DE2816084A1 - SEAL ARRANGEMENT, ESPECIALLY BETWEEN THE MAIN SHAFTS OF A GAS TURBINE JET - Google Patents
SEAL ARRANGEMENT, ESPECIALLY BETWEEN THE MAIN SHAFTS OF A GAS TURBINE JETInfo
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Description
Patentanwälte Di ρ I.-1 ng. Curt WallachPatent Attorneys Di ρ I.-1 ng. Curt Wallach
OQ 1 cno/ DiP'--|ng· Günther KochOQ 1 cno / Di P '- | n g Günther Koch
I ö I b U ö 4 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach I ö I b U ö 4 Dipl.-Phys. Dr Tino Haibach
Dipl.-Ing. Rainer FeldkampDipl.-Ing. Rainer Feldkamp
D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai dD-8000 Munich 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telephone (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d
Datum: 13. April 1978Date: April 13, 1978
Unser Zeichen: l6 197 "Our reference: l6 197 "
Anmelder: Rolls-Royce LimitedApplicant: Rolls-Royce Limited
65 Buckingham Gate,
London, SWlE 6AT
England65 Buckingham Gate,
London, SWlE 6AT
England
Bezeichnung: Dichtungsanordnung, insbesondereDesignation: sealing arrangement, in particular
zwischen den Hauptwellen eines
Gasturbinenstrahltriebwerksbetween the main waves one
Gas turbine jet engine
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenstrahltriebwerk und insbesondere., aber nicht ausschließlich,auf eine Dichtungsanordnung zwischen den Hauptwellen des Triebwerks.The invention relates to a gas turbine jet engine and more particularly, but not exclusively, to a sealing arrangement between the main shafts of the engine.
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. It is known to provide seals between the concentric main shafts of an engine that are rotatable relative to one another and these seals are commonly referred to as inter-shaft seals. These seals are used to to prevent flow of lubricant between the shafts or to prevent high pressure air or gas from entering enters or exits the space between the waves.
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 derOne of the most common types of seals for such an application is a labyrinth seal, which is attached to the radially outer Surface of the radially inner shaft is set. The radially outer parts of the labyrinth seal run in one Oil reservoir, which is provided in the radially inner shaft. The main problem posed by such a seal is assigned, is that the diameter of the labyrinth seal through the inner diameter of the outer shaft is dictated so that the two shafts can be assembled or disassembled. This means that it doesn't is always possible, an optimal or such a small space between the outer boundaries of the labyrinth and the Provide reservoir in the outer shaft. This can lead to an unsatisfactory seal. If one of the two waves or both vibrate or revolve with their axis on a circular path while the engine is in operation, then this can lead to the fact that the labyrinth seals touch the outer shaft with their radially outer ends, which is a results in severe wear and tear and causes a larger sealing gap, which in turn reduces the effectiveness of the
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Dichtung vermindert wird.Seal is diminished.
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.The invention is therefore based on the object of creating a seal that can be used in conjunction with a gas turbine engine is suitable and substantially avoids the aforementioned difficulties.
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.According to the invention, there is the arranged between the concentric cylindrical rotatable components Seal made of an elastic sealing ring which fits tightly on the radially inner cylindrical component when this stands still and under the influence of centrifugal force is moved towards the inner surface of the radially outer cylindrical body when the radially inner cylindrical Body rotates.
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.According to one embodiment of the invention, the elastic Ring designed as a split ring made of steel and the two concentric components are of the two concentric and coaxial lying main parts of a gas turbine jet engine.
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.The elastic ring is preferably located within an annular groove which is provided on the radially inner shaft and extends when expanded under the influence of centrifugal force the ring into a further annular groove within the inner surface of the radially outer shaft, this further annular groove is filled with oil and thus results in a seal.
