DE3119467A1

DE3119467A1 - "gleitringdichtung mit gasdynamischer schmierung fuer hochtourige turbomaschinen"

Info

Publication number: DE3119467A1
Application number: DE19813119467
Authority: DE
Inventors: Karl-U. Dipl.-Ing. 8044 Unterschleißheim Reisenweber; Gerhard Dipl.-Ing. 8047 Karlsfeld Rücker; Wilfried Ing.(grad.) 8000 München Weidmann
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1981-05-15
Filing date: 1981-05-15
Publication date: 1982-12-09
Also published as: GB2098675B; GB2098675A; JPS57200763A; FR2518168A1; FR2518168B1; JPH0122511B2; DE3119467C2; US4398730A

Description

sr/si

MTU MOTOREM- UND TURRINEN-UNIOM
MÜNCHEN GMBH

München, den 15. Mai' 1981

Gleitringdichtung mit gasdynamischer

Schmierung für hochtourige Turbomaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitringdichtung mit gasdynamischer Schmierung für hochtourige Turbomaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke, bei der einer der beiden miteinander korrespondierenden Ringe (Gegenring) von parallel zur betreffenden Dichtfläche verlaufenden, mittels einer Kühlflüssigkeit beaufschlagbarer Bohrungen radial durchsetzt is.t.

Bei schnei 1 aufenden Gleitringdichtungen (um 130 m/s Gleitgeschwindigkeit und darüber) ist es aus verständlichen Gründen (Verschleiß, Hitzeentwicklung und nachfolgende- Zerstörung der Dicht- und Gleitfläche) nicht zulässig, daß sich die zwei Gleitflächen über längere Zeit, d.h. wesentlich über Anfahren und Ab-

stellen hinaus, berühren.

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Folgende Verfahren zur Trennung der Flächen v/erden bisher angewandt:

- Einbringen von Π1 oder von anderen geeigneten hydraulischen Stoffen zur Trennung (=Schmierung) der Flächen, gegebenenfalls mit nachfolgendem Verdampfen oder

- Erzeugen von Ras- bzw. Luftpolstern auf aerostatische oder gasdynamische Art»

Das erstgenannte Verfahren birgt insbesondere beim . ■ Abdichten von gasförmigen Medien die Gefahr der Mediurnsverschmutzung durch das Schmier- (=Trenn-)-mittel und weiter bei hohen Umgebungs- bzw. Medientemperaturen auch noch die Gefahr des Verkokens des Schmiermittels. Vorzugsweise ist dieses Verfahren daher zur Abdichtung von ebenfalls hydraulischen Medien geeignet (Medium = Trenn- und Schmiermittel).

Zur Abdichtung von gasförmigen Stoffen eignet sich das zweitgenannte Verfahren, insbesondere bei gasdynamischer

Erzeugung eines Gaspolsters.
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. Eines dieser zweitgenannten Verfahren sieht z.B. gezielt hergestellte Aufgleitflächen bzw. sogenannte "lift pads" zur Erzeugung des gasdynamischen Schmirrkei1 es vor.

Dieses Verfahren verursacht einen nicht unerheblichen Fertigungsaufwand. Außerdem unterliegen diese so erzielten Auftriebsflächen einer verhältnismäßig hohen Abnutzung, die komplizierte Nacharbeitungen und gegebenen·· falls Reparaturen erforderlich machen..

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu den genannten Verfahren vorgebrachten Nachteile zu beseitigen und eine für hohe Drehzahlen und Temperaturen geeignete Gleitringdichtung zu schaffen, die Verhältnismäßig einfach herstellbar ist und sich zugleich durch äußerst geringen Verschleiß mit der Folge einer dementsprechend verminderten Wartungs- und Reparaturanfälligkeit auszeichnen soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung hauptsächlich

gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet. /

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Patentansprüchen 2 bis 8 entnehmbar.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 den Axialschnitt eines Turbomaschinen-

wellenlagers nebst der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung,

Fig. 2 eine Ansicht des zur Gleitringdichtung 2<- gehörigen Gegenringes gemäß Blickrichtung A

der Fig. 1, worin der bei Raum- und Betriebstemperatur sich ergebende Gleitflächen· verlauf■er!äutert ist,

3Q · Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 und 2 abgewandelte

Ausführungsform des Gegenringes in gemäß Fig. 1 durch A gekennzeichneter Blickrichtuna und

Fig. 4 nine gpcjeniiber Fig. 1,2 und 3 weiter ahgo-

wiindolte Ausführungsform des Gegenringes in Axialschnittdarstel1ung.

