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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bürstendichtung, insbesondere
für die
Verwendung zwischen einem Rotor und einem Stator gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Dampfturbinen, der
Gasturbinen und Flugtriebwerke. In diesem Gebiet ist die Abdichtung
eines Spalts zwischen relativ zueinander beweglichen Bauteilen,
insbesondere zwischen einem Stator und einem Rotor, von besonderer
Bedeutung, da hierbei beispielsweise Räume gegeneinander abgedichtet werden
müssen,
in denen unterschiedliche Drücke herrschen.
Zudem ist bei Turbomaschinen in der Regel das abzudichtende Fluid
sehr heiß und
die Wellendrehzahl sehr hoch. Zur Abdichtung eines Spalts zwischen
Rotor und Stator, beispielsweise an Wellendurchtrittsstellen, sind
für Gasturbinen
oder Flugtriebwerke daher Bürstendichtungen
entwickelt worden, die gegenüber
Labyrinthdichtungen sowohl zu Einsparungen bezüglich des Bauraums als auch
zu Verbesserungen bezüglich
der Gasleckrate führen. Die
Bürstendichtung
wird in der Regel in Form von Dichtringen gefertigt, die in dem
oder an dem Stator befestigt werden.
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Der
bei kaltem Triebwerk zwischen Borsten und Rotor vorgesehene Spalt
wächst
im Betrieb durch thermische Dehnung zu. Im Hinblick auf die Druckbelastung
der Bürstendichtung
wird die Höhe des
Spalts zwischen Metallfassung und Rotor so klein wie möglich ausgeführt. Andererseits
sollte im Betrieb der Rotor die Metallfassung, die die Bürsten hält, möglichst
nicht berühren.
Insbesondere beim Anlaufen eines Flugtriebwerkes oder einer statischen Gasturbine
kommt es zu Auslenkungen des Rotors oder des Stators, die bei etwa
0,2 bis 0,7 mm liegen können.
Aus diesem Grund ist ein exakter Einbau des Dichtrings von besonderer
Bedeutung.
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Insbesondere
muss hierbei sicher gestellt werden, dass der Bürstendichtring konzentrisch
zum Rotor aufgebaut ist. Dies wird bei ungeteilten Bürstendichtringen
durch Einbringen des Bürstendichtrings
in den Stator realisiert. Der Bürstendichtring nimmt
hierbei durch das Einbringen in den Stator bzw. das Gehäuse die
Konzentrität
des Gehäuses an.
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Während eine
solche Art der Fixierung bei ungeteilten Bürstendichtringen möglich und
praktikabel ist, stellt sich bei geteilten Bürstendichtringen das Problem
der präzisen
und zuverlässigen
Fixierung der Dichtung an dem Gehäuse.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Dichtvorrichtung zu
schaffen, bei der geteilte Bürstendichtringe
zum Einsatz kommen können,
und gleichzeitig eine hohe Genauigkeit der Fixierung und ein einfacher
Aufbau des Gehäuses
gewährleistet
werden kann.
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Ausgehend
von einer Bürstendichtung
der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Bürstendichtring über seinen
Umfang aus mindestens zwei getrennten Ringteilen besteht, jeder
Ringteil mindestens eine Eingriffsaussparung aufweist und die Bürstendichtung
weiterhin Eingriffsmittel für
den Eingriff mit mindestens einer Eingriffsaussparung eines der Ringteile
umfasst, wobei die Eingriffsmittel an dem Stator befestigbar sind
und ausgelegt sind, jeweils so mit der Eingriffsaussparung zusammenzuwirken, dass
auf jeden Ringteil eine Kraft aufgebracht wird, die den jeweiligen
Ringteil in den Stator drückt.
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Durch
die Kraft, die durch die Eingriffsmittel auf die Ringteile aufgebracht
wird, können
die Ringteile an das Gehäuse
oder in eine in dem Gehäuse vorgesehene
Nut zur Aufnahme des Bürstenrings
gepresst werden. Hierdurch kann die benötigte Konzentrität bzw. Formhaltigkeit
zur Funktionstüchtigkeit
der Bürstendichtung
gewährleistet
werden. Weiterhin wird es durch die Lösbarkeit der Verbindung zwischen
den Eingriffsmitteln und dem Gehäuse
möglich,
die Befestigungskraft des Ringteils an dem Gehäuse zu beseitigen, um beispielsweise
den Ring auszutauschen.
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Bevorzugt
liegt die Wirkungsrichtung der Kraft im Bereich zwischen der tangentialen
und der radial nach außen
gerichteten Richtung des Bürstendichtrings
(10), die tangentiale und die radiale Richtung eingeschlossen.
Je größer allerdings
der radial nach außen
gerichtete Kraftanteil ist, desto besser wird die Bürstendichtung
im Stator gesichert. Eine rein tangential wirkende Kraft würde einen
Freiheitsgrad der Bewegung offenlassen, über den sich die Bürstendichtung
nach innen, d.h. auf den Rotor zu, bewegen könnte.
