DE102019211669A1

DE102019211669A1 - Dichtungsvorrichtung und turbomaschine

Info

Publication number: DE102019211669A1
Application number: DE102019211669.8A
Authority: DE
Inventors: Tomohiko Tsukuda
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2020-02-06
Also published as: JP7054582B2; JP2020020465A; US20200040752A1; US11136897B2

Abstract

Eine Dichtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform weist eine Dichtlippe, die zwischen dem Rotationskörper und dem stationären Körper vorgesehen ist und sich in Umfangsrichtung des Rotationskörpers erstreckt, und eine Wirbelbremslamelle, die auf dem stationären Körper stromaufwärts der Dichtlippe vorgesehen ist, auf. Die Wirbelbremslamelle reduziert eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente des Arbeitsfluids. Die Wirbelbremslamelle weist eine Unterdruckfläche, die auf einer Seite einer Drehrichtung des Rotationskörpers und eine Überdruckfläche, die auf einer der Unterdruckfläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, auf. Die Überdruckfläche erstreckt sich in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotationskörpers von radial nach außen zu radial nach innen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Dichtungsvorrichtung und eine Turbomaschine.
Beschreibung des Stands der Technik
Turbomaschinen wie Axialströmungsturbinen (z.B. Dampfturbinen, Gasturbinen) und Kompressoren weisen einen Rotor und ein Gehäuse um den Rotor auf. Auf der Außenumfangsfläche des Rotors ist ein bewegliches Schaufelblatt vorgesehen, das zusammen mit dem Rotor einen Rotationskörper ausbildet. Auf der inneren Umfangsfläche des Gehäuses ist ein Statorschaufelblatt vorgesehen, welches zusammen mit dem Gehäuse einen stationären Körper ausbildet.
Das Gehäuse ist so ausgestaltet, dass es das Arbeitsfluid abdichtet. Zwischen dem stationären Körper und dem Rotationskörper ist jedoch ein radialer Spalt vorgesehen, um einen Kontakt zwischen ihnen zu vermeiden. Ein solcher Spalt ist beispielsweise zwischen dem beweglichen Schaufelblatt und dem Gehäuse, zwischen dem Statorschaufelblatt und dem Rotor sowie zwischen dem Rotor und dem Gehäuse vorgesehen. Im Spalt ist eine Abdichtungsvorrichtung vorgesehen, die den Durchfluss des hindurchströmenden Arbeitsfluids reduziert. Dadurch wird der Leckagestrom des Arbeitsfluids unterdrückt und die Wirkungsgradverminderung der Axialströmungsturbine unterdrückt. In einer Axialturbine, die in einem großen Kraftwerk und dergleichen installiert ist, ist es üblich, eine Labyrinthdichtungsvorrichtung als Dichtungsvorrichtung zu verwenden.
Das in die Dichtungsvorrichtung einströmende Arbeitsfluid kann eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente aufweisen. Wenn der Rotor radial verschoben wird, wobei das Arbeitsfluid eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente aufweist, kann der Druck des Arbeitsfluids in Umfangsrichtung in der Dichtungsvorrichtung aus dem Gleichgewicht geraten. Dies wird mit Bezug auf 8 beschrieben.
In 8 sind zur Vereinfachung der Zeichnung ein Rotationskörper R' und ein stationärer Körper S' um den Rotationskörper R' herum dargestellt. Wie in 8 dargestellt, werden in Umfangsrichtung des Rotationskörpers R' ein Hochdruckbereich P1 und ein Niederdruckbereich P2 in radialer Richtung versetzt ausgebildet. Das heißt, der Hochdruckbereich P1 wird in einem Bereich ausgebildet, in dem das Arbeitsfluid in einen Bereich strömt, in dem der Spalt zwischen dem Rotationskörper R' und dem stationären Körper S' schmal ist, und der Niederdruckbereich P2 wird in einem Bereich ausgebildet, aus dem das Arbeitsfluid aus dem schmalen Bereich strömt. Aufgrund der Druckdifferenz kann eine Fluidkraft F1 (im Folgenden instabile Fluidkraft genannt) erzeugt werden, die den Rotationskörper R' destabilisiert. Diese instabile Fluidkraft kann zu einer instabilen Vibration im Rotationskörper führen. Insbesondere wenn sich der Rotor, der ein Rotationskörper ist, mit hoher Geschwindigkeit dreht, oder wenn die Differenz zwischen dem Druck des Arbeitsfluids am Eingang der zwischen dem Rotationskörper und dem stationären Körper vorgesehenen Dichtungsvorrichtung und dem Druck des Arbeitsfluids am Ausgang groß ist, wird diese instabile Fluidkraft groß.
Um diese instabile Fluidkraft zu reduzieren, wurden Techniken vorgeschlagen, bei denen am Eingang der Dichtungsvorrichtung Wirbelbremslamellen vorgesehen sind, um das Verwirbeln des Arbeitsfluids aufgrund der Umfangsgeschwindigkeitskomponente zu verhindern. Dies wird näher beschrieben.
Hier wird eine allgemeine Dichtungsvorrichtung in einer Axialströmungsturbine mit Bezug auf die 9 bis 11 beschrieben. Wie in 9 dargestellt, ist eine Dichtungsvorrichtung 106 zwischen einem Rotor 102 und einem um den Rotor 102 herum vorgesehenen Gehäuse 104 angeordnet. Die Dichtungsvorrichtung 106 weist einen Dichtungsring 107 auf, der vom Gehäuse 104 gehalten ist.
Die innere Umfangsfläche 170 des Dichtungsringes 107 ist mit einer Dichtlippe 108 versehen, um den Durchfluss des Arbeitsfluids zu reduzieren, welches durch den Spalt zwischen dem Rotor 102 und dem Dichtungsring 107 strömt. Die Vielzahl der Dichtlippen 108 ist in axialer Richtung X' des Rotors 102 Seite an Seite angeordnet. Die Dichtlippe 108 steht von der inneren Umfangsfläche 170 des Dichtrings 107 zur äußeren Umfangsfläche 120 des Rotors 102 vor.
