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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Turbinen und konkreter auf
Dichtringanordnungen zur Verwendung in Turbinen.
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Zumindest
einige der bei den Turbinen verwendeten, allgemein bekannten Dichtungsanordnungen sind
durch eine mit ihnen verbundene Feder aufgespannt. Um genauer zu
sein, die Feder bewirkt eine radial nach außen gerichteter Vorspannungskraft
gegen einen Dichtring und vergrößert den
Durchmesser des Dichtrings. Sobald sich der Druck in der Turbine
erhöht,
muss die von der Feder bewirkte Vorspannkraft die Durchmesserminderung
des Dichtringes überwinden,
damit die Dampfströmung
durch die Dichtung in der Turbine leichter verhindert wird. Folglich
wird in solchen Dichtungen die Bewegung des Dichtrings radial nach
innen so lange verzögert,
bis die für
die Turbine vorher definierte Bedingungen erreicht werden.
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Zumindest
einige der allgemein bekannten Dichtungsfederbausätze können bei
der Endmontage der Turbine an dem Körper befestigt werden. Genauer
können
die Federn vorübergehend
gegen den Dichtring durch die Verwendung von Passstiften in Stellung
gebracht werden, die wieder eine runde Form annehmen können, nicht
formschlüssig
befestigt sind und die Feder festhalten, nachdem der Dichtring an
der Dichtungspackung montiert worden ist. Dadurch kann die Feder
herausfallen oder während
der Montage des Dichtrings verformt werden. Ferner kann der Dichtring
nicht mit der vormontierten Feder versandt werden. Dementsprechend
können
solche Dichtring-/Federsätze
die Montagezeit erhöhen,
die Qualität
mindern und die mit der Montage der Dichtungen zusammenhängenden
Kosten erhöhen.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Auf
der einen Seite wird ein Verfahren zur Zusammensetzung eines Dichtungsbausatzes
für eine
Turbinenmaschine bereitgestellt, wobei das Verfahren die Bereitstellung
eines Dichtrings umfasst, der einen bogenförmigen inneren Ringbereich,
einen bogenförmigen äußeren Ringbereich,
einen sich zwischen denen ausweitenden Halsbereich besitzt und der
mindestens eine Vertiefung in mindestens einem der äußeren Ringbereiche
und in dem Halsbereich hat. Das Verfahren umfasst auch einen Vorspannmechanismus
entlang des Dichtrings, so dass der Vorspannmechanismus in mindestens
einer Vertiefung formschlüssig
gehalten wird.
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Auf
der anderen Seite wird ein Dichtungsbausatz für eine Turbinenmaschine bereitgestellt,
wobei der Dichtungsbausatz einen Dichtring beinhaltet, der aus einem
kreisförmigen
inneren Ringbereich, einem äußeren Ringbereich
und einem sich zwischen denen ausweitenden Halsbereich besteht.
Der Dichtungsbausatz umfasst auch mindestens eine Vertiefung, die
in dem äußeren Ringbereich
des Dichtrings mindestens einmal und in dem Halsbereich des Dichtrings
gebildet ist, und einem Vorspannmechanismus, der sich sehnenartig entlang
des Dichtrings erstreckt und sich in mindestens einer der Vertiefungen
festhält.
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Ein
weiterer Aspekt ist die Bereitstellung einer Turbinenmaschine, wobei
die Turbinenmaschine einen Dichtungsbausatz beinhaltet, der so gestaltet
ist, dass er das Dampfleck in der Turbinenmaschine verringert. Der
Dichtungsbausatz umfasst einen Dichtring, der einen kreisförmigen inneren
Ringbereich, einen kreisförmigen äußeren Ringbereich
und einen sich dazwischen erstreckenden Halsbereich umfasst. Der
Dichtungsbausatz umfasst auch mindestens eine Vertiefung, die in
dem äußeren Ringbereich
des Dichtrings mindestens einmal und in dem Halsbereich des Dichtrings
gebildet ist und einem Vorspannmechanismus, der sich sehnenartig
entlang des Dichtrings erstreckt und sich in mindestens einer der
Vertiefungen festhält.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist
eine schematische Darstellung einer typischen entgegenlaufenden
Hochdruck-(HD)/Mitteldruckdampfturbine (MD).
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2 ist
eine vergrößerte schematische
Darstellung eines Deckels des Turbinenleitrads und eines Dichtungspackungsgehäuses, das
in der in 1 dargestellten Dampfturbine
verwendet werden kann.
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3 ist
eine typische Ausführungsform
einer Labyrinthdichtungsbausatzes, der in der in 1 dargestellten
Dampfturbine verwendet werden kann.
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4 ist
eine typische Ausführungsform
eines Dichtrings, der in dem in 3 dargestellten
Labyrinthdichtungsbausatz verwendet werden kann.
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5 ist
eine alternative Ausführungsform
des in 4 dargestellten Dichtrings.
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6 ist
eine andere Ausführungsform
des in 4 dargestellten Dichtrings.
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7 ist
eine Darstellung eines Vorspannmechanismus, der in dem in 3 dargestellten
Labyrinthdichtungsbausatz verwendet werden kann.
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8 ist
eine Darstellung des Vorspannmechanismus, der in 7 gezeigt
wurde und mit dem in 6 dargestellten Dichtring gekoppelt
ist.
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9 ist
eine Darstellung des Vorspannmechanismus, der in 7 gezeigt
wurde und der mit einer alternativen Ausführungsform des in 4 gezeigten
Dichtrings gekoppelt ist.
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10 ist
eine Darstellung des Vorspannmechanismus, der in 7 gezeigt
wurde und der kennzeichnende Merkmale aufweist, die auf einen Kontaktpunkt
hinweisen.
