DE3940607A1 - Labyrinth-dichtungssystem - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/44—Free-space packings
- F16J15/447—Labyrinth packings
- F16J15/4472—Labyrinth packings with axial path
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
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Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Minimierung eines
Leckverlustes an komprimierbarem Strömungsmittel durch Labyrinth
dichtungen.
Der Begriff "Labyrinthdichtung" beschreibt eine Füllung oder
Dichtung zwischen einem stationären Teil, der auch als Steg oder
Stator bezeichnet wird und einem rotierenden Teil oder Rotor
einer Maschine. Die Labyrinthdichtung schließt eine Reihe regulär be
abstandeter Zähne ein, die sich um den Rotor oder Stator herum
erstrecken. Die Zähne bilden einen drosselnden Spalt mit der ge
genüberliegenden Wandung. Ein Gas oder Dampf passiert den dros
selnden Spalt in einem Strahl, der auf den folgenden Zahn auf
trifft, so daß eine Turbulenz in dem Gas oder Dampf geschaffen
wird und die kinetische Energie stark vermindert wird. Grundle
gende Arten von Labyrinthfüllungen oder -dichtungen für Dampf
turbinen sind in einer Veröffentlichung zusammengefaßt, die unter
dem Titel "The Leakage of Steam Through Labyrinth Seals" von
Adolf Egli in "Transactions of The American Society of Mechani
cal Engineers, Fuel and Steam Power" 57, 115-121 (1935) erschienen
ist. Fig. 8 in dieser Veröffentlichung veranschaulicht schematisch zwei
Arten gerade durchgehender Labyrinthdichtungen. Figur 9 veran
schaulicht schematisch zwei Arten gestaffelter bzw. versetzt an
geordneter Labyrinthdichtungen. Eine gestaffelte Dichtung ist
eine Dichtungsart mit einer Reihe von Ausnehmungen, die von ei
nem Element der Labyrinthdichtung gebildet wird. Die erste Art
gestaffelter Dichtung hat stromaufwärts und stromabwärts gelege
ne Seiten mit gleichem Durchmesser. Die zweite Art gestaffelter
Dichtung hat stromaufwärts und stromabwärts gelegene Seiten mit
Bezug auf die Richtung der Leckströmung mit verschiedenen Durch
messern. Fig. 1 in der vorliegenden Anmeldung gibt die erste
Art gestaffelter Labyrinthdichtung der Fig. 9 der Veröffentli
chung von Egli wieder.
Neue Arten von Labyrinthdichtungen sind in einer Studie mit dem
Titel "Aerodynamic Performance of Conventional and Advanced
Design Labyrinth Seals With Solid-Smooth, Abradable, and Honey
comb Lands" von H. L. Stocker, D. M. Cox, und G. F. Holle be
schrieben, die für die National Aeronautics and Space Admini
stration, NASA Lewis Research Center, Contract NAS 3-20056,
November 1977, ausgearbeitet wurde. Fig. 72 auf Seite 108 der
Studie veranschaulicht schematisch eine abgestufte, optimierte
fortgeschrittene Labyrinthdichten-Konfiguration von einem großen
zu einem kleinen Durchmesser, die vier mit dem Rotor verbundene
Zähne einschließt, die gegen die Richtung der Strömung eines Gases
oder Dampfes geneigt sind. Fig. 81 auf Seite 117 der Studie ver
anschaulicht schematisch eine abgestufte, optimierte, fortge
schrittene Labyrinthdichten-Konfiguration von kleinem zu großem
Durchmesser, die einen gekerbten Steg oder Stator und vier mit
dem Rotor verbundene Zähne einschließt, die in Richtung der Strö
mung eines Gases oder Dampfes geneigt sind. Die Fig. 2 und
3 der vorliegenden Anmeldung geben die Fig. 72 und 81 der
NASA-Studie wieder. Die Fig. 2 und 3 nach dem Stande der
Technik geben im wesentlichen die gleiche abgestufte Labyrinth
dichtung wieder, wobei die Strömungsrichtung des Leckströmungs
mittels umgekehrt ist und die Neigungsrichtung der Zähne gleicher
maßen umgekehrt ist. Die experimentelle Studie zeigte, daß eine
etwa 20-prozentige Verbesserung mit der neuen Art von Dichtung
mit geneigten Zähnen erhalten wurde. Die Verbesserung hing teil
weise von dem engen Spalt zwischen Rotor und Stator ab. Wegen der
Nähe der geneigten Zähne und der Lippe der Kerben setzt die An
wendung der beschriebenen neuen Ausführungsform die Dichtung
axialen Reibungen während des Anfahrens einer Gas- oder Dampf
turbine aus, weil während dieses Anfahrens große und diffenzierte
axiale Bewegungen stattfinden. Dies trifft besonders auf eine
Gasturbine zu, die innerhalb von etwa zehn Minuten Vollast errei
chen kann. Es wird bemerkt, daß das Verhindern solcher axialer
Reibungen, die durch die Anwesenheit der geneigten Zähne ver
ursacht werden, durch Vergrößern der axialen Länge der Dichtung
möglich ist, was ein unerwünschter Aspekt der neuen Labyrinth
dichtungen mit geneigten Zähnen ist.
Ein Problem, das mit Bezug auf Labyrinthdichtungen und Gastur
binen existiert, ist das folgende:
In einer modernen Gasturbine wird Kühlluft, die aus einem Kom pressor kommt, benötigt, um die Turbinenkomponenten innerhalb annehmbarer Temperaturgrenzen zu halten, damit sie ihre mecha nische Integrität beibehalten. Eine solche Kühlluft wird der stromabwärts gelegenen oder rückwärtigen Seite der Scheiben zu geführt. Ein geringer Teil dieser Kühlluft leckt beabsichtigt durch einen Raum zwischen der stationären stromabwärts gelegenen Düse und dem stromabwärts gelegenen rotierenden Abstandshalter zur vorderen Seite der folgenden Scheibe. Die beabsichtigte Leckströmung durch diesen Raum wird durch eine Labyrinthdichtung beschränkt, die durch den stromabwärts gelegenen Abstandshalter und ein Diaphragma gebildet wird, das mit der stromabwärts gele genen Düse verbunden ist. Bei der Labyrinthdichtung nach dem Stande der Technik übersteigt die Menge beabsichtigt leckender Kühlluft die Menge, die erforderlich ist, die vordere Seite der folgenden Scheibe zu kühlen. Wegen dieser zu starken Kühlströ mung aus dem Kompressor wird die Energieabgabe der Maschine als ganzes vermindert.
In einer modernen Gasturbine wird Kühlluft, die aus einem Kom pressor kommt, benötigt, um die Turbinenkomponenten innerhalb annehmbarer Temperaturgrenzen zu halten, damit sie ihre mecha nische Integrität beibehalten. Eine solche Kühlluft wird der stromabwärts gelegenen oder rückwärtigen Seite der Scheiben zu geführt. Ein geringer Teil dieser Kühlluft leckt beabsichtigt durch einen Raum zwischen der stationären stromabwärts gelegenen Düse und dem stromabwärts gelegenen rotierenden Abstandshalter zur vorderen Seite der folgenden Scheibe. Die beabsichtigte Leckströmung durch diesen Raum wird durch eine Labyrinthdichtung beschränkt, die durch den stromabwärts gelegenen Abstandshalter und ein Diaphragma gebildet wird, das mit der stromabwärts gele genen Düse verbunden ist. Bei der Labyrinthdichtung nach dem Stande der Technik übersteigt die Menge beabsichtigt leckender Kühlluft die Menge, die erforderlich ist, die vordere Seite der folgenden Scheibe zu kühlen. Wegen dieser zu starken Kühlströ mung aus dem Kompressor wird die Energieabgabe der Maschine als ganzes vermindert.
Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Labyrinthdichtung zu schaffen, die die Menge an Leckströmung
aus einem komprimierbaren Strömungsmittel zwischen stationären
und rotierenden Teilen einer Maschine beträchtlich vermindert.
So soll die Leckströmung eines heißen Gases zwischen stationären
und rotierenden Teilen einer Turbomaschine vermindert werden.
Auch soll die genannte Labyrinthdichtung den axialen Abstand
der Dichtung nicht merklich vermindern und die axiale Länge der
Dichtung nicht vergrößern.
