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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine streifenähnliche
Bürstendichtung
mit einer Mehrzahl dünner
Platten, die so verarbeitet worden sind, daß sie an ihrem einen Ende dünne Auslegerstrahlen
aufweisen, sowie auf eine Bürstendichtungsanordnung
zum Abdichten zwischen einer Drehwelle und einem relativ dazu beweglichen
passenden Teil, z.B. in einem Flugzeug und in einer Gasturbine.
Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein technisches
Fachgebiet einer Bürstendichtung
und einer Bürstendichtungsanordnung,
die der Drehung oder einer sehr kleinen Änderung eines Teils in Bezug
auf das andere Teil folgen kann, um sich während der Relativbewegung zu
verformen, um wirksam zwischen beiden Teilen abzudichten.
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Wie
in 12 gezeigt ist, gibt es eine Bürstendichtungsanordnung 100 als
einen verwandten Stand der Technik zur vorliegenden Erfindung.
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12 ist
eine Schnittansicht einer Bürstendichtungsanordnung 100,
die zwischen einer Drehwelle 120 und einem Gehäuse 110,
durch das die Drehwelle 120 verläuft, montiert ist. Das Gehäuse 110 ist
ein Teil einer Dampfturbine oder einer Gasturbine. Die Bürstendichtungsanordnung 100 trennt
das Gehäuse 110 und
die Drehwelle 120, um sie fluidmäßig abzudichten.
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Die
Bürstendichtungsanordnung 100 in 12 ist
in Ringform ausgebildet und an einem Kanalabschnitt 112 des
Gehäuses 110 befestigt.
Die Hauptteile der Bürstendichtungsanordnung 100 sind eine
Bürstendichtung 109,
eine Rückplatte 102 und eine
Halteplatte 103. In der Bürstendichtung 109 sind ringsum
eine Anzahl von Borsten 101 in Form einer Wand angeordnet,
wobei ein Ende der Borsten miteinander gekoppelt ist, um einen Befestigungsabschnitt 104 zu
bilden. Die freie Stirnfläche 105 als
das andere Ende der Bürstendichtung 109 ist
der Drehwelle 120 zuge wandt. Der Durchmesser jeder verwendeten
Borste 101 ist im allgemeinen 0,02 bis 0,5 mm. Allerdings
ist ihre Dichtungsfähigkeit
verringert, da die Bürstendichtungsanordnung
aus linearen Borsten 101 in Form einer Wand ausgebildet
ist, die lediglich zusammengebracht worden ist. Um diesen Nachteil
zu überwinden,
muß die
Dicke der mit den Borsten 101 ausgebildeten Wand erhöht werden,
so daß zehntausende
oder hunderttausende von Borsten 101 verwendet werden müssen.
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An
einer Seitenfläche
der Bürstendichtung 109 befindet
sich eine ringförmige
Rückplatte 102, deren
Seitenfläche 108 die
eine Seitenfläche
der Bürstendichtung 109 berührt und
jede der Borsten 101 gegen die Wirkung des abgedichteten
Fluiddrucks auflagert.
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Auf
der anderen Seitenfläche
der Bürstendichtung 109 ist
einteilig eine als eine Ringplatte geformte Halteplatte 103 angeordnet,
um die Bürstendichtung 109 auf
der Seite ihres Befestigungsabschnitts 104 im Zusammenwirken
mit der Rückplatte 102 zu
schichten. Der Haltering 103 weist in seiner radialen Richtung
eine kleine Dicke auf, so daß die Bürstendichtung 109 freiliegt,
um zu ermöglichen, daß sich die
Bürstendichtung 109 entsprechend
dem Kontakt der Drehwelle 120 damit verformt.
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Die
Rückplatte 102,
der Befestigungsabschnitt 104 der Bürstendichtung 109 und
die Halteplatte 103 sind an einem Ende zusammengeschweißt, um sie
zu einem Verbindungsabschnitt 106 zu formen.
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In 12 ist
die durch eine durchgezogene Linie gezeigte Drehwelle 120 in
einem Zustand, in dem die Drehwelle 120 normalerweise ohne
Schwingung eingepaßt
ist, wobei jede Borste 101 relativ zu der radialen Dichtung
der Drehwelle 120 gerade und in der Drehrichtung geneigt
verläuft.
Dementsprechend wird die Oberfläche
der freien Stirnfläche 105 nach
Herstellung der Bür stendichtung 109 genau
bearbeitet, so daß sie
normal genau zu der Drehwelle 120 paßt. Da zehn- oder hunderttausende
Borsten 101, die in der freien Stirnfläche 105 in Form einer Wand
angeordnet sind, dazu neigen, sich zu verformen, ist es allerdings
schwierig, die freie Stirnfläche 105 zu
bearbeiten.
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Wenn
die Drehwelle 120 daraufhin die Bürstendichtung 109 berührt, wird
die Bürstendichtung 109 gegen
die Drehwelle 120 gedrückt,
während
ihr Neigungswinkel erhöht
wird. Gleichzeitig werden zwischen benachbarten Bürsten 101 wegen
ihrer Bewegung und/oder Verformung Lücken erzeugt.
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Falls
in diesem wie in 12 gezeigten Zustand der Druck
des abgedichteten Fluids ein hoher Druck P1 ist, wird der Differenzdruck
(P1 – P2)
zwischen P1 und einem niedrigen Druck P2 erhöht, woraufhin die zwischen
benachbarten Borsten 101 ausgebildeten Lücken weiter
vergrößert werden,
was dazu führt,
daß sich
die Dichtungsfähigkeit
verschlechtert.
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Die 13 und 14 sind
Teilvorderansichten der Bürstendichtung 109,
radial von ihrer Innenseite gesehen.
