DE102017209855A1 - Sealing ring with ring segments - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Dichtring (1), insbesondere zur Abdichtung eines Dampfraumes (46) gegenüber der Umgebung (48) oder zweier Dampfräume (46) mit unterschiedlichen Drücken, mit mehreren Ringsegmenten (9), die in Umfangsrichtung (U) nebeneinanderliegend unter Bildung eines geschlossenen ringförmigen, insbesondere kreisringförmigen Dichtrings (1) zusammengefügt sind, wobei Teilfugen (11) zwischen einander zugewandten Fügeflächen (10) benachbarter Ringsegmente (9) abgedichtet sind, um Leckagen an den Teilfugen (11) zumindest zu reduzieren. The invention relates to a sealing ring (1), in particular for sealing a vapor space (46) relative to the environment (48) or two steam chambers (46) with different pressures, with a plurality of ring segments (9) in the circumferential direction (U) side by side to form a closed annular, in particular annular sealing ring (1) are joined together, wherein part joints (11) between mutually facing joining surfaces (10) of adjacent ring segments (9) are sealed in order to reduce leakage at the part joints (11) at least.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dichtring, insbesondere zur Abdichtung eines Dampfraumes gegenüber der Umgebung oder zweier Dampfräume mit unterschiedlichen Drücken, mit mehreren Ringsegmenten, die in Umfangsrichtung nebeneinanderliegend unter Bildung eines geschlossenen ringförmigen, insbesondere kreisringförmigen Dichtrings zusammengefügt sind.The present invention relates to a sealing ring, in particular for sealing a vapor space from the environment or two steam chambers with different pressures, with a plurality of ring segments, which are joined together in the circumferential direction to form a closed annular, in particular annular sealing ring.
Aus unterschiedlichen technischen Gebieten sind Vorrichtungen mit Druckräumen oder Dampfräumen bekannt. Oftmals ist es für einen bestimmungsgemäßen Betrieb einer solchen Vorrichtung nötig, einen Druckraum oder Dampfraum, in dem ein (Dampf-)Druck vorherrscht, gegenüber einem weiteren Druckraum oder Dampfraum, in dem ein von dem (Dampf-)Druck verschiedener weiterer (Dampf-)Druck vorherrscht, oder gegenüber einem Raum mit Umgebungsdruck abzudichten. Bei den Vorrichtungen kann es sich rein beispielhaft um Ventile, Dampfturbinen, Kessel und Druckbehälter handeln.From different technical fields devices with pressure chambers or steam rooms are known. Often it is necessary for a proper operation of such a device, a pressure chamber or steam space in which a (steam) prevails pressure, in relation to another pressure chamber or vapor space in which one of the (steam) pressure of various other (steam) Pressure prevails, or to seal against a room with ambient pressure. By way of example, the devices may be valves, steam turbines, boilers and pressure vessels.
Zum gegeneinander Abdichten zweier Druck- oder Dampfräume beziehungsweise zum Abdichten eines Druck- oder Dampfraums gegenüber der Umgebung kommen in bekannter Weise Dichtringe mit den unterschiedlichsten Querschnittsprofilen zum Einsatz. Diese weisen oftmals Durchmesser von mehreren Metern auf und sind als einteilige spanend nachgearbeitete Schmiedeteile ausgebildet. Mit derartigen Dichtringen sind ein vergleichsweise hoher Transportaufwand, vergleichsweise hohe Fertigungs- oder Beschaffungskosten und lange Beschaffungszeiten verbunden. Die langen Beschaffungszeiten führen dazu, dass die Dichtringe unabhängig von der Befundung, also dem Ergebnis einer Untersuchung der Vorrichtung, vorzeitig geordert und vorgehalten werden müssen. Es ist ferner eine Qualifizierung der Lieferanten erforderlich. Die Dichtringe müssen darüber hinaus in der Regel mit Aufmaß bereitgestellt werden, was mit nicht unerheblichem Aufwand verbunden ist. Vor allem für Ringe mit großem Durchmesser werden dabei besondere, insbesondere sehr große Bearbeitungsmaschinen benötigt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ein einteiliger Dichtring als Ganzes entsorgt werden muss, wenn er beschädigt ist und nicht mehr repariert werden kann.For sealing against each other two pressure or steam rooms or for sealing a pressure or vapor space relative to the environment sealing rings come in a known manner with a variety of cross-sectional profiles for use. These often have diameters of several meters and are designed as one-piece machined forged forgings. With such sealing rings a comparatively high transport costs, comparatively high production or procurement costs and long procurement times are associated. The long procurement times mean that the sealing rings, regardless of the findings, ie the result of an examination of the device, ordered prematurely and must be kept. It also requires a qualification of suppliers. The sealing rings must also be provided with oversize usually, which is associated with not inconsiderable expense. Especially for rings with a large diameter while special, especially very large processing machines are needed. Another disadvantage is that a one-piece sealing ring must be disposed of as a whole if it is damaged and can not be repaired.
