DE102020200665A1

DE102020200665A1 - Sperrlufteinrichtung für eine Strömungsmaschine, Dichtvorrichtung für eine Sperrlufteinrichtung, Strömungsmaschine mit einer Sperrlufteinrichtung und/oder mit einer Dichtvorrichtung und Verfahren zur Instandsetzung einer Sperrlufteinrichtung

Info

Publication number: DE102020200665A1
Application number: DE102020200665.2A
Authority: DE
Inventors: Carsten Zscherp; Markus Drexler
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-07-22
Also published as: WO2021148077A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sperrlufteinrichtung (10) für eine Strömungsmaschine (100), mit einer Dichtvorrichtung (20) zum Abdichten eines Dichtspaltes (50) zwischen zwei Komponenten (30, 40) der Sperrlufteinrichtung (10) gegenüber einem Sperrluftstrom (12), wobei zumindest eine erste Komponente (30) der zwei Komponenten (30, 40) einen Aufnahmebereich (32) aufweist, welcher zum Halten eines zum Abdichten des Dichtspaltes (50) ausgebildeten Dichtringes (14) ausgestaltet ist. Die Dichtvorrichtung (20) ist formschlüssig an dem Aufnahmebereich (32) mit der ersten Komponente (30) gekoppelt und in Radialerstreckungsrichtung (R) der Dichtvorrichtung (20) zumindest mittelbar mit der ersten Komponente (30) verspannt. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Dichtvorrichtung (20) für eine Sperrlufteinrichtung (10), eine Strömungsmaschine (100) und ein Verfahren zur Instandsetzung einer Sperrlufteinrichtung (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Sperrlufteinrichtung für eine Strömungsmaschine, mit einer Dichtvorrichtung zum Abdichten eines Dichtspaltes zwischen zwei Komponenten der Sperrlufteinrichtung gegenüber einem Sperrluftstrom, wobei zumindest eine erste Komponente der zwei Komponenten einen Aufnahmebereich aufweist, welcher zum Halten eines zum Abdichten des Dichtspaltes ausgebildeten Dichtringes ausgestaltet ist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Dichtvorrichtung für eine derartige Sperrlufteinrichtung, eine Strömungsmaschine mit wenigstens einer Sperrlufteinrichtung und/oder mit einer derartigen Dichtvorrichtung sowie ein Verfahren zur Instandsetzung einer Sperrlufteinrichtung.
Um beim Betrieb von Strömungsmaschinen, insbesondere Strahltriebwerken, zu verhindern, dass heiße Gase durch Spalte in Bereiche außerhalb eines Hauptströmungskanals gelangen und in diesen Bereichen angeordnete Komponenten thermisch überlasteten, wird eine gezielte Strömung sogenannter Sperrluft, nachfolgend auch als Sperrluftstrom bezeichnet, eingesetzt. Dabei ist es üblich, beispielsweise ölführende Rohrdurchleitungen durch Lagerstrukturen oder allgemein Stützstrukturen mit Dichtringen, welche auch als Kolbenringe oder „Pistonringe“ bezeichnet werden können, gegen eine unerwünschte Leckage der Sperrluft abzudichten.
Die Dichtringe stellen Verschleißteile dar und können im Laufe der Zeit während des Betriebs der Strömungsmaschine versagen. Bei einem Versagen eines Dichtringes kommt es mitunter auch zu dessen Bruch und infolgedessen zu einer Beschädigung, bzw. einem zumindest teilweisen Abbrechen einer den Dichtring aufnehmenden Aufnahmegeometrie.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sperrlufteinrichtung, eine Dichtvorrichtung, eine Strömungsmaschine sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchen, insbesondere im Falle eines Versagens eines Dichtringes, eine aufwandsarme Abdichtung eines Dichtspaltes ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sperrlufteinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Dichtvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14, durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 sowie durch ein Verfahren zur Instandsetzung einer Sperrlufteinrichtung für eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Sperrlufteinrichtung für eine Strömungsmaschine, mit einer Dichtvorrichtung zum Abdichten eines Dichtspaltes zwischen zwei Komponenten der Sperrlufteinrichtung gegenüber einem Sperrluftstrom, wobei zumindest eine erste Komponente der zwei Komponenten einen Aufnahmebereich aufweist, welcher zum Halten eines zum Abdichten des Dichtspaltes ausgebildeten Dichtringes ausgestaltet ist. An dem Aufnahmebereich kann also der Dichtring verliersicher gehalten werden, um anhand des Dichtringes den Dichtspalt abzudichten und dadurch ein Durchtreten des Sperrluftstroms durch den Dichtspalt zumindest im Wesentlichen, also abgesehen von geringfügigen Leckagen, zu unterbinden.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtvorrichtung formschlüssig an dem Aufnahmebereich mit der ersten Komponente gekoppelt und in Radialerstreckungsrichtung der Dichtvorrichtung zumindest mittelbar mit der ersten Komponente verspannt ist. Dies ist von Vorteil, da durch die einerseits formschlüssige Koppelung der Dichtvorrichtung mit der ersten Komponente und andererseits durch das Verspannen der Dichtvorrichtung mit der ersten Komponente ein besonders verliersicheres Festlegen der Dichtvorrichtung an der ersten Komponente erfolgen kann. Unter dem Ausdruck, dass die Dichtvorrichtung in Radialerstreckungsrichtung zumindest mittelbar mit der ersten Komponente verspannt ist, kann im Rahmen der vorliegenden Offenbarung verstanden werden, dass die Dichtvorrichtung in deren Radialerstreckungsrichtung zumindest mittelbar gegen die erste Komponente gedrückt ist. Durch den Ausdruck „zumindest mittelbar“ ist umfasst, dass zwischen der Dichtvorrichtung und der ersten Komponente wenigstens ein weiterer Gegenstand, beispielsweise ein O-Ring, angeordnet sein kann.