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Falls
das abgedichtete Fluid in den 13 und 14 in
die Lücken
zwischen geraden Borsten 101 eintritt, wird jede wie in 13 von
ihrer Innenumfangsseite gesehen gezeigt angeordnete Borste 101 in
der Weise zur Seite gedrückt,
daß jede
Lückenbreite
zwischen den Borsten 101, wie in 14 gezeigt
ist, erhöht
wird, wobei im Ergebnis das abgedichtete Fluid aus diesen Lücken austritt.
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Falls
die geneigten benachbarten Borsten 101 durch den oben beschriebenen
Druck voneinander getrennt werden, neigt eine der voneinander getrennten
Borsten 101 dazu, sich zu versetzen, um ihren Neigungswinkel
zu verringern, wobei sie somit so verformt wird, daß ihre Länge längs der
radialen Richtung lang ist. Dem entsprechend wird der auf die Drehwelle 120 ausgeübte Druck
erhöht,
was Verschleiß verursacht.
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Diese
Verschleißwirkung
wird beschleunigt, wenn die Dicke des Bundes der Borsten 101 groß wird,
um die Dichtungsfähigkeit
zu verbessern.
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In
diesem Zustand tritt mit Zunahme der zwischen der freien Stirnfläche 105 der
Borsten 101 und der Drehwelle 120 (es wird auf
die in 12 durch eine Strichpunktlinie
gezeigte Drehwelle verwiesen) auf der diametral gegenüberliegenden
Seite ausgebildeten Lücke
C das abgedichtete Fluid aus der Lücke C aus.
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Ferner
gibt es eine Dichtungsanordnung als einen weiteren verwandten Stand
der Technik, wie sie in 15 gezeigt
ist. In dieser Figur sind entlang der Umfangsrichtung der Drehwelle 120 dünne plattenähnliche
Blätter
als eine Dichtung 209 gestapelt, um zwischen einer Hochdruck-Seitenfläche P1 und einer
Niederdruck-Seitenfläche
P2 abzudichten.
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Der
Außenumfangsabschnitt
der Dichtung 209 der plattenähnlichen Blätter wird hartgelötet, um einen
Befestigungsabschnitt 104 zu bilden. Daraufhin wird die
Dichtung 209 über
den hartgelöteten
Befestigungsabschnitt 104 an dem Kanalabschnitt des Gehäuses 110 befestigt.
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Außerdem ist
auf der Seitenfläche
der Dichtung 209 im Bereich P2 der Niederdruckseite eine Rückplatte 102 angeordnet,
während
auf der Seitenfläche
im Bereich P1 der Hochdruckseite eine Halteplatte 103 angeordnet
ist, wobei beide Platten 102 bzw. 103 beide Seiten
der Dichtung 209 halten.
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Allerdings
hat die Dichtung 209 mit den gestapelten dünnen plattenähnlichen
Blättern,
die einen ringförmigen
Körper
bil den, wenn die Drehwelle 120 exzentrisch gegen die in
der obigen Weise ausgebildete Dichtung 209 drückt, keinen
Platz, um die eigene elastische Verformung aufzunehmen, so daß die der
federnden Verformung entsprechende Federkonstante erhöht wird.
Somit ist es für
die Dichtung 209 schwierig, dem exzentrischen Verhalten
der Drehwelle 120 zu folgen.
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Ferner
wird in der Dichtung 209, in der dünne plattenähnliche Blätter in Richtung der Wirkung
des abgedichteten Fluiddrucks gestapelt sind, erzwungen, daß zwischen
benachbarten Platten Lücken
erzeugt werden. Dies verursacht ein Problem in bezug auf ihre Dichtungsfähigkeit
für das
Austreten von Fluid.
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Darüber hinaus
enthält
die Dichtung 209, die einen ringförmigen Körper bildet, hunderttausende dünner plattenähnlicher
Blätter,
die in der Ringrichtung gestapelt sind. Somit ist es äußerst schwierig, die
Dichtung 209 herzustellen. Da die Länge entlang des Außenumfangs
des ringförmigen
Körpers
der Dichtung 209 länger
als die entlang des Innenumfangs ist, müssen ferner zwischen den dünnen plattenähnlichen
Blättern
an ihren Außenumfangsseiten Abstandshalter
angeordnet sein, um die Differenz der Länge dazwischen zu kompensieren.
Allerdings bleiben zwischen den Oberflächen der gestapelten plattenähnlichen
Blätter
weiter Lücken.
Unter diesem Gesichtspunkt besteht ebenfalls das Problem der Dichtungsfähigkeit.
Außerdem
wird in diesem Aufbau, dessen Flexibilität verringert sein kann, die
freie Stirnfläche 105 der
Dichtung 209 wegen ihrer verschlechterten elastischen Reaktion
schnell abgenutzt.
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Wenn
in der wie oben beschrieben aufgebauten Bürstendichtungsanordnung 100 das
abgedichtete Fluid auf die Borsten 101 wirkt, werden dazwischen,
wie in 14 gezeigt ist, Lücken erzeugt, da
die Borsten 101 willkürlich
zusammengesammelt sind, um ein Bündel
in der Form einer Wand zu bilden.
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Wenn
die Drehwelle 120 als ein Ergebnis einer Oszillation oder
Schwingung die Bürstendichtung 109 berührt, wird
die Bürstendichtung 109 ferner
gegen die Drehwelle 120 gedrückt, wobei, wie in 12 gezeigt
ist, gleichzeitig ihr Neigungswinkel erhöht wird. Falls die Anzahl der
Borsten 101 erhöht
wird, um die Dichtungsfähigkeit
zu verbessern, wird die elastisch reagierende Verformung jeder Borste 101 während der
Berührung
der Drehwelle 120 verschlechtert, was dazu führt, daß der Verschleiß an den
Berührungsoberflächen gefördert wird.
Die Dichtungsfähigkeit
wird weiter verringert.
