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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Dichtungen zur Abdichtung eines Umfangsspalts
zwischen zwei Maschinenkomponenten, die in bezug zueinander relativ
drehbar sind, und insbesondere eine Hybridbürstendichtung, die mehrere
Borsten aufweist, die an einer ersten Maschinenkomponente in einer
Ringform angebracht sind und die Borstenenden aufweisen, die auf
eine Dichtungsfläche
der zweiten rotierenden Maschinenkomponente gerichtet sind, wodurch
die Borstenenden unter einem Winkel in die Umfangsrichtung in der
ringförmigen
Ebene der Borsten, hauptsächlich
in die Richtung der Wellenrotation angebracht sind. Die Borstenenden
werden an einem direkten Kontakt mit der rotierenden Maschinenkomponente
durch mindestens zwei Gleitstücke
gehindert, die so gestaltet sind, daß wenn sich die Welle dreht,
ein hydrodynamischer Film das Gleitstück von der Welle trennen wird.
Die Gleitstücke
sind an den Borstenenden an getrennten Stellen angebracht.
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Hintergrund
der Erfindung
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Turbotriebwerke
wie Gasturbinenmotoren, die in Flugzeugen eingesetzt werden, sind
gegenwärtig
für kritische
Anwendungen entweder von Labyrinth- (siehe 1A–1E),
Bürsten-
(siehe 2A und 2B) oder
Graphitdichtungen abhängig.
Labyrinthdichtungen stellen eine adäquate Dichtung bereit, jedoch
sind sie äußerst abhängig davon,
an allen Punkten des Motorbetriebs radiale Toleranzen einzuhalten.
Der radiale Zwischenraum muß Faktoren,
wie die thermische Ausdehnung, die Wellenbewegung, Summierungen
von Toleranzen, Reibungstoleranz usw. berücksichtigen. Es ist eine Minimierung
des Dichtungszwischenraums notwendig, um eine maximale Effektivität der Labyrinthdichtung
zu erzielen. Zusätzlich
zu einer zunehmenden Undichtigkeit, wenn Zwischenräume nicht
aufrechterhalten werden, wie während
eines Manövers
mit hoher Beschleunigung, gibt es die Möglichkeit einer Zunahme der
Motorvibration. Durchgehende Labyrinthdichtungen (1A)
sind für
Zwischenraumänderungen
am empfindlichsten, wobei große
Zwischenräume
zu einer Nachwirkung führen.
Abgestufte Labyrinthdichtungen (1B und 1C)
sind sehr von axialen Zwischenräumen als
auch von radialen Zwischenräumen
abhängig,
was die Anzahl der Zähne
beschränkt,
die auf jedem Steg möglich
sind. Vorgerillte Labyrinthdichtungen (1D) sind
sowohl von axialen als auch radialen Zwischenräumen abhängig und müssen einen axialen Zwischenraum
aufweisen, der weniger als das doppelte des radialen Zwischenraums
beträgt,
um eine bessere Undichtigkeitsleistung als abgestufte Dichtungen
zu liefern.
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Andere
Probleme, die mit Labyrinthdichtungen verbunden sind, rühren von
der Wärmeerzeugung
infolge einer Reibung der Messerschneide am Dichtungssteg, Abrieb
von hartbeschichteten Messerschneiden oder Dichtungsstegen, der
durch Motorkanäle
befördert
wird, und einer übermäßigen Motorvibration
her. Wenn Dichtungszähne
an Dichtungsstegen reiben, ist es möglich, große Wärmemengen zu erzeugen. Diese
Wärme kann
zu einer reduzierten Materialfestigkeit führen und kann sogar eine Zerstörung der
Dichtung bewirken, wenn Wärme,
die zum Rotor geleitet wird, einen weiteren Eingriff bewirkt. Es
ist möglich,
die Wärmeerzeugung durch
die Verwendung von abreibbaren Dichtungsstegen zu reduzieren, jedoch
dürfen
sie nicht in Situationen verwendet werden, wo Reibungsabrieb durch
Leckluft direkt in kritische Bereiche wie Lagerkammern oder Graphitdichtungsreib kontakte
befördert
werden. Dies gilt auch für
Hartbeschichtungen, die auf die Messerschneiden aufgebracht werden,
um die Reibungsfähigkeiten
zu erhöhen.
