DE102013109203A1

DE102013109203A1 - Wirbelunterbrechende Dichtungszähne für eine Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE102013109203A1
Application number: DE102013109203.9A
Authority: DE
Inventors: Xiaoqing Zheng; Jason Winfred Jewett; Daniel Mark Brown; Fred Thomas Willett jr.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2014-03-13
Also published as: US9200528B2; JP2014055588A; US20160024954A1; US9435217B2; CH706814B1; CH706814A2; JP6243667B2; US20140072415A1

Abstract

Es wird eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung zwischen einer rotierenden Komponente und einer stationären Komponente in einer Turbomaschine bereitgestellt. Die Dichtungsanordnung enthält mehrere radial nach innen vorstehende axial beabstandete Zähne, die sich von der stationären Komponente aus erstrecken, wobei wenigstens einer von den mehreren Zähnen wenigstens ein sich axial dadurch erstreckendes Loch hat. Eine axiale Strömung eines Arbeitsfluids durch die Löcher wirkt als ein Luftvorhang zur Unterbrechung von Drallströmung in einem Dichtungshohlraum, um daher eine Dampfkraft zu reduzieren, die destabilisierend auf die Rotordynamik einwirken könnte.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Dichtungsanordnung und insbesondere eine Dichtungsanordnung mit wenigstens einem Dichtungszahn mit wenigstens einem Loch, um eine Drall-induzierte rotordynamische Instabilität zu reduzieren.
In Rotationsmaschinen, wie z. B. Turbinen, sind zwischen rotierenden und stationären Komponenten Dichtungen vorgesehen. Beispielsweise ist es in Dampfturbinen üblich, mehrere bogenförmige Abdichtungsringsegmente vorzusehen, um eine ringförmige Labyrinthdichtung zwischen den stationären und rotierenden Komponenten auszubilden. Typischerweise sind die bogenförmigen Abdichtungsringsegmente (typischerweise vier bis sechs pro Ringdichtung) in einer ringförmigen Nut in der stationären Komponente konzentrisch zu dem Rotationsabschnitt der Maschine und somit konzentrisch zu der Dichtungsoberfläche der rotierenden Komponente angebracht. Jedes bogenförmige Dichtungselement trägt eine bogenförmige Dichtungsfläche gegenüber der Dichtungsoberfläche der rotierenden Komponente. In Labyrinthdichtungen erstrecken sich mehrere axial beabstandete in Umfangsrichtung erstreckende Dichtungszähne von der stationären Komponente zu der rotierenden Komponente hin. Die Dichtungsfunktion wird durch Erzeugen einer turbulenten Strömungsbehinderung eines Arbeitsfluids, beispielsweise Dampf, erreicht, während er die relativ engen Zwischenräume in den durch die Dichtungsflächenzähne und die gegenüberliegende Oberfläche der rotierenden Komponente definierte Labyrinth passiert.
Im Betrieb mit hoher Rotordrehgeschwindigkeit kann Fluid, das axial in dem Fluidpfad einer Rotationsmaschine eintritt, eine signifikante tangentiale Geschwindigkeitskomponente (auch als ”Dampfdrall” bezeichnete) tangentiale Geschwindigkeitskomponente annehmen. Beispielsweise kann, während sich das Fluid durch die Labyrinthdichtung bewegt, das Fluid zwischen den axial beabstandeten Dichtungszähnen und in Umfangsrichtung um die Rotationskomponente strömen. Dieses bewirkt, dass das Fluid die signifikante Tangentialgeschwindigkeitskomponente annimmt, welche Rotorinstabilitäten in Turbomaschinen induzieren kann. Die Größe dieser Rotorinstabilität ist eine Funktion der Umfangsströmungskomponente des Fluids in der Labyrinthdichtung.
