DE102005018716A1 - Sealing gap control - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der die Dichtspaltverluste vom Strömungseingang zum Strömungsausgang zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Körper mit einer einseitigen oder zweiseitigen Labyrinthdichtung deutlich verringert werden können, indem eine Seite der Labyrinthdichtung axial verfahrbar ausgestaltet wird. Im Ergebnis können Klein- und Kleinstturbinen mit hohem Wirkungsgrad für den Betrieb von Generatoren oder Druckluftturbinen oder auch hochdrehende Turbolader und -verdichter gebaut werden.The invention relates to a device with which the sealing gap losses from the flow inlet to the flow outlet between a fixed and a rotating body with a single-sided or two-sided labyrinth seal can be significantly reduced by making one side of the labyrinth seal axially movable. As a result, small and micro turbines with high efficiency for the operation of generators or compressed air turbines or high-revving turbochargers and compressors can be built.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der die Dichtspaltverluste vom Strömungseingang zum Strömungsausgang zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Körper deutlich verringert werden können. Im Ergebnis können Klein- und Kleinstturbinen mit hohem Wirkungsgrad für den Betrieb von Generatoren oder Druckluftturbinen oder auch hochdrehende Turbolader und -verdichter gebaut werden.The The invention relates to a device with which the sealing gap losses from the flow entrance to flow output between a fixed and a rotating body clearly can be reduced. As a result, you can Small and very small turbines with high efficiency for operation of generators or compressed air turbines or high-speed turbochargers and compressors are built.

Der Stand der Technik wird dadurch charakterisiert, dass die Spaltverluste zwischen Gehäuse und Laufrad heute durch Gleitringdichtungen, Labyrinthdichtungen oder auch bürstenähnliche Dichtungen verringert werden.Of the The prior art is characterized in that the gap losses between housing and Impeller today through mechanical seals, labyrinth seals or also brush-like Seals are reduced.

Bei Kleinturbinen oder Ladern wird heute vorzugsweise der Spalt zwischen Gehäuse und Laufrad bei kleinst möglicher Dimensionierung des Spaltes offen gelassen. Die Verluste durch den Spalt nehmen bei kleiner werdenden Laufraddurchmessern sehr stark zu und der mechanische Wirkungsgrad des Laufrades nimmt schnell ab. Es werden aber auch Dichtsysteme eingesetzt.at Small turbines or loaders is today preferably the gap between casing and impeller at the smallest possible Sizing of the gap left open. The losses by the Slit increase very much with decreasing impeller diameters too and the mechanical efficiency of the impeller is increasing rapidly from. But also sealing systems are used.

Gleitringdichtungen setzen auf dem rotierenden Körper auf und müssen bei hohem Druckgefälle zwischen Strömungseinlass und -auslass unter Vorspannung auf die Welle montiert werden. Gleitringdichtungen verursachen damit erhebliche Reibungswiderstände und unterliegen einem Verschleiß.Mechanical seals put on the rotating body on and have to at high pressure gradient between flow inlet and -auslass be mounted under pretension on the shaft. Mechanical seals cause considerable frictional resistance and are subject to wear.

Labyrinthdichtungen werden vorzugsweise in axialer Richtung auf die sich drehende Achse aufgesetzt, wobei diese als einfacher oder als ineinander greifender Kamm ausgebildet werden. Der konstruktive Abstand zwischen den Lamellen muss Wärmedehnungen und unvermeidliche Unwuchten oder Unebenheiten berücksichtigen. Bei Kleinturbinen wie für Druckluftwerkzeuge werden als minimale Dichtspaltweiten zwischen den Lamellen Abstände in der Grösse von bis zu 0,1 mm realisiert, bei Heißgasturbinen können die Abstände durchaus im Bereich von einigen Millimetern liegen.labyrinth seals are preferably in the axial direction on the rotating axis put on, these as simple or as interlocking Comb are formed. The constructive distance between the slats must have thermal expansions and take into account inevitable imbalances or bumps. For small turbines like for Pneumatic tools are used as minimum sealing gaps between the slats distances in this size realized by up to 0.1 mm, in hot gas turbines, the distances quite a few millimeters.

Bürstenähnliche Dichtungen setzen mit den Bürstenenden auf der Welle auf. Allerdings kann das Strömungsmedium in wenn auch geringem Umfang zwischen den einzelnen Bürsten hindurchströmen. Bürstendichtungen sind empfindlich gegenüber Verunreinigungen mit dem Ergebnis der Abstandsvergrößerung zwischen den Bürsten, möglichen Schleifspuren der Verunreinigungen und sind nicht für grosse Druckgefälle einsetzbar.Similar brushes Place seals with the brush ends on the shaft. However, the flow medium can be in albeit small Circumference between the individual brushes flow through. brush seals are sensitive to Impurities resulting in the increase in distance between the brushes, potential Grinding marks of impurities and are not for big pressure drop used.