Die zu schaffende Labyrinthdichtung soll eine Anzahl von Zähnen
auf der Dichtung haben, um die Anzahl der Dichtungsdrosselungen
beträchtlich zu vergrößern, ohne den axialen Abstand der Dichtung
beträchtlich zu vermindern und ohne die axiale Länge der Dichtung
zu vergrößern.
Und schließlich soll eine Labyrinthdichtung geschaffen werden,
die die Menge an Leckströmung aus einem komprimierbaren Strö
mungsmittel zwischen stationären und rotierenden Teilen einer
Maschine beträchtlich vermindert, indem man eine Anzahl von Zäh
nen sowohl am Dichtungsrotor als auch am Dichtungsstator anbringt,
um die Anzahl der Drosselstellen sowohl des Dichtungsrotors als
auch des Dichtungsstators zu erhöhen, ohne daß man den axialen
Spalt der Dichtung beträchtlich vermindert und ohne daß man die
axiale Länge der Dichtung vergrößert.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Labyrinthdichtungs-
System geschaffen, um die Leckströmung aus einem komprimierbaren
Strömungsmittel zwischen einem rotierenden Teil einer Maschine
und einem stationären Teil der Maschine zu vermindern. Dabei ist
ein Stator-Dichtungselement mit dem stationären Teil der Maschine
und ein Rotor-Dichtungselement mit dem rotierenden Teil der
Maschine verbunden. Das Rotor-Dichtungselement bildet mehrere
gestaffelte bzw. versetzt angeordnete Ausnehmungen. Gerade lange
Zähne, die mit dem Stator-Dichtungselement verbunden sind, bil
den Drosselspalte mit den Bodenwandungen der gestaffelten Aus
nehmungen des Rotor-Dichtungselementes, und kurze Zähne, die
mit dem Stator-Dichtungselement verbunden sind und mit Bezug auf
die Richtung der Leckströmung stromaufwärts geneigt sind, bilden
Drosselspalte mit dem Rotor-Dichtungselement. Unterschneidungen
können wahlweise von dem Rotor-Dichtungselement auf der strom
abwärts gelegenen Seite der Ausnehmungen gebildet werden. Wahl
weise gerade Zähne, die mit dem Rotor-Dichtungselement stromab
wärts der Ausnehmungen verbunden sind, bilden Drosselspalte mit
dem Stator-Dichtungselement. Die kurzen Zähne des Stator-Dich
tungselementes können gegebenenfalls gerade sein. Wahlweise
können alle Zähne in Richtung der Leckströmung geneigt sein.
Die Konfigurationen von Rotor-Dichtungselement und Stator-Dich
tungselement können umgekehrt sein.
Es wurde ein Test im Laboratorium mit einem maßstabgerechten
Luftmodell des Dichtungssystems nach dem Stande der Technik,
wie in Fig. 1A der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht, das
beispielhaft ist für die derzeit in Gasturbinen der General
Electric Company benutzten Dichtungskonfiguration und weiter
mit erfindungsgemäßen Dichtungssystemen ausgeführt, wie sie in
den Fig. 6, 7, 9, 10, 11 und 12 dargestellt sind. Die pro
zentualen Verminderungen des Leck-Durchflusses für jedes der
erfindungsgemäßen Dichtungssysteme verglichen mit dem Dichtungs
system nach dem Stande der Technik gemäß Fig. 1A ist in der
folgenden Tabelle angegeben:
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Im einzelnen zeigt
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer gestaffelten bzw. ver
setzt angeordneten Labyrinthdichtung nach dem Stande
der Technik;
Fig. 1A eine Querschnittsansicht einer gestaffelten Labyrinth
dichtung nach dem Stande der Technik, die analog der
in Fig. 1 gezeigten Dichtung ist;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Dichtung von einem
großen zu einem kleinen Durchmesser nach dem Stande der
Technik;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Dichtung von einem
kleinen zu einem großen Durchmesser nach dem Stande
der Technik;
Fig. 4 eine schematische Seitenschnittansicht zweier Stufen
einer Gasturbine mit absichtsvoll extrahierter
Kühlströmung, die durch eine Labyrinthdichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung angegeben ist;
Fig. 5 eine vereinfachte fragmentarische perspektivische
Schnittansicht der in Fig. 4 gezeigten Labyrinthdich
tung;
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt der in Fig. 5 gezeigten
Labyrinthdichtung mit geraden langen Zähnen und geneig
ten kurzen Zähnen, die sich von einem Stator-Dichtungs
element zu einem gestaffelten Rotor erstrecken;
Fig. 7 einen schematischen Querschnitt einer Labyrinthdichtung
mit geraden langen Zähnen und geneigten kurzen Zähnen,
die sich von einem Stator-Dichtungselement zu einem
unterschnittenen gestaffelten Rotor erstrecken;
Fig. 8 einen fragmentartigen schematischen Querschnitt einer
Labyrinthdichtung mit geneigtem langen Zahn und geneig
tem kurzen Zahn, die sich von einem Rotor zu einem un
terschnittenen gestaffelten Stator-Dichtungselement
erstrecken;
Fig. 9 einen schematischen Querschnitt einer Labyrinthdichtung
mit geraden langen Zähnen und geneigten kurzen Zähnen,
die sich von einem Stator-Dichtungselement aus und
geraden Zähnen, die sich von einem gestaffelten Rotor
aus erstrecken;
Fig. 10 einen schematischen Querschnitt einer Labyrinthdichtung
mit geraden langen Zähnen und geneigten kurzen Zähnen,
die sich von einem Stator-Dichtungselement aus und
geraden Zähnen, die sich von einem unterschnittenen
gestaffelten Rotor aus erstrecken;
Fig. 11 einen schematischen Querschnitt einer Labyrinthdich
tung mit geraden langen Zähnen und geraden kurzen
Zähnen, die sich von einem Stator-Dichtungselement aus
und geraden Zähnen, die sich von einem gestaffelten
Rotor aus erstrecken;
Fig. 12 einen schematischen Querschnitt einer Labyrinthdich
tung mit geraden langen Zähnen und geraden kurzen
Zähnen, die sich von einem Stator-Dichtungselement
aus und geraden Zähnen, die sich von einem unterschnit
tenen gestaffelten Rotor aus erstrecken;
Fig. 13 einen fragmentartigen schematischen Querschnitt einer
Labyrinthdichtung mit geneigten langen Zähnen und ge
neigten kurzen Zähnen, die sich von einem Rotor aus
und geneigten Zähnen, die sich von einem unterschnit
tenen gestaffelten Stator-Dichtungselement aus er
strecken;
Fig. 14 einen schematischen Querschnitt einer Labyrinthdich
tung mit einem stromabwärts gelegenen Durchmesser, der
größer ist als der stromaufwärts gelegene Durchmesser,
einschließlich gerader Zähne und geneigter Zähne
(letztere gestrichelt dargestellt) und
Fig. 15 einen schematischen Querschnitt einer Labyrinthdich
tung mit einem stromaufwärts gelegenen Durchmesser
größer als dem stromabwärts gelegenen Durchmesser, ein
schließlich geraden Zähnen und gestrichelten geneigten
Zähnen.
In der Zeichnung sind identische oder ähnliche Elemente jeweils
mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
Die Fig. 1, 1A, 2 und 3 veranschaulichen Dichtungssysteme
nach dem Stand der Technik.
Fig. 1 veranschaulicht eine gestaffelte Labyrinthdichtung 10
nach dem Stande der Technik, wie sie als gestaf
felte Labyrinthdichtung zweiter Art der Fig. 9 der obigen
Egli-Veröffentlichung gezeigt ist. Die Dichtung 10 schließt
ein Dichtungselement 12 und ein weiteres Dichtungselement 14
ein, zwischen denen ein zusammenpreßbares Strömungsmittel hin
durchgeht. Das Dichtungselement 14 bildet drei Ausnehmungen
bzw. Vertiefungen 18 die sich um die zylindrische Oberfläche 16
senkrecht zur Rotationsachse erstrecken. Die Vertiefungen 18
haben zylindrische Bodenwandungen 20, die parallel zur Rota
tionsachse 13 liegen. Drei lange Zähne 22 sind mit einer zylin
drischen Oberfläche 24 des Dichtungselementes 12 verbunden. Die
zylindrischen Oberflächen 16 und 24 haben einen Abstand vonein
ander, um ein Reiben zwischen den Dichtungselementen 12 und 14
zu vermeiden. Die langen Zähne 22 erstrecken sich senkrecht
von der Oberfläche 24 bis zu einem Ort, der einen Abstand von
den Bodenwandungen 20 hat, um einen drosselnden Abstand bzw.