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Außerdem besteht
in der Dichtung 209 mit dünnen plattenähnlichen
Blättern,
die so gestapelt sind, daß sie
einander in Richtung der Wirkung des abgedichteten Fluids berühren, die
Neigung, daß zwischen
den dünnen
plattenähnlichen
Blättern
Lücken
erzeugt werden, die zum Austreten des abgedichteten Fluids führen. Da
die Flexibilität
des freien Endes 105 der Dichtung 209 begrenzt
ist, wird sie außerdem
schnell abgenutzt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der wie oben erwähnten Probleme
gemacht, wobei es ein technisches Problem der Erfindung ist, zu
ermöglichen,
Bürstendichtungseinheiten
leicht eine nach der anderen zu stapeln, um eine Bürstendichtung
so fertig zu stellen, daß die
Schlitze, die dünne
Strahlen einer Bürstendichtungseinheit
definieren, durch die dünnen
Strahlen einer benachbarten Bürstendichtungseinheit,
die an der richtigen Stelle angeordnet ist, gesperrt sind.
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Ein
weiteres technisches Problem ist die Schaffung einer leichten Konstruktion,
Verarbeitung und Herstellung. Ein nochmals weiteres technisches Problem
ist die Verringerung der Herstellungs- und Montagekosten der Bürstendichtung.
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Ferner
ist es ein nochmals weiteres technisches Problem, die Dichtungsfähigkeit
selbst dann zu verbessern, wenn die Stape lungsdicke der Bürstendichtung
dünn ist,
und die elastische Verformung der Bürstendichtung in Bezug auf
die durch die Drehwelle ausgeübte
Druckkraft zu verbessern sowie den Verschleiß an der Bürstendichtung durch die Drehwelle
zu verringern.
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Außerdem ist
es ein abermals weiteres technisches Problem, die Bürstendichtung
mit einer guten Fähigkeit
der Bürstendichtung
zu schaffen, in Reaktion auf die Relativversetzung zwischen der
Bürstendichtung
und dem Außenumfang
der Drehwelle zu folgen, um die Dichtungsfähigkeit zu verbessern.
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Der
nächstliegende
Stand der Technik ist auch in der US-B1-6 196 550 zu finden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Bürstendichtung
einer Bürstendichtungsanordnung geschaffen,
die an einem von zwei relativgedrehten Teilen montierbar ist, zum
Abdichten des zwischen den zwei Teilen gegebenen Zwischenraums,
mit: einer Mehrzahl von Bürstendichtungseinheiten,
von denen jede einen streifenähnlichen
Bürstenabschnitt auf
der dem anderen Teil zugewandten Seite aufweist und einen Grundplattenabschnitt
auf der der Bürstenabschnittsseite
gegenüberliegenden
Seite hat, wobei der Bürstenabschnitt
mit dünnen
Strahlen ausgebildet ist, von denen jeder zwischen zwei Schlitzen
liegt, und wobei der Grundplattenabschnitt an dem einen Teil festlegbar
ist; und einer Mehrzahl von Positionierabschnitten, die sich mit
Teilungsabständen
beabstandet in dem Grundplattenabschnitt der Bürstendichtungseinheit befinden;
wobei die Teilungsabstände
der Positionierabschnitte so festgesetzt sind, daß durch
Relativversetzen der Positionierabschnitte der benachbarten, zu
stapelnden Bürstendichtungseinheiten
um einen Teilungsabstand die streifenähnlichen Schlitze und die dünnen Strahlen
einander überlappen
können;
dadurch gekennzeichnet, daß eine
Bürstendichtungseinheit
eine Mehrzahl von geteilten, modularen Platten aufweist, wobei eine
modulare Platte eine Verbindungsaussparung an ihrem einen Ende und
einen Verbindungsvorsprung an ihrem anderen Ende aufweist, und wobei
die Verbindungsaussparung und der Verbindungsvorsprung der modularen
Platte miteinander gekoppelt sind.
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Benachbarte
Bürstendichtungseinheiten werden
so gestapelt, daß ihre
Positionierabschnitte um eine Teilung relativversetzt sind. Somit überlappen
die Schlitze einer Bürstendichtungseinheit
die dünnen
Strahlen der benachbarten Bürstendichtungseinheit,
während
die Strahlen der einen Bürstendichtungseinheit
die Schlitze der benachbarten überlappen,
um dadurch die Schlitze abzudichten.
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Daraufhin
wird eine weitere Bürstendichtungseinheit
mit einer Versetzung um eine Teilung in den Positionierabschnitten
relativ zu einer der zwei Bürstendichtungseinheiten,
die bereits gestapelt worden sind, gestapelt. Die Schlitze und die
dünnen Strahlen
dieser Bürstendichtungseinheiten überlappen
sich in der gleichen Weise wie beschrieben.
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Es
ist äußerst schwierig
für eine
Montagevorrichtung, die Bürstendichtungseinheiten
mit den dünnen
Strahlen und Schlitzen einander genau überlappend zu stapeln. Dagegen
wird mit solchen Positionierabschnitten leicht eine Stapelungsbedingung
erreicht, die wirksam für
die Dichtungsfähigkeit
ist.
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Dementsprechend
wird es möglich,
die Dichtungsfähigkeit
der Bürstendichtung
selbst dann zu verbessern, wenn die Anzahl der zu stapelnden Bürstendichtungseinheiten
kleiner ist. Außerdem
wird erwartet, daß der
Reibungsverschleiß wirksam
verhindert wird, da die Bürstendichtung
wegen der kleineren Anzahl der gestapelten Bürstendichtungseinheiten Flexibilität besitzt
und sich entsprechend dem Kontakt der Drehwelle elastisch verformen
kann. Außerdem
ist es leicht, die Bürstendichtungseinheiten zu
montieren, wobei sich außerdem
die Genauigkeit bei der Montage beträchtlich verbessert.