Die erfindungsgemässe Aufgabe der Verringerung von Spaltverlusten wird dadurch gelöst, dass eine Seite der Labyrinthdichtung verfahrbar ausgestaltet wird und damit die einzelnen Labyrinthstege radial ineinander gefahren werden können. Die wirksame Dichtspalthöhe nach Hochlaufen des Rotationskörpers kann damit erfindungsgemäß bis auf Weiten von wenigen 0,001 mm reduziert und die Strömungsverluste durch den Dichtspalt drastisch verringert werden.The invention The task of reducing gap losses is solved by providing a Side of the labyrinth seal is designed movable and thus the individual labyrinth webs can be moved radially into each other. The effective sealing gap height after running up the rotating body can thus according to the invention to widths reduced by a few 0.001 mm and the flow losses through the sealing gap be drastically reduced.

Die Realisierung dieses Dichtungsprinzipes setzt voraus, dass der Rotationskörper oder ein Teil des Gehäuses jeweils mit dem einen radialen Labyrinthdichtungseingriff axial verfahrbar gegen den zweiten Teil der Labyrinthdichtung gelagert wird.The Realization of this sealing principle requires that the rotating body or a part of the housing each with the one radial labyrinth seal engagement axially movably mounted against the second part of the labyrinth seal becomes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise mit einem elektromagnetisch aktiv gelagerten Rotationskörper (Laufrad) durchgeführt, der mit einer elektromagnetischen Unwuchtkompensation ausgestattet wird und der axial in einem Bereich von plus/minus 0,2 mm mit einer Genauigkeit von 0,001 mm verschoben werden kann. Der axiale Verschub wird durch eine entsprechende Strombeaufschlagung des elektromagnetisch aktiven Axiallagers herbeigeführt. Diese Bauart bietet sich an, wenn der Rotationskörper ein sehr schnell laufender Rotationskörper ist, der nicht mehr sinnvoll durch mechanische Lager gelagert werden kann.The inventive device is preferably used with an electromagnetically active rotary body (impeller) carried out, equipped with an electromagnetic unbalance compensation is and the axially in a range of plus / minus 0.2 mm with a Accuracy of 0.001 mm can be moved. The axial displacement is by an appropriate current of the electromagnetic active thrust bearing brought about. This design is useful when the rotating body is a very fast running body of revolution is no longer meaningfully stored by mechanical bearings can.

Im Falle einer mechanischen Lagerung kann die Erfindung derart durchgeführt werden, dass das Gehäuse über eine Membran mit einem axial verschieblichen Deckel ausgeführt wird und dieser Deckel über eine mechanische oder elektromechanische Verstelleinrichtung axial verschieblich ausgebildet wird. Diese Bauart bietet sich für alle Rotationskörper an, deren Drehzahlen unterhalb von 20.000 U/min liegen.in the In the case of mechanical storage, the invention can be carried out in such a way that the case over a Membrane is designed with an axially movable lid and this cover over a mechanical or electromechanical adjusting axial is formed displaceable. This design is suitable for all rotation bodies, their speeds are below 20,000 rev / min.

Vorzugsweise wird die Erfindung zur Verringerung der zwischen Gehäuse und turbinen- oder verdichterschaufelbestückten Rotationskörper auftretenden Spaltverluste eingesetzt. Dies setzt voraus, dass die normalerweise zum Gehäuse frei drehenden Turbinenschaufelenden einer üblichen Radialturbine mit einer Mantelfläche versehen werden und diese Mantelfläche an dem oberen und/oder unteren Ende den einen Teil der Labyrinthdichtungen tragen und das gegenüber liegende Gehäuseteil den jeweils entsprechenden anderen Teil der Labyrinthdichtungen.Preferably The invention will reduce the between housing and occurring turbine or compressor blade rotating body occurring Gap losses used. This assumes that normally to the housing free-rotating turbine blade ends of a conventional radial turbine with a lateral surface be provided and this lateral surface at the top and / or the lower end to carry one part of the labyrinth seals and the opposite housing part the corresponding other part of the labyrinth seals.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kann bei kleinen Radialturbinen wie bei Abgasturboladern, Gas- und Dampfturbinen oder auch Luftturbinen sowie entsprechenden Verdichtern die die Verluste verursachende Dichtspaltfläche durchaus um den Faktor 100 reduziert werden.With the inventive device can in small radial turbines as in exhaust gas turbochargers, gas and steam turbines or air turbines and corresponding compressors the Ver Loss causing gap surface can be reduced by a factor of 100.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in drei Zeichnungen dargestellt, wobei jede Zeichnung in dem a-Schnitt durch die Drehachse den Ruhezustand (geöffnete Labyrinthdichtung) und in dem b-Schnitt den Arbeitszustand mit ineinander gefahrener Labyrinthdichtung zeigt.The inventive device is shown in three drawings, each drawing in the a-section through the rotation axis the resting state (opened labyrinth seal) and in the b-section the working condition with one another Labyrinth seal points.

