DE202013012218U1

DE202013012218U1 - Dichtungssystem

Info

Publication number: DE202013012218U1
Application number: DE202013012218.8U
Authority: DE
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2015-09-21
Anticipated expiration: 2023-10-25
Also published as: JP2015081684A; DE102013017710A1; US20150118032A1

Abstract

Dichtungssystem (1) für eine Strömungsmaschine, nämlich zur Abdichtung eines Dichtspalts (4) zwischen einem rotorsteitigen Bauteil (2) der Strömungsmaschine und einem statorseitigen Bauteil (3) der Strömungsmaschine, wobei in das rotorsteitige Bauteil (2) mehrere Dichtungsstreifennuten (5) eingebracht sind, in welchen erste in den Dichtspalt (4) hineinragende Dichtungstreifen (6) aufgenommen sind, wobei in das statorseitige Bauteil (3) mehrere Dichtungsstreifennuten (7) eingebracht sind, in welchen zweite in den Dichtspalt (4) hineinragende Dichtungstreifen (8) aufgenommen sind, und wobei die Dichtungstreifen (6, 8) mindestens ein Dichtungsstreifenpaket (12) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich vor dem oder jedem Dichtungsstreifenpaket (12) und nach dem oder jedem Dichtungsstreifenpaket (12) jeweils eine Entlastungsnut (9, 10) in das rotorsteitige Bauteil (2) einbracht ist, wobei jede Entlastungsnut (9, 10) minimal zweifach und maximal sechsfach breiter als die Dichtungsstreifennuten (5, 7) und weiterhin minimal zweifach und maximal sechsfach tiefer als die Dichtungsstreifennuten (5, 7) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für eine Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Strömungsmaschine.
Aus der Veröffentlichung ”Große Dampfkraftwerke, Band III B, Springer Verlag, Seite 68 und 69” ist ein Dichtungssystem zur Abdichtung eines Dichtspalts zwischen einem rotorseitigen Bauteil einer Strömungsmaschine und einem statorseitigen Bauteil der Strömungsmaschine bekannt, wobei in das rotorseitige Bauteil mehrere Dichtungsstreifennuten eingebracht sind, in welchen erste Dichtungsstreifen aufgenommen sind, und wobei in das statorseitige Bauteil mehrere Dichtungsstreifennuten eingebracht sind, in welchen zweite Dichtungsstreifen aufgenommen sind. Die Dichtungsstreifen bilden dabei mehrere Dichtungsstreifenpakete aus. Weiterhin ist es diesem Stand der Technik bekannt, in das rotorseitige Bauteil, nämlich zwischen alle innerhalb eines Dichtungsstreifenpakets benachbarten rotorseitigen Dichtungsstreifennuten, Entlastungsnuten einzubringen, die mit den dem statorseitigen Bauteil zugeordneten zweiten Dichtungsstreifen fluchten. Hierdurch kann vermieden werden, dass die dem statorseitigen Bauteil zugeordneten zweiten Dichtungsstreifen in das rotorseitige Bauteil im Betrieb einstreifen.
Ein weiteres Dichtungssystem für eine Strömungsmaschine zur Abdichtung eines Dichtspalts zwischen einem rotorseitigen Bauteil der Strömungsmaschine und einem statorseitigen Bauteil der Strömungsmaschine ist aus der DE 100 30 820 A1 bekannt. Auch nach diesem Stand der Technik wird vorgeschlagen, innerhalb eines Dichtungspakets, also zwischen benachbarten Dichtungsstreifennuten des Dichtungsstreifenpakets, in das rotorseitige Bauteil mindestens eine Entlastungsnut einzubringen, wobei die oder jede Entlastungsnut eine Tiefe aufweist, die zwischen 25% und 50% der Tiefe der Dichtungsstreifennuten liegt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Dichtungssystem für eine Strömungsmaschine sowie eine neuartige Strömungsmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Dichtungssystem für eine Strömungsmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist ausschließlich vordem oder jedem Dichtungsstreifenpaket und nach dem oder jedem Dichtungsstreifenpaket jeweils eine Entlastungsnut in das rotorsteitige Bauteil einbracht, wobei jede Entlastungsnut minimal zweifach und maximal sechsfach breiter als die Dichtungsstreifennuten und weiterhin minimal zweifach und maximal sechsfach tiefer als die Dichtungsstreifennuten ist. Innerhalb des oder