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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Der hierin offenbarte Gegenstand bezieht sich auf Anordnungen, die ein drehendes Bauteil gegenüber einem Gehäuse abdichten und insbesondere auf das Abdichten eines äußersten Radialabschnitts des drehenden Bauteils gegenüber dem Gehäuse. Dichtungskomponenten, die sich relativ zueinander bewegen, verursachen Herausforderungen. Diese Herausforderungen verschärfen sich, wenn sich das Spiel zwischen den bewegten Komponenten basierend auf den Betriebszuständen der Maschine verändert, wie es beispielsweise zwischen einem Deckband einer Laufschaufel und einem Gehäuse einer Turbine geschieht. Die Industrie, die sich auf solche Dichtungen verlässt, ist daher empfänglich für neue Vorrichtungen und Verfahren, die die Abdichtung zwischen relativ zueinander bewegten Teilen verbessert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Drehdichtungsanordnung ein Gehäuse und ein drehbares Teil, das drehend gegenüber dem Gehäuse angebracht ist. Das drehbare Teil hat zumindest einen Abschnitt, der eine äußere Umfangsfläche bildet, die dazu eingerichtet ist, bei Betriebszuständen mit dem Gehäuse in Kontakt zu kommen, die eine Zunahme einer radialen Abmessung des zumindest einen Abschnitts verursachen. Der zumindest eine Abschnitt hat entgegengesetzte Axialflächen, wobei jede der entgegengesetzten Axialflächen unmittelbar radial innen an der äußeren Umfangsfläche dimensional axial näher an der anderen der entgegengesetzten Axialflächen ist, als am weitesten entfernten Teil der äußeren Umfangsfläche.
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Die äußere Umfangsfläche der Drehrichtungsanordnung kann im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse des drehbaren Teils orientiert sein.
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Ein Winkel zwischen der äußern Umfangsfläche und jeder der entgegengesetzten Axialflächen von irgendeiner zuvor erwähnten Drehdichtungsanordnung kann spitz sein.
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Die äußere Umfangsfläche von irgendeiner zuvor erwähnten Drehdichtungsanordnung schneidet in das Gehäuse ein als Folge eines Kontakts damit, während das drehbare Teil sich dreht.
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Die Drehdichtungsanordnung von irgendeiner zuvor erwähnten Drehdichtungsanordnung kann dazu eingerichtet sein, dass keine der entgegengesetzten Axialflächen in Kontakt mit dem Gehäuse gelangt, nachdem das drehbare Teil eine Nut in das Gehäuse geschnitten hat.
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Bei irgendeiner zuvor erwähnten Drehdichtungsanordnung kann der zumindest eine Abschnitt eine Mehrzahl von dem zumindest einen Abschnitts sein, die gemeinsam mit in das Gehäuse geschnittenen Nuten eine Labyrinthdichtung bilden.
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Der zumindest eine Abschnitt irgendeiner zuvor erwähnten Drehdichtungsanordnung kann eine Labyrinthdichtung einer Turbine sein.
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Der zumindest eine Abschnitt von irgendeiner zuvor erwähnten Drehdichtungsanordnung kann Bestandteil eines Deckbandes von einer Turbinenlaufschaufel sein.
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Das Gehäuse vor irgendeiner zuvor erwähnten Drehdichtungsanordnung kann eine Wabenstruktur aufweisen.
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Die größte radiale Dimension des zumindest einen Abschnitts von irgendeiner zuvor erwähnten Drehdichtungsanordnung kann die äußere Umfangsfläche bilden.
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Zumindest eine der entgegengesetzten Axialflächen von irgendeiner zuvor erwähnten Drehdichtungsanordnung kann durch das Entfernen von Material von einer Seite des drehbaren Teils formbar sein.
