DE2025125A1

DE2025125A1 - Dichtungsanordnung für Turbolader

Info

Publication number: DE2025125A1
Application number: DE19702025125
Authority: DE
Inventors: Elbert Hiram East Peoria 111. Miller (V.St.A.)
Original assignee: Caterpillar Tractor Co., Peoria, 111. (V.St.A.)
Priority date: 1969-05-23
Filing date: 1970-05-22
Publication date: 1970-11-26
Also published as: GB1282977A; US3565497A; BE750803A; FR2048747A5

Description

"Dichtungsanordnung für Turbolader¹¹

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung, die für die Verwendung in einen Turbolader geeignet ist, um eine Abdichtung zwischen einem Gehäuse und einer Welle hervorzurufen, die drehbar durch das Gehäuse verläuft und einen Turbinenläufer in einer Turbinenkammer trägt. Die Schaffung eines Dichtungsringes und von Mitteln zur Ausrichtung des Ringes in einer derartigen Umgebung ist schwierig wegen der relativ hohen Drücke in der Turbinenkammer und wegen Fremdstoffen, die in der Turbinenkammer vorhanden sein können. Diohtungsanordnungen gemäss dem Stand der Technik, die in derartigen Umgebungen verwendet werden, umfassen im allgemeinen einen Dichtungsring oder •in Dichtungsorgan, das in Anlage an einer sich relativ

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

drehenden Fläche geheilten wird, im eine Abdichtung für das in der Turbinenkauer vorhandene Strömungsmedium zu bilden. Entweder der Dichtungering oder die in* gegenüberliegende Fläche kann eich zumindest begrenzt in axialer Richtung bewegen, so dass entweder eine Fläche des Binges oder ein Teil der gegenüberliegenden Fläche der Erosion oder de» Verschleiss ausgesetzt sind. Dies führt seinerseits oft zu unerwünschte· Lecken durch die Dichtung und kann «inen häufigen Austausch von verschiedenen Teilen der Dichtungsanordnung nötig Sachen. Die Erosion der Dichtungsflächen wird umso schwerwiegender, als die Turbinenkasuser für gewöhnlich Hit Auspuffgasen unter Druck gefüllt ist, die bestrebt sind, Fremdstoffe, wie z.B. Kohlenstoff, auf den Flächen der Kauer anzusetzen. Eine Ablagerung dieser Stoffe kann zu den Aufbau von Kohlenstoff entweder auf den Flächen des Dichtungsringes oder auf der gegenüberliegenden Dichtungsfläche führen und ruft für gewöhnlich eine beschleunigte Erosion der Dichtungsflächen hervor.

Daher ist es die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Dichtungsanordnung in Verbindung Mit einer Maschine, wie z.B. eines Turbolader, zu schaffen, die eine wirkungsvolle Drehdichtung hervorruft, während gleichzeitig ein oder Mehrere Probleme der oben beschriebenen Art verringert oder ausgeschaltet werden;

Ferner soll erfindungsgemäss eine Dichtungsanordnung geschaffen werden, bei der ein Dichtungsring innerhalb sich relativ drehender, radial einander gegenüberliegender Nuten angeordnet ist, wobei eine der Nuten axial breiter ist, als die andere, und wobei Mittel vorgesehen sind, um eine axiale Berührung zwischen desi Dichtungsring und den axialen Seiten der breiteren Nut zu verhindern.

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Bei einer Anordnung der oben beschriebenen Art besteht ferner ein Teil, da« ein· der Nuten bildet, aus in axialer Richtung trennbaren Einzelteilen, üb den Einbau des Dichtungsringes in die beiden Nuten zu gestatten.

