DE102013103093A1

DE102013103093A1 - Turbinenanordnung und Verfahren zum Zusammenbau einer Turbine

Info

Publication number: DE102013103093A1
Application number: DE102013103093A
Authority: DE
Inventors: Xiaoqing Zheng; Mehmet Demiroglu; Guoqiang Lu; Michael Dennis Mack; Binayak Roy
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2013-10-02
Also published as: GB2502416A; CN103362567B; JP2013204592A; CN103362567A; GB201305258D0; US20130256990A1; GB2502416B; US8789833B2; JP6074301B2; RU2013113675A

Abstract

Gemäß einem Aspekt der Erfindung gehören zu einer Turbinenanordnung: eine erste stationäre Komponente; eine zweite stationäre Komponente, die radial außerhalb der ersten stationären Komponente angeordnet ist; eine an der ersten stationären Komponente angeordnete erste Keilstruktur, die dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten Keilstruktur an der zweiten stationären Komponente zusammenzupassen; und eine Dichtungsanordnung, die zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur angeordnet ist, um eine Fluidströmung zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur zu verringern. Die Dichtungsanordnung enthält ein V-förmiges Glied und ein zweites Glied, das zu dem V-förmigen Glied benachbart angeordnet ist, wobei das zweite Glied und das V-förmige Glied unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten aufweisen. Die Dichtungsanordnung enthält ferner eine Verriegelungsstruktur, die mit dem V-förmigen Glied verbunden ist, das dazu eingerichtet ist, die Dichtungsanordnung von einem zusammengedrückten Zustand hin zu einem ausgedehnten dichtenden Zustand auszudehnen, wenn die Dichtungsanordnung einer erhöhten Temperatur unterworfen ist.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die hier beschriebene Erfindung betrifft stationäre und rotierende Maschinen. Spezieller betrifft die Erfindung eine Einrichtung für eine Dichtungsanordnung für eine stationäre Komponente eines mechanischen Systems, beispielsweise eines Turbinensystems, Antriebssystems oder Pumpensystems.
Beispielsweise wird in einem Turbinensystem, z.B. in einem Dampfturbinensystem, ein Fluidstrom in ausgewählte Bereiche des Systems gelenkt, um die Erzeugung mechanischer Leistung zu ermöglichen. Zwischen ausgewählten Turbinenkomponenten können Dichtungen angeordnet sein, um eine Fluidströmung oder einen Leckstrom in Regionen der Turbine zu verringern, in denen sich der Fluidstrom nicht in mechanische Energie umwandeln lässt, wodurch der Turbinenwirkungsgrad gesteigert wird. In manchen Fällen können stationäre Turbinenkomponenten während des Turbinenbetriebs Wärmeausdehnung erfahren und sich relativ zueinander bewegen. Die Relativbewegung der Komponenten kann mechanische Spannungen und Verschleiß an Dichtungen hervorrufen. Beispielsweise sind zwischen Komponenten angeordnete Radialdichtungen (z.B. Dichtungen, die sich zwischen Teilen radial erstrecken, um einen axialen Fluidstrom zu verhindern) möglicherweise einer auf Wärmeausdehnung zurückzuführenden Reifenspannung unterworfen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung gehören zu einer Turbinenanordnung: eine erste stationäre Komponente; eine zweite stationäre Komponente, die radial außerhalb der ersten stationären Komponente angeordnet ist; eine an der ersten stationären Komponente angeordnetes erste Keilstruktur, die dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten Keilstruktur an der zweiten stationären Komponente zusammenzupassen; und eine Dichtungsanordnung, die zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur angeordnet ist, um eine Fluidströmung zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur zu verringern. Die Dichtungsanordnung enthält ein V-förmiges Glied und ein zweites Glied, das zu dem V-förmigen Glied benachbart angeordnet ist, wobei das zweite Glied und das V-förmige Glied unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten aufweisen. Die Dichtungsanordnung enthält ferner eine Verriegelungsstruktur, die mit dem V-förmigen Glied verbunden ist, das dazu eingerichtet ist, die Dichtungsanordnung von einem zusammengedrückten