DE1902097B2

DE1902097B2 - Spaltdichtung zwischen Laufer und Gehäuse einer Stromungsmaschine

Info

Publication number: DE1902097B2
Application number: DE1902097A
Authority: DE
Inventors: Clifford John Franklin; Denis Maccarthy; James Alexander Petrie; Michael Duffield Poucher; Thomas Steel
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1968-01-18
Filing date: 1969-01-16
Publication date: 1973-09-20
Also published as: GB1149326A; DE1902097C3; FR2000352A1; US3549270A; DE1902097A1

Description

40 Bei Anwendung der Dichtung bei einem Gasturbinenstrahltriebwerk kann jeder Kanal das Druckmittel

in ein Kühlleitungssystem des Läufers leiten.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der

Die Erfindung betrifft eine Spaltdichtung zwischen 45 Zeichnung zeigt

einem Läufer und einem Gehäuse einer Strömungs- F i g. 1 eine schematische teilweise aufgebrochene

maschine, insbesondere eines Gasturbinenstrahltrieb- Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks, das mit werks, mit einem in axialer Richtung im Gehäuse frei einer Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung ausverschiebbaren Dichtungsring, der auf seiner, gegen gestattet ist,

eine plane Dichtungsfläche des Läufers gerichteten 50 F i g. 2 eine teilweise abgebrochene Schnittansicht Stirnfläche zwei im radialen Abstand voneinander der aus F i g. 1 ersichtlichen Dichtungsanordnung in angeordnete ringförmige in axialer Richtung vor- größerem Maßstab.

springende Dichtleisten aufweist, wobei der Raum Fig. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 mit

zwischen den beiden Dichtieisten über Bohrungen im einem Triebwerksgehäuse 11, in dem ein ringförmi-Dichtungsring mit einer ringförmigen Kammer des 55 ger Strömungskanal angeordnet ist, in dem in Strö-Gehäuses verbunden ist, in der der Dichtungsring mungsrichtung hintereinander ein Verdichter 12, eine axial beweglich gelagert ist. Eine derartige Spaltdich- Verbrennungseinrichtung 13, Düsenleitschaufeln 14, tung ist aus der britischen Patentschrift 813 958 be- eine Hochdruckturbine 15 und eine Niederdruckturkannt. bine 16 angeordnet sind. Die Turbinenabgase werden

Die freie axiale Verschiebbarkeit des Dichtungs- 60 über eine kurze Abgasleitung 17 in die Atmosphäre ringes gewährleistet bei derartigen Spaltdichtungen ausgestoßen.

eine selbsttätige Nachstellung bei Verschleiß der Wie aus F i g. 2 ersichtlich, besitzt die Hochdruck-

Dichtleisten, so daß im Betrieb der Dichtungsspalt in turbine 15 eine Läuferscheibe 20, die Laufschaufeln der gewünschten Breite automatisch aufrechterhalten 21 trägt. Jede der Laufschaufeln 21 weist einen wird, weil das im Betrieb herrschende Druckgefälle 65 Schaufelfuß 22 auf, der mit Rippen 23, 24 versehen den Dichtungsring im Sinne einer kontinuierlichen ist, die in Dichtungsbeziehung mit einem radial äuße-Nachstellung beaufschlagt. Bei den bekannten Spalt- ren Abschnitt 25 eines axial beweglichen ringförmidichtungen ist es jedoch möglich, daß sich bei Fehlen gen Dichtungsorgans 26 stehen. Der Dichtungsring

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26 ist an seiner radial äußeren Oberfläche mit einer stehen. Daher kann ein Kühlmittel aus dem Raum 54

in Umfangsrichtung verlaufenden Nut 30 ausgestat- radial nach außen durch die Kanäle 64 gelangen,

tet, in die ein Kolbenring 31 eingelegt ist, der inner- Das von den öffnungen 65 überführte Kühlmittel

halb eines Wandabschnittes 32 gleitbar ist. Der gelangt teilweise in den Raum 60, so daß, wie oben

Wandabschnitt 32, der einen Teil der Lagerung der 5 erwähnt, der Druck in dem Raum 60 wesentlich ge-