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Die
Bürstendichtungseinheit
kann eine Mehrzahl von geteilten, modularen Platten aufweisen, so
daß die
modulare Platte eine Verbindungsaussparung an ihrem einen Ende und
einen Verbindungsvorsprung an ihrem anderen Ende aufweist, wobei
die Verbindungsaussparung und der Verbindungsvorsprung der modularen
Platte miteinander gekoppelt sind.
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Es
ist möglich,
modulare Platten aus einer dünnen
Platte bei Verbesserung der Werkstoffausbeute herzustellen. Die
erhaltenen modularen Platten werden unter Verwendung der jeweiligen
Verbindungsaussparung und des jeweiligen Verbindungsvorsprungs miteinander
gekoppelt, um eine Bürstendichtungseinheit
zu bilden. Durch das Stapeln zur Montage unter Verwendung der Positionierabschnitte ist
es möglich,
die Bürstendichtung
leicht mit einer genauen Form und einer guten Dichtungsfähigkeit herzustellen.
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Die
Positionierabschnitte können
als Löcher ausgebildet
sein. Da die Positionierabschnitte als eine Mehrzahl von Positionierlöchern ausgebildet sind,
ist es in der Bürstendichtung
möglich,
leicht und genau mit Mikrotechnik wie etwa einem Ätzprozeß oder einem
maschinellen Bearbeitungsprozeß zu
bearbeiten. Dementsprechend wird erwartet, die Positioniergenauigkeit
und die Dichtungsfähigkeit
zu verbessern.
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Die
Positionierabschnitte der Bürstendichtungseinheit
und die Positionierabschnitte der Bürstendichtungseinheit, die
der erstgenannten Bürstendichtungseinheit
zugewandt ist, können
als Aussparungen und Vorsprünge
ausgebildet sein, die passend miteinander eingreifen können, wenn
sie lageausgerichtet sind.
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Wenn
eine Bürstendichtungseinheit
mit Positionierabschnitten, die als Vorsprünge ausgebildet sind, und die
andere, benach barte Bürstendichtungseinheit
mit Positionierabschnitten, die als Aussparungen ausgebildet sind,
an ihren Positionierabschnitten aufeinander ausgerichtet sind, um
sie zu stapeln, sind beide Positionierabschnitte miteinander in
Eingriff, während
gleichzeitig die Schlitze und die dünnen Strahlen, die ihnen zugewandt
sind, einander überlappen.
Dementsprechend gibt es keine durch die Schlitze in Richtung der
Wirkung des abgedichteten Fluids ausgebildeten Lücken, wodurch das abgedichtete
Fluid wirksam abgedichtet wird.
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Eine
Bürstendichtungsanordnung
kann an einem von zwei relativgedrehten Teilen montiert sein, zum
Abdichten des zwischen den zwei Teilen gegebenen Zwischenraums,
gekennzeichnet durch: eine Bürstendichtung
mit gestapelten Bürstendichtungseinheiten,
von denen jede einen streifenähnlichen Bürstenabschnitt
auf der dem anderen Teil zugewandten Seite aufweist und einen Grundplattenabschnitt
auf der der Bürstenabschnittsseite
gegenüberliegenden
Seite hat, wobei der Bürstenabschnitt mit
dünnen
Strahlen ausgebildet ist, von denen jeder zwischen zwei Schlitzen
liegt, und wobei der Grundplattenabschnitt an dem einen Teil festgelegt
ist einen Rückplattenabschnitt
mit einem Befestigungsabschnitt, der mit einem Positionierstift
versehen ist, welcher geeignet ist, in den Grundplattenabschnitt der
Bürstendichtung
zu passen, und einer Lagerfläche
zum Auflagern der Seitenfläche
der Bürstendichtung;
und einen Halteabschnitt zum Halten des Grundplattenabschnitts der
Bürstendichtung
im Zusammenwirken mit dem Rückplattenabschnitt;
wobei der Grundplattenabschnitt jeder Bürstendichtungseinheit mit Positionierabschnitten
versehen ist, in denen Löcher
mit einer Teilung ausgebildet sind; wobei jede Teilung als ein solcher
Abstand definiert ist, daß, wenn
die Positionierabschnitte der benachbarten, gestapelten Bürstendichtungseinheiten
relativversetzt sind, die Schlitze und dünnen Strahlen der benachbarten
Bürstendichtungseinheiten
einander überlappen;
und wobei der Positionierstift des Rückplattenabschnitts in ein
Loch der Positionierabschnitte der Bürstendichtung paßt, um dadurch
den Rückplattenabschnitt
mit der Bürstendichtung
zu koppeln.
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Benachbarte
Bürstendichtungseinheiten können so
gestapelt sein, daß ihre
Positionierabschnitte um eine Teilung relativversetzt sind. Somit überlappen
die Schlitze einer Bürstendichtungseinheit
die dünnen
Strahlen der benachbarten Bürstendichtungseinheit,
während
die Strahlen der einen Bürstendichtungseinheit
die Schlitze der benachbarten überlappen.
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Es
ist äußerst schwierig
für eine
Montagevorrichtung, die Bürstendichtungseinheiten
mit den dünnen
feinen Strahlen und Schlitzen wie in der Konstruktion spezifiziert
einander genau überlappend
zu stapeln. Dagegen wird durch Versetzen eines Positionierabschnitts
gegen den anderen leicht eine Stapelungsbedingung erreicht, die
wirksam für
die Dichtungsfähigkeit
ist.
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Außerdem wird
es möglich,
die Bürstendichtung
ohne Abweichung unter den Bürstendichtungseinheiten
genau und leicht zu montieren, indem ein Positionierabschnitt auf
den Positionierstift des Rückplattenabschnitts
eingepaßt
und gegen den Halteabschnitt geschichtet wird.