Eine Vorrichtung zur Lösung der oben genannten Aufgabe und zur Erzielung der genannten Vorteile ist sit weiteren Zielen und Vorteilen der vorliegenden Erfindung in der nachfolgenden Besenreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. *

In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 eine teilweise als. Schnitt gezeigte Ansicht eines Turboladers als bevorzugte Umgebung für eine Dichtungsanordnung gealss der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine vergröeeerte Teilansicht von Fig. 1 zur

besseren Veranschaulichung der Dichtungsanordnung gesi&ss der vorliegenden Erfindung und

Fig. 3 «ad 4 feilansichten der Dichtungsanordnung, die in der Vorrichtung geaäss Flg. i und 2 verwendet wird, zur besseren Veranschaulichung ihrer Ausbildung und ihrer Wirkungsweise.

Die Dichtungsanordnung gealss der vorliegenden Erfindung wird nachstehend in Verbindung alt einer Maschine, wie z.B. desi in Fig. 1 gezeigten Turbolader, beschrieben. Der Turbolader uafasat ein Gehäuse 11, das eine Turbinenkasuner 12 und eine davon getrennte Verdichterkaner bildet, die von einen Teil 13 des Gehäuses UHschlossea wird. Eine Welle 1% ist drehbar la einer zylindrisehenBohrung 16 gelagert,

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die in einen Mittelteil 17 de· Turboladergehäuses ausgebildet let. Die Welle 14 trägt an einen Ende einen Tür« binenläufer 18, der drehbar in der Turbinenkammer 12 angeordnet let. Dae andere Ende der Welle 14 trägt einen Verdichterläufer 19, der in den Verdichtergehäuse 13 drehbar angeordnet ist.

Wie ei für Turbolader dieser Art bekannt ist, werden Strönungsnedien, wie z.B. heisee Auspuffgase, unter Druck durch einen Mehrfachen«chlusβ 21 in «Si® Turbinenkamner 12 geschickt, um den Turbinenläufer 18 anzutreiben« Der sich drehende Turbinenläufer 18 bewirkt seinerseits über die Welle 14 die Drehung des anderen Läufers 19» um Luft in einer Weise zu verdichten, die für Turbo ladermotoreint oder andere ähnliche Maschinen (nicht gseigt) bekannt ist.

Wie es ebenfalls bei derartigen Maschinen bekannt ist, ist ein ringförniger WärReschim 22 an dem Gehäusemittelteil 17 in Nähe der Turbinenkanaer 12 befestigt«. Der Wämeschim 22 weist ein® Bohnrng 23 auf, die eine Verlängerung der Bohrung 16 bildet, um ein® wirksame Verbindung zwischen den Turbinenläufer 18 und u@m V@rdichter<IMufer 19 z« gestatten»

Das besonder« Problen, das den ,Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, ist die Schaffung einer Dichtungsanordnung, nittels derer in wesentlichen verhindert wertem soll, dass Ströntingsnediun unter Brück in der Turbisieit&aiuBer 12 zwischen der Welle und den Gehäuse 17 hindurchdringt. Eine Ausführungsfom der Dichtungsanordnung genäse a®r vorliegenden Erfindung zur Überwindung dieses Profei©ss ist an deutlichsten unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 ersichtlich.

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Die Dichtungsanordnung ist allgemein nit 31 bezeichnet und umfasst einen ringförmigen Dichtungsring 32 von aufgeschnittener Ausbildung.

Wie besonders in den Figuren 3 und 4 veranschaulicht, ist der Dichtungsring 32 in radial einander gegenüberliegenden, ringförmigen Nuten 33 und 34 angeordnet, die in allgemeiner axialer Ausrichtung aufeinander in dem Turboladergehäuse bzw. in der drehbaren Welle 14 ausgebildet sind. "

Eine der Nuten, z.B. die mit 33 bezeichnete Nut, ist schmaler und begrenzt die axiale Bewegung des Dichtungsringes 32. Die andere Nut, beispielsweise die mit 34 bezeichnete Nut, ist axial breiter als die begrenzende Nut

33 und ermöglicht es, den Dichtungsring in axialem Abstand zu halten, wie es weiter unten ausführlicher beschrieben wird.

