DE60016366T2 - Rotationsmaschine mit einer Bürstendichtung - Google Patents

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Robert Joseph Park Hills Albers
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
    • F16J15/3288Filamentary structures, e.g. brush seals

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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein rotierende Maschinen und insbesondere eine Rotationsmaschine mit einer Bürstendichtung.
  • Rotationsmaschinen umfassen ohne Einschränkung Turbinen für Dampfturbinen sowie Kompressoren und Turbinen für Gasturbinen. Eine Dampfturbine weist einen Dampfweg auf, der gewöhnlich in serieller Strömungsanordnung einen Lufteintritt (oder Einlass), einen Kompressor, eine Brennkammer, eine Turbine und einen Gasauslass (oder eine Rauchgasdüse). Eine Gas- oder Dampfleckage entweder aus dem Gas- oder Dampfweg heraus oder in den Gas- oder Dampfweg hinein, aus einem Bereich mit höherem Druck zu einem Bereich mit niedrigerem Druck, ist im Allgemeinen unerwünscht. Eine Gaswegleckage in dem Turbinen- oder Kompressorbereich einer Gasturbine zwischen dem Rotor der Turbine oder Kompressor und dem diese bzw. diesen in Umfangsrichtung umgebenden Turbinen- oder Kompressorgehäuse vermindert beispielsweise die Effizienz der Gasturbine, was zu erhöhten Brennstoffkosten führt. Ebenfalls vermindert eine Dampfwegleckage in dem Turbinenbereich einer Dampfturbine zwischen dem Rotor der Turbine und dem diese in Umfangsrichtung umgebenden Gehäuse die Effizienz einer Dampfturbine, was zu erhöhten Brennstoffkosten führt.
  • Es sind ringförmige Bürstendichtungen zur Verwendung zwischen einem Rotor und einem umgebenden Gehäuse in Gas- und Dampfturbinen vorgeschlagen worden. Die ringförmige Bürstendichtung ist aus in Umfangsrichtung aneinander gereihten Bürstendichtungssegmenten aufgebaut. Jedes Bürsten dichtungssegment ist an dem Gehäuse befestigt und enthält eine rückwärtige (d.h, stromabwärts angeordnete) Platte, eine vordere (d.h. stromaufwärts angeordnete) Platte und Borsten, die zwischen der Rückplatte und der Frontplatte angeordnet sind, wobei das freie Ende im Wesentlichen einer jeden Borste über die Ränder der Rück- und Vorderplatte hinweg vorragt. Die Borsten sind gewöhnlich unter einem Winkel von im Wesentlichen fünfundvierzig Grad in der Drehrichtung des Rotors abgeschrägt, wobei die freien Ende der Borsten nahe an dem Rotor liegen (und sogar diesen berühren können). Gewöhnlich ist die Vorderplatte (und in einigen Ausführungen sind auch Abschnitte der Rückplatte) in der Nähe der freien Ende der Borsten von den Borsten beabstandet, um Freiraum für die Borsten zu lassen, damit sich diese während vorübergehender Zusammenstöße der freien Enden der Borsten mit dem Rotor durchbiegen und wieder in ihren Ausgangszustand zurückbiegen können.
