Bürstendichtungsanordnung Die Erfindung betrifft eine Bürstendichtungsanordnung zum Abdichten eines Spaltes zwischen einem Rotor und einem Stator nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Rotationsmaschine, ins ^¬ besondere eine Dampfturbine nach dem unabhängigen Patentan- spruch 4.

Bürstendichtungen haben die Aufgabe, den Spalt zwischen einem Rotor und einem Stator abzudichten und so die Leckage von Prozessfluid durch den Spalt zwischen Rotor und Stator mög- liehst gering zu halten. Die Bürstendichtung weist hierzu ein Bürstengehäuse und eine Vielzahl von im Bürstengehäuse befes ^¬ tigten Borsten auf. Die Borsten ragen aus dem Bürstengehäuse heraus und stützen sich mit ihrem freien Ende gegen eine Dichtfläche am Rotor ab. Je nach Ausführungsform der Bürsten- dichtung stützen sich die Borsten der Borstendichtung permanent gegen die Dichtfläche am Rotor ab oder es kommt ledig ^¬ lich bei einer radialen Bewegung des Rotors im Betrieb zu einem lokalen Anlegen der freien Enden der Borsten an die

Dichtfläche des Rotors.

Wenn sich die Borsten der Bürstendichtung permanent gegen die Dichtflächte am Rotor abstützen, kommt es zu einem hohen Verschleiß sowohl an den Borsten, als auch an den Dichtflächen am Rotor. Falls sich die Borsten der Bürstendichtung nur zeitweise und/oder lokal an den Dichtflächen am Rotor abstüt- zen, kommt es, aufgrund von Reibung, zu einer lokalen Erwärmung des Rotors, welche eine thermische Durchbiegung des Ro ^¬ tors hervorrufen oder eine vorhandene Durchbiegung des Rotors verschärfen kann. Die thermische Durchbiegung des Rotors ist problematisch, da hierdurch Unwuchten hervorgerufen werden können, die das dynamische Verhalten des Rotors negativ be ^¬ einflussen. Um dies zu vermeiden muss der Spalt zwischen der Bürstendichtung und dem Rotor hinreichend groß gewählt wer- den, was wiederum zu hohen Leckageströmen im Dichtspalt führt .

Um die thermische Durchbiegung zu verringern, sieht die

DE 600 31 044 T2 vor, im Bereich vor oder hinter der Dichtfläche im Rotor eine radiale Nut vorzusehen. Durch die radia ^¬ le Nut und den damit entstehenden Steg kann der Rotor sich thermisch ausdehnen wodurch ein Durchbiegen verringert bzw. verhindert werden kann.

Ausgehend vom vorliegenden Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Bürstendichtung bereitzustellen, welche ein thermisches Durchbiegen des Rotors vermeidet und dabei nur geringe Leckageverluste aufweist. Desweiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotationsmaschine, insbesondere eine Dampfturbine bereitzustellen, welche eine solche Bürstendichtungsanordnung umfasst.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Bürstendichtung durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Rotationsmaschine durch die Merkmale des unabhängigen Pa ^¬ tentanspruchs 4 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche .

Die erfindungsgemäße Bürstendichtungsanordnung, zur Abdichtung eines Spaltes zwischen einem Rotor und einem Stator, um- fassend wenigstens eine Bürstendichtung, welche ein Bürsten ^¬ gehäuse und eine Vielzahl von im Bürstengehäuse befestigten Borsten aufweist, wobei die freien Enden der Borsten sich gegen eine Dichtfläche am Rotor abstützen und wobei axial vor und/oder hinter der Dichtfläche wenigstens eine radial umlau- fende Nut im Rotor vorgesehen ist, zeichnet sich dadurch aus, dass innerhalb der radial umlaufenden Nut mindestens eine ebenfalls radialumlaufende Dichtspitze angeordnet ist. Bei der Dichtspitze handelt es sich beispielsweise um ein schma- les, sich in radialer Richtung erstreckendes Blech. Die

Dichtspitze wirkt dadurch wie eine Kamm-Nut Dichtung. Auf ^¬ grund der Dichtspitze kommt es zu Verwirbelungen innerhalb der Nut und zu einer Erhöhung des Strömungswiderstands. Hier- durch wird die Leckageströmung reduziert. Die Verwirbelung der Leckageströmung erfolgt im Wesentlichen durch die Umlen- kung der Strömung in der Nut. Durch die Umlenkung der Strömung wird die Impulskraft auf die nachfolgende Dichtungsbürs ^¬ te deutlich reduziert und damit die Belastung für die nach- folgende Dichtungsbürste reduziert.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Dichtspitze so angeordnet ist, dass sie den Spalt zwischen Rotor und Stator in axialer Richtung überdeckt. Hierdurch prallt die Strömung, welche im Dichtspalt beschleunigt wird, zu ^¬ nächst auf die Dichtspitze welche einen Teil der Impulskraft der Strömung aufnimmt. Anschließend erfolgen die Umlenkung der Strömung und die Verwirbelung der Strömung in der Nut. Hierdurch wird die Impulskraft der Strömung weiter reduziert und die Belastung auf die nachfolgende Bürstendichtung deut ^¬ lich vermindert.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Dichtspitze im Stator befestigt ist. Durch die Befestigung der Dichtspitze im Stator erfolgt eine stärkere Umlenkung der Strömung innerhalb der Nut, als bei einer Befestigung der Dichtspitze im Rotor. Durch die stärkere Umlenkung der Strö ^¬ mung wird wie bereits beschrieben die Verwirbelung der Strömung erhöht und die damit die Impulskraft auf die Bürsten re- duziert, was sich vorteilhaft auf die Lebensdauer und die Be ^¬ triebssicherheit der Bürstendichtung auswirkt.