Der aufgeschnittene Dichtungsring 32 ist federnd bestrebt,

in sich radial/einer der Nuten zu setzen, vorzugsweise in der begrenzenden Nut 33. Da das Gehäuse Ii feststeht, wird ä der Dichtungsring 32 feststehend in der Nut 33 gehalten, während die Welle 14 und die andere Nut 34 sich gegenüber dem Dichtungsring 32 und dem Gehäuse während des Betriebes des Turboladers drehen. Der Dichtungsring 32 hat eine radiale Abmessung, die etwas kleiner ist als die vereinigte radiale Tiefe der beiden Nuten 33 und 34 zusammen, wie es am deutlichsten in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist. Da der Dichtungsring 32 bestrebt ist, sich in der Nut 32 zu setzen, wird er mit geringem radialem Abstand von der Nut

34 gehalten, so dass durch den Dichtungsring 32 und die Nut 34 in der Welle 14 ein» labyrinthartige Dichtung gebildet wird.

Die relative axiale Ausrichtung der beiden Nuten 35t 34 und demzufolge der axiale Ab«tasi zwischen dem Dichtungsring 32 und der Nut 54 wird durch eine Drucklageranordnung 56 hervorgerufen, die die axiale Bewegung der Welle 14 begrenzt, welche in dem Gehäuse 17 durch Lageranordnungen 56a drehbar gelagert ist. Eine Schwerflüssigkeit für die Lager 56 und 56a wird durch eine Einlassöffnung 37 und Innere Kanäle 38 zugeführt, die in den Gehäusemittelteil 17 ausgebildet sind« BIe Schwerflüssigkeit läuft aus den Lagern 3& und 36a in einen Hohlraum 39 aus, der in dem Gehäuseteil ti ausgebildet ist und flieset durch eine Auslassöffnung 41 &b.

Die Art und Weise, in der-die Drucklager 36 die Berührung zwischen den Dichtungsring tsn& &®r breiteren Matt 54 verhindern, geht am deutlichste» Mater Bezugnahme auf Fig«, hervor. Das unter Druck toefiBcIlieh© Strömungsmedium in der Turbinenkammer 12 ist bestr&M, den Turbinenläufer 18 und demzufolge die Welle 14 ta d@r Ansicht der Fig. i nach links zu drücken» Das Str&muusgemedium unter Druck in der Kammer 17 beaufschlagt auch den Dichtungsring 52 mit Druck und ist bestrebt, ihn nach links in der Ansicht der Zeichnungen zu verschieben« Bie Verschiebung der Welle 14 in dem Turboladergehäuse nach links oder die Verschiebung des Diehtang®ringes 32 nach links kann zur unerwünschten Berührung zwischen &«m Bichtumgsflächen des Ringes 32 und der Nut 3% führen» Die relatives Breiten der beiden Nuten 55» 54 und das Drucklager 36 bewirken in Verbindung miteinander, eine derartige unerwünscht· Berührung zu verhindern.

Wenn beispielsweise der Dichtungsring 52 vollständig nach links in der begrenzenden Nut 33 verschoben wird, wird durch die axiale Ausrichtung der Nuten 33» 54 unter

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der Steuerung der Drucklager 36 ein axialer Abstand d zwischen der linken axialen Seite 42 der Nut 34 und der linken ringförmigen Fläche 43 de· Dichtungsringes 32 aufrechterhalten.