Die Dichtvorrichtung kann bevorzugt beispielsweise eine geteilte Reparaturmanschette umfassen und in diesem Fall auch als „split repair collar“ bezeichnet werden. Im Gegensatz zur Abdichtung mittels des Dichtringes, welcher in Radialerstreckungsrichtung zumindest geringfügig bewegbar an dem Aufnahmebereich angeordnet sein kann, kann es - im Vergleich zum Dichtring - durch das Verspannen der Dichtvorrichtung gegenüber der ersten Komponente zu einer Einschränkung einer Bewegungsfreiheit der Dichtvorrichtung in Radialerstreckungsrichtung und relativ zur ersten Komponente, bei welcher es sich vorzugsweise um eine Ölleitung handeln kann, kommen. Damit kann zwar beispielsweise eine Einschränkung eines Ausgleichs von thermisch bedingten Ausdehnungen in Radialerstreckungsrichtung einhergehen, jedoch kann durch das Verspannen eine besonders gute Abdichtung im Bereich zwischen der Dichtvorrichtung und der ersten Komponente erzielt werden. Die Dichtvorrichtung kann besonders vorteilhaft eingesetzt werden, um den Dichtring bei dessen Versagen, insbesondere bei dessen Bruch, zu ersetzen. Durch die formschlüssige Koppelung der Dichtvorrichtung mit der ersten Komponente an dem Aufnahmebereich kann auch bei einer etwaigen, aus dem Versagen des Dichtringes resultierenden Beschädigung des Aufnahmebereichs eine ausreichende Dichtwirkung zwischen der Dichtvorrichtung und der ersten Komponente erzielt werden, indem die Dichtvorrichtung den Aufnahmebereich beispielsweise zumindest bereichsweise umgreift. So kann beispielsweise eine etwaige beschädigte Zone des Aufnahmebereichs in eine Ausnehmung der Dichtvorrichtung eingeführt werden. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass sich gegebenenfalls lösende Bruchstücke des Aufnahmebereichs in der Ausnehmung gehalten werden. Dadurch kann verhindert werden, dass die Bruchstücke zu einer Beschädigung der Strömungsmaschine führen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste Komponente als Rohrelement ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da die Ausgestaltung als Rohrelement eine besonders einfache Abdichtung eines Bereich zwischen der ersten Komponente und der Dichtvorrichtung ermöglicht. Hierzu kann das Rohrelement insbesondere zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Das Rohrelement kann als ölführende Leitung, welche auch als Ölleitung bezeichnet werden kann, ausgestaltet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Aufnahmebereich eine Nut, in welche die Dichtvorrichtung zumindest bereichsweise eingeführt ist. Dies ist von Vorteil, da durch das Einführen der Dichtvorrichtung in die Nut eine besonders sichere und einfache Fixierung der Dichtvorrichtung erfolgen kann, wodurch ein etwaiger, unerwünschter Versatz der Dichtvorrichtung relativ zu der ersten Komponente unterbunden werden kann. Insbesondere kann durch das Einführen der Dichtvorrichtung in den Aufnahmebereich ein Relativversatz zwischen der Dichtvorrichtung und der ersten Komponente in Längserstreckungsrichtung der Dichtvorrichtung in einander entgegengesetzte Richtungen unterbunden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Aufnahmebereich wenigstens zwei Vorsprünge, zwischen welchen sich die Nut erstreckt und welche zum Abstützen der Dichtvorrichtung ausgebildet sind. Dies ist von Vorteil, da an den wenigstens zwei Vorsprüngen eine besonders großflächige Abstützung der Dichtvorrichtung erfolgen kann, wodurch eine vergleichsweise geringe und damit bauteilschonende Flächenerpressung zwischen der Dichtvorrichtung und dem Aufnahmebereich erzielt werden kann. Die Nut zwischen den wenigstens zwei Vorsprüngen kann zur Aufnahme des Dichtringes, welcher als Kolbenring bezeichnet werden kann, dienen. Im Schadensfall kann es beispielsweise zu einem Bruch des Dichtringes kommen, wobei zuvor durch den Dichtring übernommene Funktionen, zu welchen eine Dichtfunktion zählt, durch die Dichtvorrichtung erfüllt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstrecken sich die Vorsprünge ringförmig in Umfangsrichtung der ersten Komponente. Dies ist von Vorteil, da hierdurch über die Vorsprünge eine in Umfangsrichtung gleichmäßige Abstützung der Dichtvorrichtung an dem Aufnahmebereich erfolgen kann. Dadurch kann beispielsweise ein etwaiges Verkanten zwischen der Dichtvorrichtung und dem Aufnahmebereich