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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Dichtungen und
rotierende Maschinen und insbesondere auf eine Dichtungsanordnung,
die sowohl Dichtungszähne
als auch Bürstendichtungsborsten
aufweist, und auf eine rotierende Maschine, die eine solche Dichtung
enthält.
EP 0 816 726 und
US 5,749,584 offenbaren
solche Dichtungsanordnungen, die sowohl eine Bürstendichtung als auch Dichtungszähne aufweisen.
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Ohne
eine Beschränkung
darauf umfassen rotierende Maschinen Turbinen für Dampfturbinen sowie Kompressoren
und Turbinen für
Gasturbinen. Eine Dampfturbine weist einen Dampfpfad auf, der typischerweise
in Strömungsbeziehung
in Reihe einen Dampfeinlass, eine Turbine und einen Dampfauslass
enthält.
Eine Gasturbine weist einen Gaspfad auf, der typischerweise in Strömungsbeziehung in
Reihe eine Luftansaugöffnung
(oder Einlass), einen Kompressor, eine Brennkammer, eine Turbine und
einen Gasauslass (oder eine Schubdüse) enthält. Ein Gas- oder Dampfleckfluss entweder aus dem
Gas- oder Dampfpfad heraus oder in den Gas- oder Dampfpfad hinein
von einem Bereich höheren Druckes
in einen Bereich niedrigeren Druckes ist allgemein unerwünscht. Zum
Beispiel verringert ein Gaspfadleckfluss in dem Turbinen- oder Kompressorbereich
einer Gasturbine zwischen der Rotorwelle oder den Rotorblattspitzen
(d.h. den Schaufelspitzen) der Turbine oder des Kompressors und
dem sie in Umfangsrichtung umschließenden Turbinen- oder Kompressorgehäuse die
Effizienz der Gasturbi ne, was zu erhöhten Brennstoffkosten führt. Auch
ein Leckfluss im Dampfpfad in dem Turbinenbereich einer Dampfturbine
zwischen der Rotorwelle oder den Rotorschaufelspitzen (d.h. den
Blattspitzen) der Turbine und dem diese in Umfangsrichtung umschließenden Gehäuse verringert
die Effizienz der Dampfturbine, was zu erhöhten Brennstoffkosten führt.
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Dampf-
und Gasturbinen weisen eine Labyrinthzahndichtung auf, die zwischen
der rotierenden Rotorwelle oder den rotierenden Schaufel- oder Blattspitzen
und dem diese in Umfangsrichtung umgebenden Statorgehäuse angeordnet
ist, um den Leckfluss im Fluidpfad zu minimieren. Dampf- und Gasturbinen
weisen auch zwischen der rotierenden Welle und dem diese in Umfangsrichtung
umgebenden Statorgehäuse
angeordnete Bürstendichtungsborsten
auf, um den Leckfluss im Fluidpfad zu minimieren. Es ist bei Dampf-
und Gasturbinen bekannt, einen in Längsrichtung mittleren Zahn
einer Labyrinthdichtung durch eine Hauptbürstendichtung zu ersetzen und
dadurch eine Hybriddichtung zu schaffen, bei der die Zähne als
eine Neben- oder Zusatzdichtung zu der besser abdichtenden Bürstendichtung dienen,
wobei eine solche Hybriddichtung zwischen der rotierenden Rotorwelle
und dem sie in Umfangsrichtung umgebenden Statorgehäuse angeordnet
ist. Es werden jedoch keine solchen Bürsten- oder Hybriddichtungen
bei Dampf- oder Gasturbinen zwischen den rotierenden Schaufel- oder Blattspitzen
und dem diese in Umfangsrichtung umgebenden Statorgehäuse verwendet.
Es ist bekannt, dass der Dampfstrom in Dampfturbinen feste Teilchen
aufgrund von hartem Wasser enthält,
die durch die Zentrifugalkraft in den radial äußeren Bereich des Dampfpfades
in der Nähe der
Schaufelspitzen getrieben werden, wo solche sich schnell bewegenden
Teilchen Bürstendichtungsborsten
noch stärker
beschädigen
würden,
als sie Dichtungszähne
beschädigen.