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Gemäß Fig. 1 besteht die Gleitringdichtung für hochtourige Turbonaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke, aus zwei miteinander korrespondierenden Ringen, nämlich einem Dichtring 1 und einem Gegenring 2. Einerseits sind die im Gegenring 2 angeordneten Bohrungen parallel zur betreffenden Dichtfläche verlaufend angeordnet und ferner mittels einer Kühlf1üssigkeit₉ z»R. ΠΙ ,- beauf sch! agbar =

Die Erfindung zeichnet sich grundsätzlich durch eine in Umfangsrichtung periodisch gleichförmig erhöhte und wieder verringerte Anzahl an Bohrungen 3 pro Umfangswinkel des Gegenrings 2 (Fig= 2) aus. Infolge eines hierdurch hervorgerufenen periodisch wechselnden Temperatur- und damit axialen Ausdehnungsfeldes des Gegenringes 2 bildet sich an diesem eine periodisch .gleichförmig gewellte Gleitfläche G bei Betriebstemperatur aus, wobei diese Gleitfläche G etwa dem "Schmierkei1 verlauf" eines gasdynamischen Axiallagers entsprechen soll. Die Gleitfläche bei Raumtemperatur ist mit G hezeichnet.

Bezüglich dieser wellenförmigen Gleitfläche G wird davon ausgegangen, daß die beim Gleiten des Gegenringes auf dem Dichtring 1 erzeugte ( - oder auch durch das gegebenenfalls vorhandene Dichtmedium eingebrachte -). Wärme in Zonen dichteterer Boh rungs abstände, z.B. b,c,d, stärker, in Zonen v/eiterer Bohrungs abstände, z.B. e,f, weniger stark abgeführt wird.

Die bei Betriebstemperatur so erzeugte Gleitfläche G besitzt einen f1 ach/kei1förmigen Verlauf, indem die Wellenkontur in der Bewegungsrichtung B mit zunehmender

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' Bohrungsabstandsdichte zunächst in einem flachen Winkel von außen nach innen ei ngezogen· verl äuft, wobei sie dann etwa am übergang zwischen dem kleinsten, a, zum größten Bohrungsabstand e in verhältnismäßig schroff wieder ansteigender Folge zum höchsten Wellenausschlag führt. Diese Wellenkontur der Gleitfläche G entspricht der gewünschten Form der sogenannten "Schmierkeilbildung" eines gasdynamischen Axiallagers und wird insbesondere gemäß Fig. 2 durch eine in einer gemeinsamen Radialebene '" hintereinander .fluchtend periodisch gleichförmig zu- und wieder abnehmende Anzahl der Bohrungen 3 im Gegenring 2 hervorgerufen.

Für die in Verbindung mit Fig. 1 und 2.schon ausführlich erläuterten Zwecke v/eist der Gegenring 4 nach Fig. in zwei parallelen Radialebenen befindliche Reihen von ersten, 5, und zweiten Bohrungen 6 auf, von denen die ersten, 5, auf der der Gleitfläche zugekehrten Seite gleichförmig in Umfangsrichtung verteilt, d.ie zw'eiten,

6, in periodisch gleichförmig wechselnder Umfangsbeabstandung angeordnet sind und in Kombination mit den ersten Rohrungen 5 eine bei Betriebstemperatur periodisch gleichförmig gewellte Gleitfläche G¹ erzeugen. Die zu Fig. 3 gehörige Gleitfläche bei Raumtemperatur ist mit G ' bezeichnet. Unter der Voraussetzung in Relation zu Fig. 2 etwa gleicher grundlegender betrieblicher Einflüsse (Temperatur/Drehzahl) ermöglicht das Ausführungsbei spiel nach Fig. 3 eine im Vergleich zu Fig. 2 über den gesamten Gl eitri ngf 1 ächenumf ang dichtere '«!ellenfol-ge der Gleitfläche Π', da die Rohrungsanordnung in zwei Radialebenen eine dichtere Aufeinanderfolge von Bohrungen ermöglicht.

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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Gegenringses 4', bei der die Rohmngen 6¹ gegen die radial bzw. vertikal verlaufenden Bohrungen 5¹ der ersten Bohrungsreihe geneigt angeordnet sind. 5

Prinzipiell wird für die Durchführung der · Cr Fi ndu ng davon ausgegangen, die Gleitringflächen des Πichtringes und des Gegenringes trocken aufeinander laufen zu lassen. Es wäre jedoch durchaus möglich, statt des gasförmigen ein fluidisches Abdicht-Medi um zwischen die korrespondierenden Gleitringflächen des Dichtringes und des Gegenringes einzubringen.

