DE60121539T2 - Wellendichtungsanordnung und Gasturbine - Google Patents

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DE60121539T2
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DE60121539T8 (de
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Mitsubishi Heavy Ind. Ltd. Hidekazu Takasago-shi Uehara
Mitsubishi Heavy Ind. Ltd. Tanehiro Takasago-shi Shinohara
Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Kouichi Takasago-shi Akagi
Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Masanori Takasago-shi Yuri
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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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
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
    • F16J15/3292—Lamellar structures

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  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, die in einer Drehwelle und dgl. einer groß dimensionierten Fluidmaschine verwendet wird, wie z.B. einer Gasturbine, einer Dampfturbine, einem Kompressor, einem Wasserrad, einem Kühlschrank und einer Pumpe. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Gasturbine, bei der ein Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck in eine Turbine eingeleitet wird, das Gas darin expandiert und eine dynamische Kraft durch Umwandeln der Wärmeenergie des Gases in mechanische Drehenergie erzeugt wird, sowie auf eine Wellendichtung, die in geeigneter Weise an einer Welle verwendet wird, welche die Gasturbine umfasst.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • In einer Gasturbine ist eine Wellendichtung zum Reduzieren der von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite ausleckenden Gasmenge zwischen Leitschaufeln und der Drehwelle vorgesehen. Als diese Wellendichtung ist eine nicht-kontaktierende Labyrinthdichtung weitverbreitet verwendet worden. Bei dieser Labyrinthdichtung muß jedoch der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen den Oberseiten bzw. Enden der Rippen um einen bestimmten Betrag vergrößert werden, so dass die Oberseiten bzw. Spitzen der Rippen keinen Kontakt infolge einer axialen Vibration oder einer übermäßigen thermischen Verformung während eine Übergangsdrehung (transient rotation) aufnehmen. Infolgedessen leckt eine große Gasmenge aus. Statt dieser Labyrinthdichtung ist eine Bürstendichtung entwickelt worden, und zwar mit der Zielsetzung, die Leckagemenge zu reduzieren.
  • Die 16A und 16B sind schematische Darstellungen des Aufbaus dieser Art von Bürstendichtung. In den 16A und 16B stellt die Bezugsziffer 1 eine Drehwelle dar, die Bezugsziffer 2 ein Gehäuse, die Bezugsziffer 3 eine niederdruckseitige Seitenplatte, die Bezugsziffer 4 eine hochdruckseitige Seitenplatte, die Bezugsziffer 5 einen Lötabschnitt und die Bezugsziffer 6 Drähte. Die Drähte 6 sind aus Filamenten hergestellt, die einen Durchmesser von 50 bis 100 μm aufweisen und flexibel genug sind, um eine Dezentrierung auszugleichen, die durch die Vibration der Drehwelle 1 oder durch thermische Verformung verursacht wird. Die Drähte 6 sind dicht zu einem Bündel mit einer Breite von 3 bis 5 mm gebündelt, so dass sich keine Zwischenräume dazwischen befinden. Ferner sind die Drähte 6 unter einem Gradienten zur Drehrichtung hin so angebracht, dass sie einen spitzen Winkel mit einem Außenumfang der Drehwelle 1 bilden. Die Spitzen der Drähte 6 berühren den Außenumfang der Drehwelle 1 mit einem vorbestimmten Vordruck, wodurch die Leckagemenge in der Axialrichtung verringert wird.
  • Die Drähte 6 gleiten an der Drehwelle 1, während sie sie kontaktieren und Wärme erzeugen, die von den atmosphärischen Bedingungen oder der Umfangsgeschwindigkeit abhängt, und werden glühend rot. Aus diesem Grund wird ein Material, das gegenüber hohen Temperaturen beständig ist, wie z.B. eine INCONEL-Legierung oder eine HASTELLOY-Legierung für die Drähte 6 gemäß den Verwendungsbedingungen eingesetzt. Da die Gleitfläche am äußeren Rand der Drehwelle 1 zusammen mit den Drähten 6 korrodiert, wird sie mit einem korrosionsbeständigen Material beschichtet. Da außerdem die Drähte 6 nur geringe Flexibilität in der Axialrichtung der Drehwelle 1 haben, wird Schaden an den Drähten 6 vermieden, indem der Innendurchmesser der niederdruckseitigen Seitenplatte 3 im wesentlichen gleich dem äußeren Rand der Drehwelle 1 gemacht wird.
  • Außerdem ist, wie in EP 1 013 975 A1 offenbart ist, eine Blattdichtung entwickelt worden, wie die beispielsweise in 17 dargestellte. Wie in 17 gezeigt ist, umfasst die Blattdichtung 10 flache dünne Platten 18 mit einer vorbestimmten Breite, die in mehreren Schichten in der Axialrichtung der Drehwelle 11 an deren Rand vorgesehen sind.
  • Die äußeren Basisenden der dünnen Platten 18 sind in einem Gehäuse 12 angelötet, d.h. die dünne Platte 18 ist am Gehäuse durch einen Lötabschnitt 15 angebracht, wodurch der äußere Rand der Drehwelle 11 abgedichtet wird und wodurch der Umfangsraum der Drehwelle 11 in einen Hochdruckbereich und einen Niederdruckbereich unterteilt wird. Eine hochdruckseitige Seitenplatte 14 und eine niederdruckseitige Seitenplatte 13 sind jeweils in dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich auf beiden Seiten der dünnen Platten 18 angebracht und fungieren als Führungen in der Druckrichtung.
  • Die dünnen Platten 18 haben eine vorbestimmte Steifigkeit bzw. Starrheit, die durch die Dicke der Platten in der Axialrichtung der Drehwelle 11 bestimmt wird. Die dünnen Platten 18 sind an dem Gehäuse 12 so angebracht, dass der Winkel, den sie mit dem Rand der Drehwelle 11 bilden, in bezug auf die Axialrichtung der Drehwelle 11 spitz ist. Obwohl die Spitzen bzw. Außenseiten der dünnen Platten 18 die Drehwelle 11 mit einem vorbestimmten Druck kontaktieren, wenn die Drehwelle 11 stationär ist, bewirkt der von der Drehung der Drehwelle 11 erzeugte dynamische Druck, dass die Außenseiten der dünnen Platten 18 sich anheben, wenn sich die Drehwelle 11 dreht, so dass kein Kontakt zwischen den dünnen Platten 18 und der Drehwelle 11 besteht.
  • Ein geringer Spalt bzw. Zwischenraum 19 ist zwischen jeder der geschichteten flachen dünnen Platten 18 vorgesehen. Da der Dichtungsdurchmesser ausreichend groß ist, d.h. da der Durchmesser der Drehwelle 11 ausreichend groß ist, kann jeder Zwischenraum 19 als annähernd konstant von der Außenseite des Randes zur Innenseite des Randes betrachtet werden.
  • Bei der Wellendichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau sind die dünnen Platten 18 mit einer Breite in der Axialrichtung der Drehwelle 11 in der Umfangsrichtung der Drehwelle 11 geschichtet. Die dünnen Platten 18 haben eine geringe Flexibilität in der Umfangsrichtung der Drehwelle 11, und der Dichtungsmechanismus hat eine hohe Steifigkeit in der Axialrichtung der Drehwelle 11.
  • Da bei dem obigen Dichtungsmechanismus die dünnen Platten 18, welche das Dichtungselement bilden, parallel in der Axialrichtung der Drehwelle 11 vorgesehen sind, ist die außenseitige Lötstelle, die am Gehäuse 12 angelötet ist, in der Axialrichtung der Drehwelle 11 gesichert.
  • Infolgedessen ist es möglich, zu vermeiden, dass die dünnen Platten 18 vom Gehäuse 12 entfernt werden; dies ist ein Nachteil bei herkömmlichen Bürstendichtungen, bei denen die Drähte aus dem Gehäuse entfernt werden können.
  • Die oben beschriebene Bürstendichtung weist jedoch die folgenden Probleme auf.
  • Es besteht ein Problem der Leckage zwischen den Drähten 6 und von der Gleitfläche am äußeren Rand der Drehwelle 1, welcher die Drähte 6 berührt, wenn aber der Dichtungs-Differentialdruck einen Toleranzpegel überschreitet, der vom Durchmesser der Drähte 6 und der Anordnung der niederdruckseitigen Seitenplatten 3 und dgl. bestimmt wird, werden alle Drähte 6 zu der Niederdruckseite hin verdreht und zerreißen, was einen Durchblaseraum zwischen den Drähten 6 und der Drehwelle 1 erzeugt, mit dem folglichen Verlust der Dichtungsfunktionen.
  • Die Steifigkeit der Drähte 6, welche die Bürstendichtung bilden, wird durch ihre Fähigkeit bestimmt, der axialen Vibration der Drehwelle 1, dem angemessenen Druck gegen die Drehwelle 1 und dgl. zu folgen, und es gibt einen Grenzwert in dem Ausmaß, bis zu dem die Flexibilität durch Erhöhen des Durchmessers der Drähte 6 und dgl. erhöht werden kann. Daher weist der Dichtungs-Differentialdruck in der Axialrichtung der Drehwelle 1, der von der Flexibilität der Drähte 6 abhängt, ein Maximum von etwa 0,5 MPa auf, und es kann kein größerer Differentialdruck als dieser abgedichtet werden. Da die Drähte 6 extrem dünn sind, im allgemeinen haben sie einen Durchmesser von etwa 50 bis 100 μm, besteht die Gefahr, dass die Drähte zerreißen und infolge des Gleitens gegen den Rand der Drehwelle 1 herausfallen; dies erschwert es, die Gasturbine für einen langen Zeitraum einzusetzen.
  • Da die Drähte 6 gegen die Umfangsfläche der Drehwelle 1 gleiten, ist die Gasmenge, die von den Spitzen der Drähte 6 ausleckt, erheblich geringer als bei der Labyrinthdichtung und dgl. Es ist jedoch schwierig, die Leckage zwischen den Spitzen der Drähte auf einem niedrigen Betrag zu stabilisieren.
  • Da die Drähte 6 und die Umfangsfläche der Drehwelle 1 gegeneinander gleiten, muß ein korrosionsbeständiges Material auf der Oberfläche der Drehwelle 1 vorgesehen sein. Es gibt jedoch keine etablierte Methode der Aufbringung einer korrosionsbeständigen Beschichtung, die über eine lange Nutzungszeit hinweg beständig ist, auf die Umfangsfläche einer Drehwelle mit großem Durchmesser. Da die Drähte 6 und die Drehwelle 1 erheblich korrodieren, ist die Lebensdauer der Bürstendichtung kurz, und sie muß häufig ausgetauscht werden.
  • Ferner weist die oben beschriebene Blattdichtung 10 die folgenden Probleme auf.
  • Der von der Drehung der Drehwelle 11 erzeugte dynamische Druck bewirkt, dass sich die Spitzen der dünnen Platten 18 von der Oberfläche der Drehwelle 11 anheben, so dass kein Kontakt zwischen den dünnen Platten 18 und der Drehwelle 11 besteht. Dieser Aufbau verhindert eine übermäßige Wärmeerzeugung und Korrosion. In dem Fall jedoch, in dem die unterdruckseitige Seitenplatte 13 und die hochdruckseitige Seitenplatte 14 derart vorgesehen sind, dass der Spalt zwischen der niederdruckseitigen Seitenplatte 13 und den dünnen Platten 18 im wesentlichen gleich dem Spalt zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte 14 und den dünnen Platten 18 ist, wenn Druck von der Hochdruckseite aus aufgebracht wurde, verformt die zusätzliche Drucklast die dünnen Platten 18 zu der Mitte in der Radialrichtung der Drehwelle 11 hin und macht es schwierig, die dünnen Platten von einer Berührung der Drehwelle 11 abzuhalten, wenn die Blattdichtung mit einem geringen dynamischen Druck und dgl. aktiviert wird. Aus diesen Gründen erfordern die oben beschriebene Bürstendichtung und Blattdichtung weitere Verbesserungen, um eine Gasleckage zu verringern und die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
  • ABRISS DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben erläuterten Sachlage getätigt und hat die Aufgabe, eine Wellendichtung bereitzustellen, welche das Auslecken von Gas von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite verringert und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, sowie eine Gasturbine, die mit der Blattdichtung ausgestattet ist.
  • Um die obigen Aufgaben zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Wellendichtungsanordnung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 bereit.
  • Bei der Blattdichtung stellt der Gasdruck-Einstellmechanismus eine Gasdruckverteilung derart her, dass der Gasdruck in dem Winkelabschnitt am höchsten ist, der an der spitzen Seite und auf der Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte positioniert ist und sich allmählich abschwächt, wenn er sich einem diagonal gegenüberliegenden Winkel annähert.
  • Gemäß der Blattdichtung kann der Gasdruck-Einstellmechanismus den Gasdruck so einstellen, dass, wenn die dünnen Platten im Querschnitt entlang einer imaginären Ebene unter einem rechten Winkel zur Richtung ihrer Breite betrachtet werden und die Seite der dünnen Platten, welche der Drehwelle zugewandt ist, als Bodenfläche bezeichnet wird und die Rückseite als Oberseite bezeichnet wird, und Gasdruck von der hochdruckseitigen Seitenplatte zur niederdruckseitigen Seitenplatte auf die dünnen Platten einwirkt, der auf die Bodenfläche einwirkende Gasdruck höher ist als der an einem gegebenen Punkt entlang der Querschnittsflächen der dünnen Platten auf die Oberseite einwirkende Druck. Daher heben sich die dünnen Platten an und stehen nicht in Kontakt mit der Drehwelle.