Zustand hin zu einem ausgedehnten dichtenden Zustand auszudehnen, wenn die Dichtungsanordnung einer erhöhten Temperatur unterworfen ist, wobei der ausgedehnte dichtende Zustand bewirkt, dass die Dichtungsanordnung im Wesentlichen parallele Radialflächen an der ersten und der zweiten Keilstruktur berührt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gehören zu einem Verfahren zum Zusammenbau einer Turbine die Schritte: Verbinden eines ersten Glieds mit einem zweiten Glied, um eine Dichtungsanordnung zu bilden, wobei das erste Glied und das zweite Glied unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten aufweisen; Anordnen der Dichtungsanordnung in einer axialen Ausnehmung in einer äußeren stationären Komponente; und Anordnen einer inneren stationären Komponente radial innerhalb der äußeren stationären Komponente, wobei eine erste Keilstruktur an der inneren stationären Komponente durch eine zweite Keilstruktur in der äußeren stationären Komponente aufgenommen wird, wobei die axiale Ausnehmung in der zweiten Keilstruktur angeordnet wird, wobei die Dichtungsanordnung zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur angeordnet wird, um eine Fluidströmung in einer im Wesentlichen radialen Richtung zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur zu verringern.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Der als die Erfindung erachtete behandelte Gegenstand wird in den der Beschreibung beigefügten Patentansprüchen speziell aufgezeigt und gesondert beansprucht. Die vorausgehend erwähnten und sonstige Ausstattungsmerkmale und Vorteile der Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich:
1 zeigt in einer Seitenansicht einen Abschnitt einer Turbinenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 1 gezeigten Turbinenanordnung, die eine Dichtungsanordnung in einem zusammengedrückten Zustand enthält;
3 veranschaulicht eine schematische seitliche Querschnittsansicht des Abschnitts der in 2 gezeigten Turbinenanordnung mit einer Dichtungsanordnung in einem ausgedehnten dichtenden Zustand;
4 und 5 zeigen eine Stirnansicht bzw. eine geschnittene Seitenansicht einer Dichtungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Turbinenanordnung mit einer Dichtungsanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
7 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Turbinenanordnung mit einer Dichtungsanordnung und einem Zwischenglied gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Zusammenbau einer Turbine, die eine Dichtungsanordnung aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die detaillierte Beschreibung erläutert anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt in einer Seitenansicht einen Abschnitt einer Turbinenanordnung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Turbinenanordnung 100 enthält einen Dichtungskopf 102, der in einem Gehäuse 104 bezüglich einer Turbinenachse 106 angeordnet ist. Der Dichtungskopf 102 weist eine Keilstruktur 108 auf, die zu einer Keilstruktur 110 des Gehäuses 104 passt bzw. während der Montage der Turbine darin aufgenommen wird. Ähnlich wird während des Zusammenbaus der Turbine auch eine Keilstruktur 112 in einer Keilstruktur 114 aufgenommen. Wie nachfolgend eingehender erörtert, sind in den Keilstrukturen ausgebildete axiale Ausnehmungen 116 und 118 dazu eingerichtet, axiale Dichtungen aufzunehmen, um einen radialen Fluidstrom zwischen den Keilstrukturen zu beschränken oder zu verhindern. Axiale Dichtungen verringern einen Fluidstrom, der durch Druckdifferenzen zwischen ausgewählten Regionen der Turbinenanordnung verursacht ist. Insbesondere reduziert eine in der axialen Ausnehmung 116 angeordnete axiale Dichtung den Fluidstrom von einem Hochdruckbereich 120 zu einem Niederdruckbereich 122, so dass der Turbinenwirkungsgrad dadurch gesteigert wird. Um eine Fluidströmung zu verringern, können die Dichtungsanordnungen zwischen beliebigen geeigneten stationären Komponenten angeordnet sein, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, zwischen Dichtungsköpfen, inneren Gehäusen und äußeren Gehäusen des Turbinensystems.