Es ist auch be kannt, dass die Gasströmung in Flugzeuggasturbinen
von außen
eindringende Objekte (Foreign Objects), wie z.B. Fremdkörper von
der Piste enthalten kann, die durch die Zentrifugalkraft in den
radial äußeren Bereich
des Gaspfades in der Nähe
der Blattspitzen betrieben werden, wo solche sich schnell bewegenden Teilchen
Bürstendichtungsborsten
noch stärker
beschädigen
würden,
als sie Dichtungszähne
beschädigen.
Was benötigt
wird ist eine besser abdichtende Dichtung für Dampf- und Gasturbinen zwischen
den rotierenden Schaufel- oder
Blattspitzen und dem diese in Umfangsrichtung umgebenden Statorgehäuse.
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In
einer ersten Ausprägung
der Erfindung enthält
eine Dichtungsanordnung ein gebogenes Element. Das gebogene Element
weist eine Längsachse und
eine der Längsachse
gegenüberliegende,
radial nach innen weisende Fläche
auf. Die radial nach innen weisende Fläche enthält einen strömungsaufwärtigen Längsabschnitt
und einen strömungsabwärtigen Längsabschnitt.
Der strömungsaufwärtige Längsabschnitt
enthält
eine Anzahl von in Längsrichtung
voneinander beabstandeten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden
und radial nach innen vorragenden Dichtungszähnen. Der strömungsabwärtige Längsabschnitt
enthält
eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Bürstendichtung, die Borsten
aufweist. Die Bürstendichtung
ist in Längsrichtung
von den Dichtungszähnen
beabstandet, und die Borsten stehen bei einer Betrachtung in einem
Querschnitt des gebogenen Elementes entlang einer Schnittebene, bei
dem die Längsachse
in dieser Schnittebene liegt, radial nach innen vor. Die radial
nach innen weisende Seite weist einen Radius auf, der sich in Längsrichtung
derart verändert,
dass der Radius in der Längsrichtung
zwischen der Bürstendichtung
und einem der Bürstendichtung
in Längsrichtung
am nächsten liegenden
Zahn der Dichtungszähne
größer ist
als in der Längsrichtung
zwischen den Dichtungszähnen eines
in der Längsrichtung
der Bürstendichtung
am nächsten
liegenden Paares von Dichtungszähnen.
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In
einer zweiten Ausprägung
der Erfindung enthält
eine rotierende Maschine einen Rotor, eine Reihe von Blättern und
einen Stator. Der Rotor weist eine Längsachse auf. Die Blätter (d.h.
Schaufeln) weisen jeweils eine in Längsrichtung stromaufwärtige Seite,
eine in Längsrichtung
stromabwärtige
Seite, einen an dem Rotor befestigten Fuß und eine radial nach außen weisende
Spitze auf. Der Stator ist zu der Längsachse im Wesentlichen koaxial
ausgerichtet und umschließt
die Reihe von Schaufeln in Umfangsrichtung. Der Stator enthält eine
Dichtungsanordnung, wie sie bei der ersten Ausprägung der Erfindung beschrieben
worden ist, die einen Dichtungszahnbereich, einen Bürstendichtungsbereich
und eine Dampfstromexpansionskammer enthält. Der Dichtungszahnbereich
ist radial nahe bei den Spitzen der Schaufeln und in Längsrichtung
zu der in Längsrichtung
stromaufwärtigen
Seite der Schaufeln hin angeordnet und weist eine maximale Zahnhöhe auf. Der
Bürstendichtungsbereich
ist radial nahe bei den Spitzen der Schaufeln und in Längsrichtung
zu der in Längsrichtung
stromabwärtigen
Seite der Schaufeln hin angeordnet. Die Fluidexpansionskammer weist eine
radiale Ausdehnung auf, die größer ist
als die Höhe
des Zahns mit der maximalen Zahnhöhe. Bei einer Betrachtung in
einem Querschnitt der rotierenden Maschine entlang einer Schnittebene,
bei dem die Längsachse
in dieser Schnittebene liegt, bildet der Bürstendichtungsbereich eine
strömungsabwärtige Längsbegrenzung
der Fluidexpansionskammer, bildet der Dichtungszahnbereich eine
strömungsaufwärtige Längsbegrenzung
der Fluidexpansionskammer, bilden die Spitzen der Schaufeln eine
radial innere Begrenzung der Fluidexpansionskammer und bildet der Stator
auf der Länge
zwischen dem Bürstendichtungsbereich
und dem Dichtungszahnbereich eine radial äußere Begrenzung der Fluidexpansionskammer.
