DE102012006328A1

DE102012006328A1 - Filmgleitdichtung für Turbinen

Info

Publication number: DE102012006328A1
Application number: DE102012006328A
Authority: DE
Inventors: Cyril William Fennell; Vassilis Stefanis
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2012-10-04
Also published as: JP5553853B2; IN2012DE00938A; CN102733865A; JP2012207663A; US20120248704A1; CN102733865B

Abstract

Es wird eine verbesserte Dichtung für eine Turbine beschrieben, die eine erste Dichtungsfläche, die an einem stationären Teil einer Turbine angebracht ist, und eine zweite Dichtungsfläche, die an einem rotierenden Teil der Turbine angebracht ist, enthält, wobei die Flächen so strukturiert sind, dass im Betrieb ein dünner Film eines Fluidmediums zwischen den beiden Flächen erzeugt wird, der Kontakt und/oder Leckage verhindert, wobei die Dichtungsfurbinenschaufel und den benachbarten statischen Teilen der Turbine angebracht sind, wobei eine Fläche wahlweise mit einer Fluidzufuhrleitung verbunden sein kann, die der Spitze der Turbinenschaufel und dem Spalt zwischen den Flächen druckbeaufschlagtes Fluid zuführt. Die Fläche der Dichtungsgrenzfläche kann Muster gerader oder schraubenförmiger Beschaffenheit aufweisen, um das Einleiten des Fluids in den Spalt und des Aufrechterhalten des Fluidfilms zu unterstützen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung, die zwischen rotierenden und statischen Teilen einer Turbine, insbesondere zwischen der Spitze einer Turbinenlaufschaufel und der statischen Verkleidung oder den Verlängerungen davon, angebracht ist.
Hintergrund der Erfindung
In der folgenden Beschreibung wird der Begriff ”Turbine” zur Bezeichnung rotierender Motoren mit einem Stator und einem rotierenden Teil, die durch ein Fluidmedium, wie zum Beispiel Wasser oder Gas zwangsgekoppelt sind, verwendet. Von besonderem Interesse für die vorliegende Erfindung sind Axialturbinen, die radial angeordnete feststehende Leitschaufeln umfassen, die sich mit radialen Anordnungen von sich bewegenden Laufschaufeln abwechseln. Bewegungen werden allgemein als Bewegungen bezüglich einer Verkleidung oder eines Gehäuses aufgefasst.
In vielen Teilen der Turbine treten Verluste an Wirkungsgrad auf, die von Leckage des Fluidmediums in Teile der Turbine, die außerhalb des gewünschten Flussrichtung liegen. Wichtige Leckagepfade finden sich zum Beispiel zwischen dem Rotor und dem Gehäuse, oder zwischen den Spitzen der statischen Schaufeln oder Leitschaufeln und dem Rotor. Ein weiteres bei der Konstruktion und beim Betrieb von Turbinen häufig auftretendes Problem ist die Leckage zwischen der Spitze der Laufschaufeln und dem Gehäuse. Der Betrieb einer Radialturbine erfordert ein Mindestspitzenspiel zwischen den Laufschaufeln und der stationären Wandverkleidung. Dieser Spalt führt zu einem Leckagestrom, der durch den Differenzdruck zwischen der Druckseite und der Saugseite gefördert wird. Das gleiche Problem liegt zwischen dem Turbinenrotor und der Verkleidung im Bereich des Ausgleichskolbens vor und wird hier der Übersicht halber auch unter Spitzenleckage zusammengefasst.
Zur Reduzierung von Leckage und besonders Spitzenleckage wird bekanntermaßen der Spalt zwischen den rotierenden Teilen und den statischen Teilen durch geeignete Dichtungen geschlossen. Die üblichste Art von Dichtung, die für diesen Zweck verwendet wird, ist die Labyrinthdichtung. Eine Labyrinthdichtung weist in der Regel an einem Teil mehrere sich radial erstreckende ringförmige Messer und am anderen Teil einen entsprechenden ringförmigen Dichtungssteg oder eine Anordnung von Gewindegängen oder Nuten auf. Alle Varianten haben das gemeinsame Merkmal, dass sie einen gewundenen Pfad für das Fluid durch den Spalt bereitstellen. Für eine Turbine nimmt die Dichtung oftmals die Form eines vollständigen Rings an, der in der Regel als Hälften oder Viertelsegmente in der Verkleidung, oder von ihr gestützt, zusammengefügt ist.
