DE102013205880B4 - sealing arrangement - Google Patents
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Abstract
Dichtungsanordnung einer Drehverbindung, insbesondere für eine Strömungsmaschine, welche mindestens eine erste und eine zweite Dichtfläche (12,13) aufweist, die dichtend gegeneinander anliegen und sich relativ zueinander drehen können, wobei die erste Dichtfläche (13) an einem Dichtkörper (3) angeordnet ist, der von mindestens einem Dichtungsträger (4) gehalten wird, und wobei mindestens ein Federelement (5) vorgesehen ist, welches einerseits gegen einen Anschlag (6) und andererseits gegen den Dichtkörper (3) und/oder den Dichtungsträger (4) anliegt, um den Dichtkörper (3) mit der ersten Dichtfläche (13) gegen die zweite Dichtfläche (12) zu drücken, wobei der Dichtungsträger (4) und/oder der Dichtkörper (3) mit einem Ende des Federelements (5) und/oder der Anschlag (6) mit einem anderen Ende des Federelements (5) stoffschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) einen Führungskörper (7) aufweist, entlang dem die Feder expandiert und kontrahiert werden kann.Sealing arrangement of a rotary joint, in particular for a turbomachine, which has at least a first and a second sealing surface (12,13) which sealingly abut each other and can rotate relative to each other, wherein the first sealing surface (13) on a sealing body (3) is arranged , which is held by at least one seal carrier (4), and wherein at least one spring element (5) is provided, which on the one hand against a stop (6) and on the other hand against the sealing body (3) and / or the seal carrier (4) abuts the sealing body (3) with the first sealing surface (13) to press against the second sealing surface (12), wherein the seal carrier (4) and / or the sealing body (3) with one end of the spring element (5) and / or the stop ( 6) are materially connected to another end of the spring element (5), characterized in that the spring element (5) has a guide body (7) along which the spring expands and cont can be ranked.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung einer Drehverbindung, insbesondere für eine Strömungsmaschine, wie eine stationäre Gasturbine oder ein Flugtriebwerk, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie in der Druckschrift
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
In der Druckschrift
Bei Strömungsmaschinen, wie stationären Gasturbinen oder Flugzeugtriebwerken drehen sich Rotoren gegenüber feststehenden Statoren. Entsprechend gibt es viele Bereiche der Strömungsmaschine, in denen rotierende Bauteile gegenüber statischen Bauteilen abgedichtet werden müssen, wie beispielsweise im Bereich der Lager der Rotoren die Lagerkammern gegen auslaufendes Öl abgedichtet werden müssen.In turbomachines, such as stationary gas turbines or aircraft engines, rotors rotate relative to fixed stators. Accordingly, there are many areas of turbomachine in which rotating components must be sealed against static components, such as in the bearing of the rotors, the bearing chambers must be sealed against leaking oil.
Zu diesem Zweck ist es aus dem Stand der Technik bekannt, sogenannte Carbon Face Seals (Kohlenstoffflächendichtungen) vorzusehen, bei denen ein Dichtkörper (als Carbon bezeichnet) mit seiner Dichtfläche gegen eine Gegendichtfläche abdichtet, wobei der Dichtkörper (Carbon) drehend angeordnet ist. Um axial Bewegungen bzw. thermische Dehnungen ausgleichen zu können, muss der Dichtkörper ebenfalls in axialer Richtung, also in eine Längsrichtung der Drehwelle bewegbar sein, um einen sicheren, festen und ständigen Kontakt zur stationären Gegendichtfläche zu halten. Entsprechend ist es bekannt eine entsprechende Dichtungsanordnung vorzusehen, die es ermöglicht den Dichtkörper in axialer Richtung gegen die Dichtfläche des stationären Bauteils vorzuspannen. Eine derartige bekannte Dichtungsanordnung ist in
Gemäß der bekannten Dichtungsanordnung, die in ähnlicher Weise auch in der
Durch die Vielzahl der verschiedenen Bauteile ist jedoch der Montageaufwand für eine entsprechende Dichtungsanordnung sehr hoch und es besteht das Risiko, dass entsprechende Bauteile verloren gehen oder falsch montiert werden. Außerdem ergibt sich durch die Vielzahl der einzelnen Komponenten, die zu einer geeigneten Handhabung eine Mindestgröße aufweisen müssen ein hoher Platzbedarf.Due to the large number of different components, however, the assembly effort for a corresponding sealing arrangement is very high and there is the risk that corresponding components are lost or incorrectly mounted. In addition, results from the large number of individual components that must have a minimum size for a suitable handling a lot of space.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Dichtungsanordnung bereitzustellen, die die oben beschriebenen Probleme beseitigt bzw. vermindert und die insbesondere eine schnelle, einfache und sichere Montage einer Dichtungsanordnung in einer Strömungsmaschine ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a sealing arrangement which eliminates or reduces the problems described above and in particular allows a quick, easy and secure installation of a seal assembly in a turbomachine.
TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a sealing arrangement with the features of
Die Dichtungsanordnung kann zumindest teilweise durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt werden, bei welchem das Bauteil schichtweise aus Pulvermaterialien aufgebaut wird. Beispiele hierfür sind das selektive Laserschmelzen(selective laser melting SLM), das selektive Lasersintern, das selektive Elektronenstrahlschmelzen, das selektive Elektronenstrahlsintern oder das Kaltgasspritzen sowie das selektive Auftragsschweißen. Insgesamt kann bei den generativen Fertigungsverfahren zwischen Verfahren unterschieden werden, in dem selektiv Pulver in einem Pulverbett zu einer Struktur gefügt wird und Verfahren, bei denen das Pulver gezielt nur in den Bereichen aufgebracht wird, die zur Ausbildung der gewünschten Struktur beitragen. Sämtliche derartige Verfahren können bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.The seal assembly may be at least partially manufactured by a generative manufacturing process in which the component is built up in layers from powder materials. Examples include selective laser melting (SLM), selective laser sintering, selective electron beam melting, selective electron beam sintering or cold gas spraying, and selective hardfacing. Overall, in the generative manufacturing process, a distinction can be made between processes in which powder is selectively added to a structure in a powder bed and processes in which the powder is selectively applied only in those areas which contribute to the formation of the desired structure. All such methods can be used in the present invention.
Durch das generative Herstellen zumindest eines Teils einer Dichtungsanordnung kann die Anzahl der Bauteile reduziert werden, sodass Fehler beim Zusammenbau der Einzelbauteile vermieden werden und die gesamte Dichtungsanordnung kann mit kleineren Dimensionen ausgebildet werden. By generatively producing at least a part of a seal arrangement, the number of components can be reduced, so that errors in the assembly of the individual components are avoided and the entire seal arrangement can be formed with smaller dimensions.
Bei einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung, bei dem ein Dichtkörper mit einer ersten Dichtfläche gegenüber einer zweiten Dichtfläche abdichtet und die erste Dichtfläche und die zweite Dichtfläche relativ zueinander bewegbar sind, ist ein Dichtungsträger vorgesehen, der den Dichtkörper hält. Zudem ist mindestens ein Federelement angeordnet, welches einerseits gegen einen Anschlag und andererseits gegen den Dichtkörper und/oder den mindestens einen Dichtungsträger anliegt, um den Dichtkörper oder den Dichtungsträger mit dem Dichtkörper, der die erste Dichtfläche aufweist, gegen die zweite Dichtfläche zu drücken. Bei einem derartigen Aufbau wird vorgeschlagen, den Dichtungsträger und/oder den Dichtkörper mit einem Ende des Federelements und/oder den Anschlag von einem anderen Ende des Federelements stoffschlüssig zu verbinden, sodass bei der zumindest teilweisen generativen Herstellung das Federelement zumindest mit einem der Bauteile, also beispielsweise dem Dichtungsträger oder dem Anschlag einstückig gebildet wird. Auf diese Weise können zumindest aus zwei unabhängigen Baukomponenten, nämlich einerseits dem Dichtungsträger und dem Federelement oder andererseits dem Anschlag und dem Federelement ein einziges Bauteil gemacht werden. Ferner weist erfindungsgemäß das mindestens eine Federelement bzw. jedes Federelement einen Führungskörper auf, entlang dem das Federelement expandiert und kontrahiert werden kann.In a sealing arrangement according to the invention in which a sealing body with a first sealing surface seals against a second sealing surface and the first sealing surface and the second sealing surface are movable relative to one another, a seal carrier is provided which holds the sealing body. In addition, at least one spring element is arranged, which on the one hand abuts against a stop and on the other hand against the sealing body and / or the at least one seal carrier to press the sealing body or the seal carrier with the sealing body having the first sealing surface against the second sealing surface. In such a structure, it is proposed to materially connect the seal carrier and / or the sealing body with one end of the spring element and / or the stop from another end of the spring element, so that at least partially generative production, the spring element at least with one of the components, ie for example, the seal carrier or the stopper is integrally formed. In this way, at least two independent structural components, namely on the one hand the seal carrier and the spring element or on the other hand, the stop and the spring element, a single component can be made. Furthermore, according to the invention, the at least one spring element or each spring element has a guide body, along which the spring element can be expanded and contracted.
