DE212011100145U1

DE212011100145U1 - Self-adjusting seal for rotating turbomachine

Info

Publication number: DE212011100145U1
Application number: DE212011100145U
Authority: DE
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: CN203730770U; WO2012039386A1; JP2012067878A; US20120211944A1

Abstract

Selbstanpassende Dichtung für eine rotierende Turbomaschine, bei der ein Rotationselement rotiert, während es einem stationären Element gegenübersteht, und Energieübertragung zwischen dem Rotationselement und einem Fluid durchgeführt wird, mit: einem bewegbaren Dichtungselement, das in eine Nut eingebaut ist, die in dem stationären Element entlang dem Rotationselement vorgesehen ist; und einem Vorspannelement, das das bewegbare Dichtungselement derart vorspannt, dass ein Spalt zwischen dem Rotationselement und dem bewegbaren Dichtungselement vergrößert ist, wobei zumindest während eines beurteilten Betriebs der rotierenden Turbomaschine das bewegbare Dichtungselement zu dem Rotationselement gegen eine Vorspannkraft des Vorspannelements durch das Fluid gedrückt wird, das in einen Innenabschnitt der Nut durch einen Spalt zwischen einer Hochdruckseitenendoberfläche des bewegbaren Dichtungselements und der Nut geflossen ist, und zumindest eine Niedrigdruckseitenendoberfläche des bewegbaren Dichtungselements oder eine Wandoberfläche der Nut, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche gegenüberliegt, einem Prozess zum Vereinfachen relativen Gleitens zwischen der Niedrigdruckseitenendoberfläche des bewegbaren Dichtungselements und der Wandoberfläche der Nut unterzogen ist.A self-adapting seal for a rotary turbo-machine, wherein a rotating member rotates while facing a stationary member, and energy transfer is performed between the rotating member and a fluid, comprising: a movable seal member installed in a groove extending in the stationary member the rotation element is provided; and a biasing member that biases the movable seal member so as to enlarge a gap between the rotation member and the movable seal member, at least during judged operation of the rotary turbomachine, pushing the movable seal member toward the rotation member against a biasing force of the bias member by the fluid. flowed into an inner portion of the groove through a gap between a high pressure side end surface of the movable seal member and the groove, and at least one low pressure side end surface of the movable seal member or a wall surface of the groove opposite to the low pressure side end surface, a process for facilitating relative sliding between the low pressure side end surface of the movable Sealing element and the wall surface of the groove is subjected.

Description

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Selbstanpassende Dichtung für rotierende TurbomaschineSelf-adjusting seal for rotating turbomachine

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbstanpassende Dichtung, die in einer rotierenden Turbomaschine wie beispielsweise einer Dampfturbine, einer Gasturbine und einem Kompressor verwendet wird. Hierin bezeichnet die selbstanpassende Dichtung eine Dichtung, bei der ein Dichtungsspalt automatisch in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine angepasst wird.The present invention relates to a self-adjusting seal used in a rotary turbo-machine such as a steam turbine, a gas turbine and a compressor. Herein, the self-adjusting gasket refers to a gasket in which a gasket gap is automatically adjusted in accordance with the operating state of the rotary turbo-machine.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Bei rotierenden Turbomaschinen wie einer Dampfturbine, einer Gasturbine und einem Kompressor ist hinsichtlich einer Verbesserung der Betriebseffizienz zum Verhindern des Austretens eines Arbeitsfluids über einen Spalt zwischen einem Rotationselement (einem Rotor oder einer Laufschaufel) und einem stationären Element (einem Gehäuse oder einer Leitschaufel) an mehreren Positionen eine Dichtung vorgesehen.In rotary turbomachinery such as a steam turbine, a gas turbine and a compressor, in order to improve the operation efficiency for preventing the escape of a working fluid across a gap between a rotating member (a rotor or a blade) and a stationary member (a housing or a vane) at a plurality Positions provided a seal.

Beispiele der Dichtung sind eine Dummy-Ringdichtung, die zwischen einem Hochdruckabschnitt und einem Zwischendruckabschnitt einer Dampfturbine der Hoch-/Zwischendruck-integrierten Art vorgesehen ist, eine Grunddichtung, die an einem Abschnitt vorgesehen ist, wo sich ein Rotor durch ein Gehäuse erstreckt, eine Laufschaufelspitzendichtung, die zwischen der Spitze einer Laufschaufel und dem Gehäuse vorgesehen ist, und eine Leitschaufelspitzendichtung, die zwischen der Spitze einer Leitschaufel und dem Rotor vorgesehen ist.Examples of the seal are a dummy ring seal provided between a high pressure portion and an intermediate pressure portion of a high pressure / intermediate pressure integrated steam turbine, a base seal provided at a portion where a rotor extends through a housing, a blade tip seal provided between the tip of a blade and the housing, and a vane tip seal provided between the tip of a vane and the rotor.

Herkömmlicherweise wurde als Dichtung dieser Art eine Labyrinth-Dichtung verwendet, die aus einem Labyrinth-Block, der mehrere Flügel aufweist, und Tellerfedern zum elastischen Tragen des Labyrinth-Blocks von seiner hinteren Oberflächenseite besteht. In diesem Fall wird der Labyrinth-Block von der hinteren Oberflächenseite durch die Tellerfeder in einem Zustand gehalten, wo der Labyrinth-Block in eine Nut eingebaut ist, die in einem stationären Element ausgebildet ist, und der Spalt zwischen den Flügeln und dem Rotationselement wird konstant gehalten. Ein Fluid dehnt sich dadurch scharf aus, wenn es durch den winzigen Spalt zwischen den Flügeln und dem Rotationselement hindurchtritt, und der Druck wird reduziert, sodass das Austreten des Fluids verhindert wird.Conventionally, as a seal of this kind, a labyrinth seal has been used which consists of a labyrinth block having a plurality of wings and cup springs for elastically supporting the labyrinth block from its rear surface side. In this case, the labyrinth block is held by the plate spring from the rear surface side in a state where the labyrinth block is installed in a groove formed in a stationary member, and the gap between the vanes and the rotating member becomes constant held. A fluid expands sharply as it passes through the minute gap between the vanes and the rotating member, and the pressure is reduced to prevent the leakage of the fluid.

Jedoch traten bei der Labyrinth-Dichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau, wenn der Spalt zwischen den Flügeln und dem Rotationselement extrem klein ist, in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine (insbesondere während des Startens oder des Herunterfahrens) Fälle auf, wo die Flügel in Kontakt mit dem Rotationselement aufgrund des Einflusses kommen, der von einem Unterschied der thermischen Ausdehnung zwischen dem Rotationselement und dem stationären Element herrührt, und die Abnutzung der Flügel und eine Wellenschwingung werden generiert. Andererseits gab es, wenn der Spalt zwischen den Flügeln und dem Rotationselement vergrößert ist, ein Problem dahingehend, dass das Austreten des Fluids nicht ausreichend verhindert werden kann, sodass die Betriebseffizienz der rotierenden Turbomaschine reduziert ist.However, in the labyrinth seal having the structure described above, when the gap between the vanes and the rotating member is extremely small, depending on the operating state of the rotating turbomachine (especially during start-up or shut-down), there are cases where the vanes in Contact with the rotary member is due to the influence resulting from a difference in thermal expansion between the rotary member and the stationary member, and the wear of the blades and a wave vibration are generated. On the other hand, when the gap between the vanes and the rotating member is increased, there has been a problem that the leakage of the fluid can not be sufficiently prevented, so that the operating efficiency of the rotary turbo-machine is reduced.

Um dies zu bewältigen, beschreibt Patentdokument 1 als Dichtung, die die herkömmliche Labyrinth-Dichtung ersetzt, eine selbstanpassende Dichtung, bei der der Dichtungsspalt automatisch in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine angepasst wird.To cope with this, Patent Document 1, as a gasket replacing the conventional labyrinth gasket, describes a self-adjusting gasket in which the gasket gap is automatically adjusted in accordance with the operating state of the rotary turbo machine.