Hie in Fig. 1 näher veranschaulicht, sitzt der Gegenring 2 hier z.B. neben bzw. am Innenring 8 des Lagers 7 auf einer hochzylindrischen Maschinenwel1e 9, aus der die betreffenden Bohrungen 3 des Gegenringes 2 mittels einer .Kühlflüssigkeit, z.B. Π1, beaufschlagbar sind, welches zunächst üher Radi a 1 bohrungen 10 in der Maschi nenwel 1-enwand in einen zwischen letzterer und dem Gegenring 2 gebildeten Ringraum 11 gelangt, der mit den übrigen· Bohrungen 3 für die differenzierte Kühlung des Gegenringes kommuniziert.

p_er kolbenringartig gehalterte Dichtring 1 stützt sich mittels eines Faltenbalgs 12 axial el astisch an betreffenden stationären Gehäusestrukturbautei1 en ab. Die axial el astische Abstützung kann aber auch mittels einer Feder oder mittels einer auf entsprechende Druck-Verhältnisse entsprechenden Membran erfolgen.

Die Erfindung kann sowohl bei stationären Gasturbinenanlagen wie aber auch bei Gasturbinenstrahltriebwerken

und auch bei Turboladern vorteilhaft eingesetzt werden. 35

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Claims

s r/ s i

MTU MOTOREN- UND TURBI MEN-UNION
MOMCHFM GMBH

München, den 15. Mai 1981

Patentansprüche

Pleitringdichtung mit gasdynamischer Schmierung für hochtourige Turbomaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke, bei dor einer Her.Weiden miteinander korrespondierenden Ringe (Oegenring) von parallel zur betreffenden Picht+'l ä'che verlaufenden, mittels einer Kühlflüssigkeit' heaii^- schlagbarer Rohrungen radial durchsetzt ist, ria-

durch gekennzeichnet, daß durch eine in Umfangsric.htung periodisch gleichförmig erhöhte und wieder verringerte Anzahl an Bohrungen (3) des Gegenrings (2) hervorgerufenes periodisch wechselndes Temperatur- und damit axiales Ausdehnungsfeld desselben eine periodisch gleichförmig gewellte Gleit-FI äche (Π) am Gegen ring entsteht, die dem "Schmierkei1verlauf" eines gasdynamischon Axiallagers entspricht.

?.. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in einer gemeinsamen Padialebene hintereinander fluchtend periodisch gleichförmig zu-

^T"⁶⁵²

und wieder abnehmende Anzahl der Rührungen (3) im Gegenring (2).

3. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-5" kennzeichnet, daß der Gegenring (4) in zwei parallelen Radialebenen befindliche Reihen von ersten (5) und zweiten Rohrungen (6) aufweist, von denen die ersten (5) auf der der Gleitfläche zugekehrten Seite gleichförmig in Umfangsrichtung

10' verteilt, die zweiten (6) in periodisch gleichförmig wechselnder Umfangsbeabstandung angeordnet sind'und in Kombination mit den ersten .Bohrungen .- (5) eine periodisch gleichförmig gewellte Gleitfläche (G') erzeugen.

4. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenring (4') eine Reihe von ersten Bohrungen (5¹) in radialer bzw. vertikaler Ebene und eine Reihe von zweiten Rohrungen (6 ' ), die gegen die radiale bzw. vertikale Ebene der ersten Bohrungen geneigt sind, aufweist, von denen die ersten (5¹) auf der der Gleitfläche zugekehrten Seite gleichförmig in Umfangsrichtun.g verteilt, die zweiten (6¹) in periodisch- gl eichförmig wechselnder Umfangsbeabstandung angeordnet sind und in Kombination mit den ersten Bohrungen . (5¹) eine periodisch gleichförmig gewellte Gleitfläche erzeugen.

3" 5. Gleitringdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitringflächen des Dichtringes (1) und des Gegenringes (2,4,4') trocken aufeinander laufen.

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G le it ringdichtung nach den Ansprüchen 1 bis'4, dadurch gekennzeichnet, daß statt des gasförmigen auch ein fluidisches Abdicht-Medium zwischen die korrespondierenden Gleitringflächen des Dichtringes und des Gegenringes einbringbar ist.

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