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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wellendichtungsmechanismus
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, der für
eine Welle großer Turbomaschinen,
wie z.B. von Gasturbinen, Dampfturbinen, Kompressoren, Pumpen etc.
geeignet ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Turbine,
die Bewegungskraft durch Umwandlung der Wärmeenergie eines Fluids in
kinetische Drehenergie erzeugt, und auf einen Wellendichtungsmechanismus
hierfür.
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Stand der Technik
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Allgemein
ist ein Wellendichtungsmechanismus um die Welle einer Gasturbine
oder Dampfturbine herum angeordnet, um die Menge an von der Hochdruckseite
der Welle zur Niederdruckseite der Welle ausströmendem Gas zu verringern.
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12 zeigt
eine Blatt- bzw. Lamellendichtung 1 als ein Beispiel eines
herkömmlichen
Wellendichtungsmechanismus. Ein solcher Wellendichtungsmechanismus,
auf dem der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht, ist aus EP-A-1013975
bekannt. Die Blattdichtung 1 besteht aus planaren Platten 3,
von denen jede eine vorbestimmte Breite aufweist, und die entlang
der Achse der Drehwelle 2 angeordnet sind.
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Das äußere Ende
jeder planaren Platte 3 ist an einem Gehäuse 5 durch
ein Hartlötteil 4 angelötet. Das
innere Ende jeder planaren Platte 3 kontaktiert die Umfangsfläche der
Welle 2 mit einem vorbestimmten Druck. Wie in 12 und 13 gezeigt ist,
ist der Winkel zwischen jeder planaren Platte 3, deren
inneres Ende mit der Welle 2 in Kontakt kommt, und die
Umfangsfläche
der Welle 2, die eine durch einen Pfeil d angedeutete Drehrichtung
aufweist, ein spitzer Winkel.
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Die
planaren Platten 3 sind so am Gehäuse befestigt und dichten die
Umfangsfläche
der Welle 2 so ab, dass der Bereich um die Welle 2 in
einen Hochdruckbereich und einen Niederdruckbereich unterteilt ist.
Das Gehäuse 5 besteht
aus einem ersten Ablenkblech 7 auf der Hochdruckseite der
planaren Platten 3 und einem zweiten Ablenkblech 8 auf
der Niederdruckseite der planaren Platten 3, die so angeordnet
sind, dass sie die planaren Platten untereinander halten und die
Wirkung des Hochdrucks führen bzw.
leiten.
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Bei
der so aufgebauten Blattdichtung 1 driftet das innere Ende
jeder planaren Platte 3 von der Umfangsfläche der
Welle 2 infolge des von der Drehung der Welle 2 bewirkten
dynamischen Drucks weg, so dass die inneren Enden der planaren Platten 3 nicht mit
der Umfangsfläche
der Welle 2 in Kontakt kommen, was auch einen Verschleiß verhindert.
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Die
obige Blattdichtung 1 weist jedoch das folgende Problem
auf.
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Der
von der Welle 2 bewirkte dynamische Druck lässt die
planaren Platten 3 von der Umfangsfläche der Welle 2 wegdriften,
so dass ein Verschleiß und
eine Erwärmung
infolge der Reibung zwischen den planaren Platten 3 und
der Welle 2 verhindert wird. Das erste Ablenkblech 7 und
das zweite Ablenkblech 8 sind so angeordnet, dass der Zwischenraum
zwischen dem ersten Ablenkblech 7 der Hochdruckseite und
jeder der planaren Platten 3 der gleiche ist wie der Zwischenraum
zwischen dem zweiten Ablenkblech 8 auf der Niederdruckseite
und jeder der planaren Platten 3; jede planaren Platte 3 ist
jedoch einem Druck von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite ausgesetzt,
der sie zu dem radialen Zentrum der Welle 2 hin verformt,
was es erschwert, den kontaktlosen Schwebe- bzw. Driftzustand zwischen dem
inneren Ende der planaren Platte 3 und der Achse 2 aufrechtzuerhalten.
Um die obigen Probleme zu überwinden,
ist ein Mechanismus vorgeschlagen worden, bei dem ein flexibles
Seitenblatt zwischen jeder planaren Platte 3 und dem ersten
Ablenkblech 7 angeordnet ist. Der Außenumfang des Seitenblatts ist
an dem ersten Ablenkblech 7 durch Punktschweißung angeschweißt. Das
Seitenblatt der obigen Blattdichtung verbiegt sich, wenn Druck auf
die Hochdruckseite aufgebracht wird, in der Axialrichtung der Welle 2 und
berührt
die Seitenkante der planaren Platten 3, und der Zwischenraum
zwischen den planaren Platten 3 und dem ersten Ablenkblech 7 wird kleiner
als der Zwischenraum zwischen den planaren Platten 3 und
dem zweiten Ablenkblech 8. Daher strömt durch den Zwischenraum zwischen
der Welle 2 und dem ersten Ablenkblech 7 strömendes Gas von
den inneren Enden der planaren Platten 3 zu den äußeren Enden
der planaren Platten 3, und die planaren Platten 3 schweben
auf dem strömenden
Gas.