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11 ist
eine weitere Ausführungsform
des Dichtrings, der in 4 gezeigt wurde und einen Haltestift
umfasst.
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12 ist
eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform des Dichtrings,
der in 4 gezeigt wurde.
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13 ist
eine Seitenansicht des Dichtrings, der in 12 gezeigt
wurde.
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14 ist
eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des Dichtrings,
der in 4 gezeigt wurde.
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15 ist
eine Seitenansicht des Dichtrings, der in 14 gezeigt
wurde.
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16 ist
eine weitere Ausführungsform
des Dichtrings, der in 4 gezeigt wurde.
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17 ist
eine Darstellung des Vorspannmechanismus, der in dem in 16 gezeigten
Dichtring verwendet werden kann.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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1 ist
eine schematische Darstellung einer beispielhaften gegeneinander
geschalteten Dampfturbine 10, die einen Hochdruck-(HD)
und einen Mitteldruckbereich (MD) 14 aufweist. Eine äußere Schale
oder ein Gehäuse 16 ist
axial in obere und untere Hälften 13 beziehungsweise 15 aufgeteilt
und überspannt
sowohl HD-Bereich 12 als auch MD-Bereich 14. Ein
Zentralbereich 18 der Schale 16 weist einen Einlass
für den
Hochdruckdampf 20 und einen Einlass für den Mitteldruckdampf 22 auf.
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In
dem Gehäuse 16 sind
HD-Bereich 12 und MD-Bereich 14 ein einem einzigen
Lagerabstand angeordnet, der von den Radiallagern 26 und 28 gestützt werden.
Eine Dampfdichtungseinheit 30 und 32 befindet sich
im Inneren jedes Radiallagers 26 beziehungsweise 28.
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Eine
ringförmige
Bereichstrennwand 42 erstreckt sich von dem Bereich 18 in
Richtung einer Läuferwelle 60 radial
nach innen, die sich zwischen dem HD-Bereich 12 und MD-Bereich 14 erstreckt.
Um genauer zu sein, die Trennwand 42 erstreckt sich umlaufend
um einen Läuferwellenbereich 60 zwischen
dem ersten Leitrad des HD-Bereiches 46 und dem ersten Leitrad
des MD-Bereiches 48.
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Der
Einlass für
den Hochdruckdampf 20 erhält im Betrieb von einer Dampfquelle
Hochdruck-/Hochtemperaturdampf, wie zum Beispiel von einem Energiekessel
(nicht gezeigt). Der Dampf wird durch den HD-Bereich 12 geleitet,
worin die Arbeit aus dem Dampf gewonnen wird, der die Läuferwelle 60 drehen
soll. Der Dampf verlässt
HD-Bereich 12 und wird zum Kessel rückgeführt, worin er wieder erhitzt
wird. Der wieder erhitzte Dampf wird dann durch den Einlass für den Mitteldruckdampf 22 geleitet
und zum MD-Bereich 14 zurückgeführt, bei einem geringeren Druck
als der Dampf beim Eintritt in den HD-Bereich 12, jedoch
bei einer Temperatur, die nahezu gleich ist zu der Temperatur beim
Dampfeintritt in den HD-Bereich 12. Folglich ist der Betriebsdruck
in dem HD-Bereich 12 höher
als der Betriebsdruck in dem MD-Bereich 14, so dass der
Dampf im HD-Bereich
dazu neigt, durch Sickerstrahlenweg, der sich zwischen dem HD-Bereich 12 und
dem MD-Bereich 14 bilden kann, in Richtung MD-Bereich 14 zu
fließen.
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2 ist
eine vergrößerte schematische
Darstellung eines typischen Leitraddeckels einer Turbine 70 und
eines Packungsgehäuses 72,
das in der Turbine 10 verwendet wird. In der beispielhaften
Ausführungsform ist
der Leitraddeckel 70 ein Deckel der ersten Stufe, die in
der Hochdruckturbine 12 verwendet wird. Ferner weist das
Packungsgehäuse 72 in
der beispielhaften Ausführungsform
eine Vielzahl von Labyrinthdichtungsbausätze 100 auf, die das
Leck vom HD-Bereich 12 in den MD-Bereich 14 entlang
der Läuferwelle 60 verringern.
Labyrinthdichtungsbausätze 100 weisen
längs voneinander
beabstandete Reihe von Verzahnungen 102 auf, die mit dem
Dichtring verbunden sind, was gegen die Betriebsdrucksunterschiede
zu dichten erleichtert, die in einer Dampfturbine wie der Turbine 10 vorkommen
können.
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Im
Betrieb neigt der Dampf des höheren
Druckes im HD-Bereich 12 durch einen Dampfweg in den MD-Bereich 14,
ein Gebiet mit einem niedrigeren Betriebsdruck, zu laufen, der zwischen
dem Leitraddeckel 70 der ersten Stufe und Packungsgehäuse 72 definiert
ist. In einer Ausführungsform
wird der Hochdruckdampf zum Beispiel in den HD-Bereich 12 mit
ungefähr
1800 Pfund per inch absolut (psia) hineingelassen und der wieder
erhitzte Dampf in den MD-Bereich mit ungefähr 300-400 psia. Folglich kann
ein verhältnismäßig großer Druckabfall
am Packungsgehäuse 72 dafür sorgen,
dass der Dampf um das Packungsgehäuse 72 herum entlang
der Läuferwelle 60 leckt,
was eine Verringerung der Dampfturbinenwirkung zur Folge hat.
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3 ist
eine typische Ausführungsform
eines Labyrinthdichtungsbausatzes 100, der in der Turbine 10 verwendet
werden kann. In 3 sind nur ein Teil der Läuferwelle 60 und
ein Teil der Gehäuse 72 dargestellt.
