DE102016108463A1

DE102016108463A1 - Labyrinthdichtung

Info

Publication number: DE102016108463A1
Application number: DE102016108463.8A
Authority: DE
Inventors: Kolja Metz
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2016-05-09
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2017-11-09
Also published as: CN109154393A; KR20190015293A; EP3455526A1; WO2017194354A1; JP2019516050A; CA3022166A1; US20190120387A1

Abstract

Labyrinthdichtung zur Abdichtung eines Laufspalts zwischen einem statorseitigen Bauteil, insbesondere einem Gehäuse, und einem rotorseitigen Bauteil, insbesondere einer Welle, mit einem statorseitigen Dichtkörper (12), der dem rotorseitigen Bauteil zugewandte Labyrinthspitzen (14) aufweist, wobei der statorseitige Dichtkörper (12) aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff besteht, und wobei der statorseitige Dichtkörper (12) Sensoren (18) zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung.
Labyrinthdichtungen zur Abdichtung eines Laufspalts zwischen einem rotorseitigen Bauteil, insbesondere einer Welle, und einem statorseitigen Bauteil, insbesondere einem Gehäuse, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. So verfügen derartige Labyrinthdichtungen über statorseitige Dichtkörper, die dem rotorseitigen Bauteil zugewandte Labyrinthspitzen aufweisen, mit ihren Labyrinthspitzen an das rotorseitige Bauteil angrenzen und so den Laufspalt zwischen dem rotorseitigen Bauteil und dem statorseitigem Bauteil abdichten.
Bei aus der Praxis bekannten Labyrinthdichtungen sind die statorseitigen Dichtkörper, welche die Labyrinthspitzen aufweisen, aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium, gefertigt. Das rotorseitige Bauteil besteht ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einer Stahllegierung, dessen Härte größer ist als die von Aluminium.
Aus der Praxis ist es weiterhin bereits bekannt, Schwingungen des rotorseitigen Bauteils im statorseitigen Bauteil über Sensoren zu erfassen, so zum Beispiel über Wegumformer. Dabei werden nach der Praxis die Sensoren zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils mit ausreichendem axialen Abstand zu der Labyrinthdichtungen positioniert, um eine ungestörte Schwingungsmessung zu ermöglichen. Durch den für die Schwingungssensoren benötigten Bauraum vergrößert sich der Bauraumbedarf.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Labyrinthdichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Labyrinthdichtung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß besteht der statorseitige Dichtkörper aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff, wobei der statorseitige Dichtkörper Sensoren zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils aufnimmt.
Mit der Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, den statorseitigen Dichtkörper für eine Labyrinthdichtung aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff zu fertigen und Sensoren zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils im statorseitigen Dichtkörper zu positionieren. Durch die Ausführung des statorseitigen Dichtkörpers aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff wird gewährleistet, dass die in den statorseitigen Dichtkörper integrierten Sensoren zur Schwingungserfassung des rotorseitigen Bauteils ungestört Messwerte aufnehmen können. Durch die Integration der Schwingungssensoren in den statorseitigen Dichtkörper kann der Bauraumbedarf reduziert werden.
Vorzugsweise ist der elektrisch nicht-leitfähige Werkstoff des statorseitigen Dichtkörpers bei Temperaturen bis zu 100°C hitzebeständig, ferner ölbeständig und weiterhin bei Druckdifferenzen bis zu 100 mbar formstabil. Ein derartiger Werkstoff für den statorseitigen Dichtkörper ist besonders bevorzugt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff des statorseitigen Dichtkörper ein Kunststoff, vorzugsweise ein Polyoxymethylen-Kunststoff. Der statorseitigen Dichtkörper kann aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen. Die Verwendung von Polyoxymethylen-Kunststoff wird aus Kostengründen bevorzugt und stellt einen Dichtkörper mit ausreichender Hitzebeständigkeit, Ölbeständigkeit sowie Formstabilität bereit.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der jeweilige Sensor in eine Bohrung, insbesondere in eine Sperrgaszuführungsbohrung, des statorseitigen Dichtkörpers eingesetzt. Dadurch ist eine besonders kompakte Bauform der Labyrinthdichtung mit in den statorseitigen Dichtkörper integrierten Schwingungssensoren möglich.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine Labyrinthdichtung in axialer Blickrichtung; und
2: einen Radialschnitt durch die Labyrinthdichtung 1 in Schnittrichtung II-II.
Die Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung.
1 zeigt eine Labyrinthdichtung 10 zur Abdichtung eines Laufspalts 11 zwischen einem statorseitigen Bauteil, insbesondere einem Gehäuse und einem rotorseitigen Bauteil, insbesondere einer Welle. Die Labyrinthdichtung 10 verfügt über einen statorseitigen Dichtkörper 12, der in eine Ausnehmung des nicht-gezeigten statorseitigen Bauteils, insbesondere des Gehäuses, eingesetzt ist und der an einer radial innenliegenden Fläche 13 Labyrinthspitzen 14 aufweist, die den Laufspalt 11 zwischen dem statorseitigen Dichtkörper 12 und einer radial äußeren Oberfläche 15 eines rotorseitigen Bauteils 16 abdichten.
Der statorseitige Dichtkörper 12 der Labyrinthdichtung 10 ist aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff gefertigt. Dieser Werkstoff ist insbesondere bei Temperaturen bis zu 80°C, bevorzugt bis zu 100 °C, hitzebeständig, ferner ölbeständig und weiterhin bei Druckdifferenzen bis zu 50 mbar, bevorzugt bis zu 100 mbar, formstabil.
Vorzugsweise ist der statorseitige Dichtkörper 12 aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Kunststoff hergestellt, vorzugsweise aus Polyoxymethylen-Kunststoff (POM-Kunststoff) oder alternativ aus Polytetrafluorethylen-Kunststoff (PTFE-Kunststoff) oder aus einem Polyetheretherketon-Kunststoff (PEEK-Kunststoff). Derartige Kunststoffe erfüllen die oben erwähnten Bedingungen und erlauben eine einfache, kostengünstige Herstellung des statorseitigen Dichtkörpers 12. Der Kunststoff kann ein faserverstärkter, z.B. ein mit Glasfasern oder Kohlefasern, verstärkter Kunststoff sein.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der statorseitige Dichtkörper 12 der Labyrinthdichtung 10 aus zwei Hälften 12a, 12b zusammengesetzt, wobei 1 die Trennebene 17 zwischen diesen beiden Hälften 12a, 12b des statorseitigen Dichtkörpers 12 visualisiert.
Der statorseitige Dichtkörper 12, im gezeigten Ausführungsbeispiel die Hälfte 12a desselben, nimmt Sensoren 18 zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils 16 auf. Bei diesen Sensoren 18 handelt es sich vorzugsweise um Wegumformer, die eine Spaltänderung des Laufspalts 11 über im metallischen Werkstoff des rotorseitigen Bauteils 16 induzierte Wirbelströme erfassen. Hierbei wird aus einer Hilfsspannung ein HF-Signal bzw. Hochfrequenz-Signal mit definierter Energie erzeugt. Dieses HF-Signal wird in einen Geber des Sensors 18 eingespeist, wobei die Energie an eine Spule des Sensors 18 zurückübertragen wird. Schneidet das metallische, rotorseitige Bauteil 16 das Energiefeld, werden Wirbelströme in der Oberfläche des rotorseitigen Bauteils 16 induziert und ein messbarer Energieverlust tritt ein. Je kleiner der Laufspalt ist, desto höher ist der Energieverlust. Dieses Messprinzip der Wegumformer ist grundsätzlich bekannt.
Dabei nimmt der statorseitige Dichtkörper 12, der aus dem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff besteht, vorzugsweise zwei derartige Sensoren 18 auf, die am Umfang um einen Winkel β von 90° ± 5° zueinander versetzt sind.
Typischerweise weist der statorseitige Dichtkörper 12 einer Labyrinthdichtung 10 mindestens eine Sperrgaszuführungsbohrung 19 auf. Zur einfachen Integration des jeweiligen Sensors 18 in den statorseitigen Dichtkörper 12 kann vorgesehen sein, den jeweiligen Sensor 18 in einer derartigen Sperrgaszuführungsbohrung 19 zu positionieren und ein Kabel 20 zur Kontaktierung des Sensors 18 über diese Sperrgaszuführungsbohrung 19 nach außen zu führen.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird demnach vorgeschlagen, Sensoren, die der Erfassung von Schwingungen eines rotorseitigen Bauteils dienen, in Labyrinthdichtungen zu integrieren, nämlich in den statorseitigen Dichtkörper einer solchen Labyrinthdichtung, der aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff gefertigt ist, insbesondere aus einem entsprechenden Kunststoff. Durch die Integration der Sensoren in den statorseitigen Dichtkörper der Labyrinthdichtung kann Bauraum eingespart werden. Bedingt dadurch, dass der statorseitige Dichtkörper aus dem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff gefertigt ist, können die Schwingungssensoren ungestört entsprechende Messwerte aufnehmen und bereitstellen.
Bezugszeichenliste