  • Bekannte Ausführungen von Rotationsmaschinen, wie beispielsweise in der GB-A-2 258 277 beschrieben, umfassen eine Ausführung mit einem abgestuften Rotor, einer ersten Bürstendichtung stromabwärts der Stufe und, in einem Beispiel, einer zweiten Bürstendichtung stromaufwärts der Stufe. Die Anmelder haben festgestellt, dass ein an der Stufe vorbei strömender Gasstrom einen Drall erfährt und ein Teil eines derartigen Stroms zwischen der Vorderplatte und den Borsten der ersten Bürstendichtung herumwirbelt, wodurch ein Borstenflattern (d.h. eine Instabilität) herbeigeführt wird, was die Borsten schnell verschleißt und zu einem vorzeitigen Ausfall der Bürstendichtung führt. Auch wenn eine turbulente Gasströmung stromaufwärts vorhanden ist, kann ein Teil einer derartigen Strömung zwischen der Vorderplatte und den Borsten der zweiten Bürstendichtung herumwirbeln und eine Borstenflatterschwingung verursachen, aufgrund der die Borsten schnell verschleißen, was zu einem vorzeitigen Ausfall der Bürstendichtung führt. Was gebraucht wird, ist eine Ausgestaltung für eine Rotationsmaschine, die Borstenflatterschwingungen in einer in der Nähe eines abgestuften Bereichs des Rotors angeordneten Bürstendichtung reduziert.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält eine Rotationsmaschine einen Rotor, einen Stator, eine erste Bürstendichtung sowie eine zweite Bürstendichtung. Der Rotor weist eine Längsachse und eine Außenfläche auf. Die Außenfläche enthält einen ersten und einen zweiten Abschnitt, die in Längsrichtung verlaufen, sowie einen dritten Abschnitt der in Längsrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet und mit diesen verbunden ist. Der erste Abschnitt ist stromaufwärts von dem zweiten Abschnitt angeordnet. Der zweite Abschnitt weist einen kleineren Radius auf als der erste Abschnitt, während der dritte Abschnitt wenigstens einen Bereich aufweist, der in Radialrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist und in eine andere Richtung als senkrecht oder parallel zu der Achse weist. Der Stator umgibt den Rotor in Umfangsrichtung. Die erste Bürstendichtung ist an dem Stator befestigt, weist eine erste Vorderplatte und eine erste Rückplatte, die radial nach innen vorragen, und enthält erste Borsten, die in Längsrichtung zwischen der ersten Rückplatte und der ersten Vorderplatte angeordnet sind. Die erste Vorderplatte weist einen ersten radial inneren Rand und einen ersten Abschnitt, der zu dem Rand hin verläuft, wobei der erste Abschnitt in Längsrichtung von den ersten Borsten beabstandet ist. Die erste Rückplatte ist in Längsrichtung weiter weg von dem dritten Abschnitt der Außenfläche des Rotors als die erste Vorder platte angeordnet, und die ersten Borsten weisen erste freie Enden auf, die in der Nähe des zweiten Abschnitts der Außenfläche des Rotors angeordnet sind. Die zweite Bürstendichtung ist an dem Stator befestigt, weist eine zweite Vorderplatte und eine zweite Rückplatte auf, die radial nach innen vorragen, und enthält zweite Borsten, die in Längsrichtung zwischen der zweiten Rückplatte und der zweiten Vorderplatte angeordnet sind. Die zweite Vorderplatte weist einen zweiten radial inneren Rand sowie einen zweiten Abschnitt auf, der zu dem Rand verläuft, wobei der zweite Abschnitt in Längsrichtung von den zweiten Borsten im Abstand liegt. Die zweite Vorderplatte ist in Längsrichtung weiter stromaufwärts von dem zweiten Abschnitt der Außenfläche des Rotors als die zweite Rückplatte angeordnet, und die zweiten Borsten weisen zweite freie Enden auf, die in der Nähe des ersten Abschnitts der Außenfläche des Rotors angeordnet sind. Der zweite Abschnitt der zweiten Vorderplatte an dem zweiten radial inneren Rand weist einen Absatz auf, der im Wesentlichen von den zweiten Borsten weg vorragt.
  • Einige Nutzen und Vorteile ergeben sich aus der Erfindung. Wie eine technische Analyse ergab, reduziert in der Ausführungsform der Erfindung die Gestalt des dritten Abschnitts der Außenfläche des Rotors (die dazu dient, den radialen Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Außenfläche des Rotors zu glätten) die Verwirbelung in dem Gasstrom, der sich der ersten Bürstendichtung nähert. Dies vermindert eine Verwirbelung zwischen der ersten Vorderplatte und den ersten Borsten, was eine Borstenflatterschwingung reduziert, wodurch sich ein geringerer Borstenverschleiß und eine erhöhte Betriebslebensdauer der Dichtung für die erste Bürstendichtung ergeben. In der wei teren Ausgestaltung einer Ausführungsform der Erfindung und wie durch eine technische Analyse verdeutlicht, dient der Absatz des zweiten Abschnitts der zweiten Vorderplatte der zweiten Bürstendichtung dazu, eine Gasströmung zu kanalisieren, wodurch eine Verwirbelung in einem beliebigen turbulenten Gasstrom, der stromaufwärts in der Nähe der ersten Bürstendichtung vorkommt, reduziert wird. Dies vermindert eine Verwirbelung zwischen der zweiten Vorderplatte und den zweiten Borsten, wodurch eine Borstenflatterschwingung reduziert wird, was zu einem geringeren Borstenverschleiß und einer erhöhten Dichtungslebensdauer für die zweite Bürstendichtung führt.
