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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Der hier offenbarte Gegenstand bezieht sich auf Dichtungsanordnungen und genauer auf Einrichtungen zum Abdichten von Stoßlücken zwischen Segmenten einer Dichtungsanordnung in einer Rotationsmaschine.
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Die Gestaltung und der Betrieb von einigen Rotationsmaschinen (z.B. Dampfturbinen, Gasturbinen, usw.) umfassen die Verwendung von segmentierten Dichtungsanordnungen. Diese Dichtungsanordnungen können eine Anzahl von Segmenten umfassen, die zusammengebaut werden, um zusammen einen im Wesentlichen durchgängigen Körper zu bilden (z.B. einen Körper, der in einer Oberfläche und / oder Form weitgehend, aber nicht völlig einheitlich ist), wobei die Segmente einen Kreis mit kleinen Lücken zwischen einem distalen Ende jedes Segments bilden. Die Segmente werden gegeneinander angeordnet, um eine Dichtung oder eine Barriere zu bilden. Im Betrieb isolieren / separieren diese segmentierten Dichtungsanordnungen im Wesentlichen fluidmäßig Abschnitte der Turbine. Jedoch können zwischen den Segmenten dieser segmentierten Dichtungsanordnungen einige Spalte / Zwischenräume erforderlich sein, um Schwankungen der Wärmeausdehnungsraten und Dampfturbinenbetriebstemperaturen zu berücksichtigen. Diese Beschränkung auf Zwischenraumdichtigkeit kann Spalte / Unterbrechungen (z.B. Stoßlücken) zwischen den Umfangsenden von benachbarten Segmenten der Dichtungsanordnung erfordern und dadurch eine Fluidleckage durch die Dichtungsanordnung ermöglichen. Eine Fluidleckage durch die Dichtungsanordnung kann Turbinenbauteile beschädigen und / oder den Wirkungsgrad der Dampfturbine verringern. Einige Dampfturbinen können die Leckage durch diese thermischen Spalte begrenzen, indem ein Dichtungsstreifen in Kontakt mit einer Außendurchmesserfläche des Segmentkopfflanschs angeordnet wird. Dieser Streifen kann jedoch versagen, eine radiale Leckage durch die axialen Lücken zwischen der Seite des Kopfflanschs und der Seitenfläche des Gehäuses zu verhindern. Ferner kann die Leckage um die distalen Enden des Streifens und durch die Stoßlücke senkrecht zu der axialen Passfläche zwischen der Dichtungsanordnung und dem Gehäuse verlaufen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es werden Systeme und Einrichtungen zum im Wesentlichen fluidmäßigen Isolieren von Abschnitten einer Rotationsmaschine werden. Bei einer Ausführungsform umfasst eine Dichtungsanordnung für eine Rotationsmaschine: einen komplementären Satz von Dichtungssegmenten, die relativ zueinander ausgebildet sind, so dass sie einen im Wesentlichen durchgängigen Körper mit Stoßlücken zwischen den Dichtungssegmenten bilden, wobei die Dichtungssegmente umfassen: einen Kopfflansch und einen axialen Hals, der mit dem Kopfflansch verbunden ist, wobei sich der axiale Hals radial innenliegenden erstreckt und einen axialen Schlitz umfasst, der im Wesentlichen durch diesen hindurch ausgebildet ist, und mindestens ein Stoßlückendichtungselement, wobei das mindestens eine Stoßlückendichtungselement einen axialen Flansch und einen radialen Flansch umfasst, wobei der axiale Flansch, der innerhalb der axialen Schlitze von benachbarten Dichtungssegmenten angeordnet ist, und der radiale Flansch, der sich radial innenliegend von den axialen Schlitzen zu einer Umgebung der radialen Passfläche der Dichtung erstreckt, im Wesentlichen eine Barriere für eine axiale Strömung durch die Stoßlücke bilden.
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Ein erster Aspekt der Offenbarung sieht eine Dichtungsanordnung für eine Rotationsmaschine vor, die umfasst: einen komplementären Satz von Dichtungssegmenten, die relativ zueinander ausgebildet sind, so dass sie einen im Wesentlichen durchgängigen Körper mit Stoßlücken zwischen den Dichtungssegmenten bilden, wobei die Segmente umfassen: einen Kopfflansch und einen axialen Hals, der mit dem Kopfflansch verbunden ist, wobei sich der axiale Hals radial innenliegenden erstreckt und einen axialen Schlitz umfasst, der im Wesentlichen durch diesen hindurch ausgebildet ist, und mindestens ein Stoßlückendichtungselement, wobei das mindestens eine Stoßlückendichtungselement einen axialen Flansch und einen radialen Flansch umfasst, wobei der axiale Flansch, der innerhalb der axialen Schlitze von benachbarten Dichtungssegmenten angeordnet ist, und der radiale Flansch, der sich radial innenliegend von den axialen Schlitzen zu einer Umgebung der radialen Passfläche der Dichtung erstreckt, im Wesentlichen eine Barriere für eine axiale Strömung durch die Stoßlücke bilden.