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Die
obige Blattdichtung mit dem Seitenblatt weist jedoch das folgende
Problem auf.
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Da
das Seitenblatt der obigen Abdichtung am ersten Ablenkblech 7 befestigt
ist, wirkt eine Biegekraft auf den Umfang des Seitenblatts, wenn
sich dieses zu dem Niederdruckbereich hin biegt. Da der Umfang des
Seitenblatts an dem ersten Ablenkblech durch Punktschweißung angeschweißt ist und
die Festigkeit der Punktschweißung
relativ gering ist, kann sich das Seitenblatt von dem ersten Ablenkblech 7 infolge
der vorübergehenden
Biegekraft, die auf den Umfang des Seitenblatts einwirkt, trennen, und
die Abdichtleistung kann ungenügend
werden.
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Ein
weiterer Wellendichtungsmechanismus nach dem Stand der Technik gemäß Art. 54(3)
EPC ist in EP-A-1231416 offenbart.
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Abriss der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der obigen Probleme getätigt worden
und versucht, ein Entweichen von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite
zu reduzieren. Die vorliegende Erfindung versucht auch, einen Wellendichtungsmechanismus und
eine Turbine zu erhalten, die eine gute Abdichtleistung auch bei
hohen Druckgefällen
aufrechterhalten.
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Der
Wellendichtungsmechanismus der vorliegenden Erfindung umfasst einen
Mechanismus, welcher eine Fehlströmung entlang einer Achse bzw. Welle
durch einen zylindrischen Raum zwischen einem stationären Abschnitt
und der Welle verhindert und Gehäuse
umfasst, die innerhalb des stationären Abschnitts gehaltert sind,
mehrere planare Platten, die zueinander in der Umfangsrichtung der
Welle beabstandet sind, wobei jede von ihnen an den Gehäusen befestigt
und so positioniert ist, dass ein inneres Ende jeder planaren Platte
einen spitzen Winkel mit einer Umfangsfläche der Welle bildet und mit
der Umfangsfläche
der Welle über
eine vorbestimmte Länge in
einer Axialrichtung in Kontakt steht, eine hochdruckseitige Platte,
die auf einer Hochdruckseite der planaren Platten angeordnet ist,
und eine niederdruckseitige Platte, die auf einer Niederdruckseite der
planaren Platten angeordnet ist, so dass die planaren Platten dazwischen
gehalten werden, und eine flexible Platte, die zwischen den planaren
Platten und der hochdruckseitigen Platte angeordnet ist und in der
Axialrichtung flexibel ist, wobei die flexible Platte an jeder der
planaren Platten befestigt ist.
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Bei
dem obigen Wellendichtungsmechanismus ist in einer Schnittansicht,
die entlang einer zu der planaren Platte senkrechten virtuellen
Ebene vorgenommen ist, die Oberfläche jeder planaren Platte, die
der Welle gegenüberliegt,
als Bodenfläche
bezeichnet, und die andere Oberfläche jeder planaren Platte ist
als obere Oberfläche
bezeichnet. Bei dieser Schnittansicht entlang der virtuellen Ebene
ist der Gasdruck, der auf die Bodenfläche der planaren Platte einwirkt,
höher als
der Gasdruck, der auf die obere Oberfläche der planaren Platte einwirkt,
wodurch das innere Ende jeder planaren Platte schwebt und die Welle
nicht berührt.
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Da
ein Gas, auf das Druck von einer Hochdruckseite aufgebracht wird,
dazu tendiert, zu der Niederdruckseite hin zu driften, und da die
flexible Platte zwischen jeder planaren Platte und der hochdruckseitigen
Platte angeordnet ist und der Raum zwischen jeder planaren Platte
und der hochdruckseitigen Platte kleiner ist als der Zwischenraum zwischen
jeder planaren Platte und der niederdruckseitigen Platte, strömt Gas von
dem Zwischenraum zwischen der hochdruckseitigen Platte und jeder
planaren Platte in einer diagonalen Richtung entlang der oberen
und unteren Oberfläche
der planaren Platten, und ein Niederdruckbereich erstreckt sich
bis zum äußeren Ende
jeder planaren Platte. Die Verteilung des Gasdrucks, der auf die
oberen und unteren Oberflächen
jeder planaren Platte einwirkt, in einem senkrecht zu der Breite
jeder planaren Platte vorgenommenen Schnitt betrachtet, bildet eine
Dreiecksform, wobei der Gasdruck dazu tendiert, vom inneren Ende jeder
planaren Platte zum äußeren Ende
jeder planaren Platte hin geringer zu werden. Die Verteilung des Gasdrucks
auf der oberen Oberfläche
ist annähernd die
gleiche wie die Struktur des Gasdrucks auf die Bodenfläche. Jede
planare Platte ist jedoch in Bezug auf die Umfangsfläche der
Welle geneigt, und daher verschiebt sich die Struktur des Gasdrucks
auf die obere Oberfläche
in Bezug auf die Struktur des Gasdrucks auf die Bodenfläche, und
es tritt ein Gasdruckgefälle
zwischen einer Oberfläche
der planaren Platte und der anderen Oberfläche der planaren Platte an einem
gegebenen Punkt auf der Oberfläche
auf.
