtring ist nicht zur Abdichtung zweier relativ zueinander drehbarer Teile vorgesehen.
Es besteht daher ein Bedarf an einer verbesserten Labyrinthdichtung.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Labyrinthdichtung geschaffen, die mehrere bogenförmige Labyrinthdichtungssegmente enthält, wobei sich gegenüberstehende Enden benachbarter bogenförmiger Labyrinthdichtungssegment plane Flächen besitzen, die radial und axial orientiert sind, jedoch unter einem Neigungswinkel gegenüber einer streng axialen Orientierung geneigt sind.
Durch Neigung der radial und axial orientierten planen Flächen sich gegenüberstehender Enden benachbarter bogenförmiger Labyrinthdichtungssegmente gegenüber einer streng axialen Orientierung entstehen zusätzliche Reibungskräfte zwischen benachbarten bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmenten, wodurch die Relativbewegung zwischen benachbarten bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmenten gedämpft wird und die Vibration in der Labyrinthdichtung reduziert wird.
Der Neigungswinkel kann zwischen etwa einem Grad und sechs Grad betragen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt der Neigungswinkel im Bereich von zwei Grad plus oder minus einem Grad bis fünf Grad plus oder minus einem Grad. Ein minimaler Neigungswinkel von etwa zwei Grad kann geeignet sein, weil die Fertigungstoleranzen im Allgemeinen plus oder minus ein Grad betragen und weil ein Neigungswinkel von weniger als einem Grad eine geringe oder keine Auswirkung auf die Reduktion der Vibration haben kann. Ein maximaler Neigungswinkel von etwa. fünf Grad kann geeignet sein, weil unter Berücksichtigung der oben erwähnten Fertigungstoleranzen ein Neigungswinkel von mehr als sechs Grad zu unannehmbar großen Reibungskräften zwischen den sich gegenüberstehenden Enden benachbarter bogenförmiger Labyrinthdichtungssegmente und dadurch zu einer unannehmbar steifen Labyrinthdichtung führen kann.
Die Labyrinthdichtung enthält mehrere bogenförmige Bürstendichtungssegmente, die in den mehreren bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmenten aufgenommen sind und auf diese Weise eine kombinierte Labyrinth- und Bürstendichtung bilden.
Jedes bogenförmige Bürstendichtungssegment enthält im Allgemeinen eine bogenförmige Borstenaufnahme und mehrere Borsten, die durch die bogenförmige Borstenaufnahme aufgenommen und im Allgemeinen gegenüber der radialen Richtung der Labyrinthdichtung geneigt sind. Gegenüberstehende Enden der bogenförmigen Borstenaufnahmen benachbarter bogenförmiger Bürstendichtungssegmente sind im Allgemeinen bei im Wesentlichen demselben Neigungswinkel wie die Borsten gegenüber der radialen Richtung geneigt. Dies stellt sicher, dass es keine dreieckigen Zwischenräume zwischen den Borsten an den sich gegenüberstehenden Enden benachbarter bogenförmiger Bürstendichtungssegmente gibt.
Die sich gegenüberstehenden Enden der bogenförmigen Borstenaufnahmen benachbarter bogenförmiger Bürstendichtungssegmente sind vorzugsweise axial orientiert, gewöhnlich in einer streng axialen Orientierung.
Jedes bogenförmige Bürstendichtungssegment besitzt im Allgemeinen dieselbe Winkelerstreckung wie das bogenförmige Labyrinthdichtungssegment, das es aufnimmt. Jedes bogenförmige Labyrinthdichtungssegment enthält im Allgemeinen mehrere axial beabstandete bogenförmige Rippen, die normalerweise dieselbe Winkelerstreckung wie das bogenförmige Labyrinthdichtungssegment besitzen. Die Labyrinthdichtung ist normalerweise Teil der ruhenden Struktur einer Gasturbine oder Dampfturbine und wirkt mit einer radial benachbarten drehenden Oberfläche zusammen. Im Allgemeinen erstrecken sich die bogenförmigen Bürstendichtungssegmente und Rippen von einer inneren Oberfläche jedes bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmentes zu einer radial benachbarten drehenden Oberfläche hin.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils einer Ausführungsform einer kombinierten Labyrinth- und Bürstendichtung in einem zerlegten Zustand, die sich gegenüberstehende Enden benachbarter Dichtungsringsegmente zeigt;
2 ist eine schematische radial nach innen weisende Ansicht der radial äußeren Oberfläche eines bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmentes von 1; und
3 und 4 sind vereinfachte radial nach innen weisende axiale Ansichten der in 1 gezeigten Dichtungssegmente nach dem Zusammenbau, die die Kontaktbereiche zwischen sich gegenüberstehenden Enden benachbarter bogenförmiger Dichtungssegmente zeigen.

GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun werden lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen Ausführungsformen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht der sich gegenüberstehenden Enden zweier benachbarter Dichtungsringsegmente 10, 12 einer Labyrinthdichtung. Um eine vollständige Labyrinthdichtung zu bilden, sind wohlgemerkt mehrere Dichtungsringsegmente 10, 12 Ende zu Ende angeordnet, so dass sie ein ununterbrochenes Dichtungsringsegment bilden. Die Labyrinthdichtung ist Teil der ruhenden Struktur einer Gasturbine oder Dampfturbine und wirkt mit einer radial benachbarten. drehenden Oberfläche so zusammen, dass zwischen den ruhenden und drehenden Teilen eine Abdichtung gebildet ist.
Jedes Dichtungsringsegment 10, 12 enthält ein bogenförmiges Labyrinthdichtungssegment 14, das Rippen 15 besitzt, die sich von einer radial inneren Oberfläche des bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmentes 14 zu der Oberfläche eines radial benachbarten drehenden Teils (nicht gezeigt) hin erstreckt. Es ist allgemeine Praxis, Labyrinthdichtungen zu verwenden, deren Abdichtelemente wie oben beschrieben nur Rippen 15 oder dergleichen enthalten. Jedoch ist im vorliegenden Fall durch Aufnahme bogenförmiger Bürstendichtungssegmente 16 in den bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmenten 14 eine kombinierte Labyrinth- und Bürstendichtung gebildet. Vorzugsweise besitzt jedes bogenförmige Bürstendichtungssegment 16 dieselbe Winkelerstreckung wie ein entsprechendes bogenförmiges Labyrinthdichtungssegment 14. Die bogenförmigen Bürstendichtungssegmente 16 reduzieren die Undichtheit und erhöhen dadurch die Abdichtleistung der Labyrinthdichtung.
Das bogenförmige Labyrinthdichtungssegment 16 enthält eine bogenförmige Borstenaufnahme 18, die einen im Allgemeinen T-förmigen Querschnitt besitzt, wobei sich der Kopf 20 oder die Traverse der T-förmigen Borstenaufnahme 18 und der größte Teil ihres Schaftes 22 in einem entsprechend gestalteten Schlitz 23 in dem bogenförmigen Labyrinthdichtungssegment 14 befinden. Das Ende der bogenförmigen Borstenaufnahme 18 ist axial orientiert (d. h. nicht gegenüber der streng axialen Richtung geneigt), wie durch die gestrichelte Linie 30 in 3 am besten gezeigt ist. Durch die bogenförmige Borstenaufnahme 18 sind mehrere Borsten 24 aufgenommen, wobei die Borsten 24 bei einem gemeinsamen Winkel von beispielsweise 45 Grad gegenüber der radialen Richtung der Labyrinthdichtung geneigt sind, so dass sie, über ihre Länge hinaus verlängert gedacht, nominell tangential wären zu einem Kreis mit kleinerem Durchmesser als die Labyrinthdichtung.
Um zwischen den Borsten 24 an sich gegenüberstehenden Enden der benachbarten bzw. aneinander angrenzenden bogenförmigen Bürstendichtungssegmente 16 einen dreieckigen Zwischenraum, der die Borsten 24 in seiner Nähe durch benachbarte Borsten unterstützt und daher anfällig für eine Beschädigung belassen würde, zu vermeiden, sind die sich gegenüberstehenden Enden der bogenförmigen Borstenaufnahmen 18 benachbarter bogenförmiger Bürstendichtungssegmente 16 bei demselben Neigungswinkel wie die Borsten 24 ebenfalls gegenüber den radialen Richtung der Labyrinthdichtung geneigt. Im Ergebnis steht das Ende eines der bogenförmigen Bürstendichtungssegmente 16 von der Stirnfläche des Dichtungsringsegmentes 10 vor, während das gegenüberstehende Ende des benachbarten bogenförmigen Bürstendichtungssegmentes 16 von der Stirnfläche des Dichtungsringsegmentes 12 nach innen zurückversetzt ist.