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Die
Eingriffsaussparungen werden bevorzugt jeweils an der Seite des
Dichtrings vorgesehen, die der Seite gegenüberliegt, an der die Borsten
hervorstehen. Vorzugsweise werden die Eingriffsaussparungen im Bereich
der Trennlinie zwischen zwei Ringteilen vorgesehen. Insbesondere
kann sich die Eingriffsaussparung von dem Ende des Ringteils erstrecken.
Diese Position der Eingriffsaussparung an dem Ringteil gewährleistet,
dass die Befestigungskraft über
einen möglichst
großen
Bereich des Ringteils wirken kann. Sind an beiden Enden eines Ringteils
Eingriffsaussparungen vor gesehen, so wirkt die Befestigungskraft über die
gesamte Länge
des Ringteils.
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Um
eine in radialer Richtung des Bürstedichtrings
auf das Gehäuse
hin gerichtete Befestigungskraft erzeugen zu können, kann die Eingriffsaussparung
eine Hinterschneidung aufweisen, in die das Eingriffsmittel eingreift.
Bevorzugte Winkel der Hinterschneidung liegen zwischen 10 und 80
Grad, noch bevorzugter zwischen 20 und 70 Grad und am bevorzugtesten
im wesentlichen 45 Grad.
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Als
Eingriffsmittel kann eine ebene Platte verwendet werden, die in
radialer Richtung oder unter einem Winkel zu dieser Richtung in
das Gehäuseinnere
hervorragen und dort in die Eingriffsaussparung eingreifen kann.
Alternativ kann das Eingriffsmittel zumindest in dem Bereich, in
dem dieses mit der Eingriffsaussparung zusammenwirkt, eine Keilform
aufweisen. Das Eingriffsmittel ist in diesem Fall eine ebene Platte
mit einer an einem Ende auf einer Seite zunehmenden Dicke. Diese
Keilform kann insbesondere für
das Zusammenwirken mit einer Eingriffsaussparung mit Hinterschneidung
dienen.
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Das
Eingriffsmittel kann an dem Stator beziehungsweise an dem Gehäuse durch
eine Schraubverbindung befestigt werden.
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In
der erfindungsgemäßen Bürstendichtung können unterschiedliche
Arten von Bürstendichtringen
verwendet werden. Beispielsweise können die Ringteile jeweils
mindestens eine Stützplatte
und eine Deckplatte sowie ein dazwischen angeordnetes Borstenteil
umfassen.
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Die
erfindungsgemäße Bürstendichtung
ist vorzugsweise für
die Verwendung in einer statischen Gasturbine oder einem Flugzeugtriebwerk
ausgelegt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
beschrieben.
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Im
Einzelnen zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
einer Bürstendichtung
gemäss
der Erfindung;
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2 eine
Schnittansicht des Bürstenrings in
dem Gehäuse;
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3 eine
Detailansicht des Ausschnitts B aus 1;
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4 eine
weitere Detailansicht des Ausschnitts B aus 1 ohne Gehäuse; und
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5 eine
Schnittansicht der erfindungsgemäßen Bürstendichtung.
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Der
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
verwendete Bürstenring 10 weist
den in 2 gezeigten Querschnitt auf. Insbesondere umfaßt dieser
eine Deckplatte 12 und eine Stützplatte 14, zwischen
denen die Borsten 16 der eigentlichen Bürste angeordnet sind. Die Borsten 16 werden über eine Klemmhülse 18 auf
einem Kern 20 gehalten und ragen zwischen der Stützplatte 14 und
der Deckplatte 12 hervor. Die Stützplatte 14 überlappt
an deren oberen Rand die Deckplatte 12. An dieser Stelle
sind die beiden Platten formschlüssig,
beispielsweise durch Bördeln,
miteinander verbunden.
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Der
Dichtring 10 ist in einer Gehäusenut 22 aufgenommen,
die sich an der Innenseite des geteilten Gehäuses 24 über dessen
Umfang erstreckt. In den Figuren ist das Gehäuse 24 nur teilweise
dargestellt, umgibt aber den Dichtring 10 in der Ansicht nach 1 über dessen
gesamten Umfang.
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Wie
sich aus der 1 ergibt, ist der Bürstendichtring 10 so
in das geteilte Gehäuse 24 eingebracht,
dass die Borsten 16 radial nach innen – zur Mitte hin – aus der
Gehäusekontur
hervorstehen, um mit einem zentralen Rotor, insbesondere einer rotierenden
Welle, (nicht dargestellt) zusammenzuwirken. Die Längsmittelachse
des Bürstendichtrings 10 und des
Rotors sind somit identisch.
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Um
diese Konzentrität
bei dem geteilten Bürstendichtring 10,
der aus zwei Ringteilen 28, 30, insbesondere Ringhälften, besteht,
gewährleisten
zu können,
sind erfindungsgemäß Spannvorrichtungen 32 vorgesehen.