  • Ausführungsformen der Erfindung sind nun zu Beispielszwecken mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
  • 1 eine schematisierte Querschnittsdarstellung in einer über der Achse liegenden Seitenansicht einer Ausführungsform der Rotationsmaschine gemäß der Erfindung, wobei der Querschnitt durch eine Schnittebene gebildet ist und wobei die Längsachse des Rotors der Rotationsmaschine in der Schnittebene liegt; und
  • 2 eine Ansicht wie in 1, die jedoch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotationsmaschine veranschaulicht.
  • Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, veranschaulicht 1 auf schematische Weise eine Ausführungsform der Rotationsmaschine 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Es ist zu betonen, dass lediglich ein Teil der Rotationsmaschine 10 in der Figur veranschaulicht ist. In einem Beispiel bildet die Rotationsmaschine ein Flugzeuggastriebwerk. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, so dass die Erfindung auch auf andere rotierende Maschinen, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, Gas- und Dampfturbinen, die zur Drehung von Stromgeneratoren für Energieversorgungsunternehmen verwendet werden, anwendbar ist.
  • In einer ersten Ausgestaltung der in 1 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung enthält eine Rotationsmaschine 10 einen Rotor 12, einen Stator 14 und eine erste Bürstendichtung 16. Der Rotor 12 weist eine in Längsrichtung verlaufende Achse 18 und eine Außenfläche 20 auf. Die Außenfläche 20 enthält einen ersten und einen zweiten Abschnitt 22 und 24, die im Wesentlichen in Längsrichtung verlaufen, und weist ferner einen dritten Abschnitt 26 auf, der in Längsrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 22 und 24 angeordnet und mit diesen verbunden ist. Der erste Abschnitt 22 ist stromaufwärts des zweiten Abschnitts 24 angeordnet. Der erste Abschnitt 22 weist einen im Wesentlichen konstanten ersten Radius (gemessen von der Längsachse 18 aus) auf, während der zweite Abschnitt 24 einen im Wesentlichen konstanten zweiten Radius (gemessen von der Längsachse 18) aufweist, der kleiner ist als der erste Radius. Der dritte Abschnitt 26 weist wenigstens einen Bereich 28 auf, der radial zwischen dem ersten und dem zweiten Radius angeordnet ist und in eine andere Richtung als senkrecht oder parallel zu der Achse 18 gerichtet ist. Der Stator 14 ist im Wesentlichen koaxial mit der Achse 18 ausgerichtet, umgibt den Rotor 12 in Umfangsrichtung und ist in Radialrichtung von diesem im Abstand angeordnet. Die erste Bürstendichtung 16 ist an dem Stator 14 befestigt. Die erste Bürstendichtung 16 weist eine radial nach innen ragende (erste) Vorder- und Rückplatte 30 und 32 auf und enthält ferner mehrere (erste) Borsten 34, die in Längsrichtung zwischen der Rückplatte und der Frontplatte 32 und 30 angeordnet sind. Die Vorderplatte 30 weist einen (ersten) radial inneren Rand 36 auf und enthält ferner einen (ersten) Abschnitt 38, der sich zu dem radial inneren Rand 36 erstreckt, wobei der Abschnitt 38 in Längsrichtung von den Borsten 34 beabstandet ist. Die Rückplatte 32 ist in Längsrichtung weiter stromabwärts des dritten Abschnitts 26 der Außenfläche 20 des Rotors 12 als die Vorderplatte 30 angeordnet. Die Borsten 34 weisen (erste) freie Enden 39 auf, die in der Nähe des zweiten Abschnitts 24 der Außenfläche 20 des Rotors 12 angeordnet sind.
