DE1450449A1

DE1450449A1 - Dichtung zur Verwendung zwischen feststehenden und beweglichen Koerpern

Info

Publication number: DE1450449A1
Application number: DE19641450449
Authority: DE
Inventors: Williams Sam B; Jones John F
Original assignee: Williams International Corp
Current assignee: Williams International Corp
Priority date: 1963-04-26
Filing date: 1964-04-25
Publication date: 1968-12-05
Also published as: DE1450449B2; US3235270A

Description

Dichtung zur Verwendung zwischen feststehenden und beweglichen Körpern -------------------------------------------- Die Erfindung bezieht sich auf Dichtungen, insbesondere auf dynamische Hochdruckdichtungen zur Verwendung mit umlaufenden Regeneratorkernen Fron Gasturbinen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine dynamische Hochdruckdichtung für Gasturbinenregeneratorkerne zu schaffen, welche hauptsächlich aus einer Metallausführung besteht, geringe Herstellungs- und Wartungskosten erfordert und äußerst zuverlässig im Gebrauch ist.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor. Es zeigen: Fig: 1 eine Seitenansicht einer Dichtung, die geeignet ist, mit einem drehbaren Regeneratorkern zusammenzuwirken, Fig. 2 eine vergrößete Darstellung nach der Linie 2-2 der Fig. 1, welche die Querschnittsform der Balgenabschnitte veranschaulicht, t-ig. 3 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1 zur Darstellung der Ausführung in der N5he der Druckluftverbindung, und Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1 zur Darstellung einer der aus Stift und, Öffnung bestehenden Verbindungen zwischen einem unteren Schuh und dem reibenden Schuh.

Die dargestellte Ausführungsform besteht aus einem AIeta.11-

balg, der aus Segnenten als eine geschlossene Scr_leife gebildet

ist und aus überlappenden abschnitten dünnen Letallbleches

besteht, welches gewellte Querschnittsformen aufweist. In den

Abschnitten sind Taschen in Form langgestreck ter Vertiefungen

gebildet,, wobei die Taschen benachbarter Abschnitte mitein-

anderausgerichtet sind und Streifen oder Ringe aus Lötmetall

aufnehmen können. Auf der einen Seite der Balgenabschnitte

ist eine Metallgrundplatte und auf der anderen Seite ein

unterer Schuh angeordnet, wobei die Balgenabschnitte Löt-

taschen aufweisen, die der Grunaform und dem unteren Schuh

zugewendet sind,so daB der Einbau aus den Balgenabschnitten,

der Grundplatte und dem unteren Schuh zusammengefaßt werden

kann, um eine gemeinsame Kammer zu bilden,indem-die Taschen

mit Lötatreifen gefüllt und die hnordriung in einen Lötofen

gelegt wird* Von dem unteren 'Schuh Wird=- ein 'reibender Schuh

aus Metall: mit einer Oberf-läche.-.mi-*t-;eritspreclienden Ab-

nutzungseigenschaften,Härte und Biege- sowie'Wäe-e-beEitändig-

keitseigensclieften entfernbar aufgenommen,und der untere Schuh ist mit voneinander auf hbstand gehaltenen Urisätzen versehen, die sich von den Balgen f orterstrecken und Öffnungen für die .--ufnFlu:ie von Stiften aufweisen, die von den Ansätzen des reibenden Schuhes mitgeführt werden. Von der Grund_-latte wird eine Druckluftverbindung aufgenomwen, und die Ba.lgenabschnitte besitzen verbindende Üffnungen zur Bildung der gemeinsamen Kammer darin. In den Zeichnungen berührt die Dichtung 11 einen Segmentabschnitt eines drehbaren Regeneratorkernes 12, der eine Drehachse 13 sowie Erden aufweist, die von flachen Dichtungen erfaßt werden können und Luftkanäle 14 aufweisen,die sich axial durch den Kern zwischen der: flachen Enden hindurcherstrecken. Bekanntermaßen sind die mit 'Umfangsabstand angeordneten Segmente eines solchen Kernes innerhalb von Druckluftkanälen oder Geh-.useabscb.nitten 15 angeordnet, die von dem Turbinenkompressor zum Brenner oder zur Verbrennungskammer führen, und die aazwischenliegender_ Segmente sind innerhalb von Kanälen (nicht gezeigt) angeordnet, die von der letzten Turbinenstufe zum Turbinenauslaß führen.