Um diesen Problemen entgegenzutreten, ist es bekannt, Dichtringe segmentiert auszubilden und die einzelnen Ringsegmente in Umfangsrichtung nebeneinanderliegend unter Bildung eines geschlossenen ringförmigen Dichtrings zusammenzufügen. Auf diese Weise werden sowohl der Aufwand für die Herstellung oder Beschaffung, den Transport, aber auch die Montage des Dichtrings und somit auch der Kostenaufwand reduziert. Im Befundfall, also im Falle einer Beschädigung eines Ringsegmentes, kann ein neues Ringsegment befundabhängig gefertigt, das einzelne beschädigte Ringsegment ausgetauscht und die übrigen unbeschädigten Ringsegmente weiterverwendet werden.To counteract these problems, it is known to form segmented sealing rings and join the individual ring segments in the circumferential direction next to each other to form a closed annular sealing ring. In this way, both the cost of production or procurement, transportation, but also the installation of the sealing ring and thus the cost is reduced. In the case of findings, ie in the event of damage to a ring segment, a new ring segment can be manufactured depending on the individual findings, the individual damaged ring segment can be exchanged and the remaining undamaged ring segments can continue to be used.
Die vorbekannten segmentierten Dichtringe weisen das Problem auf, dass an den Teilfugen zwischen einander zugewandten Fügeflächen benachbarter Ringsegmente unerwünschte Leckageströmungen auftreten können. Derartige Leckagen führen beispielsweise bei einem Einsatz des Dichtrings in einer Dampfturbine zu einem verringerten Wirkungsgrad und/oder einer geringeren Effizienz der Gasturbine. Zudem führen Leckagen dazu, dass sich in einem Druckraum der (Dampf-)Druck verringert und der (Dampf-)Druck im Rahmen einer Wartung oder eines außerplanmäßigen Betriebsschritts wieder auf ein Sollniveau erhöht werden muss. Außerdem kann es im Bereich der Leckagen zu Erosionserscheinungen an den Dichtringen sowie an den benachbarten vom Leckagestrom betroffenen Bauteilen kommen.The previously known segmented sealing rings have the problem that undesired leakage flows can occur at the parting joints between mutually facing joining surfaces of adjacent ring segments. Such leakage, for example, when using the sealing ring in a steam turbine to a reduced efficiency and / or lower efficiency of the gas turbine. In addition, leakages cause the (steam) pressure in a pressure chamber to be reduced and the (steam) pressure to be increased again to a desired level during maintenance or an unscheduled operating step. In addition, there may be erosion phenomena on the sealing rings and on the neighboring components affected by the leakage current in the area of the leakages.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass er bei einem Einsatz in einer Vorrichtung der oben erwähnten Art einen effizienten und wartungsarmen Betrieb der Vorrichtung ermöglicht.Against this background, the present invention has the object, a sealing ring of the type mentioned in such a way that it allows for use in a device of the type mentioned above, an efficient and low-maintenance operation of the device.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung einen Dichtring der eingangs genannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, dass Teilfugen zwischen einander zugewandten Fügeflächen benachbarter Ringsegmente abgedichtet sind, um Leckagen an den Teilfugen zumindest zu reduzieren.To achieve this object, the present invention provides a sealing ring of the type mentioned, which is characterized in that part joints between facing joining surfaces of adjacent ring segments are sealed in order to reduce leakage at the part joints at least.
Der Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, Leckageströmungen an den Teilfugen des Dichtrings durch Abdichtung der Teilfugen mittels entsprechender Dichtungsmittel zu verhindern oder zumindest wesentlich zu reduzieren. Auf diese Weise wird ein effizienter und wartungsarmer Betrieb einer Vorrichtung, in der der Dichtring zum Einsatz kommt, sichergestellt. Mit dem erfindungsgemäßen Dichtring kann insbesondere eine Abdichtung von Druckräumen bei relativ hohen Drücken, bei denen vorbekannte segmentierte Dichtringe versagen, verlässlich und wirkungsvoll erfolgen.The invention is therefore based on the idea to prevent leakage currents at the parting lines of the sealing ring by sealing the parting lines by means of appropriate sealing means or at least substantially reduce. In this way, an efficient and low-maintenance operation of a device in which the sealing ring is used, ensured. With the sealing ring according to the invention, in particular a sealing of pressure chambers at relatively high pressures, in which prior art segmented sealing rings fail, can take place reliably and effectively.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind zur Abdichtung der Teilfugen des Dichtrings die Fügeflächen der Ringsegmente zumindest im Wesentlichen eben ausgebildet und weist der Dichtring eine gerade Anzahl von Ringsegmenten auf, die zwei Gruppen von gleich oder gleichartig ausgebildeten Ringsegmenten angehören, wobei sich die Ringsegmente einer Gruppe und die Ringsegmente einer weiteren Gruppe in Umfangsrichtung des Dichtrings abwechseln und wobei die durch die radialen Innenflächen und die Fügeflächen der Ringsegmente der einen Gruppe eingeschlossenen Innenwinkel jeweils kleiner als 90° und die entsprechenden Innenwinkel der Ringsegmente der weiteren Gruppe korrespondierend ausgebildet, also größer als 90°, sind. Mit anderen Worten sind die Fügeflächen des Dichtrings derart angewinkelt, dass die Ringsegmente, wenn sie während des Betriebs des Dichtrings durch Druckbeaufschlagung radial nach außen gedrückt werden, in Umfangsrichtung des Dichtrings gegeneinander gepresst werden und damit einen geschlossenen, zumindest im Wesentlichen dampfdichten Verbund erzeugen. Die Innenwinkel der Ringsegmente der einen Gruppe können zwischen 45° und 70° und/oder zwischen 50° und 60° und/oder 55° sein. According to one embodiment of the invention, the joining surfaces of the ring segments are at least substantially planar for sealing the parting lines of the sealing ring and has the sealing ring on an even number of ring segments belonging to two groups of the same or similar ring segments, wherein the ring segments of a group and the ring segments of another group in the circumferential direction of the sealing ring alternate and wherein the enclosed by the radial inner surfaces and the joining surfaces of the ring segments of a group inner angle each smaller than 90 ° and the corresponding inner angle of the ring segments of the other group formed corresponding, ie greater than 90 °. In other words, the joining surfaces of the sealing ring are angled so that the ring segments, when pressed radially outwardly during operation of the sealing ring by pressurization, are pressed against each other in the circumferential direction of the sealing ring and thus produce a closed, at least substantially vapor-tight composite. The internal angles of the ring segments of one group may be between 45 ° and 70 ° and / or between 50 ° and 60 ° and / or 55 °.