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Ein zweiter Aspekt sieht eine Turbine vor, die umfasst: einen Rotor, einen Stator, der im Wesentlichen den Rotor umschließt, und eine Dichtungsanordnung, die innerhalb des Stators angeordnet ist und ausgebildet ist zum im Wesentlichen fluidmäßigen Isolieren von Abschnitten der Turbine, wobei die Dichtungsanordnung aufweist: einen komplementären Satz von Dichtungssegmenten, die relativ zueinander ausgebildet sind, so dass sie einen im Wesentlichen durchgängigen Körper mit Stoßlücken zwischen den Dichtungssegmenten bilden, wobei die Dichtungssegmente umfassen: einen Kopfflansch und einen axialen Hals, der mit dem Kopfflansch verbunden ist, wobei sich der axiale Hals radial innenliegenden erstreckt und einen axialen Schlitz umfasst, der im Wesentlichen durch diesen hindurch ausgebildet ist, und mindestens ein Stoßlückendichtungselement, wobei das mindestens eine Stoßlückendichtungselement einen axialen Flansch und einen radialen Flansch umfasst, wobei der axiale Flansch, der innerhalb der axialen Schlitze von benachbarten Dichtungssegmenten angeordnet ist, und der radiale Flansch, der sich radial innenliegend von den axialen Schlitzen zu einer Umgebung der radialen Passfläche der Dichtung erstreckt, im Wesentlichen eine Barriere für eine axiale Strömung durch die Stoßlücke bilden.
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Ein dritter Aspekt sieht ein Energieerzeugungssystem vor, das umfasst: einen Generator und eine Turbine, die funktionsfähig mit dem Generator verbunden ist, wobei die Turbine umfasst: einen Rotor, einen Stator, der im Wesentlichen den Rotor umschließt, und eine Dichtungsanordnung, die innerhalb des Stators angeordnet ist und ausgebildet ist zum im Wesentlichen fluidmäßigen Isolieren von Abschnitten der Turbine, wobei die Dichtungsanordnung umfasst: einen komplementären Satz von Dichtungssegmenten, die relativ zueinander ausgebildet sind, so dass sie einen im Wesentlichen durchgängigen Körper mit Wicklungslücken zwischen den Dichtungssegmenten bilden, wobei die Dichtungssegmente umfassen: einem Kopfflansch und einen axialen Hals, der mit dem Kopfflansch verbunden ist, wobei sich der axiale Hals radial innenliegenden erstreckt und einen axialen Schlitz umfasst, der im Wesentlichen durch diesen hindurch ausgebildet ist, und wenigstens einen Stoßlückendichtungselement, wobei das mindestens eine Stoßlückendichtungselement einen axialen Flansch und einen radialen Flansch umfasst, wobei der axiale Flansch, der innerhalb der axialen Schlitze von benachbarten Dichtungssegmenten angeordnet ist, und der radiale Flansch, der sich radial innenliegend von den axialen Schlitzen zu einer Umgebung der radialen Passfläche der Dichtung erstreckt, im Wesentlichen eine Barriere für eine axiale Strömung durch die Stoßlücke bilden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Merkmale dieser Erfindung werden leichter aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen, von denen:
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1 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht eines Dichtungsanordnungssystems gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
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2 eine schematische geschnittene Ansicht von Abschnitten eines Dichtsegments in Übereinstimmung gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
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3 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten eines Stoßlückendichtungselements gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
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4 eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer Turbine gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
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5 eine schematische geschnittene Ansicht von Abschnitten eines Dichtungssegments gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
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6 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten eines Dichtungssegments gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
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7 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten eines Dichtungssegments gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
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8 eine schematische geschnittene Ansicht von Abschnitten eines Dichtungssegments gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
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9 eine schematische geschnittene Ansicht von Abschnitten eines Dichtungssegments gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
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10 eine schematische Ansicht von Abschnitten eines mehrwelligen Kombikraftwerks gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
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11 eine schematische Ansicht eines einzelwelligen Kombikraftwerks gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt.
