DE60320559T2

DE60320559T2 - Hydraulische Wellendichtung mit Gasfilm

Info

Publication number: DE60320559T2
Application number: DE2003620559
Authority: DE
Inventors: Sean Hamden McCutchan
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2023-11-13
Also published as: EP1531295B1; EP1531295A1; DE60320559D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Dichtungssystem zur Verwendung bei einer Rotationsmaschine, wie z. B. einer Gasturbinenmaschine.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem grundlegenden Problem bei derzeitigen Ausbildungen, die für die Abdichtung eines Ringraums zwischen zwei konzentrischen Wellen ins Auge gefasst werden, wobei eine Rotationsbewegung der Dichtungselemente aufgrund des Nicht-Vorhandenseins von stationären Befestigungsstellen erforderlich ist. Dichtungsverfahren des Standes der Technik beinhalten eine massive zusätzliche Dichtung, wie z. B. einen Kolbenring. Für jegliche Anwendungen zwischen Wellen, bei denen keine stationären Dichtungselemente vorhanden sind, erzeugen durch eine massive zusätzliche Dichtung entstehende Trägheitskräfte hohe Reibungskräfte zwischen der zusätzlichen Dichtung und deren Abstützelementen, so dass eine axiale Bewegung verhindert ist oder zumindest unerwünschter Verschleiß entsteht.
Frühere hydraulische Dichtungen für Anwendungen zwischen Wellen bei einer Gasturbinenmaschine sind in der GB 2125118A und der US 4570947 offenbart.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Dichtungssystems zur Verwendung bei einer Rotationsmaschine.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Dichtungssystems, das in der Lage ist, einen Ringraum abzudichten, der zwischen zwei konzentrischen Wellen mit gleichlaufender Rotationsbewegung oder gegenläufiger Rotationsbewegung ausgebildet ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Dichtungssystems, das in der Lage ist, den zwischen einer Welle und einem stationären Element gebildeten Ringraum abzudichten.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Dichtungssystems, bei dem sich die Gasleckage von einer Hochdruckzone in eine Zone mit niedrigerem Druck reduzieren lässt.
Die vorstehend genannten Ziele werden durch die Dichtungsanordnung der vorliegenden Erfindung erreicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Dichtungssystem zur Verwendung bei einer Rotationsmaschine vorgesehen, wie dieses im Anspruch 1 angegeben ist.
Weitere Details der hydraulischen Wellendichtung mit Gasfilm gemäß der vorliegenden Erfindung sind in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den Begleitzeichnungen angeführt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungsfigur zeigt ein Wellendichtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS (DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE)
Die Zeichnungsfigur veranschaulicht ein Wellendichtungssystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Anordnung wird eine Flüssigkeit in Kombination mit einem Gasfilm verwendet, um in einem Ringraum 15, der sich zwischen einem ersten und einem zweiten Element 16 bzw. 18 befindet, eine Gasströmung von einer Zone 12 mit hohem Druck P_h in eine Zone 14 mit niedrigerem Druck P_L zu vermindern. Das erste und das zweite Element 16 und 18 können zwei Wellen mit gleichlaufendem oder gegenläufigem Rotationsverhal ten sein, die eine Mittellinie 40 aufweisen. Alternativ hierzu kann es sich bei dem einen der Elemente 16 und 18 um eine Welle handeln, und bei dem anderen der Elemente 16 und 18 kann es sich um ein stationäres Element handeln.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist eine Rinne 20 in dem Ringraum 15 durch das zweite Element 18 sowie durch Teile 22 und 24 gebildet. Der Teil 22 weist ein radial verlaufendes Element auf, das von dem zweiten Element 18 wegragt und vorzugsweise integral mit diesem ausgebildet ist. Der Teil 24 weist ein Ringelement mit V-förmigem Querschnitt, das einen ersten Schenkel 25, der an dem zweiten Element 18 befestigt ist, sowie einen zweiten Schenkel 27 in einem Winkel zu dem ersten Schenkel 25 aufweist. Der Teil 24 kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten, in der Technik bekannten Mittels an dem zweiten Element 18 angebracht sein.
Die Rinne 20 ist mit einer Flüssigkeit 26, wie z. B. Öl, gefüllt. Die Pegel 29 und 31 der Flüssigkeit werden durch die Drücke P_h bzw. P_L aufrechterhalten. Eine Rippe 28 ist in der Rinne 20 vorgesehen. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ragt die Rippe 28 in die Flüssigkeit 26 hinein. Die Rippe 28 ist an dem ersten oder inneren Element 16 angebracht und weist eine sich durch diese hindurch erstreckende Passage 33 auf. Die Rippe 28 kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten, in der Technik bekannten Mittels an dem ersten Element 16 angebracht sein.
Im Gebrauch lässt man etwas Gas von der Hochdruckzone 12 durch die Passage 33 in der Rippe 28 hindurch strömen, um einen Gasfilm oder eine Gas/Flüssigkeits-Mischung 30 zu schaffen, die die Flüssigkeit 26 von einer schräg verlaufenden Oberfläche 32 der Rippe 28 trennt. Der Gasfilm oder die Mischung 30 bietet weniger Reibung als die Teile 18, 22 und 24, so dass sich die Flüssigkeit 26 mit einer Geschwindigkeit rotationsmäßig bewegen kann, die an die Geschwindigkeit des zweiten Elements 18 angenähert ist. Die Oberfläche 32 ist zu dem Zweck winkelig angeordnet, den Gasfilm oder die Mischung 30 entlang der Oberfläche 32 zu halten. Die resultierende Fluidträgheit verhindert nahezu gänzlich eine Gasleckage von der Hochdruckzone 12 zu der Niedrigdurckzone 14. Auf diese Weise wird eine Flüssigkeitsdichtung geschaffen, die eine Gasleckage zwischen den beiden Elementen 16 und 18 verhindert. Wie vorstehend erwähnt worden ist, kann es sich bei den beiden Elementen 16 und 18 um Wellen handeln, die sich in entgegengesetzten Richtung oder in der gleichen Richtung drehen.
Bei der Flüssigkeit 26 in dem Dichtungssystem handelt es sich vorzugsweise um Öl, das im Betrieb der Rotationsmaschine nachgefüllt wird.
Es ist erkennbar, dass gemäß der vorliegenden Erfindung eine hydraulische Wellendichtung mit Gasfilm geschaffen worden ist, die den vorgenannten Zielsetzungen, Mitteln und Vorteilen vollständig Genüge leistet. Die vorliegende Erfindung ist zwar im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsbeispielen von dieser beschrieben worden, jedoch können weitere Alternativen, Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden, wie sich diese den Fachleuten nach Lektüre der vorstehenden Beschreibung erschließen. Somit sollen diese Alternativen, Modifikationen und Änderungen, wie diese in den breiten Umfang der beigefügten Ansprüche fallen, mit umfasst sein.