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Der
Gasdruck Fb, der auf die Bodenfläche der
planaren Platte einwirkt, ist höher
als der Gasdruck Fa, der auf die obere Oberfläche der planaren Platte einwirkt,
wodurch eine Kraft vorhanden ist, die jede planaren Platte von der
Welle wegrücken
lässt. Da
das innere Ende der planaren Platte abgefast ist, gibt es keine
Oberfläche,
um den Gasdruck nahe dem inneren Ende der Bodenfläche der
planaren Platte aufzunehmen, sondern nur die obere Oberfläche der
planaren Platte nimmt den Gasdruck nahe dem inneren Ende der planaren
Platte auf. Die Kraft, die so auf die obere Oberfläche der
planaren Platte einwirkt, wird jedoch durch den Druck Fc aufgrund des
Gases, das zwischen dem inneren Ende der planaren Platte und der
Umfangsfläche
der Welle strömt,
aufgehoben. Somit beträgt
die Gesamtkraft infolge des Gasdrucks (Fb + Fc) > Fa, und daher verbiegt sich ihre planaren
Platte, so dass sie von der Umfangsfläche der Welle wegdriftet.
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Da
die flexible Platte an den planaren Platten befestigt ist, nimmt
die Bewegung in der flexiblen Platte entlang der Welle im Vergleich
zu dem Fall ab, bei dem die flexible Platte an der hochdruckseitigen Platte
befestigt ist, und eine Verformung am Außenumfang der flexiblen Platte
nimmt ab, so dass die flexible Platte nicht von den planaren Platten
getrennt wird. Infolgedessen kann der Wellendichtungsmechanismus
seine Abdichtleistung bei einem hohen Differentialdruck beibehalten.
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In
dem Wellendichtungsmechanismus kann die äußere Umfangsfläche der
flexiblen Platte an jede der planaren Platten angeschweißt sein
bzw. werden.
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Da
die flexible Platte fest mit den planaren Platten verbunden ist,
wird verhindert, dass sich die flexible Platte von der planaren
Platte infolge einer Biegekraft aufgrund eines Differentialdrucks
zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite ablöst.
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Bei
dem Wellendichtungsmechanismus kann die flexible Platte in einen
Ausnehmungsabschnitt eingesetzt werden, der in jeder der planaren Platten
ausgebildet ist.
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Da
die flexible Platte an den planaren Platten durch Einsetzen in den
Ausnehmungsabschnitt befestigt ist, ist es nicht notwendig, die
planare Platte und die flexible Platte zur Montage zu erwärmen. Dies
verhindert, dass die flexible Platte und die planaren Platten, die
so montiert sind, einer Wärmeverformung
oder einer Beschädigung
ausgesetzt sind, und eine Verschlechterung der Abdichtleistung wird verhindert.
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Der
Wellendichtungsmechanismus kann auch einen Mechanismus umfassen,
der eine Fluidströmung
entlang der Welle durch den zylindrischen Zwischenraum zwischen
einem statischen Abschnitt und der Welle verhindert, und umfasst
Gehäuse,
die innerhalb des statischen Abschnitts gehaltert sind, mehrere
planare Platten, die zueinander in der Umfangsrichtung der Welle
beabstandet sind, wobei das äußere Ende
jeder Platte an den Gehäusen
befestigt ist, und das innere Ende jeder Platte in Gleitkontakt mit
der Umfangsfläche
der Welle unter einem spitzen Winkel über eine vorbestimmte Länge der
Welle steht, eine niederdruckseitige Platte, die auf einer Niederdruckseite
der Welle angeordnet ist, und eine hochdruckseitige Platte, die
auf einer Hochdruckseite der Welle angeordnet ist, welche die planaren
Platten dazwischen haltern, eine flexible Platte, die zwischen den
planaren Platten und der hochdruckseitigen Platte angeordnet ist
und in einer Axialrichtung der Welle flexibel ist, wobei die flexible
Platte einen Vorsprungsabschnitt umfasst, der zwischen dem Gehäuse und
den planaren Platten gehalten ist.