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Man beachte, dass die Zeichnungen der Offenbarung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen lediglich typische Aspekte der Offenbarung darstellen und sollten daher nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Offenbarung betrachtet werden. In den Zeichnungen stellen gleiche Nummern gleiche Elemente zwischen den Zeichnungen dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie oben angegeben, sehen Aspekte der Erfindung Systeme und Einrichtungen vor, die ausgebildet sind, Stoßlücken zwischen Segmenten einer Dichtungsanordnung in einer Rotationsmaschine durch Anordnen eines Stoßlückendichtungselement innerhalb der axialen Hälse eines Satzes von benachbarten Dichtungssegmenten abzudichten. Das Stoßlückendichtungselement teilt im Wesentlichen die Stoßlücke zwischen den Dichtungssegmenten in einen Kopfflanschabschnitt, der einem stromaufwärtigen / Hochdruck ausgesetzt ist, und einen axialen Halsabschnitt, der einem stromabwärtigen / Niederdruck ausgesetzt ist, wodurch eine Dichtung ermöglicht wird, die verhindert, dass ein Fluid direkt durch die Stoßlücke in einer radialen und einer axialen Richtung entweicht. Ein axialer Flansch des Stoßlückendichtungselements erstreckt sich innerhalb eines Schlitzes in dem axialen Hals zu einer im Wesentlichen Umgebung (z.B. entweder in Berührung oder innerhalb von ungefähr 0,025 Zentimeter) eines Dampfanschlusses. Der Dampfanschluss ist eine Stelle, an der die Dichtungsanordnung und Abschnitte der Rotationsmaschine einander berühren, wodurch eine unter Druck stehende sekundäre Dichtung gebildet wird, die radiale Leckagen durch den Anschluss verhindert. Ein radialer Flansch des Stoßlückendichtungselements erstreckt sich, um eine innere Dichtungsfläche (z.B. einen komplementären Dichtungsabschnitt eines Rotors und / oder Stators) zu kontaktieren und / oder zu vervollständigen, wodurch er als eine Barriere durch Erzeugen eines gewundenen Wegs zwischen den Abschnitten der Rotationsmaschine wirkt, die durch die Dichtungsanordnung voneinander getrennt sind.
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Im Stand der Technik der Energieerzeugungssysteme (einschließlich z.B. Kernreaktoren, Dampfturbinen, Gasturbinen, usw.) sind Dichtungsanordnungen häufig als Teil des Systems enthalten, die im Wesentlichen fluidmäßig Abschnitte einer Rotationsmaschine isolieren und definieren. Typischerweise umfasst eine Dichtungsanordnung mehrere Segmente, die zusammengebaut sind mit engen Abständen / Stoßlücken. Diese mehreren Segmenten bilden, wenn sie einmal zusammengebaut sind, einen im Wesentlichen durchgängigen Körper, der eine Fluidleckage zwischen verschiedenen Abschnitten der Rotationsmaschine begrenzen kann. Jedoch können schwankende Temperaturen und Wärmeausdehnungsraten der Abschnitte dieser Dichtungssegmente und ihrer Gegenstücke zu einem Binden und / oder Wölben der Dichtungssegmente oder des Systems führen. Dieses Wölben und / oder Binden kann zur Beschädigung von Bauteilen oder Öffnungen in den Radialabständen der Dichtungsanordnung führen, was zu erheblichen Leckagen führt. Daher können die Stoßlücken zwischen diesen Segmenten Toleranzen umfassen müssen, die groß genug ist, um Unterschiede in den Wärmeausdehnungsraten der verschiedenen Elemente zu berücksichtigen. Diese Toleranzen können eine Leckage durch die Dichtungsanordnung ermöglichen, was zu Schäden an Bauteilen und / oder einen ineffizienten Betrieb führt.
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Unter Zuwendung auf die Figuren werden Ausführungsformen eines Stoßlückendichtungselements für Segmente einer Dichtungsanordnung gezeigt, wobei das Stoßlückendichtungselement den Wirkungsgrad einer Rotationsmaschine, einer Turbine und / oder eines gesamten Energieerzeugungssystems erhöhen kann durch Reduzieren einer Fluidleckage zwischen Segmenten der Dichtungsanordnung. Insbesondere unter Bezugnahme auf 1 ist eine dreidimensionale schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung gezeigt. Die Dichtungsanordnung 100 kann eine Mehrzahl von Dichtungssegmenten 110 umfassen, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass sie einen im Wesentlichen durchgängigen Körper (z.B. einen weitestgehend, falls nicht ganz, einheitlichen Körper) bilden. Es versteht sich, dass ein im Wesentlichen durchgängiger Körper einer ist, in dem eine Mehrzahl von Elementen ausgebildet ist, eine Anordnung zu bilden, die als eine einzelne Einheit erkannt werden würde, z. B. ein Bauteil mit einer einheitlichen Oberfläche oder Form, aber für einen Satz von Abständen / Lücken zwischen den Elementen. Bei einer Ausführungsform weist der Körper eine ringförmige oder kreisförmige Form mit Abständen / Lücken zwischen den Dichtungssegmenten 110 an der Grenzfläche von aneinanderstoßenden Dichtungssegmenten 110 auf. Bei einer Ausführungsform ist der im Wesentlichen durchgängige Körper eine ringförmige oder kreisförmige Anordnung von Elementen mit kleinen Lücken / Zwischenräumen zwischen den Elementen. Bei einer Ausführungsform können die Dichtungssegmente 110 derart angeordnet sein, dass eine Stoßlücke 130 (z.B. die Lücke, die zwischen einem Ende eines Dichtungssegments 110 und einem benachbarten Dichtungssegment 110 vorhanden ist und verhindert, dass die Dichtungsanordnung 100 durchgängig ist) zwischen ihnen gebildet wird. Bei einer anderen Ausführungsform können die Dichtungssegmente 110 physikalisch miteinander werden durch einen Satz Stoßlückendichtungselementen 120. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst die Dichtungsanordnung 100 eine Mehrzahl von Stoßlückendichtungselementen 120, die innerhalb von jedem benachbarten Paar von Dichtungssegmenten 110 angeordnet werden können. Eine Verbindung, ein Zusammenbau und eine Weise des Zusammenbauens der Dichtungssegmente 110 und der Stoßlückendichtungselemente 120 können in einer beliebigen Anzahl von Wegen erreicht werden, wie nachstehend weiter erläutert wird oder im Stand der Technik bekannt ist.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist eine schematische geschnittene Ansicht eines Dichtungssegments 210 gezeigt, das teilweise eine Stoßlücke 230 innerhalb einer Rotationsmaschine 280 gemäß Ausführungsformen definiert. Es versteht sich, dass Elemente, die in ähnlicher Weise zwischen 1 und 2 nummeriert sind, im Wesentlichen ähnlich sein können, wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Ferner kann bei Ausführungsformen, die gezeigt und unter Bezugnahme auf die 2–11 beschrieben sind, eine gleiche Nummerierung gleiche Elemente darstellen. Eine redundante Erläuterung dieser Elemente ist für die Übersichtlichkeit weggelassen. Schließlich versteht es sich, dass die Bauteile der 1–11 und ihre begleitenden Beschreibungen bei jeder hierin beschriebenen Ausführungsform angewendet werden können.