Spalt 26 dazwischen zu begrenzen. Vier kurze Zähne 28, die mit
der zylindrischen Oberfläche 16 verbunden sind, sind senkrecht
zur Rotationsachse 13 angeordnet und erstrecken sich bis zu
einer Stelle, die einen Abstand von der zylindrischen Ober
fläche 16 hat, um einen drosselnden Spalt 30 dazwischen zu be
grenzen. Die drosselnden Spalten 26 und 30 lassen ein komprimier
bares Strömungsmittel, wie ein Gas oder Dampfes in einem
Düsenstrahl, passieren, um die Leckströmung durch die Dichtung
10 zu minimieren.
Fig. 1A veranschaulicht eine gestaffelte Labyrinthdichtung 11
nach dem Stande der Technik, die analog der in Fig. 1 gezeigten
Dichtung ist. Lange Zähne 22 und kurze Zähne 28 haben Zahnspit
zen 22 A bzw. 28 A, die auf beiden Seiten abgeschrägt sind, so daß die
Zähne zentral angeordnete scharfe Kanten haben, die sich um
die Dichtung herum erstrecken.
Die Fig. 2 und 3 zeigen Labyrinth-Dichtungssysteme von einem
großen zu einem kleinen bzw. von einem kleinen zu einem großen
Durchmesser nach dem Stande der Technik. Beide Dichtungssysteme
34 und 36 schließen jeweils ein Rotor-Dichtungselement 38 ein,
das um eine Rotationsachse drehbar ist sowie ein Stator-Dich
tungselement 40, das zwischen Teilen von Stator und Rotor mit
großem und kleinem Durchmesser montiert und zylindrisch abge
stuft ist. Die Leckströmung eines Gases oder Dampfes im Dich
tungssystem 34 ist durch den Pfeil 42 und im Dichtungssystem
36 durch den Pfeil 42 A angezeigt. Drei Vertiefungen, Nuten oder
Unterschneidungen 44, die durch Lippen 46 in den Stufen jedes
Stator-Dichtungselementes 40 begrenzt sind, öffnen sich in
Richtung des Endes mit großem Durchmesser. Vier Zähne 48, die
mit dem Rotor-Dichtungselement 38 verbunden sind, sind in der
stromaufwärts gelegenen Richtung mit Bezug auf die Richtung der
Leckströmung 42 in Fig. 2 geneigt, und vier Zähne 50, die mit
dem Rotor-Dichtungselement 38 verbunden sind, sind gleicherma
ßen in Stromaufwärtsrichtung der Leckströmung 42 A in Fig. 3 ge
neigt. Die Spitzen der geneigten Zähne 48 und 50 begrenzen
drosselnde Spalte zwischen den Stufen der Stator-Dichtungsele
mente 40.
Ein Dichtungssystem 52, das in Fig. 4 in Gesamtansicht und
in den Fig. 5 und 6 im Detail dargestellt ist, weist ein
Dichtungsdiaphragma 54 auf, das an einer stationären Düse 56
einer Gasturbine 58 montiert ist, die zwischen einem stromauf
wärts gelegenen Turbinenrad 60 und einem stromabwärts gelegenen
Turbinenrad 62 angeordnet ist, die jeweils Schaufeln 64 bzw. 66
aufweisen. Ein Abstandshalter 68 ist mit der Vorderseite der
stromabwärts gelegenen Scheibe 62 verbunden. Der Kompressor-
Extraktionskühlstrom 70 tritt durch die Rotationsachse 71 der
Turbine in die Turbine 58 ein, verläuft radial nach außen in
den Hohlraum 72 zwischen den stromaufwärts und stromabwärts ge
legenen Scheiben 60 und 62, verläuft weiter radial nach außen
zwischen der rückwärtigen Seite der stromaufwärts gelegenen
Scheibe 60 und dem Abstandshalter 68 und verläuft schließlich
nach außen zwischen der stromaufwärts gelegenen Schaufel 64 und
der stromabwärts gelegenen Düse 56. Ein kreisförmiger Raum
wird zwischen dem drehbaren Abstandshalter 68 und dem stationä
ren Dichtungsdiaphragma 54 gebildet, durch den eine geringe
beabsichtigte Kühlleckströmung, die durch den Pfeil 76 bezeich
net ist, und von der Kompressor-Extraktionskühlströmung 76 ent
nommen ist, zur Vorderseite der stromabwärts gelegenen Scheibe
62 verläuft. Das Dichtungssystem 52 ist detailliert in den Fig.
5 und 6 gezeigt, wo das Dichtungsdiaphragma 54 als Stator-
Dichtungselement 78 erscheint und der Dichtungselementteil des
Abstandshalters 68, das durch den Abstandshalter 74 begrenzt ist,
als Rotor-Dichtungselement 80 erscheint.
Das Dichtungssystem 52 minimiert die Leckströmung des komprimier
baren Strömungsmittels, das durch den Pfeil 76 veranschaulicht
ist, vom stromaufwärts gelegenen Ende 82 des Dichtungssystems
52 zum stromabwärts gelegenen Ende 84 des Dichtungssystems 52.
Die schematische Wiedergabe der Fig. 5 und 6 schließt ein
Rotor-Dichtungselement 80 ein, das von einem Stator-Dichtungs
element 78 umgeben ist und um eine Rotationsachse rotiert, die
mit der Rotationsachse 71 der Turbine zusammenfällt. Die gegen
überliegenden stromaufwärts und stromabwärts befindlichen Enden
82 und 84 des Dichtungssystems 52 haben gleichen Durchmesser.
Das Stator-Dichtungselement 78 hat eine zylindrische Oberfläche
86 parallel zur Rotationsachse 71 der Turbine. Das Rotor-Dich
tungselement 80 hat eine zylindrische Oberfläche 88, die auch
eine zylindrische Achse aufweist, die von gleicher Ausdehnung
mit der Rotationsachse 71 der Turbine ist und von der zylindri
schen Oberfläche 86 einen radialen Abstand 90 hat, um ein Rei
ben zwischen dem Stator-Dichtungselement 78 und dem Rotor-Dich
tungselement 80 zu vermeiden.
Vier Hohlräume 92, die durch das Rotor-Dichtungselement 80
gebildet werden, erstrecken sich um das Rotor-Dichtungselement
80 senkrecht zur Rotationsachse 71 in Intervallen mit Öffnungen
an der zylindrischen Oberfläche 88. Die Anzahl der Hohlräume
92 und deren axialer Abstand kann in Abhängigkeit mit besonderen
Anforderungen eines Dichtungssystems variieren. Jeder Hohlraum
92 ist im besonderen von einer zylindrischen Bodenwand 94 be
grenzt, die mit der zylindrischen Oberfläche 88 ausgerichtet
ist und von gegenüberliegenden, radial ausgerichteten stromauf
wärts und stromabwärts gelegenen Wandungen 96 bzw. 98. Die Hohl
räume 92 vergrößern die Turbulenz der Strömungsmittelströmung 76.
Die zylindrische Bodenwandung 94 hat einen radialen Abstand 100
von der zylindrischen Oberfläche des Stator-Dichtungselementes
78, der größer ist als der Abstand 90.
