EP2681417A1

EP2681417A1 - Turbine mit dichtungseinrichtung zwischen leitschaufelträger und gehäuse

Info

Publication number: EP2681417A1
Application number: EP12706819.5A
Authority: EP
Inventors: Andras WROBEL; Egon GEIST
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2014-01-08
Also published as: CA2828313A1; CN103384753A; US20130343879A1; WO2012116943A1; CA2828313C; US9422822B2; RU2013143622A; CN103384753B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbine (1) einer Kraftwerksanlage, vorzugsweise Dampfturbine, mit einem Stator (2), der ein Gehäuse (4) und im Gehäuse (4) mindestens einen Leitschaufelträger (5,6,7) mit Leitschaufeln (8) aufweist, einem Rotor (3), der eine Rotorwelle (9) mit Laufschaufeln (11) aufweist, und mindestens einer Dichtungseinrichtung (12), die den jeweiligen Leitschaufelträger (5,6,7) axial gegenüber dem Gehäuse (4) dichtet und zwei Bereiche (20,21) unterschiedlichen Drucks voneinander trennt. Eine verbesserte Dichtungswirkung wird dadurch erreicht, dass die Dichtungseinrichtung (12) einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden und axial wirkenden Hauptdichtring (24), der dem Bereich (21) mit dem niedrigeren Druck zugewandt ist, und einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden und axial wirkenden Zusatzdichtring (25) aufweist, der dem Bereich (20) mit dem höheren Druck zugewandt ist. Der Hauptdichtring ist am Leitschaufelträger axial fest und der Zusatzdichtring axial beweglich angebracht, wobei der Zusatzdichtring mit wenigstens einem Federelement axial in Richtung des Bereiches mit dem höheren Druck gespannt ist.

Description

TURBINE MIT DICHTUNGSEINRICHTUNG ZWISCHEN

LEITSCHAUFELTRÄGER UND GEHÄUSE

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbine einer Kraftwerksanlage,

vorzugsweise eine Dampfturbine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 .

Stand der Technik

Die US 2004/0096312 A1 zeigt eine Turbine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 . Der Leitschaufelträger besitzt dabei einen Ringsteg, in dessen Stirnseiten hinterschnittene Ringkanäle angeordnet sind, die jeweils eine Dichtung aufnehmen, die mit einer zugewandten ringförmigen Radialfläche des Turbinengehäuses dichtend zusammenwirkt. Dabei dienen die in Achsrichtung des Rotors am Leitschaufelträger unbeweglich gehalterten Dichtungen auch zur axialen Fixierung des Leitschaufelträgers.

Die DE 732 470 zeigt eine Turbine, bei der der Leitschaufelträger gegenüber dem Gehäuse mit zwei Dichtungen abgedichtet ist, wobei eine am Gehäuse fest angeordnete Dichtung mit dem Leitschaufelträger nach Art eines Axiallagers zusammenwirkt und eine am Leitschaufelträger in einer Umfangsnut angeordnete Dichtung einen ringförmigen Radialspalt zwischen Leitschaufelträger und Gehäuse absperrt.

Die US 1 625 541 zeigt eine Turbine, bei der der Leitschaufelträger mit einem außenumfangsseitigen Ringsteg in eine innenumfangsseitige Ringnut am Turbinengehäuse formschlüssig eingreift, wobei ein zwischen der einen Stirnseite des Ringsteges und der zugewandten Flanke der Ringnut verbleibender Spalt durch eine Dichtung abgeschlossen wird, die in einer Ringnut an der vorgenannten Stirnseite des Ringsteges angeordnet ist.

In der JP 55-52501 werden ein Turbinengehäuse und ein Leitschaufelträger dargestellt, der an seinem Außenumfang eine nach radial außen offene Ringnut aufweist, in die ein am Gehäuse angeordneter Ringsteg mit axialem Spiel eingreift. Dieses Spiel wird durch eine Ringfeder beseitigt, welche axial zwischen einer Flanke der Ringnut des Leitschaufelträgers und der zugewandten Stirnseite des gehäuseseitigen Ringsteges axial eingespannt ist und außerdem die Funktion einer Dichtung übernimmt.

Gemäß der DE 926 071 ist bei einer Dampf- bzw. Gasturbine mit zylindrischem, in das Turbinengehäuse eingesetzten Leitschaufelträger vorgesehen, dass außenumfangsseitig des Leitschaufelträgers ein Ringteil mit einer Außenumfangsnut angeordnet ist, in die ein innenumfangsseitiger Ringsteg des Gehäuses formschlüssig eingreift, wobei zwischen den nutseitigen Flanken und den zugewandten Stirnseiten des Ringsteges Dichtungen angeordnet sind.

Die EP 1 744 017 A1 zeigt eine kombinierte Dampfturbine mit einem Hochdruckmodul und einem Mitteldruckmodul in einem beiden Modulen gemeinsamen Gehäuse, wobei das Gehäuse ein Innengehäuse mit zwei Expansionsstrecken und ein das Innengehäuse umfassendes Außengehäuse aufweist. Dabei ist an der Grenzfläche zwischen den beiden Modulen zwischen Innen- und Außengehäuse eine Dichtungsanordnung vorgesehen.