Düsenleitschaufeln 14 bildet, stellt einen Teil des Ge- ringer ist als im Raum 54. Der Druck im Raum 60

häuses des Triebwerks dar. ^d _auch durch die Strömung durch den Kanal 41

Ein Teil 33 des Wandabschnifts 32 !^:.e«i radial in- beeinflußt, der zwischen den Räumen 54 und 60 vernerhalb der Kolbenringdichtung 31 und dient zur La- läuft. Die Einschnürungen 42, 43 und der zylingenrag einer Kolbeiiringdichtung 34, die in Gleitbe- io drische Ringspalt 45 bewirken, daß der Druck des rührung mit einer radial inneren Oberfläche 35 des Strömungsmittels in dem Kanal 41 mehreren Druck-Dichtungsringes 26 steht. Demgemäß ermöglichen die abfällen unterworfen wird. Der Druck im Raum 60 Kolbenringdichtungen 31, 43, die den Dichtungsring wird auch durch die Strömung durch die Entlüf-26 gegenüber dem Wandabschnitt 32 abdichten, daß tungsöffnungen 67 beeinflußt, die durch den Dichder Dichtungsring 26 sich axial bewegen kann. Dar 15 tungsring 26 hindurch verlaufen und sowohl mit der Dichtungsring 26 und der Teil 33 des Wandab- ringförmigen Kammer 62 und dem Raum 60 in Verschnitts 32 sind mit in dichtem Eingriff miteinander bindung stehen. Im Betrieb ergibt sich daher eine stehenden Klauen 36, 37 ausgestattet, die dazu bei- konstante Strömung vom Raum 54 und über den tragen, den Dichtungsring 26 in Umfangsrichtung Raum 44, die Bohrungen 63_T die ringförmige Kamfestzulegen, ao mer 62 und die Entlüftungsöffnungen 67 nach dem

Auf der stromaufwärts gerichteten Seite der Raum 60.

Läuferscheibe 20 befindet sich eine Dichtungsring- Die Drücke auf der radial verlaufenden Oberscheibe 38 mit im radialen Abstand angeordneten fläche 61 und der stromoberseitigen Oberfläche des ringförmigen Rippen 39, 40. Ein im Querschnitt Raumes 44 wirken auf den Dichtungsring 26 in ent-L-förmig ausgebildeter Kanal 41 wird von der Dich- 25 gegengesetzten Axialrichtungen; jedoch im Hinblick tungsscheibe 38 und dem Dichtungsring 26 definiert. auf die größere Fläche der radial verlaufenden Ober-Der Kanal 41 weist einen radial verlaufenden Ab- fläche 61 im Vergleich mit der stromauf gerichteten schnitt auf, der mit Einschnürungen 42, 43 ausgestat- Oberfläche des Raumes 44 entsteht eine resultie-K-t ist, die zwischen sich einen vergrößerten Raum 44 rende Axialkraft, die in Strömungsrichtung wirkt, einschließen. Der Kanal 41 weist auch einen axial 30 Dieser Kraft wirkt eine Kraft entgegen, die vom verlaufenden Abschnitt auf, der einen zylindrischen Druck des Kühlmittels im Raum 54 herrührt, die auf Ringspalt 45 und einen erweiterten Teil besitzt, der eine beträchtliche radial verlaufende Oberfläche 70 einen Raum 46 bildet, wobei die Einschnürung 43 des Dichtungsrings 26 einwirkt. Die Oberfläche 70 eine Verbindung zwischen den Räumen 44 und 46 ist auf die Dichtungsscheibe 38 hin gerichtet. Wenn darstellt. Die Einschnürungen 42 und 43 sind Twi- 35 deshalb der Dichtungsring 26 sich der Dichtungsschen den ringförmigen Rippen 39, 40 ausgebildet scheibe 38 nähert, fällt der Druck in dem Raum 44 und im radialen Abstand zu den ringförmigen Dicht- infolge der verringerten Größe der Einschnürungen leisten 50, 51 des Dichtungsrings 26 angeordnet. Der 42 und 43, und die Kraft, die auf die Oberfläche 61 zylindrische Ringspalt 45 wird zwischen einer Dicht- wirkt, wird deshalb in gleicher Weise fallen. Die leiste 52 des Dichtungsrings 26 und einer Dichtfläche 40 Kraft, die auf die Oberfläche 70 wirkt, sucht demge-53 der Dichtungsscheibe 38 definiert. Im Normallauf maß den Dichtungsring 26 nach einer Gleichgeist die Breite des zylindrischen Dichtspalts 45 be- wichtsstellung hin zu überführen,
trächtlich größer als jene der Einschnürungen 42, 43. In gleicher Weise wird bei Bewegung des Dich-