Vier lange Zähne 102, die mit dem Stator-Dichtungselement 78
verbunden sind, und sich von der zylindrischen Oberfläche 86,
die senkrecht zur Rotationsachse 71 der Turbine orientiert ist,
erstrecken, haben scharfkantige Spitzen 104, die drosselnde Ab
stände 106 mit der zylindrischen Oberfläche 88 des Rotor-Dich
rungselementes 80 bilden. Vier kurze Zähne 108, die mit dem
Stator-Dichtungselement 78 verbunden sind und sich um dessen
zylindrische Oberfläche 86 erstrecken, wobei das Element 78
senkrecht zur Rotationsachse 71 orientiert ist, haben scharfkan
tige Spitzen 110, die drosselnde Spalte 112 mit der zylindrischen
Oberfläche 88 des Rotor-Dichtungselementes 80 bilden. Die kur
zen Zähne 108 sind bezüglich der Richtung des Leckstromes 76
des Strömungsmittels in stromaufwärts weisender Richtung ge
neigt. Die Basen aller langen Zähne 82 und kurzen Zähne 108 an
der zylindrischen Oberfläche 86 haben einen allgemein gleichen
Abstand voneinander, doch können diese Abstände in Überein
stimmung mit besonderen Bedingungen variieren. Die zylindri
sche Oberfläche 88 ist durch die Unterbrechung durch die Vertie
fungen 92 in drei zentrale Abschnitte und zwei gegenüberliegen
de Endabschnitte aufgeteilt. Jede Spitze 110 der drei zentralen
kurzen Zähne der Zähne 108 ist allgemein im Zentrum jedes der
drei zentralen Teile der zylindrischen Oberfläche 88 angeordnet.
Jeder drosselnde Abstand 106 und 112 läßt Leckströmung in einem
Strahl in den stromabwärts gelegenen Raum gelangen, um so die
kinetische Energie des durchgelassenen Strömungsmittels wesent
lich zu beseitigen.
Fig. 7 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfin
dung, nämlich ein Dichtungssystem 114, das die Grundelemente des
oben beschriebenen und in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellten
Dichtungssystems 52 einschließt. Das Dichtungssystem 114
schließt weiter eine Nut oder Unterschneidung 116 ein, die sich
an der stromabwärts gelegenen Seitenwand 98 A jeder Ausnehmung
92 öffnet. Im besonderen ist jede Unterschneidung 116 durch eine
Lippe 118, die sich gleich mit der zylindrischen Oberfläche 88
des Rotor-Dichtungselementes 80 erstreckt, weiter eine radial
ausgerichtete Wand 120 und eine zylindrische Bodenwand 122 defi
niert, die die gleiche Ausdehnung wie die Bodenwand 94 jeder
Ausnehmung 92 hat. Die Anwesenheit von Unterschneidungen 116
führt zu einer Zunahme der Turbulenz des Strömungsmittels 76 in
den Hohlräumen 92.
Fig. 8 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfin
dung, nämlich das Dichtungssystem 124, das lange Zähne 126 und
kurze Zähne 128 einschließt, die mit einem Rotor-Dichtungsele
ment 130 verbunden sind. Die langen und kurzen Zähne 126 und 128
sind entgegen der Strömungsmittelströmung 76 geneigt. Es sind
nur jeweils ein langer Zahn 126 und ein kurzer Zahn 128 gezeigt,
doch repräsentieren diese mehrere geneigte lange und kurze Zähne.
Das Dichtungssystem 124 schließt ein Stator-Dichtungselement 132
ein, das mehrere Hohlräume bildet, die durch den Hohlraum 134
repräsentiert werden. Eine Unterschneidung 136 wird durch das
Stator-Dichtungselement 132 an der stromabwärts gelegenen Wan
dung des Hohlraumes 134 gebildet. Der lange Zahn 126 begrenzt
einen drosselnden Abstand 138 mit der zylindrischen Bodenwand
des Hohlraumes 134, und der kurze Zahn 128 begrenzt einen
drosselnden Spalt 140 mit der zylindrischen Oberfläche 142 des
Stator-Dichtungselementes 132.
Fig. 9 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfin
dung, nämlich das Dichtungssystem 144, das die Grundelemente
des oben beschriebenen und in Fig. 6 veranschaulichten Dich
tungssystems 52 einschließt. Das Dichtungssystem 144 schließt
weiter vier Zähne 146 ein, die mit der zylindrischen Oberfläche
88 des Rotor-Dichtungselementes 80 verbunden sind und sich um
dieses Element 80 herum erstrecken, das senkrecht zur Rotations
achse 71 orientiert ist. Im besonderen sind die Zähne 146 des
Rotor-Dichtungselementes an ihren Basen mit stromabwärts gele
genen Seitenwandungen 98 verbunden. Die Zähne 146 des Rotor-
Dichtungselementes 80 haben scharfkantige Spitzen 148, die
drosselnde Spalte 150 mit der zylindrischen Oberfläche 86 des
Stator-Dichtungselementes 78 bilden. Die Zähne 146 des Rotor-
Dichtungselementes und die langen Zähne 102 und die kurzen Zähne
108 des Stator-Dichtungselementes 78 haben an ihren Basen je
weils einen Abstand voneinander. Die drosselnden Spalte 150
vermindern weiter die kinetische Energie der Leckströmung 76.
Fig. 10 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfin
dung, nämlich das Dichtungssystem 152, das analog dem in Fig. 7
gezeigten Dichtungssystem 114 ist. Das Rotor-Dichtungselement 80
weist an den stromabwärts gelegenen Wandungen der Ausnehmungen
92 Unterschneidungen 153 auf. Vier Zähne 154 des Rotor-Dichtungs
elementes 80 sind mit der zylindrischen Oberfläche 88 dieses
Elementes 80 an den Unterschneidungen 153 verbunden und erstrec
ken sich um die zylindrische Oberfläche 88 des Rotor-Dichtungs
elementes 80, das senkrecht zur Rotationsachse 71 orientiert ist.
Die Zähne 154 des Rotor-Dichtungselementes haben scharfkantige
Spitzen 156, die drosselnde Spalte 158 mit der zylindrischen
Oberfläche 86 des Stator-Dichtungselementes 78 bilden. Die dros
selnden Spalte 158 vermindern die kinetische Energie der Leck
strömung 76 weiter.
Fig. 11 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Er
findung, nämlich das Dichtungssystem 160, das vier kurze gerade
Zähne 162 einschließt, die mit der zylindrischen Oberfläche 86
des Stator-Dichtungselementes 78 verbunden sind und sich um diese
Oberfläche herum erstrecken, wobei das Element 78 senkrecht zur
Rotationsachse 71 orientiert ist und die Zähne 162 scharfkantige
Spitzen 164 aufweisen, die drosselnde Spalte 166 mit der zylindri
schen Oberfläche 88 des Rotor-Dichtungselementes bilden. Die
kurzen Zähne 162 sind senkrecht zur Rotationsachse 71 orientiert.
Das Dichtungssystem 160 schließt vier lange Zähne 168 analog den
langen Zähnen 102 des Dichtungssystems 52 und vier Zähne 170 des
Rotor-Dichtungselementes analog den Zähnen 146 des Dichtungs
systems 144 ein. Die zylindrische Oberfläche 88 ist aufgrund
ihrer Unterbrechung durch die Vertiefungen 92 in drei zentrale
und zwei Endabschnitte unterteilt. Jede Spitze 164 der drei zen
tralen kurzen Zähne 162 ist allgemein im Zentrum jedes der drei
zentralen Abschnitte der zylindrischen Oberfläche 88 angeordnet.
Jeder drosselnde Spalt und 166 läßt den Leckstrom 76 in
einem Strahl in den stromabwärts gelegenen Raum, um im wesentli
chen kinetische Energie des durchgelassenen Strömungsmittels zu
beseitigen.
Fig. 12 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Er
findung, nämlich das Dichtungssystem 172, das analog dem in
Fig. 11 veranschaulichten Dichtungssystem 160 ist und Unter
schneidungen 174 an der stromabwärts gelegenen Wandung von Aus
nehmungen 92 enthält. Vier gerade Zähne 176 des Rotor-Dichtungs
elementes sind analog den Zähnen 170 des Rotor-Dichtungselemen
tes des Dichtungssystems 160 mit Lippen 178 der Unterschneidun
gen 174 verbunden und erstrecken sich um die zylindrische Ober
fläche 88 des Rotor-Dichtungselementes 80, das senkrecht zur
Rotationsachse 71 orientiert ist. Die Zähne 176 des Rotor-
Dichtungselementes, die langen Zähne 168 und die kurzen Zähne
162 haben an ihren Basen Abstände voneinander. Die Zähne 176
des Rotor-Dichtungselementes bilden drosselnde Spalte 180 mit
der zylindrischen Oberfläche 86 des Stator-Dichtungselementes
78. Die drosselnden Spalte des Dichtungssystems 172 lassen Leck
strömung 76 in einem Strahl in einen stromabwärts gelegenen
Raum gelangen, um die kinetische Energie des durchgelassenen
Strömungsmittels im wesentlichen zu beseitigen.