Die Dichtung besteht aus einem stationären Dichtungsring, der nahe einer horizontalen Teilungsebene eines Rotationselements (einem Rotor) angeordnet ist, und einem bewegbaren Dichtungsring, der nahe dem Zentrum angeordnet ist. Von den anderen Elementen ist der bewegbare Dichtungsring nach außen in eine radiale Richtung durch einen elastischen Körper (eine gewellte Tellerfeder, eine Scheibenfeder, Metallbalge und Ähnliches) vorgespannt, sodass der Dichtungsspalt während des Startens oder des Herunterfahrens der rotierenden Turbomaschine ausreichend sichergestellt ist. Andererseits wird während eines beurteilten Betriebs der rotierenden Turbomaschine der bewegbare Dichtungsring nach innen in die radiale Richtung gegen eine Vorspannkraft des elastischen Körpers durch den Druck eines Fluids in der rotierenden Turbomaschine gedrückt, sodass der Dichtungsspalt minimiert werden kann.
[Patentdokument 1] Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2000-97352 The seal is composed of a stationary seal ring disposed near a horizontal dividing plane of a rotary member (a rotor) and a movable seal ring disposed near the center. Of the other elements, the movable seal ring is biased outwardly in a radial direction by an elastic body (a corrugated plate spring, a disc spring, metal bellows, and the like), so that the seal gap is sufficiently ensured during start-up or shutdown of the rotary turbo machine. On the other hand, during judged operation of the rotary turbomachine, the movable seal ring is pushed inward in the radial direction against a biasing force of the elastic body by the pressure of a fluid in the rotating turbomachine, so that the seal gap can be minimized.
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Publication No. 2,000 to 97,352

Angesichts einer Reibungskraft (f) eines relativen Gleitabschnitts zwischen dem bewegbaren Dichtungsring und einem stationären Element, an dem der bewegbare Dichtungsring befestigt ist, ist die selbstanpassende Dichtung, die in Patentdokument 1 beschrieben ist, derart gestaltet, dass ein Fluiddruck (P), der auf die hintere Oberfläche des bewegbaren Dichtungsrings ausgeübt wird, ausreichend größer als die Vorspannkraft (F) des elastischen Körpers ist.In view of a frictional force (f) of a relative sliding portion between the movable seal ring and a stationary member to which the movable seal ring is fixed, the self-adjusting seal described in Patent Document 1 is designed such that a fluid pressure (P) acting on the rear surface of the movable seal ring is exerted sufficiently larger than the biasing force (F) of the elastic body.

D. h. die Form (eine effektive Fläche) des bewegbaren Dichtungsrings und das Material und die Form des elastischen Körpers sind derart festgelegt, dass die folgende Ungleichung (1) während des beurteilten Betriebs der rotierenden Turbomaschine erfüllt ist: Druck auf die hintere Oberfläche (P) × effektive Fläche des Dichtungsrings (A) > Vorspannkraft (F) + Reibungskraft (f) (1) Ie. the shape (effective area) of the movable seal ring and the material and shape of the elastic body are set that the following inequality (1) is satisfied during the rated operation of the rotary turbomachine: Pressure on the rear surface (P) × effective area of the seal ring (A)> preload force (F) + frictional force (f) (1)

Jedoch arbeitet die selbstanpassende Dichtung, die durch solch ein Verfahren gestaltet ist, in der Realität nicht notwendigerweise zuverlässig und es gibt eine Möglichkeit, dass der Dichtungsspalt während des beurteilten Betriebs der rotierenden Turbomaschine übermäßig groß wird, sodass das Austreten des Fluids nicht ausreichend verhindert werden kann, oder dass, im Gegensatz, der bewegbare Dichtungsring wirkt, bevor die rotierende Turbomaschine einen kritischen Punkt während eines unbeständigen Betriebs der rotierenden Turbomaschine durchschreitet, und der bewegbare Dichtungsring mit dem Rotationselement in Kontakt kommt. Insbesondere wird, wenn die letztere Situation in einer ACC zerreibbaren Dichtung auftritt, die in den letzten Jahren aktiv entwickelt wurde, ein Schaden über die Erwartung hinaus an einem zerreibbaren Material verursacht, das an der Oberfläche des bewegbaren Dichtungsrings vorgesehen ist, und ein gewünschter Dichtungsspalt kann nachfolgend nicht ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die ACC zerreibbare Dichtung, die hierin erwähnt wird, eine selbstanpassende Dichtung bezeichnet, bei der das zerreibbare Material, das leicht herausgeschnitten werden kann, an der Oberfläche des bewegbaren Dichtungsrings derart vorgesehen ist, dass Wärmegenerierung, was zu einer Biegedeformation des Rotationselements führt, auch unterdrückt wird, wenn der bewegbare Dichtungsring aus irgendeinem Grund in Kontakt mit dem Rotationselement gebracht wird.However, in reality, the self-adapting gasket formed by such a method does not necessarily work reliably, and there is a possibility that the seal gap becomes excessively large during the judged operation of the rotary turbo-machine, so that the leakage of the fluid can not be sufficiently prevented or, in contrast, that the movable seal ring acts before the rotating turbomachine passes through a critical point during inconstant operation of the rotary turbomachine, and the movable seal ring comes into contact with the rotation element. In particular, when the latter situation arises in an ACC frictional seal which has been actively developed in recent years, damage beyond expectation is caused to a frictional material provided on the surface of the movable seal ring, and a desired seal gap not be trained below. It should be noted that the ACC friable seal mentioned herein refers to a self-adjusting seal in which the friable material that can be easily cut out is provided on the surface of the movable seal ring such that heat generation, resulting in bending deformation of the seal Rotation element is also suppressed when the movable sealing ring is brought into contact with the rotating member for some reason.

Darüber hinaus gibt es Fälle, wenn mehrere selbstanpassende Dichtungen als Dummy-Ringdichtungen angeordnet sind, wo das Timing variiert, bei dem der bewegbare Dichtungsring wirkt.In addition, there are cases when a plurality of self-adjusting seals are arranged as dummy ring seals where the timing at which the movable seal ring acts varies.

Um dies zu bewältigen, wurde, als das Ergebnis sorgfältiger Studien bezüglich eines Faktors, der den Betrieb der selbstanpassenden Dichtung beeinflusst, durch die vorliegenden Erfinder Wissen dahingehend erhalten, dass die Reibungskraft (f) des relativen Gleitabschnitts zwischen dem bewegbaren Dichtungsring und dem stationären Element aufgrund des individuellen Unterschieds der selbstanpassenden Dichtung stark variiert und signifikant den Betrieb der selbstanpassenden Dichtung beeinflusst.To cope with this, as the result of careful studies on a factor affecting the operation of the self-adapting gasket, knowledge has been obtained by the present inventors that the frictional force (f) of the relative sliding portion between the movable gasket and the stationary member due to the individual difference of the self-adjusting gasket varies greatly and significantly affects the operation of the self-adjusting gasket.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Umstände erreicht und ein Ziel davon ist es, eine selbstanpassende Dichtung zu schaffen, die bei gewünschtem Timing in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine wirkt und fähig ist, den Dichtungsspalt richtig anzupassen.The present invention has been achieved in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a self-adjusting seal which operates at the desired timing in accordance with the operating state of the rotary turbo-machine and is capable of properly adjusting the sealing gap.

Die selbstanpassende Dichtung für eine rotierende Turbomaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine selbstanpassende Dichtung für eine rotierende Turbomaschine, bei der ein Rotationselement rotiert, während es einem stationären Element gegenübersteht, und Energieübertragung zwischen dem Rotationselement und einem Fluid durchgeführt wird, mit einem bewegbaren Dichtungselement, das in eine Nut eingebaut ist, die in dem stationären Element entlang dem Rotationselement vorgesehen ist, und einem Vorspannelement, das das bewegbare Dichtungselement derart vorspannt, dass ein Spalt zwischen dem Rotationselement und dem bewegbaren Dichtungselement vergrößert wird, wobei zumindest während eines beurteilten Betriebs der rotierenden Turbomaschine das bewegbare Dichtungselement zu dem Rotationselement gegen eine Vorspannkraft des Vorspannelements durch das Fluid gedrückt wird, das in einen inneren Abschnitt der Nut durch einen Spalt zwischen einer Hochdruckseitenendoberfläche des bewegbaren Dichtungselements und der Nut geflossen, und zumindest ein Bauteil ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Hochdruckseitenendoberfläche des bewegbaren Dichtungselements und einer Wandoberfläche der Nut, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche gegenüberliegt, einem Prozess zum Vereinfachen eines relativen Gleitens zwischen der Niedrigdruckseitenendoberfläche des bewegbaren Dichtungselements und der Wandoberfläche der Nut unterzogen ist.The self-adapting seal for a rotary turbomachine according to the present invention is a self-adapting seal for a rotating turbomachine in which a rotating member rotates while confronting a stationary member and energy transmission is performed between the rotating member and a fluid, with a movable seal member is incorporated in a groove provided in the stationary member along the rotation member and a biasing member that biases the movable seal member so as to enlarge a gap between the rotation member and the movable seal member, at least during judged operation of the rotary turbomachine the movable seal member is urged toward the rotation member against a biasing force of the biasing member by the fluid flowing into an inner portion of the groove through a gap between a high-pressure side end surface d a movable seal member and the groove, and at least one member selected from the group consisting of a high pressure side end surface of the movable seal member and a wall surface of the groove facing the low pressure side end surface, a process of facilitating relative sliding between the low pressure side end surface of the movable seal member and the wall surface the groove is subjected.