Ferner könnten,
wie in 2 gezeigt wird, mehrere solche Ringe in Reihen
angeordnet werden, obwohl nur ein einziger Dichtring 102 dargestellt
ist. In den alternativen Ausführungen
werden Labyrinthdichtungssätze 100 verwendet,
um das Dichten in anderen Gebieten der Turbine 10 zu erleichtern.
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Der
Dichtring 102 weist mehrere Verzahnungen 14 auf,
die gegenüber
von mehreren umlaufenden Vorsprüngen
der Läuferwelle 105,
die sich von der Läuferwelle
aus nach außen
hin erstrecken, angebracht sind. In der typischen Ausführungsform
weist jeder umlaufende Vorsprung 105 radiale Läuferaußenflächen 107 auf,
die zwischen mehreren Läuferinnenflächen 109 aufgestellt
sind. Wie oben erklärt
wurde, kann eine positive Kraft Flüssigkeitsströmung durch
vielfache Drosselungen zwingen, die durch einen Zwischenraum 110,
umgeben von den Verzahnungen 104 und der Läuferwelle 60,
gebildet ist. Um genauer zu sein, die Kombination des Zwischenraums 110,
der Anzahl und relativen Schärfe
der Verzahnungen 104, der Anzahl der umlaufenden Vorsprünge der
Läuferwelle 105 und
der Betriebsbedingungen, einschließlich Druck und Dichte, sind
Faktoren, die die Leckmenge bestimmen. Alternativ hierzu können auch
andere geometrische Anordnungen verwendet werden, um eine vielfache
oder einfache Leckdrosselung bereitzustellen.
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Jede
Dichtring 102 wird in einer Gehäusenut 112 gehalten,
die im Gehäuse 72 definiert
ist. In einer Ausführungsform
weist jeder Dichtring 102 mehrere Dichtringsegmente auf
(in 3 nicht gezeigt), die in der Gehäusenut 112 angebracht
werden können
und damit einen einfachen Ein- und Ausbau des Gehäuses 72 ermöglichen.
In der typischen Ausführungsform
erzeugt ein System von Federn (in 3 nicht
gezeigt) eine Kraft, die darauf abzielt, den Durchmesser des Dichtrings 102 zu
vergrößern. Ein
zweites System von Federn (in 3 nicht
gezeigt) kann verwendet werden, um der Kraft entgegenzuwirken, die
von dem Gewicht des Dichtrings 102 herrührt.
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Jeder
Dichtring 102 umfasst einen Außenringbereich 120,
der sich in der Gehäusenut 112 befindet. Der
Außenringbereich 120 umfasst
eine umlaufende Innenfläche 122 und
eine entgegen gesetzte radiale Außenfläche 131. Die umlaufende
Innenfläche 122 tritt
mit einer Außenfläche 126 der
Gehäusenutschulter 124 in
Kontakt, so dass die Bewegung des Dichtrings 102 radial
nach innen eingeschränkt
ist. Der Dichtring 102 weist auch einen Halsbereich 128 auf,
der sich zwischen den Innenringbereich des Dichtringens 114 und
dem Außenringbereich
des Dichtringes 120 erstreckt. Die Gehäusenutschulter 124 und
der Halsbereich des Dichtrings 128 wirken aufeinander,
um jeden Dichtring 102 axial zu befestigen. Der Halsbereich
des Dicht rings 128 weist eine Druckfläche 132 auf, die mit
der Gehäusenutschulter 124 in
Kontakt tritt.
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Ein
Dampfströmungskanal
durch einen Labyrinthdichtungsbausatz 100 wird von dem
Hochdruckbereich 106 zum Niederdruckbereich 108 durch
den Zwischenraum 110 und zwischen den Verzahnungen 104 und
Läuferwelleflächen 107 und 109 definiert.
Die Dampfströmung
ist der Funktion der radialen Dichtringbefestigung 102 angepasst.
Da der Dichtring 102 sich radial nach außen bewegt,
vergrößert sich
die Gesamtgröße des Zwischenraums 110 und
die Dampfströmung
durch den Zwischenraum auch. Umgekehrt verringert sich der Zwischenraum 110 und
die Dampfströmung
durch den Zwischenraum 110 auch, da der Dichtring 102 sich
radial nach innen bewegt.
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Ein
zweiter Dampfströmungskanal
wird von einem ringförmigen
Hochdruckraum 134 durch die Gehäusenut zum ringförmigen Niederdruckraum 136 definiert.
Der Dampf eines höheren
Druckes kann von der ringförmigen
Raum 134 durch eine ringförmige Öffnung 140 fließen, die
zwischen der Gehäusenutschulter 124 und dem
Halsbereich der Dichtrings 128 definiert ist. Der Dampf
wird durch die Öffnung 140 zum
Hochdruckbereich 142 gelenkt, der zwischen der äußeren Fläche der
Gehäusenutschulter 126 und
dem äußeren Ringbereich
des Dichtrings mit der umlaufenden Innenfläche 122 definiert
ist, bevor er in den Hochdruckbereich der Gehäusenut 144 eintritt,
der durch das Gehäuse 72 und
den Außenringbereich
des Dichtrings 120 definiert ist.