Die EP 1 445 519 A1 betrifft einen Hochdruck-Dichtungsring für Dampfturbinen, wobei zur Abdichtung eines Zwischenraumes von einem Außenraum zwischen einem ersten Dichtungspartner und einem zweiten Dichtungspartner ein rohrähnlicher Dichtungsring vorgesehen ist, der im Querschnitt zwei Schenkel aufweist, wobei der eine Schenkel am ersten Dichtungspartner und der andere Schenkel am zweiten Dichtungspartner anliegt und der Dichtungsring über eine Haltevorrichtung am zweiten Dichtungspartner festgeklemmt wird. Der eine Schenkel des Dichtungsringes liegt dichtend auf einer in einer Radialebene erstreckten Stirnfläche auf, während der andere Schenkel des Dichtungsrings an einer Innenumfangsfläche anliegt.

Die JP 10-169408 zeigt einerseits Dichtungsringe mit U-förmigem Querschnitt zwischen einander zugewandten Radialflächen und andererseits einen Dichtungsring zwischen einer Innenumfangsfläche und einer dazu gleichachsigen Au ßenumfangsf läche.

Die JP 58185903 zeigt einen an einer Innenumfangsfläche angeordneten Ringsteg, der in eine Umfangsnut auf einer Au ßenumfangsf läche eingreift, wobei zwischen einer Flanke der Umfangsnut und der zugewandten Stirnseite des Ringsteges eine Dichtung angeordnet ist.

Aus der US 5,676,521 ist eine Turbine für eine Kraftwerksanlage bekannt, die einen Stator aufweist, der ein Gehäuse und im Gehäuse zwei Leitschaufelträger mit mehreren Reihen von Leitschaufeln aufweist. Ferner umfasst die Turbine einen Rotor, der eine Rotorwelle mit mehreren Reihen von Laufschaufeln aufweist. Für den jeweiligen Leitschaufelträger ist außerdem je eine

Dichtungseinrichtung vorgesehen, die den jeweiligen Leitschaufelträger axial gegenüber dem Gehäuse dichtet und dabei zwei Bereiche unterschiedlichen Drucks voneinander trennt.

Eine effektive Axialdichtung innerhalb des Gehäuses ist von besonderer

Bedeutung, um Leckageströmungen zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Derartige Leckageströmungen können insbesondere bei Dampfturbinen vergleichsweise starke abrasive Effekte besitzen, die mit der Zeit zu einer beträchtlichen

Beschädigung der jeweiligen Dichtungseinrichtung bzw. des jeweiligen

Leitschaufelträgers bzw. des Gehäuses führen können. Derartige

Beschädigungen müssen dann sehr aufwändig repariert werden. Außerdem führen Leckagestränge zu signifikanten Wirkungsgradverlusten der Turbine. Darstellung der Erfindung

Hier setzt die vorliegende Erfindung an und beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Turbine der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Abdichtung bzw. durch einen reduzierten Verschleiß auszeichnet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des

unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind

Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Dichtungseinrichtung mit zwei Dichtringen auszustatten, die sich jeweils in der Umfangsrichtung erstrecken und die jeweils axial wirken. Dementsprechend umfasst die jeweilige Dichtungseinrichtung einen Hauptdichtring, der dem Bereich mit dem niedrigeren Druck zugewandt ist, sowie einen Zusatzdichtring, der dem Bereich mit dem höheren Druck zugewandt ist. Hierdurch wird eine zweistufige Abdichtung zwischen den beiden Bereichen realisiert, wodurch die Druckdifferenz am jeweiligen Dichtring reduziert wird, was die Dichtungswirkung verbessert und Leckagen reduziert.

Gemäß der Erfindung soll der Zusatzdichtring am Leitschaufelträger axial beweglich angebracht sein. Im Betrieb der Turbine wird der jeweilige

Leitschaufelträger aufgrund der innerhalb der Turbine herrschenden

Druckverhältnisse axial in Richtung des Bereichs mit dem niedrigeren Druck angetrieben. Hierbei kann es zu einer Axialverstellung des Leitschaufelträgers relativ zum Gehäuse kommen. Der axial bewegliche Zusatzdichtring kann nun diese Relativbewegungen zwischen Leitschaufelträger und Gehäuse ausgleichen und so die Dichtwirkung der jeweiligen Dichtungseinrichtung aufrechterhalten. Die Begriffe„niedrigerer Druck" und„höherer Druck" sind nicht absolut zu verstehen, sondern relativ, sodass im Bereich mit dem niedrigeren Druck der herrschende Druck kleiner, also niedriger ist als im Bereich mit dem höheren Druck. Bspw. kann der jeweilige Leitschaufelträger eine Hochdruckbeschaufelung tragen, sodass die Dichtungseinrichtung z.B. einen Hochdruck gegen einen oberen Mitteldruck oder gegen einen Niederdruck dichtet. Sofern der

Schaufelträger eine Mitteldruckbeschaufelung besitzt, dichtet die

Dichtungseinrichtung z.B. einen oberen oder höheren Mitteldruck gegen einen unteren oder niedrigeren Mitteldruck. Sofern der Leitschaufelträger eine

Niederdruckbeschaufelung trägt, dichtet die Dichtungseinrichtung z.B. einen Hochdruck oder unteren Mitteldruck gegen einen Niederdruck.