Die innere Umfangsfläche 170 des Dichtringes 107 am Eingang der Dichtungsvorrichtung 106 ist mit einer Wirbelbremslamelle 109 versehen, um die Umfangsgeschwindigkeitskomponente des Arbeitsfluids zu reduzieren. Wie in 11 dargestellt, ist die Vielzahl der Wirbelbremslamellen 109 in Umfangsrichtung des Rotors 102 nebeneinander angeordnet. Wie in 10 dargestellt, steht die Wirbelbremslamelle 109 von der inneren Umfangsfläche 170 des Packungsrings 107 zur äußeren Umfangsfläche 120 des Rotors 102 vor. Die Wirbelbremslamelle 109 weist eine Unterdruckfläche 192 auf, die auf einer Seite der Drehrichtung 112 des Rotors 102 vorgesehen ist, und eine Überdruckfläche 191 auf einer der Unterdruckfläche 192 gegenüberliegenden Seite auf.
Das in die Dichtungsvorrichtung 106 einströmende Arbeitsfluid kann aufgrund der Drehreibung des Rotors 102 oder dergleichen eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung 112 des Rotors 102 aufweisen. Dadurch strömt das Arbeitsfluid in Pfeilrichtung des durch das Referenzzeichen 111 gekennzeichneten Pfeils und kollidiert mit der Überdruckfläche 191 der Wirbelbremslamelle 109. Das Arbeitsfluid, wie in 11 dargestellt, wird in die Richtung entlang der Axialrichtung X' des Rotors 102 abgelenkt und strömt aus dem Bereich, in dem die Wirbelbremslamelle 109 vorgesehen ist, und strömt in den Bereich, in dem die Dichtlippe 108 vorgesehen ist. Auf diese Weise ist die Wirbelbremslamelle 109 so angepasst, dass sie die Umfangsgeschwindigkeitskomponente des Arbeitsfluids reduziert.
In der vorstehend beschriebenen Dichtungsvorrichtung 106 ist jedoch ein winziger Spalt zwischen der Wirbelbremslamelle 109 und der äußeren Umfangsfläche 120 des Rotors 102 vorgesehen. Aus diesem Grund durchläuft das in der Nähe der äußeren Umfangsfläche 120 des Rotors 102 strömende Arbeitsfluid diesen winzigen Spalt, ohne mit der Wirbelbremslamelle 109 zu kollidieren, und strömt in den Bereich, in dem die Dichtlippe 108 mit der Umfangsgeschwindigkeitskomponente versehen ist.
Wenn das Arbeitsfluid mit der Überdruckfläche 191 der Wirbelbremslamelle 109 kollidiert, wird außerdem der Druck auf der Überdruckfläche 191 erhöht. Aus diesem Grund nimmt die Druckdifferenz zwischen der Überdruckfläche 191 und der Unterdruckfläche 192 zu, und der Durchfluss des von der Überdruckfläche 191 zur Unterdruckfläche 192 strömenden Arbeitsfluids kann durch Durchlaufen eines winzigen Spaltes zwischen der Wirbelbremslamelle 109 und der Außenumfangsfläche 120 des Rotors 102 zunehmen. Das so strömende Arbeitsfluid weist ebenfalls eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente auf.
Somit wird das durch den winzigen Spalt strömende Arbeitsfluid durch die Rotationsreibung des Rotors 102 wieder in die gleiche Richtung wie die Drehrichtung 112 des Rotors 102 beschleunigt, so dass die Umfangsgeschwindigkeitskomponente zunehmen kann. Aus diesem Grund kann in der oben genannten Dichtungsvorrichtung 106 die Wirkung der Wirbelbremslamelle 109 auf die Reduzierung der Umfangsgeschwindigkeitskomponente des Arbeitsmittels möglicherweise nicht ausreichend dargestellt werden.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht der Meridianebene eines Teils einer Axialströmungsturbine gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine Querschnittsansicht der Meridianebene, welche die Struktur einer Dichtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 2;
4 ist eine Pfeilansicht aus der Richtung B in 2;
5 zeigt die Struktur einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform und einer Pfeilansicht aus der Richtung B in 2;
6 ist eine Querschnittsansicht der Meridianebene, welche die Struktur einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
7 ist eine Querschnittsansicht der Meridianebene, welche 1 die Struktur einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Rotationskörpers und eines stationären Körpers aus der axialen Richtung;
9 ist eine Querschnittsansicht der Meridianebene, welche die Struktur einer allgemeinen Dichtungsvorrichtung zeigt;
10 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A'-A' von 9; und
11 ist eine Pfeilansicht aus der Richtung B' in 9.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Dichtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform, welche die Strömungsrate eines Arbeitsfluids reduziert, das aus einem Spalt zwischen einem Rotationskörper einer Turbomaschine und einem um den Rotationskörper herum vorgesehenen stationären Körper austritt, weist eine zwischen dem Rotationskörper und dem stationären Körper vorgesehene Dichtlippe, die sich in Umfangsrichtung des Rotationskörpers erstreckt, und eine Wirbelbremslamelle auf dem stationären Körper stromaufwärts der Dichtlippe auf, wobei die Wirbelbremslamelle eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente des Arbeitsfluids reduziert. Die Wirbelbremslamelle weist eine Unterdruckfläche, die auf einer Seite einer Drehrichtung des Rotationskörpers, und eine Überdruckfläche, die auf einer der Unterdruckfläche gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist, auf. Die Überdruckfläche erstreckt sich in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotationskörpers von radial nach außen zu radial nach innen.
Eine Turbomaschine gemäß einer Ausführungsform weist einen Rotationskörper, einen stationären Körper und die oben beschriebene Dichtungsvorrichtung auf.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Eine Dichtungsvorrichtung und eine Turbomaschine gemäß einer ersten Ausführungsform werden mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben; zu den konkreten Beispielen der Turbomaschine, auf welche die Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform anwendbar ist, gehören Axialströmungsturbinen, wie Dampfturbinen und Gasturbinen, sowie Kompressoren. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Axialströmungsturbine im Folgenden als Beispiel für eine Turbomaschine beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, weist eine Axialströmungsturbine 1 einen Rotor 2 und ein Gehäuse 4 auf, das um den Rotor 2 herum angeordnet ist. Der Rotor 2 ist so ausgestaltet, dass er um eine Drehachse drehbar ist, die entlang der Axialrichtung X angeordnet ist.
Der Rotor 2 ist mit einer Vielzahl von beweglichen Schaufelblattkaskaden 3 versehen. Der Rotor 2 und die beweglichen Schaufelblattkaskade 3 sind als Rotationskörper R ausgebildet. Andererseits ist das Gehäuse 4 mit einer Vielzahl von Statorschaufelblattkaskaden 5 versehen. Das Gehäuse 4 und die Statorschaufelblattkaskade 5 sind als stationärer Körper S ausgebildet. Die Statorschaufelblattkaskaden 5 und die beweglichen Schaufelblattkaskaden 3 sind abwechselnd in axialer Richtung X des Rotors 2 angeordnet. Eine Statorschaufelblattkaskade 5 und eine bewegliche Schaufelblattkaskade 3, die angrenzend stromabwärts (rechte Seite in 1) der einen Statorschaufelblattkaskade 5 angeordnet sind, bilden eine Turbinenstufe 10 aus. Die Axialströmungsturbine 1 ist mit einer Vielzahl solcher Turbinenstufen 10 in der Axialrichtung X des Rotors 2 versehen.
Die Statorschaufelblattkaskade 5 weist einen äußeren Statorschaufelblattring 51, der durch das Gehäuse 4 getragen wird, einen inneren Statorschaufelblattring 52, der radial nach innen vom äußeren Statorschaufelblattring 51 vorgesehen ist, und eine Vielzahl von Statorschaufelblättern 53, die zwischen dem äußeren Statorschaufelblattring 51 und dem inneren Statorschaufelblattring 52 angeordnet sind, auf. Die Statorschaufelblätter 53 sind in Umfangsrichtung angeordnet. Der äußere Statorschaufelblattring 51 weist einen äußeren Ringhauptkörper 51a und einen äußeren Ringvorsprungsabschnitt 51b auf, der stromabwärts des äußeren Ringhauptkörpers 51a vorsteht. Der äußere Ringhauptkörper 51a ist so angeordnet, dass er dem Statorschaufelblatt 53 zugewandt ist, und der äußere Ringvorsprungsabschnitt 51b ist so angeordnet, dass er einem beweglichen Schaufelblatt 31 zugewandt ist, das später beschrieben werden soll.
Die bewegliche Schaufelblattkaskade 3 weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten beweglichen Schaufelbättern 31 auf. Jedes bewegliche Schaufelblatt 31 ist auf dem Rotor 2 angeordnet. Insbesondere weist der Rotor 2 eine Vielzahl von Rotorscheiben 32 auf, die radial nach außen aus der äußeren Umfangsfläche 20 davon vorstehen. Die Vielzahl der Rotorscheiben 32 ist in axialer Richtung X vorgesehen, und die beweglichen Schaufelblätter 31 sind an der jeweiligen Rotorscheibe 32 befestigt. Das bewegliche Schaufelblatt 31 ist so angeordnet, dass seine äußere Umfangsfläche 20 der inneren Umfangsfläche des äußeren Ringvorsprungsabschnitts 51b des äußeren Statorschaufelblattrings 51 zugewandt ist. Ferner ist der innere Statorschaufelblattring 52 so angeordnet, dass seine innere Umfangsfläche der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 in einem Bereich zugewandt ist, in dem die Rotorscheiben 32 nicht vorgesehen sind.
Eine Zuleitung (nicht dargestellt) ist mit dem Gehäuse 4 verbunden, so dass Arbeitsfluide wie Dampf und Verbrennungsgas der Axialströmungsturbine 1 zugeführt werden. Das aus der Zuleitung zur Axialströmungsturbine 1 zugeführte Arbeitsfluid strömt, wie durch einen durch das Referenzzeichen 11 dargestellten Pfeil angezeigt, und durchläuft abwechselnd die Statorschaufelblattkaskade 5 und die bewegliche Schaufelblattkaskade 3 jeder Turbinenstufe 10 und führt die Arbeit an dem beweglichen Schaufelblatt 31 aus. Dadurch wird die Fluidenergie des Arbeitsfluids in Rotationsenergie für den Rotationsantrieb des Rotors 2 umgewandelt. Der Rotor 2 ist mit einem Generator verbunden (nicht dargestellt), so dass Rotationsenergie (oder Drehmoment) auf den Generator übertragen werden kann. Der Generator ist ausgestaltet, um durch seine Rotationsenergie Strom zu erzeugen. Das Arbeitsfluid, das jede Turbinenstufe 10 passiert hat, wird über einen Abgasströmungspfad abgeführt (nicht dargestellt).
Um einen Kontakt zwischen dem Rotationskörper R, der aus dem Rotor 2 und der beweglichen Schaufelblattkaskade 3 besteht, und dem stationären Körper S, der aus dem Gehäuse 4 und der Statorschaufelblattkaskade 5 besteht, während eines Betriebs der Axialströmungsturbine 1 zu vermeiden, wird ein Spalt zwischen dem Rotationskörper R und dem stationären Körper S vorgesehen. Insbesondere sind Spalte zwischen der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 4, zwischen der äußeren Umfangsfläche 20 des beweglichen Schaufelblattes 31 und der inneren Umfangsfläche des äußeren Ringvorsprungsabschnitts 51b und zwischen der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 und der inneren Umfangsfläche des inneren Statorschaufelblattrings 52 vorgesehen.
Steigt die Strömungsrate des aus diesen Spalten austretenden Arbeitsfluids, kann die Leistung der Axialströmungsturbine 1 verschlechtert werden. Daher ist in diesem Spalt zwischen dem Rotationskörper R und dem stationären Körper S eine Dichtungsvorrichtung 6 vorgesehen, welche die Strömungsrate der austretenden Arbeitsfluide reduziert. Die Dichtungsvorrichtung 6, die zwischen der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 4 vorgesehen ist, wird im Folgenden als Beispiel beschrieben.
Wie in 2 dargestellt, ist die Dichtungsvorrichtung 6 zwischen dem Rotor 2 der Axialströmungsturbine 1 und dem um den Rotor 2 herum vorgesehenen Gehäuse 4 angeordnet. Die Dichtungsvorrichtung 6 hat einen Dichtring 7, der vom Gehäuse 4 gehalten wird. Der Dichtungsring 7 ist so ausgebildet, dass er sich in Umfangsrichtung des Rotors 2 erstreckt. Der Dichtring 7 wird in einer im Gehäuse 4 vorgesehenen Nut 41 eingepasst und gehalten. Der Dichtungsring 7 kann aus einer Vielzahl von Segmentelementen bestehen, die in Umfangsrichtung des Rotors 2 unterteilt sind.
