DE102004024080A1 - Brush seal for use in e.g. static gas turbine, has interference units, fastenable to stator, concurring with interference recesses such that force is applied on each ring part, where force presses each ring part in stator - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bürstendichtung, insbesondere für die Verwendung zwischen einem Rotor und einem Stator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The present invention relates to a brush seal, in particular for the Use between a rotor and a stator according to the preamble of claim 1
Die Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Dampfturbinen, der Gasturbinen und Flugtriebwerke. In diesem Gebiet ist die Abdichtung eines Spalts zwischen relativ zueinander beweglichen Bauteilen, insbesondere zwischen einem Stator und einem Rotor, von besonderer Bedeutung, da hierbei beispielsweise Räume gegeneinander abgedichtet werden müssen, in denen unterschiedliche Drücke herrschen. Zudem ist bei Turbomaschinen in der Regel das abzudichtende Fluid sehr heiß und die Wellendrehzahl sehr hoch. Zur Abdichtung eines Spalts zwischen Rotor und Stator, beispielsweise an Wellendurchtrittsstellen, sind für Gasturbinen oder Flugtriebwerke daher Bürstendichtungen entwickelt worden, die gegenüber Labyrinthdichtungen sowohl zu Einsparungen bezüglich des Bauraums als auch zu Verbesserungen bezüglich der Gasleckrate führen. Die Bürstendichtung wird in der Regel in Form von Dichtringen gefertigt, die in dem oder an dem Stator befestigt werden.The The invention relates in particular to the field of steam turbines, the Gas turbines and aircraft engines. In this area is the seal a gap between relatively movable components, in particular between a stator and a rotor, of particular Meaning, since in this case, for example, spaces are sealed against each other have to, in which different pressures prevail. In addition, in turbomachinery is usually the fluid to be sealed very hot and the shaft speed is very high. For sealing a gap between Rotor and stator, for example at shaft passage points, are for gas turbines or aircraft engines therefore brush seals been developed opposite Labyrinth seals both to savings in space and to improvements regarding lead the gas leak rate. The brush seal is usually made in the form of sealing rings, which are in the or attached to the stator.
Der bei kaltem Triebwerk zwischen Borsten und Rotor vorgesehene Spalt wächst im Betrieb durch thermische Dehnung zu. Im Hinblick auf die Druckbelastung der Bürstendichtung wird die Höhe des Spalts zwischen Metallfassung und Rotor so klein wie möglich ausgeführt. Andererseits sollte im Betrieb der Rotor die Metallfassung, die die Bürsten hält, möglichst nicht berühren. Insbesondere beim Anlaufen eines Flugtriebwerkes oder einer statischen Gasturbine kommt es zu Auslenkungen des Rotors oder des Stators, die bei etwa 0,2 bis 0,7 mm liegen können. Aus diesem Grund ist ein exakter Einbau des Dichtrings von besonderer Bedeutung.Of the in cold engine between bristles and rotor provided gap grows in operation due to thermal expansion too. With regard to the pressure load the brush seal will the height of the Gaps between metal frame and rotor are made as small as possible. on the other hand In operation, the rotor should, if possible, hold the metal frame holding the brushes do not touch. In particular, when starting an aircraft engine or a static gas turbine it comes to deflections of the rotor or the stator, at about 0.2 to 0.7 mm can lie. For this reason, an exact installation of the sealing ring is special Importance.
Insbesondere muss hierbei sicher gestellt werden, dass der Bürstendichtring konzentrisch zum Rotor aufgebaut ist. Dies wird bei ungeteilten Bürstendichtringen durch Einbringen des Bürstendichtrings in den Stator realisiert. Der Bürstendichtring nimmt hierbei durch das Einbringen in den Stator bzw. das Gehäuse die Konzentrität des Gehäuses an.Especially It must be ensured that the brush seal is concentric is constructed to the rotor. This will happen with undivided brush seals by inserting the brush seal realized in the stator. The brush seal decreases here by the introduction into the stator or the housing the concentricity of the housing.
