DE2816084A1

DE2816084A1 - Dichtungsanordnung, insbesondere zwischen den hauptwellen eines gasturbinenstrahltriebwerks

Info

Publication number: DE2816084A1
Application number: DE19782816084
Authority: DE
Inventors: Arthur Albert Burrows; Robert George Edge
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1977-04-20
Filing date: 1978-04-13
Publication date: 1978-10-26
Also published as: JPS53131353A; FR2388181A1; GB1565018A; IT1093981B; IT7821732A0

Description

Patentanwälte Di ρ I.-1 ng. Curt Wallach

OQ 1 cno/ ^DiP'--^|ng· Günther Koch

I ö I b U ö 4 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 13. April 1978

Unser Zeichen: l6 197 "

Anmelder: Rolls-Royce Limited

65 Buckingham Gate,
London, SWlE 6AT
England

Bezeichnung: Dichtungsanordnung, insbesondere

zwischen den Hauptwellen eines
Gasturbinenstrahltriebwerks

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenstrahltriebwerk und insbesondere., aber nicht ausschließlich,auf eine Dichtungsanordnung zwischen den Hauptwellen des Triebwerks.

Es ist bekannt, Dichtungen zwischen den relativ zueinander drehbaren, konzentrisch liegenden Hauptwellen eines Triebwerkes vorzusehen und diese Dichtungen werden gewöhnlich als Zwischenwellendichtungen bezeichnet. Diese Dichtungen werden benutzt, um eine Schmiermittelströmung zwis chen den Wellen zu verhindern oder um zu verhindern, daß Hochdruckluft oder Hochdruckgas in den Raum zwischen den Wellen gelangt oder aus diesem Raum austritt.

Eine der am meisten benutzten Dichtungstypen für eine solche Anwendung ist eine Labyrinthdichtung, die an der radial äußeren Oberfläche der radial inneren Welle festgelegt ist. Die radial außenliegenden Teile der Labyrinthdichtung laufen in einem Ölreservoir, welches in der radial innen liegenden Welle vorgesehen ist. Das Hauptproblem, welches einer solchen Dichtung zugeordnet ist, besteht darin, daß der Durchmesser der Labyrinthdichtung durch den Innendurchmesser der äußeren Welle diktiert ist, damit die beiden Wellen zusammengebaut bzw. auseinandergenommen werden können. Dies bedeutet, daß es nicht immer möglich ist, einen optimalen oder einen so kleinen Zwischenraum zischen den äußeren Begrenzungen des Labyrinths und dem Reservoir in der äußeren Welle vorzusehen. Dies kann zu einer unbefriedigenden Abdichtung führen. Wenn eine der beiden Wellen oder beide vibrieren oder mit ihrer Achse auf einer Kreisbahn umlaufen, während das Triebwerk in Betrieb befindlich ist, dann kann das dazu führen, daß die Labyrinthdichtungen mit ihren radial äußeren Enden die äußere Welle berühren, was eine schwerwiegende Abnutzung zur Folge hat und einen größeren Dichtspalt verursacht, wodurch wiederum die Wirksamkeit der

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Dichtung vermindert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Dichtung zu schaffen, die in Verbindung mit einem Gasturbinentriebwerk geeignet ist und die vorerwähnten Schwierigkeiten im wesentlichen vermeidet.

Gemäß der Erfindung besteht die zwischen den konzentrisch zueinander liegenden zylindrischen drehbaren Bauteilen angeordnete Dichtung aus einem elastischen Dichtungsring, der dicht auf dem radial inneren zylindrischen Bauteil aufpaßt, wenn dieser stillsteht und der unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft auf die innere Oberfläche des radial äußeren zylindrischen Körpers hin bewegt wird, wenn der radial innenliegende zylindrische Körper sich dreht.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der elastische Ring als Spaltring aus Stahl ausgebildet und die beiden konzentrisch zueinander liegenden Bauteile werden von den beiden konzentrisch und koaxial liegenden Hauptweilen eines Gasturbinenstrahltriebwerks gebildet.