Bevorzugt sind die Innenwinkel der Ringsegmente der einen Gruppe gleich groß.Preferably, the internal angles of the ring segments of a group are the same size.
Zweckmäßigerweise können die Ringsegmente aus unterschiedlichen Materialien bestehen, insbesondere aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Insbesondere kann es im Falle der zuvor erwähnten zwei Gruppen von Ringsegmenten vorteilhaft sein, wenn die Ringsegmente der einen Gruppe aus einem anderen Material als die Ringsegmente der weiteren Gruppe bestehen, wobei die Materialien derart gewählt sind, dass benachbarte Ringsegmente durch ihre unterschiedliche thermische Ausdehnung während des Betriebs in Umfangsrichtung gegeneinander gepresst werden.Conveniently, the ring segments may be made of different materials, in particular of materials with different thermal expansion coefficients. In particular, in the case of the aforementioned two groups of ring segments, it may be advantageous if the ring segments of one group are made of a different material than the ring segments of the other group, the materials being chosen such that adjacent ring segments will have different thermal expansion during the course of the ring segment Operation are pressed against each other in the circumferential direction.
Der Dichtring beziehungsweise jedes seiner Ringsegmente kann grundsätzlich ein beliebiges Querschnittsprofil aufweisen, wobei mit dem Begriff Querschnittsprofil ein Schnitt in Radialrichtung des Dichtrings gemeint ist. Beispielsweise weist der Dichtring zwei stirnseitige Wandungen und eine die beiden stirnseitigen Wandungen verbindende Mantelwandung auf, wobei die stirnseitigen Wandungen und die Mantelwandung einen Ringraum definieren, der zu einer radialen Innenseite des Dichtrings offen ist. In diesem Fall weisen die Ringsegmente ein zumindest im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil mit zwei U-Schenkeln, die über einen Verbindungssteg miteinander verbunden sind, auf. Die Ringsegmente können aber auch ein zumindest im Wesentlichen L-förmiges oder ein zumindest im Wesentlichen I-förmiges Querschnittsprofil aufweisen.The sealing ring or each of its ring segments may in principle have any cross-sectional profile, wherein the term cross-sectional profile means a section in the radial direction of the sealing ring. For example, the sealing ring has two end-side walls and a jacket wall connecting the two end-side walls, wherein the front-side walls and the jacket wall define an annular space which is open to a radial inner side of the sealing ring. In this case, the ring segments have an at least substantially U-shaped cross-sectional profile with two U-legs, which are interconnected via a connecting web on. However, the ring segments may also have an at least substantially L-shaped or at least substantially I-shaped cross-sectional profile.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zur Abdichtung der Teilfugen des Dichtrings in den Fügeflächen der Ringsegmente jeweils eine Dichtungsnut ausgebildet, die mit einer korrespondierenden Dichtungsnut in der Fügefläche des benachbarten Ringsegmentes einen Dichtungskanal bildet, in dem ein Dichtungselement eingelegt ist.According to a further embodiment of the invention, a sealing groove is formed for sealing the parting lines of the sealing ring in the joining surfaces of the ring segments, which forms a sealing channel with a corresponding sealing groove in the joining surface of the adjacent ring segment, in which a sealing element is inserted.
Vorteilhaft weisen die Dichtungsnuten einen kreissegmentförmigen Querschnitt und die Dichtungselemente eine zu dem Verlauf der Dichtungsnuten entlang der Fügeflächen korrespondierende Form und einen C-förmigen Querschnitt auf, der gegenüber einem Querschnitt der Dichtungskanäle ein gewisses Übermaß aufweist, so dass die Dichtungselemente bei zusammengefügtem Dichtring in den Dichtungskanälen vorgespannt sind. Auf diese Weise liegen die Dichtungselemente zumindest in Umfangsrichtung des Dichtrings unter Vorspannung an einer Innenwandung der Dichtungskanäle an, wodurch die Abdichtung der Teilfugen verbessert wird. Des Weiteren lässt sich ein kreissegmentförmiger Querschnitt der Dichtungsnuten sowie ein C-förmiger Querschnitt der Dichtungselemente fertigungstechnisch mit einem relativ geringen Aufwand realisieren.Advantageously, the sealing grooves have a circular segment-shaped cross-section and the sealing elements have a shape corresponding to the profile of the sealing grooves along the joining surfaces and a C-shaped cross-section, which has a certain oversize relative to a cross-section of the sealing channels, so that the sealing elements in the assembled sealing ring in the sealing channels are biased. In this way, the sealing elements are at least in the circumferential direction of the sealing ring under pretension on an inner wall of the sealing channels, whereby the sealing of the parting joints is improved. Furthermore, a circular segment-shaped cross-section of the sealing grooves as well as a C-shaped cross-section of the sealing elements can be produced with relatively little effort in terms of production technology.