Da Labyrinthdichtungen wohlbekannt sind, reicht es für den Zweck der vorliegenden Erfindung aus, zu betonen, dass solche Dichtungen komplexe Formen aufweisen, die hohe Maßtoleranzen erfordern, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Jede Bewegung der Teile der Dichtung aus ihrer standardmäßigen Stellung oder Verschleiß während des Betriebs erzeugt in der Regel eine bedeutende Zunahme von Leckage oder Reibung zwischen dem sich bewegenden und dem statischen Teil.
Um einer relativen Bewegung der Teile der Dichtung bei einer radialen Ausdehnung oder Schrumpfung der Schaufeln Rechnung zu tragen, sind einige Dichtungen als federbelastete Pakete montiert. Bei einer federbelasteten Dichtung drückt die elastische Kraft einen Teil der Dichtung gegen den anderen und vermeidet somit sich verbreiternde Spalte oder übermäßige Reibung, wenn die Laufschaufeln schrumpfen oder sich ausdehnen.
Bekannte Alternativen zu den Labyrinthdichtungen sind Bürstendichtungen oder Fingerdichtungen. Diese Dichtungen umfassen im Allgemeinen mehrere flexible Glieder, die an einem Teil angebracht sind und eine Dichtung mit einer geeigneten Fläche am anderen Teil bilden.
Eine weitere bekannte Alternative, die jedoch weniger häufig eingesetzt wird, ist die Filmgleitdichtung mit zwei Eingriffsflächen. Beim Drehen der Turbine wird ein dünner Fluidfilm zwischen den Flächen mit einer kleinen Auftriebskraft erzeugt, um sie auseinander zu halten. In der Regel ist in der Dichtungskonstruktion ein elastisches Element enthalten, um eine Rückstellkraft auszuüben, die der Auftriebskraft entgegenwirkt und einen ungefähr konstanten Spalt zwischen Dichtungsflächen aufrechterhält.
Da Filmgleitdichtungen eine sehr genaue Endbearbeitung und Steuerung der Dichtungsflächen und ihres Abstands erfordern, hat diese besondere Art von Dichtung in der Energieerzeugungsindustrie jedoch keine weit verbreitete Anwendung gefunden. Deshalb wird als eine Aufgabe der Erfindung angesehen, bekannte Filmgleitdichtungen zu verbessern, um der anspruchsvollen Umgebung großer Turbinen, insbesondere großer Dampfturbinen, wie sie bei der Energieerzeugung für das öffentliche Netz verwendet werden, Rechnung zu tragen.
Kurze Darstellung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Dichtung für eine Turbine bereitgestellt, die eine erste Dichtungsfläche, die an einem stationären Teil einer Turbine angebracht ist, und eine zweite Dichtungsfläche, die an einem rotierenden Teil der Turbine angebracht ist, enthält, wobei die Flächen so strukturiert sind, dass im Betrieb ein dünner Film eines Fluidmediums zwischen den beiden Flächen erzeugt wird, der Kontakt und/oder Leckage reduziert wobei zumindest eine der ersten oder zweiten Dichtungsflächen einer rückstellenden Kraft unterworfen ist, die die Dichtung im stationären Zustand oder bei geringen Rotationsgeschwindigkeiten der Turbine öffnet und einer Kraft während der Rotationsgeschwindigkeiten im Normalbetrieb der Turbine unterworfen ist, die der rückstellenden Kraft entgegenwirkt.
Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung sind die Dichtungsflächen an einem Deckband oder einer Spitze einer Turbinenschaufel und den benachbarten statischen Teilen der Turbine angebracht.
Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung ist mindestens eine Fläche mit einer Fluidzufuhrleitung verbunden, die dem einem hinter der Dichtungsfläche liegendem Raum druckbeaufschlagtes Fluid zuführt, so dass der Druck des Fluids zu der Kraft beiträgt, die während der Rotationsgeschwindigkeiten im Normalbetrieb der Turbine der rückstellenden Kraft entgegenwirkt.
Mindestens eine der Flächen der Dichtungsgrenzflächen kann mit zum Beispiel geraden oder schraubenförmigen Absätzen gemustert sein, um das Führen des Fluids in den Spalt zu unterstützen und den Fluidfilm aufrechtzuerhalten.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des obigen Aspekts der Erfindung ist mindestens eine der Dichtungsflächen auf einem Träger angebracht, der sich in axialer Richtung in einer Stützstruktur ausdehnen kann. Bei einer Variante dieser Ausführungsform wird der Träger durch die Verkleidung gestützt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des obigen Aspekts der Erfindung ist mindestens eine der Dichtungsflächen mit einem flexiblen Element angebracht, um eine rückstellende Kraft bereitzustellen, die dahingehend wirkt, die beiden Flächen der Dichtung voneinander zu trennen.
Bei einer anderen Ausführungsform des obigen Aspekts der Erfindung sind die beiden Dichtungsflächen senkrecht zu der axialen Richtung der Turbine angebracht. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass einem größeren Ausmaß an radialer Ausdehnung oder Schrumpfung der Turbinenschaufel Rechnung getragen wird, ohne die Spaltbreite zwischen den Dichtungsflächen zu beeinträchtigen.
Bei einer Alternative zu dieser Ausführungsform können die beiden Dichtungsflächen senkrecht zu der radialen Richtung der Turbine angebracht sein. Solch eine Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass sie weniger empfindlich für eine relative Verschiebung der Dichtungsteile in axialer Richtung ist.
Bei den obigen Varianten der Erfindung kann eine Fluidzufuhrleitung durch das Deckband der Laufschaufel oder durch den (statischen) Träger, der durch die Verkleidung gestützt wird, passieren. Im ersten Fall stellt die Fluidleitung einen Kanal von der stromaufwärtigen Seite der Schaufel in den Raum hinter der Dichtungsfläche bereit, während der Kanal im letzteren Fall eine stromaufwärtige Turbinenstufe mit dem Raum hinter der Dichtungsfläche verbindet.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der obigen Varianten enthält die Fluidleitung eine (bezüglich der Hauptachse der Turbine) um den Umfang verlaufende Nut oder einen solchen Kanal.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtung als ein Filmgleitdichtungs-Zwillingspaar angeordnet, das vorzugsweise an der Verkleidung oder dem statischen Leitapparat angebracht ist, so dass die Spitze der Laufschaufel in axialer Richtung gegen zwei Seiten abgedichtet ist.
Weiterhin kommt die Bereitstellung zusätzlicher Verlängerungselemente für die Spitze oder das Deckband der Laufschaufel in Betracht, um den Spalt zwischen der Spitze der Schaufel oder dem Deckband und der Verkleidung zu verschmälern. Diese Verlängerungen können die Form von Rippen oder Zinnen einnehmen und können als Teil der Stütze für eine der Dichtungsflächen oder als Stütze für zusätzliche Dichtungen, wie zum Beispiel Labyrinthdichtungen, die neben der Filmgleitdichtung platziert sind, verwendet werden.