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Da
die flexible Platte zwischen jeder der planaren Platten und der
hochdruckseitigen Platte angeordnet sein kann, indem der Vorsprungsabschnitt
der flexiblen Platte zwischen den Gehäusen und den planaren Platten
vorgesehen wird, wenn die äußeren Enden
der planaren Platten an den Gehäusen
befestigt werden, wird eine Verformung und eine Beschädigung infolge
einer Erwärmung
und von bei der Herstellung aufgebrachten Kräften sowie eine Verschlechterung
der Abdichtleistung des Wellendichtungsmechanismus verhindert.
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In
dem Wellendichtungsmechanismus ist es möglich, dass die flexible Platte
eine Seitenkante jeder der planaren Platten kontaktiert. Da die
flexible Platte die Seitenkanten jeder der planaren Platten kontaktiert
und von jeder planaren Platte gehaltert ist, wird die Kraft, die
auf den Außenumfang
der flexiblen Platte einwirkt, geringer. Die auf diese Weise gehalterte
flexible Platte wird an einer Lostrennung von den planaren Platten
gehindert, und die Abdichtleistung wird auch bei hohen Drücken beibehalten.
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Eine
Turbine, die Wärmeenergie
in kinetische Drehenergie durch Einblasen eines Hochdruck- und Hochtemperaturfluids
umwandelt, welches auf eine Laufschaufel in einem Gehäuse strömt, kann eine
Turbine umfassen, die irgendeinen der obigen Wellendichtungsmechanismen
enthält.
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Da
die Turbine den Wellendichtungsmechanismus umfasst, welcher die
Menge an ausströmendem
Gas auch bei hohen Differentialdrücken verringert, ist es möglich, den
Energieverlust infolge einer Leckage zu minimieren.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
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2 eine
perspektivische Schrägansicht der
Blattdichtung (Wellendichtungsmechanismus) der ersten Ausführungsform,
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3 eine
Schnittansicht längs
der Achse der Blattdichtung der ersten Ausführungsform,
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4 eine
weitere Schnittansicht längs
der Achse der Blattdichtung der ersten Ausführungsform,
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5 eine
Schnittansicht längs
der Linie B-B der Blattdichtung der ersten Ausführungsform,
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6 eine
Schnittansicht längs
der Achse der Blattdichtung der zweiten Ausführungsform,
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7 eine
Schnittansicht längs
der Achse der Blattdichtung der dritten Ausführungsform,
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8 eine
Schnittansicht längs
der Achse der Blattdichtung der vierten Ausführungsform,
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9 eine
perspektivische Schrägansicht einer
flexiblen Platte der vierten Ausführungsform,
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10 eine
Schnittansicht längs
der Achse der Blattdichtung der fünften Ausführungsform,
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11 eine
perspektivische Schrägansicht einer
flexiblen Platte der fünften
Ausführungsform,
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12 eine
perspektivische Schrägansicht eines
herkömmlichen
Wellendichtungsmechanismus, und
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13 eine
Schnittansicht des herkömmlichen
Wellendichtungsmechanismus.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Nachstehend
werden Ausführungsformen
eines Wellendichtungsmechanismus und von Turbomaschinen, welche einen
Wellendichtungsmechanismus enthalten, beschrieben. Die Erfindung
ist jedoch nicht speziell hierauf beschränkt. Die Erfindung wird durch
Bezugnahme auf eine Ausführungsform
einer Gasturbine erläutert,
die Erfindung ist jedoch nicht auf Gasturbinen begrenzt und kann
auch auf andere Arten von Turbinen angewandt werden.
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Im
folgenden wird die erste Ausführungsform mit
Bezug auf 1-7 erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht einer Gasturbine. In 1 bezeichnet
die Bezugsziffer 20 einen Kompressor, die Bezugsziffer 21 gibt
eine Brennkammer an, und die Bezugsziffer 22 bezeichnet
eine Turbine. Der Kompressor 20 saugt Luft an und komprimiert
die angesaugte Luft. Ähnlich
wie bei einer herkömmlichen
Turbine ist der Kompressor 20 mit der Turbine 22 über eine
Welle 23 verbunden und wird durch einen Teil einer Antriebskraft
angetrieben, die von der Turbine 22 erzeugt wird. Die Brennkammer 21 verbrennt
den Brennstoff, der mit der in dem Kompressor 20 komprimierten
Luft vermischt ist. Die Turbine wird durch die Expansion des Verbrennungsgases
(Fluids) angetrieben, das in der Brennkammer 21 entsteht.
Im einzelnen treibt das expandierende Verbrennungsgas dynamische
Schaufeln 23e an, die an der Welle 23 so befestigt
sind, dass sie die Wärmeenergie
des Verbrennungsgases in kinetische Energie zur Drehung der Welle 23 umwandeln.