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Verschieden
nützliche
Wirkungen und Vorteile werden durch die Erfindung erzielt. Die Fluidexpansionskammer
bremst die Strömung
des Fluids (z.B. Dampf oder Gas) ab, so dass feste Partikel des harten
Wassers in Dampfturbinen und äußere Fremdkörper in
Gasturbinen sich langsamer bewegen und dadurch weniger Schaden verursachen, wenn
sie auf den Bürstendichtungsbereich
auftreffen.
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Die
Erfindung wird nun im Wege eines Beispiels mit Bezug auf die Zeichnungen
genauer beschrieben:
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht in Längsrichtung einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt
eine entlang der Linie 2-2 in 1 aufgenommene
Querschnittsansicht,
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3 zeigt
eine entlang der Linie 3-3 in 1 aufgenommene
Querschnittsansicht,
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4 zeigt
eine detailliertere Ansicht eines Ausschnitts aus 1,
und
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5 zeigt
eine Ansicht wie in 4 von einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Nun
mit Bezug auf die Zeichnungen: Die 1 bis 4 zeigen
schematisch eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfin dung. In einer ersten Ausprägung der
Erfindung enthält
eine Dichtungsanordnung 10 ein gebogenes Element 12.
In dieser Ausführungsform,
wie sie in den 2 und 3 gezeigt
ist, enthält
eine ringförmige
Dichtung 14 auch drei weitere Elemente 16, 18 und 20,
die zu dem gebogenen Element 12 jeweils im Wesentlichen identisch
sind. Die Anzahl der gebogenen Elemente, die von eins an aufwärts reichen
kann, ist durch Überlegungen
zu der Herstellung und der Montage bestimmt, wie von einem Fachmann
erkannt werden kann. Mit Bezug auf 1: Das gebogene
Element 12 weist eine Längsachse 21 und
eine auf die Längsachse 21 gerichtete,
radial nach innen weisende Seite 22 auf. Die radial nach
innen weisende Seite 22 enthält einen strömungsaufwärtigen Längsabschnitt 24 und
einen strömungsabwärtigen Längsabschnitt 26.
Im Betrieb ist das gebogene Element 12 so angeordnet, dass
die Hauptströmung
des Fluids in einer Richtung 27 von dem stömungsaufwärtigen Längsabschnitt 24 zu
dem strömungabswärtigen Längsabschnitt 26 verläuft.
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Der
strömungsaufwärtige Längsabschnitt 24 der
radial nach innen weisenden Seite 22 enthält eine Anzahl
von in Längsrichtung
voneinander beabstandeten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden
und radial nach innen vorragenden Dichtungszähnen. In der schematischen 1 sind
nur zwei Zähne 28 und 30 gezeigt,
während
in der detaillierteren 4 fünf Zähne 28, 30, 32, 34 und 36 gezeigt
sind. Die Anzahl der Zähne
wird vom Fachmann in Abhängigkeit von
dem jeweils erforderlichen Abdichtungsniveau und räumlichen
Beschränkungen
gewählt.
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Der
strömungabwärtige Längsabschnitt 26 der
radial nach innen weisenden Seite 22 enthält eine sich
in Umfangsrichtung erstreckende Bürstendichtung 38,
die eine Anzahl von Borsten 40 aufweist. Die Bürstendichtung 38 ist
in Längsrichtung
von den Dichtungszähnen 28–36 beabstandet.