  • In einer Ausführung ist der dritte Abschnitt 26 in radialer Richtung vollständig innerhalb des ersten Radius enthalten, während in einer anderen Ausführung der dritte Abschnitt 26 in radialer Richtung vollständig außerhalb des zweiten Radius enthalten ist. In einer Konstruktion, wie in 1 ersichtlich, enthält der wenigstens eine Bereich 28 des dritten Abschnitts 26 der Außenfläche 20 des Rotors 12 eine erste Fläche 40, die als ein konvexer Bogen in einer über der Achse liegenden Querschnittsansicht erscheint, die durch eine Schnittebene gebildet ist, bei der die Achse 18 (d.h. die Längsachse des Rotors) in der Schnittebene liegt. Der konvexe Bogen weist ein erstes Ende 42, das mit dem ersten Abschnitt 22 der Außenfläche 20 des Rotors 12 verbunden ist, sowie ein zweites Ende 44 auf, das näher an der Achse 18 als das erste Ende 42 des konvexen Bogens angeordnet ist. In einer Erweiterung dieser Konstruktion, wie in 1 ersichtlich, enthält der wenigstens eine Bereich 28 des dritten Abschnitts 26 der Außenfläche 20 des Rotors 12 eine zweite Fläche 46, die als ein konkaver Bogen in der vorstehend beschriebenen über der Achse liegenden Querschnittsansicht erscheint. Hier weist der konkave Bogen ein erstes Ende 48, das mit dem zweiten Ende 44 des konvexen Bogens verbunden ist, sowie ferner ein zweites Ende 50 auf, das mit dem zweiten Abschnitt 24 der Außenfläche 20 des Rotors 12 verbunden ist. In einer weiteren Ausgestaltung derartiger Konstruktion, wie in 1 ersichtlich, enthält der wenigstens eine Bereich 28 des dritten Abschnitts 26 der Außenfläche 20 des Rotors 12 eine zweite Fläche 46, die als ein konkaver Bogen in der vorstehend beschriebenen über der Achse liegenden Querschnittsansicht erscheint. Hier weist der konkave Bogen ein erstes und zweites Ende 48 und 50 auf, wobei das erste Ende 48 weiter weg von der Achse 18 (d.h. der Längsachse des Rotors) als das zweite Ende 50 angeordnet ist und wobei das zweite Ende 50 mit dem zweiten Abschnitt 24 der Außenfläche 20 des Rotors 12 verbunden ist. Es ist zu betonen, dass im Vergleich zu bekannten Ausführungen von Rotationsmaschinen mit abgestuften Rotoren die konvexe und/oder konkave Gestalt des dritten Abschnitts 26 der Außenfläche 20 des Rotors 12 (die dazu dient, den radialen Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 22 und 24 der Außenfläche 20 des Rotors 12 glatter zu gestalten) eine Verwirbelung in dem sich der ersten Bürstendichtung 16 annähernden Gasstrom reduziert. Dies vermindert eine Verwirbelung zwischen der Vorderplatte 20 und den Borsten 24, wodurch eine Borstenflatterschwingung reduziert wird, was zu einem geringeren Borstenverschleiß und einer erhöhten Dichtungslebensdauer für die erste Bürstendichtung 16 führt.
  • In einem Beispiel weist die Vorderplatte 30 eine im Wesentlichen ebene Frontfläche 52 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 18 ausgerichtet ist und von den Borsten 34 weg weist. Die Vorderplatte 30 weist ferner eine im Wesentlichen ebene Rückfläche 54 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 18 ausgerichtet ist und in Richtung auf die Borsten 34 weist. Es ist zu betonen, dass die Frontfläche 52 stromaufwärts in Richtung auf einen Bereich 56 mit höherem Druck weist, während die Rückfläche 54 stromabwärts in Richtung auf einen Bereich 58 mit niedrigerem Druck weist, wobei die Richtung der Gasströmung von dem Bereich 56 mit höherem Druck zu dem Bereich 58 mit niedrigerem Druck verläuft. Der radial innere Rand 36 der Vorderplatte 30 verbindet die Front- und Rückfläche 52 und 54 miteinander. Der radial innere Rand 36 weist einen konvexen Flächenabschnitt 60 auf, der sich ausgehend von der Frontfläche 52 in Längsrichtung auf die Rückfläche 54 zu (ohne diese notwendigerweise zu erreichen) und radial nach innen in Richtung auf die Achse 18 erstreckt. Es ist zu betonen, dass der konvexe Flächenabschnitt 60 Verwirbelungen in dem Gasstrom, der sich der ersten Bürstendichtung 16 annähert, weiter reduziert.