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Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung und um zu zeigen, wie diese verwirklicht werden kann,
wird nun beispielhaft Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 eine
Schnittansicht ist, die halb eine erste Ausführungsform einer Bürstendichtungsanordnung
zeigt;
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2 eine
axiale Vorderansicht der in 1 gezeigten
Bürstendichtung
ist;
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3 eine
Teildraufsicht der in 1 gezeigten Bürstendichtung
radial von ihrer Innenseite gesehen ist;
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4 eine
Teildraufsicht radial von der Innenseite gesehen ist, die den Zustand
zeigt, in dem das abgedichtete Fluid auf die Bürstendichtung der vorliegenden
Erfindung in 1 wirkt;
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5 eine
Draufsicht einer modularen Platte ist, die eine Bürstendichtungseinheit
bildet, die eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 eine
Draufsicht einer Bürstendichtungseinheit
ist, die eine zweite Ausführungsform zeigt;
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7 eine
Draufsicht eines weiteren Beispiels der modularen Platte in 5 ist;
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8 eine
Draufsicht ist, die einen Zustand zeigt, daß zwei in 7 gezeigte
modulare Platten gestapelt sind, wobei ihre Positionierabschnitte
um eine Teilung gegeneinander versetzt sind;
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9 eine
Draufsicht ist, die einen Zustand zeigt, daß drei in 7 gezeigte
modulare Platten gestapelt sind, wobei ihre Positionierabschnitte
um eine Teilung gegeneinander versetzt sind;
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10 eine
Draufsicht ist, die einen Zustand zeigt, daß vier in 7 gezeigte
modulare Platten gestapelt sind, wobei ihre Positionierabschnitte
um eine Teilung gegeneinander versetzt sind;
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11 eine
Draufsicht einer Bürstendichtungseinheit
ist, in der eine Mehrzahl der modularen Platten einer dritten Ausführungsform
montiert sind;
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12 eine
Schnittansicht ist, die halb eine herkömmliche Bürstendichtung zeigt;
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13 eine
Teildraufsicht einer Bürstendichtung
in 11 ist, radial von ihrer Innenseite gesehen;
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14 eine
Teildraufsicht, radial von der Innenseite gesehen, ist, die den
Zustand zeigt, in dem abgedichtetes Fluid auf die Bürstendichtung
der vorliegenden Erfindung in 11 wirkt;
und
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15 eine
Teilseitenansicht ist, die eine weitere herkömmliche Dichtung zeigt.
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Die
Bürstendichtungsanordnung
in 1 ist ein Beispiel, das zum Abdichten des Zwischenraums zwischen
einem Gehäuse 50 und
einem Laufrad 60 einer Gasturbine angeordnet ist, um in
eine Seite hohen Drucks P1 und eine Seite niedrigen Drucks P2 zu trennen.
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2 ist
eine Draufsicht, die eine Bürstendichtung 2 zeigt,
die an der in 1 gezeigten Bürstendichtungsanordnung 1 montiert
ist.
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Ein
Befestigungsabschnitt 20 auf der Außenumfangsseite der Bürstendichtungsanordnung 1 ist als
eines von zwei Teilen über
ein Befestigungsteil 12 von einer Seite an einer in der
Innenumfangsoberfläche
des Gehäuses 50 positionierten
Stufe 51 befestigt. Der Befestigungsabschnitt 20 kann
an einem durch eine Kombinationsstruktur ausgebildeten Kanalabschnitt
befestigt sein. Das freie Ende 5 der Innenumfangsseite
der Bürstendichtungsanordnung 1 berührt die
gegenüberliegende
Außenumfangsoberfläche des
Laufrads (der Drehwelle) 60 als das andere Teil oder befindet
sich näher
zu dieser. Somit dichtet die Bürstendichtungsanordnung 1 das
abzudichtende Fluid auf der Seite hohen Drucks P1 ab.
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Die
Hauptteile der Bürstendichtungsanordnung 1 sind
eine Bürstendichtung 2,
ein Rückplattenabschnitt 6 und
ein Halteabschnitt 10.
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Unter
ihnen ist die Bürstendichtung 2,
wie in 2 gezeigt ist, durch Stapeln dünner plattenförmiger Bürstendichtungseinheiten 3 hergestellt.
Die Bürstendichtungseinheit 3 ist
so verarbeitet, daß sie Schlitze 9 aufweist,
die so auf der Innenumfangsseite der ringförmigen dünnen Platte zur Drehrichtung
des Laufrads 60 geneigt sind, daß zwischen zwei Schlitzen 9 jeweils
einer einer Anzahl dünner
Strahlen 8 ausgebildet ist. Die dünnen Strahlen 8 und
die Schlitze 9 bilden als Ganzes einen Bürstenabschnitt 3A in Form
eines Streifens. Die Bürstendichtungseinheit 3 besitzt
einen Grundplattenabschnitt 3B und ist an dem Außenumfang
des Grundplattenabschnitts 3B am Gehäuse 50 montiert.
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Wie
in 3 gezeigt ist, ist jeder zwischen Schlitzen dieses
Bürstenabschnitts 3A ausgebildete dünne Strahl 8 in
seinem Querschnitt zu einem Dreieck geformt. Daraufhin sind eine
Mehrzahl von Bürstendichtungseinheiten 3 gestapelt
und in axialer Richtung des Laufrads 60 angeordnet, um
eine Wand zu bilden.
