DE1928560C

DE1928560C - Sealing arrangement for a rotor in a housing, especially for jet engines

Info

Publication number: DE1928560C
Authority: DE
Inventors: Jason Seabury South Windsor Conn Pettengill jun (V St A )
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Publication date: 1972-12-14

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für einen Läufer in einem Gehäuse, insbesondere für Strahltriebwerke, mit einem stillstehenden, am Gehäuse befestigten äußeren Dichtungsteil und einem umlaufenden, am Läufer befestigten inneren Dichtungsteil, der so am Läufer befestigt ist, daß radiale Verschiebungen des Läufers keine wesentlichen Verschiebungen des inneren Dichtungsteiles hervorrufen. The invention relates to a sealing arrangement for a rotor in a housing, in particular for Jet engines, with a stationary, attached to the housing outer sealing part and a circumferential, attached to the rotor inner sealing part which is attached to the rotor that radial Displacements of the rotor do not cause any significant displacements of the inner sealing part.

Eine derartige Dichtungsanordnung ist aus der britischen Patentschrift 772 394 bekannt.Such a sealing arrangement is known from British patent specification 772,394.

Bei der bekannten Dichtungsanordnung wird ein im wesentlichen gleichbleibender Dichtungsspalt mittels eines an einem Läufer elastisch befestigten Dich-, tungsteils erreicht, wobei der Dichtungsspalt durch Aufweitung dieses umlaufenden Dichtungsteils unter der Fliehkraft kleiner wird. Dieser bekannten Dichtungsanordnung haftet aber der Nachteil an, daß die dem umlaufenden Dichtungsteil gegenüberstehende Dichtiingsflächc auf Gi und ihrer verhältnismäßig starren Befestigung an einem gehäuseseitigen, stillstehenden Konstruktionsteil nicht in ausreichendem Maße an das thermische Verhalten des umlaufenden Dichtungsteiles angepaßt werden kann, so daß es bei der bekannten Dichtungsanordnung Schwierigkeiten bereitet, über einen großen Bereich von Drehzahl und Temperatur hinweg einen verhältnismäßig engen Dichtungsspalt aufrechtzuerhalten.In the known sealing arrangement, an essentially constant sealing gap is provided by means of of a sealing part elastically attached to a runner, achieved through the sealing gap Expansion of this circumferential sealing part is smaller under the centrifugal force. This known sealing arrangement but adheres to the disadvantage that the surrounding sealing part opposite Sealing surface on Gi and their relative rigid attachment to a housing-side, stationary structural part is not sufficient Dimensions can be adapted to the thermal behavior of the circumferential sealing part, so that it is at the known seal arrangement causes difficulties over a wide range of speed and maintain a relatively narrow sealing gap over temperature.

Aus der deutschen Patentschrift 484 540 ist es außerdem noch bekannt, ein äußeres, an einem Gehäuse befestigtes Dichtungsteil elastisch an das Gehäuse anzuschließen, wobei die elastische Verbindung des Dichtungsteiles mit dem Gehäuse dem Zwecke dient, als Druckmembran bei einem größeren Innendruck den Dichtungsspalt der Labyrinthdichtung zu verringern.From the German patent specification 484 540 it is also known, an outer, on a housing attached sealing part to be elastically connected to the housing, the elastic connection of the sealing part with the housing serves as a pressure membrane at a higher internal pressure to reduce the sealing gap of the labyrinth seal.

Es liegt die Aufgabe vor, bei einer Dichtungsanordnung einen verhältnismäßig engen Dichtungsspalt über einen großen Betriebsbereich von Betriebsdrehzahl und Betriebstemperatur hinweg aufrechterhalten zu können, wobei insbesondere den Anforderungen an eine Dichtungskonstruktion für ein Gasturbinentriebwerk Rechnung getragen werden soll.The task at hand is to create a relatively narrow sealing gap in a sealing arrangement Maintained over a wide operating range of operating speed and temperature to be able to, in particular the requirements for a seal construction for a gas turbine engine Should be taken into account.