  • Genauer gesagt strömt Gas, das von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite strömt, zwischen der Umfangsfläche der Drehwelle und den Spitzen bzw. Außenseiten der dünnen Platten und entlang den oberen und unteren Flächen der dünnen Platten. Hierbei tritt das entlang den oberen und unteren Flächen der dünnen Platten strömende Gas zwischen die hochdruckseitige Seitenplatte und die Umfangsfläche der Drehwelle ein und breitet sich zu dem diagonal gegenüberliegenden Winkel hinaus. Gleichzeitig nimmt der Gasdruck, der auf die Ober- und Unterseiten der dünnen Platten mit einer senkrechten, dreieckigen Gasverteilung auftritt, in der Nähe der Spitzen- bzw. Außenseitenabschnitte zu und nimmt ab, wenn er zu der Außenumfangsbasis strömt. Obwohl die Gasdruckverteilung an der Ober- und Unterseite im wesentlichen die gleiche ist, sind die dünnen Platten diagonal angeordnet, so dass sie einen spitzen Winkel mit der Umfangsfläche der Drehwelle bilden, und infolgedessen weichen die Positionen der Druckverteilung an der Ober- und Unterseite voneinander ab. Das heißt, wenn die Gasdrücke an der Ober- und Unterseite an irgendeinem gegebenen Punkt von der Außenumfangsbasis zur Spitzenseite der dünnen Platte verglichen werden, stellt sich heraus, dass sie sich unterscheiden.
  • Da der Gasdruck gegen die Bodenfläche bzw. Unterseite (Fb) höher ist als der Gasdruck gegen die obere Fläche bzw. Oberseite (Fa), verformen sich die dünnen Platten und heben sich höher an als die Drehwelle, wobei sie in dieser Richtung wirken. Zu diesem Zeitpunkt geschieht das Gegenteil an dem Abschnitt nahe den Außenseiten der dünnen Platten, wobei ein Gasdruck nur auf die Oberseite einwirkt (da die äußersten Außenabschnitte der dünnen Platten diagonal geschnitten sind, so dass sie die Umfangsfläche berühren, gibt es keinen Abschnitt, der der Unterseite entspricht. Diese Kraft wird durch den Druck von zwischen der Umfangsfläche und den Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platte strömenden Gas ausgeglichen, das in der Richtung wirkt, entlang der die Spitzen bzw. Oberseiten der dünnen Platten sich von der Umfangsfläche (Fc) abheben, und infolgedessen keine Kraft vorhanden ist, welche die Oberseiten der dünnen Platten gegen die Drehwelle drückt. Daher ist die Drucklast des auf jede dünne Platte einwirkenden Gasdrucks (Fb + Fc) > Fa, was es ermöglicht, dass die dünnen Platten verformt werden, so dass sie sich höher anheben als die Umfangsfläche.
  • Die Größe des Abschnitts, der am Gehäuse befestigt ist, ist größer als im Fall der Verwendung von Drähten einer herkömmlichen Bürstendichtung, was es ermöglich, dass die dünnen Platten sicher am Gehäuse befestigt sind.
  • Da die Außenseiten der dünnen Platten in der Axialrichtung der Drehwelle sehr starr sind und in der Umfangsrichtung der Drehwelle flexibel sind, verformen sie sich kaum in der Richtung des Differentialdrucks, was es ermöglicht, die Toleranz des Dichtungs-Differentialdrucks zu erhöhen und den Kontakt zwischen den dünnen Platten und der Drehwelle zu verringern, wenn die Drehwelle vibriert.
  • Bei der Wellendichtung sind die niederdruckseitige Seitenplatte und die hochdruckseitige Seitenplatte so positioniert, dass die Größe eines niederdruckseitigen Zwischenraums zwischen den dünnen Platten und der niederdruckseitigen Seitenplatte größer ist als ein hochdruckseitiger Zwischenraum zwischen den dünnen Platten und der hochdruckseitigen Seitenplatte.
  • Gemäß der Wellendichtung passiert das Gas, wenn von der Hochdruckseite her Druck aufgebracht wird, die dünnen Platten und versucht, von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite zu strömen. Da zu diesem Zeitpunkt aber der Spalt zwischen den dünnen Platten und der niederdruckseitigen Seitenplatte größer ist als der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen den dünnen Platten und der hochdruckseitigen Seitenplatte, strömt das Gas, das zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte und der Umfangsfläche der Drehwelle eingetreten ist, entlang den Ober- und Unterseiten der dünnen Platten und breitet sich zu dem diagonal gegenüberliegenden Winkel hin aus, und gleichzeitig expandiert ein Niederdruckbereich an der Außenumfangsbasis. Daher kann die Verteilung von Gasdruck gegenüber den Ober- und Unterseiten an einem gegebenen Punkt entlang der Querschnittsfläche der dünnen Platten, die senkrecht zu der Axialrichtung ist, dreieckig gestaltet werden, wobei sie bei Annäherung an die Außenumfangsbasis von der Oberseite der dünnen Platten her allmählich abnimmt. Aus den oben erwähnten Gründen wird ein Druckgefälle an den Ober- und Unterseiten der dünnen Platten erzeugt, was bewirkt, dass sie sich bis zu einem kontaktlosen Zustand mit der Drehwelle anheben.
  • Außerdem ist vorzuziehen, dass der Gasdruck-Einstellmechanismus die hochdruckseitige Seitenplatte und die niederdruckseitige Seitenplatte umfasst, deren Länge in der Radialrichtung der Drehwelle kürzer ist als die Länge der hochdruckseitigen Seitenplatte in der Radialrichtung der Drehwelle.
  • Gemäß der Wellendichtung, wenn Druck von der Hochdruckseite her aufgebracht wird, passiert das Gas die dünnen Platten und versucht, von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite zu strömen. Da hierbei jedoch die Länge der niederdruckseitigen Seitenplatte in der Drehwellen-Radialrichtung kürzer ist als die Länge der hochdruckseitigen Seitenplatte in der Drehwellen-Radialrichtung, wird dadurch ein Raum an der Niederdruckseite gebildet, und das Gas, das zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte und der Umfangsfläche der Drehwelle eingetreten ist, strömt entlang den Ober- und Unterseiten der dünnen Platten und verbreitet sich zu dem diagonal gegenüberliegenden Winkel, und gleichzeitig expandiert ein Niederdruckbereich an der Außenumfangsbasis. Daher kann die Verteilung eines Gasdrucks gegenüber den Ober- und Unterseiten an einem gegebenen Punkt entlang der Querschnittsfläche der dünnen Platten, die senkrecht zu der Axialrichtung ist, dreieckig gestaltet werden, wobei sie allmählich abnimmt, wenn sie sich der Außenumfangsbasis von der Oberseite der dünnen Platten her annähern. Aus den oben erwähnten Gründen wird ein Druckgefälle an den Ober- und Unterseiten der dünnen Platten geschaffen, was bewirkt, dass sie sich bis zu einem kontaktlosen Zustand mit der Drehwelle anheben.
  • Außerdem umfasst der Gasdruck-Einstellmechanismus eine flexible Platte, die in der Axialrichtung der Drehwelle flexibel ist und an der Hochdruckseite der dünnen Platten angeordnet ist.
  • Gemäß der Wellendichtung, wenn Druck von der Hochdruckseite her aufgebracht wird, passiert das Gas die dünnen Platten und versucht, von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite zu strömen. Wenn jedoch die flexiblen Platten, die in der Axialrichtung der Drehwelle flexibel sind, auf der Hochdruckseite der dünnen Platten vorgesehen sind (z.B. indem die hochdruckseitige Seitenplatte aus einer Platte mit niedrigem Relief gestaltet wird, die in der Axialrichtung der Drehwelle flexibel ist, oder indem eine Platte mit niedrigem Relief, die in der Axialrichtung der Drehwelle flexibel ist, in dem Spalt zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte und der dünnen Platte vorgesehen wird und dgl.), biegt sich die flexible Platte infolge des Gasdrucks von der Hochdruckseite und verringert die Größe des Zwischenraums zwischen der dünnen Platte und der Hochdruckseite, bis sie schmäler ist als der Spalt zwischen der dünnen Platte und der Niederdruckseite. Infolgedessen strömt das Gas, das zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte und der Umfangsfläche der Drehwelle eingetreten ist, entlang den Ober- und Unterseiten der dünnen Platten und breitet sich zu dem diagonal gegenüberliegenden Winkel aus, und gleichzeitig expandiert der Niederdruckbereich an der Außenumfangsbasis. Daher kann die Verteilung des Gasdrucks gegenüber den Ober- und Unterseiten an einem gegebenen Punkt entlang der Querschnittsfläche der dünnen Platten, die senkrecht zu der Axialrichtung ist, dreieckig gestaltet werden, wobei er allmählich von der Oberseite der dünnen Platten zu der Außenumfangsbasis abnimmt. Aus den oben erwähnten Gründen wird ein Druckgefälle an den Ober- und Unterseiten der dünnen Platten geschaffen und bewirkt, dass sie bis zu einem kontaktlosen Zustand mit der Drehwelle ansteigen.
  • Außerdem ist vorzuziehen, dass der Gasdruck-Einstellmechanismus geschlitzte flexible Platten aufweist, die in der Axialrichtung der Drehwelle flexibel sind, und die an der Hochdruckseite der dünnen Platten angeordnet sind und Schlitze an mehr als zwei Stellen entlang dem gesamten Rand derselben aufweisen.
  • Gemäß der Wellendichtung passiert Gas, wenn Druck von der Hochdruckseite aufgebracht wird, die dünnen Platten und versucht, von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite zu strömen. Wenn jedoch die geschlitzten flexiblen Platten, die in der Axialrichtung der Drehwelle flexibel sind und Schlitze an mehr als zwei Stellen entlang ihrem gesamten Rand aufweisen, an der Hochdruckseite der dünnen Platten vorgesehen sind (z.B. indem die hochdruckseitige Seitenplatte zu einer dünnen Platte gemacht wird, die in der Axialrichtung der Drehwelle flexibel ist und Schlitze an mehr als zwei Stellen entlang ihres gesamten Randes aufweist, oder durch Bereitstellen einer Platte mit niedrigem Relief, die in der Axialrichtung der Drehwelle flexibel ist und Schlitze an mehr als zwei Stellen entlang ihres gesamten Randes aufweist, in dem Zwischenraum zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte und der dünnen Platte und dgl.), biegt sich die flexible Platte infolge des Gasdrucks von der Hochdruckseite, wobei die Größe des Zwischenraums zwischen der dünnen Platte und der Hochdruckseite verringert wird, bis er schmäler ist als der Zwischenraum zwischen der dünnen Platte und der Niederdruckseite. Infolgedessen strömt das Gas, das zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte und der Umfangsfläche der Drehwelle eingetreten ist, entlang den oberen und unteren Seiten der dünnen Platten und weitet sich zu dem diagonal gegenüberliegenden Winkel aus, und gleichzeitig expandiert der Niederdruckbereich an der Außenumfangsbasis. Daher kann die Verteilung von Gasdruck gegen die oberen und unteren Flächen an einem gegebenen Punkt entlang der Querschnittsfläche der dünnen Platten, die senkrecht zu der Axialrichtung ist, dreieckig gestaltet werden, wobei er allmählich von der Außenseite der dünnen Platten zu der Außenumfangsbasis abnimmt. Aus den oben erwähnten Gründen wird ein Druckgefälle an den oberen und unteren Flächen der dünnen Platten erzeugt, was bewirkt, dass sie sich bis zu einem Stadium des Nicht-Kontakts mit der Drehwelle anheben. Außerdem ist vorzuziehen, dass die Wellendichtung ferner einen Spaltgrößen-Einstellmechanismus umfasst, der zwischen der niederdruckseitigen Seitenplatte und den dünnen Platten vorgesehen ist, um die dünnen Platten zu haltern und die Größe des Spalts bzw. Zwischenraums zwischen der niederdruckseitigen Seitenplatte und den dünnen Platten beizubehalten, wenn die dünnen Platten versuchen, sich zu der niederdruckseitigen Seitenplatte hin zu bewegen.
  • Es ist vorzuziehen, dass der Spaltgrößen-Einstellmechanismus einen ersten Stufenabschnitt umfasst, der auf der Seite der niederdruckseitigen Seitenplatte so vorgesehen ist, dass er zu der Seite der dünnen Platten vorsteht, und der erste Stufenabschnitt einen Ring bildet, der entlang der niederdruckseitigen Seitenplatte um die Drehwelle herum verläuft.
  • Außerdem ist vorzuziehen, dass der erste Stufenabschnitt Belüftungslöcher zum Bilden eines Raums umfasst, der sich mit der Drehwellen-Radialrichtungs-Innenumfangsseite und der Drehwellen-Radialrichtungs-Außenumfangsseite zwischen der dünnen Platte und der niederdruckseitigen Seitenplatte vereinigt bzw. verbindet.
  • Da gemäß der Wellendichtung die Belüftungslöcher in dem ersten Stufenabschnitt mit dem Spaltgrößen-Einstellmechanismus vorgesehen sind, wird ein Widerstand gegenüber der Gasströmung zwischen der Drehwellen-Radialrichtungs-Innenumfangsseite und der Drehwellen-Radialrichtungs-Außenumfangsseite in dem Spaltzwischenraum zwischen der dünnen Platte und der niederdruckseitigen Seitenplatte mit dem Stufenabschnitt als Grenze verringert. Infolgedessen führt der erste Stufenabschnitt die dünnen Platten weiter, während er eine Druckverteilung in der Radialrichtung der Drehwelle genauso erreicht, als ob der erste Stufenabschnitt nicht existierte.
  • Wenn daher der Druck der Gasströmung von der hochdruckseitigen Seitenplatte zu der niederdruckseitigen Seitenplatte auf die dünnen Platten einwirkt, kann die Gasdruckverteilung über einem breiten Bereich so gestaltet werden, dass der Gasdruck gegen die Oberseite und Unterseite der dünnen Platten an einem Winkelabschnitt an der Außenseite gegenüber der Drehwelle und auf der Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte am höchsten ist und sich allmählich abschwächt, wenn er sich dem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt annähert, was eine Gasverteilung über einem engen Bereich vermeidet.