In der vorliegenden Beschreibung stellt der Prozess zum Vereinfachen relativen Gleitens jeden Prozess zur Reduzierung eines Reibungskoeffizienten in einem relativen Gleitabschnitt dar. Es sei angemerkt, dass, obwohl der Reibungskoeffizient in dem relativen Gleitabschnitt in Abhängigkeit von Materialien für das bewegbare Dichtungselement und das stationäre Element oder Ähnliches unterschiedlich ist, wenn ein spezieller Prozess nicht durchgeführt wird, der Reibungskoeffizient normalerweise mehr als 0,5 beträgt. Deshalb kann der Prozess zum Vereinfachen relativen Gleitens als ein Prozess zum Festsetzen des Reibungskoeffizienten in dem relativen Gleitabschnitt auf nicht mehr als 0,5 definiert werden und bedeutet einen Prozess zum Festsetzen des Reibungskoeffizienten in dem relativen Gleitabschnitt auf beispielsweise 0,1 bis 0,5.In the present specification, the process for facilitating relative sliding represents each process for reducing a friction coefficient in a relative sliding portion. It should be noted that although the friction coefficient in the relative sliding portion varies depending on materials for the movable sealing member and the stationary member or the like is different when a special process is not performed, the friction coefficient is usually more than 0.5. Therefore, the process for facilitating relative sliding as a process for setting the friction coefficient in the relative sliding portion can be defined to be not more than 0.5, and means a process for setting the friction coefficient in the relative sliding portion to, for example, 0.1 to 0.5.

Bei der oben beschriebenen selbstanpassenden Dichtung wird zumindest ein Bauteil der Gruppe bestehend aus der Niedrigdruckseitenendoberfläche des bewegbaren Dichtungselements und der Wandoberfläche der Nut des stationären Elements, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche (d. h., dem relativen Gleitabschnitt zwischen dem bewegbaren Dichtungselement und dem stationären Element) gegenüberliegt, dem Prozess zum Vereinfachen des relativen Gleitens dazwischen unterzogen. Als ein Ergebnis wird die Reibungskraft (f) des zweiten Terms auf der rechten Seite der oben beschriebenen Ungleichung (1) reduziert und das Betriebstiming der selbstanpassenden Dichtung wird hauptsächlich durch die Größenbeziehung zwischen dem Druck auf die hintere Oberfläche (P) × effektive Fläche des Dichtungsrings (A) auf der linken Seite und der Vorspannkraft (F) des ersten Terms auf der rechten Seite bestimmt. Damit beeinflusst die Reibungskraft des relativen Gleitabschnitts, die dazu neigt, aufgrund des individuellen Unterschieds der selbstanpassenden Dichtung zu variieren, nicht signifikant den Betrieb der selbstanpassenden Dichtung, und es ist somit möglich zu verursachen, dass die selbstanpassende Dichtung bei einem gewünschten Timing in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine wirkt.In the above-described self-adjusting gasket, at least one member of the group consisting of the low-pressure-side end surface of the movable seal member and the wall surface of the groove of the stationary member that faces the low-pressure-side end surface (ie opposite to the relative sliding portion between the movable seal member and the stationary member) subjected to the process of facilitating relative sliding therebetween. As a result, the frictional force (f) of the second term on the right side of the above-described inequality (1) is reduced, and the operating timing of the self-adjusting gasket becomes mainly by the size relationship between the pressure on the rear surface (P) × effective area of the seal ring (A) on the left side and the biasing force (F) of the first term on the right side. Thus, the frictional force of the relative sliding portion, which tends to vary due to the individual difference of the self-adjusting gasket, does not significantly affect the operation of the self-adjusting gasket, and thus it is possible to cause the self-adjusting gasket to be at a desired timing in accordance with the invention Operating state of the rotating turbomachine acts.

Zusätzlich wird der relative Gleitabschnitt zwischen dem bewegbaren Dichtungselement und dem stationären Element einem Prozess zum Vereinfachen des relativen Gleitens unterzogen, wobei Variationen der Reibungskraft des relativen Gleitabschnitts selbst reduziert werden, und es somit möglich ist zu verursachen, dass die selbstanpassende Dichtung bei gewünschtem Timing in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine wirkt.In addition, the relative sliding portion between the movable seal member and the stationary member is subjected to a process for facilitating relative sliding, thereby reducing variations in the friction force of the relative sliding portion itself, and thus it is possible to cause the self-adjusting seal to coincide at the desired timing with the operating state of the rotating turbomachine acts.

Bei der oben beschriebenen selbstanpassenden Dichtung für eine rotierende Turbomaschine kann als der Prozess zum Vereinfachen des relativen Gleitens eine Schmierbeschichtung an zumindest einem Bauteil ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Niedrigdruckseitenendoberfläche des bewegbaren Dichtungselements und der Wandoberfläche der Nut ausgebildet sein, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche gegenüberliegt.In the above-described self-adapting seal for a rotary turbo-machine, as the process for facilitating the relative sliding, a lubricating coating may be formed on at least one member selected from the group consisting of the low pressure side end surface of the movable seal member and the wall surface of the groove facing the low pressure side end surface.

In diesem Fall kann die Schmiermittelbeschichtung z. B. durch Aufbringen, thermisches Sprühen oder Plattieren ausgebildet sein.In this case, the lubricant coating z. B. be formed by application, thermal spraying or plating.

Darüber hinaus kann die Schmiermittelbeschichtung ein festes Schmiermittel aus zumindest einem Element bestehend aus der Gruppe aus Molybdändisulfid, Graphit, Wolframdisulfid, Graphitfluorid, Bornitrid, Kupfer, Nickel, Blei, Zinn, Silber, Tetrafluorethylen, Polyimid und Polyethylen hoher Dichte aufweisen.In addition, the lubricant coating may comprise a solid lubricant of at least one member selected from the group consisting of molybdenum disulfide, graphite, tungsten disulfide, graphite fluoride, boron nitride, copper, nickel, lead, tin, silver, tetrafluoroethylene, polyimide, and high density polyethylene.

Wenn die Schmiermittelbeschichtung verwendet wird, die das feste Schmiermittel enthält, ist eine Vertiefung zum Befestigen des festen Schmiermittels vorzugsweise an zumindest einem Bauteil ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Niedrigdruckseitenendoberfläche des bewegbaren Dichtungselements und der Wandoberfläche der Nut ausgebildet, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche gegenüberliegt.When the lubricant coating containing the solid lubricant is used, a recess for fixing the solid lubricant is preferably formed on at least one member selected from the group consisting of the low pressure side end surface of the movable seal member and the wall surface of the groove facing the low pressure side end surface.

Damit ist es möglich, den Verlust des Effekts von Vereinfachen des relativen Gleitens zwischen dem bewegbaren Dichtungselement und der Nutwandoberfläche des stationären Elements zu verhindern, und den normalen Betrieb der selbstanpassenden Dichtung für einen langen Zeitraum zu erhalten.With this, it is possible to prevent the loss of the effect of facilitating the relative sliding between the movable seal member and the groove wall surface of the stationary member, and to maintain the normal operation of the self-adjusting seal for a long period of time.

Bei der oben beschriebenen selbstanpassenden Dichtung für eine rotierende Turbomaschine kann als der Prozess zum Vereinfachen des relativen Gleitens eine Ecke der Wandoberfläche der Nut abgeschrägt sein, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche des bewegbaren Dichtungselements gegenüberliegt.In the above-described self-adapting seal for a rotating turbomachine, as the process for facilitating relative sliding, a corner of the wall surface of the groove opposite to the low-pressure-side end surface of the movable seal member may be chamfered.