Die Dichtung 11 ist insbesondere für eine Verwendung zur Verbindung des Kernes 12 mit den Druckluftkanälen geeignet. Die allgemeine Form der Dichtung 1'I ist am besten aus Fig. 1 ersichtlich, in welcher die Dichtung einer togenförmiger_ Außenabschnitt 17, der konzentrisch zu der :ochse 13 liegt, sowie allgemein radiale,mittlere Abschnitte 18 und 19 ur_d einen 'inneren AbsexLnitt L1 aufweist,welcher die Abschnitte

18 und 19. miteii@a.23der- verbindet ur_d so##e*crL-:+ @,

einen Zwischenraum für*die in strichpunktierten Linien gezeigte Kernnabe 22 vorsieht. Die Abschnitte 17, 18, 19 und 21 sind vorzugsweise durch Verkleidungen inein.andergefügt, um eine ;lütte Gestalt der ganzen Dichtung vorzusehen..

Die Dichtung 11 umfaßt eine Grundplatte 23, einenBalg 24, einen unteren Schuh 25 und einen reibenden Schuh 26. Alle diese Teile haben allgemein die bleiche Gestalt, nämlich die der lLbschnitte 17, 18, 19 und 21,obwohl der untere Schuh 25 und der reibende Schuh 26 nach außen reibende 1.nsätze auf den Abschnitten 18 und 19 aufweisen. Die Grundplatte 23 kann &n dem Kana.1- oder Gehäuseabschnitt 15 der Gasturbine befestigt werden. Die,Grund.:U-tte besteht aus einem Metallblech oder einer 1Vietallplatte, die eine ausreichende Stärke hat, um die erforderliche Starrheit für die Balger 24 vorzusehen. Ar- der Vorderseite der Grundplatte 23 sind Stifte 27 befestigt, welche den Gehäu;.eabschnitt 15 berühren, wobei in dem Gehäuseabschnitt 15 mit Öffnungen versehene Abschnitte für die aufnahme von Stiften 27 vorgesehen s,ind, um die Grundplatte 23 dera-n zu befestigen. Die Grund-Ilatte 23 ist außerdem mit einer Druckluftverbindung 28 versehen, welche sich durch einen mit Üffnungen versehenen Lbschnitt in dem C-er"äuseteil 15 hindurcherstreckt. Die Verbindung 28 kann Druckluft zum Inneren der Balgen 24 führen.

Der Balg 24 h&t eine rnzahl dünner lvieti:lltlechkbrper 29

und 31. Diese Kcri@er sind gewellt, so düß sie eine gewisse

Biegsamkeit in Richtung der xchse 13 ermöglichen. Die -Jellen-

formen sinn in den r_@;rs@err 2,! und 31 eY_tjse"engesetzterichtet,

:.0 CI-_, die i-crt.er r@;:ec1_s@lr_d e-tc#i elt :-erden kennen

wie es in den Fit;. 2 und 3 gezeigt ist, wobei dieser Körper abwechselnd an ihren inneren und äußeren hbschnitten miteinander in Eingriff gebracht werden können. Insbesondere besitzt jeder Körper 29 oder 31 eine mittlere, innere, flache Zone 32, zwei mittlere flache Zonen 33 und zwei äußere flache Zonen 34, die parallel zueinander liegen, jedoch voneinander abgestuft sind, wobei die Stufen 35 im Falle der Körper 29 und 31 in entgegengesetzte Richtungen laufen. In der inneren Zone 32 und den äußeren Zonen 34 jedes Körpers 29tnd 31 sind langgestreckte Vertiefungen 36 halbkreisförmigen t@uerschnitts gebildet. In jeder ii.ußenzone 34 der Körper 29 und 31 ist eine einzige Vertiefung 36 gebildet, und diese Vertiefungen führen ununterbrochen um den gesamten Umfang der Körper herum. Die Innenzonen 32 haben eine unterschiedliche Anzahl von Vertiefungen 36 je nach der Gesamtbreite der Balgen 24. Die Richtung ist an den Verbindungen der Dichtungsabschnitte 18 und 19mit dem Abschnitt 17 verhältnismäßig breit, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, während die übrigen Abschnitte der Dichtung 11 verhältnismäßig schmal sind, wie aus der Fit". 2 hervorgeht. Dieser Unterschied in der Breite wird durch Veränderung der Breite der Zone 32 hervorgerufen. YJo die Zone 32 verhältnismäßig breit ist, erstrecken sich drei Vertiefungen 36 in im wesentlichen paralleler Beziehung in den Körpern 29und 31. Wo der Balg relativ schmal ist, ist nur eine einzige Vertiefung 36 in der Zone 32 jedes Balgabschnittes gebildet.