Wenn umgekehrt der Dichtungsring 32 in seiner rechten Stellung in der Nut 33 verbleibt, wird die relative Bewegung der Welle 14 und der breiteren Nut 34 nach links durch die Drucklager 36 begrenzt, so dass ein Mindestspalt f zwischen der axialen Seite 46 der Nut 34 und der * rechten ringförmigen Fläche 47 des Dichtungsringes 32 aufrechterhalten wird. Somit werden alle Flächen des Dichtungsringes 32 in Mindestabstand von den Flächen der Nut 34 gehalten, so dass die Kombination des Dichtungsringes 32 mit der Nut 34 und in weiterer Kombination mit der in Abstand befindlichen Welle 14 und dem Gehäuseteil 17» 22 eine Labyrinthdichtung bildet, die bestrebt ist, in der Turbinenkammer 12 befindliche Strtfmumgsmedien unter Druck daran zu hindern, zwischen der Welle 14 und der Gehäusebohrung 16 hindurchzudringen.

Um des Einbau des Dichtungsringes 32 im die beiden Nuten * 33t 34 ^zu gestatten, besteht ein Teil, das eine der Nuten bildet, aus in axialer Sichtung trennbaren feilen. Wie besondere in den Figur·» 3 und 4 gezeigt ist, ist die begrenzende Nut 33 ·1» eine Erweiterung*bohrung 51 in dem Gehäuseteil 17 und «ine daran angrenzende Fläche 52 des Wärmeschirms 22 gezeigt. Somit kann die Dichtungsanordnung dadurch zusammengesetzt werden, dass die Welle 14 durch den Wärmeschirm 22 eingeführt wird und der Dichtungsring in der Nut 34 auf der Welle angeordnet wird. Sedann wird die Welle 14 in die Bohrung 16 eingeführt, wo sie von den Lagern 36a gelagert wird. Sodann kann die Turbinen- und Verdichterlaufer am den entgegengesetzten Enden der Welle befestigt werden und dar übrige Teil des Turboladers zusammengesetzt werden. _A

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

l.y Dichtungsanordnung in einer Turbinenvorrichtung mit einem Gehäuse, das eine Turbinenkammer bildet, und einer Turbine, die in der Turbinenkammer drehbar auf einer Welle sitzt, die drehbar in einer zylindrischen Bohrung in dem Gehäuse gelagert ist, vobei die Dichtungsanordnung eine Abdichtung zwischen der Welle und dem Gehäuse für unter Druck stehende Strö'mungsmedien in der Turbinenkammer bildet, gekennzeichnet durch zwei im wesentlichen in axialer Richtung aufeinander ausgerichtete ringförmige Nuten (33, 34»), ^dl® radial einander gegenüberliegend auf einer inneren zylindrischen Fläche des Gehäuses (17) bzw. einer äuseeren zylindrischen Fläche der Welle (14) ausgebildet sind, einen aufgeschnittenen Dichtungsring (32), der in den radial einander gegenüberliegenden Nuten (33» 3k) angeordnet ist, wobei der Hing eine radiale Abmessung hat, die geringer 1st, als die vereinigte radiale Abmessung der beiden Nuten, und federnd bestrebt ist, sich radial in einer der Nuten (33) £u setzen, und' wobei eine der Nuten (33) eine begrenzende Nut ist, die die axiale Bewegung des Hinges begrenzt, und die zweite Nut (3^) axial breiter igt, als die begrenzende Nut, und wobei eine der Nuten (33) von zwei getrennten Teilen (17$ 22) gebildet wird, ua den Einbau des Dichtungsringes zu gestatten, und dem Gehäuse wad der ¥«11© zugeordnet© Einrichtungen (36), die eine relative axiale Bewegung zwischen u®m Gehäuse und der Welle gestatten und einen axialen Abstand zwischen dem Dichtungsring und beiden axialen Seiten der zweiten Nut (34) aufr©chterhalteB₉