Andere Schwierigkeiten mit hartbeschichteten Messerschneiden umfassen
niedrige Zyklenzeitschwingfestigkeitsbelastungen, reibungsinduziertes Zahnkantenbrechen
und die Möglichkeit
einer Handhabungsbeschädigung.
Eine Motorvibration ist ein weiterer Faktor, der zu berücksichtigen
ist, wenn Labyrinthdichtungen eingesetzt werden. Wie vorher erwähnt, kann diese
Vibration durch eine unangemessene Aufrechterhaltung von radialen
Zwischenräumen
verursacht werden. Jedoch kann sie auch durch den Abstand der Labyrinthdichtungszähne bewirkt
werden, die Oberwellen erzeugen können und zu hohen Schwingungsbelastungen
führen.
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Im
Vergleich zu Labyrinthdichtungen können Bürstendichtungen sehr niedrige
Undichtigkeitsraten bereitstellen. Zum Beispiel ist die Strömung an
einer einstufigen Bürstendichtung
vorbei annähernd
gleich einer Labyrinthdichtung mit vier Messerschneiden mit demselben
Zwischenraum. Bürstendichtungen
sind nicht so abhängig
von radialen Zwischenräumen
wie Labyrinthdichtungen. Eine Undichtigkeit, die annähernd einem Spalt
von 2 bis 3 mm äquivalent
ist, ist über
einen großen
Bereich von Draht-Rotor-Eingriffen verhältnismäßig konstant. Jedoch werden
sich bei der gegenwärtigen
Technologie alle Bürstendichtungen
schließlich
auf einen Linien-Linien-Kontakt an der Stelle des größten anfänglichen
Eingriffs abnutzen. Man muß größte Vorsicht
walten lassen, um sicherzustellen, daß die Bürstendichtungsstützplatte
unter keinen Umständen
den Rotor berührt.
Es ist möglich,
daß eine
Trennung des Rotors durch diese Art von Kontakt erfolgt. Zusätzlich kann
ein übermäßiger Drahtverschleiß zu einer
Durchflußzunahme
von bis zu 800 führen,
und es müssen
Faktoren wie Änderungen
des extremen Eingriffs, der Temperatur und Druckbelastungen, und
Reibungsge schwindigkeiten berücksichtigt
werden, wenn die Dichtungslebensdauer bestimmt wird.
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Die
Gestaltung üblicher
Bürstendichtungen,
wie sie in den 2A und 2B zu
sehen ist, ist üblicherweise
eine Anordnung von dicht gepackten flexiblen Drähten, die zwischen zwei Platten
angeordnet sind. Die freien Enden der Drähte stehen über die Platten vor und berühren einen
Steg oder eine Kufe mit einem kleinen radialen Eingriff, um die
Dichtung zu bilden. Die Drähte
sind angewinkelt, so daß die
freien Enden in dieselbe Richtung wie die Bewegung der Kufe zeigt.
Bürstendichtungen
sind so bemessen, daß sie
während ihrer
gesamten Lebendauer eine enge Durchmesserpassung aufrechterhalten
und sich der größten Kombination
einer axialen Bewegung der Bürste
relativ zum Rotor anpassen.
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Bürstendichtungen
können
in einer weiten Vielfalt von Anwendungen verwendet werden. Obwohl
die Bürstendichtungsundichtigkeit
im allgemeinen abnimmt, wenn sie einer wiederholten Druckbelastung
ausgesetzt werden, kann der Einbau von Bürstendichtungen, wo eine extreme
Druckbelastung auftritt, einen „Verwehungs"-Zustand bewirken,
der zu einer dauerhaften Deformation der Dichtungsdrähte führt. Bürstendichtungen
sind in Dichtungslagerkammern verwendet worden, jedoch kann Koks
auf den Drähten
zu einem beschleunigten Verschleiß führen, und ihre Undichtigkeitsrate
ist höher
als jene von Graphitdichtungen.