vermieden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umgreift die Dichtvorrichtung wenigstens einen der zwei Vorsprünge. Dies ist von Vorteil, da hierdurch bei einer etwaigen vorangegangenen Beschädigung des umgriffenen Vorsprungs anhand der Dichtvorrichtung zum einen ein Schutz dieses Vorsprungs vor äußeren Belastungen, insbesondere mechanischen Belastungen, gebildet und zum anderen vermieden werden kann, dass sich Bruchstücke von dem (beschädigten) Vorsprung lösen und großflächig in der Strömungsmaschine verteilen. Dadurch können wirksam etwaige Folgeschäden vermieden werden. Vorzugsweise kann die Dichtvorrichtung sämtliche Vorsprünge umgreifen, wodurch eine besonders großflächige Lastverteilung zwischen der Dichtvorrichtung und den Vorsprüngen erfolgen kann. Darüber hinaus kann die Dichtvorrichtung den wenigstens einen der zwei Vorsprünge, vorzugsweise sämtliche Vorsprünge, formschlüssig umgreifen, wodurch ein etwaiger Relativversatz zwischen der Dichtvorrichtung und der ersten Komponente minimiert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine zweite Komponente der zwei Komponenten als Lagerstrukturelement und/oder als Stützstrukturelement ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da der Dichtspalt an einem derartigen Lagerstrukturelement oder Stützstrukturelement besonders klein dimensioniert ist und dementsprechend mit geringer Leckage der Sperrluft abgedichtet werden kann. Unter einem Lagerstrukturelement ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Struktur zu verstehen, welche zur Aufnahme von Lagerkräften, wie sie beispielsweise bei der Lagerung rotierender Wellen auftreten, ausgebildet ist. Unter einem Stützstrukturelement ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Struktur zu verstehen, über welche Bauteile an einem Gehäuse abgestützt werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Sperrlufteinrichtung wenigstens ein elastisches Dichtelement, welches zwischen der Dichtvorrichtung und der ersten Komponente eingeklemmt ist. Dies ist von Vorteil, da durch das elastische Dichtelement eine besonders wirksame Abdichtung zwischen der Dichtvorrichtung und der ersten Komponente erfolgen kann. Darüber hinaus ermöglicht es das elastische Dichtelement auf einfache Weise, die mechanische Verspannung zwischen der Dichtvorrichtung und der ersten Komponente dauerhaft aufrechtzuerhalten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Elastizität des Dichtelements etwaige Toleranzen im Dichtspalt, insbesondere an dem Aufnahmebereich, auf einfache Art und Weise ausgeglichen werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das wenigstens eine elastische Dichtelement als O-Ring ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da ein derartiger O-Ring einen einfachen Aufbau aufweist und sich mittels des O-Rings eine besonders gute Dichtwirkung erzielen lässt. Durch die Elastizität des O-Ringes können Toleranzen im Dichtspalt, insbesondere an dem Aufnahmebereich, auf besonders einfache Art und Weise ausgeglichen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Dichtvorrichtung rotationssymmetrisch ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine starke Unwucht der Dichtvorrichtung ausgeschlossen werden kann. Dadurch kann die Dichtvorrichtung beim Betrieb der Strömungsmaschine rotieren, ohne dass es dadurch zu erheblichen, unwuchtbedingten Schwingungen kommt. Unter dem Ausdruck, dass die Dichtvorrichtung rotationssymmetrisch ausgebildet ist, ist im Rahmen der Offenbarung zu verstehen, dass die Dichtvorrichtung aus einem rotationssymmetrisch Grundkörper gebildet sein kann. Der rotationssymmetrische Grundkörper kann anschließend auch geteilt, beispielsweise axial in jeweilige Dichtvorrichtungsschalen geteilt, werden, um eine Montage der Dichtvorrichtung zu erleichtern bzw. zu ermöglichen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Dichtvorrichtung wenigstens zwei Dichtvorrichtungsschalen, welche die erste Komponente gemeinsam umfangsseitig umschließen. Dies ist von Vorteil, da die Dichtvorrichtung hierdurch besonders einfach montiert werden kann. Die wenigstens zwei Dichtvorrichtungsschalen können insbesondere axial voneinander getrennt und damit als jeweilige Halbschalen ausgebildet sein. Bei der Montage der Dichtvorrichtung können die Dichtvorrichtungsschalen jeweils