Da mehr und eng anliegendere Dichtungen in Dampfturbinen verwendet werden, wird die Drall-induzierte rotordynamische Instabilität für große Dampfmaschinenanwendungen kritischer. Herkömmliche Drallverhinderungszähne nehmen zusätzlichen axialen Raum ein und sind nicht reib-freundlich, da der Spalt ausreichend groß festgelegt werden muss, um Reiben gegenüber einem Rotor zu vermeiden, das eine große Wärmemenge erzeugt. Um das Risiko einer Riefenbildung des Rotors zu vermeiden, werden typischerweise herkömmliche Dichtungssegmente mit Drallverhinderungsmerkmalen in eine stationäre Komponente mit einem Federelement eingebaut, um dem Dichtungsring zu ermöglichen, sich von der stationären Komponente im Fall von Rotorreibung weg zu bewegen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Ausführungsformen dieser Erfindung beinhalten eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung zwischen einer rotierenden Komponente und einer stationären Komponente in einer Turbomaschine. Die Dichtungsanordnung enthält mehrere radial nach innen vorstehende axial beabstandete Zähne, die sich von der stationären Komponente aus erstrecken, wobei wenigstens einer von den mehreren Zähnen wenigstens ein sich axial dadurch erstreckendes Loch hat. Eine axiale Strömung eines Arbeitsfluids durch die Löcher wirkt als ein Luftvorhang zur Unterbrechung von Drallströmung in einem Dichtungshohlraum, um daher eine Dampfkraft zu reduzieren, um daher eine Dampfkraft zu reduzieren, die destabilisierend auf die Rotordynamik einwirken könnte.
Ein erster Aspekt der Erfindung stellt eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung zwischen einer rotierenden Komponente und einer stationären Komponente in einer Turbomaschine bereit, wobei die Dichtungsanordnung aufweist:
mehrere radial nach innen vorstehende, axial beabstandete Zähne, die sich von der stationären Komponente aus erstrecken, wobei wenigstens einer von den mehreren Zähnen wenigstens ein sich dadurch erstreckendes axiales Loch hat.
Die Dichtungsanordnung kann eine stromaufwärtsseitige Hochdruckseite und eine stromabwärtsseitige Niederdruckseite haben, wobei der wenigstens eine Zahn mit einem sich axial dadurch hindurch erstreckenden Loch einen ersten Zahn auf der stromaufwärtsseitigen Hochdruckseite aufweist.
Der wenigstens eine Zahn jeder vorstehend erwähnten Dichtungsanordnung kann ein sich axial dadurch erstreckendes Loch haben und einen ersten Zahn und einen zweiten Zahn auf der stromaufwärtsseitigen Hochdruckseite aufweisen.
Die mehreren Zähne jeder vorstehend erwähnten Dichtungsanordnung können bogenförmige Segmente von Zähnen aufweisen, wobei das wenigstens eine Loch mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Löcher entlang des bogenförmigen Abschnittes der Zähne aufweist.
Die mehreren Löcher jeder vorstehend erwähnten Dichtungsanordnung können im Wesentlichen zylindrische rohrförmige Löcher aufweisen.
Das wenigstens eine Loch von jeder vorstehend erwähnten Dichtungsanordnung kann einen geschlitzten Ausschnitt an einem distalen Ende eines Dichtungszahns aufweisen.
Das wenigstens eine Loch jeder vorstehend erwähnten Dichtungsanordnung kann sich axial durch einen Dichtungszahn hindurch in einem axialen Winkel in Bezug auf eine Mittellinie der rotierenden Komponente und in einem tangentialen Winkel in Bezug auf eine Umfangsrichtung der rotierenden Komponente erstrecken, wobei der axiale Winkel in dem Bereich von ca. 0 Grad bis ca. 90 Grad liegt und der tangentiale Winkel in dem Bereich von ca. 0 Grad bis ca. 60 Grad liegt.
Die Anordnung jedes vorstehend erwähnten Typs kann mehrere bogenförmige Abschnitte haben, wobei jeder bogenförmige Abschnitt einen bogenförmigen Abdichtungsring enthält, wobei jeder bogenförmige Abdichtungsring beweglich in einer Umfangsnut in der stationären Komponente befestigt ist.