Die Vertiefungen in benachbarten Körpern 29 und 31 sind in entgegengesetzte Richtungen gewendet und fluchten miteinander, so daß Streifen 37 aus Lötmetall darin angeordnet werden können. Im Falle der Berührungszonen 32 oder 34 benachbarter KUrper 29 oder 31 ist die Querschnittsform der Streifen 37 annähernd kreisförmig oder elliptisch; im Falle der Vertiefungen 36 in den Zonen 34" die mit der Grundplatte 23 oder dem unteren Schuh 25 zusammenwirken, ist die Querschnittsform des Streifens 37 im wesentlichen halbkreisförmig. Es sei darauf hingewiesen, daß*der Balgabschnitt im Bereiche des unteren Schuhes 25 ein Körper 29 ist, während derjenige im Bereiche der Grundplatte ein Körper 31 ist, so daß die Zonen 34 der Balgabschnitte in jedem Falle mit Ihren entsprechenden Körpern zur Zusanunenwirkung kommen können. In der dargestellten Ausführungsform sind insgesamt sechs Balgkörper 29 und 31 gezeigt, obwohl innerhalb der siusführungsweise der Erfindung eine andere Zahl benutzt werden könnte. Um eine Verbindung zwischen den einzelnen Kammern, die zwischen-den Balgkörpern gebildet sind, vorzusehen und eine gemeinsame Kammer darin zu schaffen, sind in den Zonen 32 der Balgkörper mit Öffnungen versehene Abschnitte 38 vorgesehen. Diese mit Üffnungen.versehenen Abschnitte sind in der Fluchtlage mit der Druckluftverbindung 28 in der Fig. 3 gezeigt.

Der Schuh 25 umfaßt einen hetallblechkörper mit im wesentlichen der gleichen Form wie die Grundplatte 23 und die Balgen 24, d. h. mit Abschnitten@17, 18, 19 und 21. Die Stärke des unteren Schuhes 25 ist beträchtlich geringer als diejenige der Grundplatte 23, um eine erhebliche Biegsamkeit in Richtung der Üchse 13 vorzusehen. Die Oberfläche 3 9 des unteren Schuhes 25 ist dem benachbarten Balgkörper 29 zugewendet 'und wirkt mit dessen Zonen 34 zusammen. huf dem unteren Schuh. 25 sind zwei Ansätze 41 und 42 gebildet, welche sich von den j.,.bachnitten 18 und 19 der Lichtung in Richtung der von der durch die Dichtung eingeschlossenen Fläche forterstrecken. Die Ansätze 41 und 42 erstrecken sich im wesentlicheil über die C;esante Länge der Dichtungsabschnitte 18 und 19 und gehen mit einer Verkleidung in den übrit;ei2 Teil des unteren Schuhes über.

Der reibende Schuh 26 kann auch einer. metallischer Körper

einschließen,und dieser Körper hat-dieselbe kußenlirlie wieder untere Schute 25, ist jedoch etwas ste ker, obwohl er noch