Wenn die Ringsegmente ein zumindest im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil aufweisen, sind die Dichtungsnuten zweckmäßigerweise jeweils U-förmig ausgebildet und erstrecken sich jeweils entlang des Verbindungsstegs und der beiden U-Schenkel des Querschnittsprofils der Ringsegmente. Insbesondere sind die Dichtungsnuten zu den freien Enden der U-Schenkel offen. Da auch die U-förmigen Dichtungselemente zu den freien Enden der U-Schenkel offen sind, werden die Dichtungselemente während des Betriebs des Dichtrings in ihrem Inneren mit Druck beaufschlagt und noch stärker gegen eine Wandung der Dichtungsnuten gedrückt, wodurch sich die Dichtwirkung noch verbessert.If the ring segments have an at least substantially U-shaped cross-sectional profile, the sealing grooves are expediently U-shaped and each extend along the connecting web and the two U-legs of the cross-sectional profile of the ring segments. In particular, the sealing grooves are open to the free ends of the U-legs. Since the U-shaped sealing elements to the free ends of the U-legs are open, the sealing elements are pressurized during operation of the sealing ring in its interior with pressure and pressed even more against a wall of the sealing grooves, whereby the sealing effect is improved.
Falls die Ringsegmente ein zumindest im Wesentlichen L-förmiges Querschnittsprofil aufweisen, können die Dichtungsnuten entsprechend jeweils L-förmig ausgebildet sein und sich jeweils entlang der beiden L-Schenkel des Querschnittsprofils der Ringsegmente erstrecken, wobei die Dichtungsnuten insbesondere zu den freien Enden der L-Schenkel offen sind.If the ring segments have an at least substantially L-shaped cross-sectional profile, the sealing grooves may each be L-shaped and extend along the two L-legs of the cross-sectional profile of the ring segments, wherein the sealing grooves in particular to the free ends of the L-leg are open.
Falls die Ringsegmente ein zumindest im Wesentlichen I-förmiges Querschnittsprofil aufweisen, können die Dichtungsnuten entsprechend jeweils I-förmig ausgebildet sein und sich jeweils entlang einer Längsrichtung des I-förmigen Querschnittsprofils der Ringsegmente erstrecken, wobei die Dichtungsnuten insbesondere zu den beiden in Längsrichtung gegenüberliegenden Enden des I-förmigen Querschnittsprofils offen sind.If the ring segments have an at least substantially I-shaped cross-sectional profile, the sealing grooves may each be I-shaped and each extend along a longitudinal direction of the I-shaped cross-sectional profile of the ring segments, the sealing grooves in particular to the two longitudinally opposite ends of I-shaped cross-sectional profile are open.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zur Abdichtung der Teilfugen des Dichtrings an den einander zugewandten Fügeflächen der Ringsegmente einander korrespondierende und miteinander in Eingriff stehende Federelemente und Nuten ausgebildet. Dies trägt zu einer Verringerung einer Leckageströmung an den Teilfugen des Dichtrings bei.According to a further embodiment of the invention are for sealing the parting lines of the sealing ring formed on the mutually facing joining surfaces of the ring segments mutually corresponding and mutually engaging spring elements and grooves. This contributes to a reduction in a leakage flow at the parting lines of the sealing ring.
Die Federelemente und Nuten können jeweils einen zumindest im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen. The spring elements and grooves may each have an at least substantially triangular cross-section.
Wenn die Ringsegmente ein zumindest im Wesentlichen L-förmiges Querschnittsprofil aufweisen, sind die Federelemente und Nuten zweckmäßigerweise jeweils L-förmig ausgebildet und erstrecken sich jeweils entlang der beiden L-Schenkel des Querschnittsprofils der Ringsegmente.If the ring segments have an at least substantially L-shaped cross-sectional profile, the spring elements and grooves are expediently L-shaped and each extend along the two L-legs of the cross-sectional profile of the ring segments.
Falls die Ringsegmente ein zumindest im Wesentlichen I-förmiges Querschnittsprofil aufweisen, können die Federelemente und Nuten entsprechend jeweils I-förmig ausgebildet sein und sich jeweils entlang einer Längsrichtung des Querschnittsprofils der Ringsegmente erstrecken.If the ring segments have an at least substantially I-shaped cross-sectional profile, the spring elements and grooves can each be formed in an I-shape and each extending along a longitudinal direction of the cross-sectional profile of the ring segments.
Falls die Ringsegmente ein zumindest im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil aufweisen, können die Federelemente und Nuten entsprechend jeweils U-förmig ausgebildet sein und sich jeweils entlang des Verbindungsstegs und der beiden U-Schenkel des Querschnittsprofils der Ringsegmente erstrecken. In diesem Fall können die radial innenliegenden Endbereiche der Federelemente und Nuten jeweils in Richtung einer Stirnseite des Dichtrings weisen, so dass die Federelemente und Nuten jeweils einen Ω-artigen Verlauf aufweisen. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, dass sich die radial innenliegenden Endbereiche der Federelemente und Nuten jeweils bis zu einer Stirnseite des Dichtrings erstrecken. If the ring segments have an at least substantially U-shaped cross-sectional profile, the spring elements and grooves can be correspondingly U-shaped and each extending along the connecting web and the two U-legs of the cross-sectional profile of the ring segments. In this case, the radially inner end regions of the spring elements and grooves can each point in the direction of an end face of the sealing ring, so that the spring elements and grooves each have an Ω-like profile. In principle, it is also conceivable that the radially inner end regions of the spring elements and grooves each extend to an end face of the sealing ring.