Diese und weitere Aspekte der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen, wie unten angeführt, hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es werden nunmehr beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt einer (bekannten) Dampfturbine zur Veranschaulichung der Umgebung, in der die vorliegende Erfindung platziert ist;
2A und 2B schematische Beispiele einer Filmgleitdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in axialer Richtung ausgerichtet ist, und Dampfzufuhr durch das Deckband der Turbinenlaufschaufeln;
3 schematisch eine Filmgleitdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in axialer Richtung ausgerichtet ist, und Dampfzufuhr durch den Träger der Dichtungsfläche, die mit der statischen Verkleidung verbunden ist;
4 schematisch Filmgleitdichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung, die in axialer Richtung ausgerichtet sind, und Dampfzufuhr durch den statischen Träger der Dichtungsfläche, wobei zwei Dichtungen als ein Paar angeordnet sind, um axiale Abdichtung zu verbessern;
5 schematisch eine Filmgleitdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die an einer Verlängerung des Deckbands platziert und in radialer Richtung ausgerichtet ist, und Dampfzufuhr durch den Träger der Dichtungsfläche, die mit der statischen Verkleidung verbunden ist;
6 ein anderes Beispiel für eine Filmgleitdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in radialer Richtung ausgerichtet ist, mit Dampfzufuhr durch den Träger der Dichtungsfläche, die mit der statischen Verkleidung verbunden ist, die zwischen zwei an Zinnen platzierten zusätzlichen Dichtungen positioniert ist; und
7 ein Beispiel für eine Flächenstruktur von Flächen, die eine Filmgleitdichtung bilden, in einem schematischen Querschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In der folgenden Beschreibung werden Aspekte und Details von Beispielen für die vorliegende Erfindung ausführlicher beschrieben, wobei zunächst auf eine Ausführung mit so genanntem ”kompakten Leitapparat” Bezug genommen wird, die in 1 dargestellt ist, welche die relevanten Merkmale von 2 der eigenen veröffentlichten US-Patentanmeldung Nr. 2008/0170939 reproduziert.
In 1 wird eine als Schnitt ausgeführte radiale Teilskizze einer axial durchströmten Turbine, die einen Querschnitt von Ringen der Leitschaufeln oder des Leitapparats, die zwischen aufeinanderfolgenden ringförmigen Reihen von Laufschaufeln 12, 13 in einer Dampfturbine positioniert sind, gezeigt. Die Laufschaufeln sind jeweils mit radial inneren ”T-Fuß”-Teilen 14, 15 versehen, die in entsprechenden Schlitzen 16, 17 positioniert sind, welche in den Rand einer Rotortrommel 18 maschinell eingearbeitet sind. Ihre Spitzen sind weiterhin mit radial äußeren Elementen versehen, die als Deckbänder 19, 20 bezeichnet werden. In dem gezeigten Beispiel tragen die Deckbänder die sich bewegenden Teile einer Labyrinthdichtung. Die umschreibenden segmentierten Ringe 21, 22 stützen den statischen Teil der Dichtung. Diese sind starr mit stromaufwärtigen und stromabwärtigen Leitapparatringen 33, 34 verbunden, die wiederum in der Verkleidung 10 der Turbine angebracht sind. Mit den Leitapparatringen 33, 34 sind die Leitschaufeln 30, 31 verbunden. Wie bekannt ist, wird eine Abdichtung zwischen den Laufschaufelspitzen oder Deckbändern 19, 20 und den Ringen 21, 22 durch Lippen oder Rippen 23, 24 erreicht, die in Nuten verstemmt sind, welche in den segmentierten Ringen 21, 22 maschinell eingearbeitet sind, wodurch eine herkömmliche Labyrinthdichtung gebildet wird.
In der folgenden Beschreibung wird die Labyrinthdichtung von 1 durch Filmgleitdichtungen in verschiedenen Anordnungen ersetzt, wie unter Bezugnahme auf die 2–5 weiter unten näher erläutert wird. In allen Zeichnungen werden gleiche Elemente oder Elemente, die gleiche Funktionen haben, wann immer möglich, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Bezug nehmendauf 2A, wird der Spitzenabschnitt 13 einer Turbinenlaufschaufel mit dem Deckband 20, das ein radiales Verlängerungselement 201 trägt, gezeigt. An dem Verlängerungsteil ist eine erste Dichtungsfläche oder Lauffläche 241 der Filmgleitdichtung 24 angebracht. Die Dichtungsfläche 241 ist senkrecht zu der axialen Richtung ausgerichtet. Neben der ersten Dichtungsfläche oder Lauffläche 241 ist eine zweite Dichtungsfläche 242 angeordnet, die eigentlich Teil eines Dichtungseinsatzes 243 ist. Die rotierende Dichtungsfläche 241 enthält in der Regel eine harte Beschichtung, während die statische Dichtungsfläche 242 in der Regel aus einem weicheren Material hergestellt ist, das in Abhängigkeit von den Betriebstemperaturen von polymerem Material, wie zum Beispiel PTFE, bis zu Stahl oder Kohlenstoff variieren kann.