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Eine radiale Dimension des zumindest einen Abschnitts von irgendeiner zuvor erwähnten Drehdichtungsanordnung kann sich während einiger Betriebszustände erhöhen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Abdichten eines drehbaren Teils gegenüber einem Gehäuse auf: Drehen eines drehbaren Teils relativ zu einem Gehäuse, in Kontakt bringen des Gehäuses mit einem Abschnitt des drehbaren Teils und Schneiden einer Nut in das Gehäuse mit dem Abschnitt, während der Kontakt zwischen irgendeiner der entgegengesetzten Axialflächen des Abschnitts und dem Gehäuse vermieden wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Turbomaschinenkomponente ein drehbares Teil auf, das gegenüber einem Gehäuse drehbar angeordnet ist. Die Turbomaschinenkomponente hat einen Abschnitt, der eine äußere Umfangsfläche bildet, die dazu eingerichtet ist, mit dem Gehäuse während einiger Betriebszustände in Kontakt zu gelangen, wobei der Abschnitt entgegengesetzte Axialflächen hat, die an Stellen radial innen gegenüber der äußeren Umfangsfläche einander axial näher gegenüber angeordnet sind als sie es an der äußeren Umfangsfläche sind.
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Die Turbomaschinenkomponente kann in einer Turbine eingesetzt werden.
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Die Turbomaschinenkomponente kann Teil eines Kompressorabschnitts der Turbine sein.
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Die Turbomaschinenkomponente kann Teil eines Turbinenabschnitts der Turbine sein.
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Der zumindest eine Abschnitt der Turbomaschinenkomponente kann eine Mehrzahl von Abschnitten sein.
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Jeder Abschnitt der Mehrzahl von Abschnitten der Turbomaschinenkomponente kann eine Nut in dem Gehäuse erzeugen.
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Die Mehrzahl von Abschnitten und die Mehrzahl von Nuten können gemeinsam eine Labyrinthdichtung bilden.
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Diese und andere Vorteile und Merkmale werden durch die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung verständlicher werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Der Gegenstand, der als Erfindung angesehen wird, ist in den Patentansprüchen am Ende der Beschreibung klar beansprucht und insbesondere ausgeführt. Die zuvor genannten und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung verständlich, in der:
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1 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer hierin offenbarten Drehdichtungsanordnung zeigt;
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2 eine Querschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer hierin offenbarten Drehdichtungsanordnung zeigt; und
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3 eine teilweise Querschnittsansicht einer Turbine zeigt, die eine Mehrzahl von Drehdichtungsanordnungen nach 1 oder 2 verwendet.
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Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug zu der Zeichnung beispielhaft, gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bezug nehmend auf 1, ist ein Ausführungsbeispiel einer hierin offenbarten Drehdichtungsanordnung bei 10 veranschaulicht. Die Drehdichtungsanordnung 10 weist ein im Wesentlichen unbewegliches Gehäuse 14 und ein drehbares Teil 18 auf, das dazu eingerichtet ist, sich gegenüber dem Gehäuse 14 zu drehen. Das drehbare Teil 18 hat einen Abschnitt 22 mit einer äußeren Umfangsfläche 26, die sich an der größten radialen Abmessung davon befindet. Die äußere Umfangsfläche 26 ist dazu eingerichtet, mit dem Gehäuse 14 während bestimmter Betriebszustände einer Maschine, die das Gehäuse 14 und das drehbare Teil 18 enthält, in eingreifenden Kontakt zu gelangen. Der Abschnitt 22 hat entgegengesetzte Axialflächen 30, 31, die unmittelbar radial innen an der äußeren Umfangsfläche 26 angeordnet sind. Die Drehdichtungsanordnung 10 ist dazu eingerichtet, dass eine oder beide der entgegengesetzten Axialflächen 30, 31 unmittelbar radial weiter innen an der äußeren Umfangsfläche 26 axial näher an der anderen der entgegengesetzten Axialflächen 30, 31 ist, als ein am weitesten entfernter Teil 32, 33 der äußeren Umfangsfläche 26.
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Ein Kontakt zwischen dem Abschnitt 22 und dem Gehäuse 14 während der Drehung des drehbaren Teils 18 bewirkt, dass sich der Abschnitt 22 in das Gehäuse 14 einschneidet, wobei eine Ringnut 34 in eine radial innere Fläche 38 des Gehäuses 14 geschnitten wird. Das Schneiden der Nut 34 stellt sicher, dass ein Ringspalt zwischen der äußeren Umfangsfläche 26 und dem Gehäuse 14 reduziert wird, wobei eine dynamische Dichtung dazwischen gebildet wird. Die Materialien für das Gehäuse 14 und den Abschnitt 22 können so gewählt werden, dass während des Schneidens mehr Material von dem Gehäuse 14 entfernt wird als von dem drehbaren Teil 18. Bei Turbinenanwendungen kann das Gehäuse 14 zum Beispiel häufig aus dünnen Metallblechen in der Gestalt von Wabenzellen hergestellt werden, während das drehende Teil 18 aus viel dickerem Metall hergestellt ist. Das Wabengehäuse 14 ist somit opfernd und kann durch das drehende Teil 18 leicht abgetragen werden, wenn der Abschnitt 22 in Kontakt damit gelangt. Beispielsweise kann der Abschnitt 22 bei einer Turbine Teil eines Deckbandes einer Laufschaufel oder einer von zwei oder mehreren Zähnen in einer Labyrinthdichtung eines Rotors sein, während das Gehäuse eine unbewegliche äußere Anordnung der Turbine oder eines anderen drehbaren Teils sein kann, das sich mit unterschiedlicher Drehzahl gegenüber der des Abschnitts 22 dreht.
