WO1997043521A1 - Dichtungsanordnung sowie dampfturbine - Google Patents

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WO1997043521A1
WO1997043521A1 PCT/DE1997/000952 DE9700952W WO9743521A1 WO 1997043521 A1 WO1997043521 A1 WO 1997043521A1 DE 9700952 W DE9700952 W DE 9700952W WO 9743521 A1 WO9743521 A1 WO 9743521A1
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sealing
turbine
recess
blade
area
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PCT/DE1997/000952
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English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Remberg
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type

Definitions

  • the invention relates to a sealing arrangement for sealing a first area from a second area, the areas through which a fluid can flow and can be maintained at a different pressure, in particular in a steam turbine with a rotor and an inner housing, each along a turbine axis are directed.
  • the invention further relates to a steam turbine.
  • EP 0 611 905 A1 describes a device for contact-free sealing between spaces of different pressure, in particular for a turbomachine, in which shaft passages between spaces of different pressure must be provided with suitable seals.
  • the specified device consists of a labyrinth seal in which step-shaped labyrinth gaps are formed between a rotating and a fixed part.
  • sealing tips are arranged on the rotating and the fixed part, whereby a high degree of swirling of a medium flowing through is to be achieved.
  • the sealing tips between the fixed part and the rotating part are arranged as close as possible to one another, so that there is only a small axial gap.
  • the sealing tips are expanded radially so that sealing tips of two adjacent steps overlap.
  • a group of sealing tips can be caulked into a corresponding groove using a caulking wire.
  • DD-PS 54380 relates to a labyrinth gap seal, in particular for turbines or centrifugal compressors, with opposing, cooperating sealing parts.
  • a resilient sealing part consists of thin sheet metal strips which, due to their own centrifugal force or due to the application of a medium of higher pressure, lie against the shoulders of ring grooves.
  • a flat throttle disk protrudes between adjacent ring grooves.
  • sealing elements On an axial extension of the guide vane, sealing elements are provided which are directed towards the rotor vane and adjoin it.
  • m section 7.6.4.3 "Influence of blade overlap and shroud”
  • various sealing systems between a guide vane and a rotor are one Turbine shown.
  • the guide grill has em T-shaped sealing element in cross section, which protrudes into an essentially rectangular groove of the rotor.
  • the object of the invention is to provide a sealing arrangement for achieving a reduced leakage fluid rate between a rotating and a fixed part, which separate two areas of different pressure of a fluid. Another object is to provide a steam turbine with a sealing arrangement.
  • the sealing arrangement for sealing a first region from a second region which regions can each be flowed through with a fluid and can be held at a different pressure
  • a sealing arrangement with a component which can be rotated about a main axis and a fixed component, wherein one of the components has a circumferential recess and the other component has an end that is adjacent to the sealing web.
  • This sealing web has a transverse region that is essentially parallel to the main axis and spaced from the end and projects radially into the depression without contact, the depression being geometrically similar to the sealing web.
  • the sealing web preferably has a section m one
  • Plane formed from the longitudinal axis and flow direction of the fluid for example, a T-shaped and L-shaped cross-section.
  • the transverse region directed essentially transversely to the longitudinal axis in the direction of the inflow direction can be produced by introducing a groove of any cross section, for example rectangular or semicircular.
  • the fixed and / or the rotatable component is preferably a turbine blade directed along a longitudinal axis.
  • a sealing web adjoins a profile region, which is directed regionally in the direction of the longitudinal axis and regionally essentially transversely to the longitudinal axis in accordance with a flow direction of fluid to the turbine blade, the transverse region extending from the end of the profile region to that of the turbine blade Sealing web is arranged, is spaced.
  • the turbine blade has a cover plate, which may be slightly curved, on which the sealing web is arranged, in particular welded or milled out of the plate.
  • the cover plates of the turbine blade form an annular cover band and the sealing webs directed essentially in the circumferential direction form a sealing band forming a circular ring in a plane perpendicular to the main axis of the rotor with circular cross-section.
  • the sealing tape formed increases the flow resistance and thus reduces leakage currents between the turbine blades, both guide blades and rotor blades, and an inner housing or the rotor of the turbine.
  • An increase in the flow resistance is also achieved by the transverse regions, since these form an annular groove which is recessed in the axial direction and which causes the fluid flow to be deflected and swirled.
  • At least one sealing tip preferably a plurality of sealing tips, which is or are directed parallel to the longitudinal axis, is provided on the sealing web.
  • a labyrinth seal as can be produced, for example, in EP 0 611 905 AI or the article cited above.
  • the turbine blade is preferably a moving blade or a guide blade for a steam turbine, in particular a medium-pressure and / or low-pressure partial turbine.
  • the object directed to a steam turbine is achieved in that a rotor and / or an inner housing, each of which extends along a turbine axis, has an annular recess in the circumferential direction for non-contact engagement of a sealing web, in particular a turbine blade , exhibit.
