DE1930411A1

DE1930411A1 - Drehdichtung

Info

Publication number: DE1930411A1
Application number: DE19691930411
Authority: DE
Inventors: Smuland Robert John
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-06-17
Filing date: 1969-06-14
Publication date: 1970-01-29
Also published as: BE734609A; FR2011112A1; US3572728A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsmitteldichtung . und insbesondere auf eine solche, die sich zwischen einem stationären und einem rotierenden Element befindet. Drehdichtungen, wie Labyrinthdichtungen oder Bienenwabendichtungen werden seit langem, beispielsweise bei Gasturbinen o.a. Maschinen verwendet, um den Durchfluß zwischen rotierenden und stationären Teilen zu verhindern _t um besondere Kammern oder Komponenten von einem Strömungsmittel hoher Temperatur abzuschirmen und um Leistungsverluste in der Maschine wegen der Verlust;© an unter hohem Druck stehenden Strömungsmitteln»wie Turbinenantriebsr oder Strömungsmittel zur Erzeugung eines Schubes zu verhindern. Solche Dichtungen werden gewöhnlich durch Dichtungsversahnungen oder ineinander greifende Elemente gebildet, die entweder durch das rotierende öder stationäre Teil getragen.werden, die so ausgebildet sind, daß sich ein dichtej? oder ein Reibungskontakt mit

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einer zusammenwirkenden Dichtungsoberflache, die durch das andere Element getragen wird, ergibt. Eine Leckage durch solche Dichtungen ist natürlich nicht erwünscht und ist primär eine Punktion des Spielraums der Oberfläche der Dichtungsverzahnung oder der Größe des Leckpfades oder Kanals und des damit verbundenen Druckabfalles entlang der Dichtungsverzahnung. Der auftretende Druckabfall kann als Druckabfall definiert werden, der durch das Strömungsmittel aufstromseitig oder hochdruckseitig zur Dichtungsverzahnung auftritt oder als der gesamte aufstromseitige Druck minus dem auftretenden abstromseitigen Druck. Für eine vorgegebene Leckkanalgröße steigt die Leckströmung bei ansteigendem Druckabfall entlang der Dichtungsverzahnung an.

Die Erfindung bezieht sich darauf, eine derartige Leckströmung zu verringern, indem die Leckströmung zur Dichtungsverzahnung hin umgelenkt wird, wobei der damit verbundene abstromseitige Druck in dem R aum des Leckkanals ansteigt und der Druckabfall entlang der Dichtungsverzahnung abnimmt. Die primäre Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Drehdichtung für Strömungsmittel zu schaffen, bei der der auftretende Druckabfall entlang der Dichtungsverzahnung und damit die Strömungsmittelleckage durch die Dichtung verringert wird. Eine besondere Aufgabe der Erfindung ist darin zu erblicken, eine verbesserte Drehdichtung für Strömungsmittel zu schaffen, bei der der Leckagestrom durch die Dichtung aufgefangen und in eine Richtung zum Leckkanal umgelenkt wird, um hierdurch den auftretenden Druck in der Kammer des abstromseitigen Endes des Leckkanals ansteigen zu lassen, wodurch der entstehende Druckabfall entlang der Dichtungsverzahnung und demzufolge auch die Strömungsmittelleckage durch die Dichtung abnimmt*

Die Erfindung umfaßt im weitesten Sinne eine Drehdichtung Jener Art, die ein feststehendes und ein rotierendes Element besitzt und bei der von einem dieser Elemente zur Dichtungsoberfläche, die durch das andere Element getragen wird, sich eine Auskragung

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erstreckt, wobei diese und die Dichtungsoberfläche derartig zusammenwirken j daß sie eine Strömungsmitteldichtung bilden, die dazwischen einen Strömun£smittelleckkanal besitzt. Diese Drehdichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß abstromseitig zur Auskragung Elemente vorgesehen sind, um den hier entstehenden Druck neben dem abstromseitigen Ende des Kanals ansteigen zu lassen, wodurch der hier entstehende Druckabfall entlang der Auskragung und damit die Strömunrsmittelleckrate durch die Dichtung reduziert wird. Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt eines Teiles einer Gasturbine, bei der. einige Ausführungsformen der Strömungsmitteldichtung gemäß der Erfindung angewendet werden;

Figur 2 eine vergrößerte Ansicht eines AusführunKsbeispieles der Strömungsmitteldichtung nach Figur 1, und

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Strömunssmitteldichtung gemäß der Erfindung, fei einer Turbine oder bei einer Rotorschaufelanordnung eines Kompressors verwendet wird.