Die Begriffe„axial",„radial" und„Umfangsrichtung" beziehen sich in vorliegendem Zusammenhang jeweils auf eine Rotationsachse des Rotors, welche die

Axialrichtung definiert, also axial verläuft.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Hauptdichtring an einer radial vom jeweiligen Leitschaufelträger abstehenden, sich in

Umfangsrichtung erstreckenden Ringschulter angeordnet sein und eine axiale Dichtkontur aufweisen, die mit einer am Gehäuse ausgebildeten axialen

Gegendichtkontur zusammenwirkt. Eine derartige axiale Dichtkontur, die mit einer komplementär axialen Gegendichtkontur zusammenwirkt, ermöglicht im Bereich des Hauptdichtrings radiale Relativbewegungen zwischen Leitschaufelträger und Gehäuse, die durch thermische Dehnungseffekte auftreten können. Da der Hauptdichtring dem Bereich mit dem niedrigeren Druck zugewandt ist, erfolgt über den Hauptdichtring die axiale Abstützung des Leitschaufelträgers am

Gehäuse, sodass der Hauptdichtring innerhalb der Dichtungseinrichtung eine axiale Positionierung bzw. eine axiale Führung des jeweiligen Leitschaufelträgers relativ zum Gehäuse bewirkt.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Gegendichtkontur in einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Aufnahmenut ausgebildet ist, in welche die Ringschulter radial eintaucht. Hierdurch ergibt sich in axialer Richtung ein beidseitiger Formschluss zwischen dem jeweiligen Leitschaufelträger und dem Gehäuse durch die in die Aufnahmenut eingreifende Ringschulter.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Hauptdichtring am jeweiligen Leitschaufelträger axial befestigt sein, wodurch eine eindeutige Relativlage zwischen Hauptdichtring und Leitschaufelträger definiert werden kann. Insbesondere kann hierzu vorgesehen sein, dass Befestigungsschrauben verwendet werden, die axial verlaufen und an einer dem Zusatzdichtring zugewandten Axialseite in den Hauptdichtring eingreifen. Mit anderen Worten, der Hauptdichtring ist bzgl. seiner frontseitigen Dichtkontur rückseitig

verschraubt.

Bei einer anderen Ausführungsform kann der Hauptdichtring in eine zum Bereich mit dem niedrigeren Druck hin axial offene, sich in Umfangsrichtung erstreckende Hauptringnut eingesetzt sein. Diese Hauptringnut kann insbesondere in der vorstehend genannten Ringschulter ausgebildet sein. Mit Hilfe der Hauptringnut wird für den Hauptdichtring eine definierte Relativlage erzeugt. Zweckmäßig kann dabei vorgesehen sein, dass die Hauptringnut ein in Axialrichtung

hinterschnittfreies Querschnittsprofil besitzt. Bspw. kann die Hauptringnut ein U- Querschnittsprofil besitzen bzw. als U-Nut ausgestaltet sein. Sofern die

Hauptringnut ein hinterschnittfreies Querschnittsprofil besitzt, kann der

Hauptdichtring axial in die Hauptringnut eingesetzt werden, was die Montage vereinfacht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Zusatzdichtring an einer radial vom jeweiligen Leitschaufelträger abstehenden, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Ringschulter angeordnet sein und eine axiale Dichtkontur aufweisen, die mit einer am Gehäuse ausgebildeten axialen Gegendichtkontur zusammenwirkt. Eine derartige axiale Dichtkontur, die mit einer komplementär axialen Gegendichtkontur zusammenwirkt, ermöglicht im Bereich des Zusatzdichtrings radiale Relativbewegungen zwischen Leitschaufelträger und Gehäuse, die durch thermische Dehnungseffekte auftreten können.

Zweckmäßig kann auch hier vorgesehen sein, dass die Gegendichtkontur in einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Aufnahmenut ausgebildet ist, in welche die Ringschulter radial eintaucht. Vorteilhaft sind Hauptdichtring und

Zusatzdichtring an derselben Ringschulter an entgegen gesetzten Axialseiten angeordnet. Die genannte Aufnahmenut enthält dann beide Gegendichtkonturen, die einander zugewandt sind.

Besonders zweckmäßig ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher der

Zusatzdichtring mit wenigstens einem Federelement axial in Richtung zum

Bereich mit dem höheren Druck angetrieben ist. Somit verbleibt der

Zusatzdichtring stets axial vorgespannt mit seiner Dichtkontur an der zugehörigen Gegendichtkontur axial anliegend, auch wenn sich der Leitschaufelträger relativ zum Gehäuse axial bewegt.

Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der

Zusatzdichtring in eine zum Bereich mit dem höheren Druck hin axial offene, sich in Umfangsrichtung erstreckende Zusatzringnut eingesetzt sein. Somit ergibt sich auch für den Zusatzdichtring eine optimale Positionierung zumindest in radialer Richtung relativ zum jeweiligen Leitschaufelträger. Zweckmäßig kann dabei vorgesehen sein, dass die Zusatzringnut ein Querschnittsprofil mit Hinterschnitt in Axialrichtung besitzt. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Zusatzdichtring innerhalb der Zusatzringnut zwar axial verstellbar ist, jedoch nicht axial daraus austreten kann. Der Hinterschnitt sorgt für einen Formschluss zwischen

Zusatzdichtring und Leitschaufelträger, sofern der Zusatzdichtring komplementär zum Querschnittsprofil der Zusatzringnut geformt ist. Insbesondere kann der Zusatzdichtring in seinem Querschnittsprofil zumindest einen radial abstehenden Steg besitzen, der formschlüssig mit dem jeweiligen Hinterschnitt der

Zusatzringnut axial zusammenwirkt. Bspw. kann die Zusatzringnut ein T-förmiges Querschnittsprofil besitzen oder als T-Nut ausgestaltet sein. Zweckmäßig sind die Zusatzringnut und die zuvor genannte Hauptringnut axial fluchtend an derselben Ringschulter an voneinander abgewandten Axialseiten angeordnet.

Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das jeweilige Federelement in der Zusatzringnut axial zwischen dem Zusatzdichtring und dem Leitschaufelträger angeordnet sein. Durch diese Bauform ist das jeweilige Federelement optimal vor Verunreinigungen geschützt.

Bei einer anderen Ausführungsform kann der Zusatzdichtring die zuvor genannten Befestigungsschrauben, die zum Fixieren des Hauptdichtrings verwendet werden, axial überdecken. Somit sind auch diese

Befestigungsschrauben, insbesondere innerhalb der Zusatzringnut, vor

Verunreinigungen, geschützt. Zweckmäßig kann hierbei vorgesehen sein, dass diese Befestigungsschrauben in der Zusatzringnut axial versenkt angeordnet sind.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können das Gehäuse, der jeweilige Leitschaufelträger, der jeweilige Hauptdichtring und der jeweilige Zusatzdichtring in einer Trennebene in zwei Gehäuseteile, zwei

Leitschaufelträgerteile, zwei Hauptdichtringteile und zwei Zusatzdichtringteile geteilt sein. Besagte Trennebene ist dabei so positioniert, dass in dieser Trennebene auch die Rotationsachse des Rotors liegt. Durch die Teilung der genannten Hauptkomponenten der Turbine ergibt sich eine vereinfachte

Montage. Außerdem vereinfacht sich die Demontage für Wartungszwecke.

Besonders zweckmäßig ist hierbei eine Ausführungsform, bei welcher das in die halbe Zusatzringnut eingesetzte Zusatzdichtringteil im Bereich der Trennebene am jeweiligen Umfangsende mit einem Sicherungselement, vorzugsweise mit einer Sicherungsschraube, in der Umfangsrichtung am jeweiligen

Leitschaufelträgerteil gesichert ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass das an sich axial bewegliche Zusatzdichtringteil seine Relativlage zum

Leitschaufelträgerteil in der Umfangsrichtung verändert. Die Dichtkonturen des Hauptdichtrings und/oder des Zusatzdichtrings erstrecken sich zweckmäßig radial und in Umfangsrichtung. Sie können insbesondere mehrere Ringstege aufweisen, die sich jeweils in der Umfangsrichtung

erstrecken, radial nebeneinander angeordnet sind und axial vorstehen. Hierdurch kann in der Radialrichtung ein Labyrintheffekt realisiert werden, der die

Dichtungswirkung der jeweiligen Axialdichtung erheblich verbessert. Im

Unterschied zu den Dichtkonturen sind die Gegendichtkonturen des Gehäuses zweckmäßig eben konfiguriert, wobei sie sich ebenfalls radial und in

Umfangsrichtung erstrecken.

Die vorliegende Erfindung ist bevorzugt bei Dampfturbinen realisierbar.

Grundsätzlich kann es sich bei der Turbine jedoch auch um eine Gasturbine handeln. Sofern die Turbine als Dampfturbine konzipiert ist, ist sie bevorzugt als Reaktionstyp konfiguriert. Ebenso ist eine Ausführungsform als Aktionstyp oder Impulstyp denkbar.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen

Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch eine Turbine,

Fig. 2 eine stark vereinfachte isometrische Ansicht der Turbine bei

geöffnetem Gehäuse und

Fig. 3 eine teilweise geschnittene, isometrische Detailansicht der Turbine im

Bereich einer Dichtungseinrichtung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert.

Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Turbine 1 einer im Übrigen nicht gezeigten Kraftwerksanlage, einen Stator 2 und einen Rotor 3. Die Turbine 1 ist bevorzugt als Dampfturbine ausgestaltet. Die Dampfturbine ist dabei vorzugsweise vom Reaktionstyp.

Der Stator 2 weist ein Gehäuse 4 auf sowie wenigstens einen Leitschaufelträger 5,6,7. Im gezeigten Beispiel sind drei Leitschaufelträger 5,6,7 vorgesehen, nämlich je einen für Hochdruck, Mitteldruck und Niederdruck. Der Hochdruck- Leitschaufelträger 5 befindet sich in der Darstellung der Fig. 1 links. Daran schließt sich der Mitteldruck-Leitschaufelträger 6 an. Rechts ist dann der

Niederdruck-Leitschaufelträger 7 positioniert. Jeder Leitschaufelträger 5,6,7 trägt mehrere Leitschaufeln 8, von denen in Fig. 1 nur einige exemplarisch dargestellt sind. Der Rotor 3 besitzt eine Rotorwelle 9, die um eine Rotationsachse 10 drehbar im Stator 2 bzw. am Gehäuse 4 gelagert ist. Der Rotor 9 trägt mehrere

Laufschaufeln 1 1 , von denen in Fig. 1 einige exemplarisch angedeutet sind.

Für wenigstens einen der Leitschaufelträger 5,6,7 weist die Turbine 1 eine Dichtungseinrichtung 12 auf, die jeweils in einem mit unterbrochener Linie angedeuteten Dichtungsbereich 13 zwischen dem jeweiligen Leitschaufelträger 5,6,7 und dem Gehäuse 4 vorgesehen ist. Bei der hier vorgestellten

Ausführungsform sind nur zwei der drei Leitschaufelträger 5,6,7 jeweils mit einer derartigen Dichtungseinrichtung 12 ausgestattet. Im Einzelnen sind nur der mittig dargestellte Leitschaufelträger 6, also der Mitteldruck-Leitschaufelträger 6 und der rechts dargestellte Leitschaufelträger 7, also der Niederdruck- Leitschaufelträger 7 jeweils mit einer solchen Dichtungseinrichtung 12

ausgestattet. Es ist klar, dass grundsätzlich auch der links dargestellte

Leitschaufelträger 5, also der Hochdruck-Leitschaufelträger 5 mit einer derartigen Dichtungseinrichtung 12 ausgestattet sein kann. Ebenso ist es möglich, dass nur einer der Leitschaufelträger 5,6,7 mit einer derartigen Dichtungseinrichtung 12 versehen ist.