Die erfindungsgemäße Rotationsmaschine, insbesondere Dampf ^¬ turbine, zeichnet sich dadurch aus, dass die Rotationsmaschi- ne eine Bürstendichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 umfasst. Aufgrund des Einsatzes der erfindungsgemäßen Bürstendichtungsanordnung wird die Leckageströmung innerhalb des Dichtungsspaltes reduziert und die Gefahr von thermischen Durchbiegungen des Rotors stark vermindert. Hierdurch wird die Sicherheit beim Einsatz von Bürstendichtungen bei Rotationsmaschinen, wie beispielsweise bei Dampfturbinen, Gasturbi ^¬ nen oder Kompressoren wesentlich erhöht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur 1 erläutert. Die Figur zeigt eine schematische nicht maßstabgerechte Darstellung der Erfindung. Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bürstendichtungsanordnung 1. Die Bürstendichtungsanordnung 1 umfasst vier radial hintereinander angeordnete Bürstendichtungen 5, die in einem Stator 4 angeordnet sind. Beim Stator 4 handelt es sich bei ^¬ spielsweise um das Gehäuse einer Dampfturbine. Jede Bürsten- dichtung 5 umfasst ein Bürstengehäuse 6 in dem eine Vielzahl von im Bürstengehäuse 6 befestigten Borsten 7 angeordnet sind. Die freien Enden der Borsten 8, welche aus dem Bürstengehäuse 6 hinausragen, können sich bei einem Kontakt der Borsten 7 gegen eine Dichtfläche 9 am Rotor 3 abstützen.

Hierdurch wird der Spalt 2 zwischen dem Rotor 3 und dem

Stator 4 abgedichtet. Die Bürstendichtung 5 kann dabei so ausgebildet sein, dass die Borsten 7 sich permanent an der Dichtfläche 9 am Rotor 3 abstützen oder es lediglich bei einer radialen Auslenkung des Rotors 3 zu einem Anstreifen der Borsten 7 an der Dichtfläche 9 kommt. Der Rotor 3 ist dabei als gekerbter Rotor ausgebildet, bei dem vor und hinter jeder Dichtfläche 9 eine radial umlaufende Nut 10 vorgesehen ist, so dass im Bereich der Dichtfläche 9 jeweils ein Steg 12 aus ^¬ gebildet wird. Der Steg 12 ist so ausgebildet, dass er sich bei einer lokalen Erwärmung aufgrund eines Anstreifens der Borsten 7 an der Dichtfläche 9 thermisch ausdehnen kann und so einer thermischen Verformung des Rotors 3 entgegen wirkt. Um die Leckageströmung über die Bürstendichtungsanordnung 1 zu verringern und die Impulskraft auf die nachfolgenden Bürs- tendichtungen 5 zu verringern, ist in jeder Nut 10 eine radialumlaufende Dichtspitze 11 angeordnet. Die Dichtspitze 11 ist dabei im Stator 4 befestigt und ragt in die Nut 10 hin ^¬ ein. Dabei überdeckt die Dichtspitze 11 in axialer Richtung den Spalt 2 zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 4. Somit wirkt die Dichtspitze als Art Kamm-Nut Dichtung. Die

Leckageströmung, welche im Dichtspalt 2 beschleunigt wird und eine hohe Impulskraft aufweist, trifft hinter jeder Bürsten- dichtung 5 zunächst auf die Dichtspitze 11, die ein Teil der Impulskraft der Strömung aufnimmt. Anschließend wird die Strömung innerhalb der Nut 10 stark umgelenkt, wodurch sie verwirbelt wird und weiter an Impulskraft verliert. Durch die Nut 10 in Kombination mit der Dichtspitze 11 steigt der Strö- mungswiderstand an, wodurch die Leckageströmung verringert wird. Durch die stark verringerte Impulskraft, die auf die nachfolgenden Bürstendichtungen 5 trifft, wird eine Beschädigung der nachfolgenden Bürstendichtungen 5 weitgehend ausgeschlossen. Die Dichtspitzen 11 nehmen dabei sowohl permanente als auch zyklisch auftretende, dynamische Impulskräfte auf.

Durch die erfindungsgemäße Bürstendichtungsanordnung ist somit ein wesentlich sicherer Betrieb einer Rotationsmaschine gewährleistet. Die erfindungsgemäße Bürstendichtungsanordnung eignet sich dabei insbesondere für Dampfturbinen, da hier ho ^¬ he thermische Belastungen am Rotor auftreten. Gleichzeitig sorgen die hohen Drücke innerhalb der Dampfturbine für eine große Belastung der jeweiligen Dichtungen. Die erfindungsgemäße Bürstendichtungsanordnung sorgt für eine besonders ge- ringe Leckageströmung bei gleichzeitig erhöhter Lebensdauer und Betriebssicherheit.