In dem hier verwendeten Sinne bezeichnen die Begriffe "stromabwärts" und "stromaufwärts" eine Richtung in Bezug auf den Arbeitsfluidstrom durch die Turbine. Dementsprechend bezeichnet der Begriff "stromabwärts" eine Richtung, die im Wesentlichen der Richtung des Arbeitsfluidstroms entspricht, und der Begriff "stromaufwärts" bezeichnet allgemein die Richtung, die gegenüber der Strömungsrichtung eines Arbeitsfluids entgegengesetzt ist. Der Begriff "radial" bezieht sich auf eine Bewegung oder Position, die gegenüber einer Achse oder Mittellinie senkrecht ist. Es kann von Vorteil sein, Teile, die sich in Relation zu einer Achse an unterschiedlichen radialen Positionen befinden, entsprechend zu beschreiben. Falls sich eine erste Komponente beispielsweise näher an der Achse als eine zweite Komponente befindet, kann im Vorliegenden festgestellt werden, dass sich die erste Komponente gegenüber der zweiten Komponente "radial innen" befindet. Falls sich die erste Komponente andererseits weiter von der Achse entfernt befindet als die zweite Komponente, kann im Vorliegenden festgestellt werden, dass sich die erste Komponente in Bezug auf die zweite Komponente "radial außen" oder "außerhalb" befindet. Der Begriff "axial" bezeichnet eine zu einer Achse parallele Bewegung oder Position. Zuletzt bezeichnet der Begriff "in Umfangsrichtung" oder "um den Umfang" eine Bewegung oder Position um eine Achse. Obwohl die folgende Erörterung in erster Linie im Einzelnen Dampfturbinen beschreibt, sind die erörterten Konzepte nicht auf Dampfturbinen beschränkt und lassen sich auf beliebige geeignete Maschinen anwenden, beispielsweise auf Gasturbinen, Dampfturbinen, Pumpen, Benzinmotoren oder Gasturbinen. Dementsprechend unterbreitet die vorliegende Erörterung zwar Ausführungsbeispiele von Dampfturbinen, kann jedoch auch auf sonstige stationäre oder rotierende Maschinen angewendet werden.
2 zeigt eine detaillierte geschnitten Seitenansicht eines Abschnitts der in 1 gezeigten Turbinenanordnung 100 mit einer Dichtungsanordnung 200, die in der axialen Ausnehmung 116 angeordnet ist. 2 veranschaulicht die Dichtungsanordnung 200 in einem zusammengedrückten Zustand. 3 zeigt eine geschnittene Seitenansicht der Dichtungsanordnung 200 in einem ausgedehnten dichtenden Zustand. Die exemplarische Dichtungsanordnung 200 enthält ein äußeres Glied 202, das benachbart zu einem inneren Glied 204 angeordnet und damit verbunden ist. In einem Ausführungsbeispiel weist das innere Glied 204 eine höhere Wärmeausdehnungsrate (d.h. einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten) als das äußere Glied 202 auf, so dass Ausdehnungskräfte entstehen, wenn die Anordnung gesteigerten Temperaturen ausgesetzt ist. Wie dargestellt, weist das äußere Glied 202 einen V-förmigen Querschnitt mit einer Deckelverriegelungsstruktur 206 auf, die sich ausgehend von dem äußere Glied 202 erstreckt. In Ausführungsbeispielen können das innere und das äußere Glied 202, 204 eine beliebige geeignete Gestalt aufweisen, z.B. V-, U-, W- oder Ω-förmig sein (wobei die Glieder, wie gezeigt, verschachtelt sind), wobei eine Wärmeausdehnung des inneren Glieds 204 und des äußeren Glieds 202 dazu führt, dass sich die Dichtungsanordnung 200 ausdehnt, wenn sie gewählten erhöhten Temperaturen, beispielsweise einer Turbinenbetriebstemperatur, ausgesetzt wird. Beispielsweise können die gewählten Temperaturen verhältnismäßig hohe Temperaturen im Bereich von etwa 150–3000 Grad Fahrenheit (°F) sein. In einem Beispiel ist die gewählte Temperatur etwa gleich der Raumtemperatur (z.B. 72 °F) oder geringer. In einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt die gewählte erhöhte Temperatur etwa 150–500 °F. In noch einem Ausführungsbeispiel beträgt die gewählte Temperatur etwa 250–1000 °F. In einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt die gewählte Temperatur etwa 250–750 °F. In einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt die gewählte Temperatur etwa 500–1500 °F. Das innere Glied 204 ist mit dem äußeren Glied 202 durch eine Verbindung 208, beispielsweise ein Befestigungsmittel, eine Schweißnaht oder eine Hartlötstelle, verbunden.