Wenn die Form der Federelemente und Nuten zumindest im Wesentlichen einer Querschnittsform der Ringsegmente entspricht, wie vorstehend beispielhaft anhand eines L-, I- und U-förmigen Querschnittsprofils der Ringsegmente erläutert, können die Teilfugen bestmöglich entlang des L-, I- oder U-förmigen Verlaufs des Querschnittsprofils abgedichtet werden.If the shape of the spring elements and grooves at least substantially corresponds to a cross-sectional shape of the ring segments, as exemplified above with reference to an L, I and U-shaped cross-sectional profile of the ring segments, the part joints can best along the L, I or U-shaped Be course of the cross-sectional profile sealed.
Vorteilhafterweise sind zur Abdichtung eines radial innenliegenden Bereichs der Teilfugen des Dichtrings, der durch die in Eingriff stehenden Federelemente und Nuten nicht oder nicht ausreichend abgedichtet ist, an einem radial innenliegenden Bereich der Stirnseiten des Dichtrings, in dessen Richtung die radial innenliegenden Endbereiche der Federelemente und Nuten weisen, jeweils Dichtungsvorsprünge, die in Umfangsrichtung des Dichtrings über die Fügeflächen überstehen, und dazu korrespondierende Vertiefungen ausgebildet. Hierbei stehen die Dichtungsvorsprünge mit ihrem freien Ende in Umfangsrichtung des Dichtrings jeweils mit einer Vertiefung eines benachbarten Ringsegmentes in Anlage, so dass sich die Ringsegmente in dem radial innenliegenden Bereich der Stirnseiten des Dichtrings überlappen. Die Dichtungsvorsprünge können in Axialrichtung des Dichtrings jeweils über eine Stirnseite des Dichtrings überstehen und in Umfangsrichtung des Dichtrings länglich ausgebildet sein. Alternativ können die Dichtungsvorsprünge jeweils zu ihrem freien Ende in Umfangsrichtung des Dichtrings hin und in Richtung eine Stirnseite des Dichtrings keilförmig zulaufen. Die Dichtungsvorsprünge können beispielsweise eine längliche zylindrische Form, besser gesagt eine Draht-ähnliche Form, oder eine Platten-ähnliche Form aufweisen. Bevorzugt sind die Dichtungsvorsprünge jeweils einteilig mit einem Ringsegment ausgebildet, was fertigungstechnisch von Vorteil ist.Advantageously, for sealing a radially inner portion of the parting lines of the sealing ring, which is not or not sufficiently sealed by the engaged spring elements and grooves, at a radially inner region of the end faces of the sealing ring, in the direction of the radially inner end portions of the spring elements and grooves each have sealing projections, which project beyond the joining surfaces in the circumferential direction of the sealing ring, and formed corresponding recesses. In this case, the sealing projections with their free end in the circumferential direction of the sealing ring in each case with a recess of an adjacent ring segment in abutment, so that the ring segments overlap in the radially inner region of the end faces of the sealing ring. The sealing projections may protrude in the axial direction of the sealing ring in each case via an end face of the sealing ring and be elongated in the circumferential direction of the sealing ring. Alternatively, the sealing projections can each taper towards its free end in the circumferential direction of the sealing ring and in the direction of an end face of the sealing ring in a wedge shape. The sealing projections may, for example, have an elongate cylindrical shape, that is, a wire-like shape, or a plate-like shape. Preferably, the sealing projections are each formed integrally with a ring segment, which is manufacturing technology advantageous.
Vorteilhafterweise ist in jedem Ringsegment zumindest ein Verformungshohlraum vorgesehen, der sich ausgehend von einer radialen Innenfläche des Ringsegments radial auswärts erstreckt und zu einer radialen Außenseite des Ringsegments geschlossen ist. Die Verformungshohlräume sind also zur radialen Innenseite des Dichtrings offen ausgebildet. Zweckmäßigerweise sind die Verformungshohlräume in Umfangsrichtung des Dichtrings länglich ausgebildet und weisen in Radialrichtung des Dichtrings insbesondere einen konstanten Querschnitt, bevorzugt mit einer ovalen oder elliptischen Querschnittsform, auf.Advantageously, at least one deformation cavity is provided in each ring segment, which extends radially outward starting from a radial inner surface of the ring segment and is closed to a radial outer side of the ring segment. The deformation cavities are thus formed open to the radial inner side of the sealing ring. Expediently, the deformation cavities are elongate in the circumferential direction of the sealing ring and, in particular, have a constant cross-section, preferably with an oval or elliptical cross-sectional shape, in the radial direction of the sealing ring.