Diese Aufgabe wird bei Dichtungsanordnungen der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:In the case of sealing arrangements of the type specified at the outset, this object is achieved according to the invention by the Combination of the following features solved:

a) der äußere Dichtungsteil ist elastisch am Gehäuse befestigt;a) the outer sealing part is elastically attached to the housing;

b) der Werkstoff des äußeren und des inneren Dichtungsteils haben den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten; b) the material of the outer and inner sealing parts have the same coefficient of thermal expansion;

c) die thermischen Ansprechgeschwindigkeiten des äußeren und des inneren Dichtungsteils sind bei Temperaturänderungen einander gleich.c) the thermal response speeds of the outer and inner sealing parts are at Temperature changes equal to each other.

Durch eine Abstimmung der thermischen Ansprechgeschwindigkeit der zusammenwirkenden Teile der Dichtungsanordnung und des Triebwerkes während vorübergehender Betriebszustände wird erfindungsgemäß der bedeutsamste einer Dichtungskonstruktion mit engem Dichtungsspalt entgegenstehende Faktor ausgeschaltet oder wesentlich beeinflußt. Der hierdurch erzielte technische Fortschritt besteht darin, daß der Einfluß auf die Weite des Dichtungsspaltes infolge Änderungen der Umgebungstemperatur im wesentlichen durch die gleichmäßige Dehnung der DiclHungsteile ausgeschaltet ist.By tuning the thermal response speed of the interacting parts of the Sealing arrangement and the engine during temporary operating conditions is according to the invention the most significant one opposed to a seal construction with a narrow seal gap Factor switched off or significantly influenced. The technical progress achieved in this way consists in that the influence on the width of the sealing gap due to changes in the ambient temperature in essentially due to the uniform expansion of the The sealing parts is switched off.

Um den bei stetigem Betrieb auftretenden Dichtungsspalt auf einem minimalen Wert zu halten, werden Maßnahmen getroffen, durch welche Dichtungsspalte im Bereich von 0,2 bis 0,38 mm ermöglicht werden. Die vorgeschlagenen konstruktiven Maßnahmen bestehen in einer elastischen Aufhängung der inneren und der äußeren Dichtungsleile an den Scheibenkörpern oder Halterungsteilen. Dies wird im wesentlichen durch Zwischenschalten eines Verbindungsorgans erreicht, welches beispielsweise die Form eines zylindrisch geformten Ansatzes oder kegelstumpfförmigen Ansatzes hat und welches zwischen der Dichtungsgegenfläche bzw. der Dichtungsfläche einerseits und dem betreffenden Scheibenkörper oder dem betreffenden Halterungsteil andererseits eingesetzt ist. Diese elastische Aufhängung der Dichtfläche und der Dichtungsgegenfläche hat zur Folge, daß die Rückwirkung radialer Verformungen der zugehörigen Halterungsteile vermindert wird.In order to keep the sealing gap that occurs during continuous operation at a minimum value, Measures taken through which sealing gaps in the range of 0.2 to 0.38 mm are made possible will. The proposed design measures consist of an elastic suspension the inner and outer sealing strips on the disc bodies or mounting parts. This is done in the essentially achieved by interposing a connecting member, which for example the shape a cylindrically shaped extension or frustoconical Approach has and which between the sealing counter surface or the sealing surface on the one hand and the relevant disc body or the relevant mounting part on the other hand used is. This elastic suspension of the sealing surface and the sealing mating surface has the consequence that the Reaction of radial deformations of the associated bracket parts is reduced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert, welche einen Schnitt durch die ersten Stufen eines Hochdruckteiles· einer Tuibin. mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung darstellt.An embodiment of the invention is explained in more detail in the drawing, which is a section through the first stages of a high pressure part · a Tuibin. represents with a sealing arrangement according to the invention.

In der abgebildeten Anordnung enthält die Turbine 2 mit der Turbinenachse 60 Läuferscheiben 4 und 6, an deren Umfang Laufschaufeln 8 befestigt sind. Unmittelbar stromaufwärts von· den Laufschaufeln jeder Stufe ist ein Kranz von Leitschaufeln 12 bzw. 14 angeordnet, der an einem Gehäuse 16 gehaltert ist.In the arrangement shown, the turbine 2 with the turbine axis 60 contains rotor disks 4 and 6, on the circumference of which rotor blades 8 are attached. Immediately upstream of the blades Each stage has a ring of guide vanes 12 or 14, which is held on a housing 16 is.