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Dichtungsanordnung 200 (in Bezug auf die Achse 106) im Wesentlichen in radialer Richtung zusammengedrückt und vor Anordnen der Dichtungsanordnung 200 in der axialen Ausnehmung 116 der Keilstruktur 110 in dem zusammengedrückten Zustand verriegelt. Die Keilstruktur 108 wird anschließend während der Montage in der Keilstruktur 110 angeordnet, wobei der zusammengedrückte Zustand der Dichtungsanordnung 200 verhindert, dass die Dichtungsanordnung 200 während des Einsetzen der Keilstruktur 108 hinderlich ist. In Ausführungsbeispielen basieren die stationären Komponenten des Turbinensystems, z.B. der Dichtungskopf 102 und das Gehäuse 104, jeweils auf zwei oder mehr Teilen, um die Herstellung und den Zusammenbau zu vereinfachen. Beispielsweise können der Dichtungskopf 102 und das Gehäuse 104 jeweils auf zwei Hälften basieren, die um die Achse 106 angeordnet sind, wobei die oberen Bereiche der einen "Hälfte" in 1 gezeigt sind. In dem Beispiel ist die Dichtungsanordnung 200 eine ringförmige Dichtung, die in der kreisförmigen axialen Ausnehmung 116 angeordnet wird. In einem Ausführungsbeispiel weist die Dichtungsanordnung 200 eine oder mehrere Bereiche auf, die die gesamte Ringgestalt bilden, die in der axialen Ausnehmung 116 angeordnet wird. Beispielsweise können während der Montage der Turbinenanordnung 100 zwei halbringförmige Abschnitte (z.B. Halbkreisabschnitte) jeweils in entsprechende Hälften der stationären Komponenten eingebaut werden. Wie in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eingehender gezeigt, kann die Dichtungsanordnung 200 mehrere Verriegelungsstrukturen 206 aufweisen, die in Umfangsrichtung beabstandet um die Dichtungsanordnung 200 angeordnet sind. Darüber hinaus kann die Dichtungsanordnung 200 mehrere innere Glieder 204 enthalten, die in Umfangsrichtung beabstandet um die Dichtungsanordnung 100 und in der Nähe der Verriegelungsstrukturen 206 angeordnet sind, um thermische Ausdehnungscharakteristiken vorzusehen, um die Verriegelungsstrukturen 206 zu öffnen, wenn sie der Turbinenbetriebstemperatur ausgesetzt werden. Die inneren Glieder 204 sind in unmittelbarer Nachbarschaft der Verriegelungsstrukturen 206 angeordnet, um bei Einwirkung höherer Temperaturen eine Ausdehnungskraft vorzusehen, die bewirkt, dass sich die Verriegelungsstrukturen 206 öffnen, und dass sich die Anordnung ausdehnt. In Ausführungsbeispielen ist in dem äußeren Glied 202 ein einzelnes fortlaufendes inneres Glied 204 angeordnet.
Indem wieder auf 3 Bezug genommen wird, zeigt das dargestellte Ausführungsbeispiel die Dichtungsanordnung 200 in einem ausgedehnten dichtenden Zustand. Der ausgedehnte dichtende Zustand der Dichtungsanordnung 200 bewirkt, dass sich die Anordnung im Wesentlichen in radialer Richtung ausdehnt und eine Wand oder Radialfläche 300 der Keilstruktur 108 sowie eine Radialfläche 302 der Keilstruktur 110 berührt, so dass ein Fluidstrom 304 in einer im Wesentlichen radialen Richtung beschränkt oder verhindert wird. Die Radialflächen 300 und 302 sind im Wesentlichen parallel, wobei axial beabstandete Wände die axiale Ausnehmung 116 begrenzen. In einem Ausführungsbeispiel dehnt sich die Dichtungsanordnung 200 in den ausgedehnten dichtenden Zustand aus, wobei die Verriegelungsstruktur 206 durch die Wärmeausdehnung des äußeren Glieds 202 und des inneren Glieds 204 geöffnet wird, wobei die Dichtungsanordnung 200 in dem ausgedehnten dichtenden (d.h. die Radialflächen 300, 302 berührenden) Zustand verbleibt, wenn die Umgebungstemperatur unterhalb der Turbinenbetriebstemperatur gesunken ist. Darüber hinaus ist das Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung 200 eine axiale Dichtung, die einer niedrigeren Reifenspannung und einem geringerem Verschleiß ausgesetzt wurde, während der Dichtungskopf 102 und das Gehäuse 104 die Wärmeausdehnung erfahren und sich relativ zueinander bewegen.