Vorzugsweise lassen sich jedoch mehrere Komponenten der Dichtungsanordnung einstückig in einem generativen Herstellungsverfahren herstellen, sodass die Anzahl der Bauteile weiter reduziert werden kann.Preferably, however, several components of the seal assembly can be integrally manufactured in a generative manufacturing process, so that the number of components can be further reduced.
Ein derartiger Führungskörper beispielsweise in Form eines Führungsstabs oder Stifts kann mit einem Endelement und/oder mit dem Dichtungsträger stoffschlüssig verbunden sein und somit entsprechend mit diesem Bauteil zusammen generativ hergestellt werden.Such a guide body, for example in the form of a guide rod or pin can be materially connected to an end member and / or with the seal carrier and thus produced together with this component generatively.
Der Führungskörper kann sich durch eine Öffnung des Anschlagelements erstrecken, wobei durch die Verbindung des Federelements mit dem Dichtungsträger sowie die Verbindung des Führungskörpers mit dem Dichtungsträger und die Verbindung des Federelements mit dem Anschlagelement eine Baugruppe aus einem Dichtungsträger, einem Federelement und dem dazugehörigen Führungskörper mit Endelement sowie einem Anschlagelement gebildet werden kann, die insgesamt generativ hergestellt werden kann. Eine derartige Baugruppe kann beispielsweise über das Anschlagelement drehfest mit einer Welle verbunden werden, wobei lediglich noch der Dichtkörper am Dichtungsträger angeordnet werden muss, um den mit der Welle drehenden Teil der Dichtungsanordnung fertig zu stellen. Der Dichtkörper kann hierbei bezüglich mindestens eines Bewegungsfreiheitsgrades formschlüssig von dem Dichtungsträger gehalten werden.The guide body may extend through an opening of the stop element, wherein by the connection of the spring element with the seal carrier and the connection of the guide body with the seal carrier and the connection of the spring element with the stop element, an assembly of a seal carrier, a spring element and the associated guide body with end element and a stop element can be formed, which can be produced generatively in total. Such an assembly can be rotatably connected to a shaft, for example via the stop element, wherein only the sealing body still has to be arranged on the seal carrier in order to finish the part of the seal arrangement rotating with the shaft. The sealing body can be held in a form-fitting manner with respect to at least one degree of freedom of movement of the seal carrier.
Das Federelement kann durch eine Blattfeder, eine Spiralfeder, eine Schraubenfeder, eine zelluläre Struktur, eine auxetische Struktur und/oder ein elastisches Element gebildet werden.The spring element may be formed by a leaf spring, a coil spring, a coil spring, a cellular structure, an auxetic structure and / or an elastic element.
Die verschiedenen Komponenten einer generativ hergestellten Baugruppe, wie Dichtungsträger, Führungskörper, Federelement oder Anschlagelement können aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden, um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden.The various components of a generativ manufactured assembly, such as seal carrier, guide body, spring element or stop element can be made of different materials to meet the different requirements.
Figurenlistelist of figures
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
-
1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung; -
2 die Dichtungsanordnung aus1 in einem Betriebszustand mit gespannter Feder; -
3 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung; und in -
4 eine Schnittansicht einer bekannten Dichtungsanordnung nach dem Stand der Technik.
-
1 a sectional view of a first embodiment of a seal assembly according to the invention; -
2 theseal arrangement 1 in a tensioned spring operating condition; -
3 a sectional view of a second embodiment of a seal assembly according to the invention; and in -
4 a sectional view of a known seal assembly according to the prior art.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEMBODIMENTS
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent in the following detailed description of the embodiments, wherein the invention is not limited to these embodiments.
Die
Der Dichtkörper
An dem ringförmigen Dichtungsträger
Jeder der Führungsstäbe
Die um die Führungsstäbe
Wird der Rotor und damit die Welle
Bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung werden zumindest Teile der Dichtungsanordnung durch ein generatives Verfahren hergestellt, sodass die Anzahl der Komponenten reduziert werden kann und der Montageaufwand somit verringert wird. Gleichzeitig können viele Quellen für eine Fehlmontage der Bauteile ausgeschlossen werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise der Dichtungsträger
Eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ist in
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird.Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, it will be understood by those skilled in the art that the invention is not limited to these embodiments, but rather modifications are possible in the manner that individual features omitted or other combinations of features can be realized as long as the scope of protection of the appended claims is not abandoned.
Claims (8)
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