DE102017110064A1 - Gasturbine und Verfahren zum Bereitstellen einer Dämpfung zwischen einer ersten Welle und einer zweiten, koaxial drehenden Welle - Google Patents

Gasturbine und Verfahren zum Bereitstellen einer Dämpfung zwischen einer ersten Welle und einer zweiten, koaxial drehenden Welle Download PDF

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    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/55Seals

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einer ersten Welle (83) und einer zweiten, koaxial drehenden Welle (81) sowie mit einer hydraulischen Dichtung (15), wobei die hydraulische Dichtung (15) aufweist: eine radial äußere Komponente (21), die mit der radial äußeren Welle (83) verbunden ist und einen ringförmigen Kanal (22) aufweist, und eine radial innere Komponente (31), die mit der radial inneren Welle (81) verbunden ist und die mindestens eine radial nach außen vorstehende ringförmige Rippe (32) umfasst, die in den ringförmigen Kanal (22) berührungslos hineinragt. Dabei ist der ringförmige Kanal (22) dazu vorgesehen und ausgebildet, im Betrieb der Gasturbine ein Hydraulikfluid (6) aufzunehmen. Die radial nach außen vorstehende ringförmige Rippe (32) ist dazu vorgesehen und ausgebildet, im Betrieb der Gasturbine in das Hydraulikfluid (6) einzutauchen. Es ist vorgesehen, dass die mindestens eine radial nach außen vorstehenden ringförmige Rippe (32) Dämpfungsflächen (33) aufweist, die im Betrieb der Gasturbine eine radiale Bewegung der ringförmigen Rippe (31) relativ zur radial äußeren Komponente (21) im Hydraulikfluid (6) dämpfen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Schwingungsdämpfung zwischen einer ersten Welle und einer zweiten, koaxial drehenden Welle.
  • Es ist bekannt, dass die Wellen einer Gasturbine Wellenvibrationen unterliegen. Solche Wellenvibrationen sind unerwünscht und es ist anzustreben, diese möglichst zu unterdrücken.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine und ein Dämpfungsverfahren bereitzustellen, bei denen Vibrationen der Wellen der Gasturbine reduziert sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gasturbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Danach sieht die Erfindung die Nutzung einer hydraulischen Dichtung zur Reduzierung von Wellenvibrationen vor. Eine hydraulische Dichtung umfasst eine radial äußere Komponente, die mit der radial äußeren Welle verbunden ist und einen ringförmigen Kanal aufweist, und eine radial innere Komponente, die mit der radial inneren, koaxial rotierenden Welle verbunden ist und die mindestens eine radial nach außen vorstehende ringförmige Rippe umfasst, die in den ringförmigen Kanal berührungslos hineinragt. Dabei ist der ringförmige Kanal dazu vorgesehen und ausgebildet, im Betrieb der Gasturbine ein Hydraulikfluid aufzunehmen. Das Hydraulikfluid wird durch die Zentrifugalkraft innerhalb des ringförmigen Kanals gehalten und definiert ein ringförmiges Fluidreservoir. Die radial nach außen vorstehenden ringförmige Rippe ist dazu vorgesehen und ausgebildet, im Betrieb der Gasturbine in das Hydraulikfluid einzutauchen.
  • Solche hydraulischen Dichtungen sind beispielsweise aus der EP 1 045 178 A2 bekannt. Sie dienen dazu, eine Gasdichtung bereitzustellen.
  • Die Erfindung beruht auf der Idee, eine hydraulische Dichtung dahingehend weiterzubilden, dass sie Wellenvibrationen der Wellen einer Gasturbine dämpft. Hierzu ist vorgesehen, dass mindestens eine radial nach außen vorstehende ringförmige Rippe Dämpfungsflächen aufweist, die im Betrieb der Gasturbine eine radiale Bewegung der ringförmigen Rippe relativ zur radial äußeren Komponente an das Hydraulikfluid übertragen und so dämpfen. Hierdurch werden radiale Relativbewegungen zwischen der radial inneren Komponente und der radial äußeren Komponente gedämpft. Radiale Relativbewegungen sind aber gerade solche Bewegungen, die durch Wellenvibrationen der rotierenden radial äußeren Welle und/oder der koaxial rotierenden radial inneren Welle erzeugt werden. Da die radial äußere Komponente mit der radial äußeren Welle und die radial innere Komponente mit der radial inneren Welle verbunden ist, führt die Dämpfung der Relativbewegungen zwischen der radial äußeren Komponente und der radial inneren Komponente der hydraulischen Dichtung unmittelbar zu einer Reduktion von Wellenvibrationen.
