DE2558561C2 - Vorrichtung zur Kontrolle bzw. zur Steuerung der Steifheit der Welle einer Turbomaschine - Google Patents

Description

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per umfaSt, wobei <Se zweite Stirnfläche dem im Gehäuse faerrschenden Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist, and wobei ferner sich durch die Stirnflächen des rWr^iimigAf' öb£ die Wette drehbar aufnehmende nnd »'*'i' " xnnschlie8ende Bohrung erstreckt und de erste Stirnfläche des Dichtungskörpers ein Paar von zueinander im Abstand angeordnete, axial vorspringende ringförmige Flansche aufweist, die dient an der Radialfläche anliegen und mit dieser in reibender Wirkverbindung stehen, dadurch: gckesszeichsst, daß sich durch den Dichtungskörper (30) ein relativ kleiner Durchlaß (48) von einem an dar ersten Stirnfläche zwischen den Flanschen (42, 44) gebildeten Hohlraum (46) zu dem Druckflüssigkeit enthaltenden Raum innerhalb des Gehäuses (14) hin erstreckt, und daß Entlüftungseinrichtungen zur Kontrolle bzw. zur Steuerung des Flüssigkeitsdruckes zwischen den Flanschen (42, 44) vorgesehen sind, durch die die infolge der auf den Dichtungskörper (30) in Richtung auf die radinl verlaufende Fläche (24) wirkenden Druckflüssigkeit auf den Dichtungskörper (30) ausgeübte Kraft kontrollier- bzw. steuerbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsein; ichtungen eine sich durch die radial verlaufende Fläche (24, 26) erstreckende, zwischen den axial vorspringenden Flanschen (42, 44) einmündende und einen im Vergleich zum Querschnitt des Durchlasses (48) größer ausgebildeten Strömungsquerschnitt aufweisende Druckmittelleitung (64, 70) sowie ein in der Leitung (64, 70) angeordnetes Ventil (68, 74) zu*- Regulierung der in der Leitung (64, 70) strömenden Menge der Druckflüssigkeit aufweist, durch die der zwischen den Flanschen (42,44) herrschende Druck kontrollierbar und der an der Dichtung (30, 36) herrschende Druckunterschied wahlweise variierbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchlaß (48) von dem an der ersten Stirnfläche der Dichtung (30, 36) zwischen der. Flanschen (42,44) gebildeten Hohlraum (46) bis zum Außenumfang des Körpers (30, 36) hin erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchlaß (148) von einem an der ersten Stirnfläche der Dichtung (130) zwischen den Flanschen (142,144) gebildeten Hohlraum (146) zur zweiten Stirnfläche des Dichtungskörpers (130) hin erstreckt.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (14) spiegelbildlich zur ersten ringförmigen Dichtung eine Dichtung mit einem Dichtkörper (36) vorgesehen ist, die eine radial verlaufende entsprechend von der Druckflüssigkeit beaufschlagbare Fläche (26) sowie eine Entlüftungseinrichtung aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Entlüftungseinrichtung eine sich ^ durch die radial verlaufende Fläche (24, 26) erstreckende, in einen zwischen den an der ersten Stirnfläche des Dichtungskörpers (30,36) angeordneten axialen Flanschen (42, 44) ausgebildeten Hohlraum (46) einmündende. Druckflüssigkeit führende Leitung (64, 70) aufweist, deren Querschnitt größer als der des Durchlasses (48) ausgebildet ist und daß in jeder Leitung (64,70) ein Vennr (68, 74) vorgesehen ist, durch das die Strömung der Druckflüssigkeit durch die Leitung (64,70) regulierbar und damit der Druck zwischen den Flanschen steuerbar ist, um den Druckunterschied zwischen den Stirnflächen des Dichtungskörpers (30, 36) zu verändern.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle bzsr. zur Steuerung der Steifheit der Welle einer Turbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist in dem älteren Patent DE-PS 25 19 689 beschrieben.