Wie in den 1 und 4 zu sehen
ist, ragen die Borsten 40 bei einer Betrachtung in einem
Querschnitt des gebogenen Elementes 12 gemäß einer
Schnittebene, bei dem die Längsachse 21 in
dieser Schnittebene liegt, radial nach innen vor.
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Die
radial nach innen weisende Seite 22 hat einen Radius (d.h.
eine sich von der Längsachse 21 rechtwinklig
zu der radial nach innen weisenden Seite 22 erstreckende
Linie), der sich in Längsrichtung
in der Weise verändert,
dass der Radius in der Längsrichtung
zwischen der Bürstendichtung 38 und
dem der Bürstendichtung 38 in
der Längsrichtung
zunächst
liegenden Zahn 28 der Dichtungszähne größer ist als in der Längsrichtung
zwischen den Dichtungszähnen 28 und 30 des
der Bürstendichtung 38 in
der Längsrichtung
zunächst
liegenden Paares der Dichtungszähne.
Der größere Radius,
der in der Längsrichtung
zwischen der Bürstendichtung 38 und dem
Dichtungszahn 28 vorgefunden wird, ist in 1 durch
die gestrichelte Linie 41 gekennzeichnet. Der kleinere
Radius, der in der Längsrichtung
zwischen den Dichtungszähnen 28 und 30 vorgefunden
wird, ist in 1 durch die gestrichelte Linie 43 gekennzeichnet.
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Die
Dichtungszähne 28 bis 36 können mit dem
Rest des gebogenen Elementes 12 monolithisch sein, wie
es durch die schematische 1 angedeutet
ist, oder sie können
von dem gebogenen Element 12 separat und an diesem befestigt
sein, wie es in der detaillierteren 4 gezeigt
ist. Die Borsten 40 können
an dem bogenförmigen
Element 12 direkt befestigt sein, wie es durch die schematische 1 angedeutet
ist, oder sie können
zwischen einer Bürstendichtungsrückplatte 44 und
einer Bürstendichtungsvorderplatte 46 gehalten
werden, wie es in der detaillierteren 4 gezeigt
ist. In 4 ist das gebogene Element 12 ein
Umgehungskanal-Dichtband einer Dampfturbine, das monolithisch ausgebildete Dichtungszähne 28–32 aufweist
und eine Bürstendichtung 38 hält.
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Es
wird beachtet, dass in diesem Beispiel der Radius der radial nach
innen weisenden Seite 22 in der Längsrichtung zwischen der Bürstendichtung 38 und
dem der Bürstenddichtung 38 in
der Längsrichtung
am nächsten
liegenden Zahn 28 der Dichtungszähne größer ist als in der Längsrichtung
zwischen beliebigen der in Längsrichtung
aneinander anschließenden
Dichtungszähne 28 & 30, 30 & 32, 32 & 34 und 34 & 36.
Hier weist das gebogene Element 12 keine weitere Bürstendichtung
in der Längsrichtung stromaufwärtsseitig
der Dichtungszähne 28–36 auf. Ebenso
weist das gebogene Element 12 keine weiteren Dichtungszähne in der
Längsrichtung
stromabwärtsseitig
der Bürstendichtung 38 auf.
Die Bürstendichtung 38 wirkt
als die Hauptdichtung, und die Dichtungszähne 28–36 wirken
als eine Neben- bzw. Zusatzdichtung. Alle Dichtungszähne 28–36 sind
in Längsrichtung
stromaufwärtsseitig
der Bürstendichtung 38 angeordnet,
so dass sie irgendwelche Fremdkörper
in dem Fluidstrom in kleinere Teilchen zerbrechen, bevor solche
Fremdkörper
die Bürstendichtung 38 erreichen.
Der größere Radius 41 schafft ein
Expansionsvolumen, das die Fluidströmung abbremst, wie es von dem
Fachmann erkannt werden kann, und auf diese Weise werden die kleineren
Teilchen nur einen minimalen Verschleiß hervorrufen, wenn sie auf
die Borsten 40 auftreffen.
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In
einem Aufbau enthält
das gebogene Element 12 rostfreien Stahl oder besteht im
Wesentlichen aus solchem. Wie in den 1 und 4 zu sehen
ist, sind die Dichtungszähne 28–36 hier
ein monolithischer Teilbereich des gebogenen Elementes 12.