Alternativ kann bei der oben beschriebenen selbstanpassenden Dichtung für eine rotierende Turbomaschine als der Prozess zum Vereinfachen des relativen Gleitens eine Oberflächenrauhigkeit Ra zumindest eines Bauteils ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Niedrigdruckseitenendoberfläche des bewegbaren Dichtungselements und der Wandoberfläche der Nut, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche gegenüberliegt, auf nicht mehr als 6,3 μm festgesetzt sein.Alternatively, in the above-described self-adapting seal for a rotary turbo machine as the process for facilitating the relative sliding, a surface roughness Ra of at least one member selected from the group consisting of the low pressure side end surface of the movable seal member and the wall surface of the groove facing the low pressure side end surface may not be set more than 6.3 microns.

Bei der oben beschriebenen selbstanpassenden Dichtung für eine rotierende Turbomaschine ist vorzugsweise eine Beschichtung aus einem zerreibbaren Material an einer Oberfläche des bewegbaren Dichtungselements ausgebildet, die dem Rotationselement gegenüberliegt.In the above-described self-adapting seal for a rotary turbo-machine, preferably, a coating of a frictional material is formed on a surface of the movable seal member facing the rotation member.

Bei der selbstanpassenden Dichtung mit dem zerreibbaren Material, das an der Oberfläche des bewegbaren Dichtungselements auf diese Weise vorgesehen ist (was als ACC zerreibbare Dichtung bezeichnet wird), wird, auch wenn das bewegbare Dichtungselement in Kontakt mit dem Rotationselement aus irgendeinem Grund während des Betriebs der rotierenden Turbomaschine gebracht wird, das zerreibbare Material leicht derart geschnitten, dass es möglich ist, Wärmegenerierung zu unterdrücken und eine Biegedeformation des Rotationselements zu verhindern, was aus der Wärmegeneration resultiert. Folglich ist die Kommerzialisierung davon stark nachgefragt. In dem Fall der ACC zerreibbaren Dichtung jedoch wird, wenn das bewegbare Dichtungselement vor gewünschtem Timing wirkt, sodass der Dichtungsspalt reduziert wird, bevor die rotierende Turbomaschine den beurteilten Betrieb (insbesondere vor Hindurchtreten durch einen kritischen Punkt während eines ungleichmäßigen Betriebs) erreicht, und das bewegbare Dichtungselement in Kontakt mit dem Rotationselement kommt, Schaden über eine Erwartung hinaus dem zerreibbaren Material zugefügt und ein gewünschter Dichtungsspalt nachfolgend nicht ausgebildet werden kann.In the self-adapting gasket with the frictional material provided on the surface of the movable seal member in this manner (which is called an ACC frictional gasket), even if the movable seal member is in contact with the rotation member for any reason during operation of the rotating turbomachine, the frictional material is easily cut so that it is possible to suppress heat generation and prevent bending deformation of the rotary member resulting from generation of heat. As a result, commercialization is in high demand. However, in the case of the ACC frictional seal, when the movable seal member acts before desired timing, the seal gap is reduced before the rotary turbomachine achieves the judged operation (particularly, before passing through a critical point during nonuniform operation) and the movable one Sealing element in contact with the Rotational element comes, damage beyond expectation added to the friable material and a desired sealing gap can not be subsequently formed.

Diesbezüglich ist es möglich, weil die oben beschriebene selbstanpassende Dichtung bei gewünschtem Timing in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine wirken kann, wenn die selbstanpassende Dichtung auf die ACC zerreibbare Dichtung angewendet wird, den Schaden über eine Erwartung hinaus für das zerreibbare Material zu verhindern.In this regard, it is possible because the self-adapting gasket described above may act at the desired timing in accordance with the operating condition of the rotary turbomachine when the self-adjusting gasket is applied to the ACC frictional gasket to prevent the damage beyond expectation of the friable material.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, weil der relative Gleitabschnitt zwischen dem bewegbaren Dichtungselement und dem stationären Element dem Prozess zum Vereinfachen des relativen Gleitens dazwischen unterzogen wird, das Betriebstiming der selbstanpassenden Dichtung hauptsächlich durch die Beziehung zwischen der Vorspannkraft durch das Vorspannelement und den Druck des Fluids bestimmt, der das bewegbare Dichtungselement zu dem Rotationselement gegen die Vorspannkraft drückt. Folglich beeinflusst die Reibungskraft des relativen Gleitabschnitts, die dazu tendiert, aufgrund des individuellen Unterschieds der selbstanpassenden Dichtung zu variieren, nicht signifikant den Betrieb der selbstanpassenden Dichtung, und somit ist es möglich zu verursachen, dass die selbstanpassende Dichtung bei gewünschtem Timing in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine wirkt.According to the present invention, because the relative sliding portion between the movable seal member and the stationary member undergoes the process for facilitating the relative sliding therebetween, the operating timing of the self-adjusting seal is determined mainly by the relationship between the biasing force by the biasing member and the pressure of the fluid which presses the movable seal member to the rotation member against the biasing force. Consequently, the frictional force of the relative sliding portion, which tends to vary due to the individual difference of the self-adjusting gasket, does not significantly affect the operation of the self-adjusting gasket, and thus it is possible to cause the self-adjusting gasket to be at the desired timing in accordance with the operating condition the rotating turbomachine works.

Darüber hinaus wird der relative Gleitabschnitt zwischen dem bewegbaren Dichtungselement und dem stationären Element dem Prozess zum Vereinfachen des relativen Gleitens unterzogen, wodurch Variationen der Reibungskraft des relativen Gleitabschnitts selbst reduziert werden, und somit ist es möglich zu verursachen, dass die selbstanpassende Dichtung bei gewünschtem Timing in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine wirkt.Moreover, the relative sliding portion between the movable seal member and the stationary member is subjected to the process of facilitating the relative sliding, thereby reducing variations of the friction force of the relative sliding portion itself, and thus it is possible to cause the self-adjusting seal to be seated at the desired timing Agreement with the operating state of the rotating turbomachine acts.

KURZE BESCHRIEBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel eines gesamten Aufbaus einer selbstanpassenden Dichtung zeigt; 1 Fig. 10 is a front view showing an example of an entire structure of a self-adjusting gasket;

2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus eines bewegbaren Dichtungselements zeigt; 2 Fig. 10 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a movable seal member;

3 ist eine Ansicht, die schematisch die Bewegung des bewegbaren Dichtungselements in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine zeigt, wobei 3 FIG. 16 is a view schematically showing the movement of the movable seal member in accordance with an operating state of the rotary turbo-machine, FIG

3(a) den Zustand des bewegbaren Dichtungselements während des Startens oder des Herunterfahrens zeigt, während 3 (a) shows the state of the movable seal member during startup or shutdown while

3(b) den Zustand des bewegbaren Dichtungselements während eines beurteilten Betriebs zeigt; 3 (b) shows the state of the movable seal member during a judged operation;

4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus eines bewegbaren Dichtungselements in einer selbstanpassenden Dichtung einer ersten Ausführungsform zeigt; 4 Fig. 12 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a movable seal member in a self-adapting seal of a first embodiment;

5 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus eines bewegbaren Dichtungselements in einer selbstanpassenden Dichtung einer zweiten Ausführungsform zeigt; 5 Fig. 12 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a movable seal member in a self-adjusting seal of a second embodiment;

6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus eines bewegbaren Dichtungselements in einer selbstanpassenden Dichtung einer dritten Ausführungsform zeigt; und 6 Fig. 12 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a movable seal member in a self-adapting seal of a third embodiment; and

7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines weiteren Aufbaus des bewegbaren Dichtungselements zeigt. 7 FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of another structure of the movable seal member. FIG.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben. Es sei angemerkt, dass der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht auf Abmessungen, Materialien, Formen und relative Anordnungen der Komponententeile beschränkt ist, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, außer speziell beschrieben, und dass sie nur erklärende Beispiele sind.A description of embodiments of the present invention will be given below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the scope of the present invention is not limited to the dimensions, materials, shapes and relative arrangements of the component parts described in the embodiments except as specifically described, and that they are only explanatory examples.

[Erste Ausführungsform]First Embodiment

1 ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel eines gesamten Aufbaus einer selbstanpassenden Dichtung für eine rotierende Turbomaschine zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt, besteht eine selbstanpassende Dichtung 1 aus einem stationären Dichtungselement 10 und einem bewegbaren Dichtungselement 20, die ringförmig entlang einem Rotor 2 einer rotierenden Turbomaschine vorgesehen sind. 1 Fig. 16 is a front view showing an example of an entire structure of a self-adapting seal for a rotary turbo-machine. As shown in the drawing, there is a self-adjusting seal 1 from a stationary sealing element 10 and a movable sealing element 20 that ring along a rotor 2 a rotating turbomachine are provided.