  • Der erfindungsgemäßen Lösung liegt dabei die Erkenntnis zu Grunde, dass Wellenvibrationen unterschiedlicher Wellen einer Gasturbine im Allgemeinen nicht korreliert sind. Es verhält sich somit im Allgemeinen nicht so, dass eine bestimmte Schwingungsanregung einer der Wellen der Gasturbine mit einer entsprechenden Schwingungsanregung einer anderen der Wellen der Gasturbine in Phase ist. In diesem Fall bestünde die Gefahr, dass sich die Wellenvibrationen durch die verstärkte Kopplung zwischen den Wellen nicht reduzieren würden. Da Phasen und Amplituden der Vibrationen bzw. Schwingungsanregungen unterschiedlicher Wellen einer Gasturbine unterschiedlich sind, erfolgt durch die erfindungsgemäße Lösung eine Dämpfung der Wellenvibrationen durch Relativbewegungen in einem viskosen Flüssigkeitsmedium und durch eine Kopplung unabhängig schwingender Wellen, wodurch die Schwingungsspitzen der stärker schwingenden Welle über die schwächer schwingende Welle abgebaut werden.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die ringförmige Rippe als Dämpfungsfläche mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende Struktur ausbildet, die eine größere axiale Ausdehnung besitzt als die ringförmige Rippe und die sich im Betrieb der Gasturbine im Hydraulikfluid befindet. Durch die Bereitstellung einer sich in axialer Richtung erstreckenden Struktur wird eine Dämpfung dadurch erreicht, dass die sich in axialer Richtung erstreckende Struktur für radiale Schwingungen das Hydraulikfluid verdrängen muss. Je größer dabei die axiale Ausdehnung der Struktur, desto stärker die Verdrängung und dementsprechend die Dämpfung. Die Dämpfung wird somit durch eine erfindungsgemäß vergrößerte Verdrängungsleistung im Hydraulikfluid erreicht, welche durch Relativbewegung der an der ringförmigen Rippe ausgebildeten Dämpfungsflächen in das Fluid eingebracht wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende Struktur an der radial äußeren Stirnseite der ringförmigen Rippe ausgebildet. Die ringförmige Rippe ist somit in der Längsschnittansicht L- oder T-förmig ausgebildet. Dies erlaubt in einfacher Weise die Anordnung von Dämpfungsflächen an der ringförmigen Rippe. Jedoch wird darauf hingewiesen, dass Dämpfungsflächen in Form von sich in axialer Richtung erstreckenden Strukturen auch in anderer Weise an der ringförmigen Rippe angeordnet sein können, beispielsweise derart, dass sie ein oder mehrere sich seitlich erstreckende Arme der ringförmigen Rippe bilden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende Struktur eine Längsachse aufweist, die parallel zu den Wellenachsen verläuft und damit senkrecht zur radialen Richtung, in der die ringförmige Rippe sich erstreckt. Hierdurch wird eine größtmögliche Dämpfung durch die sich in axialer Richtung erstreckende Struktur erreicht.