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Unter Rückkehr zu 2 umfasst bei dieser Ausführungsform die Rotationsmaschine 280 ein erstes Bauteil 281 und ein zweites Bauteil 283. Das Dichtungssegment 210 ist an einer Grenzfläche zwischen dem ersten Bauteil 281 und dem zweiten Bauteil 283 angeordnet, um eine Fluidströmung / -Leckage zwischen einem ersten Rotationsmaschinenhohlraum 282 und einem zweiten Rotationsmaschinenhohlraum 284 zu minimieren. Das Dichtungssegment 210 umfasst einen Kopfflansch 214, einen axialen Hals 212, der mit dem Kopfflansch 214 verbunden ist, und einen Satz von Dichtungszähnen 270, die mit dem axialen Hals 212 verbunden sind. Der axiale Hals 212 erstreckt sich radial innenliegend von dem Kopfflansch 214, um eine Barriere mit einer inneren Dichtungsfläche 286 an dem ersten Bauteil 281 zu bilden. Die Dichtungszähne 270 und 272 sind mit einem Ende des axialen Hals 212 in Kontakt mit und / oder in unmittelbarer Umgebung der inneren Dichtungsfläche 286 an dem ersten Bauteil 281 der Rotationsmaschine 280 verbunden, die als eine Barriere für eine Fluidströmung zwischen dem ersten Rotationsmaschinenhohlraum 282 und dem zweiten Rotationsmaschinenhohlraum 284 dienen. Dieser Kontakt und / oder unmittelbare Umgebung zwischen der inneren Dichtungsfläche 286 und den Dichtungszähnen 270 und 272 erzeugt einen gewundenen Fluidweg zwischen der Rotationsmaschine 280 und dem Dichtungssegment 210, wodurch im Wesentlichen eine Dichtung gebildet wird. Es versteht sich, dass die Begriffe Wesentlichen und im Wesentlichen Konfigurationen oder Elemente beschreiben, die weitgehend oder gänzlich wie beschrieben sind (z. B. größer als ungefähr 50% Dichtungsqualität). Die Dichtungszähne 270 und 272 sind ausgebildet zum im Wesentlichen fluidmäßigen Separieren des ersten Rotationsmaschinenhohlraums 282 und des zweiten Rotationsmaschinenhohlraums 284, die sich einander gegenüberliegend relativ zu den Dichtungszähnen 270 und 272 befinden. Bei dieser Ausführungsform ist das Dichtungssegment 210 ferner mit einem axialen Schlitz 216 ausgebildet, um einen axialen Flansch 222 eines Stoßlückendichtungselements 220 aufzunehmen. Bei einer Ausführungsform kann der axiale Schlitz 216 ausgebildet sein, zu erlauben, dass das Stoßlückendichtungselement 220 direkt einen Dampfanschluss 250 berührt. Der Dampfanschluss 250 ist die axiale Passfläche zwischen dem Dichtungssegment 210 und dem zweiten Bauteil 283. Bei einer Ausführungsform werden das Dichtungssegment 210 und das zweite Bauteil 283 mit kontrollierter Flachheit maschinell bearbeitet, um den Passflächenkontakt zwischen dem Dichtungssegment 210 und dem zweiten Bauteil 283 zu erhöhen, wodurch eine Leckage an der Dampfanschlussfläche begrenzt wird. Bei einer Ausführungsform wird ein distales Ende 229 des passenden axialen Flanschs 222 etwa 0,025 Zentimetern entfernt von dem berührenden Dampfanschluss 250 vorgespannt. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Schlitz 216 im Wesentlichen nahe dem Dampfanschluss 250 ausgebildet werden, wodurch das distale Ende 229 des passenden axialen Flanschs 222 nahe bei dem Dampfanschluss 250 angeordnet wird. Bei einer Ausführungsform ist der Schlitz 216 innerhalb des axialen Hals 212 ausgebildet.