Vorzugsweise liegt der elastische Ring innerhalb einer Ringnut, die auf der radial innen liegenden Welle vorgesehen ist und bei Ausdehnung unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft erstreckt sich der Ring in eine weitere Ringnut innerhalb der inneren Oberfläche der radial äußeren Welle, wobei diese weitere Ringnut mit öl angefüllt wird und so eine Abdichtung ergibt.

Der radial innen liegende Teil des elastischen Ringes weist wenigstens einen Bund oder eine Erweiterung auf, die sich in eine hinterschnittene Seitenwand der Nut erstreckt, die auf der äußeren Oberfläche der inneren Welle vorgesehen ist und dieser Bund dient zur Begrenzung des Ausmaßes der radialen Ausdehnung, die dem elastischen Ring unterworfen werden kann, so daß verhindert wird, daß der Ring den Nutgrund in der äußeren Welle be-

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rührt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Dichtung.

Fig. 2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Dichtung in unwirksamer Stellung.

Fig. 3 eine der Figur 2 entsprechende Schnittansicht der Dichtung in Wirksteilung.

Das Gasturbinenstrahltriebwerk 10 gemäß Fig. 1 weist in Strömungsrichtung hintereinander einen Niederdruckkompressor 12, einen Hochdruckkompressor 13, eine Verbrennungseinrichtung 14, eine Hochdruckturbine 15 und eine Niederdruckturbine (16) auf. Das Triebwerk endet in einer Abgasschubdüse 17. Sowohl der Niederdruckkompressor 12 und die Niederdruckturbine 16 als auch der Hochdruckkompressor 13 und die Hochdruckturbine 15 sind auf konzentrischen Hauptwellen 19 bzw. 18 des Triebwerks angeordnet. Eine Dichtung 20 gemäß der Erfindung liegt zwischen den beiden Wellen 18 und 19.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine Schnittansicht dieser insgesamt mit 20 bezeichneten Dichtung. Diese besteht aus einem elastischen Spaltring 21, der aus Federstahl hergestellt ist und an seinem radial innersten Durchmesser mit einem Bund 22 versehen ist. Der Dichtring 21 ist so bemessen, daß bei stillstehender Welle gemäß Fig. 2 der Ring 21 dicht auf die Niederdruckwelle 19 paßt. Der Dichtring 21 wird an einer Axialbewegung dadurch gehindert, daß er in einer Ringnut liegt, die zwischen zwei Ringflanschen 23 und 24 ausgebildet ist, welche die Seitenwände der Nut bilden. Zur Vereinfachung des Aufbaues ist der Flansch 24 an der Welle 19 mittels eines Schraubengewindes oder anderer

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herkömmlicher mechanischer Befestigungsmittel lösbar befestigt.

Die Flansche 23 und 24 sind mit axial vorspringenden Lippen an ihren radial äußeren Enden versehen, die aufeinander zugerichtet sind und Hinterschneidungen 25 und 26 seitlich in der Nut 30 bilden. Die Ausnehmungen 25 und 26 gewährleisten, daß der Dichtring 21 unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte zu weit ausgedehnt wird. Gegenüber der von den Flanschen 23 und 24 auf der Welle 19 devinierten Nut befindet sich eine weitere Ringnut innerhalb der sich radial bewegenden zylindrischen Oberfläche der Welle 18, die so dimensioniert ist, daß der Ring 21 einsteht, wenn er unter Zentrifugalbelastung ausgedehnt wird.