  • Eine unterschiedliche Ausführungsform der Rotationsmaschine 110 gemäß der Erfindung ist in 2 veranschaulicht. Wie zu sehen, ist die Rotationsmaschine 110 nach 2 mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Rotationsmaschine 10 nach 1 fast identisch ausgebildet. Der einzige Unterschied, wie aus 2 ersichtlich, besteht darin, dass der dritte Abschnitt 126 der Außenfläche 120 des Rotors 112 eine andere Gestalt aufweist und als eine gerade Linie in einer über der Achse eingezeichneten Querschnittsansicht erscheint, die durch eine Schnittebene gebildet ist, bei der die Längsachse 118 des Rotors 112 in der Schnittebene liegt, wobei die gerade Linie ein erstes Ende 142, das mit dem ersten Abschnitt 122 der Außenfläche 120 des Rotors 112 verbunden ist, und ein zweites Ende 144 aufweist, das näher an der Achse 118 als das erste Ende 142 liegt.
  • In einer zweiten Ausgestaltung der in 1 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung enthält eine Rotationsmaschine 10 den Rotor 12, den Stator 14 und die erste Bürstendichtung 16, wie vorstehend in der ersten Ausgestaltung der in 1 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die vorstehend beschriebene Vorderplatte 30, Rückplatte 32, Borsten 34, der radial innere Rand 36, Abschnitt 38 und die freien Enden 39 der ersten Bürstendichtung 16 sind hier als erste Frontplatte 30, erste Rückplatte 32, erste Borsten 34, erster radial innerer Rand 36, erster Abschnitt 38 und erste freie Enden 39 in der zweiten Ausgestaltung der Ausführungsform gemäß der Erfindung, wie in 1 veranschaulicht, bezeichnet. In der zweiten Ausgestaltung enthält die Rotationsmaschine 10 zusätzlich eine zweite Bürstendichtung 62, die an dem Stator 14 befestigt ist. Die zweite Bürstendichtung 62 weist eine zweite Vorderplatte und eine zweite Rückplatte 64 und 66 auf, die radial nach innen vorragen, und enthält ferner mehrere zweite Borsten 68, die in Längsrichtung zwischen der zweiten Rückplatte und der zweiten Vorderplatte 66 und 64 angeordnet sind.
  • Die zweite Vorderplatte 64 weist einen zweiten radial inneren Rand 70 und ferner einen zweiten Abschnitt 72 auf, der sich zu dem zweiten radialen Rand 70 erstreckt, wobei der zweite Abschnitt 72 in Längsrichtung von den zweiten Borsten 68 beabstandet ist. Die zweite Vorderplatte 64 ist in Längsrichtung weiter stromaufwärts von dem zweiten Ab schnitt 24 der Außenfläche 20 des Rotors 12 als die zweite Rückplatte 66 angeordnet. Die zweiten Borsten 68 weisen zweite freie Enden 73 auf, die in der Nähe des ersten Abschnitts 22 der Außenfläche 20 des Rotors 12 angeordnet sind. Der zweite Abschnitt 72 der zweiten Vorderplatte 64 weist an dem zweiten radial inneren Rand 70 der zweiten Vorderplatte 64 einen Absatz 74 auf, der im Wesentlichen von den zweiten Borsten 68 weg vorragt.