Im Falle der zuvor beschriebenen Abdichtung der Teilfugen des Dichtrings mit Hilfe von miteinander in Eingriff stehenden Federelementen und Nuten ist bevorzugt in jedem Federelement wenigstens ein Verformungshohlraum ausgebildet, der sich zumindest teilweise innerhalb des Federelementes erstreckt. Auf diese Weise wird die Abdichtung der Teilfugen des Dichtrings weiter verbessert, was im Folgenden beispielhaft anhand eines Verformungshohlraumes mit einer ovalen Querschnittsform erläutert wird. Während des Betriebs des Dichtrings verformt sich die ovale Querschnittsform des Verformungshohlraums durch eine Druckbeaufschlagung des Verformungshohlraumes von einer radialen Innenseite des Dichtrings her in eine zumindest im Wesentlichen runde Querschnittsform. Da eine den Verformungshohlraum umgebende Wandung in Axialrichtung des Dichtrings dünner als in Umfangsrichtung des Dichtrings ist, wird der Verformungshohlraum im Wesentlichen in Axialrichtung „aufgebläht“ oder verformt, wodurch das Federelement, in dem der Verformungshohlraum ausgebildet ist, in Axialrichtung gegen eine zugehörige Nut gedrückt wird.In the case of the above-described sealing of the parting lines of the sealing ring with the aid of mutually engaging spring elements and grooves, at least one deformation cavity is preferably formed in each spring element, which extends at least partially within the spring element. In this way, the sealing of the parting lines of the sealing ring is further improved, which will be explained below by way of example with reference to a deformation cavity having an oval cross-sectional shape. During operation of the sealing ring, the oval cross-sectional shape of the deformation cavity deforms by pressurizing the deformation cavity from a radial inner side of the sealing ring into an at least substantially round cross-sectional shape. Since a wall surrounding the deformation cavity is thinner in the axial direction of the seal ring than in the circumferential direction of the seal ring, the deformation cavity is substantially "blown" or deformed in the axial direction, whereby the spring member in which the deformation cavity is formed is pressed in the axial direction against an associated groove ,
Selbstverständlich können in den Ringsegmenten des Dichtrings auch Verformungshohlräume vorgesehen sein, wenn die Teilfugen des Dichtrings nicht mittels Federelementen und Nuten abgedichtet sind. Der Dichtring muss noch nicht einmal segmentiert sein. Eine Vielzahl von Verformungshohlräumen, die auf die zuvor beschriebe Weise ausgebildet sind und sich auf die zuvor beschriebene Weise erstrecken, sind vorteilhaft, da hierdurch die Deformationsfreiheit des Dichtrings in Axialrichtung erhöht wird. Somit kann sich der Dichtring besser an die Struktur oder durch Kriechverformungen während des Betriebs des Dichtrings hervorgerufene Veränderungen der Struktur der Anlageufer eines Gehäuses, an denen der Dichtring mit seinen Stirnseiten anliegt, anpassen. Genauer gesagt sorgt eine Druckbeaufschlagung der Verformungshohlräume von einer radialen Innenseite des Dichtrings her für ein Aufblähen des Dichtrings in Axialrichtung, so dass die Stirnseiten des Dichtrings gegen Anlageufer eines Gehäuses, an denen der Dichtring mit seinen Stirnseiten anliegt, gedrückt werden. Auf diese Weise ergibt sich eine verbesserte Abdichtung zwischen dem Dichtring und dem Gehäuse.Of course, deformation cavities can also be provided in the ring segments of the sealing ring if the parting lines of the sealing ring are not sealed by means of spring elements and grooves. The sealing ring does not even have to be segmented. A plurality of deformation cavities, which are formed in the manner previously described and on the previously described Extend manner are advantageous because this increases the freedom of deformation of the sealing ring in the axial direction. Thus, the sealing ring can be better adapted to the structure or caused by creep during the operation of the sealing ring changes in the structure of the investment banks of a housing on which the sealing ring rests with its end faces. More specifically, pressurization of the deformation cavities from a radially inner side of the sealing ring ensures expansion of the sealing ring in the axial direction, so that the end faces of the sealing ring are pressed against abutment edges of a housing against which the sealing ring bears with its end faces. In this way, there is an improved seal between the sealing ring and the housing.
Vorteilhaft ragen zur Verbindung zweier benachbarter Ringsegmente von den beiden Ringsegmenten beidseitig einer Teilfuge zwischen einander zugewandten Fügeflächen der beiden Ringsegmente Verbindungsvorsprünge ab, die mittels einer über die Verbindungsvorsprünge geschobenen Verbindungshülse aneinander gesichert sind. Bevorzugt sind die Verbindungsvorsprünge jeweils außenseitig mit einem Halbkegel versehen, der sich zu seinem freien Ende hin verjüngt und dessen eben Fläche parallel zu einer Fügefläche verläuft, wobei die beiden Halbkegel derart ausgebildet sind, dass sie gemeinsam einen Vollkegel bilden, und wobei die Verbindungshülse mit einem zu dem Vollkegel korrespondierenden Innenkegel versehen ist. Indem die Verbindungshülse mit ihrem Innenkegel über den Vollkegel der Verbindungsvorsprünge geschoben ist, sind die beiden Halbkegel der Verbindungsvorsprünge und somit die beiden Ringsegmente in Umfangsrichtung des Dichtrings aneinander gepresst. Selbstverständlich können die Verbindungsvorsprünge auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise außenseitig mit einem Halbzylinder versehen sein. In diesem Fall ist die Verbindungshülse mit einem korrespondierenden Innenzylinder versehen.Advantageously protrude to connect two adjacent ring segments of the two ring segments on both sides of a parting line between facing joining surfaces of the two ring segments from connecting projections, which are secured by means of a pushed over the connecting projections connecting sleeve to each other. Preferably, the connecting projections are each provided on the outside with a half-cone, which tapers towards its free end and whose flat surface is parallel to a joining surface, wherein the two half-cones are formed so that they together form a full cone, and wherein the connecting sleeve with a is provided to the full cone corresponding inner cone. By the connecting sleeve is pushed with its inner cone over the full cone of the connecting projections, the two half-cones of the connecting projections and thus the two ring segments are pressed together in the circumferential direction of the sealing ring. Of course, the connection projections may also have a different shape, for example, be provided on the outside with a half-cylinder. In this case, the connecting sleeve is provided with a corresponding inner cylinder.