Aus der DE-AS 21 35 344 ist eine Dichtungsanordnung für eine in ttnem Gehäuse drehbar gelagerte Welle, wobei das Gehäuse eine Ausnehmung aufweist, in der eine Ringdichtung angeordnet ist, die an der inneren Peripherie eine Ausnehmung aufweist, die über eine durch die Dichtung verlaufenden Bohrung mit einer außerhalb der Dichtung vorgesehenen Druckmittelquel-Ie in Verbindung steht, und an einer Stirnseite der Ringdichtung ein ringförmiger Flansch vorgesehen ist, der an dem Gehäuse anliegt und die Ringdichtung an der anderen Stirnseite, in einem zwischen ihrer äußeren Peripherie und Gehäuse gebildeten Ringraum von dem Druckmittel beaufschlagbar ist, hekannt.

Schließlich ist in der CH-PS 1 fei 747 zur Verschiebung der kritischen Drehzahl eine Hilfslagerung für eine Welle vorgesehen, deren Lagerschalen an die Welle anpreßbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Vorrichtung so auszubilden, daß die Steifheit der Welle auch zur Anpassung an unvorhergesehene dynamische Kräfte kontrollierbar, insbesondere aber steuerbar, ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch angegebenen Merkmalen.

Vorzugsweise Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Arbeitsweise und die Vorteile der erfindungsgem^ßen Lösung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene, schematische Ansicht einer Turbomaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kontrolle bzw. Steuerung der Wellensteifigkeit;

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des mit der Vorrichtung zur Kontrolle bzw. Steuerung der Wellensteifigkeit verbundenen Hydrauliksystems;

F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung der Kopffläche einer modifizierten Dichtung gemäß der Erfindung und

Fig.4 einen Querschnitt durch die in Fig.3 dargestellte Dichtung nach Linie 4-4 in F i g. 3.

F i g. 1 zeigt eine Turbomaschine 10, die eine

Vorrichtung 12 zur Kontrolle bzw. zur Steuerung der Wellensteifigkeit aufweist

Die Turbomaschine umfaßt ein Hohlgehäuse 14 mit Lagern 16 und 18, in denen eine Welle 20 drehbar ist An der Welle 20 ist ein mit der Welle 20 drehbarer Rotor 22 angebracht, obwohl hier nur ein Rotor 22 dargestellt ist. kann die Turbomaschine 10 selbstverständlich auch: mehrere derartige Rotoren aufweisen. Das Gehäuse 14 ist ferner mit einer ringförmigen, radial verlaufenden, relativ nahe dem Lager 16 angeordneten Fläche 24 t» sowie mit einer dieser entsprechenden, nahe dem Lager 18 spiegelbildlich zur Fläche 24 angeordneten ringförmigen Radialfläche 26 versehen.

Die Radialfläche 24 bildet den Teil einer Ausspammg 28, in der eine äußere ringförmige Dichtung 30 und eine innere ringförmige Dichtung 32 angeordnet ist In gleicher Weise bildet die Radialfiäche 26 einen Teil einer Aussparung 34, in der eine der ringförmigen Dichtung 30 entsprechende äußere ringförmige Dichtung 36 sowie eine der ringförmigen Dichtung 32 entsprechende innere ringförmige Dichtung 38 angeordnet ist Die Dichtungen 30, 32, 38 und 35 seile;, sowohl das Austreten des Betriebsdruckmittels aus dem Rotorbereich in die Atmosphäre als auch in umgekehrter Richtung verhindern, je nachdem, in welcher Richtung die Druckmittel wirken und welche Materialien verwendet werden.

Da die Dichtungen 30 und 36 identisch ausgebildet sind, wird nachfolgend lediglich die Dichtung 30 eingehender erläutert Die Dichtung 30 weist eine Bohrung 40 auf, die derart bemessen ist, daß diese die Welle 20 eng umschließt Nahe der Welle 20 ist die Bohrung 40 der Dichtung 30 mit einem geeigneten Lagermaterial, wie etwa Weißmetall, ausgekleidet bzw. beschichtet. An einem Ende weist die Dichtung 30 ein Paar von zueinander in Abstand angeordneten, axial vorspringenden, ringförmigen Flanschen 42 und 44 auf, welche an der der am Gehäuse 14 ausgebildeten Radialfläche 24 benachbarten Fläche einen ringförmigen Hohlraum 46 umschließen. Durch die Dichtung 30 erstreckt sich ein relativ kleiner Durchlaß 48, der eine Verbindung zwischen dem Außenumfang der Dichtung 30 und dem Hohlraum 46 schafft. Es sei noch bemerkt, daß die an der Dichtung 30 ausgebildete zweite Stirnfläche 50 dem im Hohlraum 28 wirkenden Druckmittel ausgesetzt ist.