an die erste Komponente herangeführt und anschließend in Radialerstreckungsrichtung aneinander herangeführt werden, bis die Dichtvorrichtungsschalen formschlüssig mit dem Aufnahmebereich gekoppelt, also formschlüssig mit dem Aufnahmebereich in Eingriff sind. Anschließend können die beiden Dichtvorrichtungsschalen mit der ersten Komponente verspannt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Sperrlufteinrichtung wenigstens ein biegeweiches Verbindungselement, mittels welchem die Dichtvorrichtung zumindest mittelbar mit der ersten Komponente verspannt ist. Dies ist von Vorteil, da das biegeweiche Verbindungselement besonders flexibel an eine Außengeometrie der Dichtvorrichtung anpassbar ist. Dadurch kann ein vereinfachtes Festlegen der Dichtvorrichtung an der ersten Komponente bzw. deren Aufnahmebereich erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das wenigstens eine biegeweiche Verbindungselement als Draht ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da ein derartiger Draht einerseits besonders flexibel verformbar ist und andererseits auch höheren Temperaturen standhalten kann, wodurch der Draht in besonderem Maße für dessen Einsatz bei hohen Temperaturen, wie sie beim Betrieb der Strömungsmaschine auftreten können, geeignet ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Dichtvorrichtung für eine Sperrlufteinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei die Dichtvorrichtung wenigstens eine Ausnehmung umfasst, in welche der Aufnahmebereich der ersten Komponente zumindest bereichsweise eingeführt ist. Sofern der Aufnahmebereich der ersten Komponente beschädigt ist, kann der Aufnahmebereich durch das zumindest bereichsweise Einführen des Aufnahmebereichs in die wenigstens eine Ausnehmung beispielsweise vor weiteren Beschädigungen geschützt werden. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sperrlufteinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgestellten Merkmale sowie deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Dichtvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und umgekehrt.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit wenigstens einer Sperrlufteinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sperrlufteinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgestellten Merkmale sowie deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Strömungsmaschine gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung und umgekehrt.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Instandsetzung einer Sperrlufteinrichtung für eine Strömungsmaschine, bei welchem eine Dichtvorrichtung zum Abdichten eines Dichtspaltes zwischen zwei Komponenten der Sperrlufteinrichtung gegenüber einem Sperrluftstrom angeordnet wird, wobei zumindest eine erste Komponente der zwei Komponenten einen Aufnahmebereich aufweist, welcher zum Halten eines zum Abdichten des Dichtspaltes ausgebildeten Dichtringes ausgestaltet ist. Die Dichtvorrichtung wird formschlüssig an dem Aufnahmebereich mit der ersten Komponente gekoppelt und in Radialerstreckungsrichtung der Dichtvorrichtung zumindest mittelbar mit der ersten Komponente verspannt, wobei die Dichtvorrichtung derart angeordnet wird, dass die Dichtvorrichtung den Aufnahmebereich zumindest bereichsweise umgreift. Bevorzugt kann die Dichtvorrichtung den gesamten Aufnahmebereich umgreifen, sodass die erfolgreiche Instandsetzung auch eine besonders umfangreichen Beschädigung des Aufnahmebereichs durchgeführt werden kann. Bei der Beschädigung des Aufnahmebereichs kann durch das Verfahren darauf verzichtet werden, den Aufnahmebereich zu reparieren, sondern stattdessen kann der beschädigte Aufnahmebereich zumindest bereichsweise von der Dichtvorrichtung umschlossen werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und den Ausführungsbeispielen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten und/oder alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondem auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Ausführungsbeispielen nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Strömungsmaschine bei welcher ein Dichtspalt zwischen zwei Komponenten mittels eines an einem Aufnahmebereich angeordneten Dichtringes abgedichtet ist;