jedes Dichtungsstreifenpakets zwischen unmittelbar benachbarten Dichtungstreifen sind keine Entlastungsnuten in das rotorsteitige Bauteil eingebracht. Durch die erfindungsgemäße Positionierung sowie erfindungsgemäße Dimensionierung der Entlastungsnuten kann ein besonders vorteilhaftes Dichtungssystem zur Abdichtung eines Dichtspalts zwischen einem rotorseitigen Bauteil einer Strömungsmaschine und einem statorseitigen Bauteil der Strömungsmaschine bereitgestellt werden. Die Anordnung und Dimensionierung der Entlastungsnuten stellt sicher, dass selbst bei ungünstigen Werkstoffpaarungen zwischen rotorseitigem Bauteil und statorseitigem Bauteil eine Verkrümmung des rotorseitigen Bauteils durch Wärmeeintrag so gering wie möglich gehalten wird. Daher kann zwischen dem rotorseitigen Bauteil und dem statorseitigem Bauteil ein sehr geringes Spiel eingestellt werden. Das Anfahren der Strömungsmaschine ist selbst bei geringem Spiel sicher möglich.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist jede Entlastungsnut minimal dreifach und maximal fünffach breiter als die rotorseitigen Dichtungsstreifennuten und weiterhin minimal dreifach und maximal fünffach tiefer als die rotorseitigen Dichtungsstreifennuten. Insbesondere ist jede Entlastungsnut in etwa vierfach breiter als die rotorseitigen Dichtungsstreifennuten und weiterhin in etwa vierfach tiefer als die rotorseitigen Dichtungsstreifennuten. Diese Dimensionierung der Entlastungsnuten ist besonders vorteilhaft.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung entspricht die radiale Tiefe jeder Entlastungsnut der axialen Breite derselben, sodass dieselben im axialen Querschnitt eine quadratische Querschnittfläche aufweisen. Diese geometrische Konturierung der Entlastungsnuten ist besonders vorteilhaft.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: ein Ausschnitt aus einer Strömungsmaschine im Bereich eines erfindungsgemäßen Dichtungssystems.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Strömungsmaschine im Bereich eines erfindungsgemäßen Dichtungssystems 1. So zeigt 1 einen Ausschnitt aus einem rotorseitigen Bauteil 2 einer Strömungsmaschine und einem statorseitigen Bauteil 3 der Strömungsmaschine, wobei zwischen diesen beiden Bauteilen 2, 3 ein abzudichtender Dichtspalt 4 ausgebildet ist. Beim rotorseitigen Bauteil 2 handelt es sich insbesondere um eine Welle der Strömungsmaschine und beim statorseitigen Bauteil 3 um ein Gehäuse derselben. In das rotorseitige Bauteil 2 sind mehrere Dichtungsstreifennuten 5 eingebracht, wobei in jeder Dichtungsstreifennut 5 des rotorseitigen Bauteils 2 ein Dichtungsstreifen 6 aufgenommen ist. Ferner sind in das statorseitige Bauteil 3 mehrere Dichtungsnuten 7 eingebracht, in welchen ebenfalls jeweils ein Dichtungsstreifen 8 aufgenommen ist. Die in den Dichtungsstreifennuten 5 des rotorseitigen Bauteils 2 angeordneten Dichtungsstreifen 6 ragen mit freien Enden in den Dichtungsspalt 4 hinein und können im Betrieb mit diesen Enden in das statorseitige Bauteil 3 einstreifen. Die in den Dichtungsstreifennuten 7 des statorseitigen Bauteils 3 angeordneten Dichtungsstreifen 8 ragen mit freien Enden in den Dichtungsspalt 4 hinein und können im Betrieb mit diesen Enden in das rotorseitige Bauteil 2 einstreifen.
In 1 bilden die Dichtungsstreifen 6, 8 ein einziges Dichtungsstreifenpaket 12 aus. Im Unterschied hierzu ist es jedoch auch möglich, dass die Dichtungsstreifen 6, 8 zu mehreren Dichtungsstreifenpaketen gruppiert sind.