  • a contact-free engagement of a sealing web in this recess results in a high flow resistance for steam guided in the steam turbine, as a result of which a leakage steam rate is significantly reduced. This applies both to a seal between a guide vane and the rotor, a rotor blade and the inner housing and between the rotor and the inner housing as a shaft seal.
  • the depression is expanded in regions in the radial direction perpendicular to the turbine axis and in the axial direction parallel to the turbine axis.
  • the depression can thus have a T, an L or a similar profile in a cross section perpendicular to the circumferential direction, which is geometrically similar to the cross sectional profile of the sealing web.
  • At least one radially directed sealing tip preferably a plurality of radially directed sealing tips, is provided in the depression.
  • Each sealing tip forms a sealing tip band extending in the circumferential direction.
  • a sealing web of a turbine blade directed essentially in the circumferential direction preferably projects into the depression.
  • the sealing web is preferably T-shaped or L-shaped. In the area of the depression, there is therefore a two to fourfold deflection of the flow direction by 180 °, as a result of which a significant increase in the flow resistance and thus a significant reduction in a steam leakage flow is achieved. In the case of a medium-pressure or a low-pressure turbine section in particular, this leads to an increase in their efficiency.
  • FIG. 1 shows a detail of a longitudinal section through a steam turbine and
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of a sealing arrangement analogous to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a detail of a longitudinal section of a steam turbine, not shown in detail, with an inner casing 13 and a rotor 12 arranged inside the inner casing 13.
  • the inner casing 13 and the rotor 12 are directed along a turbine axis 14 and point at their circular shape inner circumference or outer circumference on annular circumferential depressions 16a, 16b.
  • a plurality of turbine blades 1 are arranged in the steam turbine, only for the sake of clarity a guide blade 11 fastened in the inner housing 13 and a moving blade 10 connected to the rotor 12 are shown.
  • Each of the turbine blades 1 has a blade root region 3 with which it is anchored in the inner housing 13 or the rotor 12.
  • the turbine blade 1 is directed along a longitudinal axis 2.
  • the blade root area 3 is followed by a profile area 4 for deflecting a steam flow 17.
  • the profile area 4 has an end 5 opposite the blade root area 3, on which a cover plate 7 is provided.
  • the turbine blades 10, 11 fastened in the circumferential direction to the rotor 12 or the inner housing 13 thus form an annular vane grille, in which the cover plates 7 form an annular cover band.
  • a sealing web 6 is provided in the direction of the longitudinal axis 2, which extends on the cover plate 7 along the circumferential direction.
  • the sealing web 6 has a transverse region 8 which is spaced from the end 5 and is oriented essentially normal to the longitudinal axis 2.
  • a groove 21 running in the circumferential direction is thus formed between the transverse region 8 and the end 5, in particular the cover plate 7.
  • This can have a rectangular cross-section, as in the present case due to the T-structure of the sealing web 6, and, depending on the type of manufacture of the transverse region 8, can also be semicircular, for example.
  • a groove 22 running in the circumferential direction is formed on both sides of the longitudinal axis 2 by the T-profile of the sealing web 6.
  • the sealing web 6 projects without contact into an associated recess 16a, 16b.
  • the transverse extent of the transverse region 8 is dimensioned such that the sealing web 6 can also be subsequently introduced or removed from the respective recess 16a, 16b.
  • the shape of the recess 16a, 16b is adapted to the sealing web 6, in particular likewise T-shaped, and has annular grooves 21 assigned to the transverse region 8 in the direction of the turbine axis 14 on.
  • two directed sealing tips are arranged in the direction of the longitudinal axis opposite the transverse region 8.
  • sealing tips 9 are provided on the outer circumference of the rotor 12 and on the inner circumference of the inner housing 13 which are also directed in the direction of the longitudinal axis 2 and lie opposite a respective cover plate 7.
  • the sealing web 6 By protruding the sealing web 6 into a recess 16a of the rotor or a recess 16b of the inner housing 13, there is a direct radial gap between the rotor blade 10 and the inner housing 13 and between the guide vane 11 and the rotor 12 for a flow of leakage steam from the steam flow 17 avoided. Rather, between the stationary part, the guide vane 11 or the inner casing 13, and the rotating part, the rotor 12 or the rotor blade 10, the sealing web 6 protruding into the recess 16a, 16b causes the leakage steam flow to be deflected several times ⁇ at least four times 90 °.
  • a sealing arrangement 18 for sealing a first area 19 from a second area 20 is described with reference to FIG. 2 shows an enlarged scale Section of a longitudinal section through a steam turbine directed along a main axis 14 analogous to FIG. 1.
  • the same reference numerals have the same meaning as in FIG. 1, in so far as reference is made to the explanation of FIG.
  • the sealing arrangement 18, which separates a first region 19 with a higher vapor pressure from a second region of the lower vapor pressure lying downstream of the sealing arrangement 18, is described as an example.
