DE3219127A1 - Abdichtung fuer stroemungsmaschinen - Google Patents
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Description
MTU MOTOREN- UND TURBINEU-UNION■
Friedrichshafen
Abdichtung für Strömungsmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Abdichtung für Strömungsmaschinen
mit zwei nebeneinander angeordneten Dichtungen, von denen mindestens eine als Kolbenringdichtung ausgebildet ist, wobei der zwischen
den Dichtungen gebildete Raum mit einem Sperrgas beaufschlagt und durch Entlüftungsbohrungen mit regelbarem Querschnitt
^ entlastet werden kann.
Derartige Abdichtungen sollen den Verlust von Schmiermittel aus den Lagerstellen der Strömungsmaschine und das Eindringen von
heißen Gasen in die Lagerstellen verhindern.
Um die Abdichtung bei allen Betriebsverhältnissen mit stark sich ändernden Gasdrücken funktionsfähig zu erhalten, ist es aus dem
DE-GM 16 29 297 bekannt, den Druck in dem mit Sperrgas beaufschlagten Raum zwischen den Kolbenringen durch Entlüftungsbohrungen
mit regelbarem Querschnitt so einzustellen, daß auf beiden Seiten eines Kolbenringes etwa Druckgleichheit herrscht und damit
eine Leckage weitgehend vermieden wird.
Nachteilig dabei ist der Aufwand für die Anordnung zum Verändern
*~" des Querschnittes der Entlüftungsbohrungen sowi für die Regelvorrichtung,
die in Abhängigkeit der Betriebsverhältnisse die Größe des Entlüftungsquerschnittes und damit die Höhe des Sperrgasdruckes
einstellen muß.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Anordnung zum Verändern
des Entlüftungsbohrungs-Querschnittes aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Mündungen der Entlüftungsböhrungen
in den Sperrgasraum von dem Kolbenring abgedeckt
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3 .- " ■■:. . ■■: ■ ■'■■ ν. ' - . . '■ -V '.■/
und durch axiale Bewegung des Kolbenringes der für die Entlastung
des Sperrgasraumes wirksame Querschnitt der Entlüftungsbohrungen
verändert werden kann.
Mit diesen Merkmalen ist eine einfach und ohne großen zusätzliehen
Aufwand herstellbare Absperreinrichtung für die Entlüftungsbohrungen zu verwirklichen. Die Querschnitt-Veränderung wird in
Abhängigkeit von den herrschenden Drücken durchgeführt, so daß
eine Regelvorrichtung hierfür entfallen kann. Da sich dadurch in jedem Betriebszustand auf beiden Seiten des Kolbenringes annähernd
-10 Druckgleichheit einstellt, wird der Verschleiß zwischen Kolbenring und Nutflanken der Wellenhut begrenzt und eine zuverlässige
Dichtung erzielt.
Bei der Herstellung können für die Lage der Entlüftungsbohrungen
im Gehäuse bzw. der Nuten in der Welle große Toleranzen dadurch
zugelassen werden, daß die axiale Bewegung des Kolbenringes zur
Veränderung der Entlastungsquerschnitte durch Verschleiß an den Anlageflächen von Kolbenring und Nutflanke ermöglicht und durch
den sich einstellenden Druckausgleich auf beiden Seiten des Kolbenringes
beendet wird.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird
im folgenden näher beschrieben.
""'. Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt eines Abgasturboladers.
Ein Turbinenrad 11 ist mit der Welle 12 des Abgasturboladers fest verbunden. Die Welle 12 ist in Lagern 13 gegenüber
einem Gehäuse Ik gelagert. An derDurchführung der Welle
12 durch das Gehäuse lh ist eine aus den Kolbenringen 15 und 16
bestehende Abdichtung angeordnet. Zwischen den Kolbenringen I5
und .16 ist ein Sperrgasraum I7 vorhanden, der über eine Leitung
18 und eine Drossel 19, z.B. von der Verdichterseite her, mit Sperrgas versorgt wird. Von dem Sperrgasraum 17 führen Entlüf-
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I.
tungsbohrungen 20 in einen Raum 21, der mit der Atmosphäre verbunden
ist.
Die Kolbenringe 15 und 16 sind in Nuten der Welle 12 axial geführt.
Sie sind radial in einer Bohrung 22 des Gehäuses Ik eingespannt
und werden dadurch bei Drehung der Welle 12 nicht mitgenommen.
Um zu verhindern, daß von der Turbinenseite über einen Spalt 2k
und an den Kolbenringen 15, 16 vorbei Abgas in die Lagerstellen
13 eindringt, ist im Sperrgasraum ein gegenüber dem Abgasdruck
höher liegender Sperrgasdruck erforderlich. Dieser Sperrgasdruck wirkt auf die beiden Kolbenringe 15 und 16 und versucht den Kolbenring
15 gegen das Lager 13 und den Kolbenring 16 gegen das
Turbinenrad 11 axial zu verschieben.