  • Wie bereits erwähnt, vergrößert sich die Dämpfung mit der Größe der sich in axialer Richtung erstreckenden Struktur. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die sich in axialer Richtung erstreckende Struktur eine Ausdehnung in axialer Richtung aufweist, die mindestens 30%, insbesondere mindestens 50%, insbesondere mindestens 70% der axialen Erstreckung des Kanals aufweist. Dabei muss naturgemäß durch Sicherheitsabstände sichergestellt sein, dass die Struktur nicht in mechanischen Kontakt mit der radial äußeren Komponente treten kann.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante ist die mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende Struktur als flächiges Element ausgebildet, das heißt die Dicke in radialer Richtung ist deutlich geringer als die Breite in axialer Richtung. Hierdurch wird der Zweck einer größtmöglichen Dämpfung durch eine größtmögliche Verdrängung von Hydraulikfluid durch eine vergrößerte sich axial erstreckende Fläche an der ringförmigen Rippe in einfacher und gewichtssparender Weise erreicht.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass die mindestens eine Struktur durch einen umlaufenden Ring gebildet ist, der an der äußeren Stirnseite der ringförmigen Rippe ausgebildet ist, wobei der Ring eine Breite in axialer Richtung aufweist, die größer ist als die axiale Erstreckung der ringförmigen Rippe. Der Ring ist dabei ebenso wie die Rippe umlaufend ausgebildet. Das zugehörige Profil ist beispielsweise L oder T-förmig im Längsschnitt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Gasturbine handelt es sich beispielsweise um ein Flugtriebwerk, insbesondere ein Turbofantriebwerk.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung bezogen auf ein zylindrisches Koordinatensystem beschrieben ist, das die Koordinaten x, r und φ aufweist. Dabei gibt x die axiale Richtung, r die radiale Richtung und φ den Winkel in Umfangsrichtung an. Die axiale Richtung ist dabei identisch mit der Maschinenachse des Turbofan-Triebwerks, in dem die Erfindung realisiert ist. Von der x-Achse ausgehend zeigt die radiale Richtung radial nach außen. Begriffe wie „vor“, „hinter“, „vordere“ und „hintere“ beziehen sich immer auf die axiale Richtung bzw. die Strömungsrichtung im Triebwerk. Die Bezeichnung „vor“ bedeutet somit „stromaufwärts“ und die Bezeichnung „hinter“ bedeutet „stromabwärts“. Begriffe wie „äußere“ oder „innere“ beziehen sich immer auf die radiale Richtung.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bereitstellen einer Dämpfung zwischen einer ersten Welle und einer zweiten, koaxial drehenden Welle unter Verwendung einer hydraulischen Dichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Bereitstellung einer Dämpfung zwischen den beiden Wellen über mindestens eine an der ringförmigen Rippe ausgebildete, sich in axialer Richtung erstreckende Struktur vor, die im Betrieb der Gasturbine im Hydraulikfluid angeordnet ist und radiale Relativbewegungen zwischen den beiden Wellen dämpft.
  • Der Grad der Dämpfung hängt maßgeblich von der dynamischen Viskosität des Hydraulikfluids ab (definiert als Produkt von kinematischer Viskosität und Dichte). Die Dichte des Fluids beeinflusst den durch die Fliehkraft aufgebauten Druck im Hydraulikfluid und die kinematische Viskosität beeinflusst die Verdrängungsleistung durch Relativbewegung an das Medium. Die Hydraulikflüssigkeit wird bei einer Relativbewegung zwischen der radial äußeren Komponente und der radial inneren Komponente der hydraulischen Dichtung verlustbehaftet verdrängt, so dass eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, dass als Hydraulikflüssigkeit ein Öl mit einer hohen dynamischen Viskosität verwendet wird, beispielsweise mit einer dynamischen Viskosität von mindestens 100 mPa*s bei einer Temperatur von 25°C. So wird eine möglichst hohe Dämpfung erreicht.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines Turbofantriebwerks, in dem die vorliegende Erfindung realisierbar ist;
    • 2 schematisch eine hydraulische Dichtung gemäß einer Ausgestaltung des Standes der Technik; und
    • 3 ein Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Dichtung, bei der eine ringförmige Rippe Dämpfungsflächen ausbildet, die eine radiale Bewegung dämpfen; und
  • Die 1 zeigt schematisch ein Turbofantriebwerk 100, das eine Fanstufe mit einem Fan 10 als Niederdruckverdichter, einen Mitteldruckverdichter 20, einen Hochdruckverdichter 30, eine Brennkammer 40, eine Hochdruckturbine 50, eine Mitteldruckturbine 60 und eine Niederdruckturbine 70 aufweist. Das Turbofantriebwerk kann dabei einen Getriebefan aufweisen, bei dem der Fan über ein Getriebe mit der Niederdruckwelle verbunden ist.
  • Der Mitteldruckverdichter 20 und der Hochdruckverdichter 30 weisen jeweils eine Mehrzahl von Verdichterstufen auf, die jeweils eine Rotorstufe und eine Statorstufe umfassen. Das Turbofantriebwerk 100 der 1 weist des Weiteren drei separate Wellen auf, eine Niederdruckwelle 81, die die Niederdruckturbine 70 mit dem Fan 10 verbindet, eine Mitteldruckwelle 82, die die Mitteldruckturbine 60 mit dem Mitteldruckverdichter 20 verbindet und eine Hochdruckwelle 83, die die Hochdruckturbine 50 mit dem Hochdruckverdichter 30 verbindet. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen. Wenn das Turbofantriebwerk beispielsweise keinen Mitteldruckverdichter und keine Mitteldruckturbine besitzt, wären nur eine Niederdruckwelle und eine Hochdruckwelle vorhanden.