eine genügende Biegsamkeit in Richtung der hchse 13 ,iuf";eist,

um die iLbdichtungsfunktion auszuführen, d. h. die Ver-,»nderun-

gen in dem .abstand zwischen den eii-.&rider zugewendeten Ober-

flächen des Kernes und Gehäuse;bschnittes 16 v-hrend der

Drehun,g des Kernes i;ui zunehmen. kuPerdem sollte der reibende

:ichuh 26. eine Oberfläche 43 hc-_ben,die mit der LLe.rr,oberf'1:clie

44 zusammenwirken kLrir,die genügend glE.tt ist, um eir. I:ii dest-

uaß an Reibung zu bieten und eire nbnutzen oder Versct_rt-P1@:en

des Kernes wi5:hrend des Betriebes zu verhindern. Düs h.@ terial,

aus welchem der Schuh 26 hergestellt ist, ist vorzuE.s@:,ei l--e

auch derart, daß es den hohen Tempercturen, denen es -usge-

setzt ist,, widersteht. Gegebenenfalls kL-rin eine dünne ücliicht

(nicht gezeigt) aus haxtem_IdE,teriF-31 mit t,eringer EeiburC-, wie

z.B. Pyrozeram, welches hohen TemperLturer widersteht, auf

der Oberfläche 43 des reibender Schuhes 26 jebunden werden,

während der;iauptteil des reibenden &#uhes Lui;.c:t,;ll her-

gestellt ist.

Die Eiittel zum Halten des reibenden Schuhes 26 auf dem unteren Schuh 25 umfassen zwei Ansätze 45 und 46 auf dem reibenden Schuh 26, welche sich überlappen und dieselbe Form haben wie die Ansätze 41 und 42 des unteren Schuhes 25. Von den .t1risä tzen 45 und 46 werden Stifte 47 und 48 aufgenommen, wobei der Stift 47 innerhalb einer langgestreckten Öffnung oder eines Schlitzes 49 in dem 1@nsatz r 41 liegt, wehrend der ütift 48 *innerhalb -der kreisförmigen Öffnung 51 in dem täri.satZ 42 angeordnet ist. Diese Haltemittel verhindern eine unerwünschte-Relativverschiebungzwischen dem reibenden Schuh 26 und dem unteren Schuh 25, jedoch sind die einander zugewendeten Oberflächen des unteren Schuhes und des reibenden Schuhes in loser BerUhrungmiteinandero Das Vorhandensein des langgestreckten Schlitzes 29 ermöglicht eine Ausdehnung und Zusannenziehung des reibenden =chuhes 26 mit Bezug auf den unteren Schuh 25 allgemein in der Richtung der längeren i--.bmessung der Dichtung 11, d.h. in der allgemeinen Ausdehnungsrichrung des äußeren .#,bschnittes 17. Als geeignetes Verfahren zum Zusammenbau der Grundplatte 23, des Balges 24 und des unteren Schuhes 25 können diese Teile gemeinsam mit Lötstreifen 37 zusammengebaut und der Zusaxuieribau dann in einer- Lötofen eingebracht werden. Das Ausströmen des ü;-tmetalls a.uf die benachbarten Oberflächen der Balgabschnittszonen 32 und 34 verbindet die BGlgenabscr.nitte miteinander und befestigen auch die Grurdpla.tte

23 und den unteren Schuh 25 an irren benachbarten Balgen-

abschnitten. Der reibende Schuh 26 kann dann durch Einsetzen

der ätifte 47 und 48 in den Schlitz 49 und die Üffrur:g 51

mit der ur_teren chuh 25 zu-,:r =er_Eebput werden, T,jobei

Grundplatte 23 durch die Stifte 27 auf deni Gehäuseabschnitt 16 angeordnet wird.