Die Borsten 40 enthalten eine Kobalt- oder Nickelsuperlegierung
oder bestehen im Wesentlichen aus einer solchen.
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In
einer zweiten Ausprägung
der Erfindung und wieder unter Bezug auf 4 enthält eine
rotierende Maschine 48 einen Rotor 50, eine Reihe
von Schaufeln 52 und einen Stator 54. Beispiele
für rotierende
Maschinen enthalten Dampf- und Gasturbinen ohne eine Beschränkung auf
solche. Der Ausdruck „Rotor" umfasst eine Rotorwelle,
eine Scheibe oder dergleichen ohne eine Beschränkung auf diese. Der Ausdruck „Schaufel" umfasst Gasturbinenschaufeln, Dampfturbinenschaufeln
und dergleichen ohne eine Beschränkung
auf diese und bezieht sich auf eine Schaufel oder ein Blatt mit
oder ohne separates oder monolithisches Deckband an der Schaufelspitze, eine
Schaufel mit oder ohne separater oder monolithischer Schaufelummantelung
an der Schaufelspitze und dergleichen ohne eine Beschränkung auf
diese. Die Ausdrücke „Schaufel" und „Rotor" umfassen eine separate
Schaufel und einen separaten Rotor ebenso wie einen Schaufelabschnitt
und einen Rotorabschnitt eines monolithischen Blisk (d.h. einer monolithischen
Schaufelblattscheibe bzw. Blade-Disk).
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Mit
Bezug auf 1: Der Rotor 50 weist
eine Längsachse 55 auf,
die mit der zuvor beschriebenen Längsachse 21 zusammenfällt. Jede
Schaufel 52 weist eine in Längsrichtung stromaufwärts liegende Kante 56 (d.h.
eine Vorderkante), eine in Längsrichtung
stromabwärts
liegende Kante 58 (d.h. eine Hinterkante), einen an dem
Rotor 50 befestigten Fuß 60 und eine radial
nach außen
weisende Spitze 62 auf. Die Hauptströmung des Fluids verläuft in einer
Richtung 27, die alternativ als die Richtung von der in Längsrichtung
stromaufwärts
liegenden Kante 56 zu der in Längsrichtung stromabwärts liegenden
Kante 58 beschrieben wird. Der Stator 54 ist allgemein
mit der Längsachse 55 koaxial
ausgerichtet und umschließt
die Reihe der Schaufeln 52 in Umfangsrichtung. Der Stator 54 enthält einen
Dichtungszahnbereich 64, einen Bürstendichtungsbereich 66 und
eine Fluidexpansionskammer 68.
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Der
Dichtungszahnbereich 64 ist radial nahe bei den Spitzen 62 der
Schaufeln 52 angeordnet und in Längsrichtung zu der (und in
einem Beispiel nahe bei der) in Längsrichtung strömungsaufwärts liegenden
Kante 56 der Schaufeln 52 angeordnet. Der Dichtungszahnbereich 64 weist
eine maximale Zahnhöhe
auf. In diesem Beispiel ist der Dichtungszahnbereich 64 durch
die zuvor beschriebenen Dichtungszähne 28–36 gegeben.
Aus 4 wird erkannt, dass in diesem Beispiel alle Dichtungszähne 28–36 im
Wesentlichen die gleiche Höhe
aufweisen, so dass jeder beliebige der Dichtungszähne 28–36,
wie z.B. der Zahn 28, ein Zahn von maximaler Höhe ist.
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Der
Bürstendichtungsbereich 66 ist
radial nahe bei den Spitzen 62 der Schaufeln 52 angeordnet
und in Längsrichtung
zu der (und in einem Beispiel nahe bei der) in Längsrichtung strömungsabwärts liegenden
Kante 58 der Schaufeln 52 angeordnet. In diesem
Beispiel ist der Bürstendichtungsbereich 66 durch
die zuvor beschriebene Bürstendichtung 38 gegeben.