Zwischen Rotor 2 und Gehäuse 4 ist eine Dichtlippe 8 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Dichtlippe 8 am Gehäuse 4 mittels des Dichtrings 7 und die Vielzahl der Dichtlippen 8 an der inneren Umfangsfläche 70 des Dichtrings 7 vorgesehen. Die Vielzahl der Dichtlippen 8 ist in axialer Richtung X des Rotors 2 Seite an Seite angeordnet. Ferner erstreckt sich die Dichtlippe 8, wie in 4 dargestellt, in Umfangsrichtung des Rotors 2. Die Dichtlippe 8 ragt von der inneren Umfangsfläche 70 des Dichtringes 7 zur äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 vor. Betrachtet man den in 2 dargestellten Querschnitt, so weist die Dichtlippe 8 eine im Wesentlichen dreieckige Form auf, die sich von der inneren Umfangsfläche 70 des Dichtringes 7 zur äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 hin verjüngt. Um einen Kontakt zwischen der Dichtlippe 8 und dem Rotor 2 zu vermeiden, ist ein winziger Spalt zwischen der Spitze der Dichtlippe 8 und der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 vorgesehen.
Die in 2 dargestellte Dichtungsvorrichtung 6 ist eine Labyrinthdichtungsvorrichtung vom Typ Hoch-Niedrig. Das heißt, wie in 2 dargestellt, sind die Dichtlippe 8 mit einer relativ geringen Höhe in Radialrichtung des Rotors 2 und die Dichtlippe 8 mit einer relativ großen Höhe abwechselnd in Axialrichtung X des Rotors 2 angeordnet. Der Durchmesser des Rotors 2 ist an einer Position groß, die der Dichtlippe 8 mit einer relativ geringen Höhe zugewandt ist, und an einer Position klein, die der Dichtlippe 8 mit einer relativ großen Höhe zugewandt ist. Mit anderen Worten, die äußere Umfangsfläche 20 des Rotors 2 ist mit einem Vorsprung 21 versehen, welcher der Dichtungsrippe 8 mit einer relativ geringen Höhe zugewandt ist.
Das in die Dichtungsvorrichtung 6 eingeströmte Arbeitsfluid durchläuft nacheinander einen relativ kleinen Durchgangsbereich und einen relativ großen Durchgangsbereich durch die wie vorstehend beschrieben ausgestaltete Dichtlippe 8. Dadurch wird das Arbeitsfluid durch sequentielles Wiederholen der Beschleunigung und Verzögerung des Arbeitsfluids expandiert, wodurch der Fluidwiderstand erhöht und die Leckageströmungsrate reduziert wird. Eine solche Dichtlippe 8 kann den Durchfluss des Arbeitsfluids, das durch den Spalt zwischen Rotor 2 und dem Dichtring 7 strömt, reduzieren.
Die Dichtlippe 8 kann separiert und integral mit dem Dichtungsring 7 ausgebildet sein oder separat vom Dichtungsring 7 hergestellt und am Dichtungsring 7 befestigt werden. Außerdem kann die Dichtlippe 8 integral oder separat mit dem Gehäuse 4 oder dem Rotor 2 ausgebildet werden. Wenn die Dichtungsvorrichtung 6 zwischen dem äußeren Statorschaufelblattring 51 und dem beweglichen Schaufelblatt 31 vorgesehen ist, kann die Dichtlippe 8 integral mit oder getrennt von dem äußeren Statorschaufelblattring 51 oder dem beweglichen Schaufelblatt 31 ausgebildet sein, und wenn die Dichtungsvorrichtung 6 zwischen dem inneren Statorschaufelblattring 52 und dem Rotor 2 vorgesehen ist, kann die Dichtlippe 8 integral mit oder getrennt von dem inneren Statorschaufelblattring 52 oder dem Rotor 2 ausgebildet sein.
Des Weiteren ist am Gehäuse 4 mittels des Dichtringes 7 eine Wirbelbremslamelle 9 vorgesehen, die die Umfangsgeschwindigkeitskomponente des Arbeitsfluids reduziert. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Wirbelbremslamelle 9 auf der inneren Umfangsfläche 70 des vom Gehäuse 4 gehaltenen Dichtringes 7 vorgesehen. Die Wirbelbremslamelle 9 ist stromaufwärts der Dichtlippe 8 (d.h. am Eingang der Dichtungsvorrichtung 6) vorgesehen. Wie in 4 dargestellt, ist die Vielzahl der Wirbelbremslamellen 9 in Umfangsrichtung des Rotors 2 angeordnet. Ferner erstreckt sich die Wirbelbremslamelle 9 in axialer Richtung X des Rotors 2. Die Wirbelbremslamelle 9 ragt von radial außen nach radial innen (d.h. von der inneren Umfangsfläche 70 des Dichtringes 7 nach außen zur äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2). Betrachtet man den in 3 dargestellten Querschnitt, so weist die Wirbelbremslamelle 9 eine im Wesentlichen dreieckige Form auf, die sich von der inneren Umfangsfläche 70 des Dichtringes 7 zur äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 verjüngt. Zwischen der Spitze der Wirbelbremslamelle 9 und der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 ist ein winziger Spalt vorgesehen, um einen Kontakt zwischen der Wirbelbremslamelle 9 und dem Rotor 2 zu vermeiden. Ferner weist die Wirbelbremslamelle 9 eine Unterdruckfläche 92 auf einer Seite der Richtung (Drehrichtung 12), in der sich der Rotor 2 dreht, und eine Überdruckfläche 91 auf einer der Unterdruckfläche 92 gegenüberliegenden Seite auf.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Überdruckfläche 91 flach ausgebildet, und wenn man sie in dem in 3 dargestellten Querschnitt betrachtet, ist die Überdruckfläche 91 so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die radiale Richtung geneigt ist, so dass sich die Überdruckfläche 91 von der inneren Umfangsfläche 70 des Dichtrings 7 in Richtung der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 erstreckt und sich in die Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung 12 des Rotors 2 erstreckt. Wie in der Überdruckfläche 91 ist auch die Unterdruckfläche 92 flach und in radialer Richtung geneigt ausgebildet. Wie vorstehend beschrieben, sind die Wirbelbremslamellen 9 insgesamt so ausgebildet, dass sie sich in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung 12 des Rotors 2 von der inneren Umfangsfläche 70 des Dichtringes 7 in Richtung der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 erstrecken.