Um einen dadurch hervorgerufenen Verschleiß zwischen dem stillstehenden
Kolbenring 15 und der entsprechenden Wellennutflanke 25 zu
verhindern, wird der Kolbenring 15 durch eine Schulter 23 in der Bohrung 22 des Gehäuses Ik abgestützt.
Der auf den Kolbenring 16 wirkende, durch den Sperrgasdruck verursachte
Axialschub wird durch den entgegengesetzt wirkenden, durch den Abgasdruck verursachten Axialschub teilweise ausgeglichen.
Es gibt jedoch Betriebszustände, bei denen der Abgasdruck stark reduziert oder sogar überhaupt nicht mehr vorhanden ist
(z.B. bei abgeschaltetem Abgasturbolader), währc.id der Sperrgasdruck
weiterhin wirksam bleibt.
Theoretisch könnte nun auch der Kolbenring 16 gegen den Sperrgasdruck
im Sperrgasraum 17 mit einer entsprechenden Schulter in
der Bohrung 22 abgestützt werden. Dies bereitet jedoch konstruktive Schwierigkeiten und Erschwernisse bei der Montage und Demontage
des Abgasturboladers.
Um den Widerstand des Kolbenringes gegen eine axiale Verschiebung
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~ 5 —
zu erhöhen, wurde deshalb eine größere Kolbenringbreite gewählt
und damit eine erhöhte radiale Anpreßkraft in der Bohrung 22 für
diesen Kolbenring erzielt. Diese größere Breite erlaubt darüber . hinaus auch einen größeren zulässigen axialen Verschleiß des KoI-I
benringes.
Der Kolbenring 16 ist zunächst so angeordnet, daß er die Mündungen
der Entlüftungsbohrungen 20 im Sperrgasraum 17 abdeckt. Dadurch baut sich im Sperrgasraum 17 ein hoherSperrgasdruck auf, '
der den Gasdruck auf der Turbinenradseite im Spalt 2h übersteigt _ 10 und damit ein Eindringen von Abgas in die Lagerung 13 verhindert.
Sinkt nun der Abgasdruck wie beschrieben ab, so wird der Kolbenring
16, wenn die durch den Sperrgasdruck hervorgerufene, auf
ihn einwirkende Axialkraft,die durch die radiale Anpreßkraft des
Kolbenringes erzeugte Reibung in der Bohrung 22 überwindet, gegen die Flanke 26 seiner Wellennut gedrückt. Durch den dabei entstehenden
Verschleiß an Kolbenring 16 und/öder Nutflanke 26 wandert
der Kolbenring axial in Eichtung Turbinenrad. Dabei werden die
Entlüftungsbphrungen 20 zunehmend aufgesteuert, was ein Absinken
des Sperrgasdruckes zur Folge hat, bis schließlich der Verschleiß gestoppt wird.
Sollte bei Wiederauftreten des Ab^asdruckes dieser wesentlich
über dem abgesteuerten Sperrgasdruck liegen, so wird der Kolbenring 16 wieder so lange von dem Turbinenrad 11 weg verschoben,
bis durch Absperren der Entlüftungsbohrungen 20 der Sperrgasdruck
bis zum annähernden Gleichgewicht gegenüber dem Abgasdruck an-.■■■'■' wächst. ■■■..·..■.■■ ·. ■'■ .·.■".; ■■■■..-..■■■■ '. .■,'■-'■■'-, :
Durch die sich damit bei allen Betriebszuständen selbsttätig einstellende,
annähernde Druckgleichheit auf beiden Seiten des Kolbenringes wird eine zuverlässige Abdichtung erzielt und nach dem
Einlaufen jeder weitere Verschleiß vermieden.
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Leerseite
Claims (1)
- MOTOREN-UND TURBINEN-UNION
FRIEDRICHSHAFEN GMBH ■'FriedrichshafenPa t en t a ns ρ r ü ehebdichtung für Strömungsmaschinen mit zwei nebeneinanderangeordneten Dichtungen, von denen mindestens eine als Kolbenringdichtung ausgebildet ist, wobei der zwischen den Dichtungen gebildete Raum mit einem Sperrgas beaufschlagt und durch Entlüftungsbohrungen mit regelbarem Querschnitt entlastet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen der Entlüftungsbohrungen (20) in den Sperrgasraum (I?) von dem Kolbenring (l6) abgedeckt und durch axiale Bewegung des Kolbenringes (16) der für die Entlastung des Sperrgasraumes (17) wirksame Querschnitt der Entlüftungsbohrungen (20) verändert werden kann.2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch geknnzeichnet, daß die axiale Bewegung des Kolbenringes (l6) zur Veränderung der Entlastungsquerschnitte durch Verschleiß an den Anlageflächen ^5 von Kolbenring (l6) und Nutflanke (26) ermöglicht und durch den sieh einstellenden Druckausgleich auf beiden Seiten des Kolbenringes (l6) beendet wird.18.05.82gm-hr 8 2 0 9
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