Wie zuvor beschrieben enthält
die Bürstendichtung 38 Borsten 40,
eine Rückplatte 44 und
eine Vorderplatte 46.
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Die
Fluidexpansionskammer 68 erstreckt sich über eine
radiale Entfernung 69, die größer ist als die Höhe des Zahns
mit der maximalen Zahnhöhe (z.B.
des Zahns 28). Man betrachte einen Querschnitt der rotierenden
Maschine 48, wie er in den 1 und 4 zu
sehen ist. Ein solcher Querschnitt ist entlang einer Schnittebene
aufgenommen, wobei die Längsachse 55 in
dieser Schnittebene liegt. Bei einer Betrachtung in einem solchen
Querschnitt weist die Fluidexpansionskammer 68 die wie folgt
festgelegten Grenzen auf. Der Bürstendichtungsbereich 66 bildet
eine strömungsabwärtige Längsbegrenzung
der Fluidexpansionskammer 68, und der Dichtungszahnbereich 64 bildet
eine strömungsaufwärtige Längsbegrenzung
der Fluidexpansionskammer 68. Die Spitzen 62 der
Schaufeln 52 bilden eine radial innen liegende Begrenzung
der Fluidexpansionskammer 68, und der Stator 54 bildet
auf der Länge
zwischen dem Bürstendichtungsbereich 66 und
dem Dichtungszahnbereich 64 eine radial außen liegende
Begrenzung der Fluidexpansionskammer 68. In einem Beispiel
weist die Fluidexpansionskammer 68 im Wesentlichen mindestens
das Zweifache der Längs-
und der Radialausdehnung des leeren Volumens zwischen zwei beliebigen
benachbarten Dichtungszähnen 28–36 auf.
Hier wird die Geschwindigkeit irgendwelcher Teilchen in der Fluidströmung, die
auf die Borsten 40 auftreffen, im Wesentlichen mindestens
vier mal kleiner sein als die Geschwindigkeit irgendwelcher Fremdkörper in
der Fluidströmung,
die die Dichtungszähne 28–36 treffen,
und die Aufprallenergie einer die Borsten 40 treffenden
Masse wird im Wesentlichen wenigstens 16 mal kleiner sein als die
Aufprallenergie derselben, die Dichtungszähne 28 bis 36 treffenden
Masse.
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In 4 weisen
die Schaufeln 52 Schaufelspitzendeckbänder 70 (auch als
Ummantelungen bezeichnet) auf, die Zähne 72 enthalten.
In diesem Beispiel bilden der Dichtungszahnbereich 64 und
die Spitzen 62 der Schaufeln 52, die dem Dichtungszahnbereich
am nächsten
liegen, gemeinsam eine Labyrinthdichtung mit Zahnteilungsunterschied
bzw. eine Noniusdichtung. In einer Ausführung stehen drei Schneidendichtungsteilungen
des Stators vier Schneidendichtungsteilungen des Rotors radial gegenüber, wobei
der Zahn 36 normal beabstandet ist und die Zähne 28–34 so
eingerichtet sind, dass sie zwei Drittel des Radialspalts (d.h.
des radialen Spiels) des Zahns 36 aufweisen. In einer anderen Ausführungsform,
wie sie in 5 zu sehen ist, haben die Schaufelspitzendeckbändern 74 keine
Zähne,
und der Dichtungszahnbereich 76 und die Spitzen 78 der
Schaufeln 80, die dem Dichtungszahnbereich 76 am
nächsten
liegen, bilden eine Labyrinthdichtung.
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In
einem in 4 gezeigten Beispiel weist der
Stator 54 in der Längsrichtung
zwischen der in Längsrichtung
strömungsaufwärts und
strömungsabwärts liegenden
Kante 56 und 58 der Schaufeln 52 keinen
weiteren Bürstendichtungsbereich
auf, der in der Längsrichtung
strömungsaufwärtsseitig
des Dichtungszahnbereiches 64 liegt. Ebenso weist der Stator 54 in
der Längsrichtung
zwischen der in Längsrichtung
strömungsaufwärts und
stromabwärts liegenden
Kante 56 und 58 der Schaufeln 52 keinen weiteren
Dichtungszahnbereich auf, der in Längsrichtung strömungsabwärtsseitig
des Bürstendichtungsbereiches 66 liegt.
