CH698121B1

CH698121B1 - Gruppierte Reaktionsdüsen-Deckbänder mit integrierten Dichtungen.

Info

Publication number: CH698121B1
Application number: CH01687/05A
Authority: CH
Inventors: Robert James Bracken; David Orus Fitts; Mark William Kowalczyk; Ronald Wayne Korzun
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2009-05-29
Also published as: US20060088409A1; FR2877035A1; CN1807846A; US20070245532A1

Abstract

Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment (10), das Folgendes umfasst: eine integrale Gruppierung von mehreren Schaufeln, ein bogenförmiges Deckband (14), das zwischen radial inneren Spitzen der Schaufeln verbunden ist, und einen bogenförmigen Montageabschnitt, der sich durch radial äussere Spitzen der Schaufeln erstreckt, wobei das bogenförmige Deckband mit mehreren Dichtungskomponenten (20, 26, 28) gebildet ist, die sich vom Deckband radial nach innen erstrecken.

Description


  Allgemeiner Stand der Technik

  

[0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft Dampfturbinen, die Dichtungen zwischen drehenden und nicht drehenden Komponenten aufweisen, und ganz besonders Dichtungskonfigurationen, die in integrale Deckbänder von gruppierten Leitschaufeln in einer Reaktionsturbine aufgenommen sind.

  

[0002]    Jede Stufe einer Reaktionsdampfturbine umfasst mehrere zirkumferentiell abstehende Schaufeln, die auf einem Trommelrotor montiert sind, der von mehreren stationären Reaktionsleitschaufeln umgeben ist. Die Schaufeln und Düsen bilden eine Stufe der Turbine und definieren den Hauptdampfflussweg. Im Gegensatz dazu sind in einer Gleichdruckturbine die Schaufeln an der Peripherie von Rotorrädern montiert und die Düsentrennungen sind in umgebenden Membranen getragen. Es ist auf jeden Fall sehr erstrebenswert, möglichst viele Dampfleckwege, die vom Hauptdampfflussweg stammen, zu minimieren oder zu beseitigen.

  

[0003]    Eine Leckquelle in einer Reaktionsturbine ist ein radialer Spalt zwischen gruppierten Sets von Reaktionsleitschaufeln, die mit integralen Deckbändern versehen sind und radial äusseren Abschnitten des Rotors gegenüberliegen. Eine bekannte Technik zum Abdichten dieses radialen Spaltes schliesst die Verwendung von einfügbaren Streifendichtungen an dem Rotor ein, die Dichtungsflächen an den Reaktionsstator-Deckbändern gegenüberliegen, die mit einer abtragbaren Beschichtung besprüht wurden. Eine andere Technik des Stands der Technik schliesst die Aufnahme von radial vorspringenden Labyrinthzähnen an den inneren freien Enden der Düse oder Leitschaufeln ein, die Labyrinthdichtungen mit radial gegenüberliegenden Komponententeilen des Turbinenrotors bilden. Siehe hierzu zum Beispiel die öffentliche US-Patentschrift Nr. 6 786 699.

   Die Kombination von Labyrinthdichtungszähnen mit Bürstendichtungen wurde ebenfalls an der Schnittstelle zwischen Membraninnennetzen an den radialen inneren Enden von Düsentrennungen und Rotorflächen in Gleichdruckturbinen verwendet. Siehe hierzu zum Beispiel die öffentliche US-Patentschrift Nr. 6 669 443 und die öffentliche US-Patentschrift Nr. 6 290 232.

  

[0004]    Es besteht jedoch noch ein Bedarf an wirksamen Dichtungskonfigurationen für die Verwendung mit gruppierten Reaktionsturbine-Leitschaufeln, die integrale Deckbänder aufweisen, die wirksam den radialen Spalt zwischen den Deckbändern und den gegenüberliegenden Rotorflächen reduzieren.

Kurzdarstellung der Erfindung

  

[0005]    Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

  

[0006]    Die vorliegende Erfindung zielt auf neue Dichtungskonfigurationen für gruppierte Reaktionsleitschaufelsegmente mit integralen Deckbändern ab. Die Ausführungsbeispiele betreffen integrierte Einstückstatorschaufelsegmente, die viele Schaufeln und Dichtungskonfigurationen aufweisen, die eine Kombination von Streifendichtungen, Bürstendichtungen oder integralen Dichtungszähnen umfassen können, die Rotordichtungsflächen in der montierten Dampfturbine gegenüberstehen.

  

[0007]    Im Hinblick auf diese Erfindung bezeichnet der Begriff "gruppierte Reaktionsstatorschaufeln mit integralen Deckbändern" mehrere (2 oder mehr, und bis zu etwa 50) Reaktionsturbinen-Leitschaufeln mit integralen Deckbändern, die zusammen gruppiert wurden, und dies durch das Bearbeiten als Einstück oder Einheitsgruppe, wo zwei oder mehrere Gruppen einen 360[deg.]-Ring bilden; oder durch das Löten oder Hartlöten von Einzelschaufeln, um eine Gruppe zu bilden, wo zwei oder mehrere Gruppen ebenfalls einen 360[deg.]-Ring bilden.