4 und 5 zeigen eine Stirnansicht bzw. eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Dichtungsanordnung 400. Die Dichtungsanordnung 400 enthält ein erstes Glied 402, das in einem zweiten Glied 412 angeordnet und mit diesem verbunden ist. In einem Ausführungsbeispiel weist das erste Glied 402 eine höhere Wärmeausdehnungsrate als das zweite Glied 404 auf. Wie in 4 dargestellt, sind rund um den Umfang um die ringförmige Dichtungsanordnung 400 mehrere Verriegelungsstrukturen 404, 406, 408 und 410 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel kann das zweite Glied 412 auf einem oder mehreren fortlaufenden Gliedern basieren, die einen Ring bilden, wobei die Glieder mehrere Vorsprünge 414 aufweisen, die sich über die mehreren Verriegelungsstrukturen 404, 406, 408 und 410 erstrecken und mit diesen verbunden sind. In noch einem Ausführungsbeispiel enthält die Anordnung eine einzige fortlaufende Verriegelungsstruktur mit einem einzigen um den Umfang der Dichtungsanordnung angeordneten fortlaufenden zweiten Glied.
6 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Dichtungsanordnung 600, die in der axialen Ausnehmung 116 anzuordnen ist. Die Dichtungsanordnung 600 enthält ein äußeres Glied 602 und ein inneres Glied 604, wobei jedes Glied einen im Wesentlichen Vförmigen Querschnitt aufweist. Darüber hinaus weist die Dichtungsanordnung 600 eine Deckelverriegelungsstruktur 606 auf, die dazu eingerichtet ist, der Dichtungsanordnung 600 zu gestatten, sich in den dargestellten ausgedehnten dichtenden Zustand zu begeben, wenn die Dichtungsanordnung 600 Turbinenbetriebstemperaturen ausgesetzt ist. In einem Ausführungsbeispiel sind das äußere Glied 602 und das innere Glied 604 im Wesentlichen über die gesamte Ringgestalt der Dichtungsanordnung 600 hinweg gleichmäßig und fortlaufend. Weiter weist das innere Glied 604 eine höhere Wärmeausdehnungsrate auf als das äußere Glied 602, so dass die gewünschte Ausdehnungscharakteristik erzielt wird.
7 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Dichtungsanordnung 200 und eines Zwischenglieds 700, das in einer axialen Ausnehmung 702 angeordnet ist. Die axiale Ausnehmung 702 ist ein Hohlraum, der in einer Keilstruktur 704 einer ersten stationären Komponente gebildet ist, die benachbart zu einer Keilstruktur 706 einer zweiten stationären Komponente angeordnet ist. Das Zwischenglied 700 stellt der Dichtungsanordnung 200 in dem ausgedehnten dichtenden Zustand eine dazwischenliegende Berührungsfläche bereit. Anstelle einer Fläche 708 berührt die Dichtungsanordnung 200 das Zwischenglied 700, wobei sich die Fläche 708 während der Wärmeausdehnung relativ zu der Dichtungsanordnung 200 bewegen kann, wohingegen das Zwischenglied 700 sich nicht bewegt, so dass Reiben und Verschleiß für die Dichtungsanordnung 200 verringert wird. Dementsprechend erhält das Zwischenglied 700 die Berührung mit der Fläche 708 während der Wärmeausdehnung aufrecht, wobei es gleichzeitig einen radialer Strom verhindert, während sich die Dichtungsanordnung 200 in einem ausgedehnten dichtenden Zustand befindet. Die in 1–7 beschriebenen Dichtungsanordnungen können aus beständigen Legierungen, z.B. rostfreien Stählen, hergestellt sein, die unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten aufweisen.