  • the sealing arrangement 18 comprises the inner housing 13 as a fixed component and a rotor blade 10 as a rotating component.
  • a sealing arrangement 18 comprising a guide vane 11 and the rotor 12 and, in the context of a shaft seal, a sealing arrangement directly between the inner housing 13 and the rotor 12.
  • the rotating component, the rotor blade 10 has a sealing web 6 which extends in the radial direction into a Recess extending 16b of the inner housing 13 protrudes without contact.
  • the sealing web 6 has a transverse region 8 in the direction of the main axis, ie the turbine axis 14. With the cover plate 7, this causes a groove 22 which runs in the circumferential direction and is deepened in the axial direction.
  • the recess 16b has annular grooves 21 corresponding to the grooves 22, which are assigned to the transverse region 8.
  • this leakage vapor flow is at least four times, in particular by each
  • the invention is characterized in that in order to increase the seal between areas of different pressure, in particular in a steam turbine, a fixed component engages in a recess in a rotating component or vice versa. A leakage steam flow between these ranges of different pressures must therefore take place through the depression, a multiple flow deflection taking place, which causes a significant increase in the flow resistance. This provides a high sealing effect for sealing the blading of a steam turbine or a shaft seal for a shaft led out of a housing.
  • a sealing web directed in the circumferential direction preferably protrudes into the depression, so that a multiple deflection of a leakage steam flow takes place with an increase in the flow resistance.
  • the depression and the sealing web are preferably designed as a T-profile, as a result of which the leakage steam flow is deflected several times by 180 °.
  • the increase in flow resistance associated with this redirection leads to a significantly reduced leakage steam flow.
  • the leakage steam flow can additionally be reduced by using sealing labyrinths with sealing tips.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung (18) zur Abdichtung eines ersten Bereichs (19) von einem zweiten Bereich (20), welche Bereiche (19, 20) jeweils mit einem Fluid (17) durchströmbar und auf einem unterschiedlichen Druck haltbar sind. Die Dichtungsanordnung weist eine um eine Hauptachse (14) drehbare Komponente (12, 10) und eine feststehende Komponente (11, 13) auf, wobei eine der Komponenten (12, 13) ein in Umfangsrichtung verlaufende Vertiefung (16a, 16b) und die andere Komponente (11, 10) ein Ende (5) aufweist. An das Ende (5) grenzt ein Dichtsteg (6) an, der einen im wesentlichen parallel zur Hauptachse (14) gerichteten von dem Ende (5) beabstandeten Querbereich (8) aufweist und berührungsfrei radial in die Vertiefung (16a, 16b) hineinragt, wobei die Vertiefung (16a, 16b) dem Dichtsteg (6) geometrisch ähnlich ist.

Description

Beschreibung
Dichtungsanordnung sowie Dampfturbine
Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines ersten Bereichs von einem zweiten Bereich, welche Be¬ reiche jeweils mit einem Fluid durchströmbar und auf einem unterschiedlichen Druck haltbar sind, insbesondere in einer Dampfturbine mit einem Rotor und einem Innengehäuse, die je- weils entlang einer Turbinenachse gerichtet sind. Die Erfin¬ dung betrifft weiterhin eine Dampfturbine.
In der EP 0 611 905 AI ist eine Vorrichtung zum berührungs- freien Abdichten zwischen Räumen unterschiedlichen Druckes, insbesondere für eine Strömungsmaschine, bei der Wellendurch- tritte zwischen Räumen unterschiedlichen Druckes mit geeigne¬ ten Dichtungen versehen werden müssen, beschrieben. Die ange¬ gebene Vorrichtung besteht aus einer Labyrinthdichtung, bei der stufenförmige Labyrinthspalte zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Teil gebildet sind. In den Labyrinth¬ spalten sind jeweils an dem rotierenden und dem feststehenden Teil Dichtungsspitzen angeordnet, wodurch ein hoher Grad der Verwirbelung eines durchströmenden Mediums erreicht werden soll. Die Dichtungsspitzen zwischen feststehendem Teil und rotierendem Teil sind möglichst nahe aneinander angeordnet, so daß nur ein geringer axialer Spalt vorhanden ist. Die Dichtungsspitzen sind radial so ausgedehnt, daß sich Dich¬ tungsspitzen zweier benachbarter Stufen überlappen. Eine Gruppe von Dichtungsspitzen kann mit Hilfe eines Stemmdrahtes in eine entsprechende Nut eingestemmt sein.