Das rotierende Element jeder vorstehend erwähnten Dichtungsanordnung kann ein Rotor oder eine Schaufelanordnung sein.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt eine Turbomaschine bereit, die aufweist: ein rotierendes Element; eine stationäre Komponente, die im Wesentlichen das rotierende Element umgibt; und eine Dichtungsanordnung, die mit der stationären Komponente verbunden ist, wobei die Dichtungsanordnung enthält: mehrere radial nach innen vorstehende, axial beabstandete Zähne, die sich aus der stationären Komponente aus erstrecken, wobei wenigstens einer von den mehreren Zähnen wenigstens ein sich dadurch hindurch axial erstreckendes Loch hat.
Die Dichtungsanordnung jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine kann eine stromaufwärtsseitige Hochdruckseite und eine stromabwärtsseitige Niederdruckseite haben, und wobei der wenigstens eine Zahn mit einem sich axial dadurch erstreckenden Loch einen ersten Zahn auf der stromaufwärtsseitigen Hochdruckseite aufweist.
Der wenigstens eine Zahn jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine kann ein sich axial dadurch erstreckendes Loch haben, und weist einen ersten Zahn und einen zweiten Zahn auf der stromaufwärtsseitigen Hochdruckseite auf.
Die mehreren Zähne jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine können bogenförmige Segmente von Zähnen aufweisen, und wobei das wenigstens eine Loch mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Löcher entlang des bogenförmigen Abschnittes der Zähne aufweist.
Die mehreren Löcher jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine können im Wesentlichen zylindrische rohrförmige Löcher aufweisen.
Das wenigstens eine Loch von jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine kann einen geschlitzten Ausschnitt an einem distalen Ende eines Dichtungszahns aufweisen.
Das wenigstens eine Loch jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine kann sich axial durch einen Dichtungszahn hindurch in einem axialen Winkel in Bezug auf eine Mittellinie der rotierenden Komponente und in einem tangentialen Winkel in Bezug auf eine Umfangsrichtung der rotierenden Komponente erstrecken, wobei der axiale Winkel in dem Bereich von ca. 0 Grad bis ca. 90 Grad liegt und der tangentiale Winkel in dem Bereich von ca. 0 Grad bis ca. 60 Grad liegt.
Die Anordnung jedes vorstehend erwähnten Typs kann mehrere bogenförmige Abschnitte haben, wobei jeder bogenförmige Abschnitt einen bogenförmigen Abdichtungsring enthält, wobei jeder bogenförmige Abdichtungsring beweglich in einer Umfangsnut in der stationären Komponente befestigt ist.
Das rotierende Element jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine kann ein Rotor oder eine Schaufelanordnung sein.
Die Dichtungsanordnung jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine kann ein integriertes Teil der stationären Komponente sein.
Die Dichtungsanordnung jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine kann starr an der stationären Komponente befestigt sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale dieser Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen, in welchen:
1 eine Teilquerschnittsansicht einer Turbomaschine mit einer Dichtungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 eine Querschnittsansicht eines Dichtungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
3 eine teilperspektivische Ansicht einer Dichtungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
4 eine Querschnittsansicht eines Dichtungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
5 Querschnittsansichten verschiedener alternativer Geometrien von Löchern in einem Dichtungszahn entlang der Ansicht A in 2 und 4 gemäß Ausführungsformen der Erfindung darstellt;
6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Dichtungszahns einer Dichtungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
7 eine Querschnittsansicht eines Dichtungszahns, entlang der Ansicht 7-7 in 6, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
8 eine Querschnittsansicht eines Dichtungszahns, entlang der Ansicht 8-8 in 7, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Es ist anzumerken, dass die Zeichnungen der Erfindung nicht notwendigerweise maßstäblich sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Erfindung darstellen und dürfen daher nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung betrachtet werden. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente zwischen den Zeichnungen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Maschine 10 mit einer Labyrinthdichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Obwohl die 1–4 in Bezug auf eine Dampfturbine dargestellt und diskutiert werden, dürfte es sich verstehen, dass die Lehren der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung in gleicher Weise auf andere Turbomaschinen angewendet werden können, und dass eine Dampfmaschine lediglich als ein Beispiel eines Typs einer Turbomaschine verwendet wird, um die Aspekte der Erfindung zu beschreiben.