Während eine solche Art der Fixierung bei ungeteilten Bürstendichtringen möglich und praktikabel ist, stellt sich bei geteilten Bürstendichtringen das Problem der präzisen und zuverlässigen Fixierung der Dichtung an dem Gehäuse.While one Such type of fixation in undivided brush seals possible and practicable, is the problem with split brush seals the precise one and reliable Fixation of the seal on the housing.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Dichtvorrichtung zu schaffen, bei der geteilte Bürstendichtringe zum Einsatz kommen können, und gleichzeitig eine hohe Genauigkeit der Fixierung und ein einfacher Aufbau des Gehäuses gewährleistet werden kann.task Therefore, it is the object of the present invention to provide a sealing device create at the split brush seals can be used and at the same time a high accuracy of fixation and a simpler Structure of the housing guaranteed can be.
Ausgehend von einer Bürstendichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Bürstendichtring über seinen Umfang aus mindestens zwei getrennten Ringteilen besteht, jeder Ringteil mindestens eine Eingriffsaussparung aufweist und die Bürstendichtung weiterhin Eingriffsmittel für den Eingriff mit mindestens einer Eingriffsaussparung eines der Ringteile umfasst, wobei die Eingriffsmittel an dem Stator befestigbar sind und ausgelegt sind, jeweils so mit der Eingriffsaussparung zusammenzuwirken, dass auf jeden Ringteil eine Kraft aufgebracht wird, die den jeweiligen Ringteil in den Stator drückt.outgoing from a brush seal of the aforementioned type, this object is achieved according to the invention solved, that the brush seal over his Scope consists of at least two separate ring parts, each Ring part has at least one engagement recess and the brush seal continue to intervene for the engagement with at least one engagement recess of one of the ring parts comprising, wherein the engagement means are attachable to the stator and adapted to cooperate with the engagement recess in each case such that on each ring part a force is applied, which the respective Ring part presses in the stator.
Durch die Kraft, die durch die Eingriffsmittel auf die Ringteile aufgebracht wird, können die Ringteile an das Gehäuse oder in eine in dem Gehäuse vorgesehene Nut zur Aufnahme des Bürstenrings gepresst werden. Hierdurch kann die benötigte Konzentrität bzw. Formhaltigkeit zur Funktionstüchtigkeit der Bürstendichtung gewährleistet werden. Weiterhin wird es durch die Lösbarkeit der Verbindung zwischen den Eingriffsmitteln und dem Gehäuse möglich, die Befestigungskraft des Ringteils an dem Gehäuse zu beseitigen, um beispielsweise den Ring auszutauschen.By the force applied by the engagement means on the ring parts will, can the ring parts to the housing or in a housing provided in the Groove for receiving the brush ring be pressed. As a result, the required concentricity or shape retention for functionality the brush seal guaranteed become. Furthermore, it is due to the solubility of the compound between the engagement means and the housing possible, to eliminate the fastening force of the ring member to the housing, for example to replace the ring.
Bevorzugt
liegt die Wirkungsrichtung der Kraft im Bereich zwischen der tangentialen
und der radial nach außen
gerichteten Richtung des Bürstendichtrings
(
Die Eingriffsaussparungen werden bevorzugt jeweils an der Seite des Dichtrings vorgesehen, die der Seite gegenüberliegt, an der die Borsten hervorstehen. Vorzugsweise werden die Eingriffsaussparungen im Bereich der Trennlinie zwischen zwei Ringteilen vorgesehen. Insbesondere kann sich die Eingriffsaussparung von dem Ende des Ringteils erstrecken. Diese Position der Eingriffsaussparung an dem Ringteil gewährleistet, dass die Befestigungskraft über einen möglichst großen Bereich des Ringteils wirken kann. Sind an beiden Enden eines Ringteils Eingriffsaussparungen vor gesehen, so wirkt die Befestigungskraft über die gesamte Länge des Ringteils.The Engagement recesses are preferably each on the side of the Sealing ring provided, which is opposite to the side on which the bristles protrude. Preferably, the engagement recesses are in the range the dividing line between two ring parts provided. Especially For example, the engagement recess may extend from the end of the ring member. Ensuring this position of the engagement recess on the ring member, that the fastening force over one possible huge Area of the ring member can act. Are at both ends of a ring part Engagement recesses seen before, the fastening force acts on the whole length of the ring part.