  • Da eine breite Gasdruckverteilung auf die dünnen Platten einwirken kann, kann daher das Druckgefälle an den Ober- und Unterseiten der dünnen Platten zuverlässig über einem breiten Bereich erzielt werden und macht es möglich, den Gasdruck zuverlässig so einzustellen, dass sich die dünnen Platten höher anheben als die Umfangsfläche der Drehwelle.
  • Es ist vorzuziehen, dass der Spalteinstellmechanismus einen zweiten Stufenabschnitt umfasst, der auf der Seite der niederdruckseitigen Seitenplatte so vorgesehen ist, dass er zu der dünnen Plattenseite hin vorsteht, und der zweite Stufenabschnitt, der mehrere im Ring unterteilte Platten umfasst, intermittierend mit gleichen Abständen dazwischen entlang der niederdruckseitigen Seitenplatte so vorgesehen ist, dass er einen Ring um die Drehwelle herum bildet. Da gemäß der Wellendichtung die mehreren im Ring unterteilten Platten mit Intervallen dazwischen in dem zweiten Stufenabschnitt angeordnet sind, der den Spaltgrößen-Einstellmechanismus aufweist, wird ein Widerstand zu der Gasströmung zwischen der Drehwellen-Radialrichtungs-Innenumfangsseite und der Drehwellen-Radialrichtungs-Außenumfangsseite in dem Spaltzwischenraum zwischen der dünnen Platte und der niederdruckseitigen Seitenplatte mit dem zweiten Stufenabschnitt als Grenze reduziert. Infolgedessen haltert der zweite Stufenabschnitt die dünnen Platten weiter, während er eine Druckverteilung der Radialrichtung der Drehwelle erzielt, als ob der zweite Stufenabschnitt nicht existiert.
  • Wenn daher der Druck der Gasströmung von der hochdruckseitigen Seitenplatte zu der niederdruckseitigen Seitenplatte auf die dünnen Platten einwirkt, kann die Gasdruckverteilung über einen breiten Bereich so gestaltet werden, dass der Gasdruck gegen die Ober- und Unterseiten der dünnen Platten an einem Winkelabschnitt an der Außenseite gegenüber der Drehwelle und auf einer Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte am höchsten ist und sich allmählich abschwächt, wenn er sich dem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt annähert, was eine Gasverteilung über einem engen Bereich vermeidet. Daher kann das Druckgefälle zwischen der Ober- und Unterseite der dünnen Platten zuverlässig über einem breiten Bereich erzielt werden und ermöglicht es, den Gasdruck zuverlässig so einzustellen, dass die dünnen Platten höher ansteigen als die Übergangsfläche der Drehwelle.
  • Es ist vorzuziehen, dass mehrere erste Stufenabschnitte konzentrisch um die Drehwelle herum vorgesehen werden. Außerdem ist es auch vorzuziehen, dass mehrere zweite Stufenabschnitte konzentrisch um die Drehwelle vorgesehen sind. Gemäß diesen Wellendichtungen ist es möglich, die gleichen Wirkungen wie bei der obigen Wellendichtung zu erzielen.
  • Außerdem ist vorzuziehen, dass der Spalteinstellmechanismus einen dritten Stufenabschnitt umfasst, der auf der Seite der niederdruckseitigen Seitenplatte so vorgesehen ist, dass er zu der Seite der dünnen Platten hin vorsteht, und der dritte Stufenabschnitt mit mehreren spiralförmigen Platten, die, wenn die niederdruckseitige Seitenplatte von den dünnen Platten aus betrachtet wird, von der Drehwellen-Radialrichtungs-Innenumfangsseite zu der Drehwellen-Radialrichtungs-Außenumfangsseite der niederdruckseitigen Seitenplatte spiralförmig mit gleichen Abständen dazwischen vorgesehen sind.
  • Da gemäß der Wellendichtung die mehreren Spiralplatten mit Intervallen dazwischen in dem dritten Stufenabschnitt mit dem Spaltgrößen-Einstellmechanismus angeordnet sind, wird ein Widerstand gegenüber der Gasströmung zwischen der Drehwellen-Radialrichtungs-Innenumfangsseite und der Drehwellen-Radialrichtungs-Außenumfangsseite in dem Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der dünnen Platte und der niederdruckseitigen Seitenplatte mit dem dritten Stufenabschnitt als Grenze reduziert. Infolgedessen haltert der dritte Stufenabschnitt die dünnen Platten weiter, während eine Druckverteilung in der Radialrichtung der Drehwelle so erzielt wird, als ob der dritte Stufenabschnitt nicht existierte.
  • Wenn daher der Druck der Gasströmung von der hochdruckseitigen Seitenplatte zu der niederdruckseitigen Seitenplatte auf die dünnen Platten einwirkt, kann die Gasdruckverteilung über einen breiten Bereich so gestaltet werden, dass der Gasdruck gegen die Ober- und Unterseiten der dünnen Platten an einem Winkelabschnitt an der Außenseite gegenüber der Drehwelle und auf der Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte am höchsten ist und allmählich abnimmt, wenn er sich dem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt annähert, was eine Gasverteilung über einem schmalen Bereich vermeidet. Daher kann das Druckgefälle zwischen der Ober- und Unterseite der dünnen Platten zuverlässig über einem breiten Bereich erzielt werden, was es ermöglicht, den Gasdruck zuverlässig so einzustellen, dass sich die dünnen Platten höher anheben als die Umfangsfläche der Drehwelle.
  • Außerdem ist es vorzuziehen, dass der erste Stufenabschnitt entlang der Radialrichtung der niederdruckseitigen Seitenplatte bis zur Position des Gehäuses vorgesehen ist.
  • Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass der erste Stufenabschnitt druckführende Löcher aufweist, welche die hochdruckseitige Seitenplatte in der Axialrichtung der Drehwelle durchsetzen.
  • Ferner ist vorzuziehen, dass der Spalteinstellmechanismus einen vierten Stufenabschnitt aufweist, der mit der Seite der dünnen Platten so vorgesehen ist, dass er zu der niederdruckseitigen Seitenplatte vorsteht.
  • Da gemäß der Wellendichtung ein Vorsprungsabschnitt auf der Seite der dünnen Platten vorgesehen ist, um den vierten Stufenabschnitt mit dem Spaltgrößen-Einstellmechanismus zu bilden, wird ein Widerstand gegenüber der Gasströmung zwischen der Drehwellen-Radialrichtungs-Innenumfangsseite und der Drehwellen-Radialrichtungs-Außenumfangsseite in dem Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der dünnen Platte und der niederdruckseitigen Seitenplatte mit dem vierten Stufenabschnitt als Grenze reduziert. Infolgedessen haltert der vierte Stufenabschnitt die dünnen Platten weiter, während er eine Druckverteilung in der Radialrichtung der Drehwelle ebenso erzielt, als ob der vierte Stufenabschnitt nicht existierte.
  • Daher kann, wenn der Druck von von der hochdruckseitigen Seitenplatte zur niederdruckseitigen Seitenplatte strömendem Gas auf die dünnen Platten einwirkt, die Gasdruckverteilung über einen breiten Bereich so gestaltet werden, dass der Gasdruck gegenüber den Ober- und Unterseiten der dünnen Platten an einem Regelabschnitt an der spitzen Seite gegenüber der Drehwelle und auf der Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte am höchsten ist und allmählich abnimmt, wenn er sich dem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt annähert, wodurch eine Gasverteilung über einem schmalen Bereich vermieden wird. Daher kann der Druckunterschied zwischen der Ober- und Unterseite der dünnen Platten zuverlässig über einen breiten Bereich erzielt werden, was es ermöglicht, den Gasdruck zuverlässig so einzustellen, dass sich die dünnen Platten höher anheben als die Umfangsfläche der Drehwelle.
  • Da ferner gemäß diesen Wellendichtungen der Spaltgrößen-Einstellmechanismus vorgesehen ist, wenn die dünne Platte versucht, sich nahe an die Seite der niederdruckseitigen Seitenplatte zu bewegen, haltert die dünne Platte und hält sie davon ab, sich anzunähern. Auch wenn Montagefehler bei dem Zusammenbau der Wellendichtung begangen werden, und auch wenn die dünnen Platten eine Verformung und dgl. infolge des Drucks des von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite strömenden Gases beim Betrieb erleiden, kann daher der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen den dünnen Platten und der niederdruckseitigen Seitenplatte auf der vorbestimmten Größe gehalten werden.
  • Infolgedessen wird es möglich, den Spalt zwischen den dünnen Platten und der niederdruckseitigen Seitenplatte größer zu gestalten als den Spalt zwischen den dünnen Platten und der hochdruckseitigen Seitenplatten. Da auch die Wirkungen der dritten, fünften und sechsten Aspekte zuverlässig erzielt werden können, wird ein Druckgefälle zwischen der Ober- und Unterseite der dünnen Platten erzeugt, was bewirkt, dass sie bis zu einem Stadium eines Nicht-Kontakts mit der Drehwelle ansteigen, auch wenn zu Beginn nur ein geringer dynamischer Druck herrscht.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Gasbelüftungsraum, um ein Passieren von Gas von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite zu ermöglichen, an der Niederdruckseite der dünnen Platten in der Axialrichtung vorgesehen.
  • Gemäß der Wellendichtung passiert, wenn Druck von der Hochdruckseite aufgebracht wird, das Gas die dünnen Platten und versucht, von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite zu strömen. Indem aber ein Gasbelüftungsraum vorgesehen ist, um zu ermöglichen, dass Gas von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite passiert, strömt das Gas, das zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte und der Umfangsfläche der Drehwelle eingetreten ist, entlang der Ober- und Unterseite der dünnen Platten und breitet sich zu dem diagonal gegenüberliegenden Winkel aus, und gleichzeitig expandiert der Niederdruckbereich an der Außenumfangsbasis. Daher kann die Verteilung des Gasdrucks gegenüber der Ober- und Unterseite an einem gegebenen Punkt entlang der Querschnittsfläche der dünnen Platten, der senkrecht zu der Axialrichtung ist, dreieckig gestaltet werden, wobei er allmählich abnimmt, wenn er sich der Außenumfangsbasis von der Außenseite der dünnen Platten aus annähert. Aus den oben genannten Gründen wird ein Druckgefälle zwischen den Ober- und Unterseiten der dünnen Platten erzeugt, was bewirkt, dass sie bis in ein Stadium eines Nichtkontakts mit der Drehwelle ansteigen.
  • Um die obigen Aufgaben zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung außerdem eine Gasturbine bereit, die Gas einer hohen Temperatur und hohen Drucks in ein Gehäuse einleitet und dieses gegen Laufschaufeln bläst, welche drehbar in dem Gehäuse gelagert sind, wodurch die thermische Energie des Gases in mechanische Drehenergie umgewandelt wird und dynamische Kraft erzeugt, wobei die Gasturbine die Wellendichtungsanordnung umfasst.
  • Gemäß der Gasturbine hat diese derartige Wirkungen, dass über einen langen Zeitraum kein Bedarf besteht, die Wellendichtung auszutauschen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittansicht zur Darstellung einer Ausführungsform einer Gasturbine, die mit der Wellendichtungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist,
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer Blattdichtung, d.h. einer Wellendichtung des ersten Beispiels,
  • 3A und 3B Diagramme zur Darstellung einer Blattdichtung des ersten Beispiels, wobei 3A eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche ist, welche durch die Axiallinie der Drehwellen hindurchgeht, und 3B eine Querschnittansicht längs der Linie B-B von 3A ist,
  • 4 eine Teilansicht eines zweiten Beispiels einer Blattdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche aus ist, die durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht,
  • 5A und 5B eine Ausführungsform einer Blattdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die Schnittansichten von der Querschnittsfläche aus sind, welche durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht,
  • 6A und 6B eine weitere Ausführungsform einer Blattdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die 6A eine perspektivische Ansicht ist und 6B eine perspektivische Ansicht einer Modifikation einer in 6A gezeigten Blattdichtung ist,
  • 7 ein drittes Beispiel einer Blattdichtung, die eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche aus ist, welche durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht,
  • 8A und 8B eine Teilansicht eines vierten Beispiels einer Blattdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 8A eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche aus ist, welche durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht, und 8B eine Schnittansicht längs der Linie C-C von 8A ist,
  • 9A und 9B eine Teilansicht eines fünften Beispiels einer Blattdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 9A eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche aus ist, welche durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht, und 9B eine Schnittansicht längs der Linie D-D von 9A ist,
  • 10A bis 10C Teilansichten eines sechsten Beispiels einer Blattdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 10A eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche aus ist, welche durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht, und die 10B und 10C Schnittansichten längs der Linie E-E von 10A sind,
  • 11A bis 11C Teilansichten eines siebten Beispiels einer Blattdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 11A eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche aus ist, welche durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht, und 11E und 11C Schnittansichten längs der Linie F-F von 11A sind,
  • 12 eine Teilansicht eines achten Beispiels einer Blattdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche ist, welche durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht,
  • 13 eine Teilansicht eines neunten Beispiels einer Blattdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche aus ist, welche durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht,
  • 14 eine weitere Ausführungsform einer Blattdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche aus ist, welche durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht,
  • 15 eine weitere Ausführungsform einer Blattdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche aus ist, welche durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht,
  • 16A und 16B ein Beispiel einer herkömmlichen Blattdichtung, wobei 16A eine Schnittansicht von der Querschnittsfläche aus ist, welche durch die Axiallinie der Drehwelle hindurchgeht, und 16B eine Schnittansicht längs der Linie A-A von 16A ist, und
  • 17 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels einer herkömmlichen Blattdichtung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend werden Beispiele und bevorzugte Ausführungsformen einer Blattdichtungsanordnung und einer Gasturbine, die mit der Blattdichtungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, mit Bezug auf die Figuren erläutert. Die vorliegende Erfindung ist aber natürlich nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf 1 bis 3 erläutert, die ein erstes Beispiel zeigen, das zur Erläuterung bestimmter Aspekte der Erfindung dient.