  • In einer Ausführung überlappt die zweite Rückplatte 66 wenigstens teilweise den dritten Abschnitt 28 der Außenfläche 20 des Rotors 12 in Längsrichtung. In einer weiteren Ausführung weist der zweite Abschnitt 72 der zweiten Vorderplatte 64 eine Dicke längs einer Richtung parallel zu der Achse 18 auf, wobei die Dicke des Absatzes 74 des zweiten Abschnitts 72 der zweiten Vorderplatte 64 größer bemessen ist als die doppelte Dicke (entlang der gleichen vorstehend beschriebenen Richtung) jedes beliebigen weiteren Teils des zweiten Abschnitts 72 der zweiten Vorderplatte 64. Ein längerer Absatz 74 kanalisiert eine turbulente Gasströmung, wodurch eine unerwünschte Borstenflatterschwingung in den zweiten Borsten 68 der zweiten Bürstendichtung 62 reduziert wird. Es ist zu betonen, dass in einem Beispiel die vorstehend beschriebene unterschiedliche Ausführungsform der Rotationsmaschine 110, wie in 2 veranschaulicht, zusätzlich eine zweite Bürstendichtung 162 enthält, die im Wesentlichen identisch mit der zweiten Bürstendichtung 62 ausgebildet ist, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit der zweiten Ausgestaltung der in 1 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung beschrieben ist.
  • In einer Konstruktion ist für jede Ausgestaltung oder Ausführungsform die erste (und zweite) Bürstendichtung in Form einer ringförmigen Dichtung ausgebildet, die durch eine Reihe in Umfangsrichtung aneinander gereihter ringförmiger Bürstendichtungssegmente gebildet ist, wobei ein Bürstendichtungssegment lediglich eine einzige Vorderplatte aufweist, die eine handsteife Vorderplatte ist. Unter „handsteif" wird verstanden, dass die Vorderplatte nicht von Hand durch eine erwachsene Person mit mittlerer Stärke umgebogen werden kann. Eine einzige steife Vorderplatte ist weniger empfänglich für unerwünschte Flatterschwingungen in einer turbulenten Gasströmung und weniger anfällig für eine Beschädigung während des Transports und Einbaus sowie während der Instandhaltung nahegelegener Turbinenkomponenten. In einer weiteren (nicht veranschaulichten) Konstruktion enthält der Abschnitt der Frontplatte (der auch den Absatz der zweiten Bürstendichtung enthalten kann) Durchgangslöcher, wobei eine Teilströmung durch die Durchgangslöcher den Raum zwischen der Vorderplatte und den Borsten von einer unerwünschten Verwirbelung der Hauptströmung reinigt, wobei eine derartige Reinigung auch hilfreich ist, um eine Borstenflatterschwingung zu verringern. In einer weiteren (nicht veranschaulichten) Konstruktion weist ein Bürstendichtungssegment mehrere handflexible Dämpferplatten, die Durchgangslöcher aufweisen und mit den vordersten Bürsten in Kontakt stehen. „Handflexibel" bedeutet, dass die Dämpferplatten von Hand durch eine erwachsene Person mittlerer Stärke umgebogen werden können. Die Dämpferplatten ersetzen den ersten und/oder zweiten Abschnitt 38 und 72 der ersten und zweiten Vorderplatte 30 und 64 oder werden zusätzlich hierzu eingesetzt.
  • In einer Ausgestaltung oder Ausführungsform der Erfindung sind die Borsten gewöhnlich (jedoch nicht notwendiger weise) jeweils unter einem im Wesentlichen identischen Winkel in Bezug auf eine zugehörige Radiuslinie, die sich (von der Achse) nach außen zu jeder der Borsten erstreckt, abgeschrägt. Eine derartige Borstenabschrägung ist aus den in den Figuren veranschaulichten Ansichten nicht ersichtlich. In einem Beispiel beträgt der Winkel der Borsten im Wesentlichen fünfundvierzig Grad. In einer gewöhnlichen Konstruktion ist die Rückplatte und die Vorderplatte jeweils in Festkörperbauweise hergestellt und besteht im Wesentlichen aus Metall oder einer Metalllegierung, wie beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, aus rostfreiem Stahl. Die Borsten sind im Wesentlichen aus Metalldraht- oder Keramikdrahtborsten, wie beispielsweise jedoch nicht ausschließlich aus Drahtborsten aus kobaltbasierten Legierungen, gebildet. In einer Konstruktion sind die Metalldrahtborsten an der Vorder- und Rückplatte angeschweißt. In einer Anordnung sind die Bürstendichtungen an dem Stator durch Verbindung der Bürstendichtungssegmente mit einem Schlitz des Stators befestigt, wie dies in den Figuren veranschaulicht ist. Wie beschrieben, sind die Borsten in der Nähe des Rotors angeordnet (und in einer Anwendung sind sie derart angeordnet, dass sie diesen berühren).