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Bei einer Ausführungsform kann sich ein radialer Flansch 224 der Stoßlückendichtungselements 220 in Richtung zu der innere Dichtungsfläche 286 erstrecken, wodurch die Lücke zwischen einer Spitze 225 des Stoßlückendichtungselements 220 und der inneren Dichtungsfläche 286 verringert wird, wodurch sie mit dem Dichtungszahn 272 überlappen, um eine im Wesentlichen durchgängige Fluidbarriere zu bilden und verhindern, dass ein stromaufwärtiges Fluid den axialen Hals 212 erreicht. Der radiale Flansch 224 berührt und / oder kommt zu einer unmittelbaren Umgebung der inneren Dichtungsfläche 286, wodurch eine Dichtung gebildet wird, die im Wesentlichen die Rotationsmaschinenhohlräume 282 und 284 fluidmäßig trennt. Bei einer Ausführungsform vervollständigt der radiale Flansch 224 den Dichtungszahn 272 des Dichtungssegments 210, wodurch eine Leckage in Umfangsrichtung zwischen dem radialen Flansch 224 und dem Dichtungszahn 272 verhindert wird. Bei einer Ausführungsform kann die Spitze 225 des radialen Flanschs 224 kegelförmig sein und sich radial nach innen über den Dichtungszahn 272 erstrecken. Bei einer Ausführungsform berührt die kegelförmige Spitze 225 die innere Dichtungsfläche 286, wodurch im Wesentlichen gegen axiale Leckage gedichtet wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann die kegelförmige Spitze 225 ausgebildet sein, eine innere Dichtungsfläche 286 zu vervollständigen, so dass eine Labyrinthdichtung gebildet wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann der radiale Flansch 224 zu einem Teildichtungszahn 272 passen. Bei einer Ausführungsform weist das Stoßlückendichtungselement 220 eine dünne (etwa 0,01 Zoll bis 0,10 Zoll dicke) Metallplatte auf, die nachgiebig unter Druckbelastung ist. Bei einer Ausführungsform kann ein Druckgradient 22 zwischen den Rotationsmaschinenhohlräumen 282 und 284 im Wesentlichen anbringen und / oder bewirken, dass die Stoßlückendichtung 220 eine Dichtung mit dem axialen Hals 212 hält. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Stoßlückendichtungselement 220 an dem Dichtungssegment 210 angebracht sein (z. B. verschweißt, eingepresst usw.). Bei einer anderen Ausführungsform kann das Stoßlückendichtungselement 220 als Faltenbalg ausgebildet sein, um eine Relativbewegung zu erlauben, wodurch die Segmentstoßlücke im Wesentlichen physikalisch in zwei Bereiche geteilt wird: Stoßlückenabschnitt des Kopfflanschs 214 und Stoßlückenabschnitt des axialen Hals 212.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten eines Stoßlückendichtungselements 320 gemäß Ausführungsformen gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist ein axialer Flansch 322 in einem Winkel α relativ zu einem radialen Flansch 324 ausgerichtet. Bei einer Ausführungsform kann der Winkel α ungefähr 90 Grad sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Winkel α eine Oberfläche 302 des radialen Flanschs 324 im Wesentlichen senkrecht zu dem Druckgradienten 22 ausrichten, der den radialen Flansch 324 gegen den axialen Hals 212 drückt (gezeigt in 2). Es versteht sich, dass das Stoßlückendichtungselement 320 kann eine beliebige Anzahl von axialen Flanschen 322 und / oder radialen Flanschen 324 umfassen kann. Ferner kann der Winkel α des axialen Flanschs 322 relativ zu dem radialen Flansch 324 irgendein geeigneter Winkel sein, um eine Fluidleckage durch die Dichtungsanordnung 100 zu begrenzen, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 60 Grad bis ungefähr 180 Grad.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist eine teilweise geschnittene Ansicht eines Abschnitts einer Turbine 490 gezeigt, die die Dichtungsanordnung 100 zwischen einem Einlassdichtungsringkopf 483 und einer ersten Stufendüse 430 der Turbine 490 angeordnet hat. Die Dichtungsanordnung 100 berührt den Einlassdichtungsringkopf 483 und eine Düsenspitze 481 an einem Dampfanschluss 450, wodurch im Wesentlichen eine Dichtung gebildet wird. Bei dieser Ausführungsform umfasst eine Turbine 490 einen Stator 491, einen Rotor 493, der im Wesentlichen von dem Stator 491 eingeschlossen wird, und ein Gehäuse 495, das physikalisch mit dem Stator 491 verbunden ist. Bei einer Ausführungsform isoliert die Dichtungsanordnung 100 im Wesentlichen fluidmäßig ein Einlassbecken 484 und einen Enddichtungsringdurchlass 482. Die Dichtungsanordnung 100 verhindert, dass Hochdruckfluid in dem Einlassbecken 484 die Düse 430 umgeht in den Enddichtungsringdurchlass 482 entweicht. Es versteht sich, dass die Stelle der Dichtungsanordnung 100 bei dieser Ausführungsform nicht auf diese beispielhafte Ausführungsform beschränkt ist, da die Dichtungsanordnung 