  • 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Gasturbine. In 1 stellt die Bezugsziffer 20 einen Kompressor dar, die Bezugsziffer 21 eine Brennkammer und die Bezugsziffer 22 eine Turbine. Der Kompressor 20 komprimiert eine diesem zugeleitete große Luftmenge. Im allgemeinen wird in einer Gasturbine ein Teil der dynamischen Kraft, die von einer nachstehend erläuterten Drehwelle 23 erhalten wird, als dynamische Kraft für den Kompressor 20 verwendet. Die Brennkammer 21 mischt Brennstoff mit der Luft, die für den Kompressor komprimiert wurde, und verbrennt ihn. Das Verbrennungsgas, das von der Brennkammer 21 erzeugt wird, wird der Turbine 22 zugeführt, die es expandiert und es gegen Laufschaufeln 23e bläst, die an der Drehwelle 23 vorgesehen sind, wobei die Wärmeenergie des Verbrennungsgases in mechanische Drehenergie umgewandelt wird und dadurch dynamische Kraft erzeugt.
  • Zusätzlich zu mehreren Laufschaufeln 23e auf der Seite der Drehwelle 23 hat die Turbine auch mehrere Leitschaufeln 24a, die an den Seiten des Gehäuses 24 vorgesehen sind. Die Laufschaufeln 23e und die Leitschaufeln 24a sind alternierend entlang der Axialrichtung der Drehwelle 23 angeordnet. Das Verbrennungsgas strömt entlang der Axialrichtung der Drehwelle 23 und beaufschlagt die Laufschaufeln 23e mit Druck, welche infolgedessen die Drehwelle 23 drehen; die auf die Drehwelle 23 einwirkende Drehenergie wird von den Enden der Achse abgezogen. Eine Blattdichtung 25 ist zwischen der Leitschaufel 24a und der Drehwelle 23 vorgesehen und fungiert als Blattdichtung zum Verringern der Verbrennungsgasmenge, die von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite ausleckt.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Blattdichtung 25. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Blattdichtung 25 mehrere flexible dünne Platten 29 mit einer Flexibilität und einer Breite in der Axialrichtung der Drehwelle 23, wobei sie gegen die Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23 gleiten. Die dünnen Platten 29 haben dazwischen Spalte bzw. Zwischenräume 30 und sind durch einen Lötabschnitt 28 auf der Seite des Gehäuses 24 befestigt. Mehrere der dünnen Platten 29 sind in der Umfangsrichtung der Drehwelle 23 so vorgesehen, dass sie geschichtet sind und in der Lage sind, deren äußeren Rand abzudichten. Die dünnen Platten 29 und die Umfangsbleche 23a der Drehwelle 23 bilden einen spitzen Winkel. Außerdem sind eine niederdruckseitige Seitenplatte 26 und eine hochdruckseitige Seitenplatte 27 auf jeder Seite der Axialrichtung der dünnen Platten 29 vorgesehen.
  • Jede dünne Platte 29 hat die Form einer flachen Lage bzw. eines flachen Blattes und eine vorbestimmte Breite in der Axialrichtung der Drehwelle 23. Die dünnen Platten 29 sind in einer geschichteten Anordnung in der Umfangsrichtung der Drehwelle 23 vorgesehen. Die außenumfangsseitige Basis ist an dem Lötabschnitt 28 innerhalb des Gehäuses 24 angelötet und dichtet den Außenumfang der Drehwelle 23 so ab, dass der die Drehwelle 23 umgebende Raum in eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite unterteilt wird. Auf jeder Seite der Breitenrichtung der dünnen Platten 29 ist die hochdruckseitige Seitenplatte 27 auf der Hochdruckseite und die niederdruckseitige Seitenplatte 26 auf der Niederdruckseite vorgesehen. Die hochdruckseitige Seitenplatte 27 und die niederdruckseitige Seitenplatte 26 funktionieren als Führungsplatten in der Druckrichtung.
  • Wie in 3A gezeigt ist, umfasst die Blattdichtung 25 einen Gasdruck-Einstellmechanismus, der eine Gasdruckverteilung 30a bildet, bei der, wenn Gasdruck von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite, d.h. von der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 zu der niederdruckseitigen Seitenplatte 26, auf jede dünne Platte 29 einwirkt, der Gasdruck an einem Winkelabschnitt r1 am höchsten ist, der sich an der Außenseite und auf der Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 befindet, und allmählich abnimmt, wenn er sich einem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt r2 annähert.
  • Mit anderen Worten kann der Gasdruck-Einstellmechanismus den Gasdruck so einstellen, dass, wenn die dünnen Platten 29 im Querschnitt entlang einer imaginären Ebene unter einem rechten Winkel zur Richtung der Breite der dünnen Platten 29 betrachtet werden, wie in 3B gezeigt ist, und die Seite der dünnen Platte, welche der Drehwelle 23 zugewandt ist, als Unterseite 29b angesehen wird und die Rückseite als die Oberseite 29a angesehen wird, und Gasdruck von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite, d.h. von der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 zu der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 auf die dünnen Platten 29 einwirkt, ist der auf die Unterseite 29b einwirkende Gasdruck an einem gegebenen Punkt entlang den Querschnittsflächen der dünnen Platten 29 höher als der auf die Oberseite 29a einwirkende Gasdruck. Dieser Mechanismus wird nachstehend im Detail erläutert.
  • Bei dem Druckeinstellmechanismus der Erfindung ist der niederdruckseitige Zwischenraum 31 zwischen jeder der dünnen Platte 29 und der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 größer als der hochdruckseitige Zwischenraum 32 zwischen jeder der dünnen Platten 29 und der hochdruckseitigen Seitenplatte 27.
  • Durch Einstellen bzw. Anpassen der Größe des Zwischenraums derart, dass die Niederdruckseite einen größeren Raum aufweist als die Hochdruckseite, wenn Druck von der Hochdruckseite einwirkt, strömt das Gas g, das durch die dünnen Platten 29 beim Strömen von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite hindurchströmt, breit entlang der Oberseite 29a und der Unterseite 29b jeder der dünnen Platten 29 zu dem diagonalen Winkel, und gleichzeitig nimmt der Niederdruckbereich an der Außenumfangsbasis zu. Infolgedessen ist es, wie bereits erläutert wurde, möglich, die Form der Verteilung des Gasdrucks, der auf die Oberseite 29a und die Unterseite 29b der dünnen Platten 29 einwirkt, zu einem Dreieck auszubilden, bei dem die Verteilung allmählich von der Außenseite der dünnen Platten 29 zu der Außenumfangsbasis der dünnen Platten 29 an einem gegebenen Punkt entlang den Querschnittsflächen der dünnen Platten 29, die zu der Breitenrichtung senkrecht sind, abnimmt.
  • Im folgenden wird dies in näheren Einzelheiten erläutert. Das von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite strömende Gas G strömt zwischen der Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23 und den Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29, und strömt auch entlang der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29. Wie in 3A gezeigt ist, tritt hierbei das Gas g, das entlang der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 strömt, zwischen die hochdruckseitige Seitenplatte 27 und die Umfangsfläche 23 der Drehwelle 23 ein und strömt radial von r1 zu r2, wodurch der Niederdruckbereich an der Außenumfangsbasis expandiert. Daher nehmen gemäß 3B die Gasdruckverteilungen 30b und 30c, die senkrecht zu der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 wirken, nahe dem Spitzen- bzw. Außenseitenabschnitt zu und nehmen ab, wenn sie sich der Außenumfangsbasis nähern, wodurch eine dreieckige Verteilung geschaffen wird.
  • Die Formen der Gasdruckverteilungen 30b und 30c an der Oberseite 29a und der Unterseite 29b sind im wesentlichen identisch. Da aber die dünnen Platten 29 diagonal so angeordnet sind, dass sie einen spitzen Winkel mit der Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23 bilden, weichen die Relativpositionen der Gasdruckverteilungen 30b und 30c an der Oberseite 29a und der Unterseite 29b um eine Distanz s1 ab. Ein Vergleich der Gasdrücke gegen die Oberseite 29a und die Unterseite 29b an einem vorbestimmten Punkt P entlang der Linie von der Außenumfangsseite zur spitzen Seite der dünnen Platten 29 zeigt, dass ein Unterschied zwischen ihnen besteht.
  • Da, wie bereits erwähnt wurde, der Gasdruck gegen die Unterseite 29b (Fb) höher ist als der Gasdruck gegen die Oberseite 29a (Fa), verformen sich die dünnen Platten 29 und heben sich höher an als die Drehwelle 23, wobei sie in dieser Richtung wirken. Da hierbei die äußersten Spitzenabschnitte der dünnen Platten 29 diagonal geschnitten werden, so dass sie die Umfangsfläche 23a berühren, gibt es keinen der Unterseite 29b entsprechenden Abschnitt. Daher geschieht das umgekehrte an dem Abschnitt nahe den Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29, und Gasdruck wirkt nur auf die Oberseite 29a ein. Diese Kraft wird jedoch durch den Druck von zwischen der Umfangsfläche 23a und den Spitzen- bzw. Außenseite der dünnen Platten 29 strömendem Gas aufgehoben bzw. ausgeglichen, das in der Richtung wirkt, entlang der die Außenseiten der dünnen Platten 29 sich von der Umfangsfläche 23a (Fc) abheben. Infolgedessen gibt es keine die Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 gegen die Drehwelle 23 drückende Kraft. Daher beträgt die Drucklast des auf jede dünne Platte 29 einwirkenden Gasdrucks (Fb + Fc) > Fa, was es ermöglicht, dass sich die dünnen Platten 29 verformen, um sich höher als die Umfangsfläche 23a anzuheben.
  • Daher ist es möglich, ein Druckgefälle zwischen der Oberseite 29a und der Unterseite 29b jeder dünnen Platte 29 zu erzeugen, was die dünnen Platten 29 so verformt, dass sie sich von der Umfangsfläche 23a abheben und ein Nicht-Kontaktstadium erreichen.
  • Wie oben erläutert wurde, verwendet der Druckeinstellmechanismus den Druckunterschied beim Einwirken des Gasdrucks von der Hochdruckseite, um einen Nicht-Kontaktzustand zwischen den dünnen Platten 29 und der Drehwelle 23 herzustellen. Wie nachstehend erläutert wird, kann aber ein ähnlicher Zustand eines Nicht-Kontakts zwischen den dünnen Platten 29 und der Drehwelle 23 auch durch Nutzung der Drehung der Drehwelle 23 erreicht werden.
  • Die dünnen Platten 29 sind so gestaltet, dass sie eine vorbestimmte Flexibilität aufweisen, die von ihrer Dicke in der Axialrichtung der Drehwelle 23 bestimmt wird. Außerdem sind die dünnen Platten 29, wie oben beschrieben wurde, innerhalb des Gehäuses 24 mit einem spitzen Winkel zwischen der Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23 und der Axialrichtung der Drehwelle 23 installiert. Wenn die Drehwelle 23 stoppt, kontaktieren die Spitze- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 die Drehwelle 23 mit einem vorbestimmten Druck, wenn aber die Drehwelle 23 sich dreht, bewirkt der dynamische Druck der Drehung der Drehwelle 23, dass sich die Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 anheben und ein Nicht-Kontaktstadium zwischen den dünnen Platten 29 und der Drehwelle 23 erreichen.
  • Übrigens sind kleine Zwischenräume 30 zwischen den geschichteten flachen dünnen Platten 29 vorgesehen (sh. 2). Da der Dichtungsdurchmesser ausreichend groß ist, d.h. da der Durchmesser der Drehwelle 23 ausreichend groß ist, kann jeder Spalt bzw. Zwischenraum von der Außenseite des Randes zur Innenseite des Randes hin als annähernd konstant betrachtet werden.
  • Bei der Blattdichtung 25, d.h. der Blattdichtung der oben beschriebenen Ausführungsform, und einer Gasturbine mit der Blattdichtung 25 ist der Winkel zwischen den dünnen Platten 29 und der Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23 spitz ausgestaltet, und der Druckeinstellmechanismus zum Aufbringen einer Anhebekraft auf die dünnen Platten 29 ist vorgesehen, indem der niederdruckseitige Spalt 31 zwischen jeder der dünnen Platten 29 und der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 größer ist als der hochdruckseitige Spalte 32 zwischen jeder der dünnen Platten 29 und der hochdruckseitigen Seitenplatte 27. Infolgedessen kann ein Unterschied in der Drucklast ((Fb + Fc)= > Fa) zwischen der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 auch beim Hochfahren erreicht werden, wenn nur eine geringe dynamische Kraft besteht, und es wird möglich, einen Kontakt zwischen den dünnen Platten 29 und der Drehwelle 23 zu vermeiden, indem die Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 dazu gebracht werden, sich höher als die Umfangsfläche 23a anzuheben. Daher kann eine übermäßige Erzeugung von Wärme und Korrosion vermieden werden, die durch Kontakt zwischen den dünnen Platten 29 und der Drehwelle 23 verursacht werden. Außerdem ist es durch Verhinderung einer Wärmeerzeugung, die durch den Kontakt zwischen den dünnen Platten 29 und der Drehwelle 23 verursacht wird, möglich, eine durch das (gestörte) Wärmegleichgewicht der Drehwelle 23 verursachte Vibration zu vermeiden.