Im Ausführungsbeispiel der 1 sind im Sinne der hier vorliegenden Erfindung in das rotorseitige Bauteil 2 Entlastungsnuten 9, 10 eingebracht, nämlich in Durchströmungsrichtung des abzudichtenden Dichtungsspalts 4 gesehen eine erste Entlastungsnut 9 vor dem Dichtungsstreifenpaket 12 und eine zweite Entlastungsnut 10 nach dem Dichtungsstreifenpaket 12, sodass demnach innerhalb des in 1 gezeigten Dichtungsstreifenpakets 12 zwischen unmittelbar benachbarten, rotorseitigen Dichtungsstreifennuten 5 keine Entlastungsnuten in das rotorseitige Bauteil 2 eingebracht sind. Demnach können einerseits die in den Dichtungsstreifennuten 5 des rotorseitigen Bauteils 2 angeordneten Dichtungsstreifen 6 in das statorseitige Bauteil 3 einstreifen, andererseits können die in den Dichtungsstreifennuten 7 des statorseitigen Bauteils 3 angeordneten Dichtungsstreifen 8 in das rotorseitige Bauteil 2 einstreifen. Das ist für eine effektive Abdichtung des Dichtungsspalts 4 von Vorteil.
Die vor dem in 1 gezeigten Dichtungsstreifenpaket 12 und nach demselben in das rotorseitige Bauteil 2 eingebrachten Entlastungsnuten 9, 10 sind minimal zweifach und maximal sechsfach breiter als die Dichtungsstreifennuten 5, 7 und weiterhin minimal zweifach und maximal sechsfach tiefer als die Dichtungsstreifennuten 5, 7. Durch diese Dimensionierung und Anordnung der Entlastungsnuten 9, 10 wird bei Gewährleistung einer guten Dichtfunktion sowie unter Bereitstellung eines minimalen Spiels zwischen dem rotorseitigen Bauteil 2 und dem statorseitigen Bauteil 3 eine Verkrümmungsgefahr für das rotorseitige Bauteil 2 infolge eines Wärmeeintrags beim Einlaufen bzw. Einstreifen der dem statorseitigen Bauteil 3 zugeordneten Dichtungsstreifen 8 minimiert. Die Beschädigungsgefahr für das rotorseitige Bauteil 2 reduziert.
Vorzugsweise ist jede der Entlastungsnuten 9, 10 minimal dreifach und maximal fünffach breiter sowie minimal dreimal und maximal fünffach tiefer als jede der das rotorseitige Bauteil 2 eingebrachten Dichtungsnuten 5. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Erfindung, in welcher jede der in das rotorseitige Bauteil 2 eingebrachten Entlastungsnuten 9 in etwa vierfach breiter und in etwa vierfach tiefer als die in das rotorseitige Bauteil 2 eingebrachten Dichtungsstreifennuten 5 sind. In etwa vierfach entspricht einem Bereich zwischen 3,6-fach und 4,4-fach, also 4-fach ± 10%.
Vorzugsweise sind die in das rotorseitige Bauteil 2 eingebrachten Entlastungsnuten 9, 10 im Querschnitt quadratisch, dieselben sind demnach derart geometrisch konturiert, dass die radiale Tiefe derselben in etwa der axialen Breite derselben entspricht. Die radiale Tiefe ist in 1 durch das Maß X1, die axiale Breite durch das Maß X2 verdeutlicht. Im Bereich sich eines Nutgrunds verfügen die Entlastungsnuten 9 über abgerundete Ecken 11.
Die Entlastungsnuten 9, 10 ermöglichen beim Einstreifen bzw. Anlaufen der dem statorseitigen Bauteil 3 zugeordneten Dichtungsstreifen 8 in das radiale Bauteil 2 eine axiale Ausdehnung des rotorseitigen Bauteils 2, wodurch selbst bei ungünstigen Werkstoffpaarungen zwischen dem rotorseitigen Bauteil 2 und dem statorseitigen Bauteil 3 eine Verkrümmung des rotorseitigen Bauteils 2 das Minimum reduziert werden kann. Die Entlastungsnuten 9, 10 können demnach eine beim Einstreifen der statorseitigen Dichtungsstreifen 8 auftretende axiale Dehnung des rotorseitigen Bauteils 2 aufnehmen bzw. kompensieren, um so eine Krümmung des rotorseitigen Bauteils 2 zu verhindern. Die relativ tiefen Entlastungsnuten 9, 10 beeinflussen weiterhin vorteilhaft die Rotordynamik durch die hierdurch erzielte Reduzierung des Rotorquerschnitts im Bereich der Entlastungsnuten 9, 10. Ein Anfahren der Strömungsmaschine ist jederzeit möglich. Das Dichtungssystem 1 gewährleistet darüber hinaus eine effektive Abdichtung des abzudichtenden Dichtspalts 4.
Das erfindungsgemäße Dichtungssystem 1 findet bei Strömungsmaschinen Einsatz. Insbesondere kommt das erfindungsgemäße Dichtungssystem 1 bei axial durchströmten Strömungsmaschinen, vorzugsweise bei einer Axialturbine bzw. einem Axialexpander, zum Einsatz. Dasselbe kann jedoch auch bei einem Axialverdichter oder bei einer radial axial Strömungsmaschine zum Einsatz kommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10030820 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Große Dampfkraftwerke, Band III B, Springer Verlag, Seite 68 und 69 [0002]