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Ein
Beispiel der oben beschriebenen Bürstendichtungseinheit 3 wird
so erhalten, daß eine
dünne,
ringförmige
Platte durch Drahtelektroentladung oder Ätzen so verarbeitet wird, daß sie an
ihre Innenumfangsseite Schlitze 9, die Lücken bilden,
und dünne
Strahlen 8 aufweist. Der Querschnitt der dünnen Strahlen 8 ist
rechteckig (rechteckig, falls die dünne Platte eine größere Breite
als Dicke aufweist, während
er quadratisch ist, falls die Breite und Dicke gleich sind), wobei
eine Seite des Querschnitts (0,2–0,005) × (0,3–0,008) mm, vorzugsweise (0,15–0,008) × (0,2–0,01) mm,
lang ist. Ihre Länge liegt
innerhalb 5– 50
mm. Die Querschnittsform des dünnen
Strahls ist nicht darauf begrenzt, daß sie rechteckig ist. Es kann
irgendeines aus einem Oval, einem Trapez und einem Dreieck verwendet
werden.
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Die
Wanddicke der Bürstendichtung 2 ist
auf 0,5–5
mm festgesetzt; allerdings ist sie je nach dem Druck des abgedichteten
Fluids oder Konstruktionsbedingungen festzusetzen. Der Grundplattenabschnitt 3B der
Bürstendichtungseinheit 3 ist
außerhalb
des Bürstenabschnitts 3A in
Form eines dünnen ringförmigen Blatts
ausgebildet. In dem Grundplattenabschnitt 3B sind ringsum
Positionierabschnitte 4 als beispielhafte Positionierlöcher 4A vorgesehen. Die
Teilungen für
diese Positionierlöcher 4A sind
etwas voneinander verschieden. Diese Unterschiede werden in dem
Konstruktionsprozeß so
festgesetzt, daß eine
Dimensionsbeziehung derart erhalten wird, daß dann, wenn eine Bürstendichtungseinheit 3 auf eine
weitere gestapelt ist, wobei die Positionierlöcher 4A der einen
Bürstendichtungseinheit 3 um
eine oder zwei Teilungen von den Positionierlöchern 4A der anderen
versetzt sind und die Positionierlöcher 4A aufeinander
ausgerichtet sind, die Schlitze 9 der einen Bürstendichtungseinheit 3 jeweils
mit den dünnen Strahlen 8 der
anderen überlappen.
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Mit
anderen Worten, wie in 3 gezeigt ist, sind die Schlitze 9 in
den gestapelten Bürstendichtungseinheiten 3 auf
Zickzackweise angeordnet.
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3 ist
eine Draufsicht der Bürstendichtung 2,
radial von ihrer Innenseite gesehen. Wenn die Bürstendichtung 2 wie
in 3 gezeigt ausgebildet ist, sind die Bürstendichtungseinheiten 3 auf
eine Dicke gestapelt, die von der gewünschten Dichtungsfähigkeit
abhängt.
Die Teilungen in den Positionierabschnitten sind so ausgebildet,
daß die
Schlitze 9 der Bürstendichtungseinheit 3 mit
den dünnen
Strahlen der benachbarten Bürstendichtungseinheit 3 gesperrt
sind. Dementsprechend ist es durch Ausrichten der benachbarten Bürstendichtungseinheiten
auf voneinander verschiedene Positionierabschnitte 4 möglich, unabhängig von
der Anzahl gestapelter Bürstendichtungseinheiten 3 leicht
und genau zu montieren.
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Die
Bürstendichtungseinheit 3 ist
aus einer dünnen
Platte aus Stahl, aus rostfreiem Stahl, aus einer Legierung auf
Nickelgrundlage, aus einer Keramik oder dergleichen ausgebildet.
Da die Bürstendichtungseinheit
durch Mikrotechnik wie etwa durch Drahtelektroentladungs- und Ätzprozesse
bearbeitet wird, wird sie mit hochgenauen Abmessungen versehen.
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Wenn
die Bürstendichtungseinheit 3 auf
den Rückplattenabschnitt 6 gelegt
wird, wird das Positionierloch 4A auf den in dem Rückplattenabschnitt 6 eingepaßten Positionierstift 7 eingepaßt. Da der
Positionierstift 7 und das Loch 4A in Kontakt
miteinander passen, kann die Bürstendichtungseinheit 3 genau
an der richtigen Stelle angeordnet werden. Die Operation zum Stapeln
für die
Montage der Bürstendichtungseinheit 3 ist
leicht, wobei wegen der genau positionierten Anordnung für die Montageoperation eine
hochgenaue Montage erhalten werden kann. Da der Grundplattenabschnitt 3B nicht
geschweißt
zu werden braucht, um den Befestigungsabschnitt 20 zu bilden,
gibt es außerdem
keine Verwerfung oder Unregelmäßigkeit
wegen Wärmeverformung.
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4 ist
eine Teildraufsicht, radial von der Innenseite gesehen, die den
Zustand zeigt, in dem das abgedichtete Fluid auf die Bürstendichtung 2 der vorliegenden
Erfindung in 3 wirkt. Aus 4 ist verständlich,
daß die
Schlitze 9 teilweise gezwungen werden, sich leicht zu öffnen, falls
der Druck des abgedichteten Fluids stark auf die Bürstendichtung 2 wirkt.
Allerdings wird jeder Schlitz 9 durch die benachbarten
dünnen
Strahlen 8 auf beiden Seiten in Kontakt gedrückt, um
dadurch wirksam zu verhindern, daß der Fluiddruck durch den
Schlitz geht, um ihn zu öffnen.
Somit kann das abzudichtende Fluid ab gedichtet werden, wobei die
Dichtungsfähigkeit der
Bürstendichtung 2 verbessert
wird.
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5 ist
eine Draufsicht einer modularen Platte 5, die eine Bürstendichtungseinheit 3 bildet, die
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 ist eine
Draufsicht einer Bürstendichtungseinheit 3,
in der die in 5 gezeigten modularen Platten 5 kombiniert
sind. Die 7 bis 10 sind
Draufsichten, die die Stapelordnung der modularen Platten 5 als
ein weiteres Beispiel der modularen Platte in 5 zeigen.
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Um
eine ringförmige
Bürstendichtungseinheit
zu bilden, sind die Schlitze 9 in 5 auf der
Seite des Grundplattenabschnitts 3B etwas breiter hergestellt.