Fig. 13 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Er
findung, nämlich das Dichtungssystem 182, das einen langen
Zahn 184 und einen kurzen Zahn 186 zeigt, die jeweils mehrere
Zähne repräsentieren, die mit einem Rotor-Dichtungselement 188
verbunden sind, das um die Rotationsachse 71 der Turbine ro
tiert. Lange und kurze Zähne 184 und 186 sind mit Bezug auf
die Richtung der Leckströmung 76 stromaufwärts geneigt. Das
Dichtungssystem 182 schließt ein Stator-Dichtungselement 190
ein, das mehrere Ausnehmungen aufweist, die durch die Aus
nehmung bzw. Vertiefung 192 repräsentiert sind. Eine Unter
schneidung 194 ist an der stromabwärts gelegenen Seite der
Ausnehmung 192 des Stator-Dichtungselementes 190 ausgebildet.
Ein Zahn 196 des Stator-Dichtungselementes repräsentiert mehre
re solche Zähne, die an der Lippe 198 der Unterschneidung 194
mit dem Stator-Dichtungselement 190 verbunden sind. Der Zahn
196 des Stator-Dichtungselementes ist mit Bezug auf die
Richtung der Leckströmung 76 stromaufwärts geneigt. Die langen
Zähne 184 bilden drosselnde Spalte mit den zylindrischen Bo
denwandungen der Ausnehmungen 192, die kurzen Zähne 196 bilden
drosselnde Spalte mit der zylindrischen Oberfläche des Rotor-
Dichtungselementes 188 und die Zähne 186 bilden drosselnde
Spalte mit der zylindrischen Oberfläche des Stator-Dichtungs
elementes 190. Die drosselnden Spalte des Dichtungssystems 182
lassen Leckströmung 76 in einem Strahl in einen stromabwärts
gelegenen Raum durch, um die kinetische Energie des durchge
lassenen Strömungsmittels im wesentlichen zu beseitigen.
Die vorstehend beschriebenen Dichtungssysteme haben gegenüber
liegende stromaufwärts und stromabwärts gelegene Enden des
gleichen Durchmessers. Die oben beschriebenen Dichtungssysteme
können auf Rotor-Dichtungselemente und Stator-Dichtungselemente
auch für viele andere Anwendungen als für den Abstandshalter 68
und die Düse 73 einer Gasturbine 58 eingesetzt werden. Diese
Anwendungen können zum Beispiel Dichtungen einschließen, die
gegenüberliegende Enden mit unterschiedlichen Durchmessern ha
ben, wie im folgenden beschrieben.
Fig. 14 veranschaulicht ein Dichtungssystem 202 mit einem
Stator-Dichtungselement 204 mit gegenüberliegenden stromauf
wärts und stromabwärts angeordneten Enden 206 bzw. 208 und ei
nem Rotor-Dichtungselement 210, das gegenüberliegenden strom
aufwärts und stromabwärts befindliche Enden 212 bzw. 214 auf
weist. Die stromaufwärts gelegenen Enden 206 und 212 haben
geringere Durchmesser als die stromabwärts gelegenen Enden
208 und 214. Die Leckströmung 216 tritt an den Enden 206 und
212 mit geringem Durchmesser in das Dichtungssystem 202 ein
und strömt durch die Dichtung zu den Enden 208 und 214 mit
großem Durchmesser. Die Oberfläche des Stator-Dichtungselementes
204 erstreckt sich zwischen den stromaufwärts und stromabwärts
gelegenen Elementen 206 und 208 über vier zylindrische Stufen
mit zylindrischen Oberflächen parallel zur Rotationsachse der
Vorrichtung, um in drei Stufen die Durchmesserunterschiede
einzustellen. Gleichermaßen erstreckt sich die Oberfläche des
Rotor-Dichtungselementes 210 zwischen den stromaufwärts und
stromabwärts gelegenen Enden 212 und 214 über vier zylindri
sche Stufen 224, die zylindrische Oberflächen aufweisen, die
parallel zur Rotationsachse verlaufen, um in drei Stufen die
Durchmesserunterschiede einzustellen. Die Oberflächen der
Stufen 222 und 224 haben Abstände voneinander. Drei ringförmi
ge Stufen 226, die als radial ausgerichtete Wandungen ausgebil
det sind, erstrecken sich zwischen den Stufen 222 des Stator-
Dichtungselementes 204, und drei ringförmige Stufen 228, die
als radial ausgerichtete Wandungen ausgebildet sind, erstrecken
sich zwischen den Stufen 224 des Rotor-Dichtungselementes 206.
Wahlweise Unterschneidungen 229 sind an den Flächen der radial
ausgerichteten Wandungen 228 vorgesehen.
Zähne 230, die bei den Stufen 222 mit dem Stator-Dichtungsele
ment 204 verbunden sind, bilden drosselnde Spalte mit Stufen
224, um die kinetische Energie der durchgelassenen Leckströmung
im wesentlichen zu beseitigen. Zähne 232, die bei den Stufen
224 mit dem Rotor-Dichtungselement 210 verbunden und an den
Lippen 228 angeordnet sind, bilden drosselnde Spalte mit den
Stufen 222, um die kinetische Energie der durchgelassenen Leck
strömung im wesentlichen zu beseitigen.
Stator-Zähne 230 und Rotor-Zähne 232 sind senkrecht zur Rich
tung der Leckströmung 216 angeordnet. Alternativ können Stator-
Zähne 230 A und Rotor-Zähne 232 A im Winkel in stromaufwärts an
geordneter Richtung mit Bezug auf die Richtung der Leckströmung
angeordnet sein, wie durch die strichpunktierten Linien veran
schaulicht.
Fig. 15 zeigt ein Dichtungssystem 220, das analog dem Dichtungs
system 202 ist und eine Leckströmung 236 hat, die von der Seite
mit großem Durchmesser in das Dichtungssystem eintritt und
zu der Seite mit geringem Durchmesser verläuft. Zähne 240, die
bei Stufen 222 mit dem Stator-Dichtungselement 204 verbunden
sind, bilden drosselnde Spalte mit Stufen 224, um die kineti
sche Energie der durchgelassenen Leckströmung im wesentlichen
zu beseitigen. Zähne 242, die bei Stufen 224 mit dem Rotor-
Dichtungselement 206 verbunden sind, bilden drosselnde Spalte
mit Stufen 222, um die kinetische Energie der durchgelassenen
Leckströmung im wesentlichen zu beseitigen.
Stator-Zähne 240 und Rotor-Zähne 242 sind senkrecht zur Rich
tung der Leckströmung 236 orientiert. Alternativ können die
Stator-Zähne 240 A und die Rotor-Zähne 242 A einen Winkel strom
aufwärts mit Bezug auf die Richtung der Leckströmung haben, wie
strichpunktiert dargestellt.
Die schematische Darstellung der Fig. 6 zeigt den Rotor 80
umgeben von Stator-Dichtungselement 78. Alternativ kann ein
Stator von einem Rotor umgeben sein und die verschiedenen
Dichtungssysteme, die in der vorliegenden Anmeldung beschrie
ben wurden, können so angeordnet sein, daß sie einer solchen
Konfiguration angepaßt sind.
Die Anzahl der Zähne und die Abstände dazwischen können in
Übereinstimmung mit besonderen Anforderungen eines Dichtungs
systems variieren.
Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Labyrinth
dichtungen vermindern beträchtlich die Leckströmung eines
komprimierbaren Gases zwischen den stationären und rotierenden
Teilen einer Gasturbine. Darüber hinaus wird die Verminderung
der Leckströmung ohne merkliche Verminderung im axialen Spalt
der Dichtung und ohne Zunahme in der axialen Länge der Dich
tung erreicht. Wie oben ausgeführt, erreicht man dies durch
Hinzufügen einer Anzahl von Zähnen auf entweder den rotieren
den oder stationären Elementen oder beiden der Dichtung.