Claims (10)

  1. Rotationsmaschine (10 und 11), die aufweist: a) einen Rotor (12 und 112) mit einer in Längsrichtung verlaufenden Achse (18 und 118) und einer äußeren Oberfläche (20 und 120), wobei die äußere Oberfläche einen im Allgemeinen in Längsrichtung verlaufenden ersten und zweiten Abschnitt (22 & 122 und 24) und einen dritten Abschnitt (26 und 126) aufweist, der in Längsrichtung zwischen und dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet und mit diesen verbunden ist, wobei der erste Abschnitt stromaufwärts von dem zweiten Abschnitt angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt einen im Wesentlichen konstanten ersten Radius hat und der zweite Abschnitt einen im Wesentlichen konstanten zweiten Radius hat, der kleiner als der erste Radius ist, und wobei der dritte Abschnitt wenigstens einen Bereich (28) hat, der radial zwischen dem ersten und dem zweiten Radius angeordnet ist und in einer anderen Richtung als senkrecht oder parallel zu der Achse gerichtet ist, b) einen Stator (14), der im Wesentlichen koaxial mit der Achse ausgerichtet ist und den Rotor in Umfangsrichtung umgibt und radial im Abstand von diesem angeordnet ist, c) eine erste Bürstendichtung (16), die an dem Stator befestigt ist, eine radial nach innen verlaufende erste Vorder- und Rückplatte (30 und 32) aufweist und mehrere erste Borsten (34) aufweist, die in Längsrichtung zwischen der ersten Vorder- und der ersten Rückplatte angeordnet sind, wobei die erste Vorderplatte (30) einen ersten radial inneren Rand (36) und einen ersten Abschnitt (38) aufweist, der sich zu dem ersten radial inneren Rand erstreckt, wobei der erste Abschnitt in Längsrichtung im Abstand von den ersten Borsten angeordnet ist, wobei die erste Rückplatte in Längsrichtung weiter stromabwärts von dem dritten Abschnitt der äußeren Oberfläche des Rotors angeordnet ist als die erste Frontplatte, und wobei die ersten Borsten freie Enden haben, die nahe an dem zweiten Abschnitt der äußeren Oberfläche des Rotors angeordnet sind, und d) eine zweite Bürstendichtung (62), die an dem Stator befestigt ist, eine radial nach innen verlaufende zweite Vorder- und Rückplatte (64 und 66) aufweist und mehrere zweite Borsten (68) aufweist, die in Längsrichtung zwischen der zweiten Vorder- und der zweiten Rückplatte angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorderplatte (64) einen zweiten radial inneren Rand (70) und einen zweiten Abschnitt (72) aufweist, der sich zu dem zweiten radial inneren Rand erstreckt, wobei der zweite Abschnitt in Längsrichtung im Abstand von den zweiten Borsten angeordnet ist, wobei die zweite Frontplatte in Längsrichtung weiter stromaufwärts von dem zweiten Abschnitt der äußeren Oberfläche des Rotors angeordnet ist als die zweite Rückplatte, wobei die zweiten Borsten freie Enden (73) haben, die nahe an dem ersten Abschnitt der äußeren Oberfläche des Rotors angeordnet sind, und wobei der zweite Abschnitt der zweiten Frontplatte an dem zweiten radial inneren Rand der zweiten Frontplatte einen Absatz (74) aufweist, der im Wesentlichen von den zweiten Borsten weg vorsteht.
  2. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die zweite Rückplatte den dritten Abschnitt der äußeren Rotoroberfläche in Längsrichtung wenigstens teilweise überlappt.
  3. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt entlang einer Richtung parallel zu der Achse eine Dicke hat und wobei die Dicke des Absatzes des zweiten Abschnitts der zweiten Frontplatte größer als die doppelte Dicke von jedem anderen Teil des zweiten Abschnitts der zweiten Frontplatte ist.