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Eine
zusätzliche
Beschränkung
von Bürstendichtungen
besteht darin, daß sie
in ihrer Arbeitsweise im wesentlichen unidirektional sind, d.h.
infolge der Anwinkelung der einzelnen Drähte müssen solche Dichtungen in die
Rotationsrichtung des sich bewegenden Elements orientiert sein,
wie durch den Pfeil in 2A dargestellt. Eine Rotation
des sich bewegenden Elements oder Rotors in die entgegengesetzte
Richtung gegen die Anwinkelung der Drähte kann zu einer dauerhaften
Beschädigung
und/oder Versagen der Dichtung führen.
In der besonderen Anwendung der Dichtungen, die zum Beispiel im
Motor eines V-22-Osprey-Flugzeugs
erforderlich ist, ist zu beachten, daß sich während des Blattfaltungs-/Flügelverstauungsvorgangs
der Motor mit sehr niedriger Drehzahl rückwärts dreht. Dies ist erforderlich,
um die Rotorblätter
auszurichten, wenn die Flügel
verstaut werden. Diese Prozedur wird ausgeführt, um eine kleinere Flugzeugstellfläche an Bord
eines Flugzeugträgers
zu erzeugen. Eine Rückwärtsrotation
des Motors würde
die Bürstendichtungen
wie jene, die in den 2A und 2B dargestellt
werden, beschädigen
oder deren Versagen herbeiführen.
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Ein
Versuch, den Verschleiß von
Bürstendichtungen
zu begrenzen, wird im US-Patent Nr. 5,026,252 von Hoffelner offenbart,
in dem ein Gleitring zwischen der Borstenpackung der Dichtung und
dem sich bewegenden Element oder Rotor angeordnet ist, um einen
direkten Kontakt dazwischen zu vermeiden. Die Borstenenden werden
in eine Umfangsnut im Gleitring aufgenomen und es wird ermöglicht,
daß sie
frei in einer solchen Nut schweben oder sich bewegen. Obwohl der
Borstenverschleiß in
dieser Gestaltung reduziert werden kann, wird angenommen, daß die Dichtung,
die an der Grenzfläche
des Gleitrings und des Rotors geschaffen wird, nicht zufriedenstellend
ist.
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Graphitdichtungen
werden im allgemeinen verwendet, um eine Dichtung von Ölkammern
bereitzustellen und um Ölsysteme
vor Heißluft
und einer Verunreinigung zu schützen.
Ihre niedrigen Undichtigkeitsraten im Vergleich zu Labyrinth- oder
Bürstendichtungen
sind für
diese Anwendung wohlgeeignet, jedoch sind sie sehr empfindlich für Druckregler
und Summierungen von Toleranzen. Es müssen Druckgradienten bei allen Betriebsbedingungen
und insbesondere bei niedrigen Leistungs- und Leerlaufbedingungen
berücksichtigt
werden, wenn die Verwendung von Graphitdichtungen erwogen wird.
Die Dichtungen müssen
so gestaltet werden, daß sie
eine ausreichend dicke Dichtungsplatte aufweisen, und der axiale
Summenlastweg muß so
gerade wie möglich
durch die Platte gehen, um das Konischwerden der Dichtung zu verhindern.
Eine weitere Überlegung bei
Graphitdichtungen ist das Potential eines Abgangs, von Lecken oder
von eingeschlossenem Öl.
Es müssen
Vorkehrungen getroffen werden, um diese Bedingungen zu beseitigen,
die zu einem Ölbrand,
einer Rotorvibration und einer ernsten Korrosion führen können.
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Gemäß der Advanced
Subsonic Technology Initiative, die beim NASA Lewis Research Center
Seals Workshop präsentiert
wurde, wird die Entwicklung von fortschrittlichen Dichtungstechniken,
um die oben beschriebenen gegenwärtigen
Dichtungstechnologien zu ersetzen, hohe Erträge der Technologieinvestitionen liefern.