Darüber hinaus sind die Dichtungssysteme mit verschiedenen
Kombinationen geneigter und gerader Zähne mit gestaffelten
Ausnehmungen ausgebildet. Die Zähne können in grundlegenden
Systemen sowohl auf gerade durchgehende Leckströmung als auch
eine Leckströmung von einem großen zu einem kleinen Durchmes
ser oder von einem kleinen zu einem großen Durchmesser ange
wendet werden.
Claims (42)
1. Dichtungssystem zum Vermindern der Leckströmung eines kom
primierbaren Strömungsmittels zwischen einem rotierenden
Teil einer Maschine, der mit Bezug auf einen stationären Teil
der Maschine rotiert, wobei das System in Kombination um
faßt:
ein erstes Dichtungselement mit einer ersten zylindrischen Oberfläche, wobei dieses erste Dichtungselement zum Verbin den mit einem der Teile der Maschine ausgebildet ist,
ein zweites Dichtungselement mit einer zweiten zylindrischen Oberfläche, die parallel und in einem ersten radialen Ab stand von der ersten zylindrischen Oberfläche angeordnet ist, wobei das zweite Dichtungselement zum Verbinden mit dem an deren Teil der Maschine ausgebildet ist,
eine dritte zylindrische Oberfläche, die von dem ersten Dich tungselement in einem zweiten radialen Abstand von der zwei ten zylindrischen Oberfläche gebildet wird, wobei der zweite radiale Abstand größer als der erste radiale Abstand ist und die dritte zylindrische Oberfläche und das erste Dichtungsele ment Ausnehmungen zur Erhöhung der Turbulenz der Leckströmung bilden,
eine erste Drosseleinrichtung, die mit der zweiten zylindri schen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes verbunden ist und einen ersten Drosselspalt mit der dritten zylindrischen Oberfläche bildet, so daß der die kinetische Energie der durch gelassenen Leckströmung im wesentlichen beseitigt, und eine zweite Drosseleinrichtung, die mit der zweiten zylindri schen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes verbunden ist und einen zweiten Drosselspalt mit der ersten zylindrischen Oberfläche bildet, um die kinetische Energie des durchgelasse nen Leckstromes im wesentlichen zu beseitigen, wobei die zwei te Drosseleinrichtung mit Bezug auf die Richtung der Leckströ mung stromaufwärts geneigt ist.
ein erstes Dichtungselement mit einer ersten zylindrischen Oberfläche, wobei dieses erste Dichtungselement zum Verbin den mit einem der Teile der Maschine ausgebildet ist,
ein zweites Dichtungselement mit einer zweiten zylindrischen Oberfläche, die parallel und in einem ersten radialen Ab stand von der ersten zylindrischen Oberfläche angeordnet ist, wobei das zweite Dichtungselement zum Verbinden mit dem an deren Teil der Maschine ausgebildet ist,
eine dritte zylindrische Oberfläche, die von dem ersten Dich tungselement in einem zweiten radialen Abstand von der zwei ten zylindrischen Oberfläche gebildet wird, wobei der zweite radiale Abstand größer als der erste radiale Abstand ist und die dritte zylindrische Oberfläche und das erste Dichtungsele ment Ausnehmungen zur Erhöhung der Turbulenz der Leckströmung bilden,
eine erste Drosseleinrichtung, die mit der zweiten zylindri schen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes verbunden ist und einen ersten Drosselspalt mit der dritten zylindrischen Oberfläche bildet, so daß der die kinetische Energie der durch gelassenen Leckströmung im wesentlichen beseitigt, und eine zweite Drosseleinrichtung, die mit der zweiten zylindri schen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes verbunden ist und einen zweiten Drosselspalt mit der ersten zylindrischen Oberfläche bildet, um die kinetische Energie des durchgelasse nen Leckstromes im wesentlichen zu beseitigen, wobei die zwei te Drosseleinrichtung mit Bezug auf die Richtung der Leckströ mung stromaufwärts geneigt ist.
2. Dichtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Ausnehmung mit
Bezug auf die Richtung der Leckströmung entgegengesetzte
stromaufwärts und stromabwärts gelegene Seiten aufweist und
weiter eine Unterschneidung einschließt, die durch das erste
Dichtungselement auf der stromabwärts gelegenen Seite gebildet
wird, wobei diese Unterschneidung zur weiteren Erhöhung der
Turbulenz der Leckströmung innerhalb der Ausnehmung dient.
3. Dichtungssystem nach Anspruch 1, das weiter eine dritte Dros
seleinrichtung einschließt, die mit der ersten zylindrischen
Oberfläche des ersten Dichtungselementes an der Unterschnei
dung verbunden ist und einen dritten Drosselspalt mit der zwei
ten zylindrischen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes
bildet, wobei die dritte Drosseleinrichtung die kinetische
der Energie der durchgelassenen Leckströmung weiter vermindert.
4. Dichtungssystem nach Anspruch 1, worin die erste Drosselein
richtung mehrere erste Zähne einschließt, die mit der zwei
ten zylindrischen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes
verbunden sind und sich um die genannte Oberfläche herum er
strecken, wobei jeder der ersten Zähne eine erste Spitze ein
schließt, die einen Abstand von der dritten zylindrischen
Oberfläche des ersten Dichtungselementes hat, und jede erste
Spitze mit der genannten dritten zylindrischen Oberfläche
einen ersten Drosselspalt bildet.
5. Dichtungssystem nach Anspruch 4, worin die zweite Drosselein
richtung mehrere zweite Zähne einschließt, die mit der zwei
ten zylindrischen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes
verbunden sind und sich um diese Oberfläche herum erstrecken,
wobei jeder der zweiten Zähne eine zweite Spitze im Abstand
von der ersten zylindrischen Oberfläche aufweist und die zwei
te Spitze und die erste zylindrische Oberfläche den zweiten
Dichtungsspalt bilden, wobei die zweiten Zähne mit Bezug auf
die Richtung der Leckströmung stromaufwärts geneigt sind.
6. Dichtungssystem nach Anspruch 5, worin die Ausnehmungseinrichtung das
erste Dichtungselement einschließt, das mehrere beabstandete
Ausnehmungen bildet, die sich um die erste zylindrische
Oberfläche herum erstrecken, wobei jede der Ausnehmungen
durch die dritte zylindrische Oberfläche und mit Bezug auf
die Richtung der Leckströmung entgegengesetzte stromaufwärts
und stromabwärts befindliche Seitenwandungen gebildet wird.
7. Dichtungssystem nach Anspruch 6, worin die Unterschneidungseinrichtung
das erste Dichtungselement einschließt, das eine Unterschnei
dung an der stromabwärts gelegenen Seitenwand jeder der Aus
nehmungen bildet, wobei jede Unterschneidung durch eine
Lippe, die von gleicher Ausdehnung ist wie die erste zylindri
sche Oberfläche, eine stromabwärts gelegene Seitenwand und
eine Bodenwand gebildet wird, die mit der Bodenwand der Aus
nehmung ausgerichtet ist.
8. Dichtungssystem nach Anspruch 7, worin die dritte Drossel
einrichtung mehrere dritte Zähne einschließt, die an der ge
nannten Lippe mit dem ersten Dichtungselement verbunden sind,
wobei jeder der dritten Zähne eine dritte Spitze aufweist, die
einen dritten Drosselspalt mit der zweiten zylindrischen Ober
fläche bildet.
9. Dichtungssystem nach Anspruch 8, worin die mehreren ersten
Zähne senkrecht zur Richtung der Leckströmung orientiert sind.
10. Dichtungssystem nach Anspruch 8, worin die mehreren ersten
Zähne mit Bezug auf die Richtung der Leckströmung stromauf
wärts geneigt sind.
11. Dichtungssystem nach Anspruch 8, worin die mehreren dritten
Zähne senkrecht zur Richtung der Leckströmung orientiert sind.
12. Dichtungssystem nach Anspruch 8, worin die mehreren dritten
Zähne mit Bezug auf die Richtung der Leckströmung stromauf
wärts geneigt sind.
13. Dichtungssystem nach Anspruch 1, worin das erste Dichtungs
element ein Rotor-Dichtungselement und das zweite Dichtungs
element ein Stator-Dichtungselement ist.
14. Dichtungssystem nach Anspruch 1, worin das erste Dichtungs
element ein Stator-Dichtungselement und das zweite Dichtungs
element ein Rotor-Dichtungselement ist.