  • Wenn die Drehwelle 23 beim Passieren des Resonanzpunkts und dgl. einer erheblichen Vibration ausgesetzt ist, schwächt die Verformung der dünnen Platten 29, die unter einem spitzen Winkel installiert sind, ihren Kontakt mit der Drehwelle 23 ab. Außerdem hebt der von der Drehung der Drehwelle 23 bewirkte dynamische Druck die Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 höher an als die Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23, wodurch ein Kontakt mit der Drehwelle 23 vermieden wird. Ferner ist durch Verwendung der dünnen Platten 29 als Dichtungselemente der Abschnitt, der am Gehäuse 24 befestigt ist, viel größer als bei der Verwendung herkömmlicher Drähte. Daher sind die dünnen Platten 29 sicher am Gehäuse 24 befestigt. Infolgedessen ist es möglich, eine Verbindungstrennung der dünnen Platten 29 von dem Gehäuse 24 zu vermeiden; dies war bei einer herkömmlichen Bürstendichtung ein Problem, bei dem die Drähte losgetrennt wurden.
  • Da die Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 in der Axialrichtung der Drehwelle 23 sehr steif und in der Umfangsrichtung der Drehwelle flexibel sind, kommt es kaum zu einer Verformung in der Richtung des Differentialdrucks, was eine Erhöhung der Toleranz des Dichtungs-Differentialdrucks ermöglicht.
  • Ferner können die dünnen Platten 29 dichter angeordnet werden, indem die Zwischenräume 30 zwischen den dünnen Platten 29 an der Außenumfangsseite und der Innenumfangsseite gleich gestaltet werden, und der Zwischenraum zwischen den Außenseiten der dünnen Platten 29 und der Drehwelle 23 kann wesentlich kleiner als im Fall einer Nicht-Kontakt-Labyrinthdichtung und dgl. gestaltet werden. Infolgedessen kann das Ausmaß der Leckage auf annähernd ein Zehntel desjenigen bei der Labyrinthdichtung verringert werden, wodurch die Leistung der Gasturbine um etwa 10% erhöht werden kann.
  • Daher ist es gemäß der Blattdichtung 25 und der mit der oben beschriebenen Blattdichtung 25 ausgestatteten Gasturbine möglich, die Mengen an von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite ausleckendem Gas zu reduzieren und die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
  • Bei dem Druckeinstellmechanismus der Erfindung sind die niederdruckseitige Seitenplatte 26 und die hochdruckseitige Seitenplatte 27 so angeordnet, dass der niederdruckseitige Zwischenraum 31 größer ist als der hochdruckseitige Zwischenraum 32, wodurch ein Unterschied in der Drucklast gegen die dünnen Platten 29 erzeugt wird, wenn auf diese von der Hochdruckseite her Druck einwirkt und ein Anheben der Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 bewirkt. Zusätzlich können beispielsweise die folgenden Ausführungsformen als Modifikationen angewandt werden.
  • Im folgenden wird ein zweites Beispiel, das zur Erläuterung bestimmter Aspekte der vorliegenden Erfindung dient, mit Bezug auf 4 erläutert. Die Erläuterung zentriert sich auf die charakteristischen Teile, wobei Teile, die identisch zu denjenigen im ersten Beispiel sind, nicht weiter erklärt werden.
  • 4 zeigt die Blattdichtung 25, die mit einem anderen Druckeinstellmechanismus zum Schaffen eines Unterschieds in der Drucklast zwischen der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 ausgestattet ist, wenn Druck von der Hochdruckseite aufgebracht wurde, was die Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 anhebt.
  • Bei dem Druckeinstellmechanismus dieses Beispiels werden die Größen der Seitenplatten 26 und 27 so angepasst, dass die Länge der niederdruckseitigen Seitenplatte 33, die die Länge der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 in der Radialrichtung der Drehwelle 23 ist, kürzer ist als die Länge der hochdruckseitigen Seitenplatte 34, die gleich der Länge der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 in der Radialrichtung der Drehwelle 23 ist. Durch Einstellen der Größen der Seitenplatten auf diese Weise, und durch Vorsehen eines vergleichsweise breiten Raums auf der Seite der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 passiert das Gas g, wenn Druck von der Hochdruckseite aufgebracht wurde, die dünnen Platten 29 und strömt von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite. Das Gas g strömt radial entlang der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 in der Richtung von r1 nach r2. Daher wird, wie bereits erwähnt wurde, an einer gegebenen Position entlang der Querschnittsfläche, die senkrecht zu der Breite der dünnen Platten 29 ist, die auf die Oberseite 29a und die Unterseite 29b der dünnen Platten 29 einwirkende Verteilung des Gasdrucks dreieckig gestaltet, und nimmt allmählich von der Außenseite der dünnen Platten 29 zu der Außenumfangsseitenbasis hin ab.
  • Daher wird aus dem gleichen Grund wie bei dem ersten Beispiel ein Unterschied in der Druckverteilung zwischen der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 erreicht, und die dünnen Platten 29 werden so verformt, dass sie sich höher als die Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23 anheben, wobei ein Nicht-Kontaktstadium mit der Drehwelle 23 erreicht wird.
  • Wie bei dem ersten Beispiel ist die Gasdruckverteilung 30a eines senkrecht zu der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 einwirkenden Gasdrucks durch das Gas g, welches den Zwischenraum 30 passiert, derart, dass der Gasdruck an dem Winkelabschnitt r1 am höchsten ist, der sich an der Außenseite und auf der Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 befindet, und sich allmählich abschwächt, wenn er sich dem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt r2 annähert.
  • Hierbei wird die Druckverteilung in der Radialrichtung der gegebenen Querschnittsfläche der Axialrichtungsbreite der dünnen Platten 29 zu Gasdruckverteilungen 30b und 30c, wie bei dem ersten Beispiel von 3B beschrieben ist, und da ein Unterschied in der Drucklast ((Fb + Fc) > Fa) zwischen der Unterseite 29b der dünnen Platte und der Oberseite 29c der dünnen Platte gebildet wird, wirkt der Unterschied in der Drucklast als Kraft auf die dünnen Platten 29 und lässt ihre Spitzen- bzw. Außenseiten ansteigen.
  • Daher wirkt der Unterschied in der Drucklast auf die dünnen Platten 29 als Kraft in der Richtung, welche die Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 angibt. Statt die Größe des niederdruckseitigen Spalts 31 und des hochdruckseitigen Spalts 32 wie bei der ersten Ausführungsform zu kontrollieren, wird bevorzugt, die Länge der niederdruckseitigen Seitenplatte 33 und die Länge der hochdruckseitigen Seitenplatte 34 wie bei diesem Beispiel zu steuern, da dies eine geringere Dimensionsgenauigkeit erfordert, eine einfachere Montage ermöglicht und die Kosten senkt.
  • Bei dem Gasdruck-Einstellmechanismus dieses Beispiels werden die Größen der Seitenplatten 26 und 27 so angepasst, dass die Länge der unterdruckseitigen Seitenplatte 33, welche die Länge der unterdruckseitigen Seitenplatte 26 in der Radialrichtung der Drehwelle 23 ist, kürzer ist als die Länge der hochdruckseitigen Seitenplatte 34, welche die Länge der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 in der Radialrichtung der Drehwelle 23 ist. Es bestehen jedoch keine Einschränkungen hierzu, und es können ähnliche Effekte auch durch Vorsehen eines Gasdurchgangsraums erzielt werden, der den Durchgang des Gases g ermöglicht, welches von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite strömt, und zwar auf der Seite der dünnen Platten 29 auf der Niederdruckseite in der Axialrichtung der Drehwelle 23. Beispielsweise kann die niederdruckseitige Seitenplatte 26 weggelassen werden.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf 5A und 5B erläutert. Die Erläuterung konzentriert sich auf die charakteristischen Teile, wobei Teile, die identisch zu denjenigen des ersten Beispiels sind, nicht weiter erklärt werden. Bei dem Gasdruck-Einstellmechanismus dieser Ausführungsform sind flexible Platten vorgesehen, die in der Axialrichtung der Drehwelle 23 flexibel sind und auf der Hochdruckseite der dünnen Platten 29 angeordnet sind.
  • 5A und 5B zeigen die Blattdichtung 25, die mit einem weiteren Druckeinstellmechanismus zum Erzeugen eines Unterschieds in der Drucklast zwischen der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29, wenn Druck von der Hochdruckseite aufgebracht wurde, versehen ist, wodurch die Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 angehoben werden. 5A zeigt ein Beispiel, bei dem die hochdruckseitige Seitenplatte 27 eine niedrige Reliefplatte aufweist, die in der Axialrichtung der Drehwelle 23 flexibel ist, und 5B zeigt ein Beispiel, bei dem eine dünne Platte 36 zum präzisen Einstellen des hochdruckseitigen Spalts bzw. Zwischenraums 35 in der Axialrichtung der Drehwelle 23 flexibel ist und zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 und den dünnen Platten 29 vorgesehen ist.
  • Durch Vorsehen einer solchen hochdruckseitigen Seitenplatte und dünnen Platte 36 zum präzisen Einstellen des hochdruckseitigen Zwischenraums 35 mit dieser Art von Flexibilität verbiegt sich bei Aufbringen von Druck von der Hochdruckseite der hochdruckseitige Gasdruck die hochdruckseitige Seitenplatte 27 und die dünne Platte zum präzisen Einstellen des hochdruckseitigen Zwischenraums 35 in der Axialrichtung der Drehwelle 23, wodurch der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 und den dünnen Platten 29 klein gehalten werden kann. Hierbei tritt gemäß 5A und 5B das Gas g, das entlang der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 strömt, zwischen die Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23 und die hochdruckseitige Seitenplatte 27 ein und strömt radial in der Richtung von r1 zu r2, wodurch der Niederdruckbereich an der Außenumfangsbasis expandiert. Infolgedessen wird an einer gegebenen Position entlang der zu der Breite der dünnen Platten 29 senkrechten Querschnittsfläche die Verteilung eines auf die Ober- und Unterseiten der dünnen Platten 29 einwirkenden Gasdrucks dreieckig gestaltet, und nimmt allmählich von der Spitzen- bzw. Außenseite der dünnen Platten 29 zu der Außenumfangsseitenbasis ab.
  • Daher wird aus dem gleichen Grund wie bei dem ersten Beispiel ein Unterschied in der Druckverteilung zwischen der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 erreicht, und die dünnen Platten 29 werden so verformt, dass sie höher angehoben werden als die Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23, wodurch ein Nicht-Kontaktstadium mit der Drehwelle 23 erreicht wird.
  • Wie bei dem ersten Beispiel wird die Gasdruckverteilung 30a, die senkrecht zu der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 durch das Gas g einwirkt, welches den Zwischenraum bzw. Spalt 30 passiert, so gestaltet, dass der Gasdruck an einem Winkelabschnitt r1 an der Spitzen- bzw. Außenseite der dünnen Platten 29 und auf der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 am höchsten ist und allmählich abnimmt, wenn er sich in einem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt r2 annähert.
  • Hierbei ist die Druckverteilung in der Radialrichtung der Querschnittsfläche an einer gegebenen Position in der Axialrichtungsbreite der dünnen Platten 29 die als Gasdruckverteilungen 30b und 30c im ersten Beispiel der 3B gezeigte, was einen Drucklastunterschied ((Fb + Fc) > Fa) zwischen der Oberseite 29a und der Unterseite 29b und der Außenseite 29c der dünnen Platte schafft; dieser Drucklastunterschied wirkt als Kraft in der Richtung, in der sich die Außenseiten der dünnen Platten 29 anheben.
  • Daher wirkt der Drucklastunterschied in den dünnen Platten 29 als eine Kraft, welche die Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 anhebt. Im Vergleich zu dem ersten Beispiel hat diese Ausführungsform die Vorteile einer einfachen Montage und kostengünstiger Herstellungskosten aus den gleichen Gründen wie es beim zweiten Beispiel erklärt wurde, und der Dichtungsdruck ermöglicht, dass der Spalt bzw. Zwischenraum, d.h. der Spalt zwischen den dünnen Platten 29 und der hochdruckseitigen Seitenplatte 29 oder der dünnen Platte zum genauen Einstellen des hochdruckseitigen Spalts 35 automatisch mit hoher Präzision hergestellt wird.
  • Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6A und 6B erläutert. Die Erläuterung konzentriert sich auf die charakteristischen Teile, und Teile, die identisch mit denen bei dem ersten Beispiel sind, werden nicht weiter erläutert. In dieser Ausführungsform umfasst der Gasdruck-Einstellmechanismus geschlitzte flexible Platten, die in der Richtung der Drehwelle 23 flexibel sind und auf der Hochdruckseite der dünnen Platten 29 angeordnet sind, Schlitze an mehr als zwei Stellen entlang des gesamten Randes aufweisen.
  • 6A zeigt einen Fall, bei dem die hochdruckseitige Seitenplatte 27 eine geschlitzte flexible Platte 41 mit Schlitzen 41a an mehr als zwei Stellen an ihrem gesamten Rand aufweist und in der Axialrichtung der Drehwelle 23 flexibel ist. 6B zeigt einen Fall, bei dem eine Niedrigreliefplatte 43 Schlitze 42a an mehr als zwei Stellen an ihrem gesamten Rand aufweist und in der Axialrichtung der Drehwelle 23 flexibel ist, in dem Zwischenraum zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 und den dünnen Platten 29 als geschlitzte flexible Platte 42 vorgesehen ist.