In 1 enthält eine Turbomaschine 10 ein rotierendes Element 102 und eine stationäre Komponente 104. Die stationäre Komponente 104 kann im Wesentlichen das rotierende Element 102 umgeben. Die Turbomaschine 10 enthält auch wenigstens eine mit der stationären Komponente 104 verbundene Dichtungsanordnung 100. Wie in 2 dargestellt, kann die Dichtungsanordnung 100 in einer Ausführungsform mit der stationären Komponente 104 verbunden sein, indem ein Befestigungsabschnitt 106 eines bogenförmigen Abdichtungsrings 108 in eine Nut 110 der stationären Komponente 102 eingesetzt ist.
Die Dichtungsanordnung 100 kann mehrere bogenförmige Abdichtungsringe 108 (nur einer ist dargestellt) enthalten. Die bogenförmigen Abdichtungsringe 108 können dergestalt ausgebildet sein, dass sie einen Ring ausbilden, der im Wesentlichen das rotierende Element 102 umgibt. In der in 2 dargestellten Ausführungsform weist die Dichtungsanordnung 100 eine Labyrinthdichtung mit mehreren radial nach innen vorstehenden, axial beabstandeten Zähnen 112 auf, die sich von der stationären Komponente 104 aus auf die rotierende Komponente 102 hin erstrecken. Die mehreren Dichtungszähne 112 können mit jedem bogenförmigen Abdichtungsring 108 verbunden sein. Mehrere Dichtungszähne 112 können mit jedem bogenförmigen Abdichtungsring 108 gemäß jeder derzeit bekannten oder später noch entwickelten Art verbunden sein, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, eingebettet, verstemmt oder eingearbeitet sein. Mehrere Dichtungszähne 112 erstrecken sich in radialer Richtung zu dem rotierenden Element 102 und auch in einer Umfangsrichtung um das rotierende Element 102, sodass die mehreren Dichtungszähne 112 gegenüber einer Strömungsleckage abdichten, die entlang der Maschine 10 (1) vorhanden sein kann. Gemäß Darstellung in 2 hat das Labyrinthdichtungssystem 100 eine stromaufwärtsseitige Hochdruckseite P_H und eine stromabwärtsseitige Niederdruckseite P_L. Das Arbeitsfluid aus einer Turbomaschine 10 (1) strömt durch die Dichtung 100 aus einer Hochdruckseite P_H zur Niederdruckseite P_L.
Wie in 2 dargestellt, kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wenigstens ein Dichtungszahn 112 von mehreren Dichtungszähnen 112 ein Loch 114 enthalten, das sich durch den Dichtungszahn 112 in der axialen Richtung des rotierenden Elementes 102 erstreckt. Wie hierin diskutiert, dient wenigstens ein Loch 114 zum Reduzieren des rotorinduzierten Dralls zwischen den mehreren Dichtungszähnen 112 und dem rotierenden Element 102.
Jedes Loch 114 kann sich in einer axialen Richtung durch einen Dichtungszahn 112 erstrecken und mehrere Löcher 114 können entlang einer Umfangsrichtung entlang eines bogenförmigen Abschnittes der Dichtungszähne 112 (z. B. in einem bogenförmigen Abschnitt der Dichtungsanordnung 100, der in 3 dargestellt ist) enthalten sein.