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Das Anordnen der entgegengesetzten Axialflächen 30, 31 unmittelbar radial innen an der äußeren Umfangsfläche 26 näher aneinander, als der am weitesten entfernte Teil 32, 33 der Drehdichtungsanordnung 10, stellt sicher, dass die entgegengesetzten Axialflächen 30, 31 nicht in Kontakt mit den Seiten 42 der Nut 34 gelangen. Beispielsweise könnte ein solcher Kontakt, wenn er zugelassen würde, schädigende Betriebsauswirkungen haben, die mit dem Reibkontakt, der Erwärmung und dem Abtragen vom zusätzlichem Material über das hinaus, was notwendig ist, entweder von dem Gehäuse 14 oder von dem drehbaren Teil 18 zusammenhängen,.
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Wenn der eingreifende Kontakt zwischen dem Abschnitt 22 und dem Gehäuse 14 lediglich durch radiale Zunahme des drehbaren Teils 18 stattfindet, werden die Seiten 42 im Wesentlichen rechtwinklig zu der Drehachse des drehbaren Teils 18 ausgerichtet sein. Wenn eine Längsbewegung kombiniert mit der radialen Zunahme des drehbaren Teils 18 stattfindet, können die Seiten 42 eine kegelstumpfförmige oder auch eine gekrümmte konische Gestalt haben. Wenn mit einem Längsanteil der Bewegung zu rechnen ist, können die entgegengesetzen Axialflächen 30, 31 axial mit einem ausreichenden Betrag zurücktreten, um sicherzustellen, dass sie während dem Einschneiden nicht mit dem Gehäuse 14 in Kontakt gelangen. Es ist zu beachten, dass der eingreifende Kontakt zwischen dem Abschnitt 22 und dem Gehäuse 14 auch aufgrund einer Reduktion der radialen Dimension des Gehäuses 14 stattfinden kann.
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Zwischen der äußeren Umfangsfläche 26 und den entgegengesetzten Axialflächen 30, 31 ist jeweils ein Winkel 46, 47 gebildet. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die äußere Umfangsfläche 26 parallel zur Drehachse des drehbaren Teils 18 angeordnet (es ist jedoch zu beachten, dass äußere Umfangsflächen, die nicht parallel zur Drehachse des drehbaren Teils 18 ausgerichtet sind, auch möglich sind). Die Winkel 46 und 47 sind kleiner als 90 Grad und sind deshalb spitze Winkel. Weil das drehbare Teil 18 in 1 beispielsweise geneigt ist und nicht rechtwinklig zur Drehachse des drehbaren Teils 18 ausgerichtet ist, sind dessen Seiten 50, 51 auch geneigt. Somit kann die entgegengesetzte Axialfläche 30 einfach eine Verlängerung der Seite 50 sein und dabei einen Abschnitt des spitzen Winkels 46 bilden. Wäre jedoch die entgegengesetzte Axialfläche 31 einfach eine Verlängerung der Seite 51, dann wäre der Winkel 47 stumpf und würde mehr als 90 Grad betragen. Die entgegengesetzte Axialfläche 31 ist daher keine Verlängerung der Seite 51, sondern ist eine Ausnehmung in dem Abschnitt 22 zwischen der Seite 51 und der äußeren Umfangsfläche 26. Da die entgegengesetzte Axialfläche 31 eine Ausnehmung ist, kann sie in das drehbare Teil 18 durch Entfernen von Material vom drehbaren Teil 18 erzeugt werden, was einfacher herzustellen ist, als an dem drehbaren Teil Material hinzuzufügen, wie es typischerweise getan wird.
