DE2440141A1 - Dichtungseinrichtung - Google Patents

Description

21. August 1974

14 855 - Fk/Ap

Rolls-Royce (1971) Limited, London - England

Dichtungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Dichtungseinrichtungen und insbesondere auf eine Dichtungseinrichtung zur Erzielung einer Strömungsmittel-Abdichtung zwischen rotierenden Bauteilen im Inneren eines Gasturblnentriebwerks^Jedoch ist die' Dichtungseinriohtung in keiner Welse auf diese Anwendung beschränkt.

Es ist gut bekannt, labyrinthförmige Abdichtungen zu verwenden, um Bauteile gegeneinander abzudichten, die sich bezüglich einander bewegen. Die am häufigsten verwendete Anordnung besteht darin, daß ein Labyrinth-Element an einem Bauteil vorgesehen wird, d.h. ein Element mit einer Vielzahl von hochstehenden Rippen und einer nahe benachbart zu diesen angeordneten ebenen Oberfläche. Bei dieser Art von Dichtungseinrichtung ist es erforderlich, den Abstand zwischen dem Labyrinth-Element und der ebenen Oberfläche so gering wie möglich zu halten, um eine wirkungsvolle Abdichtung zwischen den beiden

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Elementen zu erzielen. Es ist daher verständlich* daß durch die Notwendigkeit der Erzielung dieses extrem kleinen Abstandes unter bestimmten Umständen eine Reibung und eine sich daraus ergebende.überhitzung und Abnutzung zwischen den beiden Elementen der Diübungseinrichtung auftreten kann, so daß der Dichtungs-Wirkungsgrad der Dichtung verringert wird«

Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser Art von Dichtungseinrichtung besteht darin« daß die Anzahl der in der Dichtung geschaffenen Ausdehnungskammern auf die Anzahl der Hohlräume zwischen den Labyrinth-DiehtungsvorSprüngen begrenzt ist und es 1st gut bekannt» daß der Wirkungsgrad einer Dichtung durch die Anzahl derAusdehnungskammern vergrößert werden kann.

Ein weiterer bei den üblichen Labyrinth-Dichtungseinrichtungen auftretender Nachteil beruht auf der Tatsache, daß es in manchen Fällen wünschenswert ist, ein festgelegtes Luftvolumen durch eine Dichtung für Kühlzwecke und dergleichen vorzusehen. Bei der üblichen Art von Dichtungsanordnung ist dies äußerst schwierig, weil es sehr schwierig 1st, den Abstand zwischen zwei jeweiligen abzudichtenden Bauteilen zu kontrollieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die vorstehend angegebenen Nachteile Im wesentlichen beseitigt sind·

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Dichtungseinrichtung umfasst ein erstes mit einer ersten Vielzahl von vorspringenden Fingerelementen versehenes Teil und ein zweites mit einer zweiten Vielzahl von Fingerelementen versehenes Teil, wobei die ersten

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Fingerelemente und die zweiten Fingerelemente miteinander verschränkt sind.

Vorzugswelse sind das erste und das zweite Teil ringförmig und bezüglich einander relativ drehbar.

Weiterhin 1st vorzugsweise die erste Vielzahl von Fingerelementen und die zweite Vielzahl von Fingerelementen derart verschränkt, daß ein im wesentlichen geschlossener Hohlraum zwischen jedem benachbarten Paar von ersten und zweiten Fingerelementen gebildet wird.

Zusätzlich sind die beiden Sätze von Fingerelementen derart angeordnet, daß die zwischen den ersten Fingerelementen und den zweiten Fingerelementen gebildeten Abstandsbereiche konstant bleiben, wenn eine der Vielzahl von Fingerelementen sich gegenüber den anderen Fingereiementen bewegt.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die ersten Fingerelemente und die zweiten Fingerelemente sich in Axialrichtung erstreckende VorSprünge tragen, die auf benachbarten Endflächen der ringförmigen Elemente angeordnet sind.

Alternativ können die ersten Fingerelemente so angeordnet sein, daß sie in Radialrichtung nach außen von dem Außenumfang des ersten ringförmigen Teils vorspringen und die zweiten Fingerei ement e sind so angeordnet, daß sie in Radialrichtung nach innen von einem Inneren Durchmesserteil des zweiten ringförmigen Teils vorspringen.