  • Durch Vorsehen der geschlitzten flexiblen Platten 41 und 42 dieses Typs zwingt, wenn Druck von der Hochdruckseite her einwirkt, der hochdruckseitige Gasdruck die hochdruckseitige Seitenplatte 27 oder die dünne Platte 42 zum präzisen Einstellen des hochdruckseitigen Spalts 35 zu einer Biegung in der Axialrichtung der Drehwelle 23, wodurch der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 und den dünnen Platten 29 klein gehalten werden kann. Hierbei tritt gemäß 6A und 6B das Gas g, welches entlang der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 strömt, zwischen die Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23 und die hochdruckseitige Seitenplatte 27 ein und strömt radial in der Richtung von r1 nach r2, wodurch der Niederdruckbereich an der Außenumfangsbasis expandiert. Infolgedessen wird an einer gegebenen Position entlang der Querschnittsfläche senkrecht zu der Breite der dünnen Platten 29 die Verteilung des auf die Ober- und Unterseiten der dünnen Platten 29 einwirkenden Gasdrucks dreieckig gestaltet und nimmt allmählich von der Spitzen- bzw. Außenseite der dünnen Platten 29 zu der Außenumfangseitenbasis ab.
  • Daher wird aus den gleichen Gründen wie bei der ersten Ausführungsform ein Unterschied in der Druckverteilung zwischen der Oberseite 29a und der Unterseite 29b der dünnen Platten 29 erreicht, und die dünnen Platten 29 werden so verformt, dass sie sich höher anheben als die Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23, wobei ein Nicht-Kontaktzustand mit der Drehwelle 23 erreicht wird.
  • Wie bei dem ersten Beispiel wird die Gasdruckverteilung 30a, die senkrecht auf die Oberseite 29a und die Unterseite 29b der dünnen Platten 29 durch das Gas g einwirkt, welches den Zwischenraum 30 passiert, so gestaltet, dass der Gasdruck am Winkelabschnitt r1 an der Außenseite der dünnen Platten 29 und an der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 am höchsten ist und allmählich abnimmt, wenn er sich einem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt r2 nähert.
  • Hierbei ist die Druckverteilung in der Radialrichtung der Querschnittsfläche an einer gegebenen Position in der Axialrichtungsbreite der dünnen Platten 29 diejenige, die als Gasdruckverteilungen 30b und 30c im ersten Beispiel der 3B gezeigt ist, wobei eine Drucklastdifferenz ((Fb + Fc) > Fa) zwischen der Oberseite 29a und der Unterseite 29b sowie der Außenseite 29c der dünnen Platte erzeugt wird; diese Drucklastdifferenz wirkt als Kraft in der Richtung, in sich der die Außenseiten der dünnen Platten 29 anheben.
  • Daher wirkt die Drucklastdifferenz in den dünnen Platten 29 als eine Kraft, welche die Außenseiten der dünnen Platten 29 ansteigen lässt. Im Vergleich mit dem ersten Beispiel hat diese Ausführungsform die Vorteile einer einfachen Montage und geringer Herstellungskosten aus den gleichen Gründen, wie es in dem zweiten Beispiel erläutert wurde, und der Dichtungsdruck ermöglicht es, dass der Spalt, d.h. der Spalt zwischen den dünnen Platten 29 und den geschlitzten flexiblen Platten 41 und 42, automatisch mit hoher Präzision hergestellt wird. Diese Ausführungsform ist im ersten Beispiel hinsichtlich der einfachen Montage und den geringen Herstellungskosten überlegen, und ist außerdem der vorgenannten Ausführungsform insofern überlegen, als eine Feineinstellung des Spalts, d.h. des Spalts zwischen den dünnen Platten 29 und den geschlitzten flexiblen Platten 41 und 42, aufgrund der Form der Schlitze 41a und 42a möglich ist.
  • Als nächstes wird ein drittes Beispiel, das zur Erläuterung bestimmter Aspekte der vorliegenden Erfindung dient, mit Bezug auf 7 erläutert. Die Erläuterung zentriert sich auf die charakteristischen Teile, wobei Teile, die identisch zu denen im ersten Beispiel sind, nicht weiter erläutert werden. In diesem Beispiel umfasst der Gasdruck-Einstellmechanismus mehrere Zuglöcher (draft holes), die durch die niederdruckseitige Seitenplatte 26 in der Axialrichtung der Drehwelle 23 vorgesehen sind.
  • 7 zeigt eine Schnittansicht der Blattdichtung 25 von dem Schnitt, der die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert; die Bezugsziffer 26a stellt ein Zugloch dar. Bei einem alternativen Aufbau kann ein poröses Material als niederdruckseitige Seitenplatte 26 verwendet werden.
  • Durch Anwendung der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 mit diesen Abzugslöchern 26a wird die Gasdruckverteilung, die senkrecht auf die Oberseite 29a und die Unterseite 29b der dünnen Platten 29 durch das Gas g aufgebracht wird, welches den Zwischenraum 30 passiert, zu der isobaren Teilungslinie, die durch die Druckverteilung 30a im ersten Beispiel dargestellt ist. Das heißt, der Gasdruck ist am höchsten an einem Winkelabschnitt r1 an der Außenseite der dünnen Platten 29 und auf der hochdruckseitigen Seitenplatte 27, und schwächt sich allmählich bei Annäherung an einen diagonal entgegengesetzten Winkelabschnitt r2 ab.
  • Das heißt der Gasdruck ist am höchsten am Winkelabschnitt r1 an der Außenseite der dünnen Platten 29 und an der hochdruckseitigen Seitenplatte 27, und nimmt allmählich bei Annäherung an einen diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt r2 ab.
  • Hierbei ist die Druckverteilung in der Radialrichtung der Querschnittsfläche an einer gegebenen Position in der Axialrichtungsbreite der dünnen Platten 29, die als Gasdruckverteilungen 30b und 30c im ersten Beispiel von 3B gezeigt ist, was eine Drucklastdifferenz ((Fb + Fc) > Fa) zwischen der Oberseite 29a und der Unterseite 29b sowie der Außenseite 29c der dünnen Platte bildet; diese Drucklastdifferenz wirkt als Kraft in der Richtung, in der die Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 angehoben werden.
  • Daher wirkt die Drucklastdifferenz in den dünnen Platten 29 als eine Kraft, welche die Spitzen- bzw. Außenseiten der dünnen Platten 29 anheben lässt. Da außerdem alles was benötigt wird, um die Löcher für die Abzugslöcher 26a bereitzustellen, wird die Montage vereinfacht und die Herstellungskosten werden gesenkt. Darüber hinaus können komplexe Druckverteilung erzielt werden, indem die Anordnung und die Größe der Löcher eingestellt werden. Der vorliegende Abschnitt der dünnen Platten 29 ist kleiner als bei dem zweiten Beispiel, wodurch eine Verformung der dünnen Platten infolge eines Kontakts und dgl. beim Zusammenbau verringert wird.
  • Als nächstes wird ein viertes Beispiel, das zur Erklärung bestimmter Aspekte der vorliegenden Erfindung dient, mit Bezug auf 8A und 8B erläutert. Die Erläuterung konzentriert sich auf die charakteristischen Teile, und Teile, die identisch mit denjenigen im ersten Beispiel sind, werden nicht weiter erklärt. In diesem Beispiel stellt ein Spaltgrößeneinstellmechanismus sicher, dass der niederdruckseitige Spalt bzw. Zwischenraum 31 immer größer ist als der hochdruckseitige Spalt bzw. Zwischenraum 32.
  • 8A ist eine Schnittansicht der Blattdichtung 25 von der Querschnittsfläche aus, welche die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert, und 8B ist eine Schnittansicht längs der Linie C-C in 8A.
  • Wie in 8A und 8B gezeigt ist, umfasst der Spaltgrößen-Einstellmechanismus einen ersten Stufenabschnitt 50, der zwischen der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 und den dünnen Platten 29 vorgesehen ist, um die dünnen Platten 29 zu haltern und die Größe des niederdruckseitigen Spalts 31 zwischen der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 und der dünnen Platte 29 beizubehalten, wenn die dünne Platte 29 versucht, sich zu der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 hin zu bewegen.
  • Wie in 8A gezeigt ist, ist in der Betrachtung entlang der Querschnittsfläche, welche die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert, der erste Stufenabschnitt 50 auf der Seite der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 vorgesehen und steht zu der Seite der dünnen Platten 29 hin vor. Wie in 8B gezeigt ist, hat in der Betrachtung von der Querschnittsfläche, welche die Axiallinie der Drehwelle 23 senkrecht kreuzt, der erste Stufenabschnitt 50 eine Ringform, die entlang der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 verläuft und sich über den gesamten Rand der Drehwelle 23 hin fortsetzt. Der erste Stufenabschnitt 50 kann eine von der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 separate Komponente sein oder kann zusammen mit der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 vorgesehen sein.
  • Um die dünnen Platten 29 zu haltern, muß der erste Stufenabschnitt 50 extrem nahe an der Seite der dünnen Platten 29 sein. Der erste Stufenabschnitt 50 muß aber nicht so nahe gelegen sein, dass er gegen die Ränder der dünnen Platten 29 drückt und deren Verformung verursacht. Aus diesem Grund ist, wenn t1 die Dicke des ersten Stufenabschnitts 50 darstellt (die Dicke in der Axialrichtung der Drehwelle 23), und t2 die Größe des niederdruckseitigen Spalts 31, t2 = t1. Das heißt die Dicke t1 muß gleich oder schmäler sein als die Spaltgröße t2 des niederdruckseitigen Spalts 31.
  • Gemäß dem ersten Stufenabschnitt 50 kann verhindert werden, dass die Größe des niederdruckseitigen Spalts 31 unter t2 fällt, indem eine Abweichung und Verformung der dünnen Platten 29 eingeschränkt wird, wodurch ein vorbestimmter Spalt einfach beibehalten werden kann.
  • Bei der Blattdichtung 25, d.h. der Wellendichtung und der Gasturbine, die mit der Blattdichtung 25 nach den oben beschriebenen Beispielen ausgestattet ist, haltert der erste Stufenabschnitt 50 die dünne Platte 29 und hält die dünne Platte 29 davon ab, sich zu der Seite der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 zu bewegen. Daher kann auch dann, wenn Montagefehler bei der Montage der Wellendichtung begangen werden, und wenn die dünnen Platten 29 eine Verformung und dgl. infolge des Drucks von von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite strömendem Gas während des Betriebs erleidet, der Spalt zwischen den dünnen Platten 29 und der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 auf der vorbestimmten Distanz von t2 gehalten werden.
  • Infolgedessen wird es möglich, die Spalteinstellung zuverlässig auszuführen, die im ersten Beispiel beschrieben wurde, d.h. den niederdruckseitigen Spalt 31 zwischen den dünnen Platten 29 und der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 größer zu gestalten als den hochdruckseitigen Spalt 32 zwischen den dünnen Platten 29 und der hochdruckseitigen Seitenplatte 27. Auch wenn zu Beginn nur ein geringer dynamischer Druck herrscht, können die Außenseiten der dünnen Platten 29 zuverlässig zum Anheben gebracht werden, um einen Zustand des Nicht-Kontakts mit der Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23 zu erreichen. Daher kann die Entstehung übermäßiger Hitze und Korrosion, die durch den Kontakt zwischen den dünnen Platten 29 und der Drehwelle 23 verursacht wird, vermieden werden. Außerdem ist es dadurch, dass die von dem Kontakt zwischen den dünnen Platten 29 und der Drehwelle 23 verursachte Entstehung von Hitze verhindert wird, möglich, eine durch das thermische Ungleichgewicht der Drehwelle 23 bewirkte Vibration zu verhindern. Zusätzlich zu diesen Wirkungen können auch natürlich die anderen Wirkungen des ersten Beispiels erzielt werden.
  • Ein fünftes Beispiel, das zur Erläuterung bestimmter Aspekte der vorliegenden Erfindung dient, wird im folgenden mit Bezug auf 9A und 9B erläutert. Dieses Beispiel entspricht einer Modifikation des vierten Beispiels, und die Erläuterung zentriert sich auf die unterschiedlichen Punkte gegenüber dem vierten Beispiel, wobei Teile, die mit denjenigen des vierten Beispiels identisch sind, nicht weiter erläutert werden.
  • 9A ist eine Schnittansicht der Blattdichtung 25 von der Querschnittsfläche aus, welche die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert und 9B ist eine Schnittansicht längs der Linie D-D der 9A.
  • Wie in 9A und 9B gezeigt ist, ist dieses Beispiel dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftungslöcher 51 in dem ersten Ring-Stufenabschnitt 50 vorgesehen sind, der in dem Beispiel beschrieben ist und einen Raum bilden, der die Innenumfangsseite mit der Außenumfangsseite verbindet. Wie in 9B gezeigt ist, sind mehrere Belüftungslöcher 51 mit gleichen Abständen dazwischen vorgesehen.
  • Durch das Vorsehen der mehreren Ventilationslöcher 51 entlang dem ersten Stufenabschnitt 50 wird auf diese Weise der Widerstand gegenüber der Gasströmung zwischen der Drehwellen-Radialrichtungs-Innenumfangsseite und der Drehwellen-Radialrichtungs-Außenumfangsseite reduziert, wobei der erste Stufenabschnitt 50 eine Grenze in dem Spaltraum zwischen der dünnen Platte 29 und der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 bildet. Infolgedessen haltert der erste Stufenabschnitt 50 weiter die dünnen Platten 29, während eine Druckverteilung in der Radialrichtung der Drehwelle ebenso erzielt wird, als ob der erste Stufenabschnitt 50 nicht existierte.
  • Wenn daher der Druck von von der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 zu der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 strömendem Gas auf die dünnen Platten 29 einwirkt, kann die Gasdruckverteilung über einem breiten Bereich (dem durch einen Pfeil R1 mit durchgezogener Linie in 9A dargestellten Bereich) derart gestaltet werden, dass der Gasdruck gegen die Ober- und Unterseiten der dünnen Platten 29 an einem Winkelabschnitt r1 an der Außenseite gegenüber der Drehwelle 23 und auf der Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 am höchsten ist und sich allmählich abschwächt, wenn er sich dem diagonal gegenüberliegen Winkelabschnitt r2 annähert, wobei eine Gasverteilung über einem schmalen Bereich vermieden wird, wie durch den Pfeil R2 in doppelt gestrichelter Linie in 9A gezeigt ist.