Von einem Dampfeinlass 14 der Dampfturbine 1 bis zu einem Dampfauslass 15 der Dampfturbine 1 ergibt sich über die einzelnen Leitschaufelträger 5,6,7 ein stufenweiser Druckabbau. Dabei existiert anströmseitig des Hochdruck- Leitschaufelträgers 5 ein Bereich 16, in dem ein Hochdruck herrscht.

Abstromseitig des Hochdruck-Leitschaufelträgers 5 und anströmseitig des Mitteldruck-Leitschaufelträgers 6 befindet sich ein Bereich 17, in dem ein oberer Mitteldruck herrscht. Abstromseitig des Mitteldruck-Leitschaufelträgers 6 befindet sich ein Bereich 18, der sich bis zur Einlassseite des Niederdruck- Leitschaufelträgers 7 erstreckt und in dem ein unterer Mitteldruck herrscht.

Auslassseitig des Niederdruck-Leitschaufelträgers 7 befindet sich dann ein Bereich 19, in dem ein Niederdruck herrscht. Die jeweilige Dichtungseinrichtung 12 ist nun so konzipiert, dass sie den jeweiligen Leitschaufelträger 5, 6, 7 axial gegenüber dem Gehäuse 4 dichtet, und zwar so, dass die Dichtungseinrichtung 12 dabei jeweils zwei Bereiche 20 und 21 unterschiedlichen Drucks voneinander trennt. Beim Mitteldruck-Leitschaufelträger

6 trennt die zugehörige Dichtungseinrichtung 12 den Bereich 17 mit dem oberen Mitteldruck von dem Bereich 18 mit dem unteren Mitteldruck. Der Bereich 20 mit dem höheren Druck ist hierbei durch den Bereich 17 mit dem oberen Mitteldruck gebildet, während der Bereich 21 mit dem niedrigeren Druck durch den Bereich

18 mit dem unteren Mitteldruck gebildet ist. Beim Niederdruck-Leitschaufelträger

7 trennt die zugehörige Dichtungseinrichtung 12 den Bereich 18 mit dem unteren Mitteldruck vom Bereich 19 mit dem Niederdruck. In diesem Fall ist der Bereich 20 mit dem höheren Druck durch den Bereich 18 mit dem unteren Mitteldruck gebildet, während der Bereich 21 mit dem niedrigeren Druck durch den Bereich

19 mit dem Niederdruck gebildet ist.

Das Gehäuse 4 und die Leitschaufelträger 5,6,7 können in einer Trennebene 22 geteilt sein, wobei in dieser Trennebene 22 die Rotationsachse 10 liegt. Rein exemplarisch erstreckt sich die Trennebene 22 horizontal, wodurch das Gehäuse 4 und die Leitschaufelträger 5,6,7 jeweils in ein Unterteil und ein Oberteil geteilt sind.

Fig. 2 zeigt nun eine isometrische Ansicht des unteren Gehäuseteils 4' des Gehäuses 4, den unteren Leitschaufelträgerteil 6' des Mitteldruck- Leitschaufelträgerteils 6, den unteren Leitschaufelträgerteil T des Niederdruck- Leitschaufelträgers 7 und einen unteren Zwischenkolbengehäuseteil 23' eines Zwischenkolbengehäuses 23, an dem axial zwischen dem Mitteldruck- Leitschaufelträger 6 und dem Niederdruck-Leitschaufelträger 7 der Rotor 3 gelagert ist. Die beiden Dichtungseinrichtungen 12 sind erkennbar. Der

Dichtungsbereich 13 des Mitteldruck-Leitschaufelträgers 6 ist wieder mit unterbrochener Linie markiert. Dieser Dichtungsbereich 13 des Mitteldruck- Leitschaufelträgers 6 ist nun in Fig. 3 teilweise geschnitten dargestellt. Es ist klar, dass der Dichtungsbereich 13 des Niederdruck-Leitschaufelträgers 7 und/oder des Hochdruck-Leitschaufelträgers 5 - soweit vorhanden - grundsätzlich entsprechend aufgebaut sein können.

Gemäß Fig. 3 umfasst die jeweilige Dichtungseinrichtung 12 einen Hauptdichtring

24 und einen Zusatzdichtring 25. Beide Dichtringe 24,25 erstrecken sich in der Umfangsrichtung und wirken axial. Der Hauptdichtring 24 ist dem Bereich 21 mit dem niedrigeren Druck zugewandt. Im Unterschied dazu ist der Zusatzdichtring

25 dem Bereich 20 mit dem höheren Druck zugewandt. Somit sind die beiden Dichtringe 24,25 an voneinander abgewandten Seiten angeordnet.