Um eine in radialer Richtung des Bürstedichtrings auf das Gehäuse hin gerichtete Befestigungskraft erzeugen zu können, kann die Eingriffsaussparung eine Hinterschneidung aufweisen, in die das Eingriffsmittel eingreift. Bevorzugte Winkel der Hinterschneidung liegen zwischen 10 und 80 Grad, noch bevorzugter zwischen 20 und 70 Grad und am bevorzugtesten im wesentlichen 45 Grad.Around one in the radial direction of the brush seal on the case can produce directed fastening force, the engagement recess have an undercut, in which engages the engagement means. Preferred angles of the undercut are between 10 and 80 Degrees, more preferably between 20 and 70 degrees, and most preferably essentially 45 degrees.
Als Eingriffsmittel kann eine ebene Platte verwendet werden, die in radialer Richtung oder unter einem Winkel zu dieser Richtung in das Gehäuseinnere hervorragen und dort in die Eingriffsaussparung eingreifen kann. Alternativ kann das Eingriffsmittel zumindest in dem Bereich, in dem dieses mit der Eingriffsaussparung zusammenwirkt, eine Keilform aufweisen. Das Eingriffsmittel ist in diesem Fall eine ebene Platte mit einer an einem Ende auf einer Seite zunehmenden Dicke. Diese Keilform kann insbesondere für das Zusammenwirken mit einer Eingriffsaussparung mit Hinterschneidung dienen.When Engagement means can be used a flat plate, which in radial direction or at an angle to this direction in the interior of the housing protrude and can intervene in the engagement recess. Alternatively, the engagement means at least in the area in this interacts with the engagement recess, a wedge shape exhibit. The engagement means in this case is a flat plate with a thickness increasing at one end on one side. These Wedge shape can be especially for the interaction with an engagement recess with undercut serve.
Das Eingriffsmittel kann an dem Stator beziehungsweise an dem Gehäuse durch eine Schraubverbindung befestigt werden.The Engagement means can on the stator or on the housing by a screw connection can be attached.
In der erfindungsgemäßen Bürstendichtung können unterschiedliche Arten von Bürstendichtringen verwendet werden. Beispielsweise können die Ringteile jeweils mindestens eine Stützplatte und eine Deckplatte sowie ein dazwischen angeordnetes Borstenteil umfassen.In The brush seal according to the invention can have different Types of brush seals be used. For example, the ring parts each at least one support plate and a cover plate and a bristle portion disposed therebetween include.
Die erfindungsgemäße Bürstendichtung ist vorzugsweise für die Verwendung in einer statischen Gasturbine oder einem Flugzeugtriebwerk ausgelegt.The Brush seal according to the invention is preferably for use in a static gas turbine or aircraft engine designed.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.The Invention is described below with reference to an illustrated in the drawings embodiment described.
Im Einzelnen zeigen:in the Show individual:
Der
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
verwendete Bürstenring
Der
Dichtring
Wie
sich aus der
Um
diese Konzentrität
bei dem geteilten Bürstendichtring
Die
Fixierung der Ringhälften
In
diese Eingriffsaussparungen
Bei
der dargestellten Ausführungsform
werden die Ringteile
Die
Trennlinie T zwischen den beiden Ringhälften
Mit
der erfindungsgemäßen Bürstendichtung
Schließlich ist die erfindungsgemäße Bürstendichtung auch an die Temperatur und Druckverhältnisse, die beispielsweise in statischen Gasturbinen oder Flugtriebwerken herrschen, angepasst. Die Fixierung erfolgt bei der erfindungsgemäßen Dichtung über Spannvorrichtungen, die beispielsweise eingeschraubt werden können. Diese Art der Verbindung kann, im Gegensatz zum Fixieren der Ringteile durch beispielsweise Einkleben in das Gehäuse, auch hohen Temperaturen standhalten.Finally is the brush seal according to the invention also to the temperature and pressure conditions, for example in static gas turbines or aircraft engines, adapted. The fixation takes place in the inventive seal over clamping devices, which can be screwed in, for example. This type of connection can, in contrast to fixing the ring parts by example Gluing in the case, too withstand high temperatures.
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