An jeder der Läuferscheiben 4 bzw. 6 sind mittels Schrauben 18 bzw. 20 umlaufende innere Dichtungsteile 28 bzw. 29 befestigt. Jedes der inneren Dichtungsteile enthält eine Dichtungsfläche 26 bzw. 27, wobei eine elastische Aufhängung dieser Dichtungsflächen an dem jeweiligen Befestigungspunkt 30 bzw. 32 an der zugehörigen Läuferscheibe 4 bzw. 6 vorgesehen ist. Die inneren Dichtungsflächen 26 und 27 sind baulich von den Befestigungspunkten durch Verbindungsorgane 34 bzw. 38 getrennt, die durch in axialer Richtung sich erstreckende zylindrische oder kegelförmige Teile gebildet sind.On each of the carriers 4 and 6 are circumferential inner sealing parts by means of screws 18 and 20, respectively 28 or 29 attached. Each of the inner sealing parts contains a sealing surface 26 or 27, an elastic suspension of these sealing surfaces at the respective fastening point 30 or 32 is provided on the associated carrier 4 or 6. The inner sealing surfaces 26 and 27 are structurally separated from the attachment points by connecting members 34 and 38, respectively, through in the axial direction extending cylindrical or conical parts are formed.

Die Dichtungsanordnung enthält ferner die stillstehenden äußeren Dichtungsteile 40 und 42, die mit dem Gehäuse 16 verbunden sind. Jedes der äußeren Dichtungsteile enthält abgesetzte Dichtungsgegenflächen 50 bzw. 52, welche an dem jeweiligen Befestigungspunkt der stillstehenden Dichtungsteile an dem Gehäuse 16 durch Verbindungsorgane 54 bzw. 56 elastisch aufgehängt sind.The seal assembly also includes the stationary outer seal members 40 and 42, which with the housing 16 are connected. Each of the outer sealing parts contains recessed sealing mating surfaces 50 and 52, which are attached to the respective fastening point of the stationary sealing parts the housing 16 are elastically suspended by connecting members 54 and 56, respectively.

Claims

Patent claims:

1. Sealing arrangement for a rotor in a housing, in particular for jet engines, with a stationary outer sealing part attached to the housing and a circumferential, inner sealing part attached to the runner which is secured to the runner in such a way that radial displacements of the rotor no significant displacements of the inner sealing part cause, characterized by the combination of the following features:

a) the outer sealing part (40, 42) is elastically attached to the housing;

b) the material of the outer and inner

Sealing part (28, 40, 29, 42) has the same coefficient of thermal expansion;

c) the thermal response rates the outer and inner sealing parts are mutually exclusive when the temperature changes same.

2. Sealing arrangement according to claim 1, characterized in that the smallest width the sealing gap between the outer and inner sealing part (28, 40, 29, 42) is the highest Speed of the inner sealing part (28, 29) is assigned

3. Sealing arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that a region zwisehen 0.2 and 0.38 mm for the width of the operational sealing gap between the outer and inner sealing part (28, 40, 29, 42) is provided.

4. Sealing arrangement according to claim 1, there-

15 characterized in that connecting members (34 54 38, 56) the corresponding sealing surfaces of the inner or outer sealing part (28, 40, 29, 42) at an axial distance from the respective fastening part of the inner or outer sealing part on their part on associated holding means hold.

5 sealing arrangement according to claim 4, characterized in that the Verbmducgsorgane (34, 54, 38, 56) has a substantially frustoconical extension which extends between the fastening part of the outer sealing part (40, 42) on the holding means on the one hand and the sealing mating surface (50, 52) of the outer sealing part extends, as well as a cylindrical one Contained shaped approach, which is between the attachment point of the inner sealing part (28, 29) on the holding means on the one hand and the sealing surface (26, 27) of the inner Sealing part on the other hand extends.

1 sheet of drawings