15. Dichtungssystem nach Anspruch 1, worin das erste Dichtungs
element gegenüberliegende erste stromaufwärts und stromab
wärts gerichtete zylindrische Enden mit den gleichen Durch
messern wie die erste zylindrische Oberfläche aufweist und
das zweite Dichtungselement gegenüberliegende zweite strom
aufwärts und stromabwärts gelegene zylindrische Enden mit
den gleichen Durchmessern aufweist wie die zweite zylindri
sche Oberfläche.
16. Dichtungssystem zum Vermindern der Leckströmung eines kom
primierbaren Strömungsmittels zwischen einem rotierenden Teil
einer Maschine, das mit Bezug auf ein stationäres Teil der
Maschine rotiert, umfassend in Kombination:
ein erstes Dichtungselement mit einer ersten zylindrischen Oberfläche, wobei das erste Dichtungselement zur Verbindung mit einem der Maschinenteile ausgebildet ist,
ein zweites Dichtungselement mit einer zweiten zylindrischen Oberfläche parallel und in einem ersten radialen Abstand zur ersten zylindrischen Oberfläche, wobei das zweite Dichtungs element mit dem anderen der Maschinenteile verbunden ist,
eine dritte zylindrische Oberfläche, die von dem ersten Dich tungselement in einem zweiten radialen Abstand von der zwei ten zylindrischen Oberfläche gebildet ist, wobei der zweite radiale Abstand größer ist als der erste radiale Abstand und die dritte zylindrische Oberfläche und das erste Dichtungs element eine Ausnehmung zur Vergrößerung der Turbulenz der Leckströmung bilden,
eine erste Drosseleinrichtung, die mit der zweiten zylindri schen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes verbunden ist und einen ersten Drosselspalt mit der dritten zylindrischen Oberfläche bildet, um die kinetische Energie der durchgelas senen Leckströmung im wesentlichen zu beseitigen,
eine zweite Drosseleinrichtung, die mit der zweiten zylindri schen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes verbunden ist und einen zweiten Drosselspalt mit der ersten zylindrischen Oberfläche bildet, um die kinetische Energie des durchgelasse nen Leckstromes im wesentlichen zu beseitigen und
eine dritte Drosseleinrichtung, die mit dem ersten Dichtungs element an der genannten Ausnehmung verbunden ist und einen dritten Drosselspalt mit der zweiten zylindrischen Oberfläche bildet, um die kinetische Energie des durchgelassenen Leck stromes zu vermindern.
ein erstes Dichtungselement mit einer ersten zylindrischen Oberfläche, wobei das erste Dichtungselement zur Verbindung mit einem der Maschinenteile ausgebildet ist,
ein zweites Dichtungselement mit einer zweiten zylindrischen Oberfläche parallel und in einem ersten radialen Abstand zur ersten zylindrischen Oberfläche, wobei das zweite Dichtungs element mit dem anderen der Maschinenteile verbunden ist,
eine dritte zylindrische Oberfläche, die von dem ersten Dich tungselement in einem zweiten radialen Abstand von der zwei ten zylindrischen Oberfläche gebildet ist, wobei der zweite radiale Abstand größer ist als der erste radiale Abstand und die dritte zylindrische Oberfläche und das erste Dichtungs element eine Ausnehmung zur Vergrößerung der Turbulenz der Leckströmung bilden,
eine erste Drosseleinrichtung, die mit der zweiten zylindri schen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes verbunden ist und einen ersten Drosselspalt mit der dritten zylindrischen Oberfläche bildet, um die kinetische Energie der durchgelas senen Leckströmung im wesentlichen zu beseitigen,
eine zweite Drosseleinrichtung, die mit der zweiten zylindri schen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes verbunden ist und einen zweiten Drosselspalt mit der ersten zylindrischen Oberfläche bildet, um die kinetische Energie des durchgelasse nen Leckstromes im wesentlichen zu beseitigen und
eine dritte Drosseleinrichtung, die mit dem ersten Dichtungs element an der genannten Ausnehmung verbunden ist und einen dritten Drosselspalt mit der zweiten zylindrischen Oberfläche bildet, um die kinetische Energie des durchgelassenen Leck stromes zu vermindern.
17. Dichtungssystem nach Anspruch 16, worin die Ausnehmung mit
Bezug auf den Leckstrom entgegengesetzte stromaufwärts und
stromabwärts gelegene Seiten hat und weiter eine Unterschnei
dung aufweist, die von dem ersten Dichtungselement auf der
stromabwärts gelegenen Seite gebildet wird und die Ausnehmung
die Turbulenz der Leckströmung innerhalb der Ausnehmung wei
ter erhöht.
18. Dichtungssystem nach Anspruch 17, worin die erste Drosselein
richtung mehrere erste Zähne einschließt, die mit der zweiten
zylindrischen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes ver
bunden sind und sich um diese Oberfläche herum erstrecken, wo
bei jeder der mehreren ersten Zähne eine erste Spitze ein
einschließt, die einen Abstand von der dritten zylindrischen
Oberfläche des ersten Dichtungselementes hat und die erste
Spitze und die dritte zylindrische Oberfläche den ersten
Drosselspalt bilden.
19. Dichtungssystem nach Anspruch 18, worin die zweite Drosselein
richtung mehrere zweite Zähne einschließt, die mit der zweiten
zylindrischen Oberfläche des zweiten Dichtungselementes ver
bunden sind und sich um diese Oberfläche herum erstrecken, wo
bei jeder der mehreren zweiten Zähne eine zweite Spitze im
Abstand von der ersten zylindrischen Oberfläche einschließt
und die zweite Spitze und die erste zylindrische Oberfläche
den zweiten Drosselspalt bilden und die zweiten Zähne mit Be
zug auf die Richtung der Leckströmung stromaufwärts geneigt
sind.
20. Dichtungssystem nach Anspruch 19, worin die Ausnehmungsein
richtung das erste Dichtungselement einschließt, das mehrere
beabstandete Ausnehmungen bildet, die sich um die erste zylindri
sche Oberfläche herum erstrecken, wobei jede der mehreren
Ausnehmungen mit einer zylindrischen Bodenwand und mit Bezug
auf die Richtung der Leckströmung gegenüberliegenden strom
aufwärts und stromabwärts befindlichen Seitenwandungen ge
bildet wird.
21. Dichtungssystem nach Anspruch 20, worin die Unterschneidungs
einrichtung das erste Dichtungselement einschließt, das an
der stromabwärts gelegenen Seitenwand jeder der mehreren
Ausnehmungen eine Unterschneidung bildet, wobei jede Unter
schneidung durch eine mit der ersten zylindrischen Oberflä
che koextensive Lippe, eine stromabwärts gelegene Seitenwand
und eine Bodenwand gebildet wird, die mit der Bodenwand der
Ausnehmung ausgerichtet ist.
22. Dichtungssystem nach Anspruch 21, worin die dritte Drossel
einrichtung mehrere dritte Zähne einschließt, die an der
genannten Lippe mit dem ersten Dichtungselement verbunden
sind, wobei jeder der mehreren dritten Zähne eine dritte
Spitze hat, die mit der zweiten zylindrischen Oberfläche
den dritten Drosselspalt bildet.
23. Dichtungssystem nach Anspruch 22, worin die mehreren ersten
Zähne senkrecht zur Richtung der Leckströmung orientiert
sind.
24. Dichtungssystem nach Anspruch 22, worin die mehreren zwei
ten Zähne senkrecht zur Richtung der Leckströmung orientiert
sind.
25. Dichtungssystem nach Anspruch 22, worin die mehreren ersten
Zähne mit Bezug auf die Richtung der Leckströmung stromauf
wärts geneigt sind.
26. Dichtungssystem nach Anspruch 22, worin die mehreren zwei
ten Zähne mit Bezug auf die Richtung der Leckströmung
stromaufwärts geneigt sind.
27. Dichtungssystem nach Anspruch 22, worin die mehreren drit
ten Zähne senkrecht zur Richtung der Leckströmung orientiert
sind.
28. Dichtungssystem nach Anspruch 22, worin die mehreren drit
ten Zähne mit Bezug auf die Richtung der Leckströmung
stromaufwärts geneigt sind.