Das gegenüberstehende Ende jedes benachbarten bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmentes 14 besitzt eine im Allgemeinen plane Fläche 26, die in der radialen und der axialen Richtung der Labyrinthdichtung orientiert ist. Die im Allgemeinen plane Fläche 26 des gegenüberstehenden Endes jedes benachbarten bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmentes 14 ist in einer streng radialen Richtung orientiert, wie in 4 am besten zu sehen ist, jedoch unter einem Neigungswinkel x gegenüber einer streng axialen Orientierung geneigt, wie durch die Linie 28 in den 2 und 3 angedeutet ist. Wie oben besprachen worden ist, erhöht dies die Reibungskräfte zwischen den sich gegenüberstehenden Enden benachbarter bogenförmiger Labyrinthdichtungssegmente 14, wodurch die Dämpfung verstärkt wird und die unerwünschte Vibration, die andernfalls in der Labyrinthdichtung während des Betriebs einer Gasturbine oder Dampfturbine entstehen kann, reduziert wird.
Bei typischen Ausführungsformen liegt der Neigungswinkel x im Bereich von etwa 2 bis 5 Grad, wobei dieser minimale und dieser maximale Winkel einer typischen Fertigungstoleranz von etwa ±1 Grad unterworfen sind. Wie oben besprochen worden ist, wird angenommen, dass ein Neigungswinkel x von weniger als etwa 1 Grad eine geringe oder keine Auswirkung auf die Reduktion der Vibration hat, während angenommen wird, dass ein Neigungswinkel x von mehr als sechs Grad infolge unannehmbar großer Reibungskräfte zu einer unannehmbar steifen Dichtung führt.
Obwohl in den vorangehenden Absätzen verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sind, können an jenen Ausführungsformen selbstverständlich verschiedene Abänderungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen. Beispielsweise könnten die bogenförmigen Bürstendichtungssegmente 16 (falls vorhanden) irgendeine geeignete Gestalt besitzen, möglicherweise sich gegenüberstehende Enden besitzen, die nicht gegenüber der radialen Richtung geneigt sind.

Claims

Labyrinthdichtung, die mehrere bogenförmige Labyrinthdichtungssegmente (14) enthält, wobei sich gegenüberstehende Enden benachbarter bogenförmiger Labyrinthdichtungssegmente (14) plane Flächen (26) besitzen, die radial und axial orientiert sind, jedoch unter einem Neigungswinkel (x) gegenüber einer streng axialen Orientierung geneigt sind, wobei die Labyrinthdichtung mehrere bogenförmige Bürstendichtungssegmente (16) enthält, die in den mehreren bogenförmigen Labyrinthdichtungssegmenten (14) aufgenommen sind, wobei jedes bogenförmige Bürstendichtungssegment (16) eine bogenförmige Borstenaufnahme (18) und mehrere Borsten (24), die durch die bogenförmige Borstenaufnahme (18) aufgenommen sind, enthält, die einen T-förmigen Querschnitt besitzt, wobei sich ein Kopf (20) oder die Traverse der T-förmigen Borstenaufnahme (18) und der größte Teil ihres Schaftes (22) in einem entsprechend gestalteten Schlitz (23) in dem bogenförmigen Labyrinthdichtungssegment (14) befinden.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel (x) im Bereich von etwa einem bis sechs Grad liegt.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel (x) im Bereich von zwei bis fünf Grad plus oder minus einem Grad liegt.
Labyrinthdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Borsten (24) gegenüber der radialen Richtung der Labyrinthdichtung geneigt sind und sich gegenüberstehende Enden der bogenförmigen Borstenaufnahmen (18) benachbarter bogenförmiger Bürstendichtungssegmente (16) unter im Wesentlichen demselben Neigungswinkel wie die Borsten (24) ebenfalls gegenüber der radialen Richtung geneigt sind.
Labyrinthdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich gegenüberstehende Enden der bogenförmigen Borstenaufnahmen (18) benachbarter bogenförmiger Bürstendichtungssegmente (16) axial orientiert sind.
Labyrinthdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes bogenförmige Bürstendichtungssegment (16) dieselbe Winkelerstreckung wie das entsprechende Labyrinthdichtungssegment (14), das es aufnimmt, besitzt.