In dem Artikel "Maßnahmen zur Modernisierung und Lebensdauer¬ verlängerung an Dampfturbinenkomponenten" von D. Bergmann, M. Jansen und H. Oeynhausen in VGB Kraftwerkstechnik 71, 1991, Heft 2, Seiten 116 bis 122, sind verschiedene Dichtungen für eine Turbinenschaufel einer Dampfturbine angegeben. Das Bild 13 des Artikels zeigt die relativen Leckdampfströme zwischen einer Leitschaufel und einem Turbmenläufer. Hierbei sind in einigen Ausführungsformen Vertiefungen in der Leitschaufel eingebracht. Die geringsten relativen Leckdampfstromraten werden für sogenannte Spitze-Spitze-Dichtungen erzielt, bei denen in axialer Richtung alternierend Dichtspitzen an dem Turbmenläufer und der Leitschaufel angeordnet sind. Durch eine Verbesserung der Spaltabdichtung zwischen Turbinenläufer und Leitschaufel lassen sich die Wirkungsgradverluste einer Dampfturbmenanlage verringern.
Die DD-PS 54380 betrifft eine Labyrinthspaltdichtung, insbe¬ sondere für Turbinen oder Kreiselverdichter, mit gegenüber¬ liegenden, zusammenwirkenden Dichtungsteilen. Ein nachgiebi¬ ges Dichtungsteil besteht aus dünnen Blechstreifen, die durch die eigene Fliehkraft oder durch Beaufschlagung mit einem Me- dium höheren Druckes gegen die Schultern von Ringnuten anlie¬ gen. Zwischen benachbarten Ringnuten ragt eine ebene Drossel- scheibe hinein. In den Patent Abstracts of Japan M-133, May 29, 1982, Vol. 6, No. 93, zur JP-A 57-28810 ist eine Dich¬ tungsanordnung zwischen einer Laufschaufel und zwei benach- harten zueinander beabstandeten Leitschaufeln angegeben. Die Laufschaufei weist hierbei an den beiden Enden des Schaufel- bereiches jeweils einen ringförmigen Fortsatz auf. An einer axialen Verlängerung der Leitschaufel sind zu der Laufschau¬ fel gerichtete, an diese angrenzende Dichtelemente vorgese- hen. In dem Buch "Untersuchung und Berechnung axialer Turbi¬ nenstufen" von Dejc und Trojanovskij , VEB-Verlag Technik, Berlin 1973, m Abschnitt 7.6.4.3 "Einfluß der Schaufelüber¬ deckung und des Deckbands" sind verschiedene Dichtungssysteme zwischen einem Leitgitter und einem Rotor einer Turbine dar- gestellt. In einer Ausführungsform weist das Leitgitter em im Querschnitt T-förmiges Dichtungselement auf, welches m eine im wesentlichen rechteckige Nut des Rotors hineinragt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtungsanordnung zur Er- zielung einer verminderten Leckfluidrate zwischen einem ro¬ tierenden und einem feststehenden Teil, welche zwei Bereiche unterschiedlichen Druckes eines Fluides abtrennen, anzugeben. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Dampfturbine mit ei¬ ner Dichtungsanordnung anzugeben.
Die auf eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines ersten Bereichs von einem zweiten Bereich, welche Bereiche jeweils mit einem Fluid durchströmbar und auf einem unterschiedlichen Druck haltbar sind, wird erfindungsgemäß durch eine Dich- tungsanordnung gelöst, mit einer um eine Hauptachse drehbaren Komponente und einer feststehenden Komponente, wobei eine der Komponenten eine in Umfangsrichtung verlaufende Vertiefung und die andere Komponente em Ende aufweist, an das em Dichtsteg angrenzt. Dieser Dichtsteg weist einen im wesentli- chen parallel zur Hauptachse gerichteten, von dem Ende beab¬ standeten Querbereich auf und ragt berührungsfrei radial in die Vertiefung hinein, wobei die Vertiefung dem Dichtsteg geometrisch ähnlich ist.
Der Dichtsteg weist vorzugsweise in einem Schnitt m einer
Ebene gebildet aus Längsachse und Anströmrichtung des Fluides beispielsweise einen T- und L-förmigen Querschnitt auf. Der im wesentlichen quer zur Längsachse in Richtung der Anström¬ richtung gerichtete Querbereich kann durch Einbringung einer Nut beliebigen Querschnitts, beispielsweise rechteckig oder halbkreisförmig, erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, daß der an der Komponente, insbesondere der Turbinenschaufel, an¬ gebrachte Dichtsteg eine Vertiefung in Anströmrichtung des Fluides aufweist und somit bei einer Anströmung der Turbmen- schaufei mit Fluid durch diese Vertiefung und somit durch den
Dichtsteg eine erhöhte Wirbelbildung oder eine Rückströmung mit erhöhtem Strömungswiderstand entsteht. Vorzugsweise ist die feststehende und/oder die drehbare Komponente eine ent¬ lang einer Längsachse gerichtete Turbinenschaufel. Bei dieser schließt sich an einen Profilbereich ein Dichtsteg an, wel¬ cher bereichsweise in Richtung der Längsachse und bereichs- weise im wesentlichen quer zur Längsachse entsprechend einer Anströmrichtung von Fluid an die Turbinenschaufel gerichtet ist, wobei der Querbereich von dem Ende des Profilbereichs an den der Dichtsteg angeordnet ist, beabstandet ist.