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2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die relative axiale Bewegung begrenzenden Einrichtungen Drucklager (36) sind, die zwischen der Welle und de· Gehäuse angeordnet sind.
3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenvorrichtung ein Turbolader ist und das herausstehende Ende der Welle an einem Verdichterläufer (19) befestigt ist.
k. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die begrenzende Nut (33) von zwei in axialer Richtung trennbaren Teilen (17, 22) des Gehäuses gebildet wird.
5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring bestrebt ist, sich radial nach aussen zu dehnen, um alt seinem Umfang an der begrenzenden Nut (33) ^{in deH} Gehäuse anzuliegen, und dass der Dichtungsring mit der zweiten Nut (34) in der Welle zusammenwirkt, um eine Labyrinthdichtung zu bilden.
6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenvorrichtung ein Turbolader ist, der ferner eine Verdichterkammer (13) aufweist, wobei das hervorstehende Ende der Welle an einem Verdichterläufer (19) in der Verdichterkammer befestigt ist, und dass die begrenzende Nut von einem Teil (i7) des Gehäuses gebildet wird, das die beiden Kammern (12, 13) trennt, sowie einem weiteren Teil (22) des Gehäuses, der einen Wärmeschirm in Nähe der Turbinenkammer bildet«
7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die begrenzende Nut durch eine Bohrungserweiterung (51) in dem einen Gehäuseteil (17) und eine

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daran anliegende, radiale Fläche des anderen Gehäuseteils (22) gebildet wird.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring bestrebt ist, sich radial nach aussen auszudehnen, um sich an die begrenzende Nut in dem Gehäuse anzulegen, und dass der Dichtungsring mit der zweiten Nut in der Welle in geringem Abstand von dieser zusammenwirkt, um eine Labyrinthdichtung zu bilden.
9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die axiale relative Bewegung von Gehäuse und Welle begrenzenden Einrichtungen aus Drucklagern bestehen, die zwischen der Welle und dem Gehäuse angeordnet sind.
10. Dichtungsanordnung in Kombination mit einem Gehäuse, das eine Kammer für die Aufnahme von unter Druck stehendem Strömungsmedium bildet, und einer Welle, die drehbar in einer zylindrischen Bohrung gelagert ist, die in dem Gehäuse ausgebildet ist und in Verbindung mit der Kammer steht, wobei die Dichtungsanordnung eine Abdichtung zwischen der Welle und dem Gehäuse in Nähe der Kammer hervorruft, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung zwei im wesentlichen in axialer Richtung aufeinander ausgerichtete ringförmige Nuten umfasst, die radial einander gegenüberliegend auf einer inneren zylindrischen Fläche des Gehäuses bzw. einer äusseren zylindrischen Fläche der Welle ausgebildet sind, wobei eine der Nuten eine begrenzende Nut ist und die andere Nut in axialer Richtung breiter ist, als die begrenzende Nut, und eine der Nuten von£wei in axialer Richtung trennbaren Teilen gebildet wird, dass ein aufgeschnittener Dichtungsring in den radial einander gegenüberliegenden Nuten angeordnet ist und eine radiale Abmessung

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hat, die geringer ist, als die vereinigte radiale Abmessung der beiden Nuten, dass der Ring federnd bestrebt ist, sich in radialer Richtung an die begrenzende Mut anzulegen, und dass Einrichtungen vorgesehen sind, die dem Gehäuse und der Welle zugeordnet sind, um die relative axiale Bewegung zwischen dem Gehäuse und der Welle zu begrenzen und den axialen Abstand zwischen dee Dichtungsring und den beiden axialen Seiten der anderen Nut aufrechtzuerhalten.
11. Dichtungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn- * zeichnet, dass die begrenzende Nut von zwei in axialer

Richtung trennbaren Teilen des Gehäuses gebildet wird.
12. Dichtungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring mindestens in eines geringen Abstand zu allen Teilen der anderen Nut gehalten wird und Bit der anderen Nut zusammenwirkt, um eine Labyrinth-Dichtung zu bilden.
13. Dichtungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die axiale Bewegung zwischen Gehäuse und Welle begrenzenden Einrichtungen Drucklager sind, die zwi- g sehen der Welle und dem Gehäuse angeordnet sind.

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