DE3741020A1 - Buerstendichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Bürstendichtungen.

Es ist bekannt, eine Bürstendichtung zu benutzen, um eine Strömungsmitteldichtung zwischen relativ zueinander be­ weglichen Bauteilen zu schaffen. Im typischen Fall be­ steht die Dichtung aus einer Vielzahl von Fasern, die an einem der Bauteile festgelegt sind und in Gleitberührung mit dem anderen Bauteil stehen. Die Dichtung kann bei­ spielsweise ringförmig ausgebildet und zwischen einer drehbaren Welle und einem Statoraufbau angeordnet sein, der die Welle umgibt. Die Dichtungsfasern werden bei einer solchen Anwendung gewöhnlich am Stator festgelegt und stehen radial nach innen derart ein, daß sie gleitend an der Welle angreifen.

Wenn das Druckdifferential über der Dichtung groß ist, dann ist es üblich, zusätzliche Bürstendichtungsstufen in Reihe zu schalten, so daß das Druckdifferential über je­ der Dichtungsstufe einen annehmbaren Wert hat. Der Nach­ teil dieser Anordnung besteht jedoch darin, daß das Druckdifferential über der letzten Dichtung immer am größten ist, und es ist deshalb diese Stufe, die einem übermäßigen Leckstrom ausgesetzt ist. Die übliche Lösung dieses Problems besteht darin, weitere Bürstendichtungs­ stufen vorzusehen, bis die Dichtung mit einem annehmbaren Pegel erreicht ist. Der Nachteil dieser Anordnung besteht jedoch darin, daß die Verminderung im Endstufendruck­ differential progressiv abnimmt, wenn weitere Stufen zu­ sätzlich angeordnet werden. Obgleich der Pegel der Wirk­ samkeit der Gesamtdichtung schließlich annehmbar wird, muß eine große Zahl von Dichtungsstufen hinzugefügt wer­ den. Dies ist vom Kostenpunkt unerwünscht, und es können dann auch Einbauprobleme auftreten, wenn der für die Dichtung verfügbare Raum begrenzt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bürstendichtung zu schaffen, die eine verbesserte Wirkung unter jenen Umständen liefert, wo sie großen Strömungs­ mitteldruckdifferentialen ausgesetzt wird.

Die Erfindung geht aus von einer Bürstendichtung, die zwischen Bereichen hohen und niedrigeren Strömungsmittel­ druckes und zwischen relativ zueinander beweglichen Tei­ len angeordnet ist und zwei oder mehrere in Reihe ge­ schaltete Dichtungsstufen aufweist, wobei jede Stufe eine Vielzahl von Borsten aufweist, die an einem der bei­ den Teile festgelegt sind und in Gleitberührung mit dem anderen Teil stehen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stufe, die betriebsmäßig dem Niederdruckbereich benachbart ist, einen Abstand von der benachbarten Stufe aufweist, um eine Kammer zu definieren, und daß Mittel vorgesehen sind, um Strömungsmittel aus der Kammer mit einer Rate austreten zu lassen, die gewährleistet, daß das Strö­ mungsmitteldruckdifferential über der Stufe benachbart zum Niederdruckbereich innerhalb der Betriebskapazität dieser Stufe liegt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Bürstendichtung.

Eine drehbare Welle 10 wird koaxial von einem ringförmi­ gen Statoraufbau 11 und von einer Bürstendichtung um­ schlossen, die allgemein mit 12 bezeichnet ist und zwi­ schen Stator und Welle liegt. Ein Bereich A rechts der Dichtung 12 enthält ein Strömungsmittel, beispielsweise Luft, die auf einem höheren Druck steht als das Strö­ mungsmittel im Bereich B links von der Dichtung 12, gemäß der zeichnerischen Darstellung betrachtet.

Das Strömungsmitteldruckdifferential zwischen den Berei­ chen A und B ist größer als das, welches von einer Ein- Stufen-Bürstendichtung beherrscht werden könnte. Da dies so ist, besteht die Bürstendichtung 12 aus drei gleichen Bürstendichtungsstufen 13, 14 und 15, die in Reihe ge­ schaltet sind. Jede Bürstendichtungsstufe 13, 14 und 15 ist beispielsweise durch Hartverlötung am Statoraufbau 11 festgelegt und weist eine ringförmige Anordnung von all­ gemein radial verlaufenden metallischen Fasern 16 auf, die zwischen einem Widerlagerring 17 und einer Seiten­ platte 18 in Schichtform angeordnet sind. Die Fasern 16 jedes Dichtungselementes 13, 14 und 15 sind wiederum bei­ spielsweise durch Hartverlöten an ihren radial äußeren Enden 19 an ihrem entsprechenden Stützring 17 bzw. an den Seitenplatten 18 festgelegt.

Die Stützringe 17 und die Seitenplatten 18 haben den gleichen Außendurchmesser, aber ihre Innendurchmesser un­ terscheiden sich, so daß der Stützring 17 benachbart zur Hochdruckseite eines jeden Dichtungselementes 13, 14 und 15 einen größeren Innendurchmesser aufweist als die Seitenplatte 18 benachbart zu der Niederdruckseite. Tat­ sächlich ist der Zwischenraum 20 zwischen jedem Stützring 17 und der Welle 10 so klein wie möglich, obgleich eine tatsächliche Berührung mit der Welle 10 vermieden ist.