  • Das Turbofantriebwerk 100 weist eine Triebwerksgondel 1 auf, die eine Einlauflippe 14 umfasst und innenseitig einen Triebwerkseinlauf 11 ausbildet, der einströmende Luft dem Fan 10 zuführt. Der Fan 10 weist eine Mehrzahl von Fan-Schaufeln 101 auf, die mit einer Fan-Scheibe 102 verbunden sind. Der Annulus der Fan-Scheibe 102 bildet dabei die radial innere Begrenzung des Strömungspfads durch den Fan 10. Radial außen wird der Strömungspfad durch ein Fangehäuse 2 begrenzt. Stromaufwärts der Fan-Scheibe 102 ist ein Nasenkonus 103 angeordnet.
  • Hinter dem Fan 10 bildet das Turbofantriebwerk 100 einen Sekundärstromkanal 4 und einen Primärstromkanal 5 aus. Der Primärstromkanal 5 führt durch das Kerntriebwerk (Gasturbine), das den Mitteldruckverdichter 20, den Hochdruckverdichter 30, die Brennkammer 40, die Hochdruckturbine 50, die Mitteldruckturbine 60 und die Niederdruckturbine 70 umfasst. Dabei sind der Mitteldruckverdichter 20 und der Hochdruckverdichter 30 von einem Umfangsgehäuse 29 umgeben, dass innenseitig eine Ringraumfläche bildet, die den Primärstromkanal 5 radial außen begrenzt. Radial innen ist der Primärstromkanal 5 durch entsprechende Kranzoberflächen der Rotoren und Statoren der jeweiligen Verdichterstufen bzw. durch die Nabe oder mit der Nabe verbundene Elemente der entsprechenden Antriebswelle begrenzt.
  • Im Betrieb des Turbofantriebwerks 100 durchströmt ein Primärstrom den Primärstromkanal 5, der auch als Hauptströmungskanal bezeichnet wird. Der Sekundärstromkanal 4, auch als Nebenstromkanal, Mantelstromkanal oder Bypass-Kanal bezeichnet, leitet im Betrieb des Turbofantriebwerks 100 vom Fan 10 angesaugte Luft am Kerntriebwerk vorbei.
  • Die beschriebenen Komponenten besitzen eine gemeinsame Rotations- bzw. Maschinenachse 90. Die Rotationsachse 90 definiert eine axiale Richtung des Turbofantriebwerks. Eine radiale Richtung des Turbofantriebwerks verläuft senkrecht zur axialen Richtung.
  • Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist eine Dämpfung von Schwingungen der Niederdruckwelle 81, der Mitteldruckwelle 82 und der Hochdruckwelle 83 von Bedeutung. Die Prinzipien der Erfindung sind dabei auf jede beliebige Gasturbine übertragbar.
  • Die Erfindung wird im Folgenden allgemein anhand der Kopplung einer ersten Welle und einer zweiten, koaxial drehenden Welle beschrieben. Die erste Welle ist beispielsweise die Hochdruckwelle und die zweite Welle die Niederdruckwelle, wenn das Flugtriebwerk zwei Wellen umfasst. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das Flugtriebwerk zusätzlich eine dritte Welle (Mitteldruckwelle) aufweist. Eine Kopplung durch eine hydraulische Dichtung kann jeweils zwischen zwei dieser Wellen realisiert sein.
  • Die 2 zeigt zunächst zum besseren Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung eine hydraulische Dichtung gemäß dem Stand der Technik des Triebwerks BR710.
  • Danach ist eine hydraulische Dichtung 15 zwischen einer ersten, radial äußeren Welle 83 und einer zweiten, koaxial drehenden radial inneren Welle 81 angeordnet. Die Dichtung 15 umfasst eine radial innere Komponente 31 und eine radial äußere Komponente 21. Die radial äußere Komponente 21 ist an der radial äußeren Welle 83 angebracht und weist einen ringförmigen Kanal 22 mit U-förmig gestalteten Querschnitt 23 auf. Der offene Teil des U-förmigen Querschnitts 23 ist dabei radial nach innen zu der radial inneren Welle 81 geöffnet. Der radial innere Teil 31 ist an der radial inneren Welle 81 angeordnet und besteht aus wenigstens einer radial vorstehenden ringförmige Rippe 32. Die Rippe 32 hat eine derartige Größe, dass sie sich berührungslos in den ringförmigen Kanal 22 der radial äußeren Komponente 21 erstreckt.