Zur Realisierung der Dichtungseinrichtung 12 ist im gezeigten Beispiel der jeweilige Leitschaufelträger 6 mit einer Ringschulter 26 ausgestattet, die radial vom jeweiligen Leitschaufelträger 6 absteht und sich in Umfangsrichtung erstreckt. Im Einzelnen sind sowohl der Hauptdichtring 24 als auch der

Zusatzdichtring 25 an dieser Ringschulter 26 angeordnet. Der Hauptdichtring 24 besitzt eine axiale Dichtkontur 27, die mit einer am Gehäuse 4 ausgebildeten axialen Gegendichtkontur 28 zusammenwirkt. Der Zusatzdichtring 25 besitzt eine axiale Dichtkontur 29, die mit einer am Gehäuse 4 ausgebildeten

Gegendichtkontur 30 zusammenwirkt.

Für die Dichtungseinrichtung 12 ist am Gehäuse 4 eine Aufnahmenut 31 ausgebildet, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt und die so bemessen und positioniert ist, dass die jeweilige Ringschulter 26 radial in diese Aufnahmenut 31 eintaucht. Dabei taucht die Ringschulter 26 radial soweit in die Aufnahmenut 31 ein, dass sich die beiden Dichtringe 24,25 innerhalb der Aufnahmenut 31 befinden. Dementsprechend sind die beiden Gegendichtkonturen 28,30 an den sich axial gegenüberliegenden Seitenwänden der Aufnahmenut 31 ausgebildet.

Der Hauptdichtring 24 ist am Leitschaufelträger 6, zweckmäßig an der

Ringschulter 26 axial befestigt. Diese axiale Befestigung wird zweckmäßig mit Hilfe von Befestigungsschrauben 32 realisiert, von denen in Fig. 3 eine exemplarisch angedeutet ist. Die Befestigungsschrauben 32 sind zweckmäßig so angeordnet, dass sie axial verlaufen, d. h. eine Drehachse der jeweiligen

Befestigungsschraube 32 ist axial orientiert. Ferner greifen die

Befestigungsschrauben 32 an einer dem Zusatzdichtring 25 zugewandten Axialseite 33 in den Hauptdichtring 24 ein, also an einer von der Dichtkontur 27 des Hauptdichtrings 24 abgewandten Rückseite 33. Im Beispiel durchdringen die Befestigungsschrauben 32 jeweils eine Durchgangsöffnung 34, die in der Ringschulter 26 axial zwischen den beiden Dichtringen 24,25 vorgesehen ist. Ferner sind diese Durchgangsöffnungen 34 zweckmäßig so dimensioniert, dass die jeweilige Befestigungsschraube 32 darin axial versenkt angeordnet ist.

Zur Aufnahme des Hauptdichtrings 24 weist der Leitschaufeltrager 6 bzw. dessen Ringschulter 26 eine Hauptringnut 35 auf, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt und die zum Bereich 21 mit dem niedrigeren Druck hin axial offen ist. Diese Hauptringnut 35 besitzt dabei ein in der Axialrichtung hinterschnittfreies Querschnittsprofil, das insbesondere U-förmig konzipiert sein kann, sodass die Hauptringnut 35 im Beispiel als U-Nut ausgestaltet ist. Hierdurch ist es möglich, bei vom Gehäuse 4 entferntem Leitschaufelträger 6 den Hauptdichtring 24 axial in die Hauptringnut 35 einzusetzen.

Bemerkenswert ist, dass der Hauptdichtring 24 axial aus der Hauptringnut 35 herausragt, insbesondere mit seiner Dichtkontur 27. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Leitschaufelträger 6 im Bereich der Ringschulter 26 bzw. im Dichtungsbereich 13 axial gegenüber dem Gehäuse 4 positioniert ist, nämlich durch axiale Kontaktierung des Hauptdichtrings 24 bzw. der Dichtkontur 27 am Gehäuse 4 bzw. an der Gegendichtkontur 28.

Während der Hauptdichtring 24 axial fest am Leitschaufelträger 6 angebracht ist, ist der Zusatzdichtring 25 axial beweglich am Leitschaufelträger 6 angebracht. Des Weiteren ist der Zusatzdichtring 25 mit Hilfe wenigstens eines

Federelements 36 axial angetrieben, und zwar in Richtung zum Bereich 20 mit dem höheren Druck. In Fig. 3 ist ein einziges Federelement 36 angedeutet, das als Blattfeder ausgestaltet sein kann. Das Federelement 36 stützt sich dabei an einer dem Hauptdichtring 24 zugewandten Seite des Zusatzdichtrings 25 ab und treibt daher den Zusatzdichtring 25 weg vom Hauptdichtring 24 an.

Zur Unterbringung des Zusatzdichtrings 25 ist der Leitschaufelträger 6 bzw.

dessen Ringschulter 26 mit einer Zusatzringnut 37 ausgestattet, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt und die zum Bereich 20 mit dem höheren Druck hin axial offen ist. Zweckmäßig besitzt nun diese Zusatzringnut 37 ein

Querschnittsprofil mit wenigstens einem Hinterschnitt 38, der in Axialrichtung wirkt. Bspw. kann die Zusatzringnut 37 hierzu als T-Nut konzipiert sein. Der Zusatzdichtring 25 ist nun komplementär zur Zusatzringnut 37 geformt und kann dementsprechend bspw. ein T-Profil besitzen. Dementsprechend besitzt der Zusatzdichtring 25 zumindest einen radial vorstehenden Steg 39, der innerhalb der Zusatzringnut 37 den jeweiligen Hinterschnitt 38 in Radialrichtung überdeckt und mit diesem in der Axialrichtung formschlüssig zusammenwirkt. Zum

Einsetzen des Zusatzdichtrings 25 in die Zusatzringnut 37 muss der

Zusatzdichtring 25 dementsprechend in der Umfangsrichtung in die Zusatzringnut 37 eingeführt werden. Dies kann auch dann realisiert werden, wenn der

Leitschaufelträger 6 bzw. das jeweilige Leitschaufelträgerteil 6' bereits in das Gehäuse 4 bzw. in das jeweilige Gehäuseteil 4' eingesetzt ist.