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Der
Dampf verlässt
den Hochdruckbereich der Gehäusenut 144 und
tritt in den radial nach außen
gerichteten Gehäusenutbereich 148,
der zwischen einer radialen Außenfläche der
Gehäusenut 148 und
der radialen Außenfläche des
Dichtringaußenbe reichs 131 definiert
ist. Der Dampf kann dann in einem der Niederdruckbereiche der Nut 150,
die durch das Gehäuse 72 und
den Außenringbereich
des Dichtrings 120 definiert sind, und in einem der Druckbereiche
der Seitenschulter 152 fließen, die zwischen der äußeren Fläche der
Gehäusenutschulter 126 und
der umlaufenden Innenfläche
des äußeren Ringbereichs
des Dichtrings 122 definiert sind. Der Dampf verlässt den
Druckbereich der Seitenschulter 152 durch eine ringförmige Öffnung 154, die
zwischen der Gehäusenutschulter 124 und
Halsbereich des Dichtrings 128 definiert ist, wobei der
Dampf in einem ringförmigen
Raum 136 mündet.
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Die
Bewegung des Dichtrings 102 radial nach außen wird
eingeschränkt,
wenn die Außenfläche des Dichtrings 130 oder
ein Bereich davon mit der Radialfläche des Gehäuses 118 in Kontakt
tritt. Auf diese Position wird mit vollständig zurückgezogener Position Bezug
genommen. Die Bewegung des Dichtrings 102 ist eingeschränkt, wenn
die Dichtringfläche 122 mit
der Fläche
der Gehäusenutschulter 126 in
Kontakt tritt. Auf diese Position wird mit vollständig eingeführter Position
Bezug genommen. Es wird genug Platz für die Aufnahme der erwarteten
vorübergehenden
Fehlausrichtungen der Läuferwelle 60 und
des Gehäuses 72 bereitgestellt,
ohne dass die Verzahnung beschädigt
wird.
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Im
Niederlast- und Leerlaufbetrieb wirken das Gewicht des Dichtrings 102,
die einschränkenden
Grenzen des Gehäuses 72,
Reibungskräfte
und die Kräfte
von mehreren Federsystemen (in 3 nicht
gezeigt) auf den Dichtring 102. Die Gesamtwirkung ist,
dass der Dichtring 102 bis zu einem Durchmesser gespannt wird,
wie die Einschränkung
der Dichtringbewegung 102 es zulässt.
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Innerer
Druck in der ganzen Turbine 10 ist im Wesentlichen proportional
zum Last. Da die Last und die Dampfmassenströmung sich erhöhen, erhöhen sich
die lokalen Drücke
linear. Diese Beziehung kann dazu genutzt werden, die gewünschten
Positionen des Dichtrings 102 bei vorher definierten Betriebbedingungen
zu bestimmen. Wenn zum Beispiel die Dampfströmung in die Turbine 10 sich
erhöht,
erhöhen
sich der Dampfdruck in dem ringförmigen
Raum 134 und in der Gehäusenut 112 ebenso.
Der erhöhte
Dampfdruck übt
auf den Dichtring 102 eine nach innen gerichtete Kraft
aus, die im Wesentlichen von den Außenflächen des Dichtrings 130 und 131 getragen
wird.
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Der
in dem Hochdruckbereich 106 erhöhte Dampfdruck erzeugt eine
erhöhte
Dampfströmung über die Gehäusenut 112 durch
den ringförmigen
Raum 134, die ringförmige Öffnung 140,
den Schulterbereich 142, den Hochdruckbereich der Gehäusenut 144,
den radial nach außen
gerichtete Gehäusenutbereich 148,
den Niederdruckbereich der Gehäusenut 150,
den Schulterbereich 152 und über die ringförmige Öffnung 154 in den
ringförmigen
Raum 136. Der erhöhte
Dampfdruck in dem Hochdruckbereich 106 erzeugt erhöhte Drücke in dem
Kanal von dem ringförmigem
Raum 134 über
die Gehäusenut 112 in
den ringförmigen
Raum 136, wie es oben beschrieben wurde. Die Drücke in jedem
Folgebereich des Kanals sind geringer als die Vorangegangenen. Zum
Beispiel ist der Dampfdruck in dem Niederdruckbereich der Gehäusenut 150 geringer
als der Dampfdruck in dem Hochdruckbereich der Gehäusenut 144.
Dieser Druckunterschied erzeugt eine erhöhte Kraft nach rechts auf den
Innenringbereich des Dichtrings 114, den Halsbereich des
Dichtrings 128 und den Außenringbereich des Dichtrings 120.
Die auf die Fläche
wirkenden erhöhten
Kräfte
veranlassen den Dichtring 102, sich axial so lange in Richtung
Niederdruckbereich 108 zu bewegen, bis Druckfläche des
Dichtringhalses 132 mit der Gehäusenutschul ter 124 in
Kontakt tritt. Wenn die Dampfströmung
von dem ringförmigen
Hochdruckraum 134 über
die Gehäusenut 112 in
den ringförmigen
Niederdruckraum 136 vollständig eingeführt wird, wird sie im Wesentlichen
durch den Dichtring 102 verhindert.
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Wie
oben beschrieben, veranlasst der oben beschriebene Zustand den Dampfdruck,
eine erhöhte
radial nach innen gerichtete Kraft auf die Flächen 130 und 131 auszuüben. Der
erhöhte
Dampfdruck übt
auch eine erhöhte
radial nach innen gerichtete Kraft auf den Dichtring 102 zur Überwindung
der zuvor abgehandelten Reibungskräfte und mehrere vorgespannte
Federteilsystemkräfte
(nicht gezeigt) aus.
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Die
Abmessungen des Dichtrings 102 und der Gehäusenut 112 sind
so gewählt,
um die Optimierung des Zwischenraums 110 zu ermöglichen,
der durch die Verzahnungen 104 und die Fläche der
Läuferwelle 60 im
ständigen
Betrieb bei Volllast definiert ist.