Wenn das Triebwerk im Betrieb befindlich ist, dann wird die Nut 27 mit Öl gespeist, welches durch die Zentrifugalkraft, die auf das Öl wirkt, in der Nut gehalten wird. Die Zentrifugalkraft wirkt auch auf den Dichtring 21 und dehnt diesen radial nach außen von der Welle 19 aus, so daß der Dichtring in die ölgefüllte Nut 27 einsteht, bis er gegenüber einer weiteren Bewegung durch den Bund 22 gehalten wird, der die durch die Hinterschneidung 25 und 26 gebildete Lippe berührt. Während dieser Betriebsart wird der Dichtungsring reibungsschlüssig durch Berührung mit den Lippen der Ringflansche 23 und 24 angetrieben. Auf diese Weise wird eine Dichtung erzielt, die eine Flüssigkeitsströmung oder eine Gasströmung zwischen den Wellen 18 und 19 im wesentlichen vermeidet.

Wenn das Triebwerk abgestellt wird, dann wirken die Zentrifugalkräfte nicht langer auf den Dichtungsring 21, der infolge seiner Elastizität sich im Durchmesser vermindert und in dichte Berührung mit der Welle 19 gelangt, so daß eine axiale Trennung der Wellen 18 und 19 erfolgen kann, wenn dies erforderlich ist. In der Stellung nach Figur 2 kann die Welle 18 nach rechts abgezogen werden, weil die Nutwandung an dieser Stelle geringer ist als auf der anderen Seite.

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Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit der Abdichtung der Hauptwellen eines Gasturbinenstrahltriebwerkes beschrieben, jedoch beschränkt sich die Erfindung nicht auf diese Anwendung, sondern sie kann überall dort Anwendung finden, wo eine Dichtung zwischen zwei drehbaren zylindrischen Teilen erfordert wird, wo normale Dichtungen nicht anwendbar sind.

Die beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Dichtungsanordnung kann abgewandelt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die Nut, die durch die Plansche 2j5 und 24 definiert ist, auch in die Oberfläche der Welle 19 eingeschnitten sein und es können Mittel vorgesehen werden, die den Lippen der Flansche 23 und 24 äquivalent sind. So könnten z.B. gleitbare Büchsen benutzt werden, um eine übermäßige Ausdehnung des Ringes 21 zu verhindern.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-lng. C u rt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

2816084 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 13. April 1978

Unser Zeichen: 16 197 - K/'Ap

Patentansprüche :

1. Dichtung zwischen zwei konzentrisch zueinander angeordneten zylindrischen, relativ zueinander umlaufenden Bauteilen,

dadurch gekennz ei chnet, daß die Dichtung aus einem elastischen Ring (21) besteht, der dicht auf den radial inneren zylindrischen Körper (19) aufpaßt, wenn dieser Teil stillsteht,und der unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft an die innere Oberfläche des radial äußeren zylindrischen Körpers (18) angenähert wird, wenn der radial innere zylindrische Bauteil (19) rotiert.

2. Dichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (21) ein Spaltfederstahlring ist.

J5. Dichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die beiden konzentrischen zylindrischen, relativ zueinander rotierenden Bauteile (18, 19) von den koaxial zueinander angeordneten Hauptwellen eines Gasturbinentriebwerks gebildet sind.

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4. Dichtung nach Anspruch 1 und 3j dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (21) in einer Ringnut der radial inneren Welle (19) ruht und unter dem Einfluß der auftretenden Zentrifugalkraft in eine weitere Ringnut (27) eingedrückt wird, die in der inneren Oberfläche der radial äußeren Welle (18) vorgesehen ist.

ο Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die weitere Ringnut (2'7) in der radial äußeren Welle (18) mit Öl gespeist wird, um eine wirksame Abdichtung zu erzielen.

6. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß der radial innerste ¹Ml (22) des elastischen Ringes (21) wenigstens einen Bund oder eine axiale Erweiterung aufweist, der in die hinterschnittene Seitenwand (25) der Nut der äußeren Oberfläche der inneren Welle (19) einsteht und daß dieser Bund die Ausdehnung des elastischen Ringes (21) begrenzt, wodurch verhindert wird, daß der Ring (21) den Boden der Nut (27) in der äußeren Welle (18) berührt.

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