8 zeigt ein exemplarisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Zusammenbau einer Turbine, die eine Dichtungsanordnung aufweist. In Block 800 wird ein erstes Glied mit einem zweiten Glied verbunden, um eine Dichtungsanordnung zu bilden, wobei das erste Glied und das zweite Glied unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten aufweisen. In Block 802 wird die Dichtungsanordnung zusammengedrückt, und eine Verriegelungsstruktur der Dichtungsanordnung wird verriegelt, um die Dichtungsanordnung in einem zusammengedrückten Zustand zu bewahren, während die Dichtungsanordnung in einer axialen Ausnehmung angeordnet wird. In Block 804 wird die Dichtungsanordnung in einer äußeren stationären Komponente in einer axialen Ausnehmung angeordnet. In Block 806 wird eine innere stationäre Komponente radial innerhalb der äußeren stationären Komponente angeordnet, wobei eine an der inneren stationären Komponente angeordnete erste Keilstruktur in einer in der äußeren stationären Komponente angeordneten zweiten Keilstruktur aufgenommen wird. In einem Ausführungsbeispiel ist die axiale Ausnehmung in der zweiten Keilstruktur angeordnet, wobei die Dichtungsanordnung zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur angeordnet ist, um eine Fluidströmung zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur in einer im Wesentlichen radialen Richtung zu verringern. In Block 808 wird das Turbinensystem betrieben, wobei sich die Dichtungsanordnung bis zu einem ausgedehnten dichtenden Zustand ausdehnt, wenn die Dichtungsanordnung einer Turbinenbetriebstemperatur unterworfen ist. Der ausgedehnte dichtende Zustand bewirkt, dass die Dichtungsanordnung im Wesentlichen parallele Radialflächen an der ersten und der zweiten Keilstruktur berührt, so dass die Hemmung des radialen Fluidstroms während des Turbinenbetriebs erreicht ist.
Während die Erfindung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben wurde, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf derartige beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es außerdem selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung möglicherweise lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung gehören zu einer Turbinenanordnung: eine erste stationäre Komponente; eine zweite stationäre Komponente, die radial außerhalb der ersten stationären Komponente angeordnet ist; eine an der ersten stationären Komponente angeordnete erste Keilstruktur, die dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten Keilstruktur an der zweiten stationären Komponente zusammenzupassen; und eine Dichtungsanordnung, die zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur angeordnet ist, um eine Fluidströmung zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur zu verringern. Die Dichtungsanordnung enthält ein V-förmiges Glied und ein zweites Glied, das zu dem V-förmigen Glied benachbart angeordnet ist, wobei das zweite Glied und das V-förmige Glied unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten aufweisen. Die Dichtungsanordnung enthält ferner eine Verriegelungsstruktur, die mit dem V-förmigen Glied verbunden ist, das dazu eingerichtet ist, die Dichtungsanordnung von einem zusammengedrückten Zustand hin zu einem ausgedehnten dichtenden Zustand auszudehnen, wenn die Dichtungsanordnung einer erhöhten Temperatur unterworfen ist.