Der Dichtungseinsatz 243 ist in einer Aussparung eines größeren Trägerelements 22 angebracht. Ein Federelement 244 stellt eine kleine Kraft zur Zentrierung des Trägers 22 bereit und drückt die Dichtungsflächen in Kontakt, wenn keine anderen Kräfte vorhanden sind, zum Beispiel bei Anlassen der Turbine. Der Träger 22 sitzt in einem Schlitz in der Verkleidung 10 oder einem Teil, das mit der Verkleidung verbunden ist, wie zum Beispiel einem äußeren Leitapparat. Der Schlitz stützt den Träger, lässt jedoch Spalte zur Aufnahme einer (Wärme-)Ausdehnung in axialer Richtung der Trägerstruktur in der Verkleidung 10.
Zufuhrleitungen 202 werden durch mehrere Bohrungen durch das radiale Verlängerungselement 201 und das Deckband 20 bereitgestellt und leiten Dampf von der stromaufwärtigen Seite (mit hohem Druck) in den Spalt zwischen den Dichtungsflächen 241, 242. An ihrem Eintrittspunkt ist die Bohrung 202 am besten so abgewinkelt, dass sie in die Drehrichtung auf der stromaufwärtigen Seite weist, um die Geschwindigkeitshöhe auszunutzen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die gezeigte Bohrung rein schematisch ist und ihr Pfad von mehreren Konstruktionsparametern abhängig ist. Zu diesen Parametern gehören die Abmessungen des Deckbands, die Druckdifferenzen und andere. Der ideale Verlauf der Bohrungen ist höchstwahrscheinlich eine Gerade von einer Stelle, an der der Druck auf der stromaufwärtigen Seite hoch ist, zu dem Kanal 203, der das Hochdruckfluid gleichmäßig entlang der ersten um den Umfang verlaufenden Dichtungsfläche oder Lauffläche 241 der Filmgleitdichtung 24 verteilt.
Unter Betriebsbedingungen tritt der Dampf von der einen höheren Druck aufweisenden Seite in das Zufuhrrohr 202 ein, um in den Verteilungskanal 203 und in den Spalt zwischen den Dichtungsflächen 241, 242, der in der Regel aufgrund des Druckverlustes um die Spitze der Laufschaufel oder das Deckband 20 herum einen geringeren Druck aufweist, abgeführt zu werden. Dieses Einspritzen von Fluid zusammen mit der relativen Drehung und irgendeiner Flächenstruktur der Dichtungsflächen 241, 242 erzeugt einen dünnen Fluidfilm zwischen dem rotierenden und dem statischen Teil in diesem Abschnitt. Der dünne Film ist hinsichtlich seiner Breite zu einem gewissen Grad selbsteinstellend, und der Dichtungsspalt kann innerhalb sehr geringer Toleranzen gehalten werden.
Da die einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 241, 242 senkrecht zu der axialen Richtung verlaufen, sind sie gegenüber bedeutender Bewegung der Laufschaufel in radialer Richtung tolerant. Jegliche radiale Ausdehnung oder Schrumpfung führt im Wesentlichen nur zu einer lateralen Fehlausrichtung der Dichtungsflächen 241, 242, ohne jedoch den Spalt zwischen den beiden zu verbreitern. Infolgedessen wird die axial ausgerichtete Filmgleitdichtung als potenziell eines der großen Hindernisse überwindend betrachtet, die bisher die Anwendung dieser Dichtungstechnik in der Turbinenindustrie erschwerten.