29. Dichtungssystem nach Anspruch 16, worin das erste Dichtungs
element ein Rotor-Dichtungselement ist und das zweite Dich
tungselement ein Stator-Dichtungselement.
30. Dichtungssystem nach Anspruch 16, worin das erste Dichtungs
element ein Stator-Dichtungselement und das zweite Dichtungs
element ein Rotor-Dichtungselement ist.
31. Dichtungssystem nach Anspruch 16, worin das erste Dichtungs
element gegenüberliegende erste, stromaufwärts und stromab
wärts gelegene zylindrische Enden mit dem gleichen Durchmes
ser wie die erste zylindrische Oberfläche hat und das zweite
Dichtungselement gegenüberliegende zweite stromaufwärts und stromab
wärts gelegene zylindrische Enden mit dem gleichen Durchmes
ser wie die zweite zylindrische Oberfläche hat.
32. Dichtungssystem zum Vermindern der Leckströmung eines kom
primierbaren Strömungsmittels zwischen einem rotierenden und
einem stationären Teil einer Maschine, umfassend in Kombi
nation:
ein erstes Dichtungselement mit gegenüberliegenden stromauf wärts und stromabwärts befindlichen zylindrischen ersten Enden mit verschiedenen Durchmessern, wobei das erste Dich tungselement eine erste Oberfläche hat, die sich zwischen dem ersten stromaufwärts und dem ersten stromabwärts gelegenen Ende erstreckt und das erste Dichtungselement zum Verbinden mit einem der Teile der Maschine ausgebildet ist,
ein zweites Dichtungselement mit gegenüberliegenden stromauf wärts und stromabwärts befindlichen zylindrischen zweiten Enden mit verschiedenen Durchmessern, wobei das zweite Dich tungselement eine zweite Oberfläche hat, die sich zwischen dem stromaufwärts gelegenen und stromabwärts gelegenen zwei ten Ende erstreckt und das zweite Dichtungselement zur Ver bindung mit dem anderen der Maschinenteile ausgebildet ist,
eine erste zylindrische Stufeneinrichtung, die an der ersten Oberfläche durch das erste Dichtungselement gebildet ist, um in einer ersten Vielzahl abgestufter Abschnitte die Durch messer des ersten Dichtungselementes zwischen den zweiten, stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Enden einzustellen,
eine zweite zylindrische Stufeneinrichtung, die von dem zweiten Dichtungselement gebildet wird, um in einer zweiten Vielzahl abgestufter Abschnitte die Durchmesser des zweiten Dichtungselementes zwischen den zweiten, stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Enden einzustellen,
eine erste Drosseleinrichtung, die mit der ersten zylindri schen Stufeneinrichtung des ersten Dichtungselementes ver bunden ist und einen ersten Drosselspalt mit der zweiten zylindrischen Stufeneinrichtung bildet, um die kinetische Energie des durchgelassenen Leckstromes im wesentlichen zu beseitigen und
eine zweite Drosseleinrichtung, die mit der zweiten zylindri schen Stufeneinrichtung des zweiten Dichtungselementes ver bunden ist und einen zweiten Drosselspalt mit der ersten zy lindrischen Stufeneinrichtung bildet, um die kinetische Ener gie des durchgelassenen Leckstromes im wesentlichen zu be seitigen.
ein erstes Dichtungselement mit gegenüberliegenden stromauf wärts und stromabwärts befindlichen zylindrischen ersten Enden mit verschiedenen Durchmessern, wobei das erste Dich tungselement eine erste Oberfläche hat, die sich zwischen dem ersten stromaufwärts und dem ersten stromabwärts gelegenen Ende erstreckt und das erste Dichtungselement zum Verbinden mit einem der Teile der Maschine ausgebildet ist,
ein zweites Dichtungselement mit gegenüberliegenden stromauf wärts und stromabwärts befindlichen zylindrischen zweiten Enden mit verschiedenen Durchmessern, wobei das zweite Dich tungselement eine zweite Oberfläche hat, die sich zwischen dem stromaufwärts gelegenen und stromabwärts gelegenen zwei ten Ende erstreckt und das zweite Dichtungselement zur Ver bindung mit dem anderen der Maschinenteile ausgebildet ist,
eine erste zylindrische Stufeneinrichtung, die an der ersten Oberfläche durch das erste Dichtungselement gebildet ist, um in einer ersten Vielzahl abgestufter Abschnitte die Durch messer des ersten Dichtungselementes zwischen den zweiten, stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Enden einzustellen,
eine zweite zylindrische Stufeneinrichtung, die von dem zweiten Dichtungselement gebildet wird, um in einer zweiten Vielzahl abgestufter Abschnitte die Durchmesser des zweiten Dichtungselementes zwischen den zweiten, stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Enden einzustellen,
eine erste Drosseleinrichtung, die mit der ersten zylindri schen Stufeneinrichtung des ersten Dichtungselementes ver bunden ist und einen ersten Drosselspalt mit der zweiten zylindrischen Stufeneinrichtung bildet, um die kinetische Energie des durchgelassenen Leckstromes im wesentlichen zu beseitigen und
eine zweite Drosseleinrichtung, die mit der zweiten zylindri schen Stufeneinrichtung des zweiten Dichtungselementes ver bunden ist und einen zweiten Drosselspalt mit der ersten zy lindrischen Stufeneinrichtung bildet, um die kinetische Ener gie des durchgelassenen Leckstromes im wesentlichen zu be seitigen.
33. Dichtungssystem nach Anspruch 32, worin die erste und die
zweite Drosseleinrichtung mindestens einen ersten Zahn und
mindestens einen zweiten Zahn einschließt, die mit der ersten
bzw. zweiten zylindrischen Stufeneinrichtung verbunden sind
und sich um diese herum erstrecken, wobei der mindestens
eine erste Zahn und der mindestens eine zweite Zahn erste
bzw. zweite Drosselspalte mit der zweiten bzw. ersten zy
lindrischen Stufeneinrichtung bildet.
34. Dichtungssystem nach Anspruch 33, worin die erste Vielzahl
abgestufter Abschnitte eine erste Vielzahl radial ausgerich
teter Wandungen ist, die als Ringe ausgebildet sind und die
zweite Vielzahl abgestufter Abschnitte eine zweite Vielzahl
radial ausgerichteter Wandungen ist, die als Ringe ausgebil
det sind.
35. Dichtungssystem nach Anspruch 34, weiter eine Unterschnei
dungseinrichtung einschließend, die durch das erste Dich
tungselement an der ersten Vielzahl von Wandungen gebildet
ist, um die Turbulenz der Strömung zu erhöhen.
36. Dichtungssystem nach Anspruch 35, worin der mindestens eine
erste Zahn an der ersten Vielzahl von Wandungen angeordnet
ist.
37. Dichtungssystem nach Anspruch 36, worin der mindestens eine
erste Zahn senkrecht zur Richtung der Leckströmung orien
tiert ist.
38. Dichtungssystem nach Anspruch 36, worin der mindestens eine
erste Zahn mit Bezug auf die Richtung der Leckströmung
stromaufwärts geneigt ist.
39. Dichtungssystem nach Anspruch 33, worin der mindestens eine
zweite Zahn senkrecht zur Richtung der Leckströmung orien
tiert ist.
40. Dichtungssystem nach Anspruch 33, worin der mindestens eine
zweite Zahn mit Bezug auf die Richtung der Leckströmung
stromaufwärts geneigt ist.
41. Dichtungssystem nach Anspruch 32, worin das erste und zweite
stromaufwärts gelegene zylindrische Ende größer ist als das
erste und zweite stromabwärts gelegene Ende.
42. Dichtungssystem nach Anspruch 32, worin das erste und zweite
stromaufwärts gelegene zylindrische Ende kleiner als das
erste und zweite stromabwärts gelegene Ende ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/284,161 US5029876A (en) | 1988-12-14 | 1988-12-14 | Labyrinth seal system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3940607A1 true DE3940607A1 (de) | 1990-06-21 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3940607A Withdrawn DE3940607A1 (de) | 1988-12-14 | 1989-12-08 | Labyrinth-dichtungssystem |
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US (1) | US5029876A (de) |
JP (1) | JPH02245581A (de) |
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