Die Zeichnung I stellt den entsprechenden Teilschnitt durch eine Axialturbine dar.The Drawing I represents the corresponding partial section through an axial turbine represents.

Die Zeichnung II stellt den Schnitt durch eine/n Radialturbine/-verdichter dar.The Drawing II shows the section through a radial turbine / compressor represents.

Die Zeichnung III stellt den Schnitt durch einen beliebigen Rotationskörper mit der Labyrinthdichtung auf einer achssymetrischen Freiformfläche dar.The Drawing III provides the section through any rotational body the labyrinth seal on an achsymetrischen freeform surface.

11
Gehäusecasing
22
Rotationskörperbody of revolution
33
Mantelflächelateral surface
44
Labyrinthdichtung auf dem Rotationskörperlabyrinth seal on the rotation body
55
Gehäuseseitige Labyrinthdichtunghousing-side labyrinth seal
66
Flexible, druckfeste Membranflexible, pressure-resistant membrane

Claims (8)

Vorrichtung zur Verringerung von Dichtspaltverlusten dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper und das Gehäuse in einander greifende Labyrinthdichtungen aufweisen und die Spaltweite der Labyrinthdichtung durch Verfahren einer Hälfte der Dichtung eingestellt werden kann.Device for reducing sealing gap losses, characterized in that the rotary body and the housing have interlocking labyrinth seals and the gap width of the labyrinth seal can be adjusted by moving one half of the seal. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung bei einer Axialturbine oder einem Axialverdichter eingesetzt wird.Device according to claim 1, characterized in that the labyrinth seal in an axial turbine or an axial compressor is used. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung bei einer Radialturbine oder Radialverdichter eingesetzt wird.Device according to claim 1, characterized in that the labyrinth seal in a radial turbine or radial compressor is used. Vorrichtuntg gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung bei einer Diagonalturbine oder einem Diagonalverdichter eingesetzt wird.Device according to claim 1, characterized in that the labyrinth seal in a diagonal turbine or a diagonal compressor is used. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung auf zwei achssymetrischen Freiformflächen eingesetzt wird.Device according to claim 1, characterized in that the labyrinth seal on two achsymetrischen Free-form surfaces is used. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper durch die Ansteuerung eines aktiven elektromagnetischen Axiallagers axial verfahren werden kann.Device according to claim 1 to 5, characterized in that the rotational body by the control of an active electromagnetic thrust bearing axially can be moved. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der eine drehbare Achse umschließende Gehäusedeckel mit einer die Drehachse umfassenden Hülse, die die eine Seite der Labyrinthdichtung trägt, mit einer druckfesten Membran mit dem Gehäuse verbunden ist und mechanisch oder elektromechanisch axial verfahren werden kann.Device according to claim 1 to 6, characterized in that the rotatable axle enclosing a housing cover with a comprehensive axis of rotation sleeve which is one side of the Wearing labyrinth seal, with a pressure-resistant membrane is connected to the housing and mechanically or can be moved axially electromechanically. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der schaufelbestückte Rotationskörper eine äußere Mantelfläche aufweist, die den einen Teil einer oberen und/oder unteren radialen Labyrinthdichtung aufweist.Device according to claim 1 to 7, characterized in that the blade-equipped rotary body has an outer circumferential surface, the one part of an upper and / or lower radial labyrinth seal having.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103827558A (en) * 2011-09-12 2014-05-28 阿尔斯通技术有限公司 Labyrinth seal
DE102014224283A1 (en) * 2014-11-27 2016-06-02 Robert Bosch Gmbh Compressor with a sealing channel

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011003841A1 (en) * 2011-02-09 2012-08-09 Siemens Aktiengesellschaft Turbine with relatively adjustable rotor and turbine housing

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5263816A (en) * 1991-09-03 1993-11-23 General Motors Corporation Turbomachine with active tip clearance control
WO2002077417A2 (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Pebble Bed Modular Reactor (Proprietary) Limited A method of operating a turbine and a gas turbine
DE50112597D1 (en) * 2001-04-12 2007-07-19 Siemens Ag Gas turbine with axially movable housing parts

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103827558A (en) * 2011-09-12 2014-05-28 阿尔斯通技术有限公司 Labyrinth seal
CN103827558B (en) * 2011-09-12 2016-08-24 通用电器技术有限公司 Labyrinth
DE102014224283A1 (en) * 2014-11-27 2016-06-02 Robert Bosch Gmbh Compressor with a sealing channel

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