Diese Erträge
umfassen eine Reduzierung der direkten Betriebskosten um bis zu
5%, eine Reduzierung der Motorkraftstoffverbrennung von bis zu 10%,
eine Reduzierung der Motoremissionsoxide um über 50% und eine Reduzierung
der Geräusche
um 7 dB. Zum Beispiel kann die Ausgabe nur eines Bruchteils der
Kosten, die benötigt
werden, um komplette Kompressor- oder Turbinenkomponenten für eine hochentwickelte Dichtungsentwicklung
umzugestalten und neu zu bestimmen, vergleichbare Leistungsverbesserungen
erzielen. Tatsächlich
haben Motoruntersuchungen gezeigt, daß die Anwendung hochentwickelter
Dichtungstechniken an nur einigen wenigen Stellen zu einer Reduzierung
von 2,5% des spezifischen Brennstoffverbrauchs führt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
befindet sich daher unter den Aufgaben dieser Erfindung, eine Hybridbürstendichtung
zur Abdichtung eines Umfangsspalts zwischen zwei relativ zueinander
rotierenden Maschinenkomponenten wie einem Rotor und einem Stator
bereitzustellen, die niedrige Verschleißraten zeigt, die eine niedrige
Undichtig keit bereitstellt, die eine niedrige Abhängigkeit
von Zwischenräumen
zwischen dem Rotor und Stator aufweist, um annehmbare Dichtungseigenschaften
aufrechtzuerhalten, und die ein niedriges Verunreinigungspotential
aufweist.
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Diese
Aufgaben werden in einer Bürstendichtung
nach Anspruch 1 gelöst.
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Die
Erfindung gründet
auf dem Konzept, einige der Vorteile herkömmlicher Bürstendichtungen in einer verbesserten
Hybridbürstendichtung
einzusetzen, die typische Bürstendichtungseinschränkungen
des Verschleißes
und des unidirektionalen Betriebs überwindet. In der vorliegenden
Erfindung sind die mindestens zwei Gleitstücke an mindestens einem getrennten
Punkt der angrenzenden Dichtungsborsten verbunden, so daß die erste
Kante, d.h. die Vorderkante des Gleitstücks so orientiert ist, daß sie mit
dem Rotor weniger Kontakt als die zweite Kante, d.h. die Hinterkante
des Gleitstücks
aufweist. In einer Ausführungsform
ist jedes Gleitstück
an zwei beabstandeten Stellen mit den angrenzenden Dichtungsborsten
durch Elektronenstrahlschweißung
oder ähnliche
Befestigungstechniken verbunden, wodurch zwei Gelenkpunkte geschaffen
werden.
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Im
Betrieb arbeitet das Gleitstück
sehr ähnlich
zu einem Kippsegmentlager-Gleitstück. Vor der Rotation des Rotors
befindet sich das Gleitstück
mit der Rotoroberfläche
in Kontakt. Da die Vorderkante des Gleitstücks weniger Kontakt mit dem
Rotor als seine Hinterkante hat, wird, wenn sich der Rotor beginnt
zu drehen, ein hydrodynamischer Keil erzeugt, der das Gleitstück leicht
von der Oberfläche
des Rotors abhebt. Folglich „schwebt" das Gleitstück über dem
Rotor mit einem Entwurfsspalt, wie 12,7 Mikrometer (0,0005'') bis 25,4 Mikrometer (0,0010'').
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Die
Vorteile dieser Hybridbürstendichtung
sind vielfältig.
Sie wird dieselben Dichtungseigenschaften wie vorhandene Bür stendichtungen
aufweisen, wird sich jedoch in ihrer Leistung infolge eines Borstenverschleißes niemals ändern. Die
Bürstendichtungsstützplatte
kann ferner außerhalb
der I. D. bewegt werden, da das Gleitstück verhindern wird, daß sich die
Borsten in Hochdruckanwendungen umbiegen. Jedes Gleitstück wird
so gestaltet sein, daß es
vor der Rotation einen bestimmten Eingriffsbetrag mit der Welle
aufweist. Folglich kann die Dichtung während des Zusammenbaus leicht
außermittig
sein, sobald jedoch die Rotation beginnt, wird sich jedes Segment
abheben. Folglich können
enge Toleranzen gelockert werden.