Obwohl in 3 die Überdruckfläche 91 und die Unterdruckfläche 92 flach ausgebildet sind und die Wirbelbremslamelle 9 eine im Wesentlichen dreieckige Form aufweist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Überdruckfläche 91 kann in einer gekrümmten Form so geformt sein, dass sie sich in der Richtung entgegen der Drehrichtung 12 des Rotors 2 von der inneren Umfangsfläche 70 des Dichtrings 7 in Richtung der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 erstreckt. Gleiches gilt für die Unterdruckfläche 92. Darüber hinaus darf sich die Unterdruckfläche 92 nicht in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung 12 des Rotors 2 von der inneren Umfangsfläche 70 des Dichtringes 7 zur äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 erstrecken.
Darüber hinaus kann die Wirbelbremslamelle 9 geschnitten und integral mit dem Dichtring 7 geformt oder separat vom Dichtring 7 hergestellt und am Dichtring 7 befestigt werden. Außerdem kann die Wirbelbremslamelle 9 integral oder separat mit dem Gehäuse 4 ausgebildet werden. Wenn die Dichtungsvorrichtung 6 zwischen dem äußeren Statorschaufelblattring 51 und dem beweglichen Schaufelblatt 31 vorgesehen ist, kann die Wirbelbremslamelle 9 integral mit oder getrennt von dem äußeren Statorschaufelblattring 51 gebildet sein, und wenn die Dichtungsvorrichtung 6 zwischen dem inneren Statorschaufelblattring 52 und dem Rotor 2 vorgesehen ist, kann die Wirbelbremslamelle 9 integral mit oder getrennt von dem inneren Statorschaufelblattring 52 ausgebildet sein.
Als nächstes wird die Funktion der vorliegenden Ausführungsform mit einer solchen Ausgestaltung erläutert.
Wenn die Axialströmungsturbine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform betrieben wird, wird der Axialströmungsturbine 1 aus der Versorgungsleitung Arbeitsfluid wie Dampf und Verbrennungsgas zugeführt. Das aus der Zuleitung zur Axialströmungsturbine 1 zugeführte Arbeitsfluid durchläuft abwechselnd die Statorschaufelblattkaskade 5 und die bewegliche Schaufelblattkaskade 3 jeder Turbinenstufe 10 und führt Arbeit an dem beweglichen Schaufelblatt 31 aus. Dadurch wird die vom Arbeitsfluid bereitgestellte Fluidenergie in Rotationsenergie umgewandelt, die den Rotor 2 in Rotation versetzt, und der Generator erzeugt durch die Rotationsenergie elektrische Energie. Das Arbeitsfluid, das jede Turbinenstufe 10 passiert hat, wird über einen Abgasströmungspfad abgeführt.
Andererseits strömt ein Teil des der Axialströmungsturbine 1 zugeführten Arbeitsfluids in einen Spalt zwischen dem Rotationskörper R und dem stationären Körper S und durchläuft die Dichtungsvorrichtung 6. Eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung 12 des Rotors 2 wird dem durch die Dichtungsvorrichtung 6 strömenden Arbeitsfluid durch Drehreibung des Rotors 2 oder dergleichen zugeführt. Das heißt, da das in die Dichtungsvorrichtung 6 strömende Arbeitsfluid in der Nähe der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 strömt, weist es durch die Drehung des Rotors 2 eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente auf.
Das in die Dichtungsvorrichtung 6 eingeströmte Arbeitsfluid kollidiert zunächst mit der Überdruckfläche 91 der Wirbelbremslamelle 9, wobei sich die Überdruckfläche 91 der Wirbelbremslamelle 9 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung 12 des Rotors 2 von der inneren Umfangsfläche 70 des Dichtrings 7 in Richtung der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 erstreckt. Dadurch wird der mit der Überdruckfläche 91 kollidierte Durchfluss des Arbeitsfluids radial nach außen aus dem Rotor 2 abgeleitet, um der Form der Überdruckfläche 91 zu entsprechen. Dadurch wird die Strömung des Arbeitsfluids zur äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 unterdrückt.
In diesem Fall wird das Arbeitsfluid durch die Überdruckfläche 91 blockiert gehalten, und die Druckdifferenz zwischen der Überdruckfläche 91 und der Unterdruckfläche 92 kann zunehmen. Da jedoch, wie vorstehend beschrieben, die Strömung des Arbeitsfluids zur äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 unterdrückt wird, wird der Durchfluss des Arbeitsfluids, der durch den winzigen Spalt zwischen der Wirbelbremslamelle 9 und der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 verläuft, reduziert.
Da die Strömung radial nach außen umgeleitet wird, bildet sich in der Nähe der Überdruckfläche 91 eine radial nach außen wickelbare Strömung, in die ein radial nach innen von der Überdruckfläche 91 strömendes Arbeitsfluid eingezogen wird. Dadurch wird verhindert, dass das Arbeitsfluid in einen winzigen Spalt zwischen der Wirbelbremslamelle 9 und der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 strömt.
Wie vorstehend beschrieben, erstreckt sich die Überdruckfläche 91 der Wirbelbremslamelle 9 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung 12 des Rotors 2 von radial außen nach radial innen. Dadurch kann der mit der Überdruckfläche 91 kollidierte Durchfluss des Arbeitsfluids radial nach außen aus dem Rotor 2 abgeleitet werden. Daher ist es möglich, den Durchfluss der aus dem winzigen Spalt zwischen der Wirbelbremslamelle 9 und der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 austretenden Arbeitsfluids zu reduzieren. Somit kann die Umfangsgeschwindigkeitskomponente des in der Dichtungsvorrichtung 6 strömenden Arbeitsfluids durch die Wirbelbremslamelle 9 effektiv reduziert werden. Dadurch können instabile Schwingungen des Rotors 2, die durch die Umfangsgeschwindigkeitskomponente des in der Dichtungsvorrichtung 6 strömenden Arbeitsfluids verursacht werden, wirksam unterdrückt werden.