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4 ist
eine typische Ausführungsform
eines Dichtrings 200, der in dem Labyrinthdichtungsbausatz 100 verwendet
werden kann. Der Dichtring 200 weist einen Außenringbereich 202,
einen inneren Ringbereich 204 und einen Halsbereich dazwischen
auf. Der Dichtring 200 umfasst auch einen Vorspannmechanismus 208,
der in dem Hohlraum 210 gehalten wird. In der typischen
Ausführungsform
ist der Vorspannmechanismus 208 eine Feder.
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Genauer
betrachtet wird der Hohlraum 210 in dem Außenringbereich 202 gebildet
und weist eine gekrümmte
Deckenwand 212 und ein Paar gegenüber liegende Seitenwände 214 auf.
Alternativ hierzu kann der Hohlraum in dem Halsbereich des Dichtrings 206 gebildet
werden. Der Vorspannmechanismus 208 er streckt sich zwischen
den Seitenwänden 214.
Genau genommen tritt ein erstes Ende 216 des Vorspannmechanismus 208 mit
einer ersten Seitenwand in Kontakt und ein zweites Ende 220 des
Vorspannmechanismus 208 mit einer zweiten Seitenwand 222.
In der typischen Ausführungsform
wird der Vorspannmechanismus formschlüssig in dem Hohlraum 210 durch
einen Kraftschluss gehalten, der von den Enden des Vorspannmechanismus 216 und 220 und
den Seitenwänden 214 erzeugt
wird. In einer alternativen Ausführungsform
kann der Vorspannmechanismus 208 durch eine der folgenden,
jedoch nicht auf diese beschränkt,
in dem Hohlraum gehalten werden: eine Haftschweißnaht, eine Schraube, einen
Stift und/oder einen Kleber.
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5 ist
eine alternative Ausführungsform
des Dichtrings 200, worin die Seitenwände 214 des Hochraums 210 angewinkelt
sind. Insbesondere erstreckt sich jede der Seitenwände 218 und 222 von
der Deckenwand 212 radial nach innen, so dass die Seitenwände 218 und 222 zueinander
angewinkelt sind. Denn so ein radial nach außen gerichteter Bereich 230 des
Hohlraums 210 hat eine längere bogenförmige Länge L1 als eine
bogenförmige
Länge L2
eines radial nach innen gerichteten Bereichs 232 des Hohlraums 210.
Der Vorspannmechanismus 208 wird in dem radial nach außen gerichteten
Bereich 230 durch die Seitenwände 218 und 222 formschlüssig gehalten.
Insbesondere stellt jede der Seitenwände 218 und 222 eine
Presspassung für
den Vorspannmechanismus 208 bereit, so dass der Vorspannmechanismus 208 daran
gehindert wird, sich in den radial nach innen gerichteten Bereich 232 radial
nach innen zu bewegen. In der typischen Ausführungsform wird der Vorspannmechanismus 208 formschlüssig in
dem Hohlraum 210 durch einen Kraftschluss, der von den
Enden des Vorspannmechanismus 216 und 220 und
den Seitenwänden 214 erzeugt
wird, gehalten. In einer alternativen Ausführungsform kann der Vorspannmechanismus 208 durch
eine der folgenden, jedoch nicht auf diese beschränkt, in
dem Hohlraum gehalten werden: eine Haftschweißnaht, eine Schraube, einen Stift
und/oder einen Kleber.
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6 ist
eine andere Ausführungsform
des Dichtrings 200, worin der Hohlraum 210 ein
Paar Rastungen 240 aufweist. Insbesondere ist jede Rastung 240 in
einer der Seitenwände 214 in
dem radial nach außen gerichteten
Bereich des Hohlraums 230 angeordnet. Genauer betrachtet
ist eine erste Rastung 242 in der ersten Seitenwand 218 gebildet
und eine zweite Rastung 244 in der zweiten Seitenwand 222.
Die Rastungen 240 sind jeweils so groß, dass sie ein Ende des Vorspannmechanismus 208 halten.
Insbesondere hält
die erste Rastung 242 das erste Ende des Vorspannmechanismus 216 die
zweite Rastung 244 das zweite Ende des Vorspannmechanismus 220.
In der typischen Ausführungsform
wird der Vorspannmechanismus 208 formschlüssig in
dem Hohlraum 210 durch einen Kraftschluss, der jeweils
von den Enden des Vorspannmechanismus 216 und 220 und
den Rastungen 242 und 244 erzeugt wird, gehalten.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann der Vorspannmechanismus 208 in den Rastungen 242 und 244 durch
eine der folgenden, jedoch nicht auf diese beschränkt, gehalten
werden: eine Haftschweißnaht, eine
Schraube, einen Stift und/oder einen Kleber.
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7 ist
eine Darstellung des Vorspannmechanismus 208, der einen
Mitnehmer 250 aufweist, der sich axial von jedem Ende des
Vorspannmechanismus 216 und 220 erstreckt. Wie
es in 6 gezeigt wurde, ist 8 eine Darstellung
des Vorspannmechanismus 208, der die Mitnehmer 250 aufweist
und mit dem Dichtring 200 verbunden ist. Die Mitnehmer 250 werden
dazu verwendet, dem Vorspannmechanismus 208 eine zusätzliche Länge zu verleihen
und für
das Verrasten mit den Rastungen 242 und 244 zu
sorgen. Der Vorspannmechanismus 208 wird formschlüssig in
dem Hohlraum 210 durch einen Kraftschluss, der jeweils
zwischen den Enden des Vorspannmechanismus 216 und 220 und
den Rastungen 242 und 244 erzeugt wird, gehalten.
