DE19642781A1 - Bürstendichtung - Google Patents
BürstendichtungInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
- F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
- F16J15/3288—Filamentary structures, e.g. brush seals
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2220/00—Application
- F05B2220/30—Application in turbines
- F05B2220/302—Application in turbines in gas turbines
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bürstendichtung zur Abdichtung eines Spaltes zwischen einem Rotor
und einem Stator mit einem am Stator oder Rotor festgelegten Borstengehäuse, das zwei Halte
scheiben aufweist und in einem zwischen den Scheiben ausgebildeten Zwischenraum die Borsten
mit Ausrichtung zum Rotor bzw. Stator aufnimmt. Eine solche Bürstendichtung ist in der
DE-OS 39 07 614 offenbart.
Bürstendichtungen der eingangs genannten Art kommen bei Turbomaschinen, insbesondere
Gasturbinentriebwerken zum Einsatz, um fluidisch unterschiedlich druckbeaufschlagte Räume an
Umfangsspalten, z. B. zwischen einem Maschinengehäuse und dem Rotor oder einer Maschinen
welle mit möglichst geringer Leckage abzudichten. Dabei sollen z. B. aus Rotorunwuchten resul
tierende, exzentrische Rotor- oder Wellenpositionen gegenüber dem Gehäuse durch eine elasti
sche und bewegliche Borstennachführung ausgeglichen werden können. Hierin heben sich Bür
stendichtungen gegenüber den bislang verwendeten Labyrinthdichtungen vorteilhaft ab, da diese
sich nur in sehr eingeschränktem Maße an Wellenbewegungen anpassen können. Desweiteren
unterscheiden sich Bürstendichtungen von den Labyrinthdichtungen durch niedrigere Herstell
kosten und geringeres Gewicht.
Wesentlich für eine lange Lebensdauer der Bürstendichtung ist eine feste und langlebige Ein
fassung der Borsten in Dichtungsgehäuse, so daß diese während des Betriebes nicht verloren
gehen können und somit die Dichtwirkung nicht vermindert oder gar das Betriebsverhalten des
Rotors beeinträchtigt wird. In der eingangs erwähnten DE-OS umschlingen die Borsten einen
Kernring, wobei die Borsten mit dem Kernring wiederum von einem Klemmring umfaßt werden,
der in Umfangsrichtung geschlitzt ist, so daß die Borsten mit ihren freien Enden nach radial innen,
zum Rotor ausgerichtet, aus dem Klemmring heraustreten können. Der so gefaßte Bürstenring ist
zwischen zwei Haltescheiben eingelegt, die das Bürstengehäuse bilden und die Klemmkraft auf
den Klemmring übertragen.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Bürstendichtung anzuge
ben, die gegenüber dem Stand der Technik eine vereinfachte Fassung der Borsten im Bürstenge
häuse bei gleichbleibend zuverlässiger Festlegung der Borsten ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Borsten radial außen in einem in
Achsrichtung oder radial ausgerichteten Abschnitt des Zwischenraumes durch Klemmung festge
legt sind.
Die erfindungsgemäße Bürstendichtung hat den Vorteil, daß durch die klemmende Festlegung der
Borstenenden in einem axial oder radial ausgerichteten Abschnitt der beiden Haltescheiben die
Borsten eine Umlenkung erfahren, die eine erhöhte Reibung der Borsten untereinander und ge
genüber dem Borstengehäuse bewirkt und neben dieser reibschlüssige Festlegung zusätzlich eine
gewisse formschlüssige Festlegung der Borsten im Gehäuse erzielt wird, so daß ohne zusätzliche
Klemmittel wir beispielsweise Klemmung oder Kernring eine zuverlässige Festlegung der Bor
sten im Gehäuse gewährleistet werden kann.