2 eine weitere schematische Darstellung der Strömungsmaschine, wobei der Dichtring aufgrund einer Beschädigung fehlt und wobei ein Vorsprung des Aufnahmebereichs beschädigt ist; und
3 eine weitere schematische Darstellung der Strömungsmaschine mit einer schematischen Darstellung einer Variante einer Sperrlufteinrichtung, wobei die Sperrlufteinrichtung anstatt des beschädigten Dichtringes eine Dichtvorrichtung umfasst, welche formschlüssig an dem Aufnahmebereich mit der ersten Komponente gekoppelt und in Radialerstreckungsrichtung der Dichtvorrichtung mittels jeweiliger, als O-Ringe ausgebildeter, elastischer Dichtelemente mit einer ersten Komponente der zwei Komponenten verspannt ist, wobei die Dichtvorrichtung anhand von biegeweichen Verbindungselementen, welche als jeweilige Drähte ausgebildet sind, verspannt ist.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer Strömungsmaschine 100, bei welcher ein Dichtspalt 50 zwischen zwei Komponenten 30, 40 mittels eines Dichtringes 14 abgedichtet ist. Der Dichtring 14 behindert einen durch einen Pfeil verdeutlichten Sperrluftstrom 12 an dessen Durchtritt durch den Dichtspalt 50, sodass lediglich eine geringfügige Leckage des Sperrluftstroms 12 durch den Dichtspalt 50 gelangt. Die erste Komponente 30 der beiden Komponenten 30, 40 umfasst einen Aufnahmebereich 32, welcher zum Halten des Dichtringes 14 ausgestaltet ist. Der Aufnahmebereich 32 umfasst eine Nut 34, in welcher der Dichtring 14 zumindest bereichsweise eingeführt und dadurch in der Nut 34 aufgenommen ist. Der Aufnahmebereich 32 umfasst des Weiteren zwei Vorsprünge 36, 38, zwischen welchen sich die Nut 34 erstreckt und welche zum Abstützen des Dichtringes 14 dienen. Die beiden Vorsprünge 36, 38 erstrecken sich ringförmig in Umfangsrichtung U ersten Komponente 30. Der Dichtring 14 ist gegen die zweite Komponente 40 der beiden Komponenten 30, 40 gedrückt. Mit anderen Worten übt der Dichtring 14 einen Anpressdruck auf die zweite Komponente 40 aus, wodurch eine besonders wirksame Abdichtung des Dichtspaltes 50 erfolgt.
2 zeigt einen Zustand der Strömungsmaschine 100, in welchem der Dichtring 14 verschlissen ist und infolge eines Bruches des Dichtringes 14 vollständig fehlen kann, wie vorliegend beispielhaft gezeigt. Der Sperrluftstrom 12 kann dadurch nahezu ungehindert durch den Dichtspalt 50 gelangen. Ein derartiger Bruch des Dichtringes 14 stellt eine Verschleißerscheinung dar, zu welcher es bei längerem Betrieb der Strömungsmaschine 100 kommen kann. Infolgedessen des Bruches kommt es zu erhöhten Verlusten beim Betrieb der Strömungsmaschine 100. Darüber hinaus ist vorliegend auch der erste Vorsprung 36 der beiden Vorsprünge 36, 38 zumindest bereichsweise beschädigt, wodurch eine beschädigte Zone gebildet ist, wie anhand von 2 erkennbar ist.
3 zeigt die Strömungsmaschine 100 ausschnittsweise in einem reparierten Zustand, in welchem der Dichtspalt 50 - anstatt des Dichtringes 14 - anhand einer Sperrlufteinrichtung 10 verengt und dadurch abgedichtet ist. Die Sperrlufteinrichtung 10 umfasst eine Dichtvorrichtung 20, mittels welcher der Dichtspalt 50 zwischen den zwei Komponenten 30, 40 der Sperrlufteinrichtung 10 gegenüber dem Sperrluftstrom 12 abgedichtet ist.
Die lediglich teilweise dargestellte erste Komponente 30 ist vorliegend als Rohrelement ausgebildet und dient zum Führen eines, durch einen Pfeil verdeutlichten Ölstroms 16. Die erste Komponente 30 kann auch als Ölleitung bezeichnet werden. Die ebenfalls lediglich teilweise dargestellte zweite Komponente 40 kann beispielsweise als Lagerstrukturelement und zusätzlich oder alternativ als Stützstrukturelement ausgebildet sein.
Die rotationssymmetrische Dichtvorrichtung 20 ist vorliegend formschlüssig an dem Aufnahmebereich 32 mit der ersten Komponente 30 gekoppelt und in Radialerstreckungsrichtung R der Dichtvorrichtung 20 mittelbar mit der ersten Komponente 30 verspannt. Vorliegend ist die Dichtvorrichtung 20 unter Vermittlung jeweiliger elastischer Dichtelemente 60, 62, 63 der Sperrlufteinrichtung 10, also mit anderen Worten unter Zwischenschaltung der elastischen Dichtelemente 60, 62, 63, welche vorliegend als jeweilige O-Ringe ausgebildet sind, mit der ersten Komponente 30 verspannt. Durch das Verspannen der Dichtvorrichtung 20 mit der ersten Komponente 30 sind die Dichtelemente 60, 62, 63 zwischen der Dichtvorrichtung 20 und der ersten Komponente 30 eingeklemmt.