  4. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Bereich des dritten Abschnitts (126) der äußeren Rotoroberfläche als eine gerade Linie in einer über der Achse liegenden Querschnittsansicht erscheint, die durch eine Schnittebene gebildet ist, bei der die Längsachse in der Schnittebene liegt, und wobei die gerade Linie ein erstes Ende (142), das mit dem ersten Abschnitt der Außenfläche des Rotors verbunden ist, und ein zweites Ende (144) aufweist, das näher an der Achse als das erste Ende angeordnet ist.
  5. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Fläche des dritten Abschnittes (26) der Außenfläche des Rotors einen ersten Bereich (40) aufweist, der als ein konvexer Bogen in einer über der Achse liegenden Querschnittsansicht erscheint, die durch eine Schnittebene gebildet ist, bei der die Längsachse in der Schnittebene liegt, und wobei der konvexe Bogen ein erstes Ende (42), das mit dem ersten Abschnitt der Außenfläche des Rotors verbunden ist, und ein zweites Ende (44) aufweist, das näher an der Achse als das erste Ende des konvexen Bogens angeordnet ist.
  6. Rotationsmaschine nach Anspruch 5, wobei der wenigstens eine Bereich des dritten Abschnitts der Außenfläche des Rotors einen zweiten Bereich (46) aufweist, der als ein konkaver Bogen in der über der Achse liegenden Querschnittsansicht erscheint, und wobei der konkave Bogen ein erstes Ende (48), das mit dem zweiten Ende des konvexen Bogens verbunden ist, und ein zweites Ende (50) aufweist, das mit dem zweiten Abschnitt der Außenfläche des Rotors verbunden ist.
  7. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Bereich des dritten Abschnitts der Außenfläche des Rotors eine zweite Fläche aufweist, die als ein konkaver Bogen in einer über der Achse liegenden Querschnittsansicht erscheint, die durch eine Schnittebene gebildet ist, bei der die Längsachse in der Schnittebene liegt, und wobei der konkave Bogen ein erstes und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende weiter entfernt von der Achse angeordnet ist als das zweite Ende und wobei das zweite Ende mit dem zweiten Abschnitt der Außenfläche des Rotors verbunden ist.
  8. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Vorderplatte eine im Wesentlichen ebene Frontfläche (52), die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse orientiert und von den Borsten weg gerichtet ist, und eine im Wesentlichen ebene Rückfläche (54) hat, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse orientiert und auf die Borsten zu gerichtet ist, wobei der radial innere Rand der Vorderplatte die Vorderfläche und die Rückfläche miteinander verbindet und wobei der radial innere Rand einen konvexen Oberflächenabschnitt (60) hat, der sich von der Frontfläche in Längsrichtung zu der Rückfläche und radial nach innen zu der Achse erstreckt.
  9. Rotationsmaschine nach Anspruch 8, wobei der we nigstens eine Bereich des dritten Abschnitts der Außenfläche des Rotors eine erste Fläche aufweist, die als ein konvexer Bogen in einer über der Achse liegenden Querschnittsansicht erscheint, die durch eine Schnittebene gebildet ist, bei der die Längsachse in der Schnittebene liegt, und wobei der konvexe Bogen ein erstes Ende, das mit dem ersten Abschnitt der Außenfläche des Rotors verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das näher an der Achse als das erste Ende des konvexen Bogens angeordnet ist.
  10. Rotationsmaschine nach Anspruch 9, wobei der wenigstens eine Bereich des dritten Abschnitts der Außenfläche des Rotors eine zweite Fläche aufweist, die als konkaver Bogen in der über der Achse liegenden Querschnittsansicht erscheint, und wobei der konkave Bogen ein erstes Ende, das mit dem zweiten Ende des konvexen Bogens verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem zweiten Abschnitt der Außenfläche des Rotors verbunden ist.
DE60016366T 1999-12-15 2000-12-12 Rotationsmaschine mit einer Bürstendichtung Expired - Fee Related DE60016366T2 (de)

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US09/461,895 US6302646B1 (en) 1999-12-15 1999-12-15 Rotary machine containing a brush seal
US461895 1999-12-15

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