Zweckmäßig ist nun das jeweilige Federelement 36 in der Zusatzringnut 37 untergebracht und dabei axial zwischen dem Zusatzdichtring 25 und dem

Leitschaufelträger 6 bzw. der Ringschulter 26 angeordnet. Auch die

Befestigungsschrauben 32 und somit auch die Durchgangsöffnungen 34 befinden sich im Bereich der Zusatzringnut 37, sodass sie vom Zusatzdichtring 25 axial überdeckt sind. Hierbei ist dann die zuvor erwähnte axial versenkte Anordnung der Befestigungsschrauben 32 in der Ringschulter 26 bzw. innerhalb der

Zusatzringnut 37 von Bedeutung.

Für die Montage der Turbine 1 ist es zweckmäßig, dass auch der Hauptdichtring 24 und auch der Zusatzdichtring 25 in der Trennebene 22 geteilt sind, sodass ebenfalls zumindest zwei Hauptdichtringteile 24' bzw. wenigstens zwei Zusatzdichtringteile 25' vorhanden sind. In Fig. 3 sind dabei jeweils das untere Dichtringteil 24' bzw. 25' erkennbar.

Für die axiale Beweglichkeit des Zusatzdichtrings 25 relativ zum

Leitschaufelträger 6 sind die radial abstehenden Stege 39 in der Axialrichtung kleiner definiert als ein Axialabstand zwischen dem jeweiligen Hinterschnitt 38 und einem nicht näher bezeichneten Nutgrund. Dementsprechend ist ein

Axialspiel zwischen dem Zusatzdichtring 25 und der zugehörigen Zusatzringnut 37 ausgebildet. Des Weiteren ist die axiale Abmessung der Ringschulter 26 kleiner als die axiale Öffnungsweite der Aufnahmenut 31 . Auf diese Weise kann sich die Ringschulter 26 und kann sich somit auch der Leitschaufelträger 6 in der Aufnahmenut 31 relativ zum Gehäuse 4 axial bewegen. Eine derartige

Axialbewegung kann durch die im Betrieb auftretenden Drücke und durch thermische Dehnungseffekte auftreten.

Des Weiteren ist radial zwischen der Ringschulter 26 und der Aufnahmenut 31 ein Radialspiel vorgesehen, wodurch auch hier radiale Relativbewegungen zwischen Leitschaufelträger 6 und Gehäuse 4 möglich sind, die ebenfalls thermisch bedingt sein können. Die Dichtungseinrichtung 12 kann diese thermisch bedingten Relativbewegungen ausgleichen. Zum einen kann die Dichtungseinrichtung 12 in der Axialrichtung Relativbewegungen zwischen Leitschaufelträger 6 und Gehäuse 4 dadurch ausgleichen, dass der

Zusatzdichtring 25 axial beweglich aufgenommen ist und insbesondere axial vom Hauptdichtring 24 weggerichtet vorgespannt ist. Um auch bei radialer

Ausdehnung bzw. Bewegung zwischen Leitschaufelträger 6 und Gehäuse 4 die erforderliche Dichtungswirkung realisieren zu können, wirken zum anderen die beiden Dichtringe 24,25 axial. Insbesondere sind hierzu die beiden Dichtkonturen 27,29 radial und in Umfangsrichtung orientiert, wobei die zugehörigen

Gegendichtkonturen 28,30 ebenfalls radial und in Umfangsrichtung orientiert sind. Während die Gegendichtkonturen 28,30 zweckmäßig eben ausgestaltet sind und jeweils in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Rotationsachse 10 verläuft, können die Dichtkonturen 27,29 jeweils mehrere Ringstege 40 aufweisen, die sich jeweils in Umfangsrichtung erstrecken, zueinander

konzentrisch angeordnet sind, zueinander radial benachbart angeordnet sind und dabei jeweils axial vorstehen. Durch die Ringstege 40 kann eine

Labyrinthwirkung in der Radialrichtung innerhalb der jeweiligen Axialdichtung realisiert werden.

Zur Fixierung des Zusatzdichtrings 25 bzw. des jeweiligen Zusatzdichtringteils 25' in der Umfangsrichtung kann im Bereich der Trennebene 22 an jedem

Umfangsende 41 des jeweiligen Zusatzdichtringteils 25' ein Sicherungselement 42 vorgesehen sein, das im gezeigten Beispiel der Fig. 3 als Sicherungsschraube 42 ausgebildet ist. Die Sicherungsschraube 42 übergreift mit ihrem Kopf eine an der dem Hauptdichtring 24 zugewandten Rückseite ausgebildete, hier nicht erkennbare Stufe radial und/oder axial und verhindert so durch Formschluss eine Bewegung des Zusatzdichtrings 25 in der Umfangsrichtung relativ zum

Leitschaufelträger 6.