Aus der geringen Anzahl an Bauteilen resultiert eine erhebliche Fertigungsvereinfachung zumal
die Haltescheiben aufgrund ihrer mäßigen Ausformung in axialer Richtung durch Biegeumfor
men, Pressen oder Ziehen einfach herstellbar sind. Dies gilt insbesondere in der Ausführung bei
welcher die Klemmung in einem radial verlaufenden Abschnitt erfolgt. Die beiden Haltescheiben
können dann mittels Schweißnaht, Lötung, Umbördeln oder anderer geeigneter Fügetechniken
mit den dazwischen liegenden Borsten zu einem Borstengehäuse verbunden werden, so daß eine
kompakte ringförmige Bürstendichtung vorliegt, die so dann je nach Einsatzweise im Stator oder
Rotor montiert werden kann.
In einer alternativen Lösung gemäß der Erfindung sind die Borsten radial außen in einem in Achs
richtung ausgerichteten ersten Abschnitt des Zwischenraumes und in einem radial ausgerichteten
zweiten Abschnitt des Zwischenraums durch Klemmung festgelegt. Aufgrund der mehrfachen
Klemmung mit Umlenkung der Borsten in axialer Richtung ergibt sich eine besonders kräftige,
langwährende Festlegung der Borsten, ohne durch aufwendige Anbauten den Fertigungsaufwand
nennenswert auszudehnen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der
Patentansprüche 4 bis 10.
Um erhöhten Ansprüchen an die Haftung der Borsten im Gehäuse nachzukommen, können die
Borsten zusätzlich im Bereich der Klemmung und, falls für die Funktion erforderlich, darüber
hinaus gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 8 bis 10 miteinander vernäht oder verklebt
sein. Hieraus resultiert auch eine vereinfachte Fertigung des Borstenpakets, da nicht einzelne Bor
sten zu handhaben sind sondern ein zusammenhaltend gefügtes Borstenpaket. Ist das Vernähen
oder Verkleben der Borsten nur für die Handhabung erforderlich, so kann diese Verbindung nach
erfolgter Festlegung im Borstengehäuse wieder entfernt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Rotor-Stator-Anordnung mit einer Bürstendichtung und
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung endseitig vernähter Borsten.
Der in Fig. 1 gezeigte Ausschnitt einer Rotor-Stator-Anordnung 1, 2 ist Bestandteil eines nicht
weiter dargestellten Gasturbinentriebwerkes. Zur Abdichtung zweier fluidisch unterschiedlich
durckbeaufschlagter Räume R1 und R2 ist in dem Ringraum R1, R2 eine achskonzentrische, ring
förmige Bürstendichtung 3 zwischen Rotor 1 und Stator 2 angeordnet. Die Bürstendichtung 3
besteht im wesentlichen aus einem Borstengehäuse 4 mit zwei koaxial zueinander angeordneten
Haltescheiben 5a, 5b und einem Borstenbündel 6, das zwischen den beiden Haltescheiben 5a, 5b
derart festgelegt ist, daß die Borsten 6 mit ihren freien Enden radial gegen die Umfangsfläche der
Rotorwelle 1 ausgerichtet sind und somit den Spalt S zwischen Rotor 1 und Stator 2 abdichten.
Als Beispiel wurde die Ausführung mit zweifacher Klemmung gewählt, die im wesentlichen für
die einfachere Ausführung mit nur einer Klemmung - im radialen oder axialen Abschnitt - reprä
sentativ ist.
Zur Aufnahme der mit ihren freien Enden im wesentlichen radial und ggfs. mit einer Umfangs
neigung ausgerichteten Borsten 6 weist das Borstengehäuse 4 einen achskonzentrischen, schei
benförmigen Zwischenraum Z auf, der durch eine entsprechende Profilierung der einander zuge
wandten Stirnseiten 7a, 7b der Haltescheiben 5a, 5b gebildet wird. In einem radial äußeren Bereich
des Borstengehäuses 4 läuft der Zwischenraum Z in einem axial ausgerichteten, konzentrischen
ersten Abschnitt 8 aus. Dieser geht nach einem kreisbogenförmigen Übergang 9 in einen zweiten
konzentrischen Abschnitt 10 des Zwischenraums Z nach radial innen über. Der erste Abschnitt 8
ist in seiner Spaltweite s dabei derart dimensioniert, daß die Enden der Borsten 6 geklemmt wer
den, so daß ein Herausrutschen einzelner Borsten 6 aus dem Borstengehäuse 4 einerseits durch die
Klemmung und andererseits durch den Formschluß welcher durch die Umlenkung in axialer
Richtung bewirkt wird vermieden wird.