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-The radially inner part of the elastic ring has at least one collar or an extension that extends extends into an undercut side wall of the groove provided on the outer surface of the inner shaft and this The collar serves to limit the amount of radial expansion that the elastic ring can be subjected to, so that prevents becomes that the ring moves the groove bottom in the outer shaft
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rührt.stirs.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. In the drawing show:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Dichtung.1 is a schematic sectional view of a gas turbine engine with a seal designed according to the invention.
Fig. 2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Dichtung in unwirksamer Stellung.Fig. 2 is a sectional view of the seal according to the invention in inoperative position.
Fig. 3 eine der Figur 2 entsprechende Schnittansicht der Dichtung in Wirksteilung.FIG. 3 shows a sectional view of the seal corresponding to FIG. 2 in active division.
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.The gas turbine jet engine 10 according to FIG. 1 has, one behind the other in the direction of flow, a low-pressure compressor 12, a high pressure compressor 13, a combustion device 14, a high pressure turbine 15 and a low pressure turbine (16). The engine ends in an exhaust nozzle 17. Both the Low-pressure compressor 12 and the low-pressure turbine 16 as well as the high-pressure compressor 13 and the high-pressure turbine 15 are arranged on concentric main shafts 19 and 18 of the engine. A seal 20 according to the invention lies between the two shafts 18 and 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 andererFigures 2 and 3 show a sectional view of this as a whole with 20 designated seal. This consists of an elastic split ring 21, which is made of spring steel and attached to his radially innermost diameter is provided with a collar 22. The sealing ring 21 is dimensioned so that when the shaft is stationary 2, the ring 21 fits tightly onto the low-pressure shaft 19. The sealing ring 21 is due to an axial movement prevented from lying in an annular groove which is formed between two annular flanges 23 and 24, which the side walls the groove. To simplify the construction, the flange 24 is on the shaft 19 by means of a screw thread or other
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herkömmlicher mechanischer Befestigungsmittel lösbar befestigt.conventional mechanical fasteners releasably attached.
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.The flanges 23 and 24 are provided with axially projecting lips at their radially outer ends that face one another and form undercuts 25 and 26 laterally in the groove 30. The recesses 25 and 26 ensure that the Sealing ring 21 is expanded too far under the influence of centrifugal forces. Compared to that of the flanges 23 and 24 the shaft 19 deviated groove is another annular groove within the radially moving cylindrical surface of the shaft 18, which is dimensioned so that the ring 21 protrudes, when stretched under centrifugal load.
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.When the engine is in operation, the groove 27 is fed with oil, which by the centrifugal force, which acts on the oil, is held in the groove. The centrifugal force also acts on the sealing ring 21 and expands it radially outwardly from the shaft 19, so that the sealing ring protrudes into the oil-filled groove 27 until it is opposite to another Movement is held by the collar 22 which contacts the lip formed by the undercut 25 and 26. During this Operating mode, the sealing ring is frictionally driven by contact with the lips of the annular flanges 23 and 24. In this way, a seal is obtained which allows a flow of liquid or a flow of gas between the shafts 18 and 19 essentially avoids.
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.When the engine is switched off, the centrifugal forces act no longer on the sealing ring 21, which, due to its elasticity, decreases in diameter and becomes dense Comes into contact with the shaft 19, so that an axial separation the shafts 18 and 19 can be done if necessary. In the position according to FIG. 2, the shaft 18 can move to the right be deducted because the groove wall is smaller at this point than on the other side.
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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.The invention has been described above in connection with the sealing of the main shafts of a gas turbine jet engine, However, the invention is not limited to this application, but can be used wherever a seal between two rotatable cylindrical parts where normal seals are not applicable.
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.The sealing arrangement described and shown in the drawing can be modified without departing from the scope of the invention to leave. For example, the groove defined by the planes 2j5 and 24 can also be made in the surface of the Shaft 19 may be cut and means equivalent to the lips of the flanges 23 and 24 may be provided. For example, slidable sleeves could be used to prevent excessive expansion of the ring 21.
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