Die selbstanpassende Dichtung 1 ist in eine Nut eingebaut, die in einem Dummy-Ring 4 (siehe 2) ausgebildet ist, der an einem Gehäuse (nicht gezeigt) der rotierenden Turbomaschine angebracht ist, um einen Spalt zwischen dem Rotor 2 und dem Dummy-Ring 4 abzudichten. Auch wenn eine Beschreibung eines Beispiels hierin gegeben ist, bei dem die selbstanpassende Dichtung 1 als eine Dummy-Ringdichtung zwischen dem Dummy-Ring 4, der als ein stationäres Element der rotierenden Turbomaschine dient, und dem Rotor 2 verwendet wird, der als ein Rotationselement dient, kann die selbstanpassende Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als vielfältige Dichtungen für die rotierende Turbomaschine verwendet werden, unter anderem als Grunddichtung, Laufschaufel- und Leitschaufelspitzendichtungen und Ähnliches.The self-adjusting seal 1 is installed in a groove in a dummy ring 4 (please refer 2 ) mounted on a housing (not shown) of the rotary turbomachine to form a gap between the rotor 2 and the dummy ring 4 seal. Although a description of an example is given herein, in which the self-adjusting seal 1 as a dummy ring seal between the dummy ring 4 acting as a stationary element of the rotating Turbomachine is used, and the rotor 2 used as a rotary member, the self-adjusting gasket according to the present invention can be used as a variety of gaskets for the rotary turbo-machine including, but not limited to, a base gasket, blade and vane tip gaskets, and the like.

Das stationäre Dichtungselement 10 weist ein Paar eines oberen Elements 10A und eines unteren Elements 10b auf, das an der linken und rechten Seite des Rotors 2 vorgesehen ist, und das obere und untere Element 10A und 10B, die das Paar darstellen, werden miteinander an Fügeoberflächen 12 zusammengefügt. Ein Innenrand des stationären Dichtungselements 10 ist mit Dichtungsflügeln versehen und die Dichtungsflügel und eine unebene Nut, die entlang einer Umfangsrichtung des Rotors 2 ausgebildet ist, erzeugen einen Labyrinth-Effekt, und zwar zum Verhindern des Austretens von Fluid (Dampf, wenn die rotierende Turbomaschine eine Dampfturbine ist) mittels des Spalts zwischen dem stationären Dichtungselement und dem Rotor 2.The stationary sealing element 10 has a pair of an upper element 10A and a lower element 10b on, on the left and right sides of the rotor 2 is provided, and the upper and lower element 10A and 10B , which represent the couple, are joined together at joining surfaces 12 together. An inner edge of the stationary seal member 10 is provided with sealing wings and the sealing wings and an uneven groove along a circumferential direction of the rotor 2 is designed to create a labyrinth effect for preventing the escape of fluid (vapor when the rotary turbomachine is a steam turbine) by means of the gap between the stationary seal member and the rotor 2 ,

Das stationäre Dichtungselement 10 wird elastisch von der Seite seiner hinteren Oberfläche durch eine Tellerfeder oder Ähnliches getragen und kann sich nach außen in eine radiale Richtung bewegen, wenn das stationäre Dichtungselement 10 in Kontakt mit dem Rotor 2 kommt. Jedoch ist das stationäre Dichtungselement 10 im Wesentlichen unbeweglich und bewegt sich nicht in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine.The stationary sealing element 10 is elastically supported by the side of its rear surface by a Belleville spring or the like and can move outward in a radial direction when the stationary seal member 10 in contact with the rotor 2 comes. However, this is the stationary seal member 10 essentially immovable and does not move in accordance with the operating state of the rotating turbomachine.

Andererseits weist, wie später beschrieben, das bewegbare Dichtungselement 20 einen großen Dichtungsspalt zwischen sich selbst und dem Rotor 2 während des Startens oder Herunterfahrens der rotierenden Turbomaschine auf, und während eines beurteilten Betriebs der rotierenden Turbomaschine bewegt sich das bewegbare Dichtungselement 20 in Richtungen von Pfeilen in der Zeichnung, sodass es an das stationäre Dichtungselement 10 an Fügeoberflächen 14 anstößt, wodurch der Dichtungsspalt reduziert wird.On the other hand, as described later, the movable seal member 20 a large sealing gap between itself and the rotor 2 during startup or shutdown of the rotary turbomachine, and during judged operation of the rotary turbomachine, the movable seal member moves 20 in directions of arrows in the drawing, bringing it to the stationary sealing element 10 at joining surfaces 14 abuts, whereby the sealing gap is reduced.

2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus des bewegbaren Dichtungselements 20 zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist das bewegbare Dichtungselement 20 in eine Nut 6 eingebaut, die in dem Dummy-Ring 4 ausgebildet ist, der an dem Gehäuse angebracht ist. 2 FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a structure of the movable seal member. FIG 20 shows. As shown in the drawing, the movable seal member 20 in a groove 6 built into the dummy ring 4 is formed, which is attached to the housing.

Ein Innenrand des bewegbaren Dichtungselements 20 ist mit Dichtungsflügeln 22 versehen und eine unebene Nut 8, die entlang der Umfangsrichtung des Rotors 2 und der Dichtungsflügel 22 ausgebildet ist, erzeugen den Labyrinth-Effekt, um das Austreten des Fluids mittels des Spalts zwischen dem bewegbaren Dichtungselement 20 und dem Rotor 2 zu verhindern.An inner edge of the movable sealing element 20 is with sealing wings 22 provided and an uneven groove 8th along the circumferential direction of the rotor 2 and the sealing wing 22 is formed, creating the labyrinth effect to the leakage of the fluid by means of the gap between the movable sealing element 20 and the rotor 2 to prevent.

Zusätzlich sind innerhalb der Nut 6 des Dummy-Rings 4 eine Scheibenfeder 30 zum Vorspannen einer oberen Halteplatte 24 des bewegbaren Dichtungselements 20 nach außen in die radiale Richtung und eine Trägerplatte 32 zum Tragen der Scheibenfeder 30 von unten vorgesehen. Damit wird das bewegbare Dichtungselement 20 durch die Scheibenfeder 30 derart vorgespannt, dass der Spalt zwischen den Dichtungsflügeln 22 und dem Rotor 2 vergrößert wird. Es sei angemerkt, dass jegliches Vorspannelement wie eine Tellerfeder oder Metallbalge auch anstelle der Scheibenfeder 30 verwendet werden kann.In addition, inside the groove 6 of the dummy ring 4 a disc spring 30 for biasing an upper retaining plate 24 the movable sealing element 20 outward in the radial direction and a carrier plate 32 for carrying the disc spring 30 provided from below. Thus, the movable sealing element 20 through the disc spring 30 biased such that the gap between the sealing wings 22 and the rotor 2 is enlarged. It should be noted that any biasing element such as a plate spring or metal bellows also used instead of the disc spring 30 can be used.

3 ist eine Ansicht, die schematisch die Bewegung des bewegbaren Dichtungselements 20 in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine zeigt, wobei 3(a) den Zustand des bewegbaren Dichtungselements 20 während des Startens oder des Herunterfahrens der rotierenden Turbomaschine zeigt, während 3(b) den Zustand des bewegbaren Dichtungselements 20 während des beurteilten Betriebs der rotierenden Turbomaschine zeigt. 3 is a view schematically the movement of the movable sealing element 20 in accordance with the operating state of the rotary turbomachine, wherein 3 (a) the state of the movable seal member 20 during startup or shutdown of the rotating turbomachine while 3 (b) the state of the movable seal member 20 during the rated operation of the rotating turbomachine.

Wie in 3(a) gezeigt wird das bewegbare Dichtungselement 20 während des Startens oder Herunterfahrens der rotierenden Turbomaschine nach außen in die radiale Richtung durch eine Vorspannkraft F der Scheibenfeder 30 gedrückt und der Spalt zwischen den Dichtungsflügeln 22 und dem Rotor 2 wird vergrößert.As in 3 (a) the movable sealing element is shown 20 during start-up or shut-down of the rotating turbomachine, in the radial direction by a biasing force F of the disc spring 30 pressed and the gap between the sealing wings 22 and the rotor 2 is enlarged.