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Außer den
dynamischen Schaufeln bzw. Laufschaufeln 23e besteht die
Turbine 22 aus statischen Schaufeln bzw. Leitschaufeln 24a,
die an einem Gehäuse 24 befestigt
sind. Die dynamischen Schaufeln 23e und die statischen
Schaufeln 24a sind nacheinander positioniert. Die dynamischen
Schaufeln 23e treiben die Welle 23 durch Aufnahme
des Drucks des Verbrennungsgases an, welches entlang der Welle 23 strömt. Die
Welle 23 überträgt die Drehenergie
an einen axialen Endabschnitt der Welle 23. Eine Blattdichtung 25 ist
zwischen den statischen Schaufeln 24a und der Welle 23 als
Wellendichtungsmechanismus angeordnet, der das Entweichen des Verbrennungsgases
verhindert, welches von einer Hochdruckseite der Welle 23 zu
einer Niederdruckseite der Welle 23 über kreisförmige Hohlräume zwischen den statischen
Schaufeln 24a und der Welle 23 strömt.
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Wie
in 2 gezeigt ist, besteht die Blattdichtung 25 aus
einem Paar Gehäusen 26,
die durch die Innenseite der statischen Schaufel 24a gehaltert sind,
und mehreren planaren Platten 28, die durch einen Zwischenraum 27 um
die Welle 23 herum getrennt ausgerichet sind.
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Eines
der Paare von Gehäusen 26 hat
eine hochdruckseitige Platte 29, welche die Richtung des Gases
auf eine Hochdruckseite der planaren Platte 28 leitet,
und das andere des Paars von Gehäusen 26 hat
eine niederdruckseitige Platte 30, die ebenfalls die Richtung
des Gases auf eine Niederdruckseite der planaren Platte der planaren
Platte 28 leitet.
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Das äußere Ende 28a jeder
planaren Platte 28 ist an den Innenseiten des Paars von
Gehäusen 26 befestigt,
und das innere Ende 28b jeder planaren Platte 28 berührt eine
Umfangsfläche 23a des
Gehäuses 23,
so dass es entlang der Umfangsfläche 23a gleitet.
Der Winkel zwischen der planaren Platte 28 und der Umfangsfläche 23a ist
spitz. Jede planare Platte 28 ist in Richtungen innerhalb
ihrer Ebene starr, ist aber in einer Richtung, die senkrecht zu
der Ebene ist, flexibel. Mit anderen Worten wird die planare Platte 28 nicht
ohne weiteres in einer Richtung parallel zu der Welle gebogen, sondern
kann leicht in eine Richtung tangential zu der Welle gebogen werden.
Eine flexible Platte 31, die in einer Richtung senkrecht
zu der Flexibilität
der planaren Platten 28 Flexibilität aufweist, ist zwischen den
planaren Platten 28 und der hochdruckseitigen Platte 29 angeordnet.
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3 ist
eine Schnittansicht längs
des Pfeils A der Blattdichtung 25. Wie in 3 gezeigt
ist, haben die Querschnitte des kombinierten Paars von Gehäusen 26 und
der planaren Platte 28 eine T-Form.
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Das äußere Ende
der flexiblen Platte 31 ist starr am unteren Ende des Kopfabschnitts
H der planaren Platte 28, die eine T-Form aufweist, befestigt. Die
flexible Platte 31 berührt
die Seitenkante 33 jeder Platte 28. Die flexible
Platte 31 kann durch Druck von der Hochdruckseite angehoben
werden und berührt die
Seitenkanten 33 der planaren Platten 28 und wird durch
die Seitenkanten 33 gehaltert. Der Raum 34 auf
der Hochdruckseite zwischen der hochdruckseitigen Platte 29 und
der flexiblen Platte 31 ist schmäler als der Raum 35 an
der Niederdruckseite zwischen der niederdruckseitigen Platte 30 und
den planaren Platten 28.
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Wie
in den 4 und 5 gezeigt ist, strömt das Gas
g, das einem Druck von dem Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich
ausgesetzt ist, da der Raum 34 auf der Hochdruckseite schmäler ist als
der Raum 35 auf der Niederdruckseite, breit entlang der
oberen Oberfläche 36 und
entlang der Bodenfläche 37 jeder
planaren Platte 28, und der Niederdruckbereich erstreckt
sich bis zum äußeren Ende 28a.
Mit anderen Worten haben die Verteilungsmuster 40a des
Gasdrucks an der oberen Oberfläche
und der unteren Oberfläche 37 der
planaren Platten 28 Dreieckform, wobei der Gasdruck an
der Ecke r1 am größten ist,
die sich am inneren Ende 28b der planaren Platte 28 befindet
und der hochdruckseitigen Platte 29 zugewandt ist, und
der Gasdruck wird an der diagonal gegenüberliegenden Ecke r2 geringer.