Die Turbinenschaufel weist an dem ihrem Schaufelfußbereich gegenüberliegenden Ende eine gegebenenfalls leicht gebogene Deckplatte auf, auf der der Dichtsteg angeordnet ist, insbe¬ sondere verschweißt oder aus der Platte herausgefräst ist . Bei in einem Rotor einer Turbine, insbesondere einer Dampf¬ turbine, in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Turbi¬ nenschaufeln bilden die Deckplatten der Turbinenschaufel ein kreisringförmiges Deckband sowie die im wesentlichen in Um¬ fangsrichtung gerichteten Dichtungsstege ein einen Kreisring bildendes Dichtungsband in einer Ebene senkrecht zur Haupt¬ achse des Rotors mit Kreisquerschnitt. Durch den im wesent¬ lichen senkrecht zur Umfangsrichtung gerichteten Querbereich der Dichtungsstege bewirkt das gebildete Dichtungsband einen erhöhten Strömungswiderstand und verringert somit Leckströme zwischen den Turbinenschaufeln, sowohl Leitschaufeln als auch Laufschaufeln, und einem Innengehäuse bzw. dem Rotor der Tur¬ bine. Eine Erhöhung des Strömungswiderstandes ist zudem durch die Querbereiche erreicht, da diese eine kreisringförmige in axialer Richtung vertiefte Nut bilden, welche eine Umlenkung und Verwirbelung der Fluidströmung bewirkt.
An dem Dichtungssteg ist zumindest eine Dichtungsspitze, vor¬ zugsweise eine Mehrzahl von Dichtungsspitzen, die parallel zur Längsachse gerichtet ist bzw. sind, vorgesehen. Hierdurch ist zusätzlich zu dem Dichtungssteg eine Labyrinthdichtung, wie sie beispielsweise in der EP 0 611 905 AI oder dem oben zitierten Artikel angegeben sind, herstellbar.
Die Turbinenschaufel ist vorzugsweise eine Laufschaufel oder eine Leitschaufel für eine Dampfturbine, insbesondere eine Mitteldruck- und/oder Niederdruck-Teilturbine. Durch eine Verwendung von Leitschaufeln und Laufschaufeln mit dem erfin¬ dungsgemäßen Dichtsteg ist eine Reduzierung von Dampfleckage¬ strömen in einer Dampfturbine erreicht, wodurch insbesondere bei einer Niederdruck-Teilturbine eine Wirkungsgradsteigerung erzielt ist.
Die auf eine Dampfturbine gerichtete Aufgabe wird dadurch ge¬ löst, daß ein Rotor und/oder ein Innengehäuse, die sich je- weils entlang einer Turbinenachse erstrecken, in Umfangsrich¬ tung eine ringförmige Vertiefung zu einem berührungsfreien Eingriff eines Dichtungssteges, insbesondere einer Turbinen¬ schaufel, aufweisen. Durch einen berührungsfreien Eingriff eines Dichtungssteges in diese Vertiefung wird ein hoher Strömungswiderstand für in der Dampfturbine geführten Dampf erzielt, wodurch eine Leckdampfrate deutlich vermindert ist. Dies gilt sowohl für eine Abdichtung zwischen einer Leit- schaufel und dem Rotor, einer Laufschaufei und dem Innenge¬ häuse sowie zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse als Wel- lendichtung.
Zur weiteren Erhöhung eines Strömungswiderstandes sowie zur Erzeugung zusätzlicher Wirbel und Rückströmgebiete, ist die Vertiefung bereichsweise in radialer Richtung senkrecht zur Turbinenachse sowie in axialer Richtung parallel zur Turbi¬ nenachse ausgedehnt. Die Vertiefung kann somit ein T-, ein L- oder ein ähnliches Profil in einem Querschnitt senkrecht zur Umfangsrichtung aufweisen, das dem Querschnittsprofil des Dichtstegs geometrisch ähnlich ist. In der Vertiefung ist zumindest eine radialgerichtete Dicht- spitze, vorzugsweise eine Mehrzahl radialgerichteter Dicht¬ spitzen vorgesehen. Hierdurch ist eine zusätzliche Labyrinth¬ dichtung herstellbar und somit eine weitere Erhöhung des Strömungswiderstandes erreicht. Jede Dichtspitze bildet hier¬ bei ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes Dichtspitzen¬ band.
In die Vertiefung ragt vorzugsweise ein im wesentlichen in Umfangsrichtung gerichtete Dichtsteg einer Turbinenschaufel hinein. Der Dichtsteg ist vorzugsweise T- oder L-förmig aus¬ geführt. In dem Bereich der Vertiefung erfolgt somit eine zwei- bis vierfache Umlenkung der Strömungsrichtung um 180°, wodurch eine deutliche Erhöhung des Strömungswiderstandes und damit eine deutliche Verringerung einer Dampfleckageströmung erreicht ist. Dies führt insbesondere bei einer Mitteldruck¬ oder einer Niederdruck-Teilturbine zu einer Erhöhung deren Wirkungsgrades.