Auf einer Seite des Grundplattenabschnitts 3B ist eine
Verbindungsaussparung 15A vorgesehen, während auf seiner anderen Seite
ein Verbindungsvorsprung 15B vorgesehen ist.
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In
dem Grundplattenabschnitt 3B sind vier Positionierlöcher 4A vorgesehen,
die die Positionierabschnitte 4 bilden. Die Verbindungsaussparung 15A dieser
modularen Platte 5 wird mit dem Verbindungsvorsprung 15B einer
nächsten
modularen Platte 5 gekoppelt.
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Dadurch,
daß eine
Mehrzahl modularer Platten 5 auf diese Weise eine nach
der anderen gekoppelt werden, wird die wie in 6 gezeigte
Bürstendichtungseinheit 3 fertiggestellt.
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Wenn
diese Bürstendichtungseinheiten 3 der Reihe
nach gestapelt werden, werden die Positionierlöcher 4A, die die Positionierabschnitte 4 bilden, für jede Bürstendichtungseinheit 3 ringsum
um eine Teilung versetzt. Im Ergebnis werden die Bürstendichtungseinheiten 3,
wie in 3 gezeigt ist, so gestapelt, daß jeder
Schlitz jeden dünnen
Strahl 8 überlappt.
Es ist leicht, die Bürstendichtungseinheiten 3 durch
Einpassen der Positionierlöcher 4A auf
den in dem Rückplattenabschnitt 6 vorgesehenen
Positionierstift 7 zu stapeln. Wie in 3 gezeigt
ist, ist es außerdem
möglich,
die Schlitze und die dünnen Strahlen
leicht zu kombinieren und genau auszurichten.
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7 ist
eine Draufsicht einer modularen Platte 5 eines weiteren
Beispiels, die durch Mikrotechnik mit chemischem Ätzprozeß hergestellt
worden ist. Die dünnen
Strahlen 8 des Bürstenabschnitts 3A sind
zur Drehrichtung des Laufrads 60 geneigt, und die Breite
des Schlitzes 9 oder der Abstand des Strahls 8 ist
sehr klein hergestellt. In dem Grundplattenabschnitt 3B sind
vier Positionierlöcher 4A ausgebildet.
Die Teilungen P1, P2, P3 für
diese Positionierlöcher 4A sind
etwas voneinander verschieden. Die Dimensionen in der physikalischen
Beziehung zwischen den Positionierabschnitten 4, den Schlitzen 9 und
den dünnen
Strahlen 8 jeder modularen Platte 5 sind so konstruiert,
daß die
gestapelten Bürstendichtungseinheiten 3 eine
wie in 3 gezeigte Beziehung zeigen. Mit anderen Worten,
die Bürstendichtungseinheit 3 ist
in einer solchen Dimensionsbeziehung ausgebildet, daß jeder
Schlitz 9 einer Bürstendichtungseinheit 3 und
jeder dünne
Strahl seiner benachbarten Bürstendichtungseinheit 3 einander durch
Relativversetzen der benachbarten Bürstendichtungseinheit 3 um
eine Teilung überlappen
können.
Um eine Mehrzahl modularer Platten aufeinander folgend zu verbinden,
sind an jedem Ende des Grundplattenabschnitts 3B eine Verbindungsaussparung 15A und
ein Verbindungsvorsprung 15B vorgesehen.
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8 zeigt
einen Zustand, in dem in zwei benachbarten modularen Platten 5 das
erste Positionierloch 4A einer modularen Platte 5 auf
das zweite Positionierloch 4A der anderen modularen Platte 5 ausgerichtet
ist, mit anderen Worten, in dem die eine modulare Platte 5 um
eine Teilung relativ zu der anderen versetzt ist.
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9 zeigt
einen Zustand, in dem drei modulare Platten 5 gestapelt
sind. Sie sind um eine Teilung in der Stapelordnung relativversetzt.
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10 zeigt
einen Zustand, in dem vier modulare Platten gestapelt sind. Sie
sind um eine Teilung in der Stapelordnung relativversetzt.
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Bei
dieser Art der Stapelung wird es möglich, die Bürstendichtung 2 leicht
in Form eines Kreisbogens oder eines Rings auszubilden. Ferner können die
Bürstendichtungseinheiten
gestapelt werden, während
die Schlitze 9 und die dünnen Strahlen 8 wie in 3 gezeigt
einander überlappen.
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11 ist
eine Draufsicht einer geraden Bürstendichtungseinheit 3 mit
einer Mehrzahl modularer Platten 5 mit einem in 5 gezeigten
Aufbau. Um eine vorgegebene Länge
zu erhalten, werden sie jeweils unter Verwendung einer Verbindungsaussparung
und eines Verbindungsvorsprungs 15A und 15B, die
an den jeweiligen Enden vorgesehen sind, verbunden. Wenn jede Bürstendichtungseinheit 3 gestapelt
wird, wird das Positionierloch 4A zu einer weiteren Bürstendichtungseinheit 3 relativversetzt
und auf ein anderes Positionierloch 4A der anderen Bürstendichtungseinheit 3 ausgerichtet,
wobei die benachbarten dünnen
Strahlen 8 und Schlitze 9 somit einander überlappen.
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Es
ist ein Vorteil der Kombination der modularen Platten 5,
daß für die Bürstendichtungseinheit 3 irgendeine
Form verwendet werden kann. Aus einer dünnen Platte wird nur eine ringförmige Bürstendichtungseinheit 3 erhalten.
Demgegenüber
können
aus einer dünnen
Platte wegen ihrer guten Ergiebigkeit eine Anzahl modularer Platten
erhalten werden.