Eine zuverlässige Abdichtung zwischen der ersten Komponente 30 und der Dichtvorrichtung 20 ist bevorzugt dadurch gegeben, dass die Vorsprünge 36, 38 zwischen zwei Dichtelementen, nämlich zwischen dem ersten Dichtelement 60 und dem zweiten Dichtelement 62 der Dichtelemente 60, 62, 63 angeordnet sind. Dadurch kann über das erste Dichtelement 60 oberhalb des ersten Vorsprungs 36 und über das zweite Dichtelement 62 unterhalb des zweiten Vorsprungs 38 eine wirksame Abdichtung zwischen der Dichtvorrichtung 20 und der ersten Komponente 30 erfolgen.
Eine besonders vorteilhafte, insbesondere wirksame Abdichtung zwischen der ersten Komponente 30 und der Dichtvorrichtung 20 kann erfolgen, indem der erste Vorsprung 36 zwischen dem ersten Dichtelement 60 und dem dritten Dichtelement 63 in die erste Ausnehmung 26 eingeführt ist, wohingegen der zweite Vorsprung 38 zwischen dem zweiten Dichtelement 62 und dem dritten Dichtelement 63 in die zweite Ausnehmung 27 eingeführt ist.
Die Dichtvorrichtung 20 umfasst zwei Dichtvorrichtungsschalen, von welchen vorliegend lediglich eine erste Dichtvorrichtungsschale 22 in 3 gezeigt ist. Die zweite Dichtvorrichtungsschale (nicht gezeigt) weist einen geometrisch identischen Aufbau wie die erste Dichtvorrichtungsschale 22 auf. Die erste Dichtvorrichtungsschale 22 und die zweite Dichtvorrichtungsschale umschließen die erste Komponente 30 zumindest an dem Aufnahmebereich 32 gemeinsam umfangsseitig, also in Umfangsrichtung U der ersten Komponente 30. Die Dichtvorrichtungsschalen bilden gemeinsam eine geteilte Reparaturmanschette.
Die Sperrlufteinrichtung 10 umfasst des Weiteren zumindest zwei biegeweiche Verbindungselemente 64, 66, welche als jeweilige Drähte ausgebildet sind und mittels welchen die Dichtvorrichtung 20 mittelbar (unter Zwischenschaltung der elastischen Dichtelemente 60, 62, 63) mit der ersten Komponente 30 verspannt ist. Die Dichtelemente 60, 62, 63 sind bevorzugt zwischen den Verbindungselementen 64, 66 angeordnet, wodurch beim Festlegen der Dichtvorrichtung 20 anhand der Verbindungselemente 64, 66 eine günstige, insbesondere gleichmäßige Druckverteilung auf die jeweiligen Dichtelemente 60, 62, 63 erzielt werden kann. Dementsprechend kann auch eine gleichmäßige Dichtwirkung anhand der Dichtelemente 60, 62, 63 erzielt werden.
Die Dichtvorrichtung 20 umfasst zwei Ausnehmungen, nämlich eine erste Ausnehmung 26 und eine zweite Ausnehmung 27, welche den Aufnahmebereich 32 gemeinsam umgreifen, indem der Aufnahmebereich 32 der ersten Komponente 30 bereichsweise in die jeweiligen Ausnehmungen 26, 27 eingeführt ist. Wie anhand von 3 erkennbar ist, umgreift die erste Ausnehmung 26 den vorliegend beschädigten ersten Vorsprung 36 des Aufnahmebereichs 32, wohingegen die zweite Ausnehmung 27 den zweiten Vorsprung 38 des Aufnahmebereich 32 umgreift. Durch dieses jeweilige Umgreifen der jeweiligen Vorsprünge 36, 38 anhand der Ausnehmungen 26, 27 kann die Dichtvorrichtung 20 zumindest weitestgehend Funktionen, wie beispielsweise eine Dichtfunktion des Dichtringes 14 bei zumindest näherungsweise gleichbleibendem Lastpfad übernehmen, da die Dichtvorrichtung 20 - ebenso wie zuvor der Dichtring 14 - an dem Aufnahmebereich 32 abgestützt ist.