Ferner erstreckt sich die Wirbelbremslamelle 9 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der axialen Richtung X des Rotors 2. Dadurch kann das Arbeitsfluid, das mit der Überdruckfläche 91 kollidiert ist und radial nach außen vom Rotor 2 abgelenkt wird, entlang der Axialrichtung X des Rotors 2 strömen. Daher kann die Umfangsgeschwindigkeitskomponente des in der Dichtungsvorrichtung 6 strömenden Arbeitsfluids durch die Wirbelbremslamelle 9 effektiv reduziert werden.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Vielzahl der Wirbelbremslamellen 9 in Umfangsrichtung des Rotors 2 Seite an Seite angeordnet. Dadurch kann der Arbeitsfluidstrom an mehreren Stellen in Umfangsrichtung des Rotors 2 radial nach außen aus dem Rotor 2 umgeleitet werden, so dass der Effekt der Reduzierung der Umfangsgeschwindigkeitskomponente durch die oben beschriebene Wirbelbremslamelle 9 noch deutlicher erkennbar ist.
(Zweite Ausführungsform)
Als nächstes wird eine Dichtungsvorrichtung und eine Turbomaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 5 beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, besteht der Hauptunterschied darin, dass sich die Wirbelbremslamellen in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotationskörpers von stromaufwärts nach stromabwärts erstrecken, und die anderen Anordnungen sind im Wesentlichen die gleichen wie die der ersten Ausführungsform, die in den 1 bis 4 dargestellt ist. In 5 werden die gleichen Teile wie die der ersten Ausführungsform, die in den 1 bis 4 dargestellt sind, durch die gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet und ihre detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
Wie in 5 dargestellt, erstreckt sich die Wirbelbremslamelle 9 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in die Richtung entgegen der Drehrichtung 12 des Rotors 2 von stromaufwärts nach stromabwärts. Das heißt, die Wirbelbremslamelle 9 ist so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die Axialrichtung X geneigt ist, um sich in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung 12 des Rotors 2 zu erstrecken, während sie sich von stromaufwärts nach stromabwärts erstreckt. Obwohl die in 5 dargestellte Wirbelbremslamelle 9 bei radialer Betrachtung nach außen (von der in 2 dargestellten B-Richtung) linear ausgebildet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt. So kann beispielsweise die Wirbelbremslamelle 9 in einer gekrümmten Form ausgebildet sein, solange sie sich in der Richtung entgegen der Drehrichtung 12 des Rotors 2 von stromaufwärts nach stromabwärts erstreckt.
In der vorliegenden Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, ist während des Betriebs der Axialströmungsturbine 1 die Richtung 11 der Strömung des Arbeitsfluids, die durch die Überdruckfläche 91 der Wirbelbremslamelle 9 blockiert wird, entgegen der Drehrichtung 12 des Rotors 2 gerichtet. Dadurch wird die Umfangsgeschwindigkeitskomponente in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung 12 des Rotors 2 dem Arbeitsfluid zugeführt und strömt in diesem Zustand aus dem mit der Wirbelbremslamelle 9 versehenen Bereich heraus.
Danach kann das Arbeitsfluid in die gleiche Richtung wie die Drehrichtung 12 des Rotors 2 durch Drehreibung mit dem Rotor 2 beschleunigt werden, während es in dem mit der Dichtlippe 8 versehenen Bereich strömt, wobei das Arbeitsfluid jedoch in den mit der Dichtlippe 8 versehenen Bereich strömt, während es die Umfangsgeschwindigkeitskomponente in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung 12 aufweist. Aus diesem Grund wird der Anstieg der Umfangsgeschwindigkeitskomponente in die gleiche Richtung wie die Drehrichtung 12 unterdrückt. Dadurch weist das Arbeitsfluid die weiter reduzierte Umfangsgeschwindigkeitskomponente auf, verglichen mit einem Fall des Ausströmens aus dem mit der Wirbelbremslamelle 9 versehenen Bereich in dem Zustand, in dem es keine Umfangsgeschwindigkeitskomponente gibt (die Umfangsgeschwindigkeitskomponente ist 0 (Null)).
Wenn hier die Wirbelbremslamelle 9 so ausgebildet ist, dass sie sich in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung 12 des Rotors 2 von stromaufwärts nach stromabwärts erstreckt, erhöht sich der Umlenkungsgrad (Umlenkwinkel) des Arbeitsfluids, und der Druck auf die Überdruckfläche 91 der Wirbelbremslamelle 9 kann zunehmen. Aus diesem Grund wird die Druckdifferenz zwischen der Überdruckfläche 91 und der Unterdruckfläche 92 erhöht, so dass die Strömungsrate des Arbeitsfluids, das durch den winzigen Spalt zwischen der Wirbelbremslamelle 9 und der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 austritt, erhöht werden kann.
Wie bei der ersten Ausführungsform erstreckt sich jedoch die Überdruckfläche 91 der Wirbelbremslamelle 9 in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung 12 des Rotors 2 von der inneren Umfangsfläche 70 des Dichtringes 7 in Richtung der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2. Dadurch ist es möglich, den Anstieg des Durchflusses des Arbeitsfluids, der durch den winzigen Spalt zwischen der Wirbelbremslamelle 9 und der Außenumfangsfläche 20 des Rotors 2 verläuft, zu minimieren.
Wie vorstehend beschrieben, erstreckt sich die Wirbelbremslamelle 9 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Richtung, die entgegen der Drehrichtung 12 des Rotors 2 von stromaufwärts nach stromabwärts geneigt ist. Dadurch kann das Arbeitsfluid, das mit der Überdruckfläche 91 kollidiert und radial nach außen vom Rotor 2 abgelenkt wird, in die Richtung entgegen der Drehrichtung 12 des Rotors 2 strömen. Dadurch kann die Umfangsgeschwindigkeitskomponente des in der Dichtungsvorrichtung 6 strömenden Arbeitsfluids weiter reduziert werden. Dadurch können instabile Schwingungen des Rotors 2, die durch die Umfangsgeschwindigkeitskomponente des in der Dichtungsvorrichtung 6 strömenden Arbeitsfluids verursacht werden, wirksam unterdrückt werden.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes werden eine Dichtungsvorrichtung und eine Turbomaschine gemäß einer dritten Ausführungsform mit Bezug auf 6 beschrieben.
