DE1525907A1

DE1525907A1 - Dichtungskonstruktion fuer relativ zueinander drehbar montierte Elemente

Info

Publication number: DE1525907A1
Application number: DE19661525907
Authority: DE
Inventors: Rosenthal John Damon; Welch Joseph Jerome
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1965-04-21
Filing date: 1966-04-07
Publication date: 1970-07-02
Also published as: US3303997A; SE311558B; FR1476987A; GB1081158A

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße

Dr. Expl.

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 6. April I966 VA+ Name d. Anm. UNITED AIRCRAFT CORPORATION,

400 Main Street,

EAST HARTFORD, CONN., U.S.A.

Dichtungskonstruktion für relativ zueinander drehbar montierte

Elemente

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung für relativ zueinander drehbare Elemente und ist insbesondere am Abgabeende eines Axialkompressors nützlich.

Ein Merkmal der Erfindung liegt in der wirksamen Abdichtung zwischen dem Rotor und dem Stator, um bei allen Rotationsgeschwindigkeiten die Leckverluste auf ein Minimum herabzusetzen. Weiterhin soll durch die Erfindung trotz der entweder durch Zentrifugalbelastung oder durch Wärmedehnung verursachten Rotorvergrößerung im Betrieb eine bestimmte aber begrenzte Luftströmung vom Kompressor an den Dichtungen vorbei aufrechterhalten werden.

Die Dichtung am Druckende eines mehrstufigen Kompressors sorgt für eine begrenzte und gesteuerte Druckluftströmung zur Kühlung der letzten Rotorstufe und liefert außerdem an dieser Stelle eine begrenzte und gesteuerte Druckluftströmung an den Dichtung gen vorbei, die beispielsweise zur Kühlung verwendet werden kann, da diese Luft zwar durch die Kompression erhitzt, aber immer noch viel kühler als das Turbinengas ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen und aus der beiliegenden Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch die letzte Stufe eines Axialkompressors, in dem die Erfindung dargestellt 1st.

Bei der dargestellten Anordnung besteht das Kompressorgehäuse 2 au« zwei miteinander verachraubten Teilen, einem Teil 2a, das

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das äußere Gehäuse für die folgenden Kompressorstufen bildet, und einem Teil 2b, das die Außenwand des Diffusors 4 bildet, wobei dieser Gehäuseteil 2b außerdem stromabwärts von der letzten Rotorflügelreihe 8 eine Flügelreihe 6 trägt.

Die Rotorflügel 8 werden von einer Rotorscheibe 10 getragen und stromaufwärts unmittelbar vor den Rotorflügeln befindet sich eine Kompressorflügelreihe 12, deren Flügel an ihren äußeren Enden von einem im Gehäuse 2a angeordneten Mantelring 14 getragen werden und an ihren inneren Enden einen inneren Ring 16 tragen, welcher etwa durch einen Ring 18 an einen Dichtungsring 20 angeschlossen ist. Diese Konstruktionsart ist allgemein nicht neu und im USA-Patent 2.747.367 dargestellt.

Der Diffusor 4 hat eine Innenwand 22 und die zwei Wände werden von mehreren sich zwischen diesen Wänden erstreckenden Flügeln 24 im Abstand voneinander gehalten« Einer oder mehrere der Flügel 24 sind im wesentlichen in der Mitte der Flügel mit einer nach vorne angeordneten Öffnung 26 versehen, um Luft vom Diffusor abzuziehen und durch eine öffnung 28 in der Innenwand 22 in die Kammer 30 zu führen. Diese Kammer wird begrenzt von einer länglichen, die Innenwand der Kammer bildenden Dichtungshülse 32, einem auf einer Seite der Öffnung 28 nach innen in Anlage an die Hülse 32 ragenden Radialflansch j?4 und einem weiteren Flansch 36 auf der anderen Seite der öffnung 28. Dieser letztere Flansch trägt, wie man sieht, die Hülse 32.

Die Rotorscheibe 10 weist auf einer ihrer Seitenflächen im radialen Abstand voneinander einen inneren und einen äußeren Zentrigfugalflansch 38 und 40 auf, wobei diese Flansche konzentrisch zueinander und in einer solchen Stellung angeordnet sind, daß sie das freie Ende der Hülse 32 zwischen sich aufnehmen. Die Hülse hat innere Dichtungsflansche 42, die von der Hülse radial nach innen ragen und deren Umfang in geringem Abstand vom Flansch 38 liegt; die Hülse hat ferner äußere Dichtungsflansche 44, die von der Hülse 32 radial nach außen bis in unmittelbare Nähe des auf dem Rotor angeordneten Flansches 40 ragen. Diese Dichtungsflansche sind derart angeordnet, daß ein Dosierspalt 46 zwischen den Enden der Plansche 44 und dem Rotor-