Eine Variante des Beispiels von 2A wird in 2B gezeigt. Hier wird ein Federelement 245 eingeführt, um direkt auf den Dichtungseinsatz 243 zu wirken. Die Feder wirkt als eine kleine Schließkraft auf dem Einsatz und kann entweder das in 2A gezeigte zentrierende Federelement 244 ersetzen oder mit ihm zusammen wirken. Andere Elemente von 2B sind bereits oben beschrieben worden.
Eine Alternative zu den oben beschriebenen Beispielen wird in 3 dargestellt. Hier wird die Fluidzufuhrleitung 202 von einer stromaufwärtigen Stufe mit hohem Druck durch den statischen Trägerabschnitt 22 geführt. Das druckbeaufschlagte Fluid wird in einen Raum hinter dem Dichtungseinsatz 243 geleitet. Die Balgen- oder Federelemente 246 zwischen dem Dichtungseinsatz 243 und dem Träger 22 werden zur Vorspannung der Dichtung und zur Gewährleistung der Dichtungsposition beim Anlassen der Turbine und bei anderen Nichtbetriebsereignissen durch die Bereitstellung einer Rückstellkraft verwendet.
Wie bei dem vorherigen Beispiel sind die einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 241, 242 sind wieder senkrecht zu der axialen Richtung ausgerichtet und somit tolerant gegenüber Bewegung der Laufschaufeln in radialer Richtung.
Eine Variante des Beispiels von 3 wird in 4 gezeigt. In dem Beispiel von 4 ist die radiale Verlängerung 201 des Deckbands 20 zwischen einem Paar Filmgleitdichtungen 24, 24 platziert und trägt die rotierenden Flächen dieser. Jede der Dichtungen 24, 24' ist auf die gleiche Weise wie die Dichtung 24 der obigen 3 aufgebaut und die Bezugzeichen bezeichnen die gleichen Elemente. Die Variante von 4 bietet eine verbesserte Abdichtung mit einer größeren Toleranz gegenüber einer relativen Bewegung der Teile in axialer Richtung.
Unter einem anderen Satz von Konstruktionszwängen kann es wichtig sein, eine Filmgleitdichtung bereitzustellen, die in radialer Richtung ausgerichtet ist. Dichtungen mit dieser Ausrichtung weisen eine größere Toleranz gegenüber einer axialen Bewegung des Turbinenrotors auf. Beispiele für Ausführungsformen, die für diesen Zweck ausgelegt sind, werden in der folgenden 5 gezeigt.
In dem durch 5 dargestellten Beispiel ist die Dichtung 24 in einer Nut in dem Träger 22 angebracht und mit ihren Dichtungsflächen 241, 242 senkrecht zu der radialen Richtung ausgerichtet. In dieser radial ausgerichteten Filmgleitdichtungsanordnung kann die Dampfzufuhr 202 gerade durch die Trägerstruktur in den Druckverteilungskanal 203 hinter dem Dichtungseinsatz 243 geführt sein. Die Balgenfeder 246 stellt eine Rückstellkraft zur Voreinstellung der Dichtung bereit.
Der im Druckverteilungskanal 203 zugeführte Dampf bewegt dann den Dichtungseinsatz gegen die rückstellende Kraft des Balges, die dann gemäß ihrer Ausführung als eine Öffnungskraft in diesem Fall den Dichtungseinsatz zurückzieht, um die Dichtung zu schließen, wenn die Druckkraft die Federkraft des Balges übersteigt. Ein durch den über das Deckband leckenden und zwischen den Dichtungsflächen eintretenden Dampf erzeugter Film verhindert den Kontakt zwischen dem Einsatz und dem Deckband. Diese Variante bietet den Vorteil der Verwendung von Hochdruckdampf zur Verkleinerung des Betriebsspiels ohne Einführung irgendwelcher zusätzlicher Leckageströme. Das System gleicht sich selbst aus, wenn die hydrodynamische Kraft groß genug ist, die auf den Dichtungseinsatz wirkende Druckkraft auszugleichen.