Der im wesentlichen radial ausgerichtete zweite Abschnitt 10 weist eine zusätzliche Klemmstelle
11b auf, die in Form einer umlaufenden Sicke ausgeführt ist. Entsprechend ist in der ersten Halte
scheibe 5a eine ringförmige Vertiefung 12 ausgebildet und in der gegenüberliegenden Halteschei
be 5b eine korrespondierende Auswölbung 13 ausgeführt, so daß die Borsten 6 im zweiten Ab
schnitt 10 im Längsschnitt etwa Ω-förmig ausgewölbt verlaufen. Dies führt zu einer weiter ver
besserten Haftung der Borsten 6 im Borstengehäuse 4.
Im weiteren nach radial innen führenden Verlauf der Borsten 6 werden diese von der Stirnseite 7a
bis zum Dichtspalt S geführt, während die gegenüberliegende Stirnseite 7b durch einen Absatz 14
am radial inneren Ende des zweiten Abschnittes 10 von den Borsten 6 beabstandet ist. Der Absatz
14 beendet somit an einer definierten Stelle den Bereich, in welchem die Borsten 6 im Borstenge
häuse 4 geklemmt sind. Somit ist weiter radial innen ein elastisches Auslenken der Borsten 6 in
Umfangsrichtung und - in eingeschränktem Maße - auch in axialer Richtung möglich, so daß ein
exzentrischer Lauf des Rotors 1 ausgeglichen werden kann.
Um die Montage der Bürstendichtung 3 zu vereinfachen, sind die Borsten 6 im Bereich des ersten
Abschnittes 8 mittels einer Fixiernaht 15 zusammengefaßt, so daß die Borsten 6 beim Einlegen in
eine der beiden Haltescheiben 5a oder 5b besser handhabbar sind. Um dem Borstenbündel 6 eine
zusätzliche Haftfähigkeit im Gehäuse 4 zu verleihen, ist die Fixiernaht 15 mehrfach mit Kett- und
Schußfäden - wie Fig. 2 entnehmbar - ausgeführt. Eine weitere Fixiernaht 15 ist im Bereich des
zweiten Abschnittes 10 ausgeführt.
1
Rotor
2
Stator
3
Bürstendichtung
4
Borstengehäuse
5
a,
5
b Haltescheibe
6
Borstenbündel, Borsten
7
a,
7
b Stirnseite
8
erster Abschnitt
9
Übergang
10
zweiter Abschnitt
11
a,
11
b Klemmstelle
12
Vertiefung
13
Auswölbung
14
Absatz
15
Fixiernaht
R
R
1
, R
2
Raum
S Spalt
s Spaltweite
Z Zwischenraum
S Spalt
s Spaltweite
Z Zwischenraum
Claims (10)
1. Bürstendichtung zur Abdichtung eines Spaltes (S) zwischen einem Rotor (1) und einem
Stator (2) mit einem am Stator (2) oder Rotor (1) festgelegten Borstengehäuse (4), das
zwei Haltescheiben (5a, 5b) aufweist und in einem zwischen den Scheiben (5a, 5b) ausge
bildeten Zwischenraum (Z) die Borsten (6) mit Ausrichtung zum Rotor (1) bzw. Stator (2)
aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (6) radial außen in einem in Achs
richtung (A) ausgerichteten Abschnitt (8) des Zwischenraumes (Z) durch Klemmung
festgelegt sind.