Andererseits wird während des beurteilten Betriebs der rotierenden Turbomaschine, wie in 3(b) gezeigt, ein Unterschied des Drucks des Fluids zwischen beiden Seiten des bewegbaren Dichtungselements 20 generiert, das bewegbare Dichtungselement 20 nimmt eine Schubkraft (eine Kraft, die aus der Druckdifferenz resultiert) F₀ auf, um sich zu einer Niedrigdruckseite (der rechten Seite des bewegbaren Dichtungselements 20 in dem Beispiel, das in der Zeichnung gezeigt ist) zu bewegen, und eine Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 kommt mit einer Nutwandoberfläche (einer Wandoberfläche 9 der Nut 6, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 gegenüberliegt) des Dummy-Rings 4 in Kontakt. An diesem Punkt tritt das Fluid auf der Hochdruckseite durch den Spalt zwischen einer Hochdruckseitenendoberfläche 28 des bewegbaren Dichtungselements 20 und der Nut 6 des Dummy-Rings 4 und fließt in einen Innenraum 7 der Nut 6, sodass der Druck in dem Innenraum 7 der Nut 6 ansteigt (es sei angemerkt, dass, obwohl nicht gezeigt, Umgehungsnuten zum Führen des Fluids auf der Hochdruckseite zu dem Innenraum 7 der Nut 6 an mehreren Positionen entlang der Umfangsrichtung des stationären Dichtungselements 20 in 1 vorgesehen sind). Als ein Ergebnis wird das bewegbare Dichtungselement 20 nach innen in die radiale Richtung durch das Hochdruckfluid gedrückt, das in den Innenraum 7 der Nut 6 geflossen ist.On the other hand, during the judged operation of the rotating turbomachine as shown in FIG 3 (b) shown a difference of the pressure of the fluid between both sides of the movable seal member 20 generated, the movable sealing element 20 takes a thrust force (a force resulting from the pressure difference) F ₀ to move to a low pressure side (the right side of the movable seal member 20 in the example shown in the drawing) and a low pressure side end surface 26 the movable sealing element 20 comes with a groove wall surface (a wall surface 9 the groove 6 , the low pressure side end surface 26 opposite) of the dummy ring 4 in contact. At this point, the fluid on the high pressure side passes through the gap between a high pressure side end surface 28 the movable sealing element 20 and the groove 6 of the dummy ring 4 and flows into an interior 7 the groove 6 so the pressure in the interior 7 the groove 6 increases (it should be noted that, although not shown, bypass grooves for guiding the fluid on the high pressure side to the interior 7 the groove 6 at a plurality of positions along the circumferential direction of the stationary seal member 20 in 1 are provided). As a result, the movable seal member becomes 20 pushed inward in the radial direction by the high pressure fluid entering the interior space 7 the groove 6 flowed.

An diesem Punkt, um eigentlich hervorzurufen, dass sich das bewegbare Dichtungselement 20 nach innen in die radiale Richtung bewegt, muss die folgende Ungleichung erfüllt sein: Druck auf hintere Oberfläche (P) × effektive Fläche des Dichtungsrings (A) > Vorspannkraft (F) + Reibungskraft (f) (1). At this point, actually to evoke that the movable sealing element 20 moved inward in the radial direction, the following inequality must be satisfied: Pressure on rear surface (P) × effective area of seal ring (A)> preload force (F) + friction force (f) (1).

Die Reibungskraft (f) wird durch Multiplizieren eines Reibungskoeffizienten μ₀ in einem relativen Gleitabschnitt 29 zwischen der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 und der Wandoberfläche 9 der Nut 6 durch die Schubkraft F₀ erhalten.The friction force (f) is obtained by multiplying a friction coefficient μ ₀ in a relative sliding portion 29 between the low pressure side end surface 26 the movable sealing element 20 and the wall surface 9 the groove 6 obtained by the thrust F ₀ .

Als das Ergebnis umfangreicher Studien haben die vorliegenden Erfinder verstanden, dass die Reibungskraft (f) des relativen Gleitabschnitts 29 dazu tendiert zu variieren und die Reibungskraft (f) des relativen Gleitabschnitts 29 signifikant den Betrieb der selbstanpassenden Dichtung 1 beeinflusst.As the result of extensive studies, the present inventors understood that the frictional force (f) of the relative sliding portion 29 tends to vary and the frictional force (f) of the relative sliding portion 29 significantly the operation of the self-adjusting seal 1 affected.

Folglich wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Prozess zum Vereinfachen des relativen Gleitens in dem relativen Gleitabschnitt 29 durch Vorsehen einer Schmierbeschichtung an zumindest der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 oder der Wandoberfläche 9 der Nut 6 durchgeführt, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 gegenüberliegt.Consequently, in the present embodiment, a process for facilitating the relative sliding in the relative sliding portion 29 by providing a lubricating coating on at least the low pressure side end surface 26 the movable sealing element 20 or the wall surface 9 the groove 6 performed, the low pressure side end surface 26 opposite.

4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus des bewegbaren Dichtungselements 20 zeigt, an dem die Schmierbeschichtung in dem relativen Gleitabschnitt 29 vorgesehen ist. In dem Beispiel, das in der Zeichnung gezeigt ist, kann, obwohl eine Schmierbeschichtung 40 an sowohl der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 als auch der Wandoberfläche 9 der Nut 6 vorgesehen ist, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 gegenüberliegt, die Schmierbeschichtung 40 auch nur an einer derer vorgesehen sein. Es sei angemerkt, dass die Dicke der Schmierbeschichtung 40 vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 7 μm bezüglich ausreichender Vereinfachung des relativen Gleitens in dem relativen Gleitabschnitt 29 liegt. 4 FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a structure of the movable seal member. FIG 20 shows where the lubricating coating in the relative sliding section 29 is provided. In the example shown in the drawing, although a lubricating coating may be used 40 at both the low pressure side end surface 26 the movable sealing element 20 as well as the wall surface 9 the groove 6 provided is that of the low pressure side end surface 26 opposite, the lubricating coating 40 also be provided only on one of them. It should be noted that the thickness of the lubricating coating 40 preferably in a range of 2 to 7 μm in view of sufficiently facilitating relative sliding in the relative sliding portion 29 lies.

Bezüglich eines Verfahrens zum Ausbilden der Schmierbeschichtung 40 wird ein geeignetes Verfahren vorzugsweise in Übereinstimmung mit dem Material ausgewählt, das die Schmierbeschichtung 40 ausbildet, und Aufbringen, thermisches Sprühen oder Plattieren kann als das Verfahren ausgewählt werden. Z. B. kann die Schmierbeschichtung 40 durch Aufbringen eines Fettes oder einer Paste ausgebildet werden, in dem/der ein Pulver oder schuppiges festes Schmiermittel mit Anti-Reibungseigenschaften aufgelöst ist.Regarding a method of forming the lubricating coating 40 For example, a suitable method is preferably selected in accordance with the material comprising the lubricating coating 40 and application, thermal spraying or plating may be selected as the method. For example, the lubricating coating 40 by applying a grease or a paste in which a powder or flaky solid lubricant having anti-friction properties is dissolved.

Das feste Schmiermittel, das in der Schmierbeschichtung 40 verwendet wird, besteht vorzugsweise aus zumindest einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisulfid, Graphit, Wolframdisulfid, Graphitfluorid, Bornitrid, Kupfer, Nickel, Blei, Zinn, Silber, Tetrafluorethylen, Polyimid und Polyethylen hoher Dichte. Von diesen kann brauchbarer Weise Molybdändisulfid, das exzellente Schmier- und Wärmewiderstandseigenschaften aufweist, als das Material für die Schmierbeschichtung 40 verwendet werden.The solid lubricant used in the lubrication coating 40 is preferably at least one element selected from the group consisting of molybdenum disulfide, graphite, tungsten disulfide, graphite fluoride, boron nitride, copper, nickel, lead, tin, silver, tetrafluoroethylene, polyimide and high density polyethylene. Of these, molybdenum disulfide, which has excellent lubricating and heat resistance properties, can usefully be used as the material for the lubricating coating 40 be used.

Wenn die Schmierbeschichtung 40 das feste Schmiermittel enthält, ist es vorzuziehen, eine Vertiefung 42 an der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 oder der Wandoberfläche 9 der Nut 6 vorzusehen, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 gegenüberliegt, um das feste Schmiermittel zu befestigen. Es sei angemerkt, dass 4 ein Beispiel zeigt, bei dem die Vertiefung 42 an der Wandoberfläche 9 der Nut 6 vorgesehen ist, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 gegenüberliegt.If the lubricating coating 40 contains the solid lubricant, it is preferable to a recess 42 at the low pressure side end surface 26 the movable sealing element 20 or the wall surface 9 the groove 6 provide that of the low pressure side end surface 26 opposite to fix the solid lubricant. It should be noted that 4 an example shows where the indentation 42 on the wall surface 9 the groove 6 provided is that of the low pressure side end surface 26 opposite.