In Figur 1 der Zeichnung ist ein Teil einer Gasturbine mit 10 bezeichnet, die einige Ausführungsformen der verbesserten Drehdichtung gemäß der Erfindung besitzt, die mit 12 und 14 bezeichnet sind und die dazu dienen, die Strömungsmittelleckage zwischen den Kammern 16.18 und 20 zu reduzieren. Die in dem Beispiel gezeigte Kammer 16 ist ringförmig ausgestaltet und enthält ein Strömungsmittel relativ hohen Druckes, das von einem Kompressor 22 kommt. Die Kammer 18 wird auf einen niedrigen Druck gehalten, beispielsweise atmosphärischen Druck, während die Kammer 20 auf einem Druck unterhalb der Atmosphäre liegt.

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Die Dichtung 12, die in Figur 1 und 2 dargestellt ist, enthält ein Drehelement 2*1, das in geeigneter Weise mit einer Welle 25 verbunden ist und das aus mehreren ringförmigen axial sich erstreckenden Auskragungen oder DichtungsverzahnunFen 26 gebildet wird, die sich hauptsächlich radial in Richtung zum feststehenden Element 28 erstrecken. Jede Auskragung 26 besitzt eine Spitze oder eine an der Peripherie befindliche Kante 30, die in dichtem oder im Reibungskontakt mit einer Dichtungsoberfläche 32 des feststehenden Elementes 28 steht, die derartig angeordnet sind, daß sie gemeinsam eine relativ wirksame Strömungsmitteldichtung entlang einer jeden Verzahnung 26 bilden.

Es ist einzusehen, daß sogar, wenn die Verzahnung und die Dichtungsoberfläche 32 in einem Reibungskontakt zueinander steht, ein Strömungsmittelleckpfad oder Kanal 3^ zwischen der Schaufelspitze 30 und der Dichtungsoberfläche 32 besteht, durbh den das Hochdruckströmungsmittel entweichen kann, z.B. von der Kammer 16 zur Kammer 18 oder von der Kammer 18 zur Kammer- 20. Die Größe der Leckage ist, wie vorher schon erwähnt, eine Funktion der Kanalgröße 3^ und des damit verbundenen Druckabfalles entlang einer jeden Verzahnung 26. Dort wo der aufstromseitige Druck oder z.B. der Druck in der Kammer 16 groß ist, verglichen mit dem abstromseitigen Druck oder z.B. der Druck in der Kammer 36, der sich zwischen den ersten zwei aufstromseitigen Verzahnungen der Dichtung 12 und dem Kanal 3^ bildet, klein ist, kann die Geschwindigkeit des entkommenden Strömungsmittels sehr hoch sein und kann Schallgeschwindigkeit erreichen. Um den Strömungsfluß durch den Kanal 3^ zu reduzieren, werden gemäß der Erfindung Mittel vorgeschlagen, um den Strömungsmittelleckfluß aufzunehmen und hauptsächlich zur Verzahnungsspitze 30 oder zum Kanal 3** umzulenken, um hierdurch den abstromseitlg entstehenden Druck ansteigen zu lassen und um den entstehenden Druckabfall an jeder Verzahnung 26 zu reduzieren. Aus diesem Grunde ist, wie aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 zu ersehen ist, das feststehende Element 28 mit

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einer ringförmigen Kammer 38 versehen, die sich unmittelbar abstromseitig oder auf der Seite geringen Druckes einer jeden Dichtungsverzahnung 26 befindet, die eine Öffnung oder einen Kanal 40 besitzt, die zu der entsprechenden Dichtungsverzahnung gerichtet ist und die aus einer ringförmigen Seitenwandung und 44 und durch Abschlußwände 45 gebildet wird. Eine Seitenwand, wie beispielsweise die Seitenwand 42, ist so ausgebildet, um den Leckagestrom in die Kammer 38 zu lenken, während die andere Seitenwand, wie beispielsweise die Seitenwand 44, eine entsprechende Neigung relativ zur Rotationsachse des rottenden Elementes 24 besitzt, so daß das Strömungsmittel, das aus der Kammer 38 austritt, haipt sächlich zur Dichtungsverzahnungsppitze 30 und zum Kanal 34 hin umgelenkt wird, wobei der entstehende abstromseitige Druck in der Kammer des abstromseitigen Endes des Kanales 34 ansteigt und der entstehende Druckabfall entlang der Dichtungsverzahnung 26 und demzufolge die Leckrate durch die Dichtung gesenkt wird. Die /Atechlußwand 45 ist entsprechend geformt und geht in die Seitenwände 42 und 44 über, um eine Umkehr des Strömungsmittels in der Kammer 38 zu bewirken oder zu erreichen. Die obengenannten Leckstrompfade durch die Dichtungskanäle 34, die in die oder aus den Kammern führen, sind durch entsprechende Pfeile in der Figur 2 angedeutet, ebenso wie die Strömung durch den Kompressor 22 und in die Kammer 16 in Figur 1.