Zweckmäßigerweise ist die Verbindungshülse mittels einer Schweißverbindung an den Verbindungsvorsprüngen gesichert.Conveniently, the connection sleeve is secured by means of a welded connection to the connection projections.
Falls die Ringsegmente ein zumindest im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil aufweisen, können die Verbindungsvorsprünge von einer radialen Innenseite der Mantelwandung des Dichtrings abragen und sich radial nach innen verjüngen. Die Verbindungsvorsprünge erstrecken sich somit zwischen den beiden stirnseitigen Wandungen des Dichtrings, also in dem ohnehin freien Ringraum des Dichtrings, so dass sie bei einem Einbau des Dichtrings an seiner vorgesehenen Position nicht störend wirken.If the ring segments have an at least substantially U-shaped cross-sectional profile, the connecting projections can protrude from a radial inner side of the jacket wall of the sealing ring and taper radially inwardly. The connecting projections thus extend between the two end walls of the sealing ring, ie in the already free annular space of the sealing ring, so that they do not interfere with installation of the sealing ring at its intended position.
Benachbarte Ringsegmente können auch mittels einer Schraubverbindung, insbesondere an einer radialen Außenseite des Dichtrings, miteinander verbunden sein. Hierfür können an den einander zuweisenden Enden der Ringsegmente Verbindungsvorsprünge vorgesehen sein, an denen die Ringsegmente miteinander verschraubt sind, wobei die Verbindungsvorsprünge von dem Dichtring insbesondere radial, bevorzugt radial nach außen, abragen.Adjacent ring segments can also be connected to one another by means of a screw connection, in particular on a radial outer side of the sealing ring. For this purpose, connecting projections may be provided at the mutually facing ends of the ring segments, on which the ring segments are screwed together, wherein the connecting projections of the sealing ring in particular radially, preferably radially outwardly, protrude.
Alternativ oder zusätzlich können die Ringsegmente an ihren einander zuweisenden Enden, insbesondere über eine schwalbenschwanzartige Verbindung, in Umfangsrichtung des Dichtrings formschlüssig miteinander verbunden sein. Eine formschlüssige Verbindung ist vorteilhaft, da sie eine geringfügige Relativbewegung zwischen den verbundenen Ringsegmenten zulässt, wodurch einer Entstehung von Spannungen zwischen den verbundenen Komponenten während des Betriebs des Dichtrings vorgebeugt wird.Alternatively or additionally, the ring segments can be positively connected to each other at their ends facing each other, in particular via a dovetail-like connection in the circumferential direction of the sealing ring. A positive connection is advantageous because it allows a slight relative movement between the connected ring segments, thereby preventing the generation of stresses between the connected components during operation of the sealing ring.
Vorteilhafterweise werden die Ringsegmente des Dichtrings gedruckt. Darunter ist zu verstehen, dass die Ringsegmente durch ein generatives beziehungsweise additives Fertigungsverfahren, insbesondere durch selektives Laserschmelzen, bevorzugt aus einem Pulverbett, hergestellt sind. Als generatives Fertigungsverfahren kommen auch Laserauftragsschweißen und Elektronenstrahlschmelzen in Betracht, um nur einige Beispiele zu nennen. Werden die Ringsegmente durch ein generatives Fertigungsverfahren vor Ort hergestellt, sind die Ringsegmente und somit auch der Dichtring insbesondere für einen Revisionsfall schnell verfügbar. Zudem kann der Dichtring gezielt an die jeweiligen Maße eines Druckraums angepasst werden, wodurch eine Beschaffung des Dichtrings mit Aufmaß entfällt.Advantageously, the ring segments of the sealing ring are printed. By this is meant that the ring segments are produced by a generative or additive manufacturing process, in particular by selective laser melting, preferably from a powder bed. As a generative manufacturing process also laser deposition welding and electron beam melting are considered, to name just a few examples. If the ring segments produced by a generative manufacturing process on site, the ring segments and thus the sealing ring are quickly available, especially for a revision case. In addition, the sealing ring can be adapted specifically to the respective dimensions of a pressure chamber, thereby eliminating the procurement of the sealing ring with oversize.
Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, dass es sich bei den Ringsegmenten um Schmiedeteile handelt.In principle, however, it is also conceivable that the ring segments are forgings.
Zweckmäßigerweise besteht der Dichtring, insbesondere die Ringsegmente, aus einer Superlegierung, insbesondere einer Nickel-basierten Stahllegierung, insbesondere einer Nickel-basierten Hochtemperatur-Stahllegierung, oder aus einem mit Chrom und Nickel hochlegierten Stahl.The sealing ring, in particular the ring segments, expediently consists of a superalloy, in particular a nickel-based steel alloy, in particular a nickel-based high-temperature steel alloy, or a steel high-alloyed with chromium and nickel.