Alternativ hierzu können
die Mitnehmer 250 in den Rastungen 242 und 244 durch
eines der folgenden, jedoch nicht auf diese beschränkt, gehalten
werden: eine Haftschweißnaht,
eine Schraube, einen Stift und/oder einen Kleber.
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9 ist
eine Darstellung des Vorspannmechanismus 208, der die Mitnehmer 250 aufweist
und im Inneren einer alternativen Ausführungsform des Dichtrings 200 verbunden
ist. Insbesondere die bogenförmige Deckenwand 212 des
Hohlraums 210 weist einen geradlinige Bereich 260 auf,
der sich jeweils von den Rastungen 242 und 244 erstreckt.
Jeder geradlinige Bereich 260 ist so gestaltet, dass er
in den Vorspannmechanismus einrastet, so dass Biegekräfte im Inneren
des Vorspannmechanismus 208, anstatt nur vereinzelt auf die
Mitnehmer 250, entlang der gesamten Länge des Vorspannmechanismus 208 verteilt
werden. 10 ist eine Darstellung der
Positionen 270, wo der geradlinige Bereich 260 mit
dem Vorspannmechanismus 208 in Kontakt tritt. Wie oben
beschrieben wurde, wird der Vorspannmechanismus 208 formschlüssig in
dem Hohlraum 210 durch einen Kraftschluss, der jeweils
zwischen dem Mitnehmern und den Rastungen 242 und 244 erzeugt
wird, gehalten. Alternativ hierzu können die Mitnehmer 250 in
den Rastungen 242 und 244 durch eines der folgenden,
jedoch nicht auf diese beschränkt,
gehalten werden: eine Haftschweißnaht, eine Schraube, einen
Stift und/oder einen Kleber.
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11 ist
eine Darstellung des Dichtrings 200, der einen Bolzen 280 aufweist,
der dazu verwendet wird, den Vorspannme chanismus 208 im
Inneren des Hohlraums 210 zu halten. In der dargestellten
Ausführungsform
weist der Vorspannmechanismus 208 Mitnehmer 250 auf,
die mit den Rastungen 240 ineinander greifen. Der Bolzen 280 wird
derart durch den äußeren Ringbereich 206 eingeführt, dass
der Bolzen 280 die Rastung 240 durchquert, um
die Festhaltung des Vorspannmechanismus im Inneren des Hohlraums 210 zu erleichtern.
Insbesondere durchquert der Bolzen 280 die Rastung 240 so,
dass der Mitnehmer 250 zwischen dem Bolzen 280 und
einer Rückfläche 282 des
Hohlraums 210 festgehalten wird.
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Die
dargestellte Ausführungsform
weist einen Bolzen 280 auf, der in dem Mitnehmer 250 bleibt.
In dieser Ausführungsform
wird der zweite Mitnehmer 250 im Inneren der Rastung 240 durch
eines der folgenden gehalten: die Reibung, eine Haftschweißnaht oder
einen Kleber. Alternativ hierzu werden zwei Bolzen 280 durch
den Außenringbereich 202 eingeführt, so
dass die beiden Mitnehmer 250 zwischen den Bolzen 280 und der
Rückfläche des
Hohlraums 282 gehalten werden. In einer weiteren alternativen
Ausführungsform
weisen die Mitnehmer 250 ein Loch darin auf und mindestens
ein Bolzen 280 wird durch das Loch eines Mitnehmers 250 eingeführt, während der
Bolzen 280 durch die Rastung 240 hindurchgeht.
Ferner kann der Vorspannmechanismus 208 in einer anderen
Ausführungsform
keine Mitnehmer 250 aufweisen. Dementsprechend wird mindestens
ein Bolzen 280 durch mindestens ein Ende des Vorspannmechanismus 208 eingeführt, während der
Bolzen 280 durch die Rastung 240 hindurchgeht.
Darüber
hinaus kann der Bolzen 280 eine Schraube sein.
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12 ist
eine Frontansicht einer alternativen Ausführungsform des Dichtrings 200,
der einen vollständig
im Inneren des Außenringbereichs 202 gebildeten
Hohlraum 290 auf weist. Die 13 ist
eine Seitenansicht des in Figur gezeigten Dichtrings 200.
In dieser Ausführungsform
wird der Hohlraum 290 im <inneren des
Außenringbereichs 202 gebildet,
so dass der Hohlraum 290 eine bogenförmige Deckenwand 292,
eine Vorderwand 294, eine Rückwand 296 und zwei
gegenüber
liegende Seitenwänden 298 aufweist.
Die Seitenwände 298 weisen
jeweils eine darin gebildete Rastung 300 auf. Die Rastungen 300 sind
so gestaltet, dass die Enden 216 und 220 des Vorspannmechanismus 208 festgehalten
werden, so dass der Vorspannmechanismus 208 sich durch
den Hohlraum 290 erstreckt. Der Vorspannmechanismus 208 wird
formschlüssig
im Inneren des Hohlraums 290 durch einen Kraftschluss gehalten,
der zwischen den Enden des Vorspannmechanismus 216 und 220 und
den Rastungen 300, der Vorderwand 214 und der
Rückwand 296 erzeugt
wird. Alternativ hierzu kann der Vorspannmechanismus 208 durch
eines der folgenden, jedoch nicht auf diese beschränkt, im
Inneren des Hohlraums 290 gehalten werden: eine Haftschweißnaht, eine
Schraube, einen Stift und/oder einen Kleber. Ferner kann der Vorspannmechanismus 208 Mitnehmer 250 aufweisen.
Darüber
hinaus können
die Seitenwände 298 des
Hohlraums 290 ähnlich
zu den in 4 und 5 gezeigte
Seitenwänden 214 geformt
werden.
