DE3219127C2 - Dichtungsvorrichtung für Strömungsmaschinen - Google Patents

Dichtungsvorrichtung für Strömungsmaschinen

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Abstract

Bei einer Abdichtung zwischen Welle (12) und Gehäuse (14) einer Strömungsmaschine mit einem durch Kolbenringe (15 und 16) begrenzten Sperrgasraum (17) wird der Sperrgasdruck durch Verändern des wirksamen Querschnittes von Entlüftungsbohrungen (20) gesteuert und damit an den abzudichtenden Gasdruck angeglichen. Die Veränderung des Querschnittes der Entlüftungsbohrungen (20) wird durch die axiale Verschiebung des betreffenden Kolbenringes (16) in Abhängigkeit des auf ihn einwirkenden Gas- bzw. Sperrgasdruckes selbsttätig bewirkt. Ein beim Einlaufen vorhandener axialer Verschleiß am Kolbenring (16) und an der Nutflanke (26) kommt durch Absinken des Sperrgasdruckes zum Stillstand.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung für die Welle einer Strömungsmaschine gegenüber deren Gehäuse, mit zwei axial voneinander beabstandeten Wellendichtungen, die einen mit Sperrgas beaufschlagbaren Sperrgasraum begrenzen und von denen mindestens eine als Kolbenringdichtung ausgebildet ist, deren Kolbenring in eine Ringnut der Welle eingesetzt ist und radial dichtend gegen die Wellendurchführungsbohrung des Gehäuses anliegt.
Derartige Abdichtungen sollen den Verlust von Schmiermittel aus den Lagerstellen der Strömungsmaschine und das Eindringen von heißen Gasen in die Lagerstellen verhindern.
Eine solche Dichtungsvorrichtung für einen Abgasturbolader ist bekannt aus der DE-OS 29 11 682.
Nachteilig dabei ist, daß sowohl der dem Verdichter entnommene Sperrgasdruck als auch der die Turbine beaufschlagende, abzudichtende Abgasdruck großen Schwankungen unterliegt. Je nachdem, welcher Druck überwiegt, gelangt der zwischen den beiden Medien liegende Kolbenring auf seiner einen oder anderen Nutflanke zur Anlage und nützt sich dabei auf Grund des großen Drehzahlunterschiedes stark ab. Gleichzeitig ist, weil die Dichtwirkung eines Kolbenringes von der Höhe des Druckunterschiedes abhängt, diese Dichtwirkung bei großen Druckunterschieden nicht ausreichend gewährleistet.
Um die Abdichtung bei allen Betriebsverhältnissen mit stark sich ändernden Gasdrücken funktionsfähig zu erhalten, ist es aus dem DE-GM 16 29 297 bekannt, den Druