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    • 专利摘要:
    Es ist eine Einrichtung für den Zusammenbau einer Dampfturbine (10) geschaffen. Die Einrichtung weist eine in einem Kanal (50) ausgebildete Nut (54), ein Trennelement (52), das in dem Kanal so angeordnet ist, dass ein zwischen dem Trennelement und dem Kanal ausgebildeter Spalt (117, 118, 119) einen Leckageweg (120) ausbildet, und ein Dichtungselement (154) auf, das zumindest teilweise in der Nut verläuft und das so angeordnet ist, dass es eine Strömung durch den Leckageweg im Wesentlichen verhindert.A device for assembling a steam turbine (10) is created. The device has a groove (54) formed in a channel (50), a separating element (52) which is arranged in the channel in such a way that a gap (117, 118, 119) formed between the separating element and the channel provides a leakage path ( 120), and a sealing element (154) which runs at least partially in the groove and which is arranged such that it essentially prevents flow through the leakage path.
    公开号:DE102004007524A1
    申请号:DE200410007524
    申请日:2004-02-17
    公开日:2004-09-16
    发明作者:Bernard Arthur Couture；Jonathan Munshi
    申请人:General Electric Co；
    IPC主号:F01D11-00
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung bezieht sich allgemeinauf Dampfturbinen und mehr im Einzelnen auf die Kontrolle von Dampfleckagewegenin der Turbine.The invention relates generallyon steam turbines and more in detail on the control of steam leak pathsin the turbine.
    [0002] Eine Dampfturbine kann eine Hochdruck (HD)-Turbinenstufe,eine Mitteldruck(MD)-Turbinenstufe und eine Niederdruck(ND)-Turbinenstufeaufweisen, von denen jede umlaufende Dampfturbinenschaufeln aufweist,die an einer Dampfturbinenwelle befestigt sind und von dieser radialvorragen, wobei die Welle überLager drehbar gelagert ist. Die Lager können in Längsrichtung außerhalbder Hoch- und Mitteldruckturbinenstufe angeordnet sein. Der Dampfdruckabfall über wenigstenseinige bekannte Hochdruck- und/oder Mitteldruckturbinenstufen liegt beiwenigstens etwa 2000 Kpa (Kilo Pascal) und die Druckdifferenz zwischendem in die Hochdruck- und den in die Niederdruckturbinenstufe eintretenden Dampfbeträgtzumindest etwa 600 Kpa. Bei einigen bekannten Dampfturbinen wirdaus der HD-Turbinenstufe austretender Dampf durch ein Erhitzer zwischenerhitztbevor er in die MD-Turbinenstufe eintritt.A steam turbine can have a high pressure (HD) turbine stage,a medium pressure (MD) turbine stage and a low pressure (LP) turbine stagehave, each of which has revolving steam turbine blades,which are attached to a steam turbine shaft and radially from itprotrude, the wave overBearing is rotatably mounted. The bearings can be longitudinally outsidethe high and medium pressure turbine stage. The vapor pressure drop over at leastsome known high pressure and / or medium pressure turbine stages are includedat least about 2000 Kpa (Kilo Pascal) and the pressure difference betweenthe steam entering the high pressure and low pressure turbine stagesisat least about 600 kpa. In some known steam turbinesSteam escaping from the high-pressure turbine stage is reheated by a heaterbefore entering the MD turbine stage.
    [0003] Eine Dampfturbine weist einen definierten Dampfströmungswegauf, der in Strömungsrichtung hintereinanderliegend einen Dampfeinlass, eine Turbine und einen Dampfauslassbeinhaltet. Dampfleckage entweder aus dem Dampfströmungsweg herausoder aus einem Bereich höherenDrucks in einen Bereich niedrigen Drucks in den Dampfströmungsweghinein kann das Betriebsverhalten der Turbine beeinträchtigen.So kann z.B. eine Dampfleckage von dem Strömungsweg in der Turbine zwischeneiner umlaufenden Rotorwelle der Turbine und einem diese rings umgebendenTurbinengehäusebei der Turbine eine Leistungseinbuße ergeben, was zu erhöhten Brennstoffkostenführt.Außerdemkann eine Dampfwegleckage zwischen einem äußeren Gehäuse und einem Teil des Gehäuses, dersich zwischen benachbarten Turbinen erstreckt, z.B. zwischen einer Hochdruckturbinenstufeund einer benachbarten Mitteldruckturbinenstufe, das Betriebsverhaltender Dampfturbine im Verlaufe der Zeit verschlechtern und zu erhöhten Brennstoffkostenführen.A steam turbine has a defined steam flow pathon the one behind the other in the direction of flowlying a steam inlet, a turbine and a steam outletincludes. Steam leakage either from the steam flow pathor from an area higherPressure in a range of low pressure in the steam flow paththis can affect the operating behavior of the turbine.For example, a steam leak from the flow path in the turbine betweena rotating rotor shaft of the turbine and a ring surrounding itturbine housingresult in a loss of performance in the turbine, which leads to increased fuel costsleads.Moreoverthere may be steam path leakage between an outer housing and a part of the housing whichextends between adjacent turbines, e.g. between a high pressure turbine stageand an adjacent medium pressure turbine stage, the operating behaviorthe steam turbine deteriorate over time and increase fuel coststo lead.
    [0004] Um Dampfwegleckagen zwischen der HD-Turbinenstufeund einem in Längsrichtungaußerhalbliegenden Lager und/oder zwischen der Mitteldruckturbinenstufe undeinem in Längsrichtungaußerhalbliegenden Lager auf ein Minimum zu reduzieren, verwenden wenigstenseinige bekannte Dampfturbinen eine Anzahl Labyrinthdichtungen. Derartige Labyrinthdichtungenenthalten in Längsrichtungvoneinander beabstandete Reihen von Dichtungszähnen. Mehrere Reihen von Dichtungszähnen tragen dazubei, eine Abdichtung gegen die Hochdruckgefälle zu erzeugen, die in Dampfturbinenauftreten können.Auch Bürstendichtungenkönnendazu verwendet werden, die Leckage durch einen zwischen zwei Komponentenvorhandenen Spalt und/oder eine Leckage von einem Bereich höheren Drucksin einen Bereich niedrigeren Drucks zu verringern. Wenngleich Bürstendichtungeneine wirksamere Abdichtung als Labyrinthdichtungen ergeben, verwenden wenigstenseinige bekannte Dampfturbinen, die Bürstendichtungseinrichtungenzwischen Turbinenstufen und/oder zwischen einer Turbinenstufe undeinem Lager einsetzen, außerdemwenigstens eine Standardlabyrinthdichtung als redundante Zusatzdichtungfür dieBürstendichtungseinrichtung.For steam path leakage between the HD turbine stageand one in the longitudinal directionoutsidelying camp and / or between the medium pressure turbine stage andone in the longitudinal directionoutsideto reduce lying stock to a minimum, use at leastsome known steam turbines have a number of labyrinth seals. Such labyrinth sealsincluded in the longitudinal directionspaced rows of sealing teeth. Several rows of sealing teeth contribute to thisin creating a seal against the high pressure drops that occur in steam turbinesmay occur.Also brush sealscanused to prevent leakage between one of two componentsexisting gap and / or leak from an area of higher pressureto decrease in an area of lower pressure. Although brush sealsuse a more effective seal than labyrinth seals, at least usesome well-known steam turbines, the brush seal devicesbetween turbine stages and / or between a turbine stage andinsert a bearing, alsoat least one standard labyrinth seal as a redundant additional sealfor theBrush seal assembly.
    [0005] Andere Bereiche von Dampfwegleckage können dasBetriebsverhalten einer Turbine ebenfalls beeinträchtigen.Ein solcher Bereich ist eine Passdichtung (fit real) der Gehäusestopfbuchsendichtungzwischen der HD-Turbinenstufe und der MD-Stufe, wo die Verwendungvon Labyrinth- und Bürstendichtungenwegen des hohen Drucks und der großen mechanischen Auslenkungenin dem Passungsbereich unzweckmäßig ist.Other areas of steam path leakage can do thatTurbine operating behavior also impair.One such area is a fitting seal of the housing gland sealbetween the HD turbine stage and the MD stage where useof labyrinth and brush sealsbecause of the high pressure and the large mechanical deflectionsis inappropriate in the fit area.
    [0006] Unter einem Aspekt wird ein Verfahrenzum Zusammenbau einer Dampfturbine geschaffen. Das Verfahren beinhaltetdas Ausführeneiner Finiten-Elementeanalyse, um einen Querschnitt eines Dichtungselementesfestzustellen und das Positionieren des Dichtungselementes in einemzwischen einem inneren Gehäuseund einem äußeren Gehäuse vorhandenenLeckageweg in der Weise, dass eine Leckströmung das Dichtungselement aktiviert.In one aspect, a processcreated to assemble a steam turbine. The process includesperforminga finite element analysis to a cross section of a sealing elementdetermine and the positioning of the sealing element in onebetween an inner caseand an outer housingLeakage path in such a way that a leakage flow activates the sealing element.
    [0007] Unter einem anderen Aspekt der Erfindung wirdeine Dichtung geschaffen. Die Dichtung beinhaltet eine in einemKanal ausgebildete Ausnehmung, ein Trennmittel, das in dem Kanalso angeordnet ist, dass ein zwischen dem Trennmittel und dem Kanal ausgebildeterSpalt einen Leckageweg begrenzt und ein Dichtelement, das sich zumindestteilweise in der Ausnehmung erstreckt und das so angeordnet ist, dasses eine Strömungdurch den Leckageweg im Wesentlichen verhindert.In another aspect of the inventioncreated a seal. The seal includes one in oneChannel formed recess, a release agent that is in the channelis arranged so that a formed between the release agent and the channelGap delimits a leakage path and a sealing element that is at leastpartially extends in the recess and which is arranged such thatthere is a currentessentially prevented by the leakage path.
    [0008] Unter einem weiteren Aspekt wirdeine umlaufende Maschine geschaffen. Die Maschine verfügt über einenRotor, der um eine Längsachsedrehbar ist wobei der der Rotor eine äußere Ringfläche aufweist, über einringförmiges äußeres Gehäuse, das eineInnenflächeaufweist, wobei das äußere Gehäuse radialnach außenzu von dem Rotor beabstandet ist und die Gehäuseinnenfläche eine erste Verlängerungaufweist, die sich radial nach innen zu dem Rotor hin erstreckt.Die erste Verlängerungerstreckt sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Gehäuseinnenfläche, unddie Maschine weist außerdemein zylindrisches inneres Gehäuseauf, das eine Außenfläche trägt, dieeine zweite Verlängerungaufweist, welche sich radial zu dem äußeren Gehäuse hin erstreckt, wobei diezweite Verlängerungsich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Außenfläche erstrecktund die zweite Verlängerungeinen in einer Außenfläche derVerlängerungausgebildeten Kanal zur Aufnahme der ersten Verlängerung aufweist, wenn das äußere Gehäuse unddas innere Gehäusezusammengebaut sind. Die Maschine weist außerdem eine Ausnehmung auf,die in dem Kanal ausgebildet und so bemessen ist, dass sie ein Dichtungselementaufnimmt und sie verfügt über einDichtungselement, das zumindest teilweise in der Ausnehmung angeordnetist, um einen Leckageweg abzudichten.In another aspect, a rotating machine is created. The machine has a rotor which is rotatable about a longitudinal axis, the rotor having an outer ring surface, an annular outer housing having an inner surface, the outer housing being radially outwardly spaced from the rotor and the housing inner surface one has a first extension that extends radially inward toward the rotor. The first extension extends substantially circumferentially around the housing inner surface, and the machine also has a cylindrical inner housing that supports an outer surface that has a second extension that extends radially toward the outer housing, the second extension extending extends substantially in the circumferential direction around the outer surface and the second extension has a channel formed in an outer surface of the extension for receiving the first extension points when the outer case and the inner case are assembled. The machine also has a recess formed in the channel and sized to receive a sealing member and has a sealing member at least partially disposed in the recess to seal a leak path.
    [0009] 1 isteine schematische Darstellung einer beispielhaften Gegenstrom HD/MD-Dampfturbine; 1 Fig. 3 is a schematic illustration of an exemplary counterflow HD / MD steam turbine;
    [0010] 2 isteine vergrößerte schematische Darstellungeines Stufentrennelements und eines zu diesem passenden Kanals,die bei der in 1 dargestelltenDampfturbine vorhanden sein können; 2 is an enlarged schematic representation of a step separator and a matching channel, which in the in 1 steam turbine shown may be present;
    [0011] 3 isteine vergrößerte Ansichtdes in 1 dargestelltenStufentrennelements in dem Bereich 3; 3 is an enlarged view of the in 1 Step separator shown in the area 3 ;
    [0012] Fig. 4 isteine beispielhafte Ausführungsform einesDichtungselements, das bei der in 3 dargestelltenDichtungseinrichtung verwendet werden kann; Fig. 4 is an exemplary embodiment of a sealing element used in the in 3 sealing device shown can be used;
    [0013] 5 isteine alternative Ausführungsform einesDichtungselementes, das bei der in 3 dargestelltenDichtungseinrichtung verwendet werden kann. 5 is an alternative embodiment of a sealing element used in the 3 sealing device shown can be used.
    [0014] 1 isteine schematische Darstellung einer beispielhaften Gegenstromdampfturbine 10,die eine Hochdruck(HD)-Stufe 12 und eine Mitteldruck(MD)-Stufe 14 aufweist.Ein einziger äußerer Gehäusemantelbzw. ein Außengehäuse 16 istaxial in eine obere und eine untere Hälfte 13 bzw. 15 unterteiltund erstreckt sich sowohl überdie HD-Stufe 12 alsauch überdie MD-Stufe 14. Ein Mittelabschnitt 18 des Gehäusemantels 16 weisteinen Hochdruckdampfeinlass 20 und einen Mitteldruckdampfeinlass 22 auf.In dem äußeren Gehäusemanteloder Gehäuse 16 sinddie HD-Stufe 12 und die MD-Stufe 14 in einer einzigenLagerspannweite durch Achslager 26,28 gelagert.Auf der Innenseite jedes der Achslager 26, 28 isteine Dampfdichtungseinheit 30 bzw. 32 angeordnet. 1 Figure 3 is a schematic illustration of an exemplary counterflow steam turbine 10 who have a high pressure (HD) stage 12 and a medium pressure (MD) stage 14 having. A single outer casing or an outer casing 16 is axially into an upper and a lower half 13 respectively. 15 divided and extends over both the HD level 12 as well as through the MD level 14 , A middle section 18 of the housing jacket 16 has a high pressure steam inlet 20 and a medium pressure steam inlet 22 on. In the outer casing shell or casing 16 are the HD level 12 and the MD level 14 in a single bearing span thanks to axle bearings 26 . 28 stored. On the inside of each of the axle bearings 26 . 28 is a steam seal unit 30 respectively. 32 arranged.
    [0015] Von dem Mittelabschnitt 18 auserstreckt sich ein ringförmigesStufentrennelement 42 radial nach innen zu einer sich zwischender HD-Stufe 12 und der MD-Stufe 14 erstreckendenRotorwelle 44 hin. Mehr im Einzelnen erstreckt sich dasTrennelement 42 in Umfangsrichtung um einen Abschnitt derWelle 40 herum, der sich zwischen dem ersten HD-Stufendüsenkranz 46 undeinem ersten MD-Stufendüsenkranz 48 erstreckt.Das Stufentrennelement 42 ist in einem in einem Packungsgehäuse 52 ausgebildeten Kanal 50 aufgenommen.Der Kanal 50 ist ein C-förmiger Kanal, der sich radialin das Packungsgehäuse 52 hineinum einen Außenumfangdes Packungsgehäuses 52 herumerstreckt, derart, dass eine mittige Öffnung des Kanals 50 radialnach außenweist. Der Kanal 50 weist eine Dichtungsnut 54 auf,die in einer radial ver laufenden Fläche 57 des Kanals 50 angeordnetist. Die Dichtungsnut 54 verläuft koaxial um eine Längsachse 58 derTurbine 10. Bei einer alternativen Ausführungsform weist das Stufentrennelement 42 eineDichtungsnut 54 auf, die in einer radial verlaufenden Fläche 59 desStufentrennelements 42 angeordnet ist.From the middle section 18 extends from an annular step separator 42 radially inward to one between the HD stage 12 and the MD level 14 extending rotor shaft 44 out. The separating element extends in more detail 42 circumferentially around a portion of the shaft 40 around between the first HD step nozzle ring 46 and a first MD step nozzle ring 48 extends. The step separator 42 is in a in a package case 52 trained channel 50 added. The channel 50 is a C-shaped channel that extends radially into the package housing 52 around an outer periphery of the packing case 52 extends around such that a central opening of the channel 50 points radially outwards. The channel 50 has a sealing groove 54 on that in a radially running surface 57 of the channel 50 is arranged. The sealing groove 54 runs coaxially around a longitudinal axis 58 the turbine 10 , In an alternative embodiment, the step separating element has 42 a sealing groove 54 on that in a radial surface 59 of the step separator 42 is arranged.
    [0016] Im Betrieb ist der Hochdruckdampfeinlass 20 mitHochdruck-/Hochtemperaturdampf aus einer Quelle, bspw. einem (nichtdargestellten) Hochleistungskessel beaufschlagt. Der Dampf wirddurch die HD-Stufe 12 geleitet, in der dem Dampf Energieentzogen wird, um die Rotorwelle 44 in Umdrehung zu versetzen.Der Dampf tritt aus der HD-Stufe 12 aus und kehrt in denKessel zurück,wo er von neuem erhitzt wird. Der erhitzte Dampf wird dann in denMitteldruckdampfeinlass 22 eingeleitet und in die MD-Stufemit einem gegenüberdem in die HD-Stufe 12 einströmenden Dampf verringerten Druckzurückgeführt, jedochmit einer Temperatur, die im Wesentlichen gleich jener des in dieHD-Stufe 12 eintretenden Dampfes ist. Demgemäß ist derBetriebsdruck in der HD-Stufe 12 höher als der Betriebsdruck inder MD-Stufe 14. Aus diesem Grunde will Dampf aus der HD-Stufe 12 zuder MD-Stufe 14 überLeckagewege strömen,die sich zwischen der HD-Stufe 12 und der MD-Stufe 14 ausbildenkönnen.Ein solcher Leckageweg kann längseiner sich durch das Packungsgehäuse 52 erstreckendenRotorwelle 44 vorhanden sein. Deshalb beinhaltet das Packungsgehäuse 52 eineAnzahl Labyrinth- und/oder Bürstendichtungen, umdazu beizutragen, die Leckage von der HD-Stufe 12 in die MD-Stufe 14 längs einesRotors 60 zu verringern. Ein anderer Leckageweg zwischender HD-Stufe 12 und der MD-Stufe 14 besteht durcheinen Spalt zwischen dem Stufentrennelement 42 und demPackungsgehäuse 12 indem Kanal 50.The high pressure steam inlet is in operation 20 pressurized with high pressure / high temperature steam from a source, for example a high-performance boiler (not shown). The steam is through the HD stage 12 in which energy is extracted from the steam around the rotor shaft 44 to rotate. The steam emerges from the HD stage 12 and returns to the boiler, where it is heated again. The heated steam is then fed into the medium pressure steam inlet 22 initiated and in the MD level with one versus that in the HD level 12 Incoming steam recycled reduced pressure, but at a temperature substantially equal to that of the HD stage 12 entering steam. Accordingly, the operating pressure is in the HD stage 12 higher than the operating pressure in the MD stage 14 , For this reason, steam wants from the HD stage 12 to the MD level 14 flow through leakage paths that are between the HD stage 12 and the MD level 14 can train. Such a leakage path can be along one through the packing housing 52 extending rotor shaft 44 to be available. That is why the package housing includes 52 a number of labyrinth and / or brush seals to help prevent leakage from the HD stage 12 to the MD level 14 along a rotor 60 to reduce. Another leakage path between the HD stage 12 and the MD level 14 exists through a gap between the step separator 42 and the packing case 12 in the channel 50 ,
    [0017] 2 isteine vergrößerte schematische Darstellung einesStufentrennelementes 52 und eines Kanals 50, diebei der Dampfturbine 10 vorgesehen sein können. DasStufentrennelement 42 weist eine erste Seite 102, eineDichtungsseite 104 und eine Verbindungsseite 106 auf.Der Kanal 50 verfügt über eineerste Seite 112, eine Dichtungsseite 114 und eine Verbindungsseite 116.Die Seiten 102, 112 des Stufentrennelementes 42 bzw. desKanals 50 sind in zusammenpassender Weise einander zugeordnet,wenn das Stufentrennelement 42 und der Kanal 50 miteinandergekoppelt sind. Die Dichtseiten 100, 414 und dieVerbindungsseiten 106, 116 passen wenn das Stufentrennelement 42 undder Kanal 50 miteinander, gekoppelt sind, in ähnlicherWeise zusammen. Da die Seiten 102, 104 und 106 mit den Seiten 112,114 und 116 nicht exakt zusammenpassen, sind zwischen einander jeweilsentsprechenden Seiten 102, 112 bzw. 106, 116 und 104, 114 jeweils mehrereSpalten 117, 118, 119 ausgebildet. Genauer betrachtet,bildet jeder Spalt 117, 118, 119 einenpotentiellen Dampfströmungsleckageweg 20 vonder HD-Stufe 12 zu der MD-Stufe 14. 2 is an enlarged schematic illustration of a step separator 52 and a channel 50 that at the steam turbine 10 can be provided. The step separator 42 has a first side 102, a sealing side 104 and a connecting page 106 on. The channel 50 has a first side 112, a sealing side 114 and a connecting page 116 , The sides 102, 112 of the step separator 42 or the channel 50 are matched to each other in a matching manner when the step separator 42 and the channel 50 are coupled together. The sealing sides 100 . 414 and the connecting pages 106 . 116 fit if the step separator 42 and the channel 50 are coupled together in a similar manner. Since pages 102, 104 and 106 do not exactly match pages 112, 114 and 116, there are corresponding pages 102, 112 and 106, 116 and 104, 114, respectively, between each other multiple columns 117 . 118 . 119 educated. On closer inspection, each gap forms 117 . 118 . 119 a potential steam flow leakage path 20 from the HD stage 12 to the MD level 14 ,
    [0018] In der Dichtungsseite 114 istein Nut 54 ausgebildet und so bemessen, dass sie ein Dichtungselement 154 aufnehmenkann. Genauer betrachtet, beinhaltet die Dichtungseinrichtung 122 dasDichtungselement 154, das ein druckbetätigtes Dichtungselement ist,welches so ausgelegt ist, dass ein abzudichtender Druck eine Bewegungskrafterzeugt, die bewirkt, dass das Dichtungselement mit zunehmenderDruckbeaufschlagung des Dichtungselementes immer stärker abdichtet.Bei einer Ausführungsformweist das Dichtungselement 154 eine V-förmige Querschnittsprofilgestaltauf. Bei einer anderen Ausführungsformweist das Dichtungselement 154 eine W-förmige Querschnittsgestalt,eine U-förmigeQuerschnittsgestalt oder eine mehrfach gewellte Querschnittsgestaltauf, ohne darauf beschränkt zusein. Zumindest einige der bekannten Dichtungen sind für dieseAnwendung wegen eines hohen Druckgefälles über das Stufentrennelement 42 undwegen einer großenphysikalischen Bewegung zwischen dem Stufentrennelement 52 unddem Kanal 50 nicht geeignet, die bewirken, dass die Spalte 117, 118 bei Veränderungender Bedingungen in der Turbine 10 große Veränderung ihrer Weitendimensionerfahren. Bei der beispielhaften Ausführungsform weist das Dichtungselement 154 einehohe Federkonstante und eine hohe federnde Nachgiebigkeit auf, wobei dieendgültigeGestaltung eine federelastische Metalldichtung ist, die mit einerFinite-Elementemodellrechnung (parametric finite element modellinganaylsis) FEA optimiert wurde. Der Querschnitt des Dichtungselementes 154 kannmit FEA so bestimmt werden, dass die inneren Spannungsverhältnissedes Dichtungselementes 154 zur Ermöglichung einer langen Lebensdauerder Abdichtung optimiert werden und dass auch die Federkonstanteoptimiert wird, um eine maximale Dichtungswirkung zu erzielen. Beieiner Ausführungsformist das Dichtungselement 154 segmentiert oder nicht durchgehend,um den Zusammenbau der Turbine 10 zu erleichtern. Insbesonders kanndas Dichtungselement 154 zwei oder vier oder mehr Segmenteaufweisen, abhängigvon der Herstellungsschwierigkeit, die mit der Zahl Segmente zunimmtund von der Erleichterung des Zusammenbaus, die mit zunehmenderSegmentzahl abnimmt.In the seal side 114 is a groove 54 trained and sized so that it is a sealing element 154 can record. More specifically, the seal includes 122 the sealing element 154 , which is a pressure-actuated sealing element, which is designed such that a pressure to be sealed generates a movement force which causes the sealing element to seal more and more with increasing pressure on the sealing element. In one embodiment, the sealing element 154 a V-shaped cross-sectional profile shape. In another embodiment, the sealing element 154 a W-shaped cross-sectional shape, a U-shaped cross-sectional shape, or a multi-corrugated cross-sectional shape, without being limited thereto. At least some of the known seals are for this application because of a high pressure drop across the step separator 42 and because of a large physical movement between the step separator 52 and the channel 50 not suitable, which cause the column 117 . 118 when the conditions in the turbine change 10 experience great change in their wide dimension. In the exemplary embodiment, the sealing element has 154 a high spring constant and a high resilience, the final design being a spring-elastic metal seal that was optimized with a finite element modeling (parametric finite element modeling analysis) FEA. The cross section of the sealing element 154 can be determined with FEA so that the internal stress conditions of the sealing element 154 optimized to enable a long life of the seal and that the spring constant is also optimized in order to achieve a maximum sealing effect. In one embodiment, the sealing element 154 segmented or not continuous to assemble the turbine 10 to facilitate. In particular, the sealing element 154 have two or four or more segments depending on the manufacturing difficulty which increases with the number of segments and on the ease of assembly which decreases with the increase in the number of segments.
    [0019] Im Betrieb will Dampf höheren Drucksin der HD-Stufe 12 durch den Dampfweg 120 alsLeckströmungzu der MD-Stufe 14 strömen,die auf einem niedrigeren Dampfdruckniveau steht. Das in der Nut 54 sitzendeDichtungselement 154 wird wirksam, um die Dampfleckageströmung über denLeckageweg 120 zu begrenzen oder zu verhindern.In operation, steam wants higher pressure in the HD stage 12 through the steam path 120 as a leak flow to the MD stage 14 flow that is at a lower vapor pressure level. That in the groove 54 seated sealing element 154 becomes effective to keep the steam leakage flow across the leakage path 120 limit or prevent.
    [0020] 3 isteine vergrößerte Ansichtdes Stufentrennelements 42, betrachtet in dem Bereich 3 der 2. Genauer besehen, ist 3 eine vergrößerte Ansichtder Dichtungseinrichtung 122. Das Stufentrennelement 42 istmit dem Packungsgehäuse 52 sogekoppelt, dass die einander entsprechenden Seiten 106, 116 nahebeieinander liegen, währenddie einander entsprechenden Seiten 104, 114 ebenfalls nahe beieinanderliegen. Zwischen den Seiten 104, 114 und zwischen den Seiten 106,116 sind jeweils ein Spalt 119 bzw. 118 ausgebildet.Die Spalte 119, 118 ermöglichen es, dass beim Betrieb derTurbine 10 Dampf von der HD-Stufe 12 über den Leckageweg 120 zuder MD-Stufe 14 leckt. Um dazu beizutragen, die Dampfleckage über denLeckageweg 120 zu verringern oder zu verhüten, istdas Dichtungselement 154 in der Nut 54 in derSeite 114 angeordnet. Die Dichtungsnut 54 ist durch eineNuttiefe 201 und eine Nutbreite 202 definiert.Bei der beispielhaften Ausführungsformliegen die jeweilige Nuttiefe 201 und jeweilige Nutbreite 202 zwischenetwa 0,2 inches und etwa 0,5 inches. Bei der beispielhaften Ausführungsformist das Dichtungselement 154 eine mehrfach gefaltete Dichtung.Genauer betrachtet, weist das Dichtungselement 154 einQuerschnittsprofil auf, das eine Anzahl Scheitel 204 beinhaltet, andie sich jeweils ein Paar einander gegenüberliegender Schenkel 206, 208 anschließt, diejeweils von einem Scheitel 204 ausgehen. Die Schenkel 206, 208 bildeneine Innenfläche 210 undeine Außenfläche 212 auf.Das Dichtungselement 154 ist so bemessen, dass zumindestein Teil des Schenkels 208 sich über die Seite 114 hinaus inden Leckageweg 120 erstreckt und dass, wenn das Stufentrennelement 42 undder Kanal 50 miteinander gekuppelt sind, der Schenkel 208 zumindestteilweise an der Seite 104 anliegt. 3 is an enlarged view of the step separator 42 , viewed in the area 3 the 2 , Look more closely, is 3 an enlarged view of the sealing device 122 , The step separator 42 is with the packing case 52 coupled so that the corresponding sides 106, 116 are close together while the corresponding sides 104, 114 are also close together. There is a gap between each of the sides 104, 114 and between the sides 106, 116 119 respectively. 118 educated. The gap 119 . 118 allow that when operating the turbine 10 Steam from the HD stage 12 about the leakage path 120 to the MD level 14 licks. To help control the steam leakage through the leak path 120 to reduce or prevent, is the sealing element 154 in the groove 54 arranged in the page 114. The sealing groove 54 is through a groove depth 201 and a groove width 202 Are defined. In the exemplary embodiment, the respective groove depth is 201 and respective groove width 202 between about 0.2 inches and about 0.5 inches. In the exemplary embodiment, the sealing element 154 a multiple fold seal. The sealing element has a closer look 154 a cross-sectional profile that has a number of vertices 204 includes a pair of opposing legs 206 . 208 connects, each by a vertex 204 out. The thigh 206 . 208 form an inner surface 210 and an outside surface 212 on. The sealing element 154 is dimensioned so that at least part of the leg 208 into the leakage path beyond page 114 120 extends and that when the step separator 42 and the channel 50 are coupled together, the thigh 208 is at least partially on the side 104.
    [0021] Das Dichtungselement 154 istaus einem Material hergestellt, das Biegsamkeit an dem jeweiligenScheitel 204 und Steifigkeit der Schenkel 206, 208 ergibt,so dass ein überdie Schenkel 206, 208 bestehendes Druckgefälle aufgenommenwerden kann. Bei der beispielhaften Ausführungsform kann das Dichtungselement 154 einDruckgefällevon wenigstens etwa 600 KPa aufnehmen. Bei der beispielhaften Ausführungsform istdas Dichtungselement aus gewalztem Stahlblech mit einer Dicke vonzwischen etwa 0,005 inches und 0,030 inches hergestellt. Bei anderenAusführungsformenist das Dichtungselement 154 aus einem Material wie z.B.Hastelloy®,Cres 304 und Incoloy 909® hergestellt,ohne darauf beschränktzu sein. Das Dichtungselement 154 ist in der Nut 54 soangeordnet, dass der Schenkel 208 an der Seite 104 anliegt,währenddie Innenfläche 210 derRichtung der Leckageströmung 120 gegenüber liegt.The sealing element 154 is made of a material that is pliable at the apex 204 and stiffness of the legs 206 . 208 results in one over the thigh 206 . 208 existing pressure drop can be absorbed. In the exemplary embodiment, the sealing element 154 accept a pressure drop of at least about 600 KPa. In the exemplary embodiment, the sealing member is made from rolled steel sheet with a thickness of between about 0.005 inches and 0.030 inches. In other embodiments, the sealing element 154 made of a material such as Hastelloy ® , Cres 304 and Incoloy 909 ® , without being limited thereto. The sealing element 154 is in the groove 54 arranged so that the leg 208 abuts side 104 while the inner surface 210 the direction of the leakage flow 120 is opposite.
    [0022] Im Betrieb versucht Dampf aus derND-Stufe 12 beim normalen Betrieb der Turbine 10 zuder MD-Stufe 12 niedrigen Drucks zu strömen. Bei der Strömung längs desLeckagewegs 120 trifft der Dampf auf die Dichtungselementinnenfläche 210. DieSchenkelaußenfläche 212 liegtwegen der federnden Biegsamkeit der Scheitel 204 an derSeite 104 an und ergibt damit eine Vorspannung auf den Schenkel 208.Ein distales Ende 214 des Schenkels 208 blocktden Dampfstrom aus dem Leckageweg 120 ab und leitet denDampf zu einem Bereich 220, der auf der Innenseite derInnenflächedes Dichtungselementes 154 definiert ist. Wegen des indem Bereich 220 und in dem strömungsabwärts von dem Dichtungselement 154 immernoch mit der MD-Stufe 14 in Verbindung stehenden Leckageweg 120 eingeschlossenenDampfes von der HD-Stufe 12 baut sich ein Differenzdruck über demDichtungselement 154 auf. Der an dem Dichtungselement 154 anliegende Differenzdruckbewirkt, dass die Schenkel 106, 208 sich nachaußenzu aufweiten und damit den Kontakt zwischen der Außenfläche 212 desDichtungselementes 154 und der Seite 104 verstärken.In operation, steam tries from the LP stage 12 during normal operation of the turbine 10 to the MD level 12 to flow at low pressure. With the flow along the leakage path 120 the steam hits the inner surface of the sealing element 210 , The outer leg surface 212 lies because of the resilient flexibility of the crown 204 on the side 104 and thus results in a preload on the leg 208 , A distal end 214 of the thigh 208 blocks the steam flow from the leakage path 120 and directs the steam to an area 220 that on the inside of the inner surface of the sealing element 154 is defined. Because of that in the area 220 and in the downstream of the sealing element 154 still with the MD level 14 related leakage path 120 trapped steam from the HD stage 12 a differential pressure builds up over the sealing element 154 on. The one on the sealing element 154 applied differential pressure causes the thighs 106 . 208 to expand outwards and thus the contact between the outer surface 212 of the sealing element 154 and reinforce page 104.
    [0023] 4 isteine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsformeines Dichtungselements 154, das bei der in 3 dargestellten Dichtungseinrichtung 122 verwendetwerden kann. Auf Komponenten in 4,die mit in 3 gezeigtenKomponenten identisch sind, wird unter Verwendung der gleichen BezugszeichenBezug genommen, die auch in 3 verwendetwurden. Demgemäß weistdie Dichtungseinrichtung 122 eine in dem Packungsgehäuse 52 ausgebildeteNut 54 auf. Bei einer Ausführungsform kann die Nut 54 indem Stufentrennelement 42 ausgebildet sein. Das Dichtungselement 154 istin der Nut 54 angeordnet, wobei das Dichtungselement 154 eineAnzahl Scheitel 204 aufweist, von denen jeder mit einemPaar einander gegenüberliegenderSchenkel 206, 208 verbunden ist, die jeweils vonjedem der Scheitel 204 abgehen. Die Schenkel 206, 208 bildeneine Innenfläche 210 undeine Außenfläche 212.Das Dichtungselement 154 ist so bemessen, dass wenigstensein Teil des Schenkels 208 sich über die Seite 114 hinaus inden Leckageweg 120 hinein derart erstreckt, dass, wenn dasStufentrennelement 42 und der Kanal 50 miteinandergekoppelt sind, der Schenkel 208, zumindest teilweise,an der Seite 104 anliegt. 4 10 is a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of a sealing element 154 that at the in 3 shown sealing device 122 can be used. On components in 4 that with in 3 Components shown are identical, reference is made using the same reference numerals, which also in 3 were used. Accordingly, the sealing device 122 one in the package case 52 trained groove 54 on. In one embodiment, the groove 54 in the step separator 42 be trained. The sealing element 154 is in the groove 54 arranged, the sealing element 154 a number of vertices 204 each with a pair of opposing legs 206 . 208 is connected, each from each of the vertices 204 depart. The thigh 206 . 208 form an inner surface 210 and an outside surface 212 , The sealing element 154 is dimensioned so that at least part of the leg 208 into the leakage path beyond page 114 120 extends into it such that when the step separator 42 and the channel 50 are coupled together, the leg 208 , at least partially, on the side 104.
    [0024] Im Betrieb versucht Dampf in Normalbetrieb derTurbine 10 von der HD-Stufe 12 zu der MD-Stufe 12 niedrigenDrucks zu strömen.Beim Durchströmen desLeckagewegs 120 trifft der Dampf auf die Dichtungselementinnenfläche 210,währenddie Schenkelaußenfläche 212 wegender Flexibilitätder Scheitel 204 an der Seite 104 anliegt und damit aufdem Schenkel 208 eine Vorspannung gibt. Ein distales Ende 214 desSchenkels 208 blockiert die Dampfströmung aus dem Leckageweg 120 abund leitet den Dampf in einem Bereich 220, der innerhalbder Innenfläche 210 desDichtungselementes 154 definiert ist. Über das Dichtungselement 154 bautsich ein Differenzdruck auf, der davon herrührt, dass Dampf von der ND-Stufe 12 inden Bereich 220 und dem strömungsabwärts von dem Dichtungselement 54 noch mitder MD-Stufe 14 in Verbindung stehendem Leckageweg 120 eingeschlossenist. Der Differenzdruck an dem Dichtungselement bewirkt, dass sich dieSchenkel 206, 208 nach außen zu auf weiten, wodurchder Kontakt zwischen der Außenfläche 212 des Dichtungselementes 154 undder Seite 104 weiter verstärktwird.During operation, steam tries to operate the turbine normally 10 from the HD stage 12 to the MD level 12 to flow at low pressure. When flowing through the leakage path 120 the steam hits the inner surface of the sealing element 210 while the outer leg surface 212 because of the flexibility of the parting 204 rests on the side 104 and thus on the leg 208 there is a bias. A distal end 214 of the thigh 208 blocks the flow of steam from the leakage path 120 and directs the steam in one area 220 that is inside the inner surface 210 of the sealing element 154 is defined. About the sealing element 154 a differential pressure builds up, which results from the steam coming from the LP stage 12 in the area 220 and downstream of the sealing member 54 still with the MD level 14 related leakage path 120 is included. The differential pressure on the sealing element causes the legs 206 . 208 outward too wide, causing contact between the outer surface 212 of the sealing element 154 and the page 104 is further strengthened.
    [0025] 5 isteine schematische Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsformeines beispielhaften Dichtungselementes, das in der in 3 gezeigten Dichtungseinrichtung 122 verwendetwerden kann. Auf Komponenten in 5,die mit in 3 dargestelltenKomponenten identisch sind, wird unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen wiein 3 Bezug genommen.Demgemäß beinhaltetdie Dichtungseinrichtung 122 die in dem Packungsgehäuse 52 ausgebildeteNut 54. Bei einer Ausführungsformkann die Nut 54 in dem Stufentrennelement 42 ausgebildetsein. Das Dichtungselement 154 ist in der Nut 54 angeordnet,wobei das Dichtungselement 154 einen Scheitel 204 aufweist, anden sich ein Paar einander gegenüberliegender Schenkel 206, 208 anschließt, diejeweils von dem Scheitel 204 abgehen. Die Schenkel 206, 208 bilden einenInnenfläche 210 undeine Außenfläche 212. DasDichtungselement 154 ist so bemessen, dass, wenn das Stufentrennelement 42 undder Kanal 50 miteinander gekoppelt sind wenigstens einTeil des Schenkels 208 überdie Seite 114 hinaus in den Leckageweg 120 ragt, derart,dass der Schenkel 208 zumindest teilweise an der Seite104 anliegt. 5 FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an alternative embodiment of an exemplary sealing element shown in the embodiment of FIG 3 sealing device shown 122 can be used. On components in 5 that with in 3 components shown are identical, using the same reference numerals as in 3 Referred. Accordingly, the sealing device includes 122 those in the package case 52 trained groove 54 , In one embodiment, the groove 54 in the step separator 42 be trained. The sealing element 154 is in the groove 54 arranged, the sealing element 154 a vertex 204 has to which a pair of opposing legs 206 . 208 connects, each from the apex 204 depart. The thigh 206 . 208 form an inner surface 210 and an outside surface 212 , The sealing element 154 is dimensioned so that when the step separator 42 and the channel 50 at least part of the leg is coupled to one another 208 beyond page 114 into the leakage path 120 protrudes so that the thigh 208 is at least partially on the side 104.
    [0026] Im Betrieb versucht Dampf im Normalbetrieb derTurbine 10 von der ND-Stufe 12 zu der MD-Stufe 12 niedrigenDruckes zu strömen.Beim Durchströmendes Leckagewegs 120 trifft der Dampf auf die Dichtungselementinnenfläche 210.Die Schenkelaußenfläche 212 liegtwegen der Flexibilitätdes Scheitels 204 an der Seite 104 an und ergibt damiteine Vorspannung auf den Schenkel 208. Ein distales Ende 214 desSchenkels 208 blockiert die Dampfströmung aus dem Leckageweg 120 undleitet den Dampf zu einem Bereich 220 der innerhalb derInnenfläche 210 desDichtungselementes 154 definiert ist. Über das Dichtungselement 154 bautsich ein Differenzdruck auf, der daher rührt, dass Dampf von der Stufe 12 indem Bereich 220 und in dem strömungsabwärts von dem Dichtungselement 154 nochmit der MD-Stufe 14 in Verbindung stehenden Leckageweg 120 eingeschlossenwird. Der Differenzdruck an dem Dichtungselement 154 bewirkt,dass die Schenkel 206, 208 sich nach außen aufweiten,wodurch der Kontakt zwischen der Außenfläche 212 des Dichtungselementes 154 undder Seite 104 verstärktwird.During operation, steam tries to operate the turbine in normal operation 10 from the ND stage 12 to the MD level 12 to flow at low pressure. When flowing through the leakage path 120 the steam hits the inner surface of the sealing element 210 , The outer leg surface 212 lies because of the flexibility of the crown 204 on the side 104 and thus results in a preload on the leg 208 , A distal end 214 of the thigh 208 blocks the flow of steam from the leakage path 120 and directs the steam to an area 220 the inside of the inner surface 210 of the sealing element 154 is defined. About the sealing element 154 a differential pressure builds up, which stems from the steam coming off the step 12 in that area 220 and in the downstream of the sealing element 154 still with the MD level 14 related leakage path 120 is included. The differential pressure at the sealing element 154 causes the thighs 206 . 208 expand outwards, causing contact between the outer surface 212 of the sealing element 154 and the page 104 is reinforced.
    [0027] Die im Vorstehenden beschriebeneTurbinengehäusedichtungseinrichtungist kostengünstig undsehr zuverlässig.Die Dichtungseinrichtung weist ein Dichtungselement auf, das unterVerwendung der finite Elementerechnung im Sinne einer Optimierung einesQuerschnitts des Dichtungselementes so konstruiert ist, dass dieAbsenkung der Dampfleckage durch einen inneren Leckageweg in derTurbine unterstütztwird. Demzufolge trägtdie Turbinengehäusedichtungseinrichtungin kostengünstigerund zuverlässigerWeise zur Verringerung der Dampfleckage in einer Turbine bei.The turbine housing sealing device described above is inexpensive and very reliable. The sealing device has a sealing element that is designed using finite element calculation in the sense of optimizing a cross section of the sealing element in such a way that the lowering of the steam leakage is supported by an internal leakage path in the turbine. As a result, the turbine housing sealing device contributes to reducing the steam leakage in an inexpensive and reliable manner ge in a turbine.
    [0028] Beispielhafte Ausführungsformenvon Turbinengehäusedichtungsanordnungensind im Vorstehenden im Detail beschrieben. Die Einrichtungen sindnicht auf die speziellen hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, vielmehrkönnenKomponenten des Systems unabhängigvoneinander und getrennt von anderen hier beschriebenen Komponentenverwendet werden. Jede Komponente der Turbinengehäuseabdichtungseinrichtungkann auch in Kombination mit anderen Komponenten der Turbinengehäuseabdichtungseinrichtungverwendet werden.Exemplary embodimentsof turbine housing seal assembliesare described in detail above. The facilities arenot limited to the specific embodiments described here, but rathercanSystem components independentfrom each other and separately from other components described herebe used. Each component of the turbine housing sealing devicecan also be used in combination with other components of the turbine housing sealing devicebe used.
    [0029] Wenngleich die Erfindung anhand verschiedenerspezieller Ausführungsformenbeschrieben worden ist, so versteht sich für den Fachmann doch, dass dieErfindung mit Abwandlungen im Rahmen des Schutzbereiches der Patentansprüche praktisch ausgeführt werdenkann.Although the invention is based on variousspecial embodimentshas been described, it is understood for the skilled person that theInvention can be practiced with modifications within the scope of the claimscan.
    1010 Dampfturbinesteam turbine 1212 ND-StufeLP stage 1313 ObereGehäusehälfteUpperhousing half14 14 MD-StufeMD-stage 1515 UntereGehäusehälfteLowerhousing half 1616 Außengehäuseouter casing 1818 Mittelabschnittmidsection 2020 HochdruckdampfeinlassHigh pressure steam inlet 2222 AchslagerAchslager 2626 MitteldruckdampfeinlassMedium pressure steam inlet28 28 AchslagerAchslager 3030 DampfdichtungseinheitSteam sealing unit 3232 DampfdichtungseinheitSteam sealing unit42 42 Ringförmiges StufentrennelementAnnular step separator44 44 Rotorwellerotor shaft46 46 ND-StufenzwischenkranzND-stage intermediate ring48 48 MD-StufendüsenkranzMD-stage nozzle ring 5050 Kanalchannel 5252 Packungsgehäuse packing case54 54 Dichtungsnutseal groove 5757 Fläche area58 58 Längsachselongitudinal axis 5959 Flächearea 6060 Wellewave102 102 ErsteSeiteFirstpage 104104 Dichtseite sealing side 106106 VerbindungsseiteLinks page 112112 ErsteSeiteFirstpage114 114 Dichtseitesealing side116 116 VerbindungsseiteLinks page117 117 Spaltgap 118118 Spaltgap 119119 Spaltgap120 120 DampfströmungsleckagewegDampfströmungsleckageweg 122122 Dichtungseinrichtungseal means 154154 Dichtungselementsealing element 201201 Nuttiefegroove depth 202202 Nutbreitegroove width 204204 Scheitelvertex206 206 Schenkelleg 208208 Schenkelleg 210210 InnenflächeInner surface 212212 Außenflächeouter surface214 214 DistalesEndedistalThe End220 220 BereichArea 402402 Dichtungselementsealing element 502502 Dichtungselementsealing element
    权利要求:
    Claims (6)
    [1]
    Dichtungseinrichtung (122) zum Abdichteneines Leckagewegs (122), wobei die Dichtungseinrichtungaufweist: – einein einem Kanal (50) ausgebildete Nut (54); – ein indem Kanal derart angeordnetes Trennelement (42), dass einzwischen dem Trennelement und dem Kanal ausgebildeter Spalt (117, 118,119)einen Leckageweg bildet; und – ein Dichtungselement (154),das wenigstens teilweise in der Nut verläuft und so angeordnet ist,dass es eine Strömungdurch den Leckageweg im Wesentlichen verhindert.Sealing device ( 122 ) for sealing a leakage path ( 122 ), the sealing device comprising: - one in a channel ( 50 ) formed groove ( 54 ); A separating element arranged in the channel ( 42 ) that a gap formed between the separating element and the channel ( 117 . 118 . 119 ) forms a leakage path; and - a sealing element ( 154 ), which runs at least partially in the groove and is arranged such that it essentially prevents flow through the leakage path.
    [2]
    Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der dieNut in dem Trennelement ausgebildet ist.Sealing device according to claim 1, wherein theGroove is formed in the separating element.
    [3]
    Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der derLeckageweg zwischen benachbarten Stufen einer Turbine (10)ausgebildet ist.Sealing device according to claim 1, wherein the leakage path between adjacent stages of a turbine ( 10 ) is trained.
    [4]
    Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der derKanal in einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Verlängerung(42) eines Turbineninnengehäuses ausgebildet ist.Sealing device according to claim 1, wherein the channel in a circumferentially extending extension ( 42 ) a turbine inner housing is formed.
    [5]
    Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der dasDichtungselement eine Anzahl längsdes Umfangs angeordnete Segmente aufweist.Sealing device according to claim 1, wherein theSealing element a number lengthwayshas circumferentially arranged segments.
    [6]
    Dichtungseinrichtung nach Anspruch 5, bei der dasDichtungselement ein Paar im Wesentlichen halbkreisförmiger Abschnitteaufweist.Sealing device according to claim 5, wherein theSealing element a pair of substantially semicircular sectionshaving.
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    2013-05-16| R020| Patent grant now final|Effective date: 20130209 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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