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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Rotationsmaschine, beispielsweise eine Axialflussturbine, und
spezieller Verbesserungen einer Dichtungsvorrichtung zwischen ortsfesten
und sich drehenden Teilen einer Rotationsmaschine.
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Es wurde angestrebt, die Leckrate
eines Arbeitsfluids auf das geringstmögliche Ausmaß zu beschränken, welches
durch Spalte zwischen ortsfesten und sich drehenden Teilen von Rotationsmaschinen
leckt, beispielsweise Axialflussturbinen, einschließlich Dampfturbinen
und Gasturbinen.
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8 zeigt
eine übliche
Dampfturbine, also eine Rotationsmaschine. Diese Dampfturbine weist ein
Turbinenlaufrad 1 auf, das mit Laufschaufeln 2 versehen
ist, also sich drehenden Teilen, sowie ein Turbinengehäuse 6,
welches äußere Ringe 3 eines Düsenleitschaufelkranzes
umgibt, Leitschaufeln (Turbinendüsen) 4,
und innere Ringe 5 eines Düsenleitschaufelkranzes, also
ortsfeste Teile. Entgegengesetzte Enden des Laufrades 1 sind
in Lagern 11 gehaltert. Berührungsfreie Dichtungsvorrichtungen sind
zwischen jeder der Laufschaufeln 2 und jedem der äußeren Ringe 3 eingefügt, sowie
zwischen dem Laufrad 1 und jedem der inneren Ringe 5,
um ein Leck des Arbeitsfluids 5 zu verhindern.
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9 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils von 8, in
welcher beispielhaft eine derartige Dichtungsvorrichtung dargestellt
ist. Wie aus 9 hervorgeht,
haltert der äußere Ring 3 des
Düsenleitschaufelkranzes
eine Labyrinthdichtung 9, die mit mehreren Spitzenrippen 7 versehen
ist, die sich zum äußeren Rand
der Laufschaufel 2 erstrecken. Der innere Ring 5 des
Düsenleitschaufelkranzes 5 haltert eine
Labyrinthdichtung 10, die mit mehreren Dichtungsrippen 8 versehen
ist, die sich zum Laufrad 1 hin erstrecken.
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Die sogenannte stark-schwache Labyrinthdichtungsvorrichtung,
die sich von der in 9 gezeigten
Dichtungsvorrichtung unterscheidet, weist einen Vorsprung auf, der
an einer Seite angeordnet ist, also der Drehseite oder der ortsfesten
Seite, eines Spaltes, sowie mehrere Dichtungsrippen, die an der anderen
Seite des Spaltes angeordnet sind. Die Dichtungsrippen sind in Axialrichtung
in gleichen Abständen
angeordnet. Es wird die sogenannte kammartige Labyrinthdichtungsvorrichtung
verwendet, die in 10 gezeigt
ist. Die in 10 dargestellte, kammartige
Labyrinthdichtungsvorrichtung weist mehrere Dichtungsrippen F1 und
F2 auf, die an den entgegengesetzten Seiten eines Spaltes angeordnet sind,
so dass sie sich zueinander hin erstrecken. Die Rippen F1 sind in
Axialrichtung in gleichen Abständen
F2 angeordnet, und die Rippen F2 in Axialrichtung in gleichen Abständen P1.
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Bei einer Rotationsmaschine, die
ein sich auf hoher Temperatur befindendes Arbeitsfluid verwendet,
beispielsweise einer Dampfturbine, treten Temperaturänderungen
zwischen dem Anlauf und dem Anhalten auf, so dass das Gehäuse und
das Laufrad der Rotationsmaschine in Axialrichtung relativ zueinander
verschoben werden, infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung,
also der unterschiedlichen Längung,
zwischen dem Gehäuse
und dem Laufrad. Im allgemeinen weisen das Laufrad und das Gehäuse eine
unterschiedliche Wärmekapazität auf, und
ist die axiale Längung
des Gehäuses
kleiner als jene des Laufrades. Daher werden das Laufrad und das Gehäuse in Axialrichtung
in Bezug aufeinander verschoben.
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Bei der kammartigen Dichtungsvorrichtung, wie
sie in 10 gezeigt ist,
gelangen die Dichtungsrippen F1 und F2 nicht in Berührung miteinander, selbst
dann, wenn das Laufrad und das Gehäuse in Axialrichtung in Bezug
aufeinander verschoben werden, infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse.
Einerseits ist die Dichtungsleistung dieser kammartigen Dichtungsvorrichtung
sehr hoch, solange die Spalte zwischen den entsprechenden Dichtungsrippen
F1 und F2 auf einem Minimum gehalten werden. Wenn die Dichtungsrippen
F1 und F2 in Axialrichtung in Bezug aufeinander verschoben werden,
infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse,
nehmen die Spalte zu, und wird die Dichtungsleistung der kammartigen Dichtungsvorrichtung
drastisch beeinträchtigt.
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Die Beeinträchtigung der Dichtungsleistung infolge
der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen
Laufrad und Gehäuse
kann dadurch kompensiert werden, dass in Axialrichtung zahlreiche Dichtungsrippen
angeordnet werden. Die mögliche Anzahl
an Stufen der Dichtungsrippen ist jedoch begrenzt, da ein Vorbeiströmen des
in einem Dichtungsteil fließenden
Fluids auftritt, wenn die Anzahl an Stufen der Rippen größer ist
als eine bestimmte Grenze.
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Der Dichtungseffekt der in 9 gezeigten Dichtungsvorrichtung
ist höher,
wenn die Spalte zwischen den Rändern
der Spitzenrippen 7 und der Dichtungsrippen 8 und
der Drehteile 2 und 1 kleiner sind. Es ist allerdings
möglich,
dass die Ränder
der Rippen 7 und 8 in Berührung mit den Drehteilen 1 und 2 gelangen,
und hierdurch die Rippen 7 und 8 sowie die Drehteile 1 und 2 beschädigt werden,
wenn die Spalte übermäßig klein
sind.
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Die Änderung der Spalte infolge
einer Wärmeverformung
im Bereich der Rotationsmaschine stellt den Hauptfaktor für derartige
Störungen
dar, die sich infolge einer Berührung
zwischen den Teilen ergeben. Eine derartige Änderung der Spalte tritt hauptsächlich beim
Anlaufen und Anhalten der Rotationsmaschine auf, oder wenn sich
die Belastung der Rotationsmaschine ändert. Wenn daher die Abmessungen
der Spalte auf Grundlage von Betriebsbedingungen festgelegt werden,
die sich von jenen im Nennbetrieb der Rotationsmaschine unterscheiden, werden
die Spalte unnötig
groß im
Nennbetrieb, so dass die Leckrate des Arbeitsfluids zunimmt. Ein
beweglicher Dichtungsmechanismus, welcher die Spalte in einem Dichtungsteil
entsprechend den Betriebsbedingungen ändern kann, ist erforderlich,
um ein derartiges Problem zu überwinden.
Eine Rotationsmaschine, die mit einem derartigen beweglichen Dichtungsmechanismus
versehen ist, ist beispielsweise in der JP 61-16209A (1986) beschrieben.
Weiterhin zeigen die 11 bis 14 bekannte, bewegliche Dichtungsmechanismen.
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Die 11 und 12 zeigen die sogenannte stark-schwache
Labyrinthdichtungsvorrichtung, welche Stege 15 aufweist,
die auf der Seitenoberfläche eines
Laufrades 1 vorgesehen sind. Eine Labyrinthdichtung 10,
die einstückig
mit Rippen 13 versehen ist, ist auf dem inneren Ring 5 eines
Düsenleitschaufelkranzes
vorgesehen. Ein ordnungsgemäßer Radialspalt
e wird zwischen der Rippe 13 und dem Steg 15 durch
die Elastizität
einer Plattenfeder 14 aufrecht erhalten, die zwischen die
Labyrinthdichtung 10 und den inneren Ring 5 des
Düsenleitschaufelkranzes eingefügt ist.
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Eine stark-schwache Labyrinthdichtungsvorrichtung,
die in den 13 und 14 gezeigt ist, weist eine
Labyrinthdichtung 10 auf, die mit Umfangsnuten 16 versehen
ist, und mit Schraubenfedern 17, die in den Umfangsnuten 16 der
Labyrinthdichtung 10 angeordnet sind. Bei dieser stark-schwachen
Labyrinthdichtungsvorrichtung wird der Radialspalt e zwischen einer
Rippe 13 und einem Steg 15 durch den Druck von
Dampf ST eingestellt, der über
eine Nut 18 der Labyrinthdichtung 10 zugeführt wird,
und durch die Elastizität
der Feder 17, welche die Labyrinthdichtung 10 radial
nach außen
drücken.
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Bei diesen beweglichen Dichtungsmechanismen
wird die Labyrinthdichtung 10 in Radialrichtung in Bezug
auf das Laufrad 1 bewegt. Daher sind derartige, bewegliche
Dichtungsmechanismen nicht mit irgendwelchen Maßnahmen zum Ausgleich der relativen
Axialverschiebung des Gehäuses
und des Laufrades infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
zwischen Gehäuse
und Laufrad (der thermischen Längung)
versehen.
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Bei den Rotationsmaschinen, die mit
derartigen Dichtungsmechanismen versehen sind, ist es daher erforderlich,
die mehreren Stege 15 in Axialrichtung in relativ großen Abständen anzuordnen,
um eine Berührung
zwischen den Rippen 13 und den Stegen 15 zu vermeiden.
Die axiale Anordnung der Stege in großen Abständen verringert den Dichtungseffekt
für das
Arbeitsfluid.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der
voranstehenden Probleme entwickelt, und daher besteht ein Ziel der vorliegenden
Erfindung in der Bereitstellung einer Rotationsmaschine, die mit
einer Dichtungsvorrichtung versehen ist, welche die Verringerung
der Dichtungsleistung unterdrücken
kann, die sich infolge der relativen Axialverschiebung eines Drehteils
und eines ortsfesten Teils ergibt, infolge der unterschiedlichen
Wärmeausdehnung
zwischen dem Drehteil und dem ortsfesten Teil.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Rotationsmaschine zur Verfügung gestellt, welche aufweist:
ein Drehteil, das drehbeweglich um eine Drehachse gehaltert ist;
ein ortsfestes Teil, welches das Drehteil umgibt; und eine Dichtungsvorrichtung, die
in einem Spalt zwischen dem Drehteil und dem ortsfesten Teil angeordnet
ist, wobei die Dichtungsvorrichtung mehrere Dichtungsrippen aufweist,
die einander gegenüberliegend
an den entgegengesetzten Seiten des Spaltes angeordnet sind, und
zumindest jene Dichtungsrippen, die auf einer Seite des Spaltes
angeordnet sind, in Axialrichtung voneinander in ungleichen Abständen beabstandet
angeordnet sind.
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Bei dieser Rotationsmaschine sind
zumindest jene Dichtungsrippen auf einer Seite des Spaltes in Axialrichtung
voneinander in ungleichen Abständen
beabstandet, so dass die Möglichkeit
zunimmt, dass einige der Spalte zwischen den gegenüberliegenden
Dichtungsrippen kleiner werden, wenn das Drehteil und das ortsfeste
Teil in Axialrichtung in Bezug aufeinander verschoben werden, infolge
der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
zwischen dem Drehteil und dem ortsfesten Teil. Daher kann die Dichtungsvorrichtung
dieser Rotationsmaschine, im Vergleich mit einer Dichtungsvorrichtung,
bei welcher sämtliche
Dichtungsrippen in gleichen Abständen
angeordnet sind, die Beeinträchtigung
der Dichtungsleistung unterdrücken,
die infolge der relativen Axialverschiebung des Drehteils und des
ortsfesten Teils infolge ihrer unterschiedlichen Wärmeausdehnung auftritt.
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Bei dieser Rotationsmaschine ist
es vorzuziehen, dass ein Steg gegenüberliegend zumindest einer
der Dichtungsrippen angeordnet wird, wobei der Steg eine Breite
aufweist, die größer ist
als die Dicke der Dichtungsrippen entlang der Drehachse. Die Möglichkeit,
einen kleinen Spalt zwischen dem Steg und der Dichtungsrippe aufrecht
zu erhalten, ist daher größer als
jene, einen kleinen Spalt zwischen Dichtungsrippen aufrecht zu erhalten,
wenn das Drehteil und das ortsfeste Teil in Bezug aufeinander infolge
ihrer unterschiedlichen Wärmeausdehnung
in Axialrichtung verschoben werden.
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Bei dieser Dichtungsvorrichtung sind
die mehreren Dichtungsrippen erste Rippen gegenüberliegend dem Steg, sowie
zweite Rippen mit Ausnahme der ersten Rippen, und ist es vorzuziehen,
dass die ersten Rippen in Abständen
angeordnet sind, die kleiner sind als jene, in welchen die zweiten
Rippen angeordnet sind. Die Anzahl der ersten Rippen, die einen
kleinen Spalt aufrecht erhalten können, kann daher erhöht werden,
um die Dichtungsleistung zu verbessern.
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Bei dieser Rotationsmaschine können die ungleichen
Abstände
der Dichtungsrippen beispielsweise dadurch festgelegt werden, dass
eine elementare Funktion eingesetzt wird.
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Vorzugsweise weist diese Rotationsmaschine
darüber
hinaus eine Bewegungsvorrichtung auf, um in Axialrichtung zumindest
jene Dichtungsrippen zu bewegen, die auf einer Seite des Spaltes
angeordnet sind. Die Positionen der Dichtungsrippen können dadurch
korrigiert werden, dass durch die Bewegungsvorrichtung die Dichtungsrippen
in Axialrichtung bewegt werden, wenn das Drehteil und das ortsfeste
Teil in Axialrichtung relativ zueinander infolge der unterschiedlichen
Wärmeausdehnung
(Wärmeschrumpfung)
verschoben werden. Daher wird ermöglicht, die Beeinträchtigung
der Dichtungsleistung darüber
hinaus wirksam zu unterdrücken,
die sich infolge der relativen Axialverschiebung des Drehteils und
des ortsfesten Teils infolge ihrer unterschiedlichen Wärmeausdehnung
(Wärmeschrumpfung)
ergibt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird weiterhin eine Rotationsmaschine zur Verfügung gestellt, welche aufweist:
ein Drehteil, das drehbeweglich um eine Drehachse gehaltert ist;
ein ortsfestes Teils, welches das Drehteil umgibt; eine Dichtungsvorrichtung,
die auf zumindest entweder dem Drehteil oder dem ortsfesten Teil
vorgesehen ist, wobei die Dichtungsvorrichtung ein Dichtungsteil
aufweist, das an einer bestimmten Axialposition in einen Spalt zwischen
dem Drehteil und dem ortsfesten Teil vorspringt; und eine Bewegungsvorrichtung
zur Bewegung des Dichtungsteils in Axialrichtung.
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Bei dieser Rotationsmaschine kann
die Position der Dichtungsvorrichtung korrigiert werden, wenn das
Drehteil und das ortsfeste Teil in Axialrichtung in Bezug aufeinander
verschoben werden, infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
(Wärmeschrumpfung)
zwischen ihnen, durch Axialbewegung des Dichtungsteil durch die
Bewegungsvorrichtung. Daher wird ermöglicht, die Beeinträchtigung
der Dichtungsleistung zu unterdrücken,
die sich infolge der relativen Axialverschiebung des Drehteils und des
ortsfesten Teils infolge ihrer unterschiedlichen Wärmeausdehnung
(Wärmeschrumpfung)
ergibt.
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Bei dieser Rotationsmaschine kann
die Dichtungsvorrichtung weiterhin ein Halterungsteil aufweisen,
das auf dem ortsfesten Teil zum Haltern des Dichtungsteils vorgesehen
ist, und kann die Bewegungsvorrichtung eine Feder sein, die zwischen
das ortsfeste Teil und das Halterungsteil eingefügt ist.
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Vorzugsweise besteht die Feder aus
einer Formgedächtnislegierung,
die sich entsprechend Temperaturänderungen
erweitert und zusammenzieht. Das Dichtungsteil kann daher in Axialrichtung dadurch
bewegt werden, dass Temperaturänderungen
beim Anfahren und beim Anhalten der Rotationsmaschine genutzt werden.
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Die Formgedächtnislegierung, aus welcher die
Feder besteht, ist beispielsweise ausgewählt unter Ti-Ni-Legierungen,
Cu-Zn-Legierungen, Ni-Al-Legierungen und Fe-Mn-Legierungen. Federn,
die aus derartigen Formgedächtnislegierungen
bestehen, dehnen sich bei Temperaturanstieg aus.
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Bei einer Ausführungsform dieser Rotationsmaschine
ist die Feder einem Hochtemperatur-Arbeitsfluid ausgesetzt, das
durch den Spalt zwischen dem Drehteil und dem ortsfesten Teil fließt, und
ist auf der stromaufwärtigen
Seite des Halterungsteils in Bezug auf die Flussrichtung des Arbeitsfluids
angeordnet. Wenn die Feder aus einer Formgedächtnislegierung besteht, die
sich bei Temperaturanstieg ausdehnt (bei sinkender Temperatur zusammenzieht), kann
die Position der Dichtungsvorrichtung beim Anlaufen der Rotationsmaschine
korrigiert werden, wenn die Dichtungsvorrichtung nach stromaufwärts in Bezug
auf die Flussrichtung des Arbeitsfluids bei einem Temperaturanstieg
verschoben wird, infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen dem
Drehteil und dem ortsfesten Teil. Die Position der Dichtungsvorrichtung
kann beim Anhalten der Rotationsmaschine korrigiert werden, wenn
die Dichtungsvorrichtung stromabwärts in Bezug auf die Flussrichtung
des Arbeitsfluids bei sinkender Temperatur verschoben wird, infolge
der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
zwischen dem Drehteil und dem ortsfesten Teil.
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Bei einer anderen Ausführungsform
dieser Rotationsmaschine ist die Feder einem Hochtemperatur-Arbeitsfluid
ausgesetzt, das durch den Spalt zwischen Drehteil und dem ortsfesten
Teil fließt,
und ist auf der stromabwärtigen
Seite des Halterungsteils in Bezug auf die Flussrichtung des Arbeitsfluids
angeordnet. Wenn die Feder aus einer Formgedächtnislegierung besteht, die
sich bei Temperaturverringerung ausdehnt (bei Temperaturanstieg
zusammenzieht), kann die Position der Dichtungsvorrichtung beim
Anhalten der Rotationsmaschine korrigiert werden, wenn die Dichtungsvorrichtung
nach stromabwärts
in Bezug auf die Flussrichtung des Arbeitsfluids bei einer Temperaturabsenkung
infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
zwischen dem Drehteil und dem ortsfesten Teil verschoben wird, und
kann die Position der Dichtungsvorrichtung beim Anfahren der Rotationsmaschine
korrigiert werden, wenn die Dichtungsvorrichtung nach stromaufwärts in Bezug
auf die Flussrichtung des Arbeitsfluids bei Temperaturanstieg verschoben
wird, infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen dem Drehteil
und dem ortsfesten Teil.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben.
Es zeigt:
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1 eine
typische Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer Rotationsmaschine
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Diagramm, das die Änderung
des Arbeitsfluidleckratenverhältnisses
bei einer relativen Axialverschiebung einander gegenüberliegender Dichtungsrippen
in einer Dichtungsvorrichtung zeigt, die bei einer üblichen
Rotationsmaschine vorgesehen ist;
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3 ein
Diagramm, das die Änderung
der Leckrate eines Arbeitsfluids in Abhängigkeit von der Anzahl an
Rippen zeigt, welche eine engeren Spalt in einer Dichtungsvorrichtung
bilden, die in einer üblichen
Rotationsmaschine vorgesehen ist;
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4 eine
typische Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer Rotationsmaschine
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
typische Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer Drehmaschine
gemäß einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
typische Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer Rotationsmaschine
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
typische Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer Rotationsmaschine
gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 eine
halbe Längsschnittansicht
einer üblichen
Dampfturbine, also einer Rotationsmaschine;
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9 eine
vergrößerte Ansicht
eines Teils der in 8 gezeigten
Dampfturbine;
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10 eine
typische Schnittansicht einer kammartigen Labyrinthdichtungsvorrichtung,
die bei einer herkömmlichen
Rotationsmaschine vorgesehen ist;
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11 eine
Längsschnittansicht
eines wesentlichen Teils einer Rotationsmaschine, die mit einer
herkömmlichen
Dichtungsvorrichtung versehen ist;
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12 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A in 11;
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13 eine
Längsschnittansicht
eines wesentlichen Teils einer Rotationsmaschine, die mit einer
anderen herkömmlichen
Dichtungsvorrichtung versehen ist; und
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14 eine
Schnittansicht entlang der Linie B-B in 13.
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Die 1 und 4 bis 7 zeigen Rotationsmaschinen gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Erste Ausführungsform
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Eine Rotationsmaschine gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 zeigt ein wesentliches
Teil der Rotationsmaschine bei der ersten Ausführungsform, beispielsweise
eine Axialflussturbine. Die Rotationsmaschine 1 weist ein Laufrad 1 auf,
das drehbeweglich um eine Drehachse gehaltert ist, und mit einer
Laufschaufel 2 versehen ist, also einem Drehteil, und eine
Labyrinthdichtung 9 aufweist, also ein ortsfestes Teil,
welches das Laufrad 1 umgibt. Die Labyrinthdichtung 9 ist
auf einem äußeren Ring 3 eines
Düsenleitschaufelkranzes
gehaltert, der auf einem Gehäuse 6 (8 und 9) angebracht ist. Eine kammartige Labyrinthdichtungsvorrichtung
S1 ist in einem Spalt zwischen dem äußeren Rand der Laufschaufel 2 und
der Labyrinthdichtung 9 angeordnet.
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Die Labyrinthdichtungsvorrichtung
S1 weist mehrere Dichtungsrippen F1 und F2 auf, die einander gegenüberliegend
auf den entgegengesetzten Seiten des Spaltes angeordnet sind. Die
Dichtungsrippen F1 und F2 sind in Axialrichtung voneinander in ungleichen
Abständen
beabstandet angeordnet. Genauer gesagt sind die Dichtungsrippen
F1 und F2 der Rotationsmaschine bei der ersten Ausführungsform so
angeordnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Dichtungsrippen
in einer Axialrichtung allmählich
zunimmt.
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Da die Dichtungsrippen in Axialrichtung
in ungleichen Abständen
beabstandet angeordnet sind, nimmt die Wahrscheinlichkeit zu, dass
einige der Spalte zwischen den entgegengesetzten Dichtungsrippen
F1 und F2 abnehmen, wenn das Laufrad 1 und das Gehäuse 6 (8) in Axialrichtung in Bezug aufeinander
infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung,
die zunimmt, zwischen dem Laufrad 1 und dem Gehäuse 6 verschoben
werden. Daher kann die Dichtungsvorrichtung der Rotationsmaschine
bei der ersten Ausführungsform,
im Vergleich zu jener Dichtungsvorrichtung, bei welcher sämtliche Dichtungsrippen
in gleichen Abständen angeordnet sind,
die Beeinträchtigung
der Dichtungsleistung unterdrücken,
die infolge der relativen Axialverschiebung des Laufrades 1 und
des Gehäuses 6 infolge
einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung
zwischen Laufrad 1 und Gehäuse 6 auftritt.
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Die Labyrinthdichtungsvorrichtung
S1 unterscheidet sich von der herkömmlichen Labyrinthdichtungsvorrichtung
nur in Hinsicht auf die Anordnung der Dichtungsrippen. Daher kann
die Labyrinthdichtungsvorrichtung S1 durch Verbesserung der Dichtungsleistung
der herkömmlichen
Labyrinthdichtungsvorrichtung erhalten werden, ohne dass hiermit erhebliche
Erhöhungen
der Herstellungskosten verbunden sind, und kann die Leistung der
Rotationsmaschine erhöhen.
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Die Ausführungen der ersten Ausführungsform
werden unter Bezugnahme auf die in den 2 und 3 dargestellten
Diagramme verifiziert.
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2 ist
ein Diagramm, das die Änderung des
Arbeitsfluidleckratenverhältnisses
in Abhängigkeit
von der relativen Axialverschiebung entgegengesetzt der Dichtungsrippen
bei einer Dichtungsvorrichtung zeigt, die bei einer üblichen
Rotationsmaschine vorgesehen ist. Die Arbeitsfluidleckratenverhältnisse sind
Verhältnisse
der Leckraten im Vergleich zu jenem Fall, wenn die relative Axialverschiebung
0,0 mm beträgt.
Dichtungsrippen auf der Seite eines Drehteils sind in Axialrichtung
in gleichen Abständen beabstandet
angeordnet, und jene auf der Seite eines ortsfesten Teils sind in
Axialrichtung in gleichen Abständen
voneinander beabstandet angeordnet, die sich von jenen zwischen
den Dichtungsrippen auf der Seite des Drehteils unterscheiden. Wie
aus 2 hervorgeht, weist das
Arbeitsfluidleckratenverhältnis die
allgemeine Tendenz auf, bei einer Zunahme der relativen Axialverschiebung
zuzunehmen, und eine Erhöhung
des Arbeitsfluidleckratenverhältnisses
wird unterdrückt,
oder das Arbeitsfluidleckratenverhältnis nimmt ab, bei relativen
Axialverschiebungen von etwa 9,6, etwa 19,2 und etwa 28,8 mm. Hieraus
wird geschlossen, dass eine derartige Art der Änderung des Arbeitsfluidleckratenverhältnisses
auftritt, da die Dichtungsrippen auf der Seite des Drehteils und
jene auf der Seite des ortsfesten Teils jeweils in unterschiedlichen
Abständen
angeordnet sind, und daher kleine Spalte zwischen einigen der entgegengesetzten
Dichtungsrippen ausgebildet werden, wenn die relative Axialverschiebung
gleich einem ganzzahligen Vielfachen von 9,6 mm ist.
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3 ist
ein Diagramm, das die Änderung des
Arbeitsfluidleckratenverhältnisses
in Abhängigkeit
von der Anzahl N an Rippen zeigt, welche eine kleineren Spalt B
(= A/2, A ist der Spalt, der durch die übrigen Dichtungsrippen gebildet
wird) ausbilden, in einer Dichtungsvorrichtung, die in einer üblichen
Rotationsmaschine vorgesehen ist. Die Arbeitsfluidleckratenverhältnisse
sind Verhältnisse
der Leckrate zu jener, die auftritt, wenn die Anzahl N = 0 Ist.
Die Anzahl an Dichtungsrippen auf der Seite des Drehteils und die
Anzahl an Dichtungsrippen auf der Seite des ortsfesten Teils beträgt jeweils
5. In 3 bezeichnet "CL = A" einen Zustand, in
welchem sämtliche
Dichtungsrippen so angeordnet sind, dass sämtliche Spalte zwischen den
entgegengesetzten Dichtungsrippen gleich dem Spalt A sind, bezeichnet "CL = B" einen Zustand, in
welchem sämtliche
Dichtungsrippen so angeordnet sind, dass sämtliche Spalte zwischen den
entgegengesetzten Dichtungsrippen gleich dem Spalt B = A/2 sind,
bezeichnet "Verengung
an der stromaufwärtigen
Seite" einen Zustand, in
welchem nur der Spalt zwischen einem entgegengesetzten Paar aus
Dichtungsrippen an dem stromaufwärtigen
Ende, in Bezug auf die Flussrichtung des Arbeitsfluids, der Anordnung
der Dichtungsrippen gleich B = A/2 ist, und die Spalte zwischen
den anderen vier entgegengesetzten Paaren an Dichtungsrippen gleich
A sind. "Verengung
an der stromabwärtigen
Seite" bezeichnet
einen Zustand, in welchem nur der Spalt zwischen einem entgegengesetzten
Paar an Dichtungsrippen am stromabwärtigen Ende, in Bezug auf die
Flussrichtung des Arbeitsfluids, der Anordnung der Dichtungsrippen
gleich B = A/2 ist, und die Spalte zwischen den anderen vier entgegengesetzten
Paaren an Dichtungsrippen gleich A sind. "Mittlere Verengung" bezeichnet einen Zustand, in welchem
die Spalte zwischen den zweiten und den vierten entgegengesetzten
Paaren von Dichtungsrippen, von der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Flussrichtung
des Arbeitsfluids, gleich B = A/2 sind, und die Spalte zwischen
den anderen drei entgegengesetzten Paaren der Dichtungsrippen gleich
A sind. Das in 3 dargestellte
Diagramm macht deutlich, dass das Arbeitsfluidleckratenverhältnis abnimmt, und
die Dichtungsleistung zunimmt, wenn die Anzahl an Dichtungsrippen
zunimmt, welche die engeren Spalte ausbilden, wenn die Gesamtanzahl
an Dichtungsrippen fest ist.
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Wie aus der voranstehenden Beschreibung deutlich
wird, nimmt gemäß der ersten
Ausführungsform
die Möglichkeit
zu, dass einige der Spalte zwischen den entgegengesetzten Dichtungsrippen
kleiner werden, und hierdurch die Beeinträchtigung der Dichtungsleistung
unterdrückt
werden kann, die infolge der relativen Axialverschiebung der Laufschaufel 2 und
der Labyrinthdichtung 9 infolge ihrer unterschiedlichen
Wärmeausdehnung
auftritt. Bei der Dichtungsvorrichtung, die zu den in 2 dargestellten Daten gehört, sind
die Dichtungsrippen auf dem Drehteil in Axialrichtung in gleichen
Abständen
voneinander beabstandet, und sind die Dichtungsrippen auf dem ortsfesten
Teil in Axialrichtung in gleichen Abständen voneinander beabstandet,
die sich von den Abständen
unterscheiden, in welchen die Dichtungsrippen auf dem Drehteil voneinander
beabstandet sind. Andererseits sind die Dichtungsrippen der Dichtungsvorrichtung,
die bei der Rotationsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform
vorgesehen ist, in Axialrichtung in ungleichen Abständen voneinander
beabstandet. Die Dichtungsvorrichtung, welche jene Rippen aufweist,
die in Axialrichtung in ungleichen Abständen bei der ersten Ausführungsform voneinander
beabstandet sind, ist wirksamer in Bezug auf die Vergrößerung der
Möglichkeit,
dass einige der Spalte zwischen den entgegengesetzten Dichtungsrippen
abnehmen, als die Dichtungsvorrichtung, welche zu den in 2 angegebenen Daten gehört.
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Zweite Ausführungsform
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Eine Rotationsmaschine gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Die Rotationsmaschine
gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist mit einer Labyrinthdichtungsvorrichtung S2 versehen. Die Labyrinthdichtungsvorrichtung
S2 weist dieselbe Konstruktion auf wie die Labyrinthdichtungsvorrichtung
S1 bei der in 2 gezeigten, ersten
Ausführungsform,
mit Ausnahme der Tatsache, dass sich die Labyrinthdichtungsvorrichtung
S2 von der Labyrinthdichtungsvorrichtung S1 in Bezug auf die Anordnung
ihrer Dichtungsrippen F1 und F2 unterscheidet.
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Bei der Dichtungsvorrichtung S2,
die bei der Rotationsmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform
vorgesehen ist, sind die Dichtungsrippen F1 auf der Seite einer
Laufschaufel 2 in Axialrichtung in ungleichen Abständen voneinander
beabstandet angeordnet, so dass die Abstände von beiden Enden zur Mitte
der Reihe der Dichtungsrippen F1 hin abnehmen. Die Dichtungsrippen
F2 auf der Seite einer Labyrinthdichtung 9 sind in Axialrichtung
in ungleichen Abständen
voneinander beabstandet angeordnet, so dass die Abstände von
einem Ende zur Mitte der Reihe der Dichtungsrippen F2 hin abnehmen,
in der Mitte der Reihe der Dichtungsrippen F2 hin abnehmen, in der
Mitte der Reihe zunehmen, erneut in der Mitte der Reihe abnehmen,
und dann zum anderen Ende der Reihe hin zunehmen.
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Die Dichtungsvorrichtung, die bei
der Rotationsmaschine gemäß der zweiten
Ausführungsform vorgesehen
ist, und mit den Dichtungsrippen F1 und F2 versehen ist, die in
Axialrichtung in ungleichen Abständen
voneinander beabstandet angeordnet sind, ist ähnlich wie die Dichtungsvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
dazu fähig,
die Beeinträchtigung
der Dichtungsleistung zu unterdrücken,
die sich infolge der relativen Axialverschiebung der Laufschaufel 2 und
der Labyrinthdichtung 9 infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
ergibt.
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Abänderungen
der ersten und zweiten Ausführungsform
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Obwohl die Dichtungsrippen F1 und
F2 mit ungleichen Abständen
auf entgegengesetzten Seiten angeordnet sind, nämlich auf entgegengesetzten Seiten
des Spaltes bei der ersten und der zweiten Ausführungsform, können die
Auswirkungen der vorliegenden Erfindung auch dadurch erreicht werden, dass
nur entweder die Dichtungsrippen F1 oder die Dichtungsrippen F2
in ungleichen Abständen
auf einer Seite des Spaltes angeordnet sind.
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Dritte Ausführungsform
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Eine Rotationsmaschine gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Die Rotationsmaschine
gemäß der dritten
Ausführungsform ist
mit einer Labyrinthdichtungsvorrichtung S3 versehen. Die Labyrinthdichtungsvorrichtung
S3 unterscheidet sich von der Labyrinthdichtungsvorrichtung S1 gemäß der ersten
Ausführungsform,
die in 1 gezeigt ist,
in der Hinsicht, dass ein Steg 35 am Außenrand einer Laufschaufel 2 vorgesehen
ist, und einige der Dichtungsrippen F2 entgegengesetzt zum Steg 35 angeordnet
sind. Der Steg 35 weist eine Breite auf, die größer ist
als die Dicke der Dichtungsrippen F1 und F2 (F2') entlang der Drehachse. Im übrigen ist
die Labyrinthdichtungsvorrichtung S3 ähnlich ausgebildet wie die
Labyrinthdichtungsvorrichtung S1, die bei der Rotationsmaschine
gemäß der ersten
Ausführungsform
vorgesehen ist.
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Die Dichtungsrippen F1 auf der Laufschaufel 2,
die mit dem Steg 35 versehen ist, sind in Axialrichtung
im wesentlichen in gleichen Abständen
voneinander beabstandet angeordnet. Die Abstände zwischen den Dichtungsrippen
F2' (den ersten
Dichtungsrippen) gegenüberliegend
dem Steg 35 unter den Dichtungsrippen F2 sind kürzer als
jene zwischen den anderen Dichtungsrippen F2 (den zweiten Dichtungsrippen).
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Die Möglichkeit dafür, dass
der Spalt zwischen dem Steg 35 und den Dichtungsrippen
F2', die dem Steg 35 gegenüberliegen,
kleiner bleibt als die Spalte zwischen den Dichtungsrippen F1 und
F2, ist hoch, wenn die Laufschaufel 2 und die Labyrinthdichtung 9 in
Axialrichtung in Bezug aufeinander infolge einer unterschiedlichen
Wärmeausdehnung
verschoben werden. Daher ist die Fähigkeit der Labyrinthdichtungsvorrichtung
S3, die Beeinträchtigung
der Dichtungsleistung infolge der relativen Axialverschiebung des
Drehteils und des ortsfesten Teils zu unterdrücken, höher als jene der Labyrinthdichtungsvorrichtungen
S1 und S2 bei der ersten bzw. der zweiten Ausführungsform.
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Da die Abstände zwischen den Dichtungsrippen
F2', welche dem
Steg 35 gegenüberliegen,
kleiner sind als jene zwischen den anderen Dichtungsrippen F2, kann
eine erhöhte
Anzahl an Dichtungsrippen F2' entgegengesetzt
zum Steg 35 angeordnet werden, um die Dichtungsleistung
der Labyrinthdichtungsvorrichtung S3 zu verbessern.
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Die Labyrinthdichtungsvorrichtung
S3 weist den einzelnen Steg 35 auf der Laufschaufel 2 auf, wobei
mehrere Stege 35 auch auf der Laufschaufel 2 oder
der Labyrinthdichtung 9 vorgesehen sein können. Obwohl
die vier Dichtungsrippen F2 entgegengesetzt zum Steg 35 in 5 angeordnet sind, kann jede
geeignete Anzahl an Dichtungsrippen F1 oder Dichtungsrippen F2 entgegengesetzt
zum Steg 35 angeordnet sein.
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Abänderungen
bei der ersten bis dritten Ausführungsform
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Obwohl die Dichtungsrippen F1 und
F2 in axialen Reihen so angeordnet sind, dass die Dichte an Rippen
in einem Teil oder zwei teilender axialen Reihe höher ist
als jene in anderen Teilen der axialen Reihe in den Labyrinthdichtungsvorrichtungen
S1, S2 und S3, bei der ersten bis dritten Ausführungsform, können die
Dichtungsrippen F1 und F2 in axialen Reihen so angeordnet sein,
dass die Rippendichte in mehr als zwei Teilen der axialen Reihe
höher ist als
jene in anderen Teilen der axialen Reihe. Die ungleichen Abstände zwischen
den Dichtungsrippen F1 und F2 können
unter Verwendung einer elementaren Funktion festgelegt werden, beispielsweise
einer Exponentialfunktion oder einer trigonometrischen Funktion.
Wird eine Exponentialfunktion eingesetzt, so ist vorteilhafterweise
der Koeffizient des Exponenten nicht kleiner als 1,0 und kleiner
als 10.
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Obwohl die Labyrinthdichtungsvorrichtungen S1,
S2 und S3 in dem Spalt zwischen der Labyrinthdichtung 9,
die auf dem äußeren Ring 3 des
Düsenleitschaufelkranzes
angebracht ist, und dem äußeren Rand
der Laufschaufel 2 bei der ersten bis dritten Ausführungsform
angeordnet sind, können
die Labyrinthdichtungsvorrichtungen S1, S2 und S3 auch in einem
Spalt zwischen dem äußeren Ring
des Düsenleitschaufelkranzes
und der Laufschaufel angeordnet sein, oder eines Gehäusekörpers und
des Laufrades, um dieselben Auswirkungen zu erzielen.
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Obwohl die Dichtungsrippen F1 und
F2 der Labyrinthdichtungsvorrichtungen bei der ersten bis dritten
Ausführungsform
senkrecht zur Drehachse verlaufen, können die Dichtungsrippen F1
und F2 auch stromaufwärts
zur Drehachse geneigt angeordnet sein, um die Dichtungsleistung
noch weiter zu verbessern.
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Vierte Ausführungsform
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Eine Rotationsmaschine gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, die ein wesentliches
Teil der Rotationsmaschine zeigt, beispielsweise einer Axialflussturbine.
Diese Rotationsmaschine 1 weist ein Laufrad 1 auf,
das drehbeweglich um eine Drehachse gehaltert ist, und einen inneren
Ring 5 eines Düsenleitschaufelkranzes,
der mit einer Labyrinthdichtung 22 versehen ist, also einem
ortsfesten Teil, welches das Laufrad 1 umgibt. Der innere
Ring 5 wird auf einem Gehäuse 6 über einen äußeren Ring 3 des
Düsenleitschaufelkranzes und
eine Laufschaufel 4 gehaltert (8 und 9).
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Eine Labyrinthdichtungsvorrichtung,
die üblicherweise
als stark-schwache Labyrinthdichtungsvorrichtung bezeichnet wird,
ist in einem Spalt zwischen der Labyrinthdichtung 22 und
dem Laufrad 1 angeordnet. Die Labyrinthdichtungsvorrichtung
weist mehrere lange Dichtungsrippen (Dichtungsteile) 26a und
kurze Dichtungsrippen (Dichtungsteile) 26b auf, die auf
der Labyrinthdichtung (Halterungsteil) 22 gehaltert sind,
sowie mehrere Stege 19, die auf der Seitenoberfläche des
Laufrades 1 vorgesehen sind. Die langen Dichtungsrippen 26a und
die kurzen Dichtungsrippen 26b sind abwechselnd so angeordnet, dass
sie zum Laufrad 1 hin vorspringen. Die Stege 19 des
Laufrades 1 sind entgegengesetzt zu den kurzen Dichtungsrippen 26b angeordnet.
So sind beispielsweise die Dichtungsrippen 26a und 26b und
die Stege 19 in Axialrichtung in gleichen Abständen angeordnet.
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Der innere Ring 5 des Düsenleitschaufelkranzes
ist mit einer Umfangsnut 23 versehen, um darin die Labyrinthdichtung 22 zu
haltern. Ringförmige
Stege 24a und 24b springen jeweils gegenüber den
entgegengesetzten Seitenoberflächen
der Nut 23 vor. Die Labyrinthdichtung 22 ist mit
Nuten 25a und 25b in ihren entgegengesetzten axialen
Endoberflächen
versehen. Die Stege 24a und 24b sind in der Nut 25a bzw. 25b aufgenommen.
Eine Schraubenfeder 27 ist in der Nut 25a auf
der stromaufwärtigen
Seite in Bezug auf die Flussrichtung des Dampfes ST angeordnet,
also eines heißen
Arbeitsfluids. Die Schraubenfeder 27 dient als Bewegungsvorrichtung
zur Axialbewegung der Labyrinthdichtung 22, damit die Rippen 26a und 26b in
Axialrichtung in Bezug auf den inneren Ring 5 des Düsenleitschaufelkranzes
bewegt werden.
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Die Feder 27 besteht aus
einer Formgedächtnislegierung,
und dehnt sich aus, wenn ihre Temperatur ansteigt, und zieht sich
zusammen, wenn ihre Temperatur absinkt. Geeignete Formgedächtnislegierungen
zur Herstellung der Feder 27 sind Ti-Ni-Legierungen, Cu-Zn-Legierungen,
Ni-Al-Legierungen sowie Fe-Mn-Legierungen.
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Als nächstes wird der Betriebsablauf
der Rotationsmaschine mit dem geschilderten Aufbau beschrieben.
Sowohl das Laufrad 1 als auch das Gehäuse 6 (8) dehnen sich stromabwärts in Bezug auf
die Flussrichtung von Dampf ST aus, wenn die Temperatur beim Anlaufen
der Rotationsmaschine ansteigt. Die Rate der Wärmeausdehnung des Gehäuses 6 ist
geringer als jene des Laufrades 1 infolge der unterschiedlichen
Wärmekapazität des Laufrades 1 und
des Gehäuses 6.
Daher bewegt sich der innere Ring 5 des Düsenleitschaufelkranzes,
der auf dem Gehäuse 6 über den äußeren Ring 3 des
Düsenleitschaufelkranzes
und die Laufschaufel 4 (8 und 9) gehaltert wird, stromaufwärts in Bezug auf
die Flussrichtung des Dampfes ST in Bezug auf das Laufrad 1,
um eine Entfernung, welche dem Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungen
des Laufrades 1 und des Gehäuses 6 entspricht.
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In diesem Zustand ist die Feder 27,
die in der Nut 25a auf der stromaufwärtigen Seite der Labyrinthdichtung 22 in
Bezug auf die Flussrichtung des Dampfes ST angeordnet ist, dem Dampf
ST in der Nut 23 ausgesetzt, und wird durch den Dampf ST
erwärmt.
Daher nimmt die Länge
der Feder 27 zu, da deren Temperatur ansteigt, so dass
die Labyrinthdichtung 22 stromabwärts in Bezug auf die Flussrichtung
des Dampfes ST in Bezug auf den inneren Ring 5 des Düsenleitschaufelkranzes
bewegt wird. Daher werden die Positionen der Rippen 26a und 26b korrigiert,
um die Verschiebung nach stromaufwärts der Dichtungsrippen 26a und 26b infolge
der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
zwischen dem Laufrad 1 und dem Gehäuse 6 zu kompensieren.