100 innerhalb jeder Stufe und / oder Abschnitt der Turbine 490 oder einer gleichen Turbine, die im Stand der Technik bekannt ist, angeordnet sein kann. Bei einer Ausführungsform können die Dichtungsanordnung 100 und / oder die Dichtungssegmente 110 nach innen federnd sein (z. B. sind die Dichtungszähne 270 radial nach innen ausgerichtet und sind die Dichtungssegmente 110 federbelastet, so dass die Dichtungssegmente 110 radial nach innen gedrückt werden) relativ zu der Turbine 490. Bei einer anderen Ausführungsform können die Dichtungsanordnung 100 und / oder die Dichtungssegmente 110 nach außen federnd sein (z. B. sind die Dichtungszähne 270 radial nach außen ausgerichtet und die Dichtungssegmente 110 sind federbelastet, um die Dichtungssegmente 110 radial nach außen zu drücken) relativ zu der Turbine 490.
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Unter Bezugnahme auf 5 ist eine schematische geschnittene Ansicht von Abschnitten eines Dichtungssegments 510 gemäß Ausführungsformen gezeigt. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Dichtungssegment 510 einen Kopfflansch 514 und einen axialen Hals 512, der einen axialen Schlitz 516 und einen radialen Schlitz 518 umfassen kann. Der axiale Schlitz 516 ist ausgebildet, einen axialen Flansch 522 eines komplementären Stoßlückendichtungselements 520 aufzunehmen, und der radiale Schlitz 518 ist ausgebildet, einen radialen Flansch 524 des komplementären Stoßlückendichtungselements 520 aufzunehmen. Bei einer Ausführungsform kann das Stoßlückendichtungselement 520 im Wesentlichen innerhalb des axialen Hals 512 eingebaut werden. Unter Bezugnahme auf 6 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten eines Dichtungssegments 610 gemäß Ausführungsformen gezeigt. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Dichtungssegment 610 einen axialen Schlitz 616 und eine radiale Kerbe 619, die ausgebildet sind, ein Stoßlückendichtungselement 620 derart aufzunehmen, o dass, wie in 7 gesehen werden kann, das Stoßlückendichtungselement 620 innerhalb des Dichtungssegments 610 eingebaut werden kann. Bei dieser Ausführungsform kann ein axialer Flansch 622 des Stoßlückendichtungselements 620 innerhalb des axialen Schlitzes 616 eingebaut werden und ein radialer Flansch 624 kann in der radialen Kerbe 619 eingebaut werden.
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Unter Bezugnahme auf 8 ist eine schematische geschnittene Ansicht von Abschnitten eines Dichtungssegments 710 gemäß Ausführungsformen gezeigt. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Dichtungssegment 710 einen axialen Hals 712, der einen ersten axialen Schlitz 716, einen zweiten axialen Schlitz 717 und einen radialen Schlitz 718 definiert. Bei dieser Ausführungsform kann ein erstes Stoßlückendichtungselement 720 innerhalb des ersten axialen Schlitzes 716 angeordnet sein und ein zweites Stoßlückendichtungselement 721 kann innerhalb des radialen Schlitzes 718 und des zweiten axialen Schlitzes 717 angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform können sich der erste axiale Schlitz 716 und der zweiten axiale Schlitz 717 radial innenliegend eines Dampfanschlusses 750 befinden.
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Unter Bezugnahme auf 9 ist eine schematische geschnittene Ansicht von Abschnitten eines Dichtungssegments 810 gemäß Ausführungsformen gezeigt. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Dichtungssegment 810 einen axialen Hals 812, der einen radial abgewinkelten Schlitz 816 definiert, der ausgebildet ist, ein Stoßlückendichtungselement 820 aufzunehmen. Bei einer Ausführungsform kann das Stoßlückendichtungselement 820 im Wesentlichen eben in der Form sein, wobei ein axialer Flansch 822 in einem Winkel von ungefähr 180 Grad relativ zu einem radialen Flansch 824 angeordnet ist. Es versteht sich, dass der axiale Flansch 822 in einem beliebigen Winkel relativ zu dem radialen Flansch 824 angeordnet werden kann. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Stoßlückendichtungselement 820 im Wesentlichen gekrümmt sein in seiner Form. In jedem Fall ist bei dieser Ausführungsform das Stoßlückendichtungselement 820 innerhalb des radial abgewinkelten Schlitzes 816 angeordnet. Bei einer Ausführungsform berührt ein distales Ende 849 des Stoßlückendichtungselements 820 physikalisch eine Dampfanschlussfläche 850. Bei einer anderen Ausführungsform ist das distale Ende 849 im Wesentlichen nahe bei der Dampfanschlussfläche 850 ausgebildet. Bei einer Ausführungsform kann ein vorderer Axialdichtungszahn 872 des Dichtungssegments 810 radial abgewinkelt sein, so dass das Stoßlückendichtungselement 820 vervollständigt wird.