2. Bürstendichtung zur Abdichtung eines Spaltes (S) zwischen einem Rotor (1) und einem
Stator (2) mit einem am Stator (2) oder Rotor (1) festgelegten Borstengehäuse (4), das
zwei Haltescheiben (5a, 5b) aufweist und in einem zwischen den Scheiben (5a, 5b) ausge
bildeten Zwischenraum (Z) die Borsten (6) mit Ausrichtung zum Rotor (1) bzw. Stator (2)
aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (6) in einem radial ausgerichteten
Abschnitt (10) des Zwischenraums (Z) durch Klemmung festgelegt sind.
3. Bürstendichtung zur Abdichtung eines Spaltes (S) zwischen einem Rotor (1) und einem
Stator (2) mit einem am Stator (2) oder Rotor (1) festgelegten Borstengehäuse (4), das
zwei Haltescheiben (5a, 5b) aufweist und in einem zwischen den Scheiben (5a, 5b) ausge
bildeten Zwischenraum (Z) die Borsten (6) mit Ausrichtung zum Rotor (1) bzw. Stator (2)
aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (6) radial außen in einem in Achs
richtung (A) ausgerichteten ersten Abschnitt (8) des Zwischenraumes (Z) und in einem
radial ausgerichteten zweiten Abschnitt (10) des Zwischenraums (Z) durch Klemmung
festgelegt sind.
4. Bürstendichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (9) zwi
schen dem ersten Abschnitt (8) und dem radial ausgerichteten zweiten Abschnitt (10) des
Zwischenraums (Z) bogenförmig ausgebildet ist.
5. Bürstendichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (9)
zwischen dem ersten Abschnitt (8) und dem radial ausgerichteten zweiten Abschnitt (10)
des Zwischenraums derart ausgeführt ist, daß sich zur Klemmung der Borsten (6) im er
sten Abschnitt (8) eine erste Klemmstelle (11a) ergibt.
6. Bürstendichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine im
radial ausgerichteten Abschnitt (10) ausgeführte Klemmstelle (11b) als Sicke mit einer
ringförmigen Vertiefung (12) in der ersten Haltescheibe (5a) und einer korrespondieren
den Auswölbung (13) in der zweiten Haltescheibe (5b) ausgebildet ist, in welcher die Bor
sten (6) ausgewölbt verlaufen.
7. Bürstendichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur freien Beweg
lichkeit der Borsten (6) seitens des Spalts (S) der Zwischenraum (Z) im Anschluß an die
radial innere Klemmstelle (11a bzw. 11b) aufgeweitet ist.
8. Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Borsten (6) im Bereich des ersten und/oder zweiten Abschnittes (8 bzw. 10) mit
tels einer Fixiernaht (15) miteinander vernäht sind.
9. Bürstendichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenwerkstoff der
Fixiernaht (15) mit dem Borstenwerkstoff identisch ist.
10. Bürstendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bor
sten (6) im Bereich des ersten und/oder zweiten Abschnittes (8 bzw. 10) miteinander ver
klebt sind.
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
DE19642781A DE19642781C2 (de) | 1996-10-17 | 1996-10-17 | Bürstendichtung |
EP97116532A EP0834688B1 (de) | 1996-10-02 | 1997-09-23 | Bürstendichtung |
DE59710884T DE59710884D1 (de) | 1996-10-02 | 1997-09-23 | Bürstendichtung |
US08/939,304 US5975535A (en) | 1996-10-02 | 1997-09-29 | Brush seal between a rotor and a stator in a turbine machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19642781A1 true DE19642781A1 (de) | 1998-04-30 |
DE19642781C2 DE19642781C2 (de) | 1999-11-04 |
Family
ID=7808973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19642781A Expired - Fee Related DE19642781C2 (de) | 1996-10-02 | 1996-10-17 | Bürstendichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Also Published As
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---|---|
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