  • Da eine breite Gasdruckverteilung auf die dünnen Platten 29 einwirken kann, kann daher das Druckgefälle an den Ober- und Unterseiten der dünnen Platten 29 zuverlässig über einen breiten Bereich erzielt werden, was es ermöglicht, den Gasdruck zuverlässig so einzustellen, dass sich die dünnen Platten 29 höher als die Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23 anheben.
  • Ein sechstes Beispiel, das zur Erläuterung bestimmter Aspekte dieser Erfindung dient, wird im folgenden mit Bezug auf die 10A bis 10C erläutert. Dieses Beispiel entspricht einer Modifikation des vierten Beispiels, und die Erläuterung zentriert sich auf zu dem vierten Beispiel unterschiedliche Punkte, wobei Teile, die identisch zu denjenigen im vierten Beispiel sind, nicht weiter erläutert werden.
  • 10A ist eine Schnittansicht der Blattdichtung 25 von der Querschnittsfläche aus, welche die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert, und die 10B und 10C sind Schnittansichten längs der Linie E-E von 10A.
  • Wie in 10B gezeigt ist, ist dieses Beispiel, statt dem ersten Stufenabschnitt 50, der sich in einem Ring entlang dem gesamten Rand fortsetzt, wie im vierten Beispiel beschrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass es einen zweiten Stufenabschnitt 50A aufweist, der mehrere im Ring unterteilte Platten 50a umfasst, die intermittierend mit gleichen Intervallen G dazwischen entlang der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 vorgesehen sind, so dass sie einen Ring um die Drehwelle 23 herum bilden, wobei der zweite Stufenabschnitt 50A an der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 befestigt ist. Wie in 10A gezeigt ist, ist in der Betrachtung von der Querschnittsfläche aus, welche die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert, der zweite Stufenabschnitt 50A an der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 so vorgesehen, dass er zu der Seite der dünnen Platten 29 hin vorsteht.
  • Der zweite Stufenabschnitt 50A, der die im Ring unterteilten Platten 50a aufweist, kann eine von der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 separate Komponente sein, oder kann zusammen mit der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 vorgesehen sein.
  • In diesem Beispiel erfüllen die Intervalle G die Funktion der Belüftungslöcher 51 des fünften Beispiels, wodurch ein Widerstand gegenüber der Gasströmung zwischen der Drehwellen-Radialrichtungs-Innenumfangsseite und der Drehwellen-Radialrichtungs-Außenumfangsseite verringert wird, wobei der zweite Stufenabschnitt 50A eine Grenze in dem Spaltraum zwischen der dünnen Platte 29 und der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 bildet. Infolgedessen werden die dünnen Platten 29 durch den zweiten Stufenabschnitt 50A gehaltert, während eine Druckverteilung in der Radialrichtung der Drehwelle so erzielt wird, als ob der zweite Stufenabschnitt 50A nicht existierte.
  • Daher kann, wenn der Druck von von der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 zu der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 strömendem Gas auf die dünnen Platten 29 einwirkt, die Gasdruckverteilung über einem breiten Bereich (dem durch einen Pfeil R1 mit durchgezogener Linie in 10A dargestellten Bereich) derart gestaltet werden, dass der Gasdruck gegen die Ober- und Unterseiten der dünnen Platten 29 an einem Winkelabschnitt r1 an der Außenseite gegenüber der Drehwelle 23 und auf der Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 am höchsten ist und allmählich abnimmt, wenn er sich dem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt r2 annähert, wodurch eine Gasdruckverteilung über einem engen Bereich vermieden wird, wie durch den Pfeil R2 mit doppelt gestrichelter Linie in 10A gezeigt ist.
  • Da eine breite Gasdruckverteilung auf die dünnen Platten 29 einwirken kann, kann daher das Druckgefälle an der Ober- und Unterseite der dünnen Platten 29 zuverlässig über einem breiten Bereich erzielt werden, was es ermöglicht, den Gasdruck zuverlässig so einzustellen, dass sich die dünnen Platten 29 höher anheben als die Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23.
  • Übrigens können als ein Beispiel einer Modifikation dieses Beispiels, wie es in 10C gezeigt ist, zwei der zweiten Stufenabschnitt 50A, d.h. zwei Stufen natürlich konzentrisch um die Drehwelle 23 herum vorgesehen sein; drei oder mehr können vorgesehen sein, dies ist jedoch nicht gezeigt.
  • Ein siebtes Beispiel, das zur Erläuterung bestimmter Aspekte dieser Erfindung dient, wird mit Bezug auf die 11A bis 11C erläutert. Dieses Beispiel entspricht einer Modifikation des vierten Beispiels, und die Erläuterung konzentriert sich auf die gegenüber dem vierten Beispiel unterschiedlichen Punkte, wobei Teile, die identisch zu denjenigen des vierten Beispiels sind, nicht weiter erläutert werden.
  • 11A ist eine Schnittansicht der Blattdichtung 25 von der Querschnittsfläche aus, welche die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert, und 11B und 11C sind Schnittansichten längs der Linie F-F von 11A.
  • Wie in 11B gezeigt ist, ist statt des Stufenabschnitts 50, der sich in einem Ring entlang dem gesamten Rand fortsetzt, wie bei der sechsten Ausführungsform beschrieben wurde, dieses Beispiel dadurch gekennzeichnet, dass es einen dritten Stufenabschnitt 50B aufweist, der mehrere spiralförmige Platten 50b aufweist, die, in der Betrachtung der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 von der Seite der dünnen Platten 29 aus, spiralförmig von der Drehwellen-Radialrichtungs-Innenumfangsseite zu der Drehwellen-Radialrichtungs-Außenumfangsseite der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 mit gleichmäßigen Intervallen G dazwischen vorgesehen sind; der dritte Stufenabschnitt 50B ist an der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 befestigt. Wie in 11A gezeigt ist, ist in der Betrachtung von der Querschnittsfläche, die die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert, der dritte Stufenabschnitt 50B auf der Seite der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 so vorgesehen, dass er zu den dünnen Platten 29 hin vorsteht.
  • Wenn die niederdruckseitige Seitenplatte 26 von der Seite der dünnen Platten 29 aus betrachtet wird, d.h. in der in 11B gezeigten Ansicht, sind die spiralförmigen Platten 50b an der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 mit einem Gradienten befestigt, der sich mit den dünnen Platten 29 in einer kreuzförmigen Anordnung schneidet.
  • Der dritte Stufenabschnitt 50B mit den spiralförmigen Platten 50b kann eine zu der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 separate Komponente sein, oder kann zusammen mit der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 vorgesehen sein.
  • 11 zeigt ein Beispiel einer Modifikation dieses Beispiels, wobei, wenn die niederdruckseitige Seitenplatte 26 von der Seite der dünnen Platten 29 aus betrachtet wird, die spiralförmigen Platten 50b an der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 in der gleichen Richtung wie die dünnen Platten 29 befestigt sind, aber mit einem Winkel mit unterschiedlichem Gradienten, d.h. einem Winkel mit unterschiedlichem Gradienten gegenüber der Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23. Die kreuzförmige Anordnung von 11B ist jedoch vorzuziehen, da diese Anordnung ermöglicht, dass eine große Anzahl dünner Platten 29 durch jede spiralförmige Platte 50b gehaltert wird.
  • Bei diesem Beispiel erfüllen die Intervalle G die Funktion der Belüftungslöcher 51 des fünften Beispiels, wodurch der Widerstand gegenüber der Gasströmung zwischen der Drehwellen-Radialrichtungs-Innenumfangsseite und der Drehwellen-Radialrichtungs-Außenumfangsseite mit dem dritten Stufenabschnitt 50B als Grenze in dem Spaltraum zwischen der dünnen Platte 29 und der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 verringert wird. Infolgedessen werden die dünnen Platten 29 durch den dritten Stufenabschnitt 50B gehaltert, während eine Druckverteilung in der Radialrichtung der Drehwelle ebenso erzielt wird, als ob der dritte Stufenabschnitt 50B nicht existieren würde.
  • Wenn daher der Druck von von der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 zu der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 strömendem Gas auf die dünnen Platten 29 einwirkt, kann die Gasdruckverteilung über einem breiten Bereich (durch einen durch den Pfeil R1 hindurchgezogene Linie in 11A dargestellten Bereich) derart gestaltet werden, dass der Gasdruck gegen die Ober- und Unterseiten der dünnen Platten 29 an einem Winkelabschnitt r1 an der Außenseite gegenüber der Drehwelle 23 und der Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 am höchsten ist und sich allmählich verringert, wenn er sich dem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt r2 annähert, wodurch eine Gas(druck)verteilung über einem engen Bereich vermieden wird.
  • Da eine breite Gasdruckverteilung auf die dünnen Platten 29 einwirken kann, kann daher das Druckgefälle an der Ober- und Unterseite der dünnen Platten 29 zuverlässig in einem breiten Bereich erzielt werden, was es ermöglicht, den Gasdruck zuverlässig so einzustellen, dass sich die dünnen Platten 29 höher anheben als die Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23.
  • Im folgenden wird ein achtes Beispiel, das zur Erläuterung bestimmter Aspekte dieser Erfindung dient, unter Bezugnahme auf 12 erläutert. Dieses Beispiel entspricht einer Modifikation des vierten Beispiels, und die Erläuterung zentriert sich auf die gegenüber dem vierten Beispiel unterschiedlichen Punkte, wobei Teile, die identisch mit denjenigen im vierten Beispiel sind, nicht weiter erklärt werden.
  • 12 ist eine Schnittansicht der Blattdichtung 25 von der Querschnittsfläche aus, welche die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert.
  • Wie in 12 gezeigt ist, ist statt des Stufenabschnitts 50, der an der unterdruckseitigen Seitenplatte 26 nach der Beschreibung im vierten Beispiel vorgesehen ist, dieses Beispiel dadurch gekennzeichnet, dass es einen vierten Stufenabschnitt 50C aufweist, der an jeder der dünnen Platten 29 so vorgesehen ist, dass er zu der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 hin vorsteht.
  • Die vierten Stufenabschnitte 50C sind vorstehende Abschnitte, die integral mit den dünnen Platten 29 ausgebildet sind, und die Spalte bzw. Zwischenräume dazwischen weisen die gleiche Größe auf wie die Zwischenräume zwischen den dünnen Platten 29.
  • In diesem Beispiel erfüllen die Zwischenräume zwischen den vierten Stufenabschnitten 50C die Funktion der Belüftungslöcher 51 des fünften Beispiels, wodurch ein Widerstand gegenüber der Gasströmung zwischen der Drehwellen-Radialrichtungs-Innenumfangsseite und der Drehwellen-Radialrichtungs-Außenumfangsseite, mit dem vierten Stufenabschnitt 50C als Grenze, in dem Spaltraum zwischen der dünnen Platte 29 und der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 verringert wird. Infolgedessen werden die dünnen Platten 29 durch die vierten Stufenabschnitte 50C gehaltert, während eine Druckverteilung in der Radialrichtung der Drehwelle ebenso erzielt wird, als ob die vierten Stufenabschnitte 50C nicht existierten.
  • Wenn der Druck des von der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 zu der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 strömenden Gases auf die dünnen Platten 29 einwirkt, kann daher die Gasdruckverteilung, bei der der Gasdruck gegen die Ober- und Unterseite der dünnen Platten 29 an einem Winkelabschnitt r1 an der Außenseite gegenüber der Drehwelle 23 und auf der Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 am höchsten ist, und sich allmählich verringert, wenn er sich dem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt r2 annähert, über einem breiten Bereich verteilt werden (dem durch einen Pfeil hindurchgezogene Linie in 12 dargestellten Bereich), wodurch eine Gasverteilung über einem engen Bereich vermieden wird, wie beispielsweise durch den Pfeil R2 mit doppelt gestrichelter Linie in 12 dargestellt ist.
  • Da eine breite Gasdruckverteilung auf die dünnen Platten 29 angewandt werden kann, kann daher das Druckgefälle an der Ober- und Unterseite der dünnen Platten 29 zuverlässig über einem breiten Bereich erzielt werden, was es ermöglicht, den Gasdruck zuverlässig derart einzustellen bzw. anzupassen, dass die dünnen Platten 29 sich höher anheben als die Umfangsfläche 23a der Drehwelle 23.
  • In diesem Beispiel ist lediglich die Form der dünnen Platten 29 verändert, und es besteht keine Notwendigkeit, die niederdruckseitige Seitenplatte 26 zu bearbeiten oder daran Zusatzausrüstungen anzubringen. Daher hat dieses Beispiel den Vorteil geringer Herstellungskosten.
  • Im folgenden wird ein neuntes Beispiel dieser Erfindung mit Bezug auf 13 erläutert. Dieses Beispiel entspricht einer Modifikation des vierten Beispiels, und die Erläuterung zentriert sich auf die gegenüber dem vierten Beispiel unterschiedlichen Punkte, wobei Teile, die identisch zu denjenigen des vierten Beispiels sind, nicht weiter erklärt werden.
  • 13 ist eine Schnittansicht der Blattdichtung 25 von der Querschnittsfläche aus, welche die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert.