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Da
die modularen Platten 5 aus einer dünnen Platte hergestellt werden,
ist es darüber
hinaus möglich,
sie mit Mikrotechnik wie etwa Drahtelektroentladung, chemischem Ätzen, Laserstrahl-
und Elektronenstrahlprozessen genau auszubilden.
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In
jeder Bürstendichtung
und in jeder Bürstendichtungsanordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die folgenden ausgezeichneten Wirkungen erwartet.
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Wenn
bei der vorliegenden Bürstendichtung die
benachbarten Bürstendichtungseinheiten
so gestapelt werden, daß ihre
Positionierabschnitte um eine Teilung relativversetzt sind, überlappen
sich die streifenähnlichen
Schlitze einer Bürstendichtungseinheit
mit den dünnen
Strahlen der benachbarten Bürstendichtungseinheit,
während
sich die Strahlen der einen Bürstendichtungseinheit
mit den streifenähnlichen
Schlitzen der benachbarten überlappen und
die Schlitze somit gesperrt sind.
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Dadurch,
daß zwei
benachbarte Bürstendichtungsplatteneinheiten
in der Weise gestapelt werden, daß die Positionierabschnitte
einer Dichtungsplatteneinheit um eine Teilung von den Positionierabschnitten
der anderen Bürstendichtungseinheit versetzt
sind, überlappen
benachbarte streifenähnliche
Schlitze und dünne
Strahlen der Bürstendichtungseinheiten
einander.
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Dementsprechend
ist es möglich,
die Bürstendichtungseinheiten
selbst dann mit ihren Schlitzen und dünnen Strahlen einander überlappend
zu stapeln, wenn die dünnen
Strahlen fein sind. Allein dadurch, daß die Positionierabschnitte
mit einer anderen Teilung ausgerichtet werden, wird eine Stapelbedingung
erreicht, die wirksam für
die Dichtungsfähigkeit
ist.
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Dementsprechend
wird es möglich,
die Dichtungsfähigkeit
der Bürstendichtung
selbst dann zu verbessern, wenn die Anzahl der zu stapelnden Bürstendichtungseinheiten
kleiner ist. Da die Bürstendichtung
wegen der kleineren Anzahl der gestapelten Bür stendichtungseinheiten Flexibilität aufweist
und sich entsprechend dem Kontakt der Drehwelle elastisch verformen
kann, wird außerdem
erwartet, daß der
Reibungsverschleiß wirksam
verhindert wird. Ferner sind die Bürstendichtungseinheiten leicht
zu montieren und kann außerdem
die Genauigkeit der Montage beträchtlich
verbessert werden.
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Es
ist möglich,
aus einer dünnen
Platte mit verbesserter Werkstoffausbeute modulare Platten herzustellen.
Die erhaltenen modularen Platten können unter Verwendung der jeweiligen
Verbindungsaussparung und des jeweiligen Verbindungsvorsprungs miteinander
gekoppelt werden, um eine Bürstendichtungseinheit
auszubilden. Durch das Stapeln zum Montieren unter Verwendung der
Positionierabschnitte ist es möglich,
die Bürstendichtung leicht
mit einer genauen Form und guten Dichtungsfähigkeit herzustellen.
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Außerdem ist
es möglich,
durch Kombinieren der konstruierten modularen Platten eine vorgegebene
Bürstendichtungseinheit
zu erhalten. Ferner kann jede der Bürstendichtungseinheiten, die
in modularer Platten zerlegt worden sind, genau so, wie sie ist,
unter Verwendung der Positionierabschnitte wieder montiert werden,
wodurch es möglich
ist, die Bürstendichtungen
ohne Entfernung des Laufrads aus dem Gehäuse zu montieren.
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Es
ist möglich,
mit Mikrotechnik wie einem Ätzprozeß oder maschinellen
Bearbeitungsprozeß leicht
und genau zu verarbeiten. Dementsprechend wird erwartet, daß die Positioniergenauigkeit
und die Dichtungsfähigkeit
verbessert werden.
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Wenn
eine Bürstendichtungseinheit
mit Positionierabschnitten, die als Vorsprüngen ausgebildet sind, und
die andere, benachbarte Bürstendichtungseinheit
mit Positionierabschnitten, die als Aussparungen ausgebildet sind,
an ihren Positionierabschnitten aufeinander ausgerichtet werden,
um sie zu stapeln, gelangen beide Positionierabschnitte miteinander
in Eingriff, wobei gleichzeitig die Schlitze und die dünnen Strahlen,
die ihnen zugewandt sind, einander überlappt werden. Dementsprechend
gibt es keine Lücken,
die durch die Schlitze in Richtung der Wirkung des abgedichteten
Fluids ausgebildet werden, wodurch das abgedichtete Fluid wirksam
abgedichtet wird.
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Dadurch,
daß zwei
benachbarte Bürstendichtungseinheiten
in der Weise gestapelt werden, daß die Positionierabschnitte
einer Bürstendichtungseinheit
um eine Teilung von den Positionierabschnitten der anderen Dichtungsplatteneinheit
versetzt sind, überlappen
benachbarte streifenähnliche Schlitze
und dünne
Strahlen der Bürstendichtungseinheiten
einander.
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Es
ist äußerst schwierig
für eine
Montagevorrichtung, die Bürstendichtungseinheiten
mit den dünnen,
feinen Strahlen und Schlitzen wie in der Konstruktion spezifiziert
genau einander überlappend
zu stapeln. Dagegen wird durch das Versetzen der einen Positionierabschnitte
von den anderen Positionierabschnitten leicht eine Stapelbedingung
erzielt, die wirksam für
die Dichtungsfähigkeit
ist.
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Außerdem wird
es möglich,
die Bürstendichtung
ohne Abweichung zwischen den Bürstendichtungseinheiten
genau und leicht zu montieren, indem die Positionierabschnitte auf
den Positionierstift des Rückplattenabschnitts
eingepaßt
und gegen den Halteabschnitt geschichtet werden.