Die Löcher 114 können jede gewünschte Form oder Größe aufweisen. Beispielsweise sind in 4 Löcher 114 mit drei unterschiedlichen Formen zu sehen. In dem ersten Beispiel sind im Wesentlichen zylindrische Löcher 114 durch einen Dichtungszahn 112 hindurch enthalten. Die zylindrischen Löcher 114 können im Wesentlichen zylindrische rohrförmige Löcher durch einen Dichtungszahn 112 aufweisen. In dem zweiten Beispiel weisen die Löcher 114 sich durch die Dichtungszähne 112 in axialer Richtung sowie in Umfangsrichtung erstreckende Schlitze auf. Gemäß Darstellung in 5 ist ein abgerundeter Schlitz oder Ausschnitt durch ein distales Ende des Dichtungszahns 112 ausgebildet, sodass ein abgerundetes rechteckiges rohrförmiges Loch durch den Dichtungszahn 112 ausgebildet ist. In dem dritten Beispiel ist ein abgerundeter Ausschnitt ähnlich dem zweiten Beispiel ausgeführt, aber in diesem Beispiel erstreckt sich der Ausschnitt von einem distalen Ende des Dichtungszahns 112 im Wesentlichen in einen Fuß des Dichtungszahns 112.
In einer Ausführungsform können sich die Löcher 114 durch die Dichtungszähne 112 im Wesentlichen horizontal, d. h., parallel zu einer Mittellinie der rotierenden Komponente 102 erstrecken. In weiteren Ausführungsformen können sich, wie in den 6–8 dargestellt, die Löcher 114 durch die Dichtungszähne 112 in einem axialen Winkel, d. h., nicht-parallel zu einer Mittellinie der rotierenden Komponente 102 erstrecken. Ein angewinkeltes Loch 114 könnte zur Vergrößerung des Strömungspfades des Arbeitsfluids durch die Dichtungsanordnung 100 verwendet werden und/oder nach Wunsch zum Vergrößern oder Verkleinern der Drallunterbrechung. Beispielsweise wird, je axialer das Loch 114 angewinkelt ist (d. h., stärker von der Parallele der Mittellinie der rotierenden Komponente 102 angewinkelt ist), desto länger der Strömungspfad in dem Loch 114 und es ergibt sich eine effektivere Drallunterbrechung. In einer Ausführungsform können die Löcher 114 in einem axialen Winkel in dem Bereich von ca. 0 Grad bis ca. 90 Grad angewinkelt sein. Gemäß Darstellung in den 6–8 können die Löcher 114 auch in Umfangsrichtung in tangentialer Richtung in Bezug auf eine radiale Richtung und axiale Richtung der rotierenden Komponente 102 angeordnet sein, um eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente gegen die Drallströmungsrichtung zu erzeugen. In einer Ausführungsform können die Löcher 114 in einem tangentialen Winkel in dem Bereich von angenähert 0 Grad bis angenähert 60 Grad angewinkelt sein.
Die Löcher 114 können in jedem gewünschten Dichtungszahn 112 enthalten sein, aber in einer Ausführungsform können die Löcher 114 nur in einem ersten stromaufwärtsseitigen Zahn 112 (siehe z. B. 3) oder in ersten oder zweiten stromaufwärtsseitigen Zähnen 112 (siehe z. B. 2) enthalten sein. Die Einfügung von Löchern 114 in die stromaufwärtsseitigen Zähne 112 ermöglicht eine angemessene Drallreduzierung wie hierin diskutiert, während sie auch die stromabwärtsseitigen Zähne 112 ohne Löcher zulässt, um eine angemessene Abdichtung bereitzustellen.
Die Zähne 112, die Löcher 114 enthalten, wirken als Drallunterbrechungszähne statt primär als Dichtungszähne, da die Zähne 112 mit den Löchern 114 eine Durchströmung durch das Arbeitsfluid erlauben. Daher besteht der Zweck der Zähne 112 mit Löchern 114 primär in der Reduzierung des Dralls des Arbeitsfluids durch die Dichtungsanordnung 100, statt primär in der Reduzierung des Durchtritts von Arbeitsfluid zwischen der rotierenden Komponente 102 und der stationären Komponente 104, wie es die Funktion der Dichtungszähne 112 ohne die Löcher 114 ist.
In einer Ausführungsform können die Löcher 114 in benachbarten Dichtungszähnen 112 in Umfangsrichtung dergestalt positioniert sein, dass die Löcher 114 zur Vereinfachung der Herstellung (wie ebenfalls in 3 dargestellt) axial ausgerichtet sind, oder in weiteren Ausführungsformen können die Löcher 114 in Umfangsrichtung dergestalt gestaffelt sein, dass die Löcher 114 nicht ausgerichtet sind, z. B. wenn die Löcher 114 in einem angeschrägten Winkel in Umfangsrichtung gebohrt werden.