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Unter Bezugnahme auf 10 ist eine schematische Ansicht von Abschnitten eines mehrwelligen Kombikraftwerks 910 gezeigt. Das Kombikraftwerk 910 kann zum Beispiel eine Gasturbine 942 umfassen, die funktionsfähig mit einem Generator 944 verbunden ist. Der Generator 944 und die Gasturbine 942 können mechanisch durch eine Welle 911 verbunden sein, die Energie zwischen einer Antriebswelle (nicht gezeigt) der Gasturbine 942 und dem Generator 944 übertragen kann. Auch ist in 10 ein Wärmetauscher 946 funktionsfähig mit der Gasturbine 942 und einer Dampfturbine 948 verbunden. Die Dampfturbine 948 und / oder die Gasturbine 942 können ein Dichtungsanordnungssystem 100 der 1 oder anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen umfassen. Der Wärmetauscher 946 kann fluidmäßig mit sowohl der Gasturbine 942 als auch einer Dampfturbine 948 über herkömmliche Leitungen (Nummerierung weggelassen) verbunden sein. Der Wärmetauscher 946 kann ein herkömmlicher Wärmerückgewinnungsdampfgenerator sein (HRSG), wie beispielsweise diejenigen, die in herkömmlichen Kombikraftwerksystemen verwendet werden. Wie im Stand der Technik der Energieerzeugung bekannt ist, kann der HRSG 946 heißes Abgas aus der Gasturbine 942 mit einer Wasserzufuhr kombiniert nutzen, um Dampf zu erzeugen, der der Dampfturbine 948 zugeführt wird. Die Dampfturbine 948 kann optional mit einem zweiten Generatorsystem 944 (über eine zweite Welle 911) verbunden werden. Es versteht sich, dass die Generatoren 944 und die Wellen 911 eine beliebige Größe aufweisen oder Bauart sein können, die im Stand der Technik bekannt ist, und sich in Abhängigkeit von ihrer Anwendung oder dem System, mit dem sie verbunden sind, unterscheiden können. Eine gemeinsame Nummerierung der Generatoren und der Wellen ist aus Gründen der Klarheit und bedeutet nicht notwendigerweise, dass diese Generatoren oder Wellen identisch sind. Das Generatorsystem 944 und die zweite Welle 911 können im Wesentlichen ähnlich arbeiten wie das Generatorsystem 944 und die Welle 911, die oben beschrieben sind. Bei einer anderen Ausführungsform, die in 11 gezeigt ist, kann ein einzelwelliges Kombikraftwerk 990 einen einzigen Generator 944 umfassen, der über eine einzelne Welle 911 sowohl mit der Gasturbine 942 als auch mit der Dampfturbine 946 verbunden ist. Die Dampfturbine 946 und / oder die Gasturbine 942 können die Dichtungsanordnung 100 der 1 oder von anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen umfassen.
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Die Dichtungsanordnungen, die Dichtungssegmente und Stoßlückendichtungselemente der vorliegenden Erfindung sind nicht auf irgendeine bestimmte Turbine (z.B. Niederdruck, Mitteldruck, Hochdruck, Dampf, Gas, usw.), Energieerzeugungssystem oder anderes System beschränkt und kann mit anderen Energieerzeugungssystemen und / oder Systemen verwendet werden (z.B. Kombikraftwerk, einfacher Zyklus, Kernreaktor, usw.). Zusätzlich können die Dichtungsanordnungen, Dichtungssegmente und Stoßlückendichtungselemente der vorliegenden Erfindung mit anderen Systemen verwendet werden, die nicht hierin beschrieben sind, die von der Trennung und dem Schutz der Dichtungsanordnung und dem Stoßlückendichtungselement profitieren können, die hierin beschrieben sind.
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Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht dazu gedacht, die Offenbarung zu beschränken. So, wie hierin verwendet, sollen ebenso die Singularformen "ein", "eine" und "der/die" die Pluralformen umfassen, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes angibt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe "umfasst" und / oder "umfassend", wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und / oder Bauteile angibt, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen, und / oder Gruppen davon ausschließt.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich der besten Ausführungsform, und auch, um jeden Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen, wie Herstellung und Verwendung jeglicher Einrichtungen oder Systeme und Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die Fachleute erkennen. Derartige andere Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht von dem genauen Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von dem genauen Wortlaut der Ansprüche umfassen.