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Sowohl das Laufrad 1 als
auch das Gehäuse 6 (8) ziehen sich stromaufwärts in Bezug
auf die Flussrichtung des Dampfes ST zusammen, wenn die Temperatur
beim Anhalten der Rotationsmaschine absinkt. Die Rate der Wärmeschrumpfung
des Gehäuses 6 ist
niedriger als jene des Laufrades 1, infolge der unterschiedlichen
Wärmekapazität des Laufrades 1 und
des Gehäuses 6.
Daher bewegt sich der innere Ring 5 des Düsenleitschaufelkranzes
stromabwärts
in Bezug auf die Flussrichtung des Dampfes ST in Bezug auf das Laufrad 1.
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In diesem Zustand bewegt die Feder 27,
die in der Nut 25a auf der stromaufwärtigen Seite der Labyrinthdichtung 22 in
Bezug auf die Flussrichtung des Dampfes ST angeordnet ist, die Labyrinthdichtung 22 stromaufwärts in Bezug
auf die Flussrichtung des Dampfes ST, relativ zum inneren Ring 5 des
Düsenleitschaufelkranzes,
wenn die Temperatur absinkt. Daher werden die Positionen der Rippen 26a und 26b korrigiert,
um die Verschiebung stromabwärts der
Dichtungsrippen 26a und 26b infolge der unterschiedlichen
Wärmeschrumpfung
zwischen dem Laufrad 1 und dem Gehäuse 6 zu kompensieren.
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Fünfte Ausführungsform
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Eine Rotationsmaschine gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Diese Rotationsmaschine
unterscheidet sich von der Rotationsmaschine gemäß der vierten Ausführungsform
in der Hinsicht, dass eine Schraubenfeder 27' in einer Nut 25b angeordnet
ist, an der stromabwärtigen Seite
in Bezug auf die Flussrichtung von Dampf ST, die in einer Labyrinthdichtung 22 vorgesehen
ist, und dass die Schraubenfeder 27' aus einer Formgedächtnislegierung
besteht, die sich zusammenziehen kann, wenn ihre Temperatur ansteigt,
und sich ausdehnen kann, wenn ihre Temperatur absinkt. Im übrigen ist
die Rotationsmaschine gemäß der fünften Ausführungsform
ebenso ausgebildet wie die Rotationsmaschine gemäß der vierten Ausführungsform, die
in 6 gezeigt ist.
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Beim Anlaufen der Rotationsmaschine
zieht sich die Feder 27' zusammen,
wenn ihre Temperatur ansteigt, so dass die Labyrinthdichtung 22 nach stromabwärts in Bezug
auf die Flussrichtung von Dampf ST bewegt wird, in Bezug auf den
inneren Ring 5 des Düsenleitschaufelkranzes.
Daher werden die Positionen der Rippen 26a und 26b korrigiert,
um die Verschiebung nach stromaufwärts der Dichtungsrippen 26a und 26b infolge
der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
bei dem Laufrad 1 und dem Gehäuse 6 zu kompensieren.
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Beim Anhalten der Rotationsmaschine
bewegt die Feder 27' die
Labyrinthdichtung 22 stromaufwärts in Bezug auf die Flussrichtung
von Dampf ST relativ zum inneren Ring 5 des Düsenleitschaufelkranzes,
wenn ihre Temperatur absinkt. Daher werden die Positionen der Rippen 26a und 26b korrigiert, um
die Verschiebung nach stromabwärts
der Dichtungsrippen 26a und 26b infolge einer
unterschiedlichen Wärmeschrumpfung
bei dem Laufrad 1 und dem Gehäuse 6 zu kompensieren.
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Abänderungen
der vierten und der fünften
Ausführungsform
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Obwohl die Labyrinthdichtungsvorrichtung
in dem Spalt zwischen dem inneren Ring 5 des Düsenleitschaufelkranzes
und dem Laufrad 1 bei der vierten und der fünften Ausführungsform
angeordnet ist, kann die Labyrinthdichtungsvorrichtung auch in einem
Spalt zwischen dem äußeren Ring
des Düsenleitschaufelkranzes
und einer Laufschaufel angeordnet sein, oder in einem Spalt zwischen
dem Gehäusekörper und
dem Laufrad.
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Obwohl die Labyrinthdichtungsvorrichtungen bei
der vierten und fünften
Ausführungsform
die Feder 27 bzw. 27' aufweisen, die als Formgedächtnislegierung
ausgebildet ist, als Bewegungsvorrichtung, kann die Bewegungsvorrichtung
auch eine Feder sein, die aus einem anderen Material besteht, oder kann
eine andere Feder als eine Schraubenfeder eingesetzt werden. Die
Labyrinthdichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
kann beispielsweise ein Hydraulikzylinderbetätigungsglied einsetzen, als
Bewegungsvorrichtung, anstelle der Feder.
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Andere Ausführungsformen
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Ein der ersten bis dritten Ausführungsformen und
entweder die vierte oder die fünfte
Ausführungsform
können
in Kombination eingesetzt werden. Bei den Labyrinthdichtungsvorrichtungen,
die bei der ersten bis dritten Ausführungsform eingesetzt werden,
kann die Bewegungsvorrichtung vorgesehen sein, die bei der vierten
oder der fünften
Ausführungsform
zu dem Zweck eingesetzt wird, die Dichtungsrippen in Axialrichtung
zu bewegen. Daher kann die relative Axialverschiebung der Dichtungsrippen
infolge einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung (Zusammenziehung)
zwischen dem Drehteil und dem ortsfesten Teil korrigiert werden,
um die Beeinträchtigung
der Dichtungsleistung zu unterdrücken.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine sogenannten kammartige Labyrinthdichtungsvorrichtung
(S1) ist in einem Spalt zwischen einer Laufschaufel (2),
also einem Drehteil, und einer Labyrinthdichtung (9), also
einem ortsfesten Teil, angeordnet. Die Dichtungsvorrichtung (S1) weist
mehrere Dichtungsrippen (F1, F2) auf, die auf entgegengesetzten
Seiten des Spaltes einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Die Dichtungsrippen sind in Axialrichtung in ungleichen Abständen voneinander
angeordnet, und daher nimmt die Möglichkeit zu, dass einige der
Spalte zwischen den gegenüberliegenden
Dichtungsrippen (F1, F2) abnehmen, wenn ein Gehäuse, das die Labyrinthdichtung (9)
haltert, und ein Laufrad (1) in Axialrichtung in Bezug
aufeinander infolge einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung beim Laufrad
und dem Gehäuse
verschoben werden.