Es sollte klar sein, dass die zuvor beschriebenen Techniken zum Verbinden der Ringsegmente und/oder Abdichten der Teilfugen beliebig miteinander kombiniert werden können.It should be understood that the previously described techniques for joining the ring segments and / or sealing the parting joints may be combined as desired.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von acht Ausführungsformen eines Dichtrings gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin zeigt:
-
1 eine schematische Ansicht eines Dichtrings gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils desDichtrings aus 1 ; -
3 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Ringsegments desDichtrings aus 1 , in einer nicht zusammengefügten Konfiguration; -
4 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Ringsegments, das zu dem in3 gezeigten Ringsegment benachbart ist, in einer nicht zusammengefügten Konfiguration; -
5 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Details aus3 ; -
6 eine schematische Schnittansicht entlang der SchnittlinieVI -VI in2 ; -
7 eine schematische Ansicht des Dichtrings aus1 von radial innen, wobei eine Verbindungshülse über zwei Verbindungsvorsprünge geschoben aber noch nicht mittels einer Schweißverbindung daran gesichert ist; -
8 eine schematische Ansicht des Dichtrings aus1 von radial innen, wobei eine Verbindungshülse über zwei Verbindungsvorsprünge geschoben und daran mittels einer Schweißverbindung gesichert ist; -
9 eine schematische Schnittansicht entlang der SchnittlinieIX -IX in8 ; -
10 eine schematische Ansicht eines Dichtrings gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
11 eine schematische Schnittansicht entlang der SchnittlinieXI -XI in10 ; -
12 eine schematische Ansicht eines Dichtrings gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
13 eine schematische Ansicht einer Fügefläche eines Ringsegments des Dichtrings aus12 ; -
14 eine schematische Ansicht zweier Ringsegmente des Dichtrings aus12 von radial innen bei zusammengefügtem Dichtring und somit vorgespanntem Dichtungselement; -
15 eine schematische Ansicht eines Details aus15 bei nicht zusammengefügtem Dichtring und somit nicht vorgespanntem Dichtungselement; -
16 eine schematische Ansicht eines Dichtrings gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
17 eine schematische, perspektivische Ansicht einesDetails aus 16 ; -
18 einen Teilschnitt durch ein mittels eines Dichtrings gemäß der ersten, zweiten, dritten oder vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgedichteten Ventils; -
19 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Dichtrings gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
20 eine schematische Schnittansicht entlang der SchnittlinieXX -XX in19 ; -
21 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Dichtrings gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
22 einen Teilschnitt durch zwei mittels eines Dichtungsrings mit I-förmigem Querschnittsprofil gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeneinander abgedichtete Dampfräume einer Dampfturbine; und -
23 einen Teilschnitt durch einen mittels eines Dichtungsrings mit L-förmigem Querschnittsprofil gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegenüber einer Umgebung abgedichteten Dampfraumes einer Dampfturbine.
-
1 a schematic view of a sealing ring according to a first embodiment of the present invention; -
2 an enlarged view of a part of the sealingring 1 ; -
3 a schematic, perspective view of a ring segment of the sealingring 1 in an unassembled configuration; -
4 a schematic, perspective view of a ring segment, to the in3 adjacent ring segment is shown in an unassembled configuration; -
5 a schematic, perspective view of a detail from3 ; -
6 a schematic sectional view along the section lineVI -VI in2 ; -
7 a schematic view of the sealingring 1 from radially inward, with a connection sleeve pushed over two connection projections but not yet secured thereto by means of a welded connection; -
8th a schematic view of the sealingring 1 from radially inward, with a connection sleeve pushed over two connection projections and secured thereto by means of a welded joint; -
9 a schematic sectional view along the section lineIX -IX in8th ; -
10 a schematic view of a sealing ring according to a second embodiment of the present invention; -
11 a schematic sectional view along the section lineXI -XI in10 ; -
twelve a schematic view of a sealing ring according to a third embodiment of the present invention; -
13 a schematic view of a joining surface of a ring segment of the sealing ringtwelve ; -
14 a schematic view of two ring segments of the sealing ringtwelve from radially inside with assembled sealing ring and thus biased sealing element; -
15 a schematic view of adetail 15 with non-assembled sealing ring and thus non-biased sealing element; -
16 a schematic view of a sealing ring according to a fourth embodiment of the present invention; -
17 a schematic, perspective view of a detail from16 ; -
18 a partial section through a sealed by means of a sealing ring according to the first, second, third or fourth embodiment of the present invention valve; -
19 a schematic, perspective view of a sealing ring according to a fifth embodiment of the present invention; -
20 a schematic sectional view along the section lineXX -XX in19 ; -
21 a schematic, perspective view of a sealing ring according to a sixth embodiment of the present invention; -
22 a partial section through two by means of a sealing ring with I-shaped cross-sectional profile according to a seventh embodiment of the present invention against each sealed steam chambers of a steam turbine; and -
23 a partial section through a sealed by means of a sealing ring with L-shaped cross-sectional profile according to an eighth embodiment of the present invention to an environment steam chamber of a steam turbine.
Die
Der Dichtring
Jeweils zwei benachbarte Ringsegmente
Zum anderen ragen zur Verbindung zweier benachbarter Ringsegmente
Erfindungsgemäß sind die vier Teilfugen
Um einen radial innenliegenden Bereich
Durch die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Abdichtung der Teilfugen
Die
Die
Zur Abdichtung der Teilfugen
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Der Dichtring
Bei dem Dichtring
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf den allgemeinen Beschreibungsteil verwiesen.To avoid repetition, reference is made to the general description part with regard to further features and advantages of the embodiments described above.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.While the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
Claims (35)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017209855.4A DE102017209855A1 (en) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | Sealing ring with ring segments |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102017209855.4A DE102017209855A1 (en) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | Sealing ring with ring segments |
Publications (1)
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DE102017209855A1 true DE102017209855A1 (en) | 2018-12-13 |
Family
ID=64333087
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102017209855.4A Withdrawn DE102017209855A1 (en) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | Sealing ring with ring segments |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017209855A1 (en) |
Citations (5)
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2017
- 2017-06-12 DE DE102017209855.4A patent/DE102017209855A1/en not_active Withdrawn
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