Damit ist es möglich, den Verlust des Effekts von Vereinfachen des relativen Gleitens zwischen dem bewegbaren Dichtungselement 20 und der Wandoberfläche der Nut 6 zu verhindern und den normalen Betrieb der selbstanpassenden Dichtung 1 für einen langen Zeitraum zu erhalten.Thus, it is possible to lose the effect of facilitating the relative sliding between the movable seal member 20 and the wall surface of the groove 6 to prevent and normal operation of the self-adjusting seal 1 to get for a long period of time.

Die Vertiefung 42 kann auch als ein konkaver Abschnitt mit einer Tiefe von etwa 10 μm durch z. B. Strahlhemmern ausgebildet werden.The depression 42 can also be used as a concave section with a depth of about 10 microns by z. B. jet inhibitors are formed.

[Zweite Ausführungsform]Second Embodiment

Als nächstes wird eine Beschreibung einer selbstanpassenden Dichtung einer zweiten Ausführungsform gegeben.Next, a description will be given of a self-adjusting gasket of a second embodiment.

Die selbstanpassende Dichtung der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die selbstanpassende Dichtung der ersten Ausführungsform außer für die spezifische Umsetzung des Prozesses zum Vereinfachen des relativen Gleitens in dem relativen Gleitabschnitt 29 zwischen der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 und der Wandoberfläche 9 der Nut 6, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 gegenüberliegt. Dementsprechend wird hier nur eine Beschreibung des Prozesses zum Vereinfachen des relativen Gleitens in dem relativen Gleitabschnitt 29 gegeben.The self-adjusting gasket of the present embodiment is the same as the self-adjusting gasket of the first embodiment except for the specific implementation of the process of facilitating the relative sliding in the relative sliding portion 29 between the low pressure side end surface 26 the movable sealing element 20 and the wall surface 9 the groove 6 , the low pressure side end surface 26 opposite. Accordingly, here will only be a description of the process for facilitating relative sliding in the relative sliding section 29 given.

5 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus des Abschnitts in der Nähe der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 in der selbstanpassenden Dichtung der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt, als der Prozess zum Vereinfachen des relativen Gleitens in dem relativen Gleitabschnitt 29, sind Ecken 44 der Wandoberfläche 9 der Nut 6, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 gegenüberliegen, abgeschrägt (vorzugsweise Abschrägen von nicht mehr als 1 mm). Durch Abschrägen jeder Ecke 44 ist es möglich zu verhindern, dass die Ecken 44 an der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 gefangen werden, und das relative Gleiten in dem relativen Gleitabschnitt 29 zu vereinfachen. 5 FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of a structure of the portion near the low pressure side end surface. FIG 26 the movable sealing element 20 in the self-adjusting seal of the present embodiment. As shown in the drawing, as the process for facilitating relative sliding in the relative sliding portion 29 , are corners 44 the wall surface 9 the groove 6 , the low pressure side end surface 26 the movable sealing element 20 opposite, bevelled (preferably bevels no more than 1 mm). By beveling every corner 44 is it possible to prevent the corners 44 at the low pressure side end surface 26 the movable sealing element 20 are caught, and the relative sliding in the relative sliding section 29 to simplify.

Es sei angemerkt, dass, obwohl die Form der Ecke 44 nach dem Abschrägen nicht besonders begrenzt ist, wie in 5 gezeigt, es durch Ausbilden der Ecke 44 in eine R-Form (eine gekrümmte Form) möglich ist, auf verlässliche Weise zu verhindern, dass die Ecke 44 an der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 gefangen wird.It should be noted that, although the shape of the corner 44 after the chamfering is not particularly limited, as in 5 shown it by forming the corner 44 in an R-shape (a curved shape) is possible in a reliable way to prevent the corner 44 at the low pressure side end surface 26 the movable sealing element 20 is caught.

[Dritte Ausführungsform]Third Embodiment

Nachfolgend wird eine Beschreibung für eine selbstanpassende Dichtung einer dritten Ausführungsform gegeben.Hereinafter, a description will be given for a self-adapting seal of a third embodiment.

Die selbstanpassende Dichtung der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die selbstanpassende Dichtung der ersten Ausführungsform bis auf die spezielle Umsetzung des Prozesses zum Vereinfachen des relativen Gleitens in dem relativen Gleitabschnitt 29 zwischen der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 und der Wandoberfläche 9 der Nut 6, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 gegenüberliegt. Dementsprechend wird hier nur eine Beschreibung des Prozesses zum Vereinfachen des relativen Gleitens in dem relativen Gleitabschnitt 29 gegeben.The self-adjusting gasket of the present embodiment is the same as the self-adapting gasket of the first embodiment except for the specific implementation of the process of facilitating relative sliding in the relative sliding portion 29 between the low pressure side end surface 26 the movable sealing element 20 and the wall surface 9 the groove 6 , the low pressure side end surface 26 opposite. Accordingly, here will only be a description of the process for facilitating relative sliding in the relative sliding section 29 given.

6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus des Abschnitts in der Nähe der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 in der selbstanpassenden Dichtung der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Oberflächenrauhigkeit Ra zumindest der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 oder der Wandoberfläche 9 der Nut 6, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 gegenüberliegt, auf nicht mehr als 6,3 μm festgelegt. Damit ist es möglich, den Reibungskoeffizienten μ₀ in dem relativen Gleitabschnitt 29 zu reduzieren und das relative Gleiten in dem relativen Gleitabschnitt 29 zu vereinfachen. 6 FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of a structure of the portion near the low pressure side end surface. FIG 26 the movable sealing element 20 in the self-adjusting seal of the present embodiment. In the present embodiment, a surface roughness Ra is at least the low pressure side end surface 26 the movable sealing element 20 or the wall surface 9 the groove 6 , the low pressure side end surface 26 is set to not more than 6.3 μm. Thus, it is possible to have the friction coefficient μ ₀ in the relative sliding portion 29 reduce and the relative sliding in the relative sliding section 29 to simplify.

Wie oben beschrieben, wird in jeder der ersten bis dritten Ausführungsformen zumindest die Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 oder die Wandoberfläche 9 der Nut 6, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 gegenüberliegt, einigem Prozess zum Vereinfachen des relativen Gleitens dazwischen unterzogen. Als ein Ergebnis wird die Reibungskraft (f) des zweiten Terms auf der rechten Seite der oben beschriebenen Ungleichung (1) reduziert und das Betriebstiming der selbstanpassenden Dichtung 1 wird hauptsächlich durch die Größenbeziehung zwischen Druck auf die hintere Oberfläche (P) × effektive Fläche des Dichtungsrings (A) auf der linken Seite und Vorspannkraft (F) des ersten Terms auf der rechten Seite bestimmt. Damit beeinflusst die Reibungskraft des relativen Gleitabschnitts 29, die dazu tendiert, aufgrund des individuellen Unterschieds der selbstanpassenden Dichtung 1 zu variieren, nicht signifikant den Betrieb der selbstanpassenden Dichtung 1, und somit ist es möglich hervorzurufen, dass die selbstanpassende Dichtung 1 bei gewünschtem Timing in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine wirkt.As described above, in each of the first to third embodiments, at least the low pressure side end surface becomes 26 the movable sealing element 20 or the wall surface 9 the groove 6 , the low pressure side end surface 26 is subjected to some process for facilitating relative sliding therebetween. As a result, the frictional force (f) of the second term on the right side of the above-described inequality (1) is reduced and the operating timing of the self-adjusting gasket 1 is determined mainly by the size relationship between pressure on the rear surface (P) × effective area of the seal ring (A) on the left side and biasing force (F) of the first term on the right side. Thus, the frictional force of the relative sliding portion influences 29 which tends to be due to the individual difference of self-adjusting seal 1 to vary, not significantly the operation of the self-adjusting seal 1 , and thus it is possible to elicit that self-adjusting seal 1 at the desired timing in accordance with the operating state of the rotating turbomachine acts.