Claims

Dichtungssystem (1) für eine Strömungsmaschine, nämlich zur Abdichtung eines Dichtspalts (4) zwischen einem rotorsteitigen Bauteil (2) der Strömungsmaschine und einem statorseitigen Bauteil (3) der Strömungsmaschine, wobei in das rotorsteitige Bauteil (2) mehrere Dichtungsstreifennuten (5) eingebracht sind, in welchen erste in den Dichtspalt (4) hineinragende Dichtungstreifen (6) aufgenommen sind, wobei in das statorseitige Bauteil (3) mehrere Dichtungsstreifennuten (7) eingebracht sind, in welchen zweite in den Dichtspalt (4) hineinragende Dichtungstreifen (8) aufgenommen sind, und wobei die Dichtungstreifen (6, 8) mindestens ein Dichtungsstreifenpaket (12) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich vor dem oder jedem Dichtungsstreifenpaket (12) und nach dem oder jedem Dichtungsstreifenpaket (12) jeweils eine Entlastungsnut (9, 10) in das rotorsteitige Bauteil (2) einbracht ist, wobei jede Entlastungsnut (9, 10) minimal zweifach und maximal sechsfach breiter als die Dichtungsstreifennuten (5, 7) und weiterhin minimal zweifach und maximal sechsfach tiefer als die Dichtungsstreifennuten (5, 7) ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des oder jedes Dichtungsstreifenpakets (12) zwischen unmittelbar benachbarten Dichtungstreifen (6) keine Entlastungsnuten in das rotorsteitige Bauteil (3) eingebracht sind.
Dichtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Entlastungsnut (9, 10) minimal dreifach und maximal fünffach breiter als die rotorseitigen Dichtungsstreifennuten (5) und weiterhin minimal dreifach und maximal fünffach tiefer als die rotorseitigen Dichtungsstreifennuten (5) ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Entlastungsnut (9, 10) in etwa vierfach breiter als die rotorseitigen Dichtungsstreifennuten (5) und weiterhin in etwa vierfach tiefer als die rotorseitigen Dichtungsstreifennuten (5) ist.
Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Tiefe jeder Entlastungsnut (9, 10) der axialen Breite derselben entspricht, sodass dieselben im axialen Querschnitt eine quadratische Querschnittfläche aufweisen.
Dichtungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die quadratische Querschnittfläche jeder Entlastungsnut (9, 10) im Nutgrund abgerundete Ecken (11) aufweist.
Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Dichtungstreifen (6) mit freien Enden in das statorseitige Bauteil (3) einstreifen und dass die zweiten Dichtungstreifen (8) mit freien Enden in das rotorsteitige Bauteil (2) einstreifen.
Strömungsmaschine, gekennzeichnet durch ein Dichtungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Strömungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe eine Axialturbine ist.