  • Dabei ist der ringförmige Kanal 22 dazu vorgesehen, im Betrieb der Gasturbine ein Hydraulikfluid 6 aufzunehmen. Das Hydraulikfluid 6 wird durch die Zentrifugalkraft innerhalb des ringförmigen Kanals 22 gehalten und definiert ein ringförmiges Ölreservoir. Die radial nach außen vorstehenden ringförmige Rippe 32 der radial inneren Komponente 31 ragt derart in den ringförmigen Kanal 22, dass sie im Betrieb der Gasturbine in das Hydraulikfluid 6 eintaucht. Durch die hydraulische Dichtung 15 wird eine Gasdichtung zwischen einem Bereich zwischen den beiden Wellen 81, 83, in dem ein Druck p2 herrscht, und einem Bereich außerhalb der radial äußeren Welle 83, in dem ein Druck p1 herrscht, bereitgestellt.
  • Die Verbindung zwischen der radial äußeren Komponente 21 und der radial äußeren Welle 83 sowie die Verbindung zwischen der radial inneren Komponente 31 und der radial inneren Welle 31 erfolgt beispielsweise jeweils über eine Gewindeverbindung.
  • Die 3 zeigt eine hydraulische Dichtung 15 zwischen einer ersten, drehenden radial äußeren Welle 83 und einer zweiten, koaxial drehenden radial inneren Welle 81 unter Bereitstellung von Dämpfungsflächen 33, die im Betrieb der Gasturbine durch eine radiale Bewegung der ringförmigen Rippe 32 relativ zur radial äußeren Komponente 21 Wellenschwingungen im Hydraulikfluid 6 dämpfen.
  • Der Aufbau entspricht dabei im Hinblick auf die Ausgestaltung der radial äußeren Komponente 21 dem in Bezug auf die 3 erläuterten Aufbau. So umfasst die mit der radial äußeren Welle 83 verbundene radial äußere Komponente 21 einen ringförmigen Kanal 22, der einen U-förmigen Querschnitt 23 aufweist, wobei der U-förmige Querschnitt 23 radial nach innen zu der inneren Welle 81 geöffnet ist. In dem ringförmigen Kanal 22 befindet sich im Betrieb der Gasturbine ein Hydraulikfluid 6, das typischerweise ein Öl oder ein Ölgemisch ist. Das Hydraulikfluid 6 wird durch die Zentrifugalkraft der rotierenden radial äußeren Welle 83 innerhalb des ringförmigen Kanals 22 gehalten und definiert ein ringförmiges Fluidreservoir.
  • Die mit der radial inneren Welle 81 verbundene radial innere Komponente 31 bildet eine radial nach außen vorstehende ringförmige Rippe 32 aus, die in den ringförmigen Kanal 22 der radial äußeren Komponente 21 hineinragt und dabei derart bemessen ist, dass sie im Betrieb der Gasturbine in das Hydraulikfluid 6 eintaucht. Die ringförmige Rippe 32 weist dabei eine Stirnseite 320 auf, die im Hydraulikfluid 6 angeordnet ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass sowohl der Kanal 22 als auch die Rippe 32 ringförmig ausgebildet sind, d.h. sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von 360° erstrecken.
  • Es ist vorgesehen, dass die ringförmige Rippe 32 als Dämpfungsfläche eine sich in axialer Richtung erstreckende Struktur 33 ausbildet, die durch einen umlaufenden Ring gebildet ist. Der Ring 33 weist dabei eine Breite B auf, über die er sich in axialer Richtung erstreckt. In der in 3 dargestellten Schnittdarstellung liegt eine Ausdehnung B in axialer Richtung vor, die mindestens 30%, insbesondere mindestens 50%, insbesondere mindestens 70% der axialen Erstreckung des Kanals 22 beträgt. Die Breite B ist abhängig von den Drehzahlen der beiden Wellen 81, 83, dem verwendeten Hydraulikfluid, dem Durchmesser und der zu dämpfenden Schwingung. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Ring 33 eine Breite B im Bereich zwischen 10 mm und 200 mm, insbesondere im Bereich zwischen 20 mm und 100 mm, insbesondere im Bereich zwischen 20 mm und 40 mm aufweist.