Zusätzlich wird zumindest die Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 des bewegbaren Dichtungselements 20 oder die Wandoberfläche 9 der Nut 6, die der Niedrigdruckseitenendoberfläche 26 gegenüberliegt, dem Prozess zum Vereinfachen des relativen Gleitens dazwischen unterzogen, wodurch Variationen der Reibungskraft des relativen Gleitabschnitts 29 selbst reduziert werden, und somit ist es möglich hervorzurufen, dass die selbstanpassende Dichtung 1 bei gewünschtem Timing in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine wirkt.In addition, at least the low pressure side end surface becomes 26 the movable sealing element 20 or the wall surface 9 the groove 6 , the low pressure side end surface 26 is subjected to the process for facilitating the relative sliding therebetween, whereby variations in the frictional force of the relative sliding portion 29 itself can be reduced, and thus it is possible to elicit that self-adjusting seal 1 at the desired timing in accordance with the operating state of the rotating turbomachine acts.

Auch wenn die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung soweit im Einzelnen beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht begrenzt, und es ist offensichtlich, dass vielfältige Modifikationen und Veränderungen gemacht werden können, ohne von dem Wesentlichen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.Although the embodiments of the present invention have been described in detail so far, the present invention is not limited thereto, and it is obvious that various modifications and changes can be made without departing from the gist of the present invention.

Z. B. können, in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen, auch wenn die Beschreibung des Beispiels gegeben worden ist, bei dem das relative Gleiten in dem relativen Gleitabschnitt 29 durch einen Einzelprozess vereinfacht wird, die Prozesse zum Vereinfachen des relativen Gleitens in dem relativen Gleitabschnitt 29 in den ersten bis dritten Ausführungsformen geeignet kombiniert und verwendet werden.For example, in each of the above-described embodiments, although the description of the example has been given, in which the relative sliding in the relative sliding portion 29 is simplified by a single process, the processes for facilitating relative sliding in the relative sliding section 29 in the first to third embodiments are suitably combined and used.

Zusätzlich ist, auch wenn in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen die Beschreibung für die selbstanpassende Dichtung 1 gegeben worden ist, bei der das stationäre Dichtungselement 10 und das bewegbare Dichtungselement 20 vorgesehen sind, die Dichtungsflügel an den Innenrändern des stationären Dichtungselements 10 und des bewegbaren Dichtungselements 20 vorgesehen sind und die Dichtungsflügel und die unebene Nut, die entlang der Umfangsrichtung des Rotors 2 ausgebildet ist, das Austreten des Fluids verhindern, die selbstanpassende Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf das Beispiel begrenzt. Z. B. kann die unebene Nut in dem stationären Dichtungselement 10 und dem bewegbaren Dichtungselement 20 vorgesehen sein und die Dichtungsflügel können an dem Rotationselement (dem Rotor 2) vorgesehen sein. In addition, although in each of the above-described embodiments, the description is for the self-adjusting gasket 1 has been given, in which the stationary sealing element 10 and the movable sealing element 20 are provided, the sealing wings on the inner edges of the stationary sealing element 10 and the movable seal member 20 are provided and the sealing wings and the uneven groove along the circumferential direction of the rotor 2 is designed to prevent leakage of the fluid, the self-adjusting seal according to the present invention is not limited to the example. For example, the uneven groove in the stationary sealing element 10 and the movable seal member 20 be provided and the sealing wings can on the rotary member (the rotor 2 ) be provided.

7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem die unebene Nut in dem bewegbaren Dichtungselement 20 vorgesehen ist und die Dichtungsflügel an dem Rotor 2 vorgesehen sind. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist die unebene Nut 50 in der Innenrandoberfläche des bewegbaren Dichtungselements 20 vorgesehen, die dem Rotor 2 entlang der Umfangsrichtung gegenüberliegt, und Dichtungsflügel 52 sind an dem Rotor 2 entlang der Umfangsrichtung ausgebildet. 7 FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example in which the uneven groove in the movable seal member. FIG 20 is provided and the sealing wings on the rotor 2 are provided. As shown in the drawing, the uneven groove 50 in the inner peripheral surface of the movable seal member 20 provided to the rotor 2 along the circumferential direction, and sealing wings 52 are on the rotor 2 formed along the circumferential direction.

Ferner, wie in 7 gezeigt, wird eine Beschichtung 54 an der Oberfläche des bewegbaren Dichtungselements 20, die dem Rotor 2 gegenüberliegt, aus einem zerreibbaren Material vorzugsweise durch thermisches Sprühen ausgebildet.Further, as in 7 shown is a coating 54 on the surface of the movable seal member 20 that the rotor 2 is formed from a friable material, preferably by thermal spraying.

Damit wird, auch wenn das bewegbare Dichtungselements 20 in Kontakt mit dem Rotor 2 aus irgendeinem Grund während des Betriebs der rotierenden Turbomaschine gebracht wird, die Beschichtung 54 leicht geschnitten, und es ist somit möglich, Wärmegeneration zu unterdrücken und eine Biegedeformation des Rotationselements zu verhindern, die aus der Wärmegeneration resultiert. Andererseits kann die selbstanpassende Dichtung 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau bei gewünschtem Timing in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der rotierenden Turbomaschine wirken und der Dichtungsspalt wird nicht reduziert, bevor die rotierende Turbomaschine den beurteilten Betrieb (insbesondere vor Durchtreten durch den kritischen Punkt während des unbeständigen Betriebs) in der selbstanpassenden Dichtung 1 erreicht, und somit ist es möglich, den über die Erwartung hinausgehenden Schaden zu verhindern, der von dem Kontakt zwischen der Beschichtung 54 aus dem zerreibbaren Material und dem Rotor 2 resultiert.Thus, even if the movable seal member 20 in contact with the rotor 2 for any reason during operation of the rotating turbomachine, the coating 54 easily cut, and it is thus possible to suppress heat generation and prevent bending deformation of the rotation member resulting from the generation of heat. On the other hand, the self-adjusting seal 1 with the structure described above at the desired timing in accordance with the operating state of the rotary turbomachine and the sealing gap is not reduced before the rotating turbomachine the judged operation (especially before passing through the critical point during inconsistent operation) in the self-adjusting seal 1 achieved, and thus it is possible to prevent beyond the expectation of damage, the contact between the coating 54 from the friable material and the rotor 2 results.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 2000-97352 [0008]

Claims

Self-adapting seal for a rotary turbo-machine in which a rotating member rotates while facing a stationary member, and energy transfer is performed between the rotating member and a fluid, comprising: a movable seal member installed in a groove provided in the stationary member along the rotation member; and a biasing member that biases the movable seal member such that a gap between the rotation member and the movable seal member is increased, wherein at least during a judged operation of the rotary turbomachinery, the movable seal member is urged toward the rotational member against a biasing force of the biasing member by the fluid having flowed into an inner portion of the groove through a gap between a high pressure side end surface of the movable seal member and the groove; at least one low pressure side end surface of the movable seal member or a wall surface of the groove opposite to the low pressure side end surface is subjected to a process for facilitating relative sliding between the low pressure side end surface of the movable seal member and the wall surface of the groove.

A self-adapting seal for a rotating turbomachine according to claim 1, wherein as the process for facilitating the relative sliding, a lubricating coating is performed on at least the low pressure side end surface of the movable seal member or the wall surface of the groove opposite to the low pressure side end surface.

A self-adapting seal for a rotating turbomachine according to claim 2, wherein the lubricating coating is formed by applying, thermal spraying or plating.

A self-adapting seal for a rotary turbomachine according to claim 2, wherein the lubricating coating is a solid lubricant of at least one member selected from the group consisting of molybdenum disulfide, graphite, tungsten disulfide, graphite fluoride, boron nitride, copper, nickel, lead, tin, silver, tetrafluoroethylene, polyimide and high density polyethylene.

A self-adapting seal for a rotating turbomachine according to claim 4, wherein a recess for fixing the solid lubricant is formed at least on the low pressure side end surface of the movable seal member or the wall surface of the groove opposite to the low pressure side end surface.

A self-adapting seal for a rotary turbo-machine according to any one of claims 1 to 5, wherein as the process for facilitating the relative sliding, a corner of the wall surface of the groove is tapered facing the low pressure side end surface of the movable seal member.

A self-adapting seal for a rotating turbomachine according to any one of claims 1 to 6, wherein as the process for facilitating relative sliding, a surface roughness Ra of at least the low pressure side end surface of the movable seal member or the wall surface of the groove facing the low pressure side end surface is not more than 6, 3 microns is set.

A self-adapting seal for a rotating turbomachine according to any one of claims 1 to 7, wherein a coating of friable material is formed on a surface of the movable seal member facing the rotation member.