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Systeme und Einrichtungen zum im Wesentlichen fluidmäßigen Isolieren von Abschnitten einer Rotationsmaschine 280, 490, 942, 944, 948 werden offenbart. Bei einer Ausführungsform umfasst eine Dichtungsanordnung (100) für eine Rotationsmaschine 280, 490, 942, 944, 948: Einen komplementären Satz von Dichtungssegmenten 110, 210, 510, 610, 710, 810, die relativ zueinander ausgebildet sind, so dass sie einen im Wesentlichen durchgängigen Körper 100 mit Stoßlücken 130, 230 zwischen den Dichtungssegmenten 110, 210, 510, 610, 710, 810 bilden, wobei die Dichtungssegmente 110, 210, 510, 610, 710, 810 umfassen: Einen Kopfflansch 214, 514; und einen axialen Hals 212, 512, 712, der mit dem Kopfflansch 214, 514 verbunden ist, wobei sich der axiale Hals 212, 512, 712 radial innenliegenden erstreckt und einen axialen Schlitz 216, 516, 616, 716, 717 umfasst, der im Wesentlichen durch diesen gebildet ist; und mindestens ein Stoßlückendichtungselement 120, 220, 320, 520, 620, 720, 721, 820, wobei das mindestens eine Stoßlückendichtungselement 120, 220, 320, 520, 620, 720, 721, 820 einen axialen Flansch 222, 322, 522, 622, 822 und einen radialen Flansch 224, 324, 524, 624, 824 umfasst, wobei der axiale Flansch 222, 322, 522, 622, 822, der innerhalb der axialen Schlitze 216, 516, 616, 716, 717 von benachbarten Dichtungssegmenten 110, 210, 510, 610, 710, 810 angeordnet ist, und der radiale Flansch 224, 324, 524, 624, 824, der sich radial innenliegend von den Axialen Schlitzen 216, 516, 616, 716, 717 zu einer Umgebung der Rotationsmaschine 280, 490, 942, 944, 948 erstreckt, im Wesentlichen eine Barriere für eine axiale Strömung durch die Stoßlücke 130, 230 bilden.
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Bezugszeichenliste
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- α
- Winkel
- 22
- Druckgradient
- 100
- Dichtungsanordnung
- 110
- Dichtungssegment
- 120
- Stoßlückendichtungselement
- 130
- Stoßlücke
- 210
- Dichtungssegment
- 212
- Axialer Hals
- 214
- Kopfflansch
- 216
- Axialer Schlitz
- 220
- Stoßlückendichtungselement
- 222
- Axialer Flansch
- 224
- Radialer Flansch
- 225
- Kegelförmige Spitze
- 229
- Distales Ende
- 230
- Stoßlücke
- 250
- Dampfanschluss
- 270
- Dichtungszähne
- 272
- Teilweiser Axialdichtungszahn
- 280
- Rotationsmaschine
- 281
- Erstes Bauteil
- 282
- Erster Rotationsmaschinenhohlraum
- 283
- Zweites Bauteil
- 284
- Zweiter Rotationsmaschinenhohlraum
- 286
- Innere Dichtungsfläche
- 302
- Oberfläche
- 320
- Stoßlückendichtungselement
- 322
- Axialer Flansch
- 324
- Radialer Flansch
- 430
- Düse
- 481
- Düsenspitze
- 483
- Einlassdichtungsringkopf
- 450
- Dampfanschluss
- 482
- Enddichtungsringdurchlass
- 484
- Einlassbecken
- 490
- Turbine
- 491
- Stator
- 493
- Rotor
- 495
- Gehäuse
- 510
- Dichtungssegment
- 512
- Axialer Hals
- 514
- Kopfflansch
- 516
- Axialer Schlitz
- 518
- Radialer Schlitz
- 520
- Komplementäres Stoßlückendichtungselement
- 522
- Axialer Flansch
- 524
- Radialer Flansch
- 610
- Dichtungssegments
- 616
- Axialer Schlitz
- 619
- Radiale Kerbe
- 620
- Stoßlückendichtungselement
- 622
- Axialer Flansch
- 624
- Radialer Flansch
- 710
- Dichtungssegment
- 712
- Axialer Hals
- 716
- Erster axialer schlitz
- 717
- Zweiter axialer Schlitz
- 718
- Radialer Schlitz
- 720
- Erste Stoßlückendichtungselement
- 721
- Zweites Stoßlückendichtungselemente
- 750
- Dampfanschluss
- 810
- Dichtungssegment
- 812
- Axialer Hals
- 816
- Radial abgewinkelter Schlitz
- 820
- Stoßlückendichtungselement
- 822
- Axialer Flansch
- 824
- Radialer Flansch
- 849
- Distales Ende
- 850
- Dampfanschlussfläche
- 872
- Vorderer Axialdichtungszahn
- 910
- Mehrwelliges Kombikraftwerk
- 911
- Welle
- 942
- Gasturbine
- 944
- Generator
- 946
- Wärmetauscher
- 948
- Dampfturbine
- 990
- Einzelwelliges Kombikraftwerk