  • Der Ring 33 ist an der äußeren Stirnseite 320 der ringförmigen Rippe 32 ausgebildet.
  • Durch die Bereitstellung einer sich in axialer Richtung erstreckenden flächigen Struktur 33, im dargestellten Ausführungsbeispiel eines umlaufenden Rings, wird eine radiale Bewegung der ringförmigen Rippe 32 relativ zur radial äußeren Komponente 21 gedämpft. Denn für eine solche radiale Bewegung ist es erforderlich, dass die flächige Struktur 33 Flüssigkeit des Hydraulikfluids 6 verdrängt. Je größer die durch die flächige Struktur 33 bereitgestellte, sich in axialer Richtung erstreckende zusätzliche Fläche dabei ist, desto mehr Hydraulikfluid 6 muss für eine radiale Bewegung verdrängt werden und desto stärker ist die durch die flächige Struktur 33 bereitgestellte Dämpfung.
  • Gleichzeitig wird durch die flächige Dämpfungsstruktur 33 die Kopplung zwischen der radial äußeren Welle 83 und der radial inneren Welle 81 erhöht. Denn durch die vergrößerte, sich in axialer Richtung erstreckende Oberfläche der Dämpfungsstruktur 33 wird ein verglichen mit der ringförmigen Rippe 32 vergrößerter Druck von der flächigen Dämpfungsstruktur 33 auf die radial äußere Komponente 21 bzw. von letzterer auf die flächige Dämpfungsstruktur 33 ausgeübt. Die verstärkte Kopplung zwischen der radial äußeren Welle 83 und der radial inneren Welle 81 führt im Allgemeinen zu einer Verlagerung der Schwingungen von der stärker zur schwächer schwingenden Welle und bietet damit den Vorteil von verringerten Wellenschwingungsspitzen.
  • Die erfindungsgemäße Dämpfung basiert somit auf zwei Prinzipien. Zum einen werden Wellenvibrationen gedämpft, indem Schwingungsenergie über die Dämpfungsstruktur im Hydraulikfluid in Wärme umgewandelt wird. Zum anderen werden die Schwingungen unter den beiden Wellen aufgeteilt, so dass die Schwingungsspitzen im Mittel reduziert sind.
  • Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, die lediglich beispielhaft zu verstehen sind.
  • Beispielsweise kann alternativ vorgesehen sein, die flächige Dämpfungsstruktur 33 nicht an der Stirnseite der ringförmigen Rippe 32, sondern in Form von einem oder mehreren seitlichen Armen auszubilden. Auch ist es nicht erforderlich, dass die Dämpfungsstruktur vollständig umlaufend, also als Vollkörper ausgebildet ist. Alternativ kann die Dämpfungsstruktur segmentiert sein und aus einzelnen, in Umfangsrichtung beabstandeten Teilstrukturen bestehen.
  • Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung in verschiedenen Kombinationen miteinander kombiniert werden können. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1045178 A2 [0006]

Claims (15)

  1. Gasturbine mit einer ersten Welle (83) und einer zweiten, koaxial drehenden Welle (81) sowie mit einer hydraulischen Dichtung (15), wobei die hydraulische Dichtung (15) aufweist: - eine radial äußere Komponente (21), die mit der radial äußeren Welle (83) verbunden ist und einen ringförmigen Kanal (22) aufweist, - eine radial innere Komponente (31), die mit der radial inneren Welle (81) verbunden ist und die mindestens eine radial nach außen vorstehende ringförmige Rippe (32) umfasst, die in den ringförmigen Kanal (22) berührungslos hineinragt, - wobei der ringförmige Kanal (22) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, im Betrieb der Gasturbine ein Hydraulikfluid (6) aufzunehmen, und wobei - die radial nach außen vorstehende ringförmige Rippe (32) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, im Betrieb der Gasturbine in das Hydraulikfluid (6) einzutauchen, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine radial nach außen vorstehenden ringförmige Rippe (32) Dämpfungsflächen (33) aufweist, die im Betrieb der Gasturbine eine radiale Bewegung der ringförmigen Rippe (31) relativ zur radial äußeren Komponente (21) im Hydraulikfluid (6) dämpfen.