Bezugszeichenliste

1 Turbine

2 Stator

3 Rotor

4 Gehäuse

5 Hochdruck-Leitschaufelträger

6 Mitteldruck-Leitschaufelträger

7 Niederdruck-Leitschaufelträger

8 Leitschaufel

9 Rotorwelle

10 Rotationsachse

1 1 Laufschaufel

12 Dichtungseinrichtung

13 Dichtungsbereich Dampfeinlass

Dampfauslass

Bereich mit Hochdruck

Bereich mit oberem Mitteldruck

Bereich mit unterem Mitteldruck

Bereich mit Niederdruck

Bereich mit höherem Druck

Bereich mit niedrigerem Druck

Trennebene

Zwischenkolbengehäuse

Hauptdichtring

Zusatzdichtring

Ringschulter

Dichtkontur von 24

Gegendichtkontur zu 27

Dichtkontur von 25

Gegendichtkontur zu 29

Aufnahmenut

Befestigungsschraube

Axialseite/Rückseite von 24

Durchgangsöffnung

Hauptringnut

Federelement

Zusatzringnut

Hinterschnitt

Steg

Ringsteg

Umfangsende von 25

Sicherungselement/Sicherungsschraube

Claims

Patentansprüche

1. Turbine einer Kraftwerksanlage, vorzugsweise Dampfturbine,

- mit einem Stator (2), der ein Gehäuse (4) und im Gehäuse (4) mindestens einen Leitschaufelträger (5,6,7) mit Leitschaufeln (8) aufweist,

- mit einem Rotor (3), der eine Rotorwelle (9) mit Laufschaufeln (11) aufweist,

- mit mindestens einer Dichtungseinrichtung (12), die den jeweiligen

Leitschaufelträger (5,6,7) axial gegenüber dem Gehäuse (4) dichtet und zwei Bereiche (20,21) unterschiedlichen Drucks voneinander trennt, wobei die Dichtungseinrichtung (12) einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden und axial wirkenden Hauptdichtring (24), der dem Bereich (21) mit dem niedrigeren Druck zugewandt ist, und einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden und axial wirkenden Zusatzdichtring (25) aufweist, der dem Bereich (20) mit dem höheren Druck zugewandt ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Hauptdichtring (24) am Leitschaufelträger (5,6,7) axial fest und der Zusatzdichtring (25) am Leitschaufelträger (5,6,7) axial beweglich angebracht ist, wobei der Zusatzdichtring (25) mit wenigstens einem Federelement (36) axial in Richtung des Bereiches (20) mit dem höheren Druck gespannt ist.

2. Turbine nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Hauptdichtring (24) an einer radial vom jeweiligen Leitschaufelträger (5,6,7) abstehenden, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Ringschulter (26) angeordnet ist und eine axiale Dichtkontur (27) aufweist, die mit einer am

Gehäuse (4) ausgebildeten axialen Gegendichtkontur (28) zusammenwirkt, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Gegendichtkontur (28) in einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Aufnahmenut (31) ausgebildet ist, in welche die Ringschulter (26) radial eintaucht.

3. Turbine nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass für den Hauptdichtring (24) am Leitschaufelträger (5,6,7)

Befestigungsschrauben (32) vorgesehen sind, die axial verlaufen und an einer dem Zusatzdichtring (25) zugewandten Axialseite (33) in den Hauptdichtring (24) eingreifen.

4. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Hauptdichtring (24) in eine zum Bereich (21) mit dem niedrigeren Druck hin axial offene, sich in Umfangsrichtung erstreckende Hauptringnut (35) eingesetzt ist, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Hauptringnut (35) ein in Axialrichtung hinterschnittfreies Querschnittsprofil aufweist.

5. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Zusatzdichtring (25) an einer radial vom jeweiligen Leitschaufelträger (5,6,7) abstehenden, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Ringschulter (26) angeordnet ist und eine axiale Dichtkontur (29) aufweist, die mit einer am

Gehäuse (4) ausgebildeten axialen Gegendichtkontur (30) zusammenwirkt, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Gegendichtkontur (30) in einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Aufnahmenut (31) ausgebildet ist, in welche die Ringschulter (26) radial eintaucht.

6. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Zusatzdichtring (25) in eine zum Bereich (20) mit dem höheren Druck hin axial offene, sich in Umfangsrichtung erstreckende Zusatzringnut (37) eingesetzt ist, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Zusatzringnut (37) ein Querschnittsprofil mit einem Hinterschnitt (38) in Axialrichtung aufweist.

7. Turbine nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass das jeweilige Federelement (36) in der Zusatzringnut (37) axial zwischen dem Zusatzdichtring (25) und dem Leitschaufelträger (5,6,7) angeordnet ist.

8. Turbine zumindest nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Zusatzdichtring (25) die Befestigungsschrauben (32) axial überdeckt, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Befestigungsschrauben (32) in der Zusatzringnut (37) axial versenkt angeordnet sind.

9. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Gehäuse (4), der jeweilige Leitschaufelträger (5,6,7), der jeweilige Hauptdichtring (24) und der jeweilige Zusatzdichtring (25) in einer Trennebene (22), welche eine Rotationsachse (10) des Rotors (3) enthält, in zwei

Gehäuseteile (4'), zwei Leitschaufelträgerteile (5',6',7'), zwei Hauptdichtringteile (24') und zwei Zusatzdichtringteile (25') geteilt sind, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass das in die halbe Zusatzringnut (37) eingesetzte Zusatzdichtringteil (25') im Bereich der Trennebene (22) an wenigstens einem Umfangsende (41) mit einem Sicherungselement (42), insbesondere

Sicherungsschraube (42), in der Umfangsrichtung am Leitschaufelträger (5',6',7') gesichert ist.