Der Hohlraum 28 steht über einen im Gehäuse 14 ausgebildeten Durchlaß 54 und eine zwischen dem Gehäuse 14 und einer Pumpe 52 verlaufenden Leitung 56 mit der Pumpe 52 in Verbindung. Die die Dichtung 36 '" aufnehmende Aussparung 34 steht über einen Durchlaß 58 und eine Leitung 60 gleichfalls mit der Pumpe 52 in Verbindung. Die Pumpe 52 führt den Dichtungen Hydraulikflüssigkeit zu, um zwischen den Dichtungen und der Welle 20 einen Dichtungsfilm zu bilden und auf die Dichtungen einen Druck auszuüben, wie nachfolgend noch beschrieben werden soll.

Der in der Dichtung 30 ausgebildete Hohlraum 46 steht über einen durch das Gehäuse 14 verlaufenden Durchlaß 64 und eine an diesen anschließende Leitung 66 mit einem Druckmittelbehälter 62 in Verbindung. In der Leitung 66 ist ein Kontroll- bzw. Steuerventil 68 angeordnet, das derart justiert werden kann, daß es das durch den Durchlaß 64 und die Leitung 66 fließende Druckmittelvolufnen kontrollieren bzw. steuern kann. Der in der Dichtung 36 nahe der Radialfläche 26 ausgebildete Hohlraum steht über einen im Gehäuse 14 ausgebildeten Durchlaß /0 und eine Leitung 72 gleichfaäs mit dem &udtmätdbefi2ter 62 in Verbmdung. 6t dor Leitung; 72 ist ferner em Kontroll- bzw. Steuerventil 74 angeordnet, das <fie toq dem in der Dichtung 36 aiBgebfliietesffciilEaiHn asm Druckmittelbehälter & fßeßendfe DarcknntEefiaaeage kontrofllert bzw. steuert

Nacfafotgenti wirf die- Arbeitsweise der vorstehend erläuterten bevorzugten AnsfSfrnmgsfonn der Erfindung besc&riebetL Bei Inbetriebnahme der Turbomaschine 10 wird die Pompe 52 m Gang gesetzt, um in die Aussparungen 28> und 34- Scanner- und Drncfcmittelflüssigkeit einzuspeisen. Wenn die WeBe 20 rotiert und deren Drehzahl anwächst, durchschreitet die Welle 20 bestimmte kritische Drehzahlen bzw. Zustände, wobei an der Welle 20 Schwingungen auftreten oder seitliche Verschiebungen festzustellen sind. Viele oder die meisten dieser Zustände sind voraussebbar. Die Ventile 68 und 74 sind derart eingestellt daß von der Aussparung 28 Druckflüssigkeit durch den Durchlaß 48, den Durchlall 64 und die Leitung 66 strömen kann, um an der Dichtung 30 den gewünschten i>ruckunterschied zu erzeugen. Bei geeignetem bzw. entsprechendem Druckunterschied wird die Dichtung 30 auf die Fläche 24 gedrückt, während die Dichtung 36 auf die Fläche 26 gedrückt wird. Die an der Dichtung 30 ausgebildeten Flansche 42 und44 liegend reibend an der Radialfläche 24 an, während die an der Dichtung 36 ausgebildeten Flansche reibend mit der Fläche 26 zusammenwirken, wodurch die Welle 20 ein zusätzliches Lager erhält, das die Schwingungen der Welle 20 vermindert

Während des Betriebes der Turbomaschine 10 können infolge des Entstehens von sogenannten »ölwirbeln« oder infolge anderer leichter Unwuchten, die nicht innerhalb der Konstruktionskriterien liegen, Schwingungen auftreten. Wenn dies der Fall ist, können die Ventile 68 und 74 derart justiert werden, daß sie den Druckunterschied an den Dichtungen 30 bzw. 36 entweder erhöhen oder verringern können. Die Größe der Kraft mit der die Dichtungen 30, 36 an die hierzu benachbarten Radialflächen 24, 26 des Gehäuses 14 angedrückt werden, wird dadurch verändert, wodurch die Welle 20 in der Tat steifer gemacht wird.