10: Labyrinthdichtung
11: Laufspalt
12: Dichtkörper
12a: Dichtkörperhälfte
12b: Dichtkörperhälfte
13: Fläche
14: Labyrithspitze
15: Fläche
16: Bauteil
17: Trennebene
18: Sensor
19: Sperrgaszuführungsbohrung
20: Kabel

Claims

Labyrinthdichtung (10) zur Abdichtung eines Laufspalts zwischen einem statorseitigen Bauteil, insbesondere einem Gehäuse, und einem rotorseitigen Bauteil, insbesondere einer Welle, mit einem statorseitigen Dichtkörper (12), der dem rotorseitigen Bauteil zugewandte Labyrinthspitzen (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der statorseitige Dichtkörper (12) aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff besteht, und dass der statorseitige Dichtkörper (12) Sensoren (18) zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils aufnimmt.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (18) zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils als Wegumformer ausgebildet sind, die eine Spaltänderung des Laufspalts über induzierte Wirbelströme erfassen.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der statorseitige Dichtkörper (12) zwei um 90° ± 5° am Umfang versetze Sensoren (18) aufnimmt.
Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch nicht-leitfähige Werkstoff des statorseitigen Dichtkörpers (12) bei Temperaturen bis zu 80°C, vorzugsweise bis zu 100°C, hitzebeständig, ferner ölbeständig und weiterhin bei Druckdifferenzen bis zu 50 mbar, insbesondere bis 100 mbar, formstabil ist.
Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das der elektrisch nicht-leitfähige Werkstoff des statorseitigen Dichtkörper (12) ein Kunststoff ist.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein faserverstärkter Kunststoff ist.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyoxymethylen-Kunststoff ist.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polytetrafluorethylen-Kunststoff ist.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyetheretherketon-Kunststoff ist.
Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Sensor (18) in eine Bohrung, insbesondere in eine Sperrgaszuführungsbohrung (19), des statorseitigen Dichtkörpers (12) eingesetzt ist.