Hier enthält
der Stator 54 ein Statorgehäuse 82 und das gebogene
Element 12, wobei das gebogene Element 12 in einer
Nut 84 des Statorgehäuses 82 angeordnet
ist und den Dichtungszahnbereich 64, den Bürstendichtungsbereichs 66 und
die Fluidexpansionskammer 68 enthält. Es wird angemerkt, dass
der Stator bei rotierenden Maschinen, die zwei oder mehr Reihen
von Schaufeln aufweisen, für
jede der weiteren Schaufelreihen ein weiteres Paar von Bürstendichtungs-
und Dichtungszahnbereichen aufweisen kann.
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Im
Betrieb der rotierenden Maschine 48 dreht sich ihr Rotor 50 mit
den Schaufeln 52 um die Längsachse 55. Die Effizienz der
rotierenden Maschine 48 erfordert eine minimale Leckströmung in dem
Fluidpfad zwischen den Spitzen 62 der Schaufeln 52 und
dem sie in Umfangsrichtung umschließenden Stator 54.
Der Bürstendichtungsbereich 66 des
Stators 54 bildet zu diesem Zweck eine Hauptdichtung. Der
Stator 54 enthält
auch einen Dichtungszahnbereich 64 als eine Neben- bzw.
Reservedichtung, die eine geringere Abdichtungsfähigkeit als die Bürstendichtung,
aber eine bessere Verschleißbeständigkeit
gegen Schäden
durch Einschlag von Fremdkörpern
in dem Fluidpfad der rotierenden Maschine 48 aufweist.
Wie zuvor erwähnt
gehören
zu solchen Fremdkörpern
neben anderen Objekten Ablagerungen von hartem Wasser in Dampfturbinen und
von der Piste stammende feste Teilchen in Flugzeuggasturbinen. Solche
Fremdkörper
konzentrieren sich infolge der Zentrifugalkraft in dem radial äußeren Bereich
des Strömungspfads,
wobei ein solcher radial äußerer Bereich
den Spalt zwischen den Spitzen 62 der Schaufeln 52 und
dem sie in Umfangsrichtung umschließenden Stator 54 enthält. Die
in Längsrichtung
stromaufwärtige
Lage des Dichtungszahnbereiches 64 lässt die Dichtungszähne 28–36 die
Fremdkörper
in kleinere staubartige Teilchen zerbrechen. Die Fluidexpansionskammer 68 des
Stators 54, die in Längsrichtung
stromabwärtsseitig
des Dichtungszahnbereiches 64 angeordnet ist, bremst die
Teilchen ab, so dass sie den Bürstendichtungsbereich 66 mit
einer minimalen Wucht und einem minimalen Schaden für die Borsten 40 treffen.
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Wenn
es notwendig ist, kann der Bürstendichtungsbereich 66 einen
oder mehrere kleine Bereich aufweisen, die frei von Borsten sind,
um einen leichteren Durchtritt der Teilchen zu ermöglichen. Zum
Beispiel können
die Segmentenden an der horizontalen Teilfuge der Turbine in einer
rein radialen Richtung geschnitten sein, um eine schräge Leckströmung zwi schen
den Umfangssegmenten 12 und 16–20 zu minimieren,
aber weiterhin für
eine einfache Montage zu sorgen, während alle anderen Segmentenden
in einem Winkel, wie z.B. 45°,
geschnitten sind, der mit dem Borstenneigungswinkel übereinstimmt.
In einem Dampfturbinenbeispiel bedeutet dies, dass ein kleiner Teilbereich
der Borsten an der horizontalen Teilfuge verloren geht (und einen
einfacheren Durchtritt der Teilchen ermöglicht), und es stellt sicher,
dass die obere und untere Statorgehäusehälfte ohne ein Hängenbleiben
montiert werden können,
während
weiterhin ein zusammenhängendes
Borstenpaket um nahezu den gesamten Umfang der Dichtung herum geschaffen
wird.