Anhand des Ausführungsbeispiels werden die Dichtungsanordnung sowie die Dampfturbine näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 einen Ausschnitt eines Längsschnittes durch eine Dampfturbine und FIG 2 eine vergrößerte Darstellung einer Dichtungsanordnung analog zu FIG 1.
Die FIG 1 zeigt einen Ausschnitt eines Längsschnittes einer nicht näher dargestellten Dampfturbine mit einem Innengehäuse 13 und einem innerhalb des Innengehäuses 13 angeordneten Ro¬ tor 12. Das Innengehäuse 13 und der Rotor 12 sind entlang ei¬ ner Turbinenachse 14 gerichtet und weisen an ihrem kreisför¬ migen Innenumfang beziehungsweise Außenumfang ringförmige in Umfangsrichtung verlaufende Vertiefungen 16a, 16b auf. In der Dampfturbine sind eine Mehrzahl von Turbinenschaufeln 1 ange¬ ordnet, wobei hier der Übersichtlichkeit halber lediglich eine in dem Innengehäuse 13 befestigte Leitschaufel 11 und eine mit dem Rotor 12 verbundene Laufschaufei 10 dargestellt sind. Jede der Turbinenschaufeln 1 weist einen Schaufelfußbe- reich 3 auf, mit dem sie in dem Innengehäuse 13 bzw. dem Ro- tor 12 verankert ist. Die Turbinenschaufel 1 ist entlang ei¬ ner Längsachse 2 gerichtet. In Richtung der Längsachse 2 schließt sich an den Schaufelfußbereich 3 ein Profilbereich 4 zur Umlenkung einer DampfStrömung 17 an. Der Profilbereich 4 weist ein dem Schaufelfußbereich 3 gegenüberliegendes Ende 5 auf, an dem eine Deckplatte 7 vorgesehen ist. Die in Umfangs¬ richtung an dem Rotor 12 oder dem Innengehäuse 13 befestigten Turbinenschaufeln 10, 11 bilden somit ein kreisringförmiges Schaufelgitter, worin die Deckplatten 7 ein kreisringförmiges Deckband bilden. An dem Ende 5 ist in Richtung der Längsachse 2 ein Dichtsteg 6 vorgesehen, der sich auf der Deckplatte 7 entlang der Umfangsrichtung erstreckt. Der Dichtsteg 6 weist einen von dem Ende 5 beabstandeten im wesentlichen normal zur Längsachse 2 gerichteten Querbereich 8 auf. Zwischen dem Querbereich 8 und dem Ende 5, insbesondere der Deckplatte 7, ist somit eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 21 gebil¬ det. Diese kann einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, wie im vorliegenden Fall durch die T-Struktur des Dichtsteges 6 bedingt, sowie je nach Herstellungsart des Querbereiches 8 beispielsweise auch halbkreisförmig sein. Durch das T-Profil des Dichtsteges 6 werden beiderseits der Längsachse 2 je eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 22 gebildet. Der Dichtsteg 6 ragt berührungsfrei in eine zugeordnete Vertiefung 16a, 16b hinein. Die Querausdehnung des Querbereiches 8 ist dabei so bemessen, daß auch nachträglich eine Einführung bzw. Heraus- führung des Dichtsteges 6 aus der jeweiligen Vertiefung 16a, 16b ermöglicht ist. Dies ist beispielsweise im Zuge der Zu¬ sammensetzung einer axial zweigeteilten Dampfturbine von Vor¬ teil, da es eine einfache Montage erlaubt. Die Vertiefung 16a, 16b ist in ihrer Form dem Dichtsteg 6 angepaßt, insbe- sondere ebenfalls T-förmig, und weist dem Querbereich 8 zuge¬ ordnete ringförmige Nuten 21 in Richtung der Turbinenachse 14 auf. In der Vertiefung 16a, 16b sind in Richtung der Längs¬ achse zwei gerichtete Dichtspitzen dem Querbereich 8 gegen¬ über angeordnet. Darüber hinaus sind am Außenumfang des Ro¬ tors 12 sowie am Innenumfang des Innengehäuses 13 ebenfalls in Richtung der Längsachse 2 gerichtete einer jeweiligen Deckplatte 7 gegenüberliegende Dichtspitzen 9 vorgesehen.