Auf diese Weise schafft die vorstehend beschriebene Kontroll- bzw. Steuervorrichtung 12 eine mit der Welle 20 eine Ölfilmdichtung bildende Dichtungselertiente verwendende Einrichtung und dichtet das Gehäuse an den Radialflächen ab, wobei die Größe der Steifigkeit der Welle unterschiedlich groß ist. Auf diese Weise werden unerwartet auftretende Seitenkräfte in der Welle 20 kompensiert. Die effektive Steifigkeit bzw. Steifheit der Welle 20 kann während des Betriebes der Turbomaschine 10 variiert werden, wie bereits beschrieben.

N^chioigend wird die in Fig.2 dargestellte modifizierte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Die Änderung betrifft lediglich das Hydrauliksystem zur Kontrolle bzw. zur Steuerung der Strömung der Dichtungs- und Schmierflüssigkeit durch die Turbomaschine 10. F i g. 2 zeipt die Anordnung der Pumpe 52. Der Druckmittelbehälter 62 sowie die Leitungen 56 und 60 sind bereits an Hand der Erläuterung der F i g. 1 beschrieben. Die Modifizierung besteht in der besonderen Anordnung des Kontroll- bzw. Steuerventils 68 in einer Leitung, die sowohl mit der Leitung 60 als auch mit der Leitung 72 verbunden ist, welche die Druckflüssigkeit aus dem Hohlraum 46 sowohl der Dichtung 30 als auch der Dichtung 36 in den Druckmittelbehälter 62 zurückführen.

Wie aus Fig.2 zu ersehen ist, wird durch dieses Systems an den beiden Dichtungen 30 und 36 durch Manipulation eines einzigen Kontroll- bzw. Steuerventils 68 der gleiche Druckunterschied erzeugt Natürlich kann die Druckänderung und somit auch die durch die s Dichtungen 30 und 36 ausgeübte Kraft auch während des Betriebs der Turbomaschine 10 erreicht werden, wie dies bereits bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform erläutert wurde

Nachfolgend werden die in den Fig.3 und 4 dargestellten Ausführungsformen 4er Erfindung erläutert. Die Fig.3 und 4 zeigen in vergrößerter Darstellung eine ringförmige Dichtung 130, die anstelle der Dichtungen 30 und 36 in der Turbomaschine 10 verwendet werden kann. 1s

Die Dichtung 130 weist eine Bohrung 140 auf, die mit einem geeigneten Lagermaterial, wie etwa mit Lagermetall bzw. Weißmetall ausgekleidet ist, wie besonders deutlich in F i g. 4 dargestellt ist Die Dichtung 130 weist ferner ein Paar axial vorspringender ringförmiger Flansche 142 und 144 auf, die, wenn die Dichtung in der Turbomaschine 10 eingesetzt ist, mit der anschließenden bzw. benachbarten Radialfläche des Gehäuses 14 einen Hohlraum bzw. eine ringförmige Aussparung 146 bilden.

Die hauptsächliche Änderung der Dichtung 130 im n Vergleich zu den Dichtungen 30 und 36 besteht in der Anordnung des durch die Dichtung hindurchführenden Durchlasses, über den der Hohlraum 146 mit Druckmittel versorgt wird. In der Dichtung 130 verläuft vom Hohlraum 146 bis zur zweiten oder entgegengesetzten jo Stirnfläche der Dichtung 130 ein Durchlaß 148, wie besonders deutlich aus Fig.4 hervorgeht. Durch diese Anordnung des Durchlasses 148 ist gewährleistet, daß durch die Dichtung 130 das Druckmittel wenigstens bis zum Fassungsvermögen des Durchlasses 148 ungehindert durchfließen kann, und zwar auch in den unwahrscheinlichen Falle, daß der Außenumfang der Dichtung beispielsweise einmal sehr nahe an der Aussparung 28 des Gehäuses 14 anliegen sollte.

In der Dichtung 130 ist ferner ein Fixier- bzw. Feststellstift 180 vorgesehen. Der Zweck des Fixierstiftes 180 besteht darin, die in der Turbomaschine 10 angeordnete Dichtung 130 gegen Drehen zu sichern. Obwohl dies in F i g. 1 nicht dargestellt ist, können auch die Dichtungen 30 und 36 mit ähnlichen Fixierstiften versehen sein, falls dies gewünscht sein sollte. Aus dem Vergleich der F i g. 3 und 4 einerseits mit F i g. 1 andererseits ergibt sich, daß die Arbeitsweise der Vorrichtung zur Kontrolle bzw. zur Steuerung der Wellensteifigkeit die gleiche bleibt, unabhängig davon, ob die Dichtung 130 oder die Dichtungen 30 und 36 verwendet werden.