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14 ist
eine Frontansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
eines Dichtrings 200 und 15 ist
eine Seitenansicht des in 14 gezeigten
Dichtrings 200. In dieser Ausführungsform weist der Dichtring 200 keinen
im Inneren des äußeren Ringbereichs 206 gebildeten
Hohlraum auf. Diese Ausführungsform
weist stattdessen ein Paar Gewindelöcher 310 auf, die
im Halsbereich 206 des Dichtrings 200 gebildet sind.
Jedes Gewindeloch 310 ist so gestaltet, dass eine Schraube 314 darin
befestigt ist. Der Vorspannmechanismus 208 weist ein Paar
gekrümmte
Mitnehmer 316 auf, die sich hiervon erstrecken. Genauer
betrachtet, erstreckt sich ein erster gekrümmter Mitnehmer 318 von
dem ersten Ende des Vorspannmechanismus 216 und ein zweiter
gekrümmter
Mitnehmer 320 von dem zweiten Ende des Vorspannmechanismus 220.
Jeder der gekrümmten
Mitnehmer weist ein erstes Bauteil 322 auf, das mit dem
Vorspannmechanismus 208 verbunden ist, und ein zweites
Bauteil 324, das sich von dem ersten Bauteil 322 erstreckt.
Das zweite Bauteil 324 weist ein Loch auf, das sich hierdurch
erstreckt.
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Der
Vorspannmechanismus 208 ist gegenüber dem Halsbereich 206 angebracht,
so dass er sich von dem radial nach innen gerichteten Außenringbereich 202 nach
innen hin befindet. Das zweite Bauteil 324 jedes gekrümmten Mitnehmers 316 ist
zum Gewindeloch 310 linear ausgerichtet angeordnet, so
dass die Schraube 314 durch das Loch in dem zweiten Bauteil 324 erhalten
wird und sich durch das Gewindeloch 310 erstreckt. Der
Vorspannmechanismus erstreckt sich schlichtweg durch den Halsbereich 206 und
wird durch die Schrauben 314 formschlüssig festgehalten.
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16 ist
eine andere Ausführungsform
des Dichtrings 200 und 17 ist
eine Darstellung des Vorspannmechanismus 208, der in dem
in 16 gezeigten Dichtring 200 verwendet
wird. Der Dichtring 200 weist ein Loch 330 und
ein schlitzförmiges
Loch 332 auf, die in dem Halsbereich des Dichtrings 206 gebildet werden.
Der Vorspannmechanismus 208 weist ein Paar Mitnehmer 334 auf,
die sich von hier heraus strecken. Genauer betrachtet weist jedes
Ende 216 und 220 des Vorspannmechanismus 208 einen
Mitnehmer 334 auf. Einer der Mitnehmer 334 weist
ein Verrastungsbauteil 336 auf, das so gestaltet ist, dass
es in das schlitzförmige
Loch 332 einrastet. Der Mitnehmer 334, der nicht
in das Verrastungsbauteil 336 ein rastet, befindet sich im
Inneren des Lochs 330 und des Mitnehmers 334,
der das Verrastungsbauteil 336 aufweist, der in das schlitzförmige Loch 332 eingeführt wird,
so dass das Verrastungsbauteil 336 in den Sperrbereich 338 in
das schlitzförmige
Loch 332 hineinrutscht. Der Vorspannmechanismus 208 wird
schlichtweg formschlüssig
im Inneren des Lochs 330 und der Gewindebohrung 332 gehalten.
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Die
Funktion des Dichtrings 200 ist im Wesentlichen ähnlich zu
dem in 3 beschriebenen Dichtring 102. Ein Unterschied
zwischen den zwei Arbeitsabläufen
ist eine nach außen
gerichtete Kraft, die durch den Vorspannmechanismus 208 auf
den Dichtring 200 wirkt. Die zusätzliche nach außen gerichtete
Spannkraft hilft bei der Streckung zu einem größeren Durchmesser des Dichtrings 200.
Während
die Turbinenlast und der Dampfdruck sich erhöhen, muss die von dem Vorspannmechanismus 208 radial
nach außen
wirkende Kraft vor dem sich radial nach innen verlagernden Dichtring 200 überwunden
werden. Eine Folge davon ist, dass die Bewegung des Dichtrings 200 nach
innen sich so lange hinauszögert,
bis die für
die Turbine 10 vorher definierten Betriebsbedingungen erreicht
werden.
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Jede
Ausführungsform
des oben beschriebenen Dichtrings erleichtert die formschlüssige Haltung
des Vorspannmechanismus im Inneren des Dichtrings während der
Verfrachtung von einem Verpackungslieferanten zum Endmontage. Ferner
behindern die Verfahren und Vorrichtungen, die oben beschrieben
wurden, den Vorspannmechanismus daran, sich bei der Montage zu bewegen.
Genauer betrachtet, verhindern die Verfahren und Vorrichtungen den
Vorspannmechanismus daran, während
der Verfrachtung oder Montage aus dem Dichtring heraus zu fallen
oder während
der Einführung
des Dichtrings in den Dichtungsbausatz verformt zu werden. Die Verfahren
und Vorrichtungen ermöglichen schlichtweg
schnellere Montagezeiten und reduzieren die Kosten, die mit der
Produktion des Dichtungsbausatzes zusammenhängen. Ferner ermöglichen
die oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen mehrfache Hohlräume und
Vorspannmechanismen und können deshalb
die Kräfte
in ganzem Dichtring ausgeglichener verteilen.
