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WO2008119800A2 - Dichtungsring für strömungsmaschinen - Google Patents

Dichtungsring für strömungsmaschinen Download PDF

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Publication number
WO2008119800A2
WO2008119800A2 PCT/EP2008/053875 EP2008053875W WO2008119800A2 WO 2008119800 A2 WO2008119800 A2 WO 2008119800A2 EP 2008053875 W EP2008053875 W EP 2008053875W WO 2008119800 A2 WO2008119800 A2 WO 2008119800A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sealing
segments
sealing ring
parting line
turbomachine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/053875
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English (en)
French (fr)
Other versions
WO2008119800A3 (de
Inventor
Stefan Brück
Eduard Jenikejew
Matthias Neef
Norbert Sürken
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP08735648A priority Critical patent/EP2129874A2/de
Priority to US12/594,494 priority patent/US8413993B2/en
Publication of WO2008119800A2 publication Critical patent/WO2008119800A2/de
Publication of WO2008119800A3 publication Critical patent/WO2008119800A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/16—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/11—Shroud seal segments

Definitions

  • the present invention relates to a composite of individual sealing segments sealing ring for turbomachines, wherein springs are mounted between the individual sealing segments and securing elements are provided for holding the sealing segments on the parting line of the turbomachine.
  • sealing elements of different types are used to seal different pressure chambers.
  • special sealing elements are often used, which are radially movable and can yield in the case of rotor vibrations or Rotorausschurgi.
  • resilient sealing segments wherein springs press the sealing elements radially in the direction of the shaft, or so-called “retractable seals”.
  • the springs are arranged between the segments, so that a ring of sealing elements is pushed away from the shaft and closes only during operation of the machine by the pressure drop over the sealed point.
  • the "retractable seals" technology is particularly suitable for turbines where large relative movement between the rotor and the housing is to be expected during startup and shutdown.
  • the sealing elements are then far enough away from the rotor, close at a certain pressure and fulfill their task as sealing elements under operating conditions. Important is the perfect and predictable function of closing the segments.
  • Object of the present invention is to provide a sealing ring of the type mentioned, in which the closing behavior is significantly improved.
  • the closing behavior can be significantly improved if the sealing segments are designed on the parting line so that adjacent sealing segments in the upper and lower part of the housing of the turbomachine mesh after assembly.
  • the sealing segment which first moves without friction on the parting line, takes along the other sealing segment.
  • the friction force is distributed at the parting line between two sealing segments. It can be shown that the difference between see beginning and end of the closing process compared to the known version can be reduced by 30%.
  • An expedient embodiment of the sealing ring according to the present invention is characterized in that one end of the sealing segment at the parting line has a projecting cylindrical pin extending in the axial direction of the turbomachine, which fits into a corresponding recess at the end of the adjacent sealing segment. This represents a particularly simple embodiment.
  • FIG. 1 shows the principle of "retractable seals” technology
  • FIG. 2 shows a known embodiment of a sealing ring according to the "retractable seal" technology
  • FIG. 3 shows a perspective view of the end of a sealing segment on the parting line according to the present invention
  • Figure 4 and Figure 5 schematically the closing of sealing segments in a known embodiment of the sealing ring
  • FIG. 1 shows the principle of a sealing ring according to the "re- tractable seals" technology.
  • the individual sealing segments are designated, which are pressed apart by springs 2 in the rest state.
  • the rotor 3 is located within the illustrated sealing ring.
  • the securing elements 4 are provided at the parting line of the housing of the turbomachine.
  • FIG. 2 shows a known embodiment in which the sealing segments 5, 6 are pressed apart by means of springs 7 and held by the securing elements 9 on the parting line of the housing of the turbomachine. Inside the sealing ring is the rotor 8.
  • Figure 3 shows a perspective view of one end of a sealing segment on the parting line according to the present invention.
  • one end of the sealing segment on the parting line is made with a projecting cylindrical pin which fits into a corresponding recess on the end of the adjacent sealing segment.
  • any other form-fitting connection is conceivable in which the parts are guided together in their radial movement, but the pressing apart in the circumferential direction is not hindered.
  • Figure 4 and Figure 5 show the movement of the sealing segments on the parting line in a known embodiment
  • Figure 6 and Figure 7 shows the movement of the sealing segments on the parting line according to a sealing ring, which is formed according to the present invention.
  • FIG. 4 and FIG. 6 respectively show the state before the closing of the sealing ring and FIGS. 5 and 7 show schematically the state after the closing of the sealing ring.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen aus einzelnen Dichtsegmenten zusammengesetzten Dichtungsring für Strömungsmaschinen, wobei zwischen den einzelnen Dichtsegmenten Federn angebracht sind und an der Teilfuge der Strömungsmaschine Sicherungselemente zum Halten der Dichtsegmente vorgesehen sind. Um ein sicheres Schliessen der Dichtungselemente auch an der Teilfuge zu gewährleisten, sind die Dichtsegmente an der Teilfuge formschlüssig miteinander verbunden.

Description

Beschreibung
Dichtungsring für Strömungsmaschinen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen aus einzelnen Dichtsegmenten zusammengesetzten Dichtungsring für Strömungsmaschinen, wobei zwischen den einzelnen Dichtsegmenten Federn angebracht sind und an der Teilfuge der Strömungsmaschine Sicherungselemente zum Halten der Dichtsegmente vorgesehen sind.
In rotierenden Strömungsmaschinen werden Dichtelemente unterschiedlicher Bauart zur Abdichtung verschiedener Druckräume eingesetzt. Bei der Abdichtung zwischen rotierenden und ste- henden Maschinenteilen werden häufig spezielle Dichtelemente eingesetzt, die radial beweglich sind und damit im Falle von Rotorschwingungen oder Rotorauslenkungen nachgeben können.
Im Wesentlichen unterscheidet man dabei zwischen federnden Dichtsegmenten, wobei Federn die Dichtelemente radial in Richtung Welle drücken, oder so genannten "retractable seals". Hierbei sind die Federn zwischen den Segmenten angeordnet, so dass ein Ring aus Dichtelementen von der Welle weggedrückt wird und erst im Betrieb der Maschine durch den Druckabfall über der abzudichtenden Stelle schließt.
Die Technologie mit "retractable seals" bietet sich insbesondere für Turbinen an, bei denen während des An- und Abfahrvorgangs große relative Bewegung zwischen Rotor und Gehäuse zu erwarten sind. In dieser Betriebsphase sind die Dichtelemente dann weit genug vom Rotor entfernt, schließen bei einem bestimmten Druck und erfüllen bei Betriebsbedingungen ihre Aufgabe als Dichtelemente. Wichtig ist dabei die einwandfreie und vorhersagbare Funktion des Schließens der Segmente.
Diese Funktion wird insbesondere durch an der Teilfuge der Strömungsmaschine angebrachte Sicherungselemente behindert, welche notwendig sind, um zumindest die im Oberteil des Ge- häuses der Strömungsmaschine angeordneten Dichtsegmente während der Montage vor einem Herausfallen zu sichern.
Um ein Schließen der Dichtsegmente auch an der Teilfuge zu gewährleisten, wo die Dichtsegmente zusätzlich zu Anlageflächen in der Aufnahmenut noch an einem Sicherungselement in der Teilfuge reiben, wird zur Zeit lediglich eine ausreichende Sicherheit bei der Auslegung des Schließdruckes berücksichtigt. Bei einer bestimmten Druckdifferenz wird die Rei- bung überwunden und die Segmente schließen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Dichtungsring der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem das Schließverhalten deutlich verbessert ist.
Diese Aufgabe wird für den eingangs genannten Dichtungsring dadurch gelöst, dass die Dichtsegmente an der Teilfuge formschlüssig miteinander verbunden sind.
Das Schließverhalten lässt sich wesentlich verbessern, wenn die Dichtsegmente an der Teilfuge so konstruiert sind, dass benachbarte Dichtsegmente im Ober- und Unterteil des Gehäuses der Strömungsmaschine nach der Montage ineinander greifen.
Bei einer radialen Bewegung wirken dann die Segmente als ein Segment. Durch die formschlüssige Verbindung der Dichtsegmente an der Teilfuge wird die Differenz zwischen dem Startdruck, bei dem sich die ersten Dichtsegmente bewegen, und dem Schließdruck, bei dem der Dichtungsring komplett geschlossen ist, reduzieren und ein Fressen beim Schließen der Segmente an der Teilfuge wird vermieden.
Bei dem erfindungsgemäßen Dichtungsring nimmt das Dichtsegment, welches sich als erstes ohne Reibung an der Teilfuge bewegt, das andere Dichtsegment mit. Dadurch wird die Reibungskraft an der Teilfuge zwischen zwei Dichtsegmenten verteilt. Es lässt sich zeigen, dass damit die Differenz zwi- sehen Beginn und Ende des Schließvorgangs gegenüber der bekannten Ausführung um 30% reduziert werden kann.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Dichtungsrings gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Dichtsegments an der Teilfuge einen in axialer Richtung der Strömungsmaschine verlaufenden vorstehenden Zylinderstift aufweist, der in eine entsprechende Vertiefung an dem Ende des benachbarten Dichtsegments passt. Dies stellt eine besonders einfache Ausgestaltung dar.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtungsrings beschrieben .
In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 das Prinzip der "retractable seals"- Technologie,
Figur 2 eine bekannte Ausführung eines Dichtungsrings nach der "retractable seals "-Technologie,
Figur 3 eine perspektivische Darstellung des Endes eines Dichtsegments an der Teilfuge gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 4 und Figur 5 schematisch das Schließen von Dichtsegmenten bei einer bekannten Ausführung des Dichtungsrings, und
Figur 6 und Figur 7 schematisch das Schließen der Dichtsegmente an der Teilfuge bei einem Dichtungsring gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur 1 zeigt das Prinzip eines Dichtungsrings gemäß der "re- tractable seals"-Technologie . Mit 1 sind die einzelnen Dichtsegmente bezeichnet, welche durch Federn 2 im Ruhezustand auseinandergedrückt werden. Innerhalb des dargestellten Dich- tungsringes befindet sich der Rotor 3. An der Teilfuge des Gehäuses der Strömungsmaschine sind die Sicherungselemente 4 vorgesehen .
Figur 2 zeigt eine bekannte Ausführungsform, bei welcher die Dichtsegmente 5, 6 mittels Federn 7 auseinandergedrückt wer- den und an der Teilfuge des Gehäuses der Strömungsmaschine durch die Sicherungselemente 9 gehalten werden. Innerhalb des Dichtungsrings befindet sich der Rotor 8.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Endes eines Dichtsegments an der Teilfuge gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist das eine Ende des Dichtsegments an der Teilfuge mit einem vorstehenden Zylinderstift ausgeführt, der in eine entsprechende Vertiefung an dem Ende des benachbarten Dichtsegments passt. Denk- bar ist aber jede andere formschlüssige Verbindung, bei der die Teile in ihrer radialen Bewegung gemeinsam geführt werden, das Auseinanderdrücken in Umfangsrichtigung jedoch nicht behindert wird.
Figur 4 und Figur 5 zeigen die Bewegung der Dichtsegmente an der Teilfuge bei einer bekannten Ausführung, und Figur 6 und Figur 7 die Bewegung der Dichtsegmente an der Teilfuge gemäß einem Dichtungsring, welcher entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
Figur 4 und Figur 6 zeigen jeweils den Zustand vor dem Schließen des Dichtungsrings und die Figuren 5 und 7 zeigen schematisch jeweils den Zustand nach dem Schließen des Dichtungsrings .
Es ist zu erkennen, dass bei der bekannten Ausführung des Dichtungsrings die radiale Bewegung der Dichtsegmente an der Teilfuge unterschiedlich ist, während bei dem Dichtungsring gemäß der vorliegenden Erfindung eine gemeinsame radiale Bewegung der Dichtsegmente an der Teilfuge des Gehäuses der Strömungsmaschine stattfindet.
Abschließend sollen noch einmal die Vorteile des erfindungsgemäßen Dichtungsrings zusammengefasst werden:
1.) Schnelleres Schließen der Segmente, damit kleinerer Druckbereich, in dem eine Bewegung der Dichtsegmente stattfindet
2.) Insgesamt geringere Druckdifferenzen, ab denen die "re- tractable seals"-Technologie funktionsfähig ist
3.) Vergleichmäßigung des Schließvorgangs, keine sprunghaften Unterschiede an der Teilfuge zwischen Ober- und Unterteil des Gehäuses der Strömungsmaschine
4.) Verringerte Reibung an der Teilfuge, dadurch eine Verringerung der Gefahr des Fressens

Claims

Patentansprüche
1. Aus einzelnen Dichtsegmenten zusammengesetzter Dichtungsring für Strömungsmaschinen, wobei zwischen den einzelnen Dichtsegmenten Federn angebracht sind und an der Teilfuge der Strömungsmaschine Sicherungselemente zum Halten der Dichtsegmente vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtsegmente an der Teilfuge formschlüssig mitein- ander verbunden sind.
2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Dichtsegments an der Teilfuge einen in axialer Richtung der Strömungsmaschine verlaufenden vorstehenden Zylinderstift aufweist, der in eine entsprechende Vertiefung an dem Ende des benachbarten Dichtsegments passt.
PCT/EP2008/053875 2007-04-03 2008-04-01 Dichtungsring für strömungsmaschinen Ceased WO2008119800A2 (de)

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