Obwohl dies hier nicht dargestellt ist, liegt es im Rahmen der Erfindung, die vorstehend erläuterte Vorrichtung zur Kontrolle bzw. zur Steuerung der Steifigkeit bzw. Steifheit einer Turbomaschinenwelle auch bei einer Turbomaschine anzuwenden, die einen am Ende der Welle fliegend angebrachten Rotor aufweist Bei derartigen Maschinen wird die Dichtung häufig außerhalb des Lagers angeordnet und nicht, wie in F i g. I dargestellt, innerhalb desselben. Die bei derartigen Maschinen verwendete Kontroll- bzw. Steuervorrichtung bleibt die gleiche, wie vorstehend beschrieben. Obowhl die genaue Anordnung der Dichtung ein wenig verändert ist, ist, die Konstruktion und die Arbeitsweise der gesamten Kontroll- bzw. Steuervorrichtung die gleiche.

Vorstehend sind nur bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Bild und Wort erläutert Selbstverständlich kann der Fachmann Änderungen und Abwandlungen dieser Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes vornehmen, ohne daß er hierdurch den Rahmen der Erfindung verläßt.

Zusammengefaßt betrifft der vorstehend beschriebene Erfindungsgegenstand eine Kontroll- bzw. Steuervorrichtung, bei der in einer Turbomaschine 10 innenseitig angeordnete Dichtungen 30, 36 der der Turbowelle 20 eine zusätzliche Steifigkeit bzw. Steifheit geben, so daß die kritische DFehzahl des Wellen/Rotorsystems erhöht werden kann. Die beschriebenen Dichtungen 30, 36 sind kreisförmig ausgebildet und umgeben mit geringem Abstand die Welle 20 der Turbomaschine 10. Sie sind innerhalb von die Welle 20 tragendsn Lagern 16, 18 angeordnet. Eine der Stirnflächen der Dichtungen 30, 36 ist nahe einer im Turbomaschinengehäuse 14 angeordneten, radial verlaufenden Fläche 24,26 jeweils mit einem ringförmigen Hohlraum 46 versehen. Ein Durchlaß 64, 70 geht durch diese Fläche hindurch und stellt eine Verbindung zu dem ringförmigen Hohlraum 46 her. Der Durchlaß 64, 70 ist mit einem Hydrauliksystem und mit einem Kontrollbzw. Steuerventil 68, 74 verbunden, so daß die Menge der den Durchlaß 64,70 durchströmenden Druckflüssigkeit variiert werden kann. Ein kleiner Durchlaß 48 führt durch den Dichtungskörper 30, 36 in den Hohlraum 46 hinein. Die Anordnung ist derart beschaffen, daß die Druckflüssigkeit eine Stirnfläche 50 des Dichtungsköipers 30, 36 beaufschlagt wobei sie die andere Stirnfläche der Dichtung 30,36 unter Reibung an die im Gehäuse 14 ausgebildete Radialfläche 24, 26 andrückt. Die durch die Druckflüssigkeit erzeugte Kraft hängt vom Unterschied der an den Stirnflächen der Dichtung 30,36 herrschenden Drücke ab, wobei der Druck durch Veränderung der Menge der durch den Durchlaß 56,50 angelieferten Druckflüssigkeit steuerbar ist Da die Dichtung 30,36 die Welle 20 sehr eng umschließt neigt die zwischen der Dichtfläche und der am Gehäi .e 14 angeordneten Radialfläche 24, 26 wirkende Radialkraft dazu, jeder seitlichen Bewegung der Welle 20 entgegenzuwirken, was der Welle 20 eine zusätzliche Steifigkeit bzw. Steifheit verleiht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorririhtongznr Kontrolle bzw. ζηγ 'Steuerung der Steifheit der Weite einer Turbomaschine oder «Se ka einem Gehäuse in. im Abstand

-tln*Mrfir gelagert ISt Oüd die

scfannerfah^en und Drackfßssigkeit beaifschiagbar ist, wobei in «n**m - eäae ringförmige Dichtung angeordnet st, de einen eine erste Stirnfläche und iSürafSche aufweisenden Dichtungskör-

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