  • Wie in 13 gezeigt ist, ist dieses Beispiel dadurch gekennzeichnet, dass der im vierten Beispiel beschriebene erste Stufenabschnitt 50 in Ringform sich entlang der Radialrichtung der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 bis zum Gehäuse 24 fortsetzt. Das heißt, dass in der Betrachtung im Querschnitt wie in 13 der erste Stufenabschnitt 50 dieses Beispiels breit vorgesehen ist, wobei er sich zu der Basis der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 hin fortsetzt, welche der das Gehäuse 24 und die niederdruckseitige Seitenplatte 26 verbindende Abschnitt ist. Während eines Normalbetriebs kommt die Fläche bzw. Seite des ersten Stufenabschnitts 50, die den dünnen Platten 29 zugewandt ist, nicht direkt in Kontakt mit den dünnen Platten 29, sondern es besteht ein kleiner Zwischenraum zwischen den beiden.
  • Gemäß dem ersten Stufenabschnitt 50 kann verhindert werden, dass die Größe des niederdruckseitigen Spalts 31 unter t2 fällt, indem eine Abweichung und Verformung der dünnen Platten 29 eingeschränkt wird, was es ermöglicht, einen vorbestimmten Zwischenraum leicht beizubehalten.
  • Gemäß der Blattdichtung 25 des oben beschriebenen Beispiels und einer mit der Blattdichtung 25 ausgerüsteten Gasturbine haltert der erste Stufenabschnitt 50, wenn die dünne Platte 29 versucht, sich näher zu der Seite der niederdruckseitigen Seitenplatte hin zu bewegen, die dünne Platte 29 und hält sie davon ab, sich anzunähern. Auch wenn Montagefehler bei der Montage der Wellendichtung gemacht werden, und auch wenn die dünnen Platten eine Verformung und dgl. infolge des Drucks von von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite beim Betrieb strömendem Gas eine Verformung und dgl. erfährt, kann daher der Spalt 31 zwischen den dünnen Platten 29 und der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 auf der vorbestimmten Größe t2 gehalten werden.
  • Da die Spalte 31 und 32 zwischen den dünnen Platten 29 und den Seitenplatten 26 und 27 auf den vorbestimmten Größen gehalten werden können, ändern sich die Größen der Spalte kaum, auch wenn eine bestimmte Druckfluktuation zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite besteht. Daher kann der Bereich, über dem der Dichtungsdruck aufgebracht wird, erweitert werden. Da ein kleiner Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem ersten Stufenabschnitt 50 und den dünnen Platten 29 besteht, können ferner die Toleranzen der Spalte zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 bzw. 26 und den dünnen Platten 29 freier gestaltet werden, was eine Senkung der Bearbeitungskosten ermöglicht.
  • Zusätzlich können natürlich die gleichen Wirkungen wie bei dem vierten Beispiel erzielt werden.
  • Eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf 14 erläutert. Diese Ausführungsform entspricht einer Modifikation des neunten Beispiels, und die Erläuterung zentriert sich auf die gegenüber dem neunten Beispiel unterschiedlichen Punkte, wobei Teile, die identisch mit denjenigen des neunten Beispiels sind, nicht weiter erklärt werden.
  • 14 ist eine Schnittansicht der Blattdichtung 25 von der Querschnittsfläche aus, welche die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert.
  • Wie in 14 gezeigt ist, ist bei dieser Ausführungsform zusätzlich zu dem im neunten Beispiel beschriebenen ersten Stufenabschnitt 50 die dünne Platte zum präzisen Einstellen des hochdruckseitigen Spalts 35 der oben in 5B beschriebenen Ausführungsform zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 und den dünnen Platten 29 vorgesehen. Gemäß diesem Aufbau ist in dem Fall, in dem ein Gasdruck von der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 zu der niederdruckseitigen Seitenplatte 26 auf die dünnen Platten 29 aufgebracht worden ist, die Verteilung des Gasdrucks gegenüber den Ober- und Unterseiten der dünnen Platten 29 so ausgebildet, dass der Gasdruck an dem Winkelabschnitt r1 an der Außenseite der dünnen Platten 29 und an der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 am höchsten ist und allmählich abnimmt, wenn er sich dem diagonal gegenüberliegenden Winkelabschnitt r2 nähert.
  • Gemäß der Blattdichtung 25 der oben beschriebenen Ausführungsform und einer mit der Blattdichtung 25 ausgerüsteten Gasturbine können beim neunten Beispiel die gleichen Wirkungen wie bei der obigen Ausführungsform erzielt werden.
  • Eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf 15 erläutert. Diese Ausführungsform entspricht einer Modifikation der vorhergehenden Ausführungsform, und die Erläuterung zentriert sich auf die gegenüber der vorhergehenden Ausführungsform unterschiedlichen Punkte, wobei Teile, die identisch zu denjenigen dieser Ausführungsform sind, nicht weiter erläutert werden.
  • 15 ist eine Schnittansicht der Blattdichtung 25 von der Querschnittsfläche aus, welche die Axiallinie der Drehwelle 23 passiert.
  • Wie in 15 gezeigt ist, ist bei dieser Ausführungsform ein Führungs-Druckloch 100 in der hochdruckseitigen Seitenplatte 27 der vorhergehenden Ausführungsform vorgesehen und verläuft in der Axialrichtung der Drehwelle 23; mehrere der Führungs-Drucklöcher 100 sind in der Umfangsrichtung vorgesehen.
  • Gemäß diesem Aufbau kann ein Teil des Gases auf der Hochdruckseite auf die dünne Platte einwirken, um den hochdruckseitigen Spalt 35 durch Passieren der Führungs-Drucklöcher 100 und die hochdruckseitige Seitenplatte 27 präzise einzustellen. Daher kann die dünne Platte zum präzisen Einstellen des hochdruckseitigen Spalts 35 wirksamer gebogen werden. Infolgedessen können die Wirkungen der vorangehenden Ausführungsform zuverlässiger erzielt werden.
  • Gemäß der Blattdichtung 25 der oben beschriebenen Ausführungsform und einer mit der Blattdichtung 25 ausgerüsteten Gasturbine können die gleichen Wirkungen wie bei der vorangehenden Ausführungsform zuverlässiger erzielt werden.
  • Die Blattdichtung, d.h. die Blattdichtungsanordnung der oben beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen kann nicht nur bei einer herkömmlichen Gasturbine, die eine dynamische Kraft aus der Drehung einer Turbinenachse unter Verwendung von Verbrennungsgas erhält, sondern auch auf ein Gasturbinen-Triebwerk für die Verwendung bei einem Flugzeug und dgl. angewandt werden. Die Gasturbine der vorliegenden Erfindung kann auch in Antriebsmaschinen wie z.B. einer Dampfturbine angewandt werden, die Dampf einsetzt.
  • Ferner kann die Blattdichtungsanordnung dieser Erfindung auch bei verschiedenen Arten von Antriebsmaschinen wie z.B. einer Gasturbine, einem Gasturbinenmotor bzw. Gasturbinentriebwerk, einer Dampfturbine und dgl. eingesetzt werden.
  • Die Blattdichtung 25 und die Gasturbine mit der Blattdichtung 25 der Ausführungsformen können Kombinationen des Spaltgrößen-Einstellmechanismus 50, 50A, 50B und 50C nach obiger Beschreibung umfassen. In diesem Fall können natürlich die gleichen Wirkungen erzielt werden wie bei Einsatz des Spaltgrößen-Einstellmechanismus 50, 50A, 50B oder 50C.

Claims (10)

  1. Wellendichtungsanordnung mit einer Blattdichtung (25) und einer Drehwelle (23) mit einem Außenumfang mit einer Außenumfangsfläche (23a) und einer Axialrichtung, wobei die Blattdichtung (25) umfaßt: mehrere flexible dünne Platten (29) mit einer Breite in der Axialrichtung der Drehwelle (23), wobei die dünnen Platten (29) so angeordnet sind, dass radiale innere Enden der dünnen Platten (29) an der Umfangsfläche (23a) der Drehwelle (23) gleiten, und radial äußere Basen der dünnen Platten (29) an einer Gehäuseseite befestigt sind, wobei ein Spalt bzw. Zwischenraum zwischen den dünnen Platten (29) beibehalten wird, so dass die dünnen Platten in der Umfangsrichtung der Drehwelle (23) geschichtet sind, wobei ein spitzer Winkel zwischen den dünnen Platten (29) und der Umfangsfläche (23a) der Drehwelle (23) ausgebildet ist, und derart, dass der Außenumfang der Drehwelle (23) abgedichtet ist, wobei eine Seite jeder dünnen Platte (29), die der Drehwelle (23) zugewandt ist, als Unterseite (29b) angenommen wird, und eine entgegengesetzte Fläche bzw. Seite als Oberseite (29a) angenommen wird, und einer niederdruckseitigen Seitenplatte (26) und einer hochdruckseitigen Seitenplatte (27), die auf beiden Seiten der dünnen Platten (29) in der Axialrichtung der Drehwelle (23) so vorgesehen sind, dass ein niederdruckseitiger Zwischenraum (31) zwischen den dünnen Platten (29) und der niederdruckseitigen Seitenplatte (26) ausgebildet ist, und ein hochdruckseitiger Zwischenraum (32) zwischen den dünnen Platten (29) und der hochdruckseitigen Seitenplatte (27) ausgebildet ist, wobei, im Betrieb, bei Betrachtung der dünnen Platten (29) in einem Querschnitt entlang einer imaginären Ebene senkrecht zu der Axialrichtung der Drehwelle, eine Gasdruckverteilung an der Oberseite (29a) und an der Unterseite (29b) derart ist, dass der auf die Unterseite (29b) einwirkende Gasdruck höher ist als der auf die Oberseite (29a) einwirkende an einem gegebenen Punkt (P) entlang dem Querschnitt von den radialen inneren Enden der dünnen Platten (29) zu deren radialen äußeren Basen, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattdichtung eine flexible Platte (36; 42; 27; 41) umfaßt, die in der Axialrichtung der Drehwelle (23) flexibel ist und an der Hochdruckseite der dünnen Platten (24) derart angeordnet ist, dass, im Betrieb, ein von der Hochdruckseite einwirkender Druck die flexible Platte (36; 42; 27; 41) zur Feineinstellung des hochdruckseitigen Zwischenraums (32; 35) zwischen den dünnen Platten (29) und der hochdruckseitigen Seitenplatte (27) so biegt, dass er kleiner gehalten wird als der niederdruckseitige Zwischenraum (31) zwischen den dünnen Platten (29) und der niederdruckseitigen Seitenplatte (26), und wobei, im Betrieb, die Gasdruckverteilung derart ist, dass der Gasdruck an dem Eckabschnitt (r1) der dünnen Platten (29), der sich auf der Seite der radialen inneren Enden und auf der Seite der hochdruckseitigen Seitenplatte (27) befindet, am höchsten ist und zum diagonal entgegengesetzten Eckabschnitt (r2) hin allmählich abnimmt, und ein Niederdruckbereich so ausgestaltet ist, dass er gleichzeitig an den radial äußeren Basen der dünnen Platten (29) expandiert.
  2. Wellendichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die flexible Platte durch die hochdruckseitige Seitenplatte (27; 41) gebildet ist.
  3. Wellendichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die flexible Platte (36; 42) zwischen der hochdruckseitigen Seitenplatte (27) und den dünnen Platten (29) vorgesehen ist.
  4. Wellendichtungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die flexible Platte (41; 42) Schlitze an mehr als zwei Stellen entlang einem gesamten Rand derselben aufweist.
  5. Wellendichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, ferner mit einem Zwischenraumgrößen-Einstellmechanismus (50; 50A; 50B; 50C), der zwischen der niederdruckseitigen Seitenplatte (26) und den dünnen Platten (29) vorgesehen ist, um die dünnen Platten (29) zu haltern und die Größe des Zwischenraums (31) zwischen der niederdruckseitigen Seitenplatte (26) und den dünnen Platten (29) aufrechtzuerhalten, wenn die dünnen Platten (29) sich zu der niederdruckseitigen Seitenplatte (26) hin zu bewegen versuchen.
  6. Wellendichtungsanordnung nach Anspruch 5, wobei der Zwischenraumgrößen-Einstellmechanismus einen Stufenabschnitt (50; 50a; 50b) umfaßt, der auf der Seite der niederdruckseitigen Seitenplatte (26) so vorgesehen ist, dass er zu den dünnen Platten (29) vorsteht, und der Stufenabschnitt (50; 50a; 50b) einen Ring bildet, der entlang der niederdruckseitigen Seitenplatte (26) um die Drehwelle (23) herum verläuft.
  7. Wellendichtungsanordnung nach Anspruch 6, wobei der Stufenabschnitt (50; 50) entlang einer radialen Richtung der niederdruckseitigen Seitenplatte (26) zu der Position des Gehäuses hin vorgesehen ist.
  8. Wellendichtungsanordnung nach Anspruch 4, wobei der Stufenabschnitt (50c) an der Seite der dünnen Platten (29) so vorgesehen ist, dass er zu der niederdruckseitigen Seitenplatte (26) hin vorsteht.
  9. Wellendichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit druckführenden Löchern (100), welche durch die hochdruckseitige Seitenplatte (27) in der Axialrichtung der Drehwelle (23) verlaufen.
  10. Eine Gasturbine, die ein Gas hoher Temperatur und hohen Drucks in ein Gehäuse (24) einleiten und es gegen Laufschaufeln (23e) blasen kann, welche drehbar innerhalb des Gehäuses (24) gehaltert sind, wodurch die Wärmeenergie des Gases in mechanische Drehenergie umgewandelt wird und eine dynamische Kraft erzeugt wird, wobei die Gasturbine die Wellendichtungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 umfaßt.
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8381 Inventor (new situation)

Inventor name: UEHARA, HIDEKAZU, TAKASAGO-SHI, HYOGO-KEN, JP

Inventor name: SHINOHARA, TANEHIRO, TAKASAGO-SHI, HYOGO-KEN, JP

Inventor name: AKAGI, KOUICHI, TAKASAGO-SHI, HYOGO-KEN, JP

Inventor name: YURI, MASANORI, TAKASAGO-SHI, HYOGO-KEN, JP