In der in 4 dargestellten Ausführungsform ist der Dichtungszahn 112 mit Drallverhinderungslöchern 114 ein integrierter Bestandteil der stationären Komponente 104. Diese Ausgestaltung hat den zusätzlichen Vorteil eines kompakten Designs. Im Gegensatz dazu nutzen herkömmliche Drallverhinderungseinrichtungen typischerweise axial angewinkelte Zähne, was eine signifikante axiale Breite erfordert, um die Strömungsrichtung effektiv zu drehen. Somit sind herkömmliche Drallverhinderungszähne steif und nicht rotorreibfreundlich und müssen auf einem segmentierten Abdichtungsring implementiert werden, welcher in die stationäre Komponente mittels Federeinrichtungen eingebaut wird, um eine Relativbewegung zwischen dem Dichtungssegment und der stationären Komponente zu ermöglichen. Im Gegensatz dazu werden die Drallverhinderungseinrichtungen, die in den Ausführungsformen dieser Erfindung offengelegt werden, auf einem dünnen Zahn, nicht einem dickeren, axial angewinkelten Zahn implementiert. Daher können die Dichtungszähne 112 der beanspruchten Erfindung ein integrierter Bestandteil der stationären Komponente 104 sein oder können starr an einem sich nicht-bewegenden Abschnitt der stationären Komponente 104 befestigt oder darin verbunden sein, ohne ein Risiko einer Beschädigung der rotierenden Komponente 102 mit sich zu bringen. Daher bewegen sich in der in 4 dargestellten Ausführungsform die integrierten Zähne 112 nicht auf die rotierende Komponente 102 zu oder davon weg.
In einer weiteren in 2 dargestellten Ausführungsform sind die Dichtungszähne 112 auf dem Abdichtungsring 108 befestigt und der Befestigungsabschnitt 106 des Abdichtungsrings 106 ist in einer Umfangsnut 110 dergestalt positioniert, dass sich der Befestigungsabschnitt 106 radial in der Nut 110 bewegen kann. Wie bei den herkömmlichen Labyrinthdichtungen bewegt sich der Befestigungsabschnitt 106 radial (z. B. mittels einer nicht dargestellten Feder) auf die rotierende Komponente zu und davon weg, um die Dichtungszähne 112 auf die rotierende Komponente 102 zu/weg zu bewegen.
Die die Löcher 114 enthaltenden Dichtungszähne 112 können dazu dienen, sich durch die Dichtungsanordnung 100 bewegendes Arbeitsfluid durch die Löcher 114 hindurch zu bewegen. Dieses erzeugt einen Luftvorhangeffekt und die axiale Strahlströmung durch die Löcher 114 unterbricht die Drallströmung in dem Dichtungshohlraum, um dadurch die Stabilität der Rotordynamik zu verbessern. Die hierin beschriebenen Drallunterbrechungseinrichtungen können zur Vermeidung des Vor-Ort-Problems mit Rotordynamik verwendet werden. Beispielsweise können, wenn eine Turbine mit hoher Rotorvibration aufgrund von Dampfdrall erkannt wird, Drallunterbrechungseinrichtungen (z. B. Löcher 114 gemäß Darstellung in 2 und 4) leicht neben vorhandenen einwärts gerichteten Zähnen zum Reduzieren des Dralls hinzugefügt werden.