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flansch 4o und ein weiterer Dosierspalt 48 zwischen den 3nden der Dichtungsflansche 42 und dem Rotorflansch 38 verbleibt. Die Spalte 46 und 48 bilden^eJ^e^.Dosi^VOr^ichtung, die sich dem durch Vergrößerung der Radial-scheibe gegebenen Maschinenzustand anpaßt, wobei diese Vergrößerung der Radialscheibe sich durch Zentrifugalbelastung oder Wärmedehnung der Scheibe ergibt, und die sich auch der radialen Wärmedehnung der Dichtungsflansche 42 und 44 anpaßt. Im Betrieb der Maschine dominiert während bestimmter Perioden die Dosierung bei 46 und die Strömung durch diesen Dosierspalt bestimmt die Menge der um das Ende der Hülse j52 herum tretenden Dichtungsluft. Unter bestimmten Umständen wird bei starker oder maximaler Vergrößerung des Rotors der Spalt 46 g-rößer und der Spalt 48 wird kleiner, so.daß der Spalt 48 die ,gewünschte Dosierung bewirkt. Die durch diese Spalte hindurchtretende Luft kommt durch öffnungen 48 im Flansch J>h aus der Kammer 30 und kann nach ihrem Durchtritt durch diese Spalte zu irgendeinem gewünschten Dichtungs- oder KUhlzweck in der Maschine benutzt werden. Man erkennt, daß diese Druckluft von einer Stelle unmittelbar stromabwärts vom Kompressor, d. h. von einer Stelle innerhalb der Maschine abgezogen wird, an der der höchste Luftdruck herrscht; ferner wird die Luft aus der Mitte , der Luftströmung abgezweigt, wo die Luft kühler ist als die an den Wänden 2b oder 22 vorbeistreichende Luft. Durch die Komprimierung innerhalb des Kompressors ist die Luft an dieser Stelle zwar ziemlich warm, sie ist jedoch wesentlich kühler als das Gas in der Turbine und kann mit Erfolg zur Kühlung von Teilen der Turbine verwendet werden.

Die Innenwand 22 des Diffusors trägt den Innenring 50 der Flügel-, reihe 6, so daß dieser Ring tatsächlich eine Verlängerung der Diffusorwand bildet. Diese Wand trägt daher einen Dichtungsring 52 mit radial nach innen ragenden Dichtungsflanschen 54, deren Innenränder in geringem Abstand von der Außenfläche des Rotorflansches 40 liegen. Diese Flansche bilden zwischen sich einen Spalt«- 56, durch den eine abgemessene Menge Luft von der Kammer j5O an einer Stelle zwischen den Enden der Rotorflügel 8 und dem benachbarten Flügelring 50 zurück in den Strömungsweg des Gases fließen kann.

Patentansprüche;

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Claims

Dr. !ng. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße 31

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 6. April I966 VA+ Name d. Arn*. UNITED AIRCRAFT CORPORATION,

400 Main Street,

EAST HARTFORD, CONN., U.S.A.

PATENTANSPRÜCHE

1. Dichtungskonstruktion für relativ zueinander drehbar montierte Elemente, insbesondere für einen Kompressor mit einem Rotor und einem diesem benachbarten Stator, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einen inneren, in axialer Richtung verlaufenden Flansch (38) und konzentrisch zu diesem einen äußeren, ebenso in axialer Richtung verlaufenden äußeren Flansch (40) aufweist, daß der Stator ein im wesentlichen zylindrisches Element (32) aufweist, welches vom Stator zwischen die axial verlaufenden Rotorflansche ragt, und daß das zylindrische Element des Stators auf seinen beiden Seiten mehrere radial wegragende Dichtungsflansche (42, 44) aufweist, die bis nahe an die Oberflächen der Rotorflansche ragen und so Dosierspalte (46, 48) zwischen den Dichtungsflanschen und den Rotorflanschen bilden, so daß im Falle einer Dehnung des Rotors ein Satz der Dosierspalte enger wird, während der andere Satz weiter wird.

2. Dichtungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator konzentrische Wände hat, die eine Ringleitung zum Durchtritt von Luft durch den Kompressor bilden, und daß Luft von dieser Ringleitung in eine innere Kammer (30) und zu den Dichtungsflanschen geleitet wird.

3. Dichtungskonstruktion nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der inneren Kammer (30) aus einer Innenhülse (32) besteht, die das zylindrische Element an einer Stelle axial jenseits der Lufteinlaßstelle (28) der inneren Kammer trägt.

•4. Diehtungskonstruktion nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß_ die Dosierspalte (46) zwischen dem

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äußeren Rotorflansch (4O) und den Dichtungsflanschen (44) bezogen auf die Fluidumsströmung durch die 3palte in Reihe zu den anderen Dosierspalten (48) angeordnet sind.

5. Dichtungskonstruktion nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor in einem Axialkompressor montiert ist und daß das S dosierte Pluidum Preßluft ist, die von einer Stelle stromabwärts der letzten Rotorstufe des Kompressors hergeleitet wird.

6. Dichtungskonstruktion nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Luft für die innere Kammer (30) in radialer Richtung etwa aus der Mitte der Ringleitung abgezweigt wird.

7. Dichtungskonstruktion nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator zusätzliche Dichtungsflansche (54) trägt, die mit der Außenseite des äußeren Rotorflansches (40) zusammenarbeiten.

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