Das radial innere Ende des Kanals 41 steht mit tungsrings 26 axial von der Dichtungsscheibe 38 weg

einem Raum 54 in Verbindung, der mit Hochdruck- 45 die Größe der Einschnürung 42 und 43 vergrößert,

luft aus dem Hochdruckkompressor gespeist wird, und der Druck im Raum 44 und demgemäß in der

und diese Hochdruckluft tritt in den Raum 54 aus ringförmigen Kammer 62 wird ansteigen, und der

einem Kanal 55 ein, wie durch den Pfeil 56 angedeu- Dichtungsring 26 wird demgemäß axial in Strö-

tet. " mungsrichtung in die Gleichgewichtsstellung über-

Das radial äußere Ende des Kanals 41 ^tHi! mit 50 führt

einem abgeschlossenen Raum 60 in Verbindung, der Die Größe der Oberflächen 61 und 70 ist natürlich

zwischen dem Dichtungsring 26, der Läuferscheibe in bezug auf die hierauf wirkenden Drücke so ange-

20 und der Dichtungsscheibe 38 ist, und der Druck paßt, daß ein gewünschter axialer Abstand zwischen

in diesem Raum 60 ist geringer als in dem Raum 54. dem Dichtungsring 26 und der Dichtungsscheibe 38

Der Dichtungsring 26 weist eine radial verlaufende 55 aufrechterhalten wird.

Oberfläche 61 auf. die mit dem Wandabschniu 32 Wenn das Triebwerk angelassen wird, dann

eine ringförmige Kammer 62 bildet. Der Dichtungs- könnte der Dichtungsring 26 vollständig zurückgezo-

ring 26 besitzt mehrere im Winkelabstand zueinander gen sein, d. h. er könnte sich in seiner am weitesten

angeordnete Bohrungen 63, von denen nur eine dar- stromoberseitig liegenden Stellung befinden. In die-

gestellt ist und die durch diesen hindurch verlauten 60 scr Lage erzeugen die Einschnürungen 42 und 43

und eine Verbindung zwischen dem Raum 44 und nicht den erforderlichen Druckabfall zwischen den

der ringförmigen Kammer 62 herstellen, so daß der Drücken in den Räumen 54 und 60. um den Dicli-

Druck in der ringförmigen Kammer 62 etwa gleich tungsring 26 ordnungsgemäß zu plazieren. Durch

dem Druck in dem Raum 44 ist. Der Dichtungsring den"zylindrischen Ringspalt 45. dessen Größe durch

26 besitzt mehrere im Winkclabstand zueinander an- 65 die Lage des Dichtungsrings 26 nicht beeinflußt

geordnete radial verlaufende Kanäle 64, die durch wird, wird jedoch gewährleistet, daß der Druckabfall

den Dichtungsring hindurch verlaufen, und deren ra- zu dieser Zeit aufrechterhalten wird,

dial innere Enden mit dem Raum 54 in Verbindung Wenn jedoch irgendein Fehler auftritt, der zu einer

wesentlichen axialen Trennung zwischen dem Dichtungsring 26 und der Dichtungsscheibe 38 führen würde, bewirkt der zylindrische Ringspalt 45 wiederum eine Aufrechterhaltung der Dichtung hierzwischen.