  2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rippe (32) als Dämpfungsflächen mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende Struktur (33) ausbildet, die eine größere axiale Ausdehnung besitzt als die ringförmige Rippe (32) und die sich im Betrieb der Gasturbine im Hydraulikfluid (6) befindet.
  3. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Struktur (33) an der radial äußeren Stirnseite (320) der ringförmigen Rippe (32) ausgebildet ist.
  4. Gasturbine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Struktur (33) eine Längsachse aufweist, die parallel zu den Wellenachsen verläuft.
  5. Gasturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Struktur (33) eine Ausdehnung in axialer Richtung aufweist, die mindestens 30%, insbesondere mindestens 50%, insbesondere mindestens 70% der axialen Erstreckung des Kanals (22) aufweist.
  6. Gasturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende Struktur (33) als flächiges Element ausgebildet ist.
  7. Gasturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Struktur (33) durch einen umlaufenden Ring gebildet ist, der eine Breite (B) in axialer Richtung aufweist, die größer ist als die axiale Erstreckung der ringförmigen Rippe (32).
  8. Gasturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (33) eine Breite im Bereich zwischen 10 mm und 200 mm, insbesondere im Bereich zwischen 20 mm und 100 mm aufweist.
  9. Gasturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (83) eine Hochdruckwelle und die zweite Welle (81) eine Niederdruckwelle ist.
  10. Gasturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbine weiteren eine dritte, koaxial rotierende Welle (82) umfasst.
  11. Gasturbine mit einer ersten Welle (83) und einer zweiten, koaxial drehenden Welle (81) sowie mit einer hydraulischen Dichtung (15), wobei die hydraulische Dichtung (15) aufweist: - eine radial äußere Komponente (21), die mit der radial äußeren Welle (83) verbunden ist und einen ringförmigen Kanal (22) aufweist, - eine radial innere Komponente (31), die mit der radial inneren Welle (81) verbunden ist und die mindestens eine radial nach außen vorstehende ringförmige Rippe (32) umfasst, die in den ringförmigen Kanal (22) berührungslos hineinragt, wobei - wobei der ringförmige Kanal (22) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, im Betrieb der Gasturbine ein Hydraulikfluid (6) aufzunehmen, - die radial nach außen vorstehende ringförmige Rippe (32) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, im Betrieb der Gasturbine in das Hydraulikfluid (6) einzutauchen, und - die mindestens eine radial nach außen vorstehenden ringförmige Rippe (32) Dämpfungsflächen (33) aufweist, die im Betrieb der Gasturbine eine radiale Bewegung der ringförmigen Rippe (32) relativ zur radial äußeren Komponente (31) im Hydraulikfluid (6) dämpfen, - wobei die Dämpfungsflächen (33) durch mindestens ein sich in axialer Richtung erstreckendes flächiges Element gebildet sind, das an der radial äußeren Stirnseite (320) der ringförmigen Rippe (32) ausgebildet.
  12. Gasturbine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Element (33) durch einen umlaufenden Ring gebildet ist, wobei der Ring eine Breite (B) in axialer Richtung aufweist, die größer ist als die axiale Erstreckung der ringförmigen Rippe (32).
  13. Verfahren zum Bereitstellen einer Dämpfung zwischen einer ersten Welle (83) und einer zweiten, koaxial drehenden Welle (81) unter Verwendung einer hydraulischen Dichtung (15), die eine radial äußere, mit der radial äußeren Welle (83) verbundene Komponente (21) und eine radial innere, mit der radial inneren Welle (81) verbundene Komponente (31) aufweist und bei der eine ringförmige Rippe (32) radial nach außen in einen in der radial äußeren Komponente (21) ausgebildeten Kanal (22) ragt, der im Betrieb mit einem Hydraulikfluid (6) gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dämpfung zwischen den beiden Wellen (83, 81) über mindestens eine an der ringförmigen Rippe (32) ausgebildete, sich in axialer Richtung erstreckende Struktur (33) bereitgestellt wird, die im Betrieb der Gasturbine im Hydraulikfluid (6) angeordnet ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Hydraulikfluid (6) ein Öl mit einer hohen dynamischen Viskosität verwendet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die sich axialer Richtung erstreckende Struktur (33) im Betrieb der Gasturbine vollständig in die Hydraulikflüssigkeit (6) eingetaucht ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1045178A2 (de) * 1999-04-14 2000-10-18 Rolls-Royce Deutschland GmbH Hydraulische Dichtungsanordnung insbesondere an einer Gasturbine

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