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Die
Hybriddichtung kann in allen Dichtungsanwendungen, Labyrinth, Bürste und
Graphit genutzt werden. Die robuste Gestaltung wird die vorsichtige
Handhabung beseitigen, die jetzt für Graphitdichtungen erforderlich
ist, die in Schmierölsystemkammern
genutzt werden. Diese Dichtung kann es dem Motorkonstrukteur ermöglichen,
weniger Teile beim Aufbau zu verwenden, da diese Dichtung er ermöglichen
wird, daß „blinde" Anordnungen auftreten.
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Die
folgende Tabelle liefert einen Vergleich der Dichtung des Erfindungsgegenstandes
mit der gegenwärtig
erhältlichen
Technologie.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Struktur, Arbeitsweise und Vorteile dieser Erfindung werden bei
der Betrachtung der folgenden Beschreibung deutli cher werden, die
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen vorgenommen wird. Es zeigen:
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1A–1E schematische
Ansichten einer Anzahl von Labyrinthdichtungen des Stands der Technik;
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2A und 2B Ansichten
einer Bürstendichtung
des Stands der Technik;
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3 eine
Querschnittansicht der Hybridbürstendichtung
dieser Erfindung;
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4 eine
vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts der in 3 gezeigten Hybridbürstendichtung;
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5 einen
schematischen Aufriß der
in den 3 und 4 gezeigten Dichtung; und
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6 einen
schematischen Aufriß einer
alternativen Ausführungsform
der Hybridbürstendichtung
dieser Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Anfänglich auf
die 3–5 bezugnehmend,
ist die Hybridbürstendichtung 10 dieser
Erfindung dazu bestimmt, eine Dichtung zwischen zwei relativ zueinander
rotierenden Komponenten, nämlich
einem festen Stator 12 und einem rotierenden Rotor 14 zu
schaffen. Die Dichtung 10 weist eine Anzahl von Dichtungsborsten 16 auf,
die jeweils ein äußeres Ende 18,
das am Stator 12 angebracht ist, und ein inneres Ende 20 aufweisen.
Die Dichtungsborsten 16 sind vorzugsweise am Stator 12 durch
Klemmung, Schweißung,
Hartlötung
oder andere Befestigungsmittel angebracht. Die Dichtungsborsten 16 sind
in einer ringförmigen
Form angeordnet, die dem Umfangsspalt zwischen dem Stator 12 und
dem Rotor 14 entspricht. Wie in 4 am besten
zu sehen ist, erstrecken sich die Dichtungsborsten 16 zwischen
einer Niederdruckstützplatte 15 und
einer Hochdruckstützplatte 17,
die mit dem Stator 12 verbunden ist.
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In
einer gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
bestehen die Dichtungsborsten 16 aus einem Drahtmaterial,
jedoch wird es in Erwägung
gezogen, daß abhängig von
den Umgebungsbedingungen der besonderen Dichtungsanwendung andere
Materialien genutzt werden können.
In der Vergangenheit wurden Bürstendichtungsmaterialien,
einschließlich
der Dichtungsborsten, hauptsächlich
aufgrund ihrer hohen Temperatur- und Verschleißfähigkeitseigenschaften gewählt. Die
Borstendichtungen 16 dieser Erfindung berühren den
Rotor 14 nicht, wie im folgenden erläutert wird, und daher werden
verglichen mit herkömmlichen
Bürstendichtungen
andere Verschleißeigenschaften
und andere Überlegungen
in die Auswahl geeigneter Materialien für die Borstendichtungen 16 einbezogen.
Die Geometrie der Borstendichtung 16 kann in die Drehrichtung
des Rotors 14 angewinkelt sein, wie in 3 dargestellt,
oder alternativ können
die Borstendichtungen 16 gerade sein oder verschiedene
Winkel aufweisen. Der Durchmesser jeder Borstendichtung 16 kann
abhängig
von der Beschaffenheit der Dichtungsumgebung variiert werden. Zusätzlich kann
die Anzahl der Dichtungsborsten 16 variiert werden, unter
der Voraussetzung, daß mehr
Borsten 16 im allgemeinen zu einer verbesserten Dichtung führen.