Obgleich die Dichtung gemäß Figur 2 als eine axiale stufenförmige Labyrinthdichtung dargestellt ist, kann die Dichtung auch nur eine Dichtungsverzahnung 26 enthalten und dort, wo mehr als eine Veraahnung verwendet wird, kann sie von gleichem Spitzendurchmesser wie in der Ausführungsform mit 14 bezeichnet ist, oder auch von ungleichem Durchmesser sein und kann entweder einen geraden oder ungeraden Aufbau besitzen. Ferner ist es selbstverständlich, daß, obgleich die Dichtungsverzahnung 26 durch das rotierende Element 24 getragen wird, und die Dichtungsoberfläche 32 und die Kammer 38 durch das stationäre Element 28 getragen werden, die Anordnung auch variiert werden

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Die verbesserte Drehdichtung gemäß der Erfindung, die In Figur 3 dargestellt ist, findet bei einer Turbine oder bei einem Kompressor Anwendung, wo mehrere hauptsächlich radial sich erstreckende Schaufeln 46 neben Ihren Spitzen durch geeignete Ringkränze oder Rotationselemente 24 befestigt sind, die überwiegend radial sich erstreckende Auskragungen oder Dichtungsverzahnungen 26 besitzen, welche mit den Dichtungsoberflächen 32 des Turbinenmaschinengehäuses oder des stationären Elemen- , tes 28 einen dichten oder tatsächlichen Reibungskontakt bilden. Wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist die Dichtungsoberfläche 32 und die Verzahnung 26 so ausgebildet, um gemeinschaftlich eine relativ wirksame Strömunprsmltteldichtung über jeden Zahn 26 zu bilden.

In der Ausführungsform gemäß Figur 3 Ist abstromseitlg zu jeder Schaufel 26 eine Kammer 38 vorgesehen, um die Leckflüssigkeit, die durch den Kanal 3¹* entweicht, aufzufangen, die aus heißen Gasen, welche in einem Verdichter erzeugt werden, aus Dampf oder aus ähnlichen Mitteln bestehen und die hauptsächlich durch die Verzahnung 26 und den Kanal 3¹* strömen, wodurch der entstehende abstromseltlge Druck ansteigt und der Druckabfall entlang der Dichtungsverzahnung 26 gesenkt wird, so daß der Leckstrom, der durch die Dichtung fließt, reduziert wird.

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Claims

Ansprüche

[Λ Drehdichtung bestehend aus einem feststehenden und einem rotierenden Element sowie einer Auskragung, die sich von einer Seite des Elementes zu einer Dichtungsfläche erstreckt, welche durch eines der Elemente getragen wird, wobei die Auskragung und die Dichtungsoberfläche gemeinschaftlich eine Strömungsmitteldichtung bilden, die dazwischen einen Strömungsmittelleckkanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß abstromseitig zur Auskragunp· (26) Elemente (42, 44 und 45) vorgesehen sind, um den entstehenden Druck an dem abstromseitigen Ende des Kanals 64) ansteigen zu lassen und den entstehenden Druckabfall entlang der Auskragung und damit die Leckrate durch die Dichtung zu reduzieren.
2. Drehdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskragung (26) durch das rotierende Element getragen wird und daß die Dichtungsoberfläche und die Elemente zum Anstieg des neben dem abstromseitigen Ende entstehenden Druckes des Kanals durch das feststehende Element getragen werden.
3. Drehdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung mehrere Auskragungen (26) besitzt.
4. Drehdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Erhöhung des entstehenden Druckabfalles über der Dichtungsverzahnung abstromseitig zur Auskragung Elemente 0$ aufweisen, die so ausgebildet sind, daß sie das durch den Ieckkanal strömende Mittel auffangen und in Richtung des Kanals umlenken.

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5. Drehdiehtung nach Anspruch 4, da du rch gekennzeichnet, daß die den Leckstrom aufnehmenden und umlenkenden Elemente aus einer Kammer (38), die durch eines der feststehenden Elemente getragen werden und aus abstromsiitig zu den Auskragungen angeordneten Rotationselementen bestehen, wobei die Kammer (38) mit einer öffnung (40) versehen ist, die im wesentlichen zur Auskragung hin gerichtet ist und die durch ein erstes und ein zweites Seitenwandelement (42.und 44) gebildet wird, welche mit einer Endwand (45) verbunden sind, die so ausgebildet sind/ daß innerhalb der Kammer die Strömung umgelenkt wird und wobei das erste Seitenwandelement (42) derartig gestaltet ist, daß der Leckstrom in die Kammer gelenkt wird und daß das zweite Seitenwandelement (44) so ausgestaltet ist, daß der Leckstrom aus der Kammer und in Richtung des Kanals gelenkt wird.

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