In der dritten Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, besteht der Hauptunterschied darin, dass die erste der Wirbelbremslamelle zugewandte Gegenfläche einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der stromaufwärts davon vorgesehenen stromaufwärts angeordneten Seitenfläche, und die erste Gegenfläche und die stromaufwärts angeordnete Seitenfläche sind durch die erste Stufenwand verbunden, und die anderen Anordnungen sind im Wesentlichen die gleichen wie die der ersten Ausführungsform, die in den 1 bis 4 dargestellt ist.
In 6 werden die gleichen Teile wie die der ersten Ausführungsform, die in den 1 bis 4 dargestellt ist, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und ihre detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
Wie in 6 dargestellt, weist die Dichtungsvorrichtung 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner eine erste Stirnfläche 20a, die auf der Außenumfangsfläche 20 des Rotors 2 vorgesehen ist und der Wirbelbremslamelle 9 zugewandt ist, und eine stromaufwärts angeordnete Seitenfläche 20b auf der Außenumfangsfläche 20 des Rotors 2 stromaufwärts der ersten Stirnfläche 20a auf. Die erste Stirnfläche 20a hat einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der stromaufwärts angeordneten Seitenfläche 20b. Eine erste Stufenwand 22 ist stromaufwärts der ersten Stirnfläche 20a vorgesehen. In dem in 6 dargestellten Beispiel ist die erste Stufenwand 22 stromaufwärts des stromaufwärts gelegenen Endes (linkes Ende in 6) der Wirbelbremslamelle 9 angeordnet. Die erste Stirnfläche 20a und die stromaufwärts angeordnete Seitenfläche 20b sind durch die erste Stufenwand 22 verbunden. Darüber hinaus ist der in 2 beschriebene Vorsprungsabschnitt 21 auf der ersten Stirnfläche 20a vorgesehen und an einer Position gegenüber der Dichtlippe 8 angeordnet, deren Höhe relativ klein ist.
Somit ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die erste Stufenwand 22, welche die erste Stirnfläche 20a gegenüber der Wirbelbremslamelle 9 und die stromaufwärts angeordnete Seitenfläche 20b gegenüber der ersten Stirnfläche 20a verbindet, auf der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 vorgesehen. Dadurch kann der Strom des Arbeitsfluids, der in der Nähe der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 auf der stromaufwärts gelegenen Seitenfläche 20b geströmt ist, durch die erste Stufenwand 22 radial nach außen abgeleitet werden. Daher kann das Arbeitsfluid, das in der Nähe der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 geströmt ist, von der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 entfernt sein. Das heißt, es ist möglich, den Durchfluss des Arbeitsfluids, welches durch den winzigen Spalt zwischen der Wirbelbremslamelle 9 und der äußeren Umfangsfläche 20 (erste Stirnfläche 20a) des Rotors 2 strömt, zu reduzieren. Aus diesem Grund wird der Anteil des Arbeitsfluids, der mit der Überdruckfläche 91 der Wirbelbremslamelle 9 kollidiert, erhöht, so dass der Effekt der Reduzierung der Umfangsgeschwindigkeitskomponente durch die Wirbelbremslamelle 9 noch deutlicher erkennbar ist. Dadurch können instabile Schwingungen des Rotors 2, die durch die Umfangsgeschwindigkeitskomponente des in der Dichtungsvorrichtung 6 strömenden Arbeitsfluids verursacht werden, wirksam unterdrückt werden.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die erste Stufenwand 22 stromaufwärts der Wirbelbremslamelle 9 angeordnet. Dadurch kann der Strom des Arbeitsfluids, welches in der Nähe der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 strömt, radial nach außen gerichtet werden, bevor das Arbeitsfluid in den Bereich strömt, in dem die Wirbelbremslamelle 9 vorgesehen ist. Dadurch kann der Effekt der Reduzierung der Umfangsgeschwindigkeitskomponente durch die Wirbelbremslamelle 9 noch weiter verstärkt werden.
In der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, in dem die erste Stufenwand 22 stromaufwärts des stromaufwärts gelegenen Endes (das linke Ende in 6) der Wirbelbremslamelle 9 angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die erste Stufenwand 22 kann an einer Position angeordnet werden, die dem stromaufwärtigen Ende der Wirbelbremslamelle 9 zugewandt ist (eine Position, die mit dem stromaufwärtigen Ende der Wirbelbremslamelle 9 in axialer Richtung X übereinstimmt). Solange der Strom des in der Nähe der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 strömenden Arbeitsfluids radial nach außen abgelenkt werden kann, kann die erste Stufenwand 22 stromabwärts des stromaufwärts gelegenen Endes der Wirbelbremslamelle 9 angeordnet werden, wobei in diesem Fall die erste Stirnfläche 20a einem Abschnitt der Wirbelbremslamelle 9 zugewandt ist.
(Vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine Dichtungsvorrichtung und eine Turbomaschine gemäß einer vierten Ausführungsform mit Bezug auf 7 beschrieben.
In der vierten Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, besteht der Hauptunterschied darin, dass eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche, die der Dichtlippe zugewandt ist, durch eine zweite Stufenwand verbunden sind, und die zweite Stirnfläche einen kleineren Durchmesser als die erste Stirnfläche aufweist, und die anderen Anordnungen sind im Wesentlichen die gleichen wie die der dritten Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist. In 7 werden die gleichen Teile wie die der in 6 dargestellten dritten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und ihre detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
Wie in 7 dargestellt, weist die Dichtungsvorrichtung 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner eine zweite Stirnfläche 20c auf, die auf der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 vorgesehen ist und der Dichtlippe 8 zugewandt ist. Die zweite Stirnfläche 20c hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der ersten Stirnfläche 20a. Der Durchmesser der zweiten Stirnfläche 20c kann derselbe sein wie der Durchmesser der stromaufwärts gelegenen Seitenfläche 20b. In dem in 7 dargestellten Beispiel ist die zweite Stufenwand 23 stromabwärts des stromabwärts gelegenen Endes (rechtes Ende in 7) der Wirbelbremslamelle 9 angeordnet. Die erste Stirnfläche 20a und die zweite Stirnfläche 20c sind durch die zweite Stufenwand 23 verbunden. Darüber hinaus ist der in 2 beschriebene Vorsprungsabschnitt 21 auf der zweiten Stirnfläche 20c vorgesehen und an einer Position gegenüber der Dichtlippe 8 angeordnet, deren Höhe relativ klein ist. Die Abmessung des winzigen Spaltes zwischen der Spitze jeder Dichtlippe 8 und der zweiten Stirnfläche 20c wird in gleicher Weise eingestellt wie in der dritten Ausführungsform.