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Im
einzelnen passiert das Gas g aus dem Hochdruckbereich zwischen dem
inneren Ende 28b der planaren Platten 28 und der
Umfangsfläche 23a der
Welle 23 und strömt
entlang der oberen Oberfläche 36 und
der Bodenfläche 37 der
dünnen
Platten 28 zu dem Niederdruckbereich. Daher expandiert
ein Strom des Gases, das in einen Zwischenraum zwischen der hochdruckseitigen
Platte 29 und der Umfangsfläche 23a der Welle 23 strömt, in der
Radialrichtung von der Ecke r1 zur Ecke r2, und der Niederdruckbereich
expandiert nach vorne zum äußeren Ende 28a hin.
Wie in 5 gezeigt ist, weist die Druckstruktur 40b von
Gas, das senkrecht zu der oberen Oberfläche 36 der planaren
Platte 28 strömt, und
die Druckstruktur 40c von Gas, das senkrecht zu der Bodenfläche 37 der
planaren Platte 28 strömt, eine
Dreiecksform auf, bei der der Druck nahe dem inneren Ende der planaren
Platte 28 höher
ist und nahe dem äußeren Ende
der planaren Platte 28 niedriger ist.
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Die
Druckstruktur 40b an der oberen Oberfläche 36 ist annähernd die
gleiche wie die Druckstruktur 40c an der Bodenfläche 37.
Die planaren Platten 28 sind jedoch in Bezug auf die Umfangsfläche 23a der
Welle 23 geneigt, so dass sie einen spitzen Winkel bilden,
und deshalb werden die Druckstrukturen 40b und 40c in
Bezug aufeinander um eine Strecke s1 verschoben. An einem Punkt
der planaren Platte zwischen dem äußeren Ende 28a und dem
inneren Ende 28b ist der auf die Bodenfläche 37 einwirkende
Druck Fb höher
als der auf die obere Oberfläche 36 einwirkende
Druck Fa, und deshalb wird eine Kraft ausgeübt, welche die planaren Platten 28 verbiegt,
so dass die planaren Platten 28 zum Abdriften von der Umfangsfläche 23a der
Welle 23 gebracht werden.
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Da
die Innenkante der planaren Platte 28 abgefast ist, so
dass sie eine Ebene 38 zur Berührung mit der Umfangsfläche 23a bildet,
wirkt demgegenüber
eine Kraft infolge des Gasdrucks nur auf die obere Oberfläche 36 in
der Umgebung des äußeren Endes 28a der
planaren Platte 28. Da der Druck des Gases, welches zwischen
der Umfangsfläche 23a der
Welle 23 und dem inneren Ende 28b der planaren
Platte 28 strömt,
eine Kraft Fc erzeugt, welche das innere Ende 28b der planaren
Platte 28 von der Umfangsfläche 23a wegdriften
lässt,
wird die auf die obere Oberfläche 36 einwirkende
Kraft aufgehoben und es besteht keine Kraft, welche das äußere Ende 28a der
planaren Platte 28 zu der Umfangsfläche 23a der Welle 23 hin
verschiebt. Die Kräfte
Fa, Fb und Fc, die auf jede planare Platte 28 einwirken,
können durch
die Gleichung (Fb + Fc) > Fa
ausgedrückt
werden, und daher können
die planaren Platten 28 so verbogen werden, dass sie von
der Umfangsfläche 23a wegdriften.
Die planaren Platten 28 nach diesem Aufbau können in
einem Nicht-Berührungszustand gehalten
werden, bei dem das äußere Ende 28a von der
Umfangsfläche 23a infolge
des Druckgefälles zwischen
der oberen Oberfläche 36 und
der Bodenfläche 37 wegdriftet.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zur Montage des Gehäuses 25 erläutert.
- (i) Ausrichten der planaren Platten 28,
die durch Abdecken und Ätzen
gebildet werden, und voneinander um einen Zwischenraum 27 entlang
dem Umfang der Welle 23 getrennt sind.
- (ii) Löten
jedes äußeren Endes 28a jeder
Platte 28, so dass eine planare Platte 28 mit
einer anderen planaren Platte 28 verbunden wird.
- (iii) Anschweißen
des Bodenendes des Kopfabschnitts H an dem Umfang der flexiblen
Platte 31.
- (iv) Ausrichten eines Paars getrennter Gehäuse 26 über der
Niederdruckseite jeder planaren Platte 28 und der flexiblen
Platte 31, so dass die planaren Platten 28 und
die flexible Platte 31 durch das Paar von Gehäusen 26 umschlossen
ist.
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Außer dem
Löten der äußeren Enden 28c der
planaren Platten 28 ist es möglich, einen Seitenabschnitt
des äußeren Endes 28c der
planaren Platten 28 zu löten.