Erfindungsgemäß wird eine Dichtungseinrichtung geschaffen, die zur Abdichtung zweier relativ zueinander drehbarer Teile

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Innerhalb eines Gasturbinentriebwerkes geeignet ist.

Diese Dichtungseinrichtung wird dabei vorzugsweise als Zwischenstufen-Dichtung einer Turbine oder eines Kompressor-Rotors verwendet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinentriebwerkes, von der ein Teil fortgebrochen dargestellt ist, um eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung zu zeigen;

Fig. 2 eine vergrößerte Quersohnittsansicht der Ausführungsform nach Figur 1.

In der Zeichnung umfasst ein allgemein mit 10 bezeichnetes Gasturbinentriebwerk in Strömungs-Reihenschaltung einen Kompressorabschnitt 12, einen Verbrennungsabschnitt Ij5 und einen Turbinenabschnitt 14, der in einer Schubdüse I5 endet. Der Tnrblnenabschnitt 14 und der Kompressorabschnitt 12 sind drehbar auf einer gemeinsamen (nicht gezeigten) Wellenanordnung befestigt. Der fortgebrochene Teil des Turbinenabschnittes zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung.

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Die in Figur 2 dargestellte und allgemein mit 16 bezeichnete Ausführungsform der Dichtungseinrichtung umfasst ein erstes ringförmiges Dichtungsteil 17* das mit Hilfe nicht gezeigter Einrichtungen an der innersten Plattform 18 einer Leitschaufel 19 befestigt ist. Auf dem ersten ringförmigen Dichtungsteil sind vier sich in Axialrichtung erstreckende flanschförmige Vorsprünge 20a, 20b, 20c, 2Od angeordnet, die die ersten Pingerelemente bilden, wobei die Flansche 20b, 20c und 2Od In nach oben gewendeten Teilen 21b, 21c und 21 d enden·

Benachbart zum ersten ringförmigen Dichtungsteil ist ein zweites ringförmiges Dichtungstell 22 angeordnet, das seinerseits starr an dem Rotor 23 befestigt ist, der die Turbinenschaufeln 24 trägt. Auf dem zweiten ringförmigen Dichtungsteil 22 sind drei sich in Axialrichtung erstreckende ringförmige flanschartige VorSprünge 25a, 25b und 25c angeordnet, die die zweiten Filterelemente bilden, die ihrerseits wiederum in vergrößerten ringförmigen Dichtungsteilen 26a, 26b, 26c enden, die derart vergrößert sind, daß sie ein Dichtungsspiel mit benachbarten Dichtungsfingers auf dem ringförmigen Dichtungsteil 17 definieren.

Wie es aus Figur 2 zu erkennen ist, sind die ersten Fingerelemente 20a, 20b, 20c und 2Od derart mit den flanschartigen Vorsprüngen 25a, 25b und 25c verschränkt angeordnet, daß Hohlräume 27, 28, 29, 50 und 31 zwischen den jeweiligen Fingerelementen gebildet sind.

Es 1st verständlich, daß beim Betrieb eines Gasturbinentriebwerks, das die beschriebene AusfUhrungsform der Dichtungseinrichtung aufweist diese Dichtungseinriohtung von einer Hoohdruok-Luftquelle von einem Punkt an dem Kompressorabschnitt des Triebwerkes unter Druck gesetzt werden kann.

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Die Luft strömt in Radialrichtung durch die Dichtungseinrichtung in der Richtung des Pfeiles 30 nach außen. Es ist ohne weiteres verständlich, daß die unter hohem Druck stehende Luft während des schwierigen Durchganges durch die Hohlräume 31, 30, 29, 28 und 27 den größten Teil ihrer anfänglichen Energie aufgrund der aufeinanderfolgenden Ausdehnungen und Zusammendrückkungen verliert, während die Luft zwischen den Kammern durch die aufeinanderfolgenden Dichtungsabstände hindurchströmt.