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Das äußere Ende 18 der
Dichtungsborsten grenzt an mindestens zwei Gleitstücke 24 an,
die in einer dichtenden Beziehung zum Rotor 14 angeordnet
sind. In der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
ist jedes Gleitstück 24 an
getrennten Stellen 25 an den angrenzenden Dichtungsborsten 16 angebracht,
wie in 4 dargestellt, z.B. durch Schweißung, Hartlötung, Klemmung
oder andere Mittel. Vorzugsweise weist die Vorderkante 26 jedes
Gleitstücks 24 weniger
Kontakt mit dem Rotor 14 als seine Hinterkante 28 auf,
so daß bei
der Rotation des Rotors 14 ein hydrodynamischer Keil erzeugt
wird, der das Gleitstück 24 geringfügig von der
Oberfläche
des Rotors 14 um einen Betrag abhebt, der gleich dem Entwurfsspalt
zwischen dem Rotor 14 und dem Stator 12 ist. Die
Bogenlänge,
Breite, Höhe,
Geo metrie und Oberflächeneigenschaften
der Gleitstücke 24 können variiert
werden, um den hydrodynamischen Druck zwischen dem Rotor 14 und
dem Stator 12 zu erhöhen,
um die Druckdichtungsfähigkeiten
der Dichtung 10 zu variieren, und für andere Zwecke.
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5 stellt
dar, wie ein Gleitstück 24 die
Borstendichtungen 16 einfängt, und es wird in Erwägung gezogen,
daß das
Gleitstück 24 an
der Grenzfläche
mit dem Rotor 14 breiter sein kann, um den hydrodynamischen
Auftrieb während
des Betriebs zu erhöhen.
Vorzugsweise bestehen die Gleitstücke 24 aus Blechstanzteilen
oder ähnlichen
Materialien, um die Herstellungskosten zu reduzieren.
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Beispiel
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Betrachtet
man die Ausführungsform
der Bürstendichtung 10 dieser
Erfindung, die in den 3–5 dargestellt
ist, weist in einem Beispiel das Dichtungsgleitstück eine
Breite von 2,5 mm (0,10")
und eine Länge von
25,4 mm (1,0'') auf, wobei Drahtmaterial
von Haynes –25,
ein Drahtdurchmesser von 71,1 Mikrometern (0,0028''), eine freie Drahtlänge von 12,7 mm (0,5''), eine Packungsdicke von 1,8 mm (0,07''), einen Drahtlegewinkel von 47°30' und eine Drahtpackungsdichte
von 965 pro Umfangs-cm (2450 pro Umfangs-Inch) genutzt werden. Die
Belastung pro Draht kann berechnet werden, indem der einzelne Draht
als ein einseitig eingespannter Balken modelliert wird. Die resultierende
Belastung pro Draht hängt
vom Betrag der Ablenkung ab. Pro Draht kann die Belastung zwischen
4,5 × 10–4 N
und 1,1 × 10–3 N
(0,0001 Lbf und 0,00025 Lbf) liegen.
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Folglich
könnte
die Belastung pro Zentimeter (Inch) des Umfangs bis zu 1,1 N (0,6125
Lbf) betragen. Das Dichtungsgleitstück mit einer Breite von 3,0
cm (0,1''), einer Länge von
2,5 cm (1,0'') und einem typischen Druck
für hydrodynamische
Gasdichtungen zwischen 6,9 × 104 Pa und 17,2 × 104 Pa
(10–25 psi.)
kann sich zwischen 4,4 N und 11,1 N (1,0–2,5 Lbf) abheben. Natürlich werden
die Borsten bei den beiden Gelenkpunkten geringfügig steifer sein, und es wird
eine geringfügige
Reibung auf der Stützplatte
geben.
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Die
Dichtungsgestaltung wird ganz und gar wie ein Kippsegmentlager behandelt.
Bei niedrigen Drehzahlen ist der Druck an den seitlichen Begrenzungen
des Lagersegments im wesentlichen konstant und gleich dem Umgebungsdruck,
und an den Segmentvorder- und Hinterkanten gibt es einen linearen
Druckgradienten. Bei hohen Achszapfenoberflächengeschwindigkeiten (Ω·R) treten
bedeutende Momentänderungen
an der Segmentvorderkante (θ lk)
auf. Unmittelbar stromaufwärts
vom Segment kann das Fluid, das in das Segment eintritt, beruhend
auf der Lageroberflächengeschwindigkeit
ein dynamisches Druckgefälle
entwickeln, das gleich einem gewissen Bruchteil eines dynamischen
Bezugsdrucks ist, (Burton und Carper, 1967, Smalley u.a. 1974, Mon
u.a. 1991, Ettles u.a. 1968), d.h.