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Da
die so aufgebaute Blattdichtung 25 die flexible Platte 31 aufweist,
die den Hochdruckraum 34 zwischen der hochdruckseitigen
Platte 29 und jeder der planaren Platten 28 kleiner
macht als den Niederdruckraum 35 zwischen der niederdruckseitigen
Platte 30 und jeder der planaren Platten 28, tritt ein
Druckgefälle
zwischen der Oberseite 36 und der Unterseite 37 jeder
planaren Platte 37 auf [Fa < (Fb + Fc)], und infolgedessen kann
jedes der inneren Enden 28b der planaren Platten 28 von
der Umfangsfläche
der Welle 23 wegdriften, so dass kein Kontakt zwischen
den planaren Platten 28 und der Umfangsfläche 23a der
Welle 23 besteht. Daher wird ein Überhitzen und ein Verschleiß der planaren
Platten 28 und der Welle 23 verhindert.
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Da
die flexible Platte 31 an den flexiblen planaren Platten 28 befestigt
ist, die sich entsprechend der Verformung der flexiblen Platte 31 leicht
bewegen können,
kann die flexible Platte 31 einfach entlang der Welle 23 gebogen
werden, und die auf den Umfang der flexiblen Platte 31 einwirkende
Biegekraft wird so reduziert, dass die flexible Platte 31 im
Vergleich zu dem Fall, bei dem die flexible Platte 31 an der
starren hochdruckseitigen Platte 29 angelötet ist, nicht
in Bezug auf die planaren Platten 28 verschoben wird. Da
ferner die flexible Platte 31 starr an den planaren Platten 28 durch
Löten befestigt
ist, wird ferner die flexible Platte nicht leicht von den planaren Platten 28 durch
eine Biegekraft getrennt, die auf das Druckgefälle zwischen dem Hochdruckbereich
und dem Niederdruckbereich zurückzuführen ist.
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Die
flexible Platte 31 wird von allen planaren Platten 28 durch
Kontaktnahme ihrer Seitenkanten 33 gehaltert, und daher
ist die Kraft, welche den Außenumfang
der flexiblen Platte 31 verbiegt, reduziert und eine Verschiebung
der flexiblen Platte 31 wird verhindert. Gemäß der so
aufgebauten flexiblen Platte 31 behält die Blattdichtung ihre Abdichtleistung auch
bei hohen Differentialdrücken
bei.
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Es
ist nicht nötig,
die planaren Platten 28 zu modifizieren oder zu bearbeiten,
um die flexible Platte 31 an den planaren Platten 28 anzubringen.
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Eine
Gasturbine, die aus dem auf diese Weise aufgebauten Gehäuse 25 besteht,
kann ihre Abdichtleistung beibehalten und hat daher einen verringerten
Energieverlust infolge eines Entweichens von Gas.
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Nachstehend
werden weitere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erläutert.
Die Ausführungsformen
werden so erläutert,
dass spezifischen Themen Priorität
gegeben wird, und die gleichen Bezugsziffern werden für die Elemente
der vorliegenden Ausführungsformen
benutzt, die zu denjenigen der ersten Ausführungsform äquivalent sind, und Erläuterungen
der äquivalenten
Elemente entfallen. Da die Gasturbinen der folgenden Ausführungsformen
die gleichen wie die der ersten Ausführungsform sind, entfallen
Erläuterungen
für die
Gasturbine.
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6 zeigt
eine Schnittansicht der Blattdichtung 25 der zweiten Ausführungsform
entlang der Welle 23. Ein Ausnehmungsabschnitt 41 ist
in jedem Bodenabschnitt des hochdruckseitigen Kopfs H der planaren
Platten 28 ausgebildet. Der Außenumfang der flexiblen Platte 41 wird
in den Ausnehmungsabschnitt 41 so eingefügt, dass
darin befestigt wird.
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Der
Ausnehmungsabschnitt 41 wird festgezogen, sobald der Außenumfang
der flexiblen Platte 31 in die Ausnehmungsabschnitte 41 eingesetzt
worden ist, so dass die flexible Platte 31 fest mit jeder
der planaren Platten 28 verbunden ist.
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Bei
der Blattdichtung 25 der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die
flexible Platte 31 an jeder der planaren Platten 28 ohne
eine Erwärmung
für das
Schweißen
oder Löten
zu befestigen. Daher wird eine Wärmeverformung
und eine Beschädigung
infolge der Erwärmung
der flexiblen Platte 31 und der planaren Platten 28 verhindert,
so dass die Abdichtleistung nicht verschlechtert wird.
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Die
Blattdichtung 25 der dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf 7 erläutert. Ein
Ausnehmungsabschnitt 42 ist an der Seitenkante 33 der
Blattdichtung 25 der dritten Ausführungsform ausgebildet. Der Ausnehmungsabschnitt 42 ist
parallel zur Welle 23 ausgerichtet und steht in Eingriff
mit einem Vorsprungsabschnitt 43, der am äußeren Ende
der flexiblen Platte 31 ausgebildet ist.
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Es
ist möglich,
den Vorsprungsabschnitt 43 der flexiblen Platte 31 dicht
in den Ausnehmungsabschnitt 42 jeder der planaren Platten 28 durch
Einsetzen des Vorsprungsabschnitts 43 in die Ausnehmungsabschnitte 42 zu
befestigen.