Claims

Dichtungssystem (10) für eine Rotationsmaschine, aufweisend: ein erstes Element (16) und ein zweites Element (18), die einen Ringraum (15) bilden; eine Hochdruckzone (12) und eine Niedrigdruckzone (14) in dem Ringraum (15); und eine Flüssigkeitsdichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Element (16, 18) und zwischen der Hochdruckzone (12) und der Niedrigdruckzone (14) zum Reduzieren der Gasleckage von der Hochdruckzone (12) in die Niedrigdruckzone (14), wobei die Flüssigkeitsdichtung eine Rinne (20), die eine Flüssigkeit (26) enthält, sowie eine Rippe (28) aufweist, die in die Flüssigkeit (26) in der Rinne (20) hineinragt, wobei die Rippe (28) ein sich durch diese hindurch erstreckende Gaspassage (33) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (28) eine schräg verlaufende Oberfläche (32) aufweist und dass ein Gasfilm (30) auf der schräg verlaufenden Oberfläche (32) gebildet wird, um die Flüssigkeit (26) von der schräg verlaufenden Oberfläche (32) zu separieren.
Dichtungssystem nach Anspruch 1, wobei das erste Element (16) ein stationäres Element aufweist und das zweite Element (18) eine Welle aufweist.
Dichtungssystem nach Anspruch 1, wobei das erste Element (16) eine erste Welle aufweist und das zweite Element (18) eine zweite Welle aufweist.
Dichtungssystem nach Anspruch 3, wobei sich die erste Welle (16) und die zweite Welle (18) ko-rotationsmäßig bewegen.
Dichtungssystem nach Anspruch 3, wobei sich die erste Welle (16) und die zweite Welle (18) gegenläufig rotationsmäßig bewegen.
Dichtungssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Rinne (20) durch das zweite Element (18) gebildet ist und wobei ein erster Teil (22) an dem zweiten Element (18) angebracht ist und ein zweiter Teil (24) an dem zweiten Element (18) angebracht ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 6, wobei der erste Teil ein sich radial erstreckendes Element (22) aufweist, das von dem zweiten Element (18) wegsteht.
Dichtungssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei der erste Teil (22) mit dem zweiten Element (18) in integraler Weise ausgebildet ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei der zweite Teil einen ersten Schenkel (25), der an dem zweiten Element (18) angebracht ist, sowie einen zweiten Schenkel (27) in einem Winkel zu dem ersten Schenkel (25) aufweist.