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Die
Fixierung der Ringhälften 28, 30 an
dem entsprechend geteilten Gehäuse 24,
insbesondere in der Gehäusenut 22,
wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 detaillierter
beschrieben. Die beiden Ringteile 28 und 30 weisen
jeweils an ihren Enden Eingriffsaussparungen 34, 36 auf,
die sich von der Trennlinie T über
einen Teil des Umfangs des Bürstendichtrings 10 erstrecken.
Das Ende der Eingriffsaussparung 34, 36, das der
Trennlinie T abgewandt ist, weist in der dargestellten Ausführungsform
Hinterschneidungen 38 auf. Die Eingriffsaussparung 34, 36 ist
hierbei in dem oberen Teil der Stützplatte 14 vorgesehen.
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In
diese Eingriffsaussparungen 34, 36 greifen jeweils
Spannpratzen 32, die als Eingriffsmittel dienen, ein. Diese
Spannpratzen 32 haben in dem Bereich des Eingriffs mit
dem Bürstendichtring 10 einen
keilförmigen
Querschnitt 40, der mit der Form der Hinterschneidung 38 zumindest
weitgehend übereinstimmt,
wobei die Kraftübertragung
hauptsächlich
an der Spitze des keilförmigen
Querschnitts 40 erfolgen soll. An dem dem keilförmigen Querschnitt 40 gegenüberliegenden
Ende liegt die Spannpratze 32 auf dem Gehäuse 24 auf
und weist zwischen Keil 40 und Auflagefläche jeweils
eine Durchgangsbohrung 42 für jeweils eine Schraube auf, über die
die Spannpratze 32 gegen das Gehäuse 24 und die Ringteile 28, 30 gespannt
werden kann. Die Teilfugenverschraubungen 46 sind hierbei
in einer Ausnehmung 48 in dem Gehäuse 24 vorgesehen.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
werden die Ringteile 28, 30 und damit dem gesamten Bürstendichtring 10 über die
Spannpratzen 32 in die Gehäusenut 22 gepresst,
wobei die Presskraft hierbei in einem Winkel zwischen der Tangente
und der radialen Richtung des Bürstendichtrings 10 gerichtet ist,
die tangentiale und die radiale Richtung eingeschlossen. Ein radialer
Anteil wird jedoch generell bevorzugt, da dadurch im Vergleich zum
Aufbringen einer rein tangential gerichteten Kraft die Position
der Ringteile 28, 30 zusätzlich gesichert wird.
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Die
Trennlinie T zwischen den beiden Ringhälften 28, 30 verläuft über den
Teil des Bürstendichtrings 10,
in dem die Borsten 16 aufgenommen sind, entsprechend der
Borstenstellung; in der dargestellten Ausführungsform somit unter 45° zum Radius
des Dichtrings 10.
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Mit
der erfindungsgemäßen Bürstendichtung 10 können somit
zuverlässig
geteilte Bürstendichtringe
radial in einem Gehäuse
fixiert werden. Insbesondere wird die benötigte Formhaltigkeit beziehungsweise
Konzentrität
der Bürstendichtung
gewährleistet.
Da die Verbindung der Eingriffsmittel, über die die Ringteile in die
Gehäusenut
oder an das Gehäuse gepresst
werden, mit dem Gehäuse
lösbar
ausgestaltet ist, kann zum einen ein Austausch des oder der Ringteile
auf einfache Weise erfolgen. Andererseits ist, insbesondere da die
Eingriffsmittel vom Gehäuse
separate Teile darstellen, die Fertigung des Gehäuses einfach und kostengünstig. Dies
ist gegenüber
einer Fixierung des Bürstendichtrings
an dem Gehäuse
mittels Zentriernasen an dem Bürstendichtring
von großem
Vorteil, da bei dem Vorsehen von Zentriernasen die Fertigung des
Gehäuses
aufwendig und kostspielig ist. Auch die Fertigung des Bürstendichtrings
kann kostengünstig
erfolgen, da diese an den Teilfugen durch Spannpratzen oder andere
Spannvorrichtungen an den Innendurchmesser der Gehäusenut oder
des Gehäuses gepresst
werden und damit die Eingriffsaussparungen an den Enden der Ringteile
vorgesehen werden können.
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Schließlich ist
die erfindungsgemäße Bürstendichtung
auch an die Temperatur und Druckverhältnisse, die beispielsweise
in statischen Gasturbinen oder Flugtriebwerken herrschen, angepasst.
Die Fixierung erfolgt bei der erfindungsgemäßen Dichtung über Spannvorrichtungen,
die beispielsweise eingeschraubt werden können. Diese Art der Verbindung
kann, im Gegensatz zum Fixieren der Ringteile durch beispielsweise
Einkleben in das Gehäuse, auch
hohen Temperaturen standhalten.