Die Dichtungsfläche 241 ist Teil einer Spitzenverlängerung oder Verzinnung 201 des Deckbands 20. Bei dieser Ausführungsform ist der Umfangsdichtungseinsatz 243 vorteilhafterweise in Form von miteinander verriegelten Platten hergestellt, die eine radiale Ausdehnung zusammen mit der Verkleidung 10 ohne Druckleckage in axialer Richtung gestatten.
Der Träger 22 sitzt in einem Schlitz in der Verkleidung 10 oder einem mit der Verkleidung verbundenen Teil. Der Schlitz stützt den Träger, lässt jedoch Spalte zur Aufnahme einer (Wärme-)Ausdehnung der Trägerstruktur.
Es kann auch von Vorteil sein, zusätzliche Dichtungen in dem Bereich der Spitze 20 der Turbinenschaufel 13 bereitzustellen, wie in 6 beispielhaft gezeigt. In diesem Beispiel ist die eigentliche Filmgleitdichtung 24 auf herkömmliche Weise bezüglich des stromaufwärtigen und stromabwärtigen Drucks zwischen zwei zusätzlichen Labyrinthdichtungen 25, 26 an den Verlängerungselementen 205, 206 eingeschlossen.
Eine mit einem Muster versehene Fläche, wie in der schematischen Querschnittsansicht von 7 dargestellt, kann oftmals den anfänglichen Aufbau des Films und seine Aufrechterhaltung bei Drehung unterstützen. Solch ein Muster kann zum Beispiel aus schmalen Absätzen oder Nuten bestehen, die gerade, wie gezeigt, oder schraubenförmig in die Fläche 242 geschnitten sein können. Ein Pfeil zeigt die Drehrichtung zwischen der statischen 242 und der rotierenden Fläche 241. Es sei darauf hingewiesen, dass eine strukturierte Fläche, wie sie in 7 gezeigt wird, die Wirksamkeit jeglicher der obigen Ausführungsformen der Erfindung unterstützen kann.
Die vorliegende Erfindung ist oben rein beispielhaft beschrieben worden, und es können innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung Modifikationen durchgeführt werden. Des Weiteren kann die Erfindung auch beliebige einzelne Merkmalen enthalten, die beschrieben worden oder implizit mit umfasst sind oder in den Zeichnungen gezeigt worden oder implizit von ihnen umfasst sind, oder aus einer beliebigen Kombination beliebiger solcher Merkmale oder irgendeiner Verallgemeinerung beliebiger solcher Merkmale oder einer solchen Kombination, die auch Äquivalente davon mit umfasst. Somit sollte der Umfang und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht durch irgendwelche der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen eingeschränkt werden. Jedes in der Beschreibung, einschließlich in den Zeichnungen, offenbarte Merkmal kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, die den gleichen, äquivalenten oder ähnlichen Zwecken dienen, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben.
Wenn dies im Kontext nicht deutlich anders angegeben ist, ist jegliche Besprechung des Stands der Technik in der gesamten Beschreibung kein Zugeständnis, dass solch ein Stand der Technik gemeinhin bekannt ist oder einen Teil des Allgemeinwissens auf dem Gebiet darstellt.