Es ist zu erkennen, daß wenn bei der beschriebenen Ausführungsform ein kleiner Wert einer radialen oder axialen Bewegung zwischen den rotierenden Turbinenteilen 24 und der stationären Leitschaufelanordnung 19 auftritt, sich im wesentlichen eine Änderung in dem gesamten Querschnittsbereich der relativen Abstände ergibt, die zwischen den Jeweiligen Pingerelementen 20a, 20b, 2Oo und 2Od und den zweiten Fingerelementen 25a, 25b und 25c bestehen. Daher ist es durch sorgfältige Wahl der Abstände und des Druckes der unter hohem Druck stehenden Luft möglich, eine Dichtungseinrichtung zu schaffen, die einen vorgegebenen Durchfluß der unter hohem Druck stehenden Luft aufweist.

Es ist verständlieh, das obwohl die beschriebene AusfUhrungsform eineSbirnf läohendiohtung ist, der Grundgedanke der Erfindung in keiner Weise auf eine derartige Art von Abdichtung begrenzt ist. Die erfindungsgemäße Art der Dichtungseinrichtung könnte In gleicher Weise zur Abdichtung des äußeren !Anfanges eines rotierenden Teils,wie z.B. einer Scheibe oder Welle, verwendet werden. Bei dieser Art von Dichtungseinrichtung können entweder die ersten Fingerelemente 20a, 20b, 20c oder 2Od oder die zweiten Fingerelemente 25a, 25b oder 25c auf dem äußeren Umfang der abzudichtenden Welle angeordnet sein und die anderen fingerförmigen Elemente können an irgendwelchen anderen Einrichtungen angeordnet sein, die einen Innendurchmesser mit geeigneter Größe aufweisen.

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./. Patentansprüche:

Claims (6)

Patentansprüche

1. Dichtungseinrichtung,

dadurch gekennzeichnet« daß ein erstes Teil (17) mit einer ersten Vielzahl von vorspringenden Fingerelementen (20a, 20b, 20c, 2Od) versehen ist, daß ein zweites Teil (22) mit einer zweiten Vielzahl von Fingerelementen (25a, 25b, 25c) versehen ist und daß die ersten Fingerelemente (20a, 20b, 20c, 2Od) und die zweiten Fingerelemente(25a, 25b, 25c) ineinander verschränkt sind.

2. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic h net, daß die ersten und zweiten Teile (17* 22) ringförmig und zueinander- drehbar sind.

3. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehzahl von Fingerelementen (20a, 20b, 20c, 2Od) und die zweite Vielzahl von Fingerelementen (25a, 25b, 25c) derart ineinander verschränkt sind, daß im wesentlichen geschlossene Hohlräume (27, 28, 29, j}0, 31) zwischen jedem benachbarten Paar von ersten Fingerelementen (20a, 20b, 20c, 2Od) und zweiten Fingerelementen (25a, 25b, 25c) gebildet sind.

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4. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1 und 3> dadurch gekennzeichnet* daß die beiden Sätze von Pingerelementen (20a, 20b, 20c, 2Od) und (25a, 25b, 25c) derart angeordnet sind, daß die Summe der Abstandsbereiche zwischen den ersten Fingerelementen (20a, 20b, 20c, 2Od) und den zweiten Pingerelementen (25a, 25b, 25c) konstant bleibt, wenn eine Vielzahl von Fingerelementen sich gegenüber der anderen Vielzahl von Pingerelementen bewegt.

5- Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1,3,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Fingerelemente (20a, 20b, 20c, 2Od) und die zweiten Fingerelemente (25a, 25b, 25c) sich in Axialrichtung erstreckende Vorsprünge aufweisen, die auf benachbarten Endflächen der ringförmigen Teile (17, 22) angeordnet sind.

6. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1,3,4 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Fingerelemente (20a, 20b, 20c, 2Od) so angeordnet sind, daß sie in Radialrichtung von dem Außenumfang des ersten ringförmigen Teils (17) nach außen vorspringen und daß die zweiten Fingerelemente (25a, 25b, 25c) so angeordnet sind, daß sie in Radialrichtung nach innen an einem inneren Durchmesserteil des zweiten ringförmigen Teils (22) vorspringen.

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7» Dichtungseinrichtung nach einem der

vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daß die Dichtungseinrichtung (16) zur Erzielung einer Abdichtung zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Teil in einem Gasturbinentriebwerk angeordnet ist.

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