Somit ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die zweite der Dichtlippe 8 zugewandte Stirnfläche 20c auf der Außenumfangsfläche 20 des Rotors 2 vorgesehen, und der Durchmesser der zweiten Stirnfläche 20c ist kleiner als der Durchmesser der ersten Stirnfläche 20a, die der Wirbelbremslamelle 9 zugewandt ist. Dadurch kann die Strömungspfadquerschnittsfläche des winzigen Spaltes zwischen der Dichtlippe 8 und der äußeren Umfangsfläche 20 (zweite Stirnfläche 20c) des Rotors 2 reduziert werden. Dadurch kann die Strömungsrate des Arbeitsfluids, das durch den winzigen Spalt strömt, reduziert werden. Dadurch kann die Strömungsrate des durch die Dichtungsvorrichtung 6 austretenden Arbeitsfluids reduziert werden. Ferner kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Durchmesser der stromaufwärts gelegenen Seitenfläche 20b des Rotors 2 und der Durchmesser der zweiten Stirnfläche 20c identisch ausgebildet werden. In diesem Fall kann die Steifigkeit des Rotors 2 gewährleistet werden, während die Strömungsrate des durch die Dichtungsvorrichtung 6 austretenden Arbeitsfluids reduziert wird.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die zweite Stufenwand 23 stromabwärts der Wirbelbremslamelle 9 angeordnet. Dadurch kann ein Anstieg des winzigen Spaltes zwischen der Spitze der Wirbelbremslamelle 9 und der äußeren Umfangsfläche 20 des Rotors 2 unterdrückt werden. Aus diesem Grund kann der Effekt der Reduzierung der Umfangsgeschwindigkeitskomponente durch die Wirbelbremslamelle 9 effektiv dargestellt werden. Dadurch können instabile Schwingungen des Rotors 2, die durch die Umfangsgeschwindigkeitskomponente des in der Dichtungsvorrichtung 6 strömenden Arbeitsfluids verursacht werden, wirksam unterdrückt werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die zweite Stufenwand 23 stromabwärts des stromabwärts liegenden Endes (rechtes Ende in 7) der Wirbelbremslamelle 9 angeordnet ist, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die zweite Stufenwand 23 kann an einer Position angeordnet sein, die dem stromabwärtigen Ende der Wirbelbremslamelle 9 zugewandt ist (eine Position, die mit dem stromabwärtigen Ende der Wirbelbremslamelle 9 in Axialrichtung X übereinstimmt). Darüber hinaus kann die zweite Stufenwand 23 stromaufwärts des stromabwärts gelegenen Endes der Wirbelbremslamelle 9 angeordnet werden. Darüber hinaus kann die zweite Stufenwand 23 an einer der Dichtlippe 8 zugewandten Stelle oder stromabwärts der Dichtlippe 8 angeordnet sein.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Umfangsgeschwindigkeitskomponente des Arbeitsfluids effektiv reduziert werden.
Obwohl mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, werden diese Ausführungsformen exemplarisch dargestellt und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken. Diese neuartigen Ausführungsformen können in verschiedenen anderen Formen umgesetzt werden und verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Diese Ausführungsformen und Modifikationen davon sind im Schutzumfang und Kern der Erfindung enthalten und sind in der Erfindung enthalten, die in den Ansprüchen und dem äquivalenten Schutzumfang derselben beschrieben ist.

Claims

Dichtungsvorrichtung, welche die Strömungsrate eines Arbeitsfluids reduziert, das aus einem Spalt zwischen einem Rotationskörper einer Turbomaschine und einem um den Rotationskörper herum vorgesehenen stationären Körper austritt, wobei die Dichtungsvorrichtung aufweist: eine Dichtlippe, die zwischen dem Rotationskörper und dem stationären Körper vorgesehen ist und sich in einer Umfangsrichtung des Rotationskörpers erstreckt; und eine Wirbelbremslamelle, die am stationären Körper stromaufwärts der Dichtlippe vorgesehen ist, wobei die Wirbelbremslamelle eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente des Arbeitsfluids reduziert, wobei die Wirbelbremslamelle eine Unterdruckfläche, die auf einer Seite einer Drehrichtung des Rotationskörpers vorgesehen ist, und eine Überdruckfläche, die auf einer der Unterdruckfläche gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist, aufweist, und wobei sich die Überdruckfläche in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotationskörpers von radial nach außen zu radial nach innen erstreckt.
Dichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei sich die Wirbelbremslamelle in einer axialen Richtung des Rotationskörpers erstreckt.
Dichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei sich die Wirbelbremslamelle in einer Richtung entgegen der Drehrichtung des Rotationskörpers von stromaufwärts nach stromabwärts erstreckt.
Dichtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Vielzahl der Wirbelbremslamellen Seite an Seite in Umfangsrichtung des Rotationskörpers angeordnet ist.
Dichtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: eine erste Stirnfläche, die auf dem Rotationskörper vorgesehen ist und der Wirbelbremslamelle zugewandt ist; und eine stromaufwärts gelegene Seitenfläche, die auf dem Rotationskörper stromaufwärts der ersten Stirnfläche vorgesehen ist, wobei die erste Stirnfläche einen Durchmesser aufweist, der größer ist als ein Durchmesser der stromaufwärts gelegenen Seitenfläche, und wobei die erste Stirnfläche und die stromaufwärts gelegene Seitenfläche durch eine erste Stufenwand verbunden sind.
Dichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die erste Stufenwand stromaufwärts der Wirbelbremslamelle angeordnet ist.
Dichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Dichtlippe an dem stationären Körper vorgesehen ist, wobei die Dichtungsvorrichtung ferner eine zweite, auf dem Rotationskörper vorgesehene Stirnfläche aufweist, wobei die zweite Stirnfläche der Dichtlippe zugewandt ist, wobei die erste Stirnfläche und die zweite Stirnfläche durch eine zweite Stufenwand verbunden sind, und wobei die zweite Stirnfläche einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser der ersten Stirnfläche.
Dichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die zweite Stufenwand stromabwärts der Wirbelbremslamelle angeordnet ist.
Turbomaschine, aufweisend: einen Rotationskörper; einen stationären Körper; und die Dichtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.