Durch ein Hineinragen des Dichtsteges 6 in eine Vertiefung 16a des Rotors bzw. eine Vertiefung 16b des Innengehäuses 13 ist zwischen Laufschaufei 10 und Innengehäuse 13 sowie zwi¬ schen Leitschaufel 11 und Rotor 12 ein direkter radialer Spalt für eine Durchströmung von Leckdampf aus der Dampfströ¬ mung 17 vermieden. Vielmehr erfolgt zwischen dem feststehen¬ den Teil, der Leitschaufel 11 bzw. dem Innengehäuse 13, und dem rotierenden Teil, dem Rotor 12 bzw. der Laufschaufei 10, durch den in die Vertiefung 16a, 16b hineinragenden Dichtsteg 6 eine mehrfache Umlenkung der LeckdampfStrömung um minde¬ stens viermal 90° statt. Hierdurch wird eine deutliche Erhö¬ hung des Strömungswiderstandes mit sich ausbildenden Wirbel- und Rückströmgebieten zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Teil der Dampfturbine gebildet. Durch einen Dichtsteg 6 mit einem Querbereich 8 sowie einer der Form des Dichtsteges 6 angepaßten Vertiefung 16a, 16b wird eine Umlen¬ kung der LeckdampfStrömung um viermal 180° erreicht. Dies führt noch einmal zu einer deutlichen Erhöhung des Strömungs¬ widerstandes und somit zur Verminderung der LeckdampfStrö¬ mung. Diese wird weiter reduziert durch in der Vertiefung 16a, 16b dem Querbereich 8 zugewandte Dichtspitzen 9 sowie weiteren Dichtspitzen 9, die der Deckplatte 7 zugewandt sind. Es ist ebenfalls möglich, ein Vollabyrinth aus Dichtspitzen 9 herzustellen, bei dem ebenfalls Dichtspitzen 9 an der Deck¬ platte 7 und/oder dem Querbereich 8 vorgesehen sind.
Anhand der FIG 2 wird eine Dichtungsanordnung 18 zur Abdich- tung eines ersten Bereichs 19 von einem zweiten Bereich 20 beschrieben. FIG 2 zeigt in einem vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt eines Längsschnittes durch eine entlang einer Hauptachse 14 gerichteten Dampfturbine analog zu FIG 1. Glei¬ che Bezugszeichen haben dieselbe Bedeutung wie in FIG 1, in¬ sofern wird auf die Erläuterung zu FIG 1 verwiesen. Exempla- risch wird die Dichtungsanordnung 18, welche einen ersten Be¬ reich 19 mit höherem Dampfdruck von einem stromab der Dich¬ tungsanordnung 18 liegenden zweiten Bereich niedrigeren Dampfdruckes trennt, beschrieben. Die Dichtungsanordnung 18 umfaßt das Innengehäuse 13 als feststehende Komponente und eine Laufschaufei 10 als rotierende Komponente. Analoges gilt für eine Dichtungsanordnung 18 umfassend eine Leitschaufel 11 und den Rotor 12 sowie im Rahmen einer Wellendichtung eine Dichtungsanordnung unmittelbar zwischen Innengehäuse 13 und Rotor 12. Die rotierende Komponente, die Laufschaufei 10, weist einen Dichtsteg 6 auf, der in radialer Richtung in eine in Umfangsrichtung verlaufende Vertiefung 16b des Innengehäu¬ ses 13 berührungsfrei hineinragt . Der Dichtungssteg 6 weist einen Querbereich 8 in Richtung der Hauptachse, d.h. der Tur¬ binenachse 14, auf. Dieser bedingt mit der Deckplatte 7 eine in Umfangsrichtung verlaufende und in axialer Richtung ver¬ tiefte Nut 22. Aufgrund des T-förmigen Profils des Dichtungs¬ steges 6 sind insgesamt zwei solcher Nuten 22 gebildet, eine dem Bereich 19 und die anderem dem Bereich 20 zugewandt. Die Vertiefung 16b weist den Nuten 22 entsprechende kreisringför- mige Nuten 21 auf, die dem Querbereich 8 zugeordnet sind.