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Wie
hier benutzt, sollte ein Bestandteil oder Schritt, der im Singular
vorgetragen und mit „ein", „eine" oder „einer" aufgeführt wird,
so verstanden werden, dass die Mehrzahl der besagten Bestandteile
und Schritte nicht ausgeschlossen wird, es sei denn, solch eine
Ausschließung
ist ausdrücklich
vorgetragen. Ferner wird mit den Bezügen auf „eine Ausführungsform" der vorliegenden Erfindung nicht beabsichtigt,
dass die Existenz der weiteren Ausführungsformen, die auch die
vorgetragenen Merkmale mit einbeziehen, als ausgeschlossen interpretiert
wird.
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Obwohl
die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren in Zusammenhang
mit Dichtringen für Dichtungssätze beschrieben
wird, soll es so verstanden werden, dass die Vorrichtungen und Verfahren
nicht auf Dichtringe und Dichtungsbausätze beschränkt sind. Ähnlich hierzu sind die dargestellten
Dichtringbestandteile nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen
Ausführungen
beschränkt,
sondern die Bestandteile des Dichtrings können unabhängig und getrennt von den hierin
beschriebenen anderen Bestandteilen verwendet werden.
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Es
wird ein Dichtungsbausatz 100 für eine Turbinenmaschine 10 bereitgestellt.
Der Dichtungsbausatz 100 weist einen Dichtring 102 auf,
der einen bogenförmigen
Innenringbereich 114, einen bogenförmigen Außenringbereich 120 und
einen sich dazwischen erstreckenden Halsbereich 128 umfasst.
Der Bausatz weist mindestens eine Vertiefung auf, die mindestens
im Inneren eines äußeren Ringbereichs
oder im Inneren des Halsbereichs des Dichtrings gebildet ist. Ein
Vorspannmechanismus 208 erstreckt sich sehnenförmig durch den
Dichtring und wird in der mindestens einen Vertiefung gehalten.
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Obwohl
die Erfindung mittels verschiedener spezifischer Ausführungen
beschrieben wird, werden jene, die den Stand der Technik kennen,
erkennen, dass die Erfindung im Geiste und Umfang der Ansprüche in abgewandelter
Form angewendet werden kann. Bezugszeichenliste
| 10 | Dampfturbine |
| 12 | HD-Bereich |
| 13 | unterer
Halbbereich |
| 14 | MD-Bereich |
| 15 | Halbbereiche |
| 16 | Außenschale
oder Gehäuse |
| 18 | Zentralbereich |
| 20 | Einlass
für den
Hochdruckdampf |
| 22 | Einlass
für den
Mitteldruckdampf |
| 26 | Radiallager |
| 28 | Radiallager |
| 30 | Dampfdichtungseinheit |
| 32 | Dichtungseinheit |
| 42 | Trennwand |
| 46 | Erstes
Leitrad des Hochdruckbereichs |
| 48 | Erstes
Leitrad des Mitteldruckbereichs |
| 60 | Läuferwelle |
| 70 | Leitraddeckel |
| 72 | Gehäuse |
| 100 | Labyrinthdichtungsbausatz |
| 102 | Dichtring |
| 104 | Verzahnungen |
| 105 | Umlaufende
Läuferwellenvorsprünge |
| 106 | Hochdruckbereich |
| 107 | Läuferaußenfläche |
| 108 | Niederdruckbereich |
| 109 | Läuferinnenflächen |
| 110 | Zwischenraum |
| 112 | Gehäusenut |
| 114 | Innenringbereich |
| 116 | Innenfläche |
| 118 | Radialfläche |
| 120 | Außenringbereich
des Dichtrings |
| 122 | umlaufende
Innenfläche |
| 124 | Gehäusenutschulter |
| 126 | Außenfläche |
| 128 | Halsbereich |
| 130 | Außenfläche |
| 131 | Außenfläche |
| 132 | Druckfläche |
| 134 | Ringförmiger Hochdruckraum |
| 136 | Ringförmiger Niederdruckraum |
| 140 | Öffnung |
| 142 | Hochdruckbereich |
| 144 | Hochdruckbereich
der Nut |
| 146 | radial
nach außen
gerichtete Nutfläche |
| 148 | radial
nach außen
gerichteter Nutbereich |
| 150 | Niederdruckbereich
der Nut |
| 152 | Druckbereich
der Seitenschulter |
| 154 | ringförmige Öffnung |
| 200 | Dichtring |
| 202 | Außenringbereich |
| 204 | Innenringbereich |
| 206 | Halsbereich
des Dichtrings |
| 208 | Vorspannmechanismus |
| 210 | Hohlraum |
| 212 | Deckenwand |
| 214 | Seitenwände |
| 216 | Erstes
Ende |
| 218 | erste
Seitenwand |
| 220 | Zweites
Ende |
| 222 | zweite
Seitenwand |
| 230 | nach
außen
gerichteter Bereich |
| 232 | nach
innen gerichteter Bereich |
| 240 | Rastung |
| 242 | erste
Rastung |
| 244 | zweite
Rastung |
| 250 | Mitnehmer |
| 260 | geradliniger
Bereich |
| 270 | Positionen |
| 280 | Bolzen |
| 282 | Rückfläche |
| 290 | Hohlraum |
| 292 | Deckenwand |
| 294 | Vorderwand |
| 296 | Rückwand |
| 298 | gegenüber liegende
Wände |
| 300 | Rastungen |
| 310 | Gewindeloch |
| 314 | Schraube |
| 316 | gekrümmte Mitnehmer |
| 318 | erster
gekrümmter
Mitnehmer |
| 320 | Zweiter
gekrümmter
Mitnehmer |
| 322 | Erstes
Bauteil |
| 324 | Zweites
Bauteil |
| 330 | Loch |
| 332 | Schlitzförmiges Loch |
| 334 | Mitnehmer |
| 336 | Verrastungsbauteil |
| 338 | Sperrbereich |