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Bezug nehmend auf 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der hierin beschriebenen Drehdichtungsanordnung bei 110 veranschaulicht. Die Anordnung 110 entspricht der Anordnung 10 und daher werden gleiche Merkmale gleicherweise nummeriert und nur die Unterschiede werden nachfolgend im Detail beschrieben. Das drehbare Teil 118 der Drehdichtungsanordnung 110 hat Seiten 150, 151, die sich in Richtung zu der äußeren Umfangsfläche aufeinander zu neigen. Daher sind die beiden entgegengesetzten Axialflächen 130, 131 durch Ausnehmungen in den Seiten 150, 151 an einem Abschnitt 122 des drehbaren Teils 118 benachbart zu der äußeren Umfangsfläche 26 gebildet, wobei jeweils ein spitzer Winkel 146, 147 gebildet ist.
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Unter Bezugnahme auf 3, verwendet ein Abschnitt 212 einer Turbine 216 die hierin offenbarte Drehdichtungsanordnung 10, 110. Der Abschnitt 212 kann irgendein drehender Abschnitt 212 der Turbine 260 sein, einschließlich aber nicht beschränkt auf drehbare Abschnitte eines Kompressorabschnitts oder eines Turbinenabschnitts. Der Abschnitt 212 weist eine Mehrzahl von Drehdichtungsanordnungen 10, 110 auf, wobei eine Anordnung 10, 110 jeweils an einem Ende 220 von einem von fünf Zähnen 224 veranschaulicht ist. Zusammen bilden die mehreren Drehdichtungsanordnungen 10, 110 eine Labyrinthdichtung 228, weil jeder der Zähne 224 eine der Nuten 34 in dem Gehäuse 14 erzeugt.
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Während die Erfindung detailliert in Verbindung mit lediglich einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen erläutert wurde, ist es unmittelbar verständlich, dass die Erfindung nicht auf die derart offenbarten Ausführungsbeispiele beschrieben ist. Vielmehr kann die Erfindung verändert werden, um irgendeine Anzahl von Varianten, Abwandlungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die vorstehend nicht beschrieben sind, die aber dem Gedanken und dem Bereich der Erfindung entsprechen, zu beinhalten. Außerdem versteht es sich, während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, dass Aspekte der Erfindung auch nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Somit soll die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt angesehen werden, sondern ist nur durch den Bereich der beigefügten Patentansprüche beschränkt.
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Eine Dichtungsanordnung enthält ein Gehäuse und ein drehbares Teil, das drehbar relativ zum Gehäuse angeordnet ist. Das drehbare Teil hat zumindest einen Abschnitt, der eine äußere Umfangsfläche bildet, die dazu eingerichtet ist, während Betriebszuständen mit dem Gehäuse in Kontakt zu gelangen, die eine Zunahme einer radialen Abmessung des wenigstens einen Abschnitts verursachen. Der zumindest eine Abschnitt hat entgegengesetzte Axialflächen, wobei jede der entgegengesetzten Axialflächen unmittelbar radial innerhalb an der äußeren Umfangsfläche dimensional axial näher an der anderen der entgegengesetzten Axialflächen angeordnet ist, als ein am weitesten entfernter Teil der äußeren Umfangsfläche.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drehdichtungsanordnung
- 14
- Gehäuse
- 18
- Drehbares Teil
- 22
- Abschnitt
- 26
- Äußere Umfangsfläche
- 30
- Entgegengesetzte Axialfläche
- 31
- Entgegengesetzte Axialfläche
- 32
- Am weitesten entfernter Teil
- 33
- Am weitesten entfernter Teil
- 34
- Nut
- 38
- Innere Radialfläche
- 42
- Seiten
- 46
- Winkel
- 47
- Winkel
- 50
- Seite
- 51
- Seite
- 110
- Drehdichtungsanordnung
- 118
- Drehbares Teil
- 122
- Abschnitt
- 130
- Entgegengesetzte Axialseite
- 131
- Entgegengesetzte Axialseite
- 146
- Winkel
- 147
- Winkel
- 150
- Seite
- 151
- Seite
- 212
- Turbinenabschnitt
- 216
- Turbine
- 220
- Enden
- 224
- Zähne
- 228
- Labyrinthdichtung