Wie anhand der Schnittdarstellung der (ersten) Dichtvorrichtungsschale 22 in 3 ebenfalls erkennbar ist, kann die Dichtvorrichtung 20 einen zumindest bereichsweise trapezförmigen Querschnitt aufweisen, wodurch die Ausnehmungen 26, 27 in vorteilhafter Weise eine derartige Ausnehmungstiefe in Radialerstreckungsrichtung R aufweisen können, dass die jeweiligen Vorsprünge 36, 38 in Radialerstreckungsrichtung R von der Dichtvorrichtung 20 und damit von den jeweiligen Dichtvorrichtungsschalen beanstandet sind. Dementsprechend kommt es dann zu keiner Berührung der jeweiligen Vorsprünge 36, 38 mit der Dichtvorrichtung 20 und damit mit den jeweiligen Dichtvorrichtungsschalen in Radialerstreckungsrichtung R, wodurch eine ungünstige, die Dichtwirkung beeinträchtigende Entlastung der Dichtelemente 60, 62, 63 vermieden werden kann.
Die vorliegende Dichtvorrichtung 20 ermöglicht es zusammenfassend, die ölführende erste Komponente 30, welche eine Rohrdurchleitung durch die zweite Komponente 40 (Lagerstrukturelement, Stützstrukturelement) bildet, gegen eine unerwünschte Luftleckage, also die durch den Sperrluftstrom 12 bewirkte Leckage, abzudichten, wenn der Dichtring 14 verschlissen, bzw. abgebrochen ist. Die Dichtvorrichtung 20 kann dabei besonders aufwandsarm montiert werden, wobei auf einen Ersatz der ersten Komponente 30 selbst dann verzichtet werden kann, wenn die erste Komponente 30 ebenfalls beschädigt ist, wie in 2 und 3 beispielhaft durch den beschädigten ersten Vorsprung 36 angedeutet ist. Durch den Einsatz der Dichtvorrichtung 20 können also ungeplante Wartungsarbeiten und Verzögerungen im Einsatz der Strömungsmaschine 100, bei welcher es sich vorliegend um ein Triebwerk handelt, vermieden werden. Die Dichtvorrichtung 20 kann im Rahmen einer sogenannten On-wing-Reparatur, montiert werden, also mit anderen Worten in Einbaulage der Strömungsmaschine 100 beispielsweise an einem Flügel eines Flugzeugs. Anhand der Dichtvorrichtung 20 kann eine ausreichende Abdichtung des Dichtspaltes 50 bis zu einem nächsten, geplanten Wartungsintervall auf einem sogenannten piece-part-Level, bei dem ohne erhöhten Zeitaufwand die beschädigte erste Komponente 30 getauscht werden kann, erzielt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sogenannte „on-wing-support shops“, also Reparaturstationen, bei welchen die on-wing-Reparatur (ohne Demontage der ganzen Strömungsmaschine 100) durchgeführt werden kann, häufig nicht die Möglichkeit haben eine spanende Bearbeitung, eine Rissprüfung, Lötarbeiten und/oder Schweißarbeiten durchzuführen. Dadurch können Reparaturen an diesen Reparaturstationen lediglich in stark begrenztem Umfang erfolgen. Bei einem etwaigen Schaden an einem der Vorsprünge 36, 38 der ersten Komponente 30 (ölführendes Rohrelement) kann durch den Einsatz der Dichtvorrichtung 20 auf eine Demontage der Strömungsmaschine 100 vom Flügel sowie auf das Zerlegen der Strömungsmaschine 100 zum Austausch der ersten Komponente 30 verzichtet werden.
Die vorliegende Dichtvorrichtung 20 kann den Dichtring 14 zumindest zeitweise substituieren, wobei die Dichtvorrichtung 20 durch deren Aufteilung in die Dichtvorrichtungsschalen, welche die erste Komponente 30 gemeinsam umfangsseitig umschließen, ohne weitere Hilfsmittel und Bearbeitungsschritte, insbesondere ohne spanende Bearbeitung, ohne Schweißen und ohne Löten, an der beschädigten ersten Komponente 30 angeordnet und festgelegt werden kann, um den Dichtring 14 zu ersetzen und den Dichtspalt 50 abzudichten. Die Geometrie der Dichtvorrichtung 20 erfüllt dabei weitestgehend die Funktionen des Dichtringes 14 bei gleichbleibendem Lastpfad mit einfacher Montage und Fixierung über die jeweiligen, biegeweichen Verbindungselemente 64, 66. Die Abdichtung gegenüber unerwünschter Luftleckage (Leckage des Sperrluftstroms 12) sowie der Ausgleich der vergleichsweise hohen Toleranzen an dem Aufnahmebereich 32, welcher auch als „Pistonring-Fitting“ bezeichnet werden kann, wird durch den Einsatz der als O-Ringe ausgebildeten Dichtelemente 60, 62, 63 gewährleistet. Die Dichtvorrichtung 20 kann insbesondere in besonders eng begrenztem Bauraum eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

10: Sperrlufteinrichtung
12: Sperrluftstrom
14: Dichtring
16: Ölstrom
20: Dichtvorrichtung
22: Dichtvorrichtungsschale
26: erste Ausnehmung
27: zweite Ausnehmung
30: erste Komponente
32: Aufnahmebereich
34: Nut
36: erster Vorsprung