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Der
Koeffizient Kp ist ein empirischer Staudruckfaktor.
Burton und Carper (1967) schlagen einen Wert von Kp =
0,64 für
Hochgeschwindigkeitsströmungen
mit hohen Turbulenzpegeln auf. Das Auftreten dieses Staudruckeffekts
infolge der Achszapfenrotation an der Vorderkante eines Lagersegments
ist von fundamentaler Wichtigkeit für die Analyse von Hochgeschwindigkeitskippsegmentlagern.
Diese Gleichung wird einfach als ein Mittel verwendet, um die Wichtigkeit
einer experimentellen/empirischen Bewertung zu zeigen.
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Die
Berechnungen aus dem Computermodell können nur so gut sein wie die
Annahmen, die in der Analyse verwendet werden. Es sind kürzlich Messungen
der Kräfte
und Kraftkoeffizienten für Festbogen-Hybridlager
mit Kryo- und Surrogatfluiden erschienen. Die experimentelle Arbeit
von Childs und Hale (1994) liefert eine Fülle von Testergebnissen und
zeigt neue Direktiven für
die Forschung und Anwendung in der Luft- und Raumfahrtindustrie
auf.
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Nun
auf 6 bezugnehmend, wird eine alternative Ausführungsform
einer Hybridbürstendichtung 30 gemäß dieser
Erfindung gezeigt. Die Dichtung 30 ist im wesentlichen
dieselbe wie die Dichtung 10, die in den 3–5 gezeigt
wird, mit der Ausnahme der Struktur, um eine mögliche Hysterese in der Dichtung 10 zu verhindern.
Es wird in Erwägung
gezogen, daß unter
gewissen Umständen
im Betrieb der Dichtung 10 der 3–5 Hochdruck,
der gegen die Hochdruckstützplatte 17 wirkt,
die Borsten 16 gegen die Niederdruckstützplatte 15 drücken könnte. Eine
solche Kraft könnte
bewirken, daß die
Gleitstücke 24 der
Dynamik des Rotors 14 nicht folgen, wobei folglich eine
Dichtung- Gleitstück-Hysterese
erzeugt wird. Die Dichtung 30 der 6 ist dazu
bestimmt, dieses potentielle Problem zu beseitigen, indem sie eine
Hochdruckstützplatte 32 aufweist, die
mit einer Durchlaßöffnung 34 ausgebildet
ist, die sich in eine Öffnung 36 auf
der Niederdruckseite der Dichtung 30 erstreckt. Diese Öffnung 36 erstreckt
sich zwischen einer Niederdruckstützplatte 38 und den
Borsten 16, und wird durch einen Außenring 40, der an
einem Ende der Niederdruckstützplatte 38 angebracht
ist, und einer kleinen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Erweiterung 42 an
den Gleitstücken 24 gebildet,
die an das gegenüberliegende
Ende der Niederdruckstützplatte 36 angreift.
Mindestens etwas des Hochdruckgases aus der Hochdruckseite der Dichtung 30 tritt
in die Öffnung 36 aus,
wodurch gegen eine Bewegung der Borsten 16 gegen die Niederdruckstützplatte 38 Widerstand
geleistet wird und der oben angegebene Hystereseeffekt im wesentlichen
verhindert wird.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben worden ist, sollte durch Fachleute verstanden werden,
daß verschiedene Änderungen
vorgenommen werden können und
Elemente davon durch Äquivalente
ersetzt werden können,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen
werden, um eine besondere Situation oder ein Material an die Lehren
der Erfindung anzupassen, ohne deren wesentlichen Rahmen zu verlassen.
Daher wird beabsichtigt, daß die
Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt ist,
die als die beste Art offenbart werden, die zur Ausführung der
Erfindung erwogen wird, sondern daß die Erfindung alle Ausführungsformen
umfassen wird, die in den Rahmen der beigefügten Ansprüche fallen.