Wie vorstehend erwähnt, kann die Dichtungsanordnung 100 so gestaltet sein, dass sie einen Ringraum bildet, der angenähert das rotierende Element 102 umgibt. Gemäß nochmaligem Bezug auf 1 kann die Dichtungsanordnung 100 angenähert jeden Abschnitt des rotierenden Elementes 102 umgeben, der eine Leckageverhinderung und Drallreduzierung erfordert. Beispielsweise kann die Dichtungsanordnung 100 angenähert den Rotor 102 umgeben. Alternativ kann die Dichtungsanordnung 100 angenähert die Schaufelanordnung 124 umgeben, um eine Schaufelspitzenleckage und Drall zu reduzieren.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll nicht die Erfindung einschränken. So wie hierin verwendet, sollen die Singularformen ”einer, eine, eines” und ”der, die, das” auch die Pluralformen mit einschließen, soweit der Kontext nicht deutlich anderes angibt. Es dürfte sich ferner verstehen, dass die Begriffe ”weist auf” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen festgestellter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorliegen oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart offenzulegen und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Es wird eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung zwischen einer rotierenden Komponente und einer stationären Komponente in einer Turbomaschine bereitgestellt. Die Dichtungsanordnung enthält mehrere radial nach innen vorstehende axial beabstandete Zähne, die sich von der stationären Komponente aus erstrecken, wobei wenigstens einer von den mehreren Zähnen wenigstens ein sich axial dadurch erstreckendes Loch hat. Eine axiale Strömung eines Arbeitsfluids durch die Löcher wirkt als ein Luftvorhang zur Unterbrechung von Drallströmung in einem Dichtungshohlraum, um daher die Dampfkraft zu reduzieren, um daher eine Dampfkraft zu reduzieren, die destabilisierend auf die Rotordynamik einwirken könnte.
Bezugszeichenliste

10: Maschine
100: Dichtungsanordnung
102: rotierendes Element
104: stationäre Komponente
106: Befestigungsabschnitt
108: bogenförmiger Abdichtungsring
110: Nut
112: axial beabstandete Zähne
114: Löcher
124: umgebende Schaufelanordnung

Claims

Dichtungsanordnung zur Abdichtung zwischen einer rotierenden Komponente und einer stationären Komponente in einer Turbomaschine, wobei die Dichtungsanordnung aufweist: mehrere radial nach innen vorstehende axial beabstandete Zähne, die sich von der stationären Komponente aus erstrecken, wobei wenigstens einer von den mehreren Zähnen wenigstens ein sich axial dadurch erstreckendes Loch hat.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsanordnung eine stromaufwärtsseitige Hochdruckseite und eine stromabwärtsseitige Niederdruckseite hat, und wobei der wenigstens eine Zahn mit einem sich axial dadurch hindurch erstreckenden Loch einen ersten Zahn auf der stromaufwärtsseitigen Hochdruckseite aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Zahn mit einem sich axial dadurch erstreckenden Loch einen ersten Zahn und einen zweiten Zahn auf der stromaufwärtsseitigen Hochdruckseite aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Zähne bogenförmige Segmente von Zähnen aufweisen, und wobei das wenigstens eine Loch mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Löcher entlang des bogenförmigen Abschnittes von Zähnen aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Löcher im Wesentlichen zylindrische rohrförmige Löcher aufweisen.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Loch einen geschlitzten Ausschnitt an einem distalen Ende eines Dichtungszahns aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei sich das wenigstens eine Loch axial durch einen Dichtungszahn hindurch in einem axialen Winkel in Bezug auf eine Mittellinie der rotierenden Komponente und in einem tangentialen Winkel in Bezug auf eine Umfangsrichtung der rotierenden Komponente erstreckt, wobei der axiale Winkel in dem Bereich von ca. 0 Grad bis ca. 90 Grad liegt und der tangentiale Winkel in dem Bereich von ca. 0 Grad bis ca. 60 Grad liegt.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsanordnung mehrere bogenförmige Abschnitte hat, jeder bogenförmige Abschnitt einen bogenförmigen Abdichtungsring enthält, und wobei jeder bogenförmige Abdichtungsring beweglich in einer Umfangsnut in der stationären Komponente befestigt ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das rotierende Element ein Rotor oder eine Schaufelanordnung ist.
Turbomaschine, aufweisend: ein rotierendes Element; eine stationäre Komponente, die im Wesentlichen das rotierende Element umgibt; und eine Dichtungsanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, die mit der stationären Komponente verbunden ist.