Eine DampfStrömung 17 zwischen dem ersten Bereich 19 und dem zweiten Bereich 20, welche nicht durch den Schaufelprofilbe¬ reich 4 hindurchgelangt, also eine LeckdampfStrömung ist, ist durch die Vertiefung 16b geführt. Hierdurch wird diese Leck- dampfStrömung zumindest viermal, insbesondere um jeweils
180°, umgelenkt, so daß bei der Durchströmung der Vertiefung 16b ein hoher Strömungswiderstand auftritt. Dies bewirkt eine deutliche Verringerung des Mengendurchsatzes der Leckdampf¬ strömung und somit einer Wirkungsgraderhöhung der Dampftur- bine. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zur Erhöhung der Abdichtung zwischen Bereichen unterschiedlichen Druckes, ins¬ besondere in einer Dampfturbine, eine feststehende Komponente in eine Vertiefung einer rotierenden Komponente oder umge- kehrt eingreift. Eine LeckdampfStrömung zwischen diesen Be¬ reichen unterschiedlichen Druckes muß somit durch die Ver¬ tiefung hindurch erfolgen, wobei eine mehrfache Strömungsum- lenkung stattfindet, die eine deutliche Erhöhung des Strö¬ mungswiderstandes hervorruft. Hierdurch wird eine hohe Dicht- Wirkung für eine Abdichtung der Beschaufelung einer Dampftur¬ bine oder einer Wellendichtung für eine aus einem Gehäuse herausgeführte Welle bereitgestellt. In die Vertiefung ragt vorzugsweise ein in Umfangsrichtung gerichteter Dichtsteg hinein, so daß eine mehrfache Umlenkung einer Leckdampfstrδ- mung mit einer Erhöhung des Strömungswiderstandes stattfin¬ det. Die Vertiefung sowie der Dichtsteg sind vorzugsweise als T-Profil ausgebildet, wodurch eine mehrfache Umlenkung der LeckdampfStrömung um 180° erreicht wird. Die mit dieser Um¬ lenkung verbundene Erhöhung des Strömungswiderstandes führt zu einer deutlich verminderten LeckdampfStrömung. Die Leck¬ dampfströmung kann zusätzlich noch durch die Verwendung von Dichtlabyrinthen mit Dichtspitzen vermindert werden. Durch Verwendung einer Dichtungsanordnung, bei der ein Dichtsteg in eine Vertiefung hineinragt, wird eine verbesserte Spaltab- dichtung zur Reduzierung der Spaltverluste in einer Dampftur¬ bine, insbesondere einer Mitteldruck- oder Niederdruck-Teil- turbine, mit einer entsprechenden Wirkungsgraderhöhung er¬ reicht.

Claims

Patentansprüche
1. Dichtungsanordnung (18) zur Abdichtung eines ersten Be¬ reichs (19) von einem zweiten Bereich (20) , welcher Bereiche (19, 20) jeweils mit einem Fluid (17) durchströmbar und auf einem unterschiedlichen Druck haltbar smd, mit einer um eine Hauptachse (14) drehbaren Komponente (12, 10) und einer fest¬ stehenden Komponente (11, 13) , wobei eine der Komponenten (12, 13) ein m Umfangsrichtung verlaufende Vertiefung {16a, 16b) und die andere Komponente (11, 10) em Ende (5) auf¬ weist, an das em Dichtsteg (6) angrenzt, der einen im we¬ sentlichen parallel zur Hauptachse (14) gerichteten von dem Ende (5) beabstandeten Querbereich (8) aufweist und berüh¬ rungsfrei radial m die Vertiefung (16a, 16b) hineinragt, wo- bei die Vertiefung (16a, 16b) dem Dichtsteg (6) geometrisch ähnlich ist.
2. Dichtungsanordnung (18) nach Anspruch 1, bei der der Dichtsteg (6) und entsprechend die Vertiefung (16a, 16b) im wesentlichen T-förmig oder L-förmig ausgebildet smd.
3. Dichtungsanordnung (18) nach Anspruch 1 oder 2, mit einer entlang einer Längsachse (2) gerichteten Turbmenschaufel
(1) , die einen Laufschaufelbereich (3) aufweist, an den sich in Richtung der Längsachse (2) em Profilbereich (4) an¬ schließt, welcher Profilbereich an dem dem Schaufelfußbereich (3) gegenüberliegenden Ende (5) den Dichtsteg (5) aufweist.
4. Dichtungsanordnung (18) nach Anspruch 3, bei dem an dem Ende (5) der Turbinenschaufel (1) eine Deckplatte (7) vorge¬ sehen ist, auf der em Dichtsteg (6) angeordnet ist.
5. Dichtungsanordnung (18) nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Turbinenschaufel (1) eine Laufschaufei (10) oder eine Leitschaufel (11) für eine Dampfturbine ist.
6. Dichtungsanordnung (18) nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, bei der in der Vertiefung (16a, 16b) dem Dichtsteg (6) gegenüberliegend eine im wesentlichen senkrecht zur Hauptachse (14) gerichtete Dichtspitze (9) vorgesehen ist.
7. Dichtungsanordnung (18) nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, bei der an dem Dichtsteg (6) eine in radialer Rich¬ tung gerichtete Dichtspitze (9) vorgesehen ist.
8. Dampfturbine mit einer Dichtungsanordnung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Rotor (12) und einem Innengehäuse (13), die jeweils entlang einer Turbinenachse (14) gerichtet sind, wobei der Rotor (12) und/oder das Innen¬ gehäuse (13) in Umfangsrichtung (15) die ringförmige Vertie- fung (16a, 16b) zu einem berührungsfreien Eingriff des Dich¬ tungsstegs, insbesondere einer Turbinenschaufel (1) , auf¬ weist.
9. Dampfturbine nach Anspruch 8, bei der die Vertiefung (16a, 16b) bereichsweise in radialer Richtung senkrecht zur Turbi¬ nenachse (14) und in axialer Richtung parallel zur Turbi¬ nenachse (14) ausgedehnt ist.
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