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Da
die Öffnung
des Ausnehmungsabschnitts 42 einer Richtung parallel zu
der Welle 23 zugewandt ist, steht der Ausnehmungsabschnitt 43 der
flexiblen Platte 31 in Eingriff mit dem Ausnehmungsabschnitt 42,
so dass die Last der flexiblen Platte 31 von dem Vorsprungsabschnitt 43 getragen
wird. Daher ist es nicht nötig,
den Ausnehmungsabschnitt 42 nach dem Einsetzen des Vorsprungsabschnitts 43 der
flexiblen Platte 31 festzuklemmen, und es ist auch nicht
nötig, die
flexible Platte 31 zum Schweißen oder Löten zu erwärmen.
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Durch
das obige Verfahren der Anbringung der flexiblen Platte 31 an
den planaren Platten 28, das ohne Erwärmen oder Festklemmen durchgeführt werden
kann, wird eine Verformung und eine Beschädigung der Blattdichtung 25 verhindert,
womit deren Performance gewährleistet
ist.
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Die
Blattdichtung 25 der vierten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf 6 und 9 erläutert.
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Die
Dicke der Köpfe
H auf der Hochdruckseite der planaren Platten 25 ist geringer
als die Dicke bzw. Breite der Köpfe
H auf der Niederdruckseite der planaren Platten 25. Die
flexible Platte ist so geformt, dass sie den Vorsprungsabschnitt 44 aufweist,
der zu der Hochdruckseite hin vorsteht, und ist zwischen dem Bodenende
des hochdruckseitigen Kopfs H der planaren Platten 28 und
dem Gehäuse 26 gehalten. Die
flexible Platte 31 ist so angeordnet, dass sie die Seitenkanten 33 jeder
der planaren Platten 28 berührt, und das Paar von Gehäusen 26,
die entlang der Welle ausgerichtet sind, ist so kombiniert, dass es
die planaren Platten 28 und die flexible Platte 31 umschließt. Dabei
wird der Ausnehmungsabschnitt 44 der flexiblen Platte 31 zwischen
dem Gehäuse 26 und
jeder der planaren Platten 28 gehalten, und die flexible
Platte 31 ist so befestigt.
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Da
der Ausnehmungsabschnitt 44 der flexiblen Platte 28 zwischen
dem Gehäuse 26 und
jeder der planaren Platten 28 so gehalten ist, dass er
darin festgehalten wird, wird eine Verformung und Beschädigung der
planaren Platten 28 und der flexiblen Platte 31 verhindert,
womit die Abdichtleistung der Blattdichtung 25 sichergestellt
ist.
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Als
nächstes
wird die Blattdichtung 25 der fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf 10 und 11 erläutert.
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Wie
in 10 gezeigt ist, entfällt die Hochdruckseite des
Kopfabschnitts jeder planaren Platte 28, und daher ist
jede planare Platte 28 L-förmig, so dass der Kopfabschnitt
jeder planaren Platte 28 nur zu der Niederdruckseite hin vorsteht.
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Die
vorspringenden Abschnitte 45 sind am Außenumfang der flexiblen Platte 31 ausgebildet.
Jeder Vorsprungsabschnitt 45 ist mit einem vorbestimmten
Abstand von dem nächsten
Vorsprungsabschnitt 45 in der Umfangsrichtung der Welle 23 angeordnet.
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Die
Blattdichtung 25 der fünften
Ausführungsform
kann durch Anordnen jedes Teils des Gehäuses 26 derart, dass
es die planaren Platten 28 umschließt, und durch Kombinieren des
Paars von Gehäusen 26 derart,
dass sie jeweils jede planaren Platte 28 und die flexible
Platte 31 zwischen den Gehäusen 26 halten, zusammengebaut
werden.
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Da
die Vorsprungsabschnitte 45 in der flexiblen Platte 31 getrennt
voneinander in einem vorbestimmten Abstand um die Welle 23 herum
ausgebildet sind, kann die flexible Platte 31 leicht entsprechend
der Bewegung der Seitenkante 33 jeder planaren Platte 28 gebogen
werden, und das Gas g von der Hochdruckseite strömt nicht in einen Raum zwischen
der flexiblen Platte 31 und jeder planaren Platte 28.
Daher bildet das Muster bzw. die Struktur der Gasdrücke 40b und 40c senkrecht
zu der oberen Oberfläche 36 und
der unteren Oberfläche 37 jeder planaren
Platte 28 eine Dreiecksform, bei der der Druck umso höher ist,
je näher
der Druckpunkt am inneren Ende 28b jeder planaren Platte 28 liegt,
und um so niedriger ist, je näher
der Druckpunkt am äußeren Ende 28a der
planaren Platte 28 liegt.