Im Betrieb wird Druckluft an die Verbindung 28 herangeführt, wodurch die durch die Grundplatte 23, den Balg 24 und den unteren,Schuh 25 gebildete Kammer unter Druck gesetzt wird, so daß der reibende Schuh 26 gegen den umlaufenden Kern gedrückt wird. Die Ausdehnbarkeit der Balgen 24 ermöglicht beträchtliche Veränderungen in dem Abstand zwischen dem Kern 12 und dem Gehäuseabschnitt 16, und die Biegsamkeitseigensehaften des unteren Schuhes 25 sowie des reibenden Schuhes 26 nehmen Veränderungen in dem Abstand zwischen dem Kern und dem Gehäusekörper auf, die beispielsweise infolge von Verformungen durch Temperaturwechsel während des Betriebes auftreten können. Die Festigkeit der Dichtung 11 in Richtung radial nach außen von der durch die Dichtung eingeschlossenen Segmentfläche ist relativ hoch und verhindert somit unerwünschte Verformungen der Dichtung oder ihres Reibungsschuhes 26 infolge des nach außen gerichteten Druckes der durch diesen Bereich hindurchströmenden Druckluft. Sollte es erwünscht sein, den reibenden Schuh 26 auszutauschen, dann ist es ur erforderlich, den reibenden Schuh vom unteren Schuh 25 zu entfernen, indem die Stifte 47 und 48 von dem Schlitz 49 und der Öffnung 51 entfernt werden. Die verbleibenden Teile der Dichtung 11 können in ihrer Zusammenbaulage bestehen bleiben und der nustauschschuh 26 auf dem unteren Schuh 25 angeordnet werden. Obwohl es ersichtlich ist, daß die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die hier offenbart wurde, allen genannten Aufgaben gerecht wird, kann die Erfindung abgewandelt und verändert werden, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Gleitringdichtung, bei der der Gleitring mit deni ihm zugeordneten, stationären Muschinenteil drehfest und axial verschiebbar durch einen ringförmigen Balg verbunden ist und durch Einführen eines Druckmediums in den Balg gegen ein rotierendes Liaschinenteil andruckbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung zwischen der Mündungsfläche eines stationären Strömungsmittelkanals oder dergleichen, der.einen unrunden C.uerschnitt aufweisen kann, und einer radialen FMche angeordnet ist; die sich um eine außerhalb des Kanals liegende, senkrecht zur Aiündungsfläche erstreckende Achse dreht und daß die Dichtung (11) ein ringförmiges hiembranenpaket und jede liembrane (29, 31) mittlere, sich rings um die kembrarie erstreckende, aus der 2#hene de: äußeren und inneren Umfangsbereichs (34) herausgedrückte Vertiefungen (32, 33) sowie aus der Ebene des äußeren und des inneren Umfangsbereichs (34) und der Ebene der mittleren Vertiefung (32) entgetengesetzt herausgedrückte, sich rings um die Lembrane erstreckende nutenförmige Eindrückungen (36) aufweist, und daß benachbarte &iembranen (29, 31) in arr, sich bekannter kreise ab- wechselnd mit ihren äußeren und irinerer_ Umfürigsbereic,:er. (34) und mit ihren mittleren. Vertiefurgel--@ c@@iC# ,--r iart. i .. 1 Abs.2 Nr.l S ,:z 3

aneinander@liegen und, durch in den durch die nutenförmigen Findrückungen (36) gebildeten Hohlräunieaufgenomnenes Hartlotnaterial (37) fest miteinander verbunden sind und daß die die Enden des lvlembranpakets bildenden Membranen mit ihren äußeren und-inneren Umfangsbereichen (34) fläcri-g an ringförmigen Endplatten-(23 bzw. 25)- anliegen und durch in den durch die nutenförmigen EindrUckungen (36) gebildeten-Hohlräumen aufgenommenes Hartlotmateriäl (37) fest mit denselben verbunden sind und daß die eine. jl;ndplatte (23) an dem laUndungsrand des Kanals (15) befestigt ist, während die andere Endplatte (25) eine lesbar-befestigte' Reibplatte (26) trägt, die in dichtende Anlage an die sich drehende Fläche (12) andruckbar ist, wobei die durch die Lembranen (2g, 31 ) begrenzten Hohlräume durch Öffnungen (38) miteinander verbunden sind.
2. Dichtung nach iLnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den äußeren ui-.,d inneren Umfangsbereich (34) der lviembranen (29, 31) Federungsabschnitte bildende Vertiefungen (33) angrenzen, die eine geringere Tiefe als die dazwischenliegende Vertiefung (32) aufweisen.
3. Dichtur@t; nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, üaß die lösbare Verbindung zwischen der einen Endplatte (25) und der 11;eibplatte (26) in an sich bekannter 'Weise aus zwei im einen Teil mit Abstard voneinander angeordneter, sich rechtwinklig zur umlaufer_den Fläche (12) erstreckenden Stifter, (47, 48), die izi Öffnungen (49) des anderen Teils eingreifen, besteht.
4. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Öffnung Paßsitz mit dem Stift bildet, während die andere Öffnung (49) als Langloch ausgebildet ist.
5. Dichtung nach s@spr uch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (47, 48) und Öffnungen (49) in nach außen vorspringenden, sich überdeckenden Vorsprüngen (41, 42, 45, 46) der End- und der Reibplatte (25, 26) vorgesehen sind.
6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen einem Druckluftkanal (15) und einem Gasturbinenregeneratorkern (12) angeordnet ist.