Die Weite des zylindrischen Ringspalts 45 ist unter normalen Laufbedingungen größer als jene der Einschnürungen 42 und 43, was zur Folge hat, daß unter derartigen normalen Laufbedingungen die Dichtung, die durch den zylindrischen Ringspalt 45 gebildet wird, die Arbeitsweise des Dichtungsrings 26 nicht beein'-ächtigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

des Druckgefälles, d. h. im Stillstand, der Dichtungs-Patentansprüche: ring axial so weit verschiebt (oder sich im Auslauf verschoben hat), daß der Dichtungsspalt insbeson-

1. Spaltdichtung zwischen einem Läufer und dere bei bereits abgenutzten Dichtleisten so groß einem Gehäuse einer Strömungsmaschine, iasoe- 5 wird, daß die Dichtung unwirksam wird und beim sondere eines Gasturbinenstrahltriebwerks, mit Anlauf sich der Druckunterschied auf den beiden einem in axialer Richtung im Gehäuse frei ver- Seiten der Dichtung nicht mehr einstellen kann, der schiebbaren Dichtungsring, der auf seiner, gegen Voraussetzung dafür ist, daß der Dichtungsring mit eine plane Dichtungsfläche des Läufers gerichte- einer den Dichtungsspalt auf einen vorbestimmten ten Stirnfläche zwei im radialen Abstand vonein- io Wert einstellenden Kraft beaufschlagt wird.

ander angeordnete ringförmige in axialer Rieh- Es liegt die Aufgabe vor, eine Spaltdichtung derart

rung vorspringende Dichtleisten aufweist, wobei auszubilden, daß sich beim Anlauf unabhängig von

der Raum zwischen den beiden Dichtieisten über der axialen Stellung des Dichtungsringes der für die

Bohrungen im Dichtungsring mit einer ringfönni- Dichtung wirksame und notwendige Differenzdruck

gen Kammer des Gehäuses verbunden ist, H der 15 einstellen kann.

der Dichtungsring axial beweglich gelagert ist, Gemäß der Erfindung wird bei Spaltdichtungen

dadurch gekennzeichnet, daß der der eingangs angegebenen Art diese Aufgabe da-

Dichrungsring (26) im radialen Abstand von den durch gelöst, daß der Dichtungsring im radialen Ab-

beiden Dichtleisten (50, 51) eine weitere ringför- stand von den beiden Dichtleisten eine weitere ring-

mige Dichtleiste (52) aufweist, die mit entspre- 20 förmige Dichtleiste aufweist, die mit entsprechenden

chernien Dichtflächen (53) des Täufers eine wei- Dichtflächen des Läufers eine weitere von der axia-

tere von der axialen Stellung des Dichtungsringes len Stellung des Dichtungsringes unabhängige Dicht-

(26) unabhängige Dichtstelle bildet. stelle bildet. Diese weitere Dichtstelle braucht nur so

2. Spaltdichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- dicht zu sein, daß sich, wenn die Spaltdichtung wekennzeichnet. daß die Dichtleiste (52) mit der 35 gen Verschleiß der beiden Dichtleisten des Dich-Dichtfläche (53) einen zylindrischen Ringspalt tungsringes unwirksam ist, ein genügend hoher (45) begrenzt, dessen radiale Spaltbreite unab- Druckunterschied ausbildet, der die axiale Bewegung hängig von der axialen Stellung des Dichtungsrin- des Dichtungsringes auf den Läufer hin einleitet.

ges (26) konstant bleibt. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfin-

3. Spaltdichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, 30 dung ist die weitere Dichtung als Ringspalt zwischen dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring der Dichtfläche und der Dichtleiste ausgebildet, wo-(26) wenigstens einen durchgehenden Kanal (64) durch die radiale Spaltbreite unabhängig von der aufweist, um ein Druckmittel von einem im Ge- axialen Stellung des Dichtungsringes konstant bleibt, häuse befindlichen Raum (54) höheren Druckes Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfinzu dem Läufer zu leiten. 35 dung ist die Spaltdichtung in der Weise ausgebildet,

4. Spaltdichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- daß der Dichtungsring wenigstens einen durchgehenkennzeichnet, daß jeder Kanal (64) das Druck- den Kanal aufweist, um ein Druckmittel von einem mittel in ein Kühlleitungssystem des Läufers lei- im Gehäuse befindlichen Raum höheren Druckes zu tet. dem Läufer zu leiten.