38: zweiter Vorsprung
40: zweite Komponente
50: Dichtspalt
60: erstes Dichtelement
62: zweites Dichtelement
63: drittes Dichtelement
64: erstes biegeweiches Verbindungselement
66: zweites biegeweiches Verbindungselement
100: Strömungsmaschine
R: Radialerstreckungsrichtung
U: Umfangsrichtung

Claims

Sperrlufteinrichtung (10) für eine Strömungsmaschine (100), mit einer Dichtvorrichtung (20) zum Abdichten eines Dichtspaltes (50) zwischen zwei Komponenten (30, 40) der Sperrlufteinrichtung (10) gegenüber einem Sperrluftstrom (12), wobei zumindest eine erste Komponente (30) der zwei Komponenten (30, 40) einen Aufnahmebereich (32) aufweist, welcher zum Halten eines zum Abdichten des Dichtspaltes (50) ausgebildeten Dichtringes (14) ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtvorrichtung (20) formschlüssig an dem Aufnahmebereich (32) mit der ersten Komponente (30) gekoppelt und in Radialerstreckungsrichtung (R) der Dichtvorrichtung (20) zumindest mittelbar mit der ersten Komponente (30) verspannt ist.
Sperrlufteinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (30) als Rohrelement ausgebildet ist.
Sperrlufteinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (32) eine Nut (34) umfasst, in welche die Dichtvorrichtung (20) zumindest bereichsweise eingeführt ist.
Sperrlufteinrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (32) wenigstens zwei Vorsprünge (36, 38) umfasst, zwischen welchen sich die Nut (34) erstreckt und welche zum Abstützen der Dichtvorrichtung (20) ausgebildet sind.
Sperrlufteinrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorsprünge (36, 38) ringförmig in Umfangsrichtung (U) der ersten Komponente (30) erstrecken.
Sperrlufteinrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtvorrichtung (20) wenigstens einen der zwei Vorsprünge (36, 38) umgreift.
Sperrlufteinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Komponente (40) der zwei Komponenten (30, 40) als Lagerstrukturelement und/oder als Stützstrukturelement ausgebildet ist.
Sperrlufteinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrlufteinrichtung (10) wenigstens ein elastisches Dichtelement (60, 62, 63) umfasst, welches zwischen der Dichtvorrichtung (20) und der ersten Komponente (30) eingeklemmt ist.
Sperrlufteinrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine elastische Dichtelement (60, 62, 63) als O-Ring ausgebildet ist.
Sperrlufteinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtvorrichtung (20) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Sperrlufteinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtvorrichtung (20) wenigstens zwei Dichtvorrichtungsschalen (22) umfasst, welche die erste Komponente (30) gemeinsam umfangsseitig umschließen.
Sperrlufteinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrlufteinrichtung (10) wenigstens ein biegeweiches Verbindungselement (64, 66) umfasst, das vorzugsweise aus Draht ausgebildet ist, mittels welchem die Dichtvorrichtung (20) zumindest mittelbar mit der ersten Komponente (30) verspannt ist.
Dichtvorrichtung (20) für eine Sperrlufteinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Dichtvorrichtung (20) wenigstens eine Ausnehmung (26, 27) umfasst, in welche der Aufnahmebereich (32) der ersten Komponente (30) zumindest bereichsweise eingeführt ist.
Strömungsmaschine (100) mit wenigstens einer Sperrlufteinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und/oder mit wenigstens einer Dichtvorrichtung (20) nach Anspruch 13.
Verfahren zur Instandsetzung einer Sperrlufteinrichtung (10) für eine Strömungsmaschine (100), bei welchem eine Dichtvorrichtung (20) zum Abdichten eines Dichtspaltes (50) zwischen zwei Komponenten (30, 40) der Sperrlufteinrichtung (10) gegenüber einem Sperrluftstrom (12) angeordnet wird, wobei zumindest eine erste Komponente (30) der zwei Komponenten (30, 40) einen Aufnahmebereich (32) aufweist, welcher zum Halten eines zum Abdichten des Dichtspaltes (50) ausgebildeten Dichtringes (14) ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtvorrichtung (20) formschlüssig an dem Aufnahmebereich (32) mit der ersten Komponente (30) gekoppelt und in Radialerstreckungsrichtung (R) der Dichtvorrichtung (20) zumindest mittelbar mit der ersten Komponente (30) verspannt wird, wobei die Dichtvorrichtung (20) derart angeordnet wird, dass die Dichtvorrichtung (20) den Aufnahmebereich (32) zumindest bereichsweise umgreift.