Bezugszeichenliste

100: Turbinenanordnung
102: Dichtungskopf (stationäre Komponente)
104: Gehäuse (stationäre Komponente)
106: Achse
108: Keilstruktur
110: Keilstruktur
112: Keilstruktur
114: Keilstruktur
116: Axiale Ausnehmung
118: Axiale Ausnehmung
120: Hochdruckbereich
122: Niederdruckbereich
200: Dichtungsanordnung
202: Äußeres Glied (V-förmig)
204: Inneres Glied
206: Verriegelungsstruktur
208: Verbindung
300: Fläche (radial)
302: Fläche (radial)
304: Radiale Strömung (verhindert)
400: Dichtungsanordnung
402: Glied (V-förmig, mit höherer Wärmeausdehnung)
404: Verriegelungsstruktur
406: Verriegelungsstruktur
408: Verriegelungsstruktur
410: Verriegelungsstruktur
500: Äußeres Glied
600: Dichtungsanordnung
602: Äußeres Glied (V-förmig)
604: Inneres Glied
606: Verriegelungsstruktur
700: Zwischenglied
702: Ausnehmung
704: Keilstruktur
706: Keilstruktur

Claims

Turbinenanordnung, zu der gehören: eine erste stationäre Komponente; eine zweite stationäre Komponente, die radial außerhalb der ersten stationären Komponente angeordnet ist; eine an der ersten stationären Komponente angeordnete erste Keilstruktur, die dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten Keilstruktur an der zweiten stationären Komponente zusammenzupassen; und eine Dichtungsanordnung, die zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur angeordnet ist, um eine Fluidströmung zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur zu verringern, wobei die Dichtungsanordnung enthält: ein V-förmiges Glied; ein zweites Glied, das benachbart zu dem V-förmigen Glied angeordnet ist, wobei das zweite Glied und das V-förmige Glied unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten aufweisen; und eine Verriegelungsstruktur, die mit dem V-förmigen Glied verbunden und dazu eingerichtet ist, die Dichtungsanordnung von einem zusammengedrückten Zustand in einen ausgedehnten dichtenden Zustand zu überführen, wenn die Dichtungsanordnung einer erhöhten Temperatur unterworfen ist, wobei der ausgedehnte dichtende Zustand dazu führt, dass die Dichtungsanordnung im Wesentlichen parallele Radialflächen an der ersten und der zweiten Keilstruktur berührt.
Turbinenanordnung nach Anspruch 1, wobei die zweite Keilstruktur eine axiale Ausnehmung aufweist, die durch die im Wesentlichen parallelen Radialflächen begrenzt ist, wobei die axiale Ausnehmung dazu eingerichtet ist, die Dichtungsanordnung aufzunehmen, wobei die Dichtungsanordnung ringförmig gestaltet ist.
Turbinenanordnung nach Anspruch 2, wobei die axiale Ausnehmung dazu eingerichtet ist, die Dichtungsanordnung aufzunehmen, wenn sich die Dichtungsanordnung in dem zusammengedrückten Zustand befindet, so dass die zweiten Keilstruktur in der Lage ist, die erste Keilstruktur aufzunehmen.
Turbinenanordnung nach Anspruch 2, wobei der ausgedehnte dichtende Zustand der Dichtungsanordnung den Fluidstrom zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur in einer radialen Richtung verringert.
Turbinenanordnung nach Anspruch 2, wobei die Dichtungsanordnung in dem ausgedehnten dichtenden Zustand verbleibt, nachdem sich die Temperatur der Turbinenanordnung gegenüber der erhöhten Temperatur verringert hat.
Turbinenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Verriegelungsstruktur in unmittelbarer Nachbarschaft des zweiten Glieds angeordnet ist.
Turbinenanordnung nach Anspruch 6, wobei die Dichtungsanordnung ringförmig gestaltet ist, und wobei entlang eines Umfangs der Dichtungsanordnung mehrere Verriegelungsstrukturen angeordnet sind.
Turbinenanordnung nach Anspruch 6, wobei das zweite Glied in dem V-förmigen Glied angeordnet ist und eine höhere Wärmeausdehnungsrate als das V-förmige Glied aufweist.
Turbinenanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste stationäre Komponente auf einem Dichtungskopf basiert, und wobei die zweite stationäre Komponente auf einem Gehäuse basiert.
Turbinenanordnung nach Anspruch 1, mit einem Zwischenglied, das zwischen der ersten Keilstruktur und der Dichtungsanordnung angeordnet ist, wobei das Zwischenglied dazu eingerichtet ist, während einer Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten stationären Komponente ein Reiben der Dichtungsanordnung an einer Radialfläche der ersten Keilstruktur zu verhindern.