Das Druckdifferential über der Dichtungsstufe 15 benach­ bart zum Niederdruckbereich ist das größte der drei Stu­ fen 13, 14 und 15, und demgemäß ist es diese Stufe 15, die am anfälligsten für einen Leckstrom nach dem Nieder­ druckbereich B ist. Um das Strömungsmitteldruckdifferen­ tial über der Dichtungsstufe 15 zu vermindern, ist diese von der benachbarten Dichtungsstufe duch einen gelochten Abstandsring 21 axial distanziert. Der Abstandshalterring 21 liegt benachbart zum Statoraufbau 11 und ist mit meh­ reren Löchern 22 versehen, die die so zwischen den Dich­ tungsstufen 14 und 15 definierte Ringkammer 23 mit ent­ sprechenden Löchern 24 im Statoraufbau 11 verbinden. die Löcher 24 im Statoraufbau 11 öffnen sich nach einem Be­ reich C, der unter einem niedrigeren Druck steht als er in der Kammer 23 herrscht, so daß das Druckdifferential über dem Dichtungselement 15 vermindert wird, wodurch die Wirksamkeit der Dichtung erhöht wird. Natürlich sind Größe und Zahl der Löcher 22 und 24 im Abstandshalterring 21 bzw. im Statoraufbau 11 so gewählt, daß ein geeignetes Druckdifferential über der Dichtungsstufe 15 herrscht.

Obgleich die Ringkammer 23 gemäß vorstehender Beschrei­ bung nach dem Bereich C entlüftet wird, ist es klar, daß es unter gewissen Umständen auch zweckmäßig sein kann, eine Entlüftung nach dem Bereich B vorzunehmen.

Bei einer typischen Anwendung einer Dichtung der beschriebenen Bauart in einem Gasturbinentriebwerk kann der Bereich A Luft unter einem Druck von 210 000 kg/m² enthalten und der Bereich B kann auf einem Druck von 30 kg/m² stehen, wodurch sich ein Gesamtdruckabfall von 180 000 kg/m² ergibt. Der maximal zulässige Zwischenraum 20 zwischen dem Stützring 17 und der Welle 10 würde dann 1,25 mm betragen, und ein solcher Zwischenraum würde das maximale Druckdifferential über der Dichtungsstufe 15 auf etwa 100 000/ kg/m² begrenzen. Bei der Bürstendichtung 12 ohne gelochten Abstandshalterring 21 würde das Druck­ differential über der Dichtungsstufe 15 115 000 kg/m² betragen, d. h. einige 15 000 kg/m² über der Arbeits­ fähigkeit der Dichtungsstufe 15, und dies würde normaler­ weise die Anordnung einer zusätzlichen Dichtungsstufe er­ forderlich machen. Durch Einfügung des gelochten Abstands­ halterringes 21 in die Bürstendichtung 12 kann das Druck­ differential über der Dichtungsstufe 15 auf 70 000 kg/m² vermindert werden, und dies liegt innerhalb der Arbeits­ fähigkeit einer solchen Dichtung. Ein weiterer Vorteil der Verminderung des Druckdifferentials über der Dich­ tungsstufe 15 besteht darin, daß der Zwischenraum 20 auf etwa 1,5 mm vergrößert werden kann.

Claims (7)

1. Bürstendichtung zwischen Bereichen hohen und nied­ rigen Druckes und zwischen relativ zueinander be­ weglichen Teilen, mit zwei oder mehreren in Reihe geschalteten Dichtungsstufen, wobei jede Stufe eine Vielzahl von Borsten aufweist, die an einem der beiden Teile festgelegt sind und in Gleitberührung mit dem anderen Teil stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (15), die betriebsmäßig dem Niederdruckbereich benachbart ist, einen Abstand von der benachbarten Stufe (14) aufweist, um eine Kammer (23) zu definieren, und daß Mittel (21, 22) vorgesehen sind, um Strömungs­ mittel aus der Kammer (23) mit einer Rate austreten zu lassen, die gewährleistet, daß das Strömungsmit­ teldruckdifferential über der Stufe (15) benachbart zum Niederdruckbereich innerhalb der Betriebskapa­ zität dieser Stufe (15) liegt.

2. Bürstendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (21, 22) zur Entlüftung der Kammer einen Abstandshalter (21) aufweisen, der die betriebsmäßig benachbart zum Niederdruckbereich liegende Stufe (15) von der hierzu benachbarten Stufe (14) trennt, wobei der Abstands­ halter (21) Löcher (22) aufweist, um die Entlüftung zu bewirken.

3. Bürstendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshal­ ter (21) betriebsmäßig benachbart zu dem einen der relativ beweglichen Teile (11) liegt und daß die Löcher (21) im Abstandskörper (21) auf entsprechende Entlüftungsöffnungen (24) in diesem beweglichen Teil (11) ausgerichtet sind.

4. Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bürstendichtung (12) ringförmig ausgebildet ist.

5. Bürstendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstendich­ tung (12) betriebsmäßig zwischen einer drehbaren Welle (10) und einem Statoraufbau (11) liegt, der die Welle (10) umschließt, und fest an dem Statoraufbau (11) befestigt ist.

6. Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Dichtungsstufe (13, 14, 15) mehrere Fasern (16) umfaßt, die schichtweise zwi­ schen einem Träger (17) und einer Seitenplatte (18) angeordnet sind.

7. Bürstendichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (16) Metallfasern sind.