Bezugszeichenliste

10: Verkleidung
12, 13: Laufschaufeln
14, 15: radial innere ”T-Fuß”-Teile
16, 17: entsprechende Schlitze
18: Rotortrommel
19, 20: Deckbänder
201: radiales Verlängerungselement
202, 202': Zufuhrrohr
203: Druckverteilungskanal
205, 206: Verlängerungselemente
21, 22: Statordichtungsstütze, Träger
23, 24, 24': Dichtung/Dichtungsrippen
241: erste Dichtungsfläche oder Lauffläche
242: zweite Dichtungsfläche
243, 243': Dichtungseinsatz
244, 245, 246: Federelement, Balg
246: Öffnungen
25, 26: Labyrinthdichtungen
30, 31: Leitschaufeln
33, 34: stromaufwärtige und stromabwärtige Leitapparatringe

Claims

Dichtung für eine Turbine, die eine erste Dichtungsfläche, die an einem stationären Teil einer Turbine angebracht ist, und eine zweite Dichtungsfläche, die an einem rotierenden Teil der Turbine angebracht ist, umfasst, wobei die Flächen so strukturiert sind, dass im Betrieb ein dünner Film eines Fluidmediums zwischen den beiden Flächen erzeugt wird, der Kontakt und/oder Leckage reduziert, wobei zumindest eine der ersten oder zweiten Dichtungsflächen einer rückstellenden Kraft unterworfen ist, die die Dichtung im stationären Zustand oder bei geringen Rotationsgeschwindigkeiten der Turbine öffnet und einer Kraft während der Rotationsgeschwindigkeiten im Normalbetrieb der Turbine unterworfen ist, die der rückstellenden Kraft entgegenwirkt.
Dichtung nach Anspruch 1, wobei eine der Dichtungsflächen mit einer Fluidzufuhrleitung verbunden ist, die einem Raum hinter mindestens einer der Dichtungsflächen druckbeaufschlagtes Fluid zuführt, so dass der Druck des Fluids zu der Kraft beiträgt, die während der Rotationsgeschwindigkeiten im Normalbetrieb der Turbine der rückstellenden Kraft entgegenwirkt.
Dichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsflächen im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse der Turbine verlaufen.
Dichtung nach Anspruch 1, wobei die Fluidzufuhrleitung eine Bohrung durch das Deckband umfasst, die den Raum hinter mindestens einer der Dichtungsflächen mit Fluid auf einem stromaufwärtigen Druck verbindet.
Dichtung nach Anspruch 1, wobei die Fluidzufuhrleitung eine Bohrung durch den stationären Teil einer Turbine umfasst, die den Raum hinter mindestens einer der Dichtungsflächen mit Fluid auf einem stromaufwärtigen Druck verbindet.
Dichtung nach Anspruch 1, wobei die Fluidzufuhrleitung einen Umfangskanal umfasst, der den Druck entlang dem Raum hinter mindestens einer der Dichtungsflächen ausgleicht.
Dichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Dichtungsflächen an einem Dichtungseinsatz angebracht ist, der direkt oder indirekt mit einem elastischen Element verbunden ist, das die rückstellende Kraft zur Trennung der beiden Flächen bereitstellt.
Dichtung nach Anspruch 7, wobei die Dichtungsflächen an einer mit einem Deckband versehenen Spitze von Turbinenschaufeln und den benachbarten statischen Teilen der Turbine angebracht sind.
Dichtung nach Anspruch 1, die zwei Paare erster und zweiter Dichtungsflächen aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse der Turbine ausgerichtet sind, wobei die mit einem Deckband versehene Spitze von Turbinenschaufeln zwischen dem Paar läuft.
Dichtung nach Anspruch 1, wobei die an einem stationären Teil einer Turbine angebrachte erste Dichtungsfläche auf einem Trägerelement angebracht ist, das wiederum ausreichend Spiel aufweist, um einer Wärmeausdehnung der Verkleidung ohne Verschieben der Dichtung Rechnung zu tragen.
Dichtung nach Anspruch 1, die mit weiteren Dichtungen kombiniert ist, welche an der Spitze der Laufschaufeln platziert sind, um den Fluiddurchgang um die Spitze herum von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite der Laufschaufeln abzudichten.
Dichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsflächen im Wesentlichen senkrecht zu der radialen Richtung verlaufen.
Dichtung nach Anspruch 12, wobei die Dichtungsflächen an einer radialen Verlängerung des Deckbands oder der Spitze der Laufschaufeln angebracht sind.
Dichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Dichtungsflächen mit einem Muster versehen ist, um die Erzeugung des Fluidfilms zwischen den Flächen zu erleichtern.