Verfahren zum Zusammenbau einer Turbine, wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet: Verbinden eines ersten Glieds mit einem zweiten Glied, um eine Dichtungsanordnung zu bilden, wobei das erste Glied und das zweite Glied unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten aufweisen; Anordnen der Dichtungsanordnung in einer axialen Ausnehmung in einer äußeren stationären Komponente; und Anordnen einer inneren stationären Komponente radial innerhalb der äußeren stationären Komponente, wobei eine erste Keilstruktur an der inneren stationären Komponente durch eine zweite Keilstruktur in der äußeren stationären Komponente aufgenommen wird, wobei die axiale Ausnehmung in der zweiten Keilstruktur angeordnet wird, wobei die Dichtungsanordnung zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur angeordnet wird, um eine Fluidströmung zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur in einer im Wesentlichen radialen Richtung zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 11, mit den Schritten des Zusammendrückens der Dichtungsanordnung und des Verriegelns einer Verriegelungsstruktur der Dichtungsanordnung, um die Dichtungsanordnung in einem zusammengedrückten Zustand zu bewahren, während die Dichtungsanordnung in der axialen Ausnehmung angeordnet wird, wobei die Dichtungsanordnung sich aus dem zusammengedrückten Zustand hin zu einem ausgedehnten dichtenden Zustand ausdehnt, wenn die Dichtungsanordnung einer erhöhten Temperatur unterworfen ist, wobei der ausgedehnte dichtende Zustand bewirkt, dass die Dichtungsanordnung im Wesentlichen parallele Radialflächen an der ersten und an der zweiten Keilstruktur berührt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Verbindens des ersten Glieds mit dem zweiten Glied ein Verbinden eines V-förmigen Glieds mit dem zweiten Glied beinhaltet, wobei das zweite Glied in dem V-förmigen Glied angeordnet wird und eine höhere Wärmeausdehnungsrate als das V-förmige Glied aufweist.
Turbinenanordnung, zu der gehören: eine erste stationäre Komponente; eine zweite stationäre Komponente, die radial außerhalb der ersten stationären Komponente angeordnet ist; eine an der ersten stationären Komponente angeordnete erste Keilstruktur, die dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten Keilstruktur an der zweiten stationären Komponente zusammenzupassen; und eine Dichtungsanordnung, die zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur angeordnet ist, um eine Fluidströmung zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur zu verringern, wobei die Dichtungsanordnung enthält: ein erstes Glied; ein in dem ersten Glied angeordnetes zweites Glied, wobei das zweite Glied eine höhere Wärmeausdehnungsrate als das erste Glied aufweist; und eine Verriegelungsstruktur, die mit dem ersten Glied verbunden ist, das dazu eingerichtet ist, die Dichtungsanordnung von einem zusammengedrückten Zustand hin zu einem ausgedehnten dichtenden Zustand auszudehnen, wenn die Dichtungsanordnung einer erhöhten Temperatur unterworfen ist, wobei der ausgedehnte dichtende Zustand bewirkt, dass die Dichtungsanordnung im Wesentlichen parallele Radialflächen an der ersten und der zweiten Keilstruktur berührt und einen Strom in einer radialen Richtung verringert.
Turbinenanordnung nach Anspruch 14, wobei die zweite Keilstruktur eine axiale Ausnehmung aufweist, die durch die im Wesentlichen parallelen Radialflächen begrenzt ist, wobei die axiale Ausnehmung dazu eingerichtet ist, die Dichtungsanordnung aufzunehmen, wobei die Dichtungsanordnung ringförmig gestaltet ist.
Turbinenanordnung nach Anspruch 15, wobei die axiale Ausnehmung dazu eingerichtet ist, die Dichtungsanordnung aufzunehmen, wenn sich die Dichtungsanordnung in dem zusammengedrückten Zustand befindet, so dass es der zweiten Keilstruktur ermöglicht ist, die erste Keilstruktur aufzunehmen.
Turbinenanordnung nach Anspruch 15, wobei der ausgedehnte dichtende Zustand der Dichtungsanordnung den Fluidstrom zwischen der ersten und der zweiten Keilstruktur in der Radialrichtung verringert.
Turbinenanordnung nach Anspruch 15, wobei die Dichtungsanordnung in dem ausgedehnten dichtenden Zustand verbleibt, nachdem sich die Temperatur der Turbinenanordnung gegenüber der erhöhten Temperatur verringert hat.
Turbinenanordnung nach Anspruch 14, wobei die Verriegelungsstruktur in unmittelbarer Nachbarschaft des zweiten Glieds angeordnet ist.
Turbinenanordnung nach Anspruch 14, wobei das erste Glied auf einem V-förmigen Glied basiert.