  

[0008]    In einer ersten Konfiguration umfasst ein bearbeitetes Einstück-Leitschaufelsegment mehrere Schaufeln, ein integrales Deckband und einen integralen Schwalbenschwanz (oder eine andere Montagekonfiguration). Das Statordeckband erstreckt sich über die mehreren Schaufeln, wodurch es deren Spitzen verbindet, und ist mit einem generell zentrierten Einsatz versehen. Der Einsatz umfasst eine Bürstendichtung, und der Einsatz ist vor und nach der Bürstendichtung durch herkömmlich verstemmte Streifendichtungen flankiert. In einem zweiten Konfigurationsbeispiel ist das integrale Statordeckband mit einem generell axial zentrierten (d.h. in einer Flussrichtung) Einsatz versehen, der eine Bürstendichtung mit integral bearbeiteten Labyrinthdichtungszähnen aufweist, die sich vor und nach dem Einsatz befinden.

   In einer dritten Konfiguration ist das Statordeckband bearbeitet, um einen Schwalbenschwanzschlitz zu umfassen, in den eine Dichtungsstreifenvorrichtung eingefügt werden kann. Die einfügbare Dichtungsstreifenvorrichtung ist mit einer axial zentrierten Bürstendichtung mit integralen Labyrinthdichtungszähnen vor und nach der Bürstendichtung versehen.

  

[0009]    Für all diese Konfigurationen kann die gegenüberliegende Rotorfläche bearbeitet sein, um eine Hoch-niedrig-hoch-Flächenkonfiguration oder eine Niedrig-hoch-niedrig-Flächenkonfiguration zu umfassen, um eine ähnliche Dichtungsanordnung in den Deckbändern anzugleichen. Zusätzlich können die spezifische Zahl an Dichtungen, die gegenüberliegenden Dichtungsflächen und die Auswahl an spezifischen Dichtungen und/oder die Kombination von Dichtungen auf spezifischer Anwendung basierend variieren.

  

[0010]    Demgemäss betrifft die vorliegende Erfindung in ihren allgemeinen Aspekten ein Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment, das Folgendes umfasst: eine integrale Gruppierung von mehreren Schaufeln, ein bogenförmiges Deckband, das zwischen radial inneren Spitzen der Schaufeln verbunden ist, und einen bogenförmigen Montageabschnitt, der sich über radial äussere Spitzen der Schaufeln erstreckt, wobei das bogenförmige Deckband mit mehreren Dichtungskomponenten, die sich vom Deckband radial nach innen erstrecken, gebildet ist.

  

[0011]    In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment, das Folgendes umfasst: eine einzeln bearbeitete Gruppierung von mehreren Schaufeln, ein bogenförmiges Deckband, das zwischen radial inneren Spitzen der Schaufeln verbunden ist, und einen bogenförmigen Montageabschnitt, der sich über radial äussere Spitzen der Schaufeln erstreckt, wobei das bogenförmige Deckband mit mehreren Dichtungskomponenten, die sich vom Deckband radial nach innen erstrecken, gebildet ist, wobei die mehreren Dichtungskomponenten einen Bürstendichtungseinsatz umfassen, der in einer Kerbe im Deckband, mit zusätzlichen Dichtungskomponenten an gegenüberliegenden Seiten von der Bürstendichtung aufgenommen ist.

  

[0012]    Die Erfindung wird nun näher unter Bezugnahme auf die nachstehend angegebenen Zeichnungen erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

  

[0013]    Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine Perspektivansicht eines gruppierten Reaktionsleitschaufelsegments;


  <tb>Fig. 2<sep>einen partiellen Endriss eines gruppierten Reaktionsleitschaufelsegments, das eine Dichtungskonfiguration gemäss eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung aufnimmt;


  <tb>Fig. 3<sep>einen partiellen Endriss eines gruppierten Reaktionsleitschaufelsegment, das eine Dichtungskonfiguration gemäss eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung aufnimmt; und


  <tb>Fig. 4<sep>einen partiellen Endriss eines gruppierten Reaktionsleitschaufelsegments, das eine Dichtungskonfiguration gemäss eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung aufnimmt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

  

[0014]    Unter Bezugnahme auf Fig. 1umfasst ein gruppiertes Reaktionsleitschaufelsegment 10 mehrere Reaktionsschaufeln 12, ein integrales bogenförmiges Deckband 14 an den radial inneren Enden der Schaufeln und einen Schwalbenschwanz oder eine andere Montagekonfiguration 15 an den radialen äusseren Enden der Schaufeln. Während die Figur eine Gruppe von vier Schaufeln 12 zeigt, versteht sich, dass das Segment andere Anzahlen an Schaufeln umfassen kann, zum Beispiel 6, 8, 12, bis zu 50 Schaufeln oder mehr, wobei diese ein 180[deg.]-Segment bilden. Zwei oder mehr derartige Segmente bilden einen geschlossenen 360[deg.]-Ring mit Reaktionsschaufeln.

  

[0015]    In der vorzugsweisen Anordnung ist das Segment 14 aus einem einzelnen Block aus Metallwerkstoff, vorzugsweise einer Edelstahllegierung, gearbeitet, wobei einzelne Schaufeln jedoch ebenfalls durch Schweissen, Hartlöten oder andere geeignete Mittel gruppiert werden können, um ein Segment zu bilden.

  

[0016]    Was nun die Fig. 2 anbelangt, so ist das Segment 10 und insbesondere das Deckband 14 mit einer kombinierten Streifen- und Bürstendichtungsanordnung versehen. Insbesondere ist ein Bürstendichtungseinsatz 16 gleitfähig in einer Kerbe 18 aufgenommen, die in einer radial inneren Fläche 19 des Deckbands 14 gebildet ist. Der Einsatz beinhaltet Bürstendichtungselemente 20, die sich radial nach innen zu einer Stelle nah angrenzend an eine Fläche 22 am Turbinenrotor 24 erstrecken. Ein Paar Streifendichtungen 26, 28 befinden sich in jeweiligen Kerben 30, 32 in der Fläche 19 des Deckbands an gegenüberliegenden Seiten des Bürstendichtungseinsatzes und sind zum Beispiel durch Hämmern gesichert. Diese Streifendichtungen erstrecken sich nach innen mit den Spitzen nah angrenzend an jeweilige Flächen 34, 36 des Rotors 24.

   Es ist zu bemerken, dass die Streifendichtungen 26, 28 jeweils vor und nach der generell axial zentrierten Bürstendichtung 16 liegen (bezüglich der Richtung des Dampfflusses), in einer Hoch-niedrig-hoch-Anordnung gegenüber den Turbinenflächen. Es versteht sich, dass die Turbinenflächenkonfiguration bei entsprechender Umordnung von Dichtungsspitzen in eine Niedrig-hoch-niedrig-Konfiguration umgekehrt werden kann.

  

[0017]    Fig. 3 veranschaulicht eine alternative Anordnung in Verbindung mit einem Reaktionsleitschaufelsegment 38. In dieser Ausführungsform ist das Deckband 40 mit einem generell axial zentrierten Bürstendichtungseinsatz 42 befestigt, der sich in einer Kerbe 43 befindet, die in der radial inneren Fläche 44 vom Deckband gebildet ist, mit Bürstendichtungselementen 45, die dem Einsatz 16 in Fig. 2 ähneln. Labyrinthdichtungszähne 46, 48 sind jeweils integral mit dem Deckband 40 gebildet und liegen vor und nach dem Bürstendichtungseinsatz 42, wodurch sie mit Flächen 50 und 52 am Rotor 54 wechselwirken. Die Bürstendichtungselemente 44 erstrecken sich nach innen zu einer Turbinenfläche 56. Hier wird wiederum eine Hoch-niedrig-hoch-Flächenkonfiguration gezeigt, wobei diese Konfiguration, wie im Fall von Fig. 2, jedoch zu einer Niedrig-hoch-niedrig-Anordnung umgekehrt werden kann.

  

[0018]    Fig. 4 veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, in der das Reaktionsschaufelsegment 58 Folgendes umfasst: ein integriertes Deckband 60, dessen radial innere Fläche 61 mit einer schwalbenschwanzähnlichen Kerbe 62 gebildet ist, die einen Dichtungsstreifen-Montageeinsatz 64 aufnimmt. Der Einsatz 64 ist mit einer generell axial zentrierten Bürstendichtung 66 versehen, die Bürstendichtungselemente 68 aufweist, die sich nach innen zu einer Stelle nah angrenzend an die Turbinenfläche 70 erstrecken. Der Einsatz 64 ist ebenfalls mit integrierten Vor-  und Nach-Labyrinthdichtungszähnen 72, 74 gebildet, die sich radial nach innen zu einer Stelle nah angrenzend an jeweilige Flächen 76, 78 des Rotors 80 erstrecken.

   Wie in den vorhergehenden Ausführungsformen kann die Hoch-niedrig-hoch-Flächenkonfiguration in eine Niedrig-hoch-niedrig-Konfiguration umgekehrt werden, und dies mit entsprechender Änderung der Dichtungselemente. Es ist ersichtlich, dass die Labyrinthdichtungszähne 72, 74 durch Streifendichtungen ersetzt werden können, die denen in Fig. 2ähneln.

  

[0019]    Die vorstehend beschriebenen Dichtungskonfigurationen reduzieren den radialen Spalt zwischen dem Rotor und den Reaktionsleitschaufel-Deckbändern und reduzieren gleichzeitig die Montagezeit für den Rotor und beseitigen den Bedarf an einer abtragbaren Beschichtung auf dem integralen Deckband des Reaktionsstators. Es ist ersichtlich, dass die Deckbänder Dichtungen und/oder Dichtungseinsätze mit jeder Kombination von Streifendichtungen, Bürstendichtungen oder Labyrinthdichtungszähnen aufnehmen können.

  

[0020]    Während die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was hiermit als die praktischste und vorteilhafteste Ausführungsform erwogen wird, versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform einschränkt, sondern ganz im Gegenteil dazu vorgesehen ist, um verschiedene Änderungen und ähnliche Anordnungen zu decken, die im Sinn und Rahmen der beiliegenden Patentansprüche liegen.

Bezugsziffernliste

  

[0021]    Gruppiertes Reaktionsleitschaufelsegment 10
Mehrere Reaktionsschaufeln 12
Deckband 14
Montageabschnitt 15
Bürstendichtungseinsatz 16
Kerbe 18
Radial innere Fläche 19
Bürstendichtungselemente 20
Fläche 22
Turbinenrotor 24
Streifendichtungen 26, 28
Kerben 30, 32
Flächen 34, 36
Reaktionsleitschaufelsegment 38
Deckband 40
Bürstendichtungseinsatz 42
Kerbe 43
Radial innere Fläche 44
Bürstendichtungselemente 45
Labyrinthdichtungszähne 46, 48
Flächen 50, 52
Rotor 54
Turbinenfläche 56
Reaktionsschaufelsegment 58
Integriertes Deckband 60
Radial innere Fläche 61
Schwalbenschwanzähnliche Kerbe 62
Bogenförmiger Dichtungsstreifen-Montageeinsatz 64
Axial zentrierte Bürstendichtung 66
Bürstendichtungselemente 68
Turbinenfläche 70
Labyrinthdichtungszähne 72, 74
Flächen 76, 78
Rotor 80

Claims

1. Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment (10), das Folgendes umfasst: eine integrale Gruppierung von mehreren Schaufeln (12), ein bogenförmiges Deckband (14), das zwischen radial inneren Spitzen der Schaufeln verbunden ist, und einen bogenförmigen Montageabschnitt (15), der sich durch radial äussere Spitzen der Schaufeln erstreckt, wobei das bogenförmige Deckband (14) mit mehreren Dichtungskomponenten (20, 26, 28) gebildet ist, die sich vom Deckband (14) radial nach innen erstrecken.

2. Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment nach Anspruch 1, wobei die mehreren Dichtungskomponenten eine Kombination von Streifendichtungen (26, 28) und Bürstendichtungen (20) umfassen.

3. Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment nach Anspruch 1, wobei die mehreren Dichtungskomponenten eine Kombination von Labyrinthdichtungszähnen (46, 48) und Bürstendichtungen (45) umfassen.

4. Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment nach Anspruch 1, wobei die mehreren Dichtungskomponenten ein Paar Streifendichtungen (26, 28), mit jeweils einer Streifendichtung (26, 28) auf jeder Seite einer Bürstendichtung (20), umfassen.

5. Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment nach Anspruch 1, wobei die mehreren Dichtungskomponenten ein Paar Labyrinthdichtungszähne (46, 48), mit jeweiligem Labyrinthdichtungszahn (46, 48) auf jeder Seite einer Bürstendichtung (45), umfassen.

6. Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment nach Anspruch 1, wobei die mehreren Dichtungskomponenten in einen bogenförmigen Einsatz (64) montiert sind und der bogenförmige Einsatz in einer Kerbe (62) im Deckband aufgenommen ist.

7. Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment nach Anspruch 6, wobei die mehreren Dichtungskomponenten eine Bürstendichtung (68) umfassen, die durch ein Paar Labyrinthdichtungszähne (72, 74) flankiert ist.

8. Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment nach Anspruch 1, wobei die integrale Gruppierung (12) aus einem einzelnen Vollblock gearbeitet ist.

9. Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment nach Anspruch 1, wobei die mehreren Dichtungskomponenten einen Bürstendichtungseinsatz (16) umfassen, der in einer Kerbe (18) im Deckband aufgenommen ist, wobei zusätzliche Dichtungskomponenten (26, 28) an gegenüberliegenden Seiten einer Bürste des Bürstendichtungseinsatzes vorgesehen sind.

10. Reaktionsturbinen-Leitschaufelsegment nach Anspruch 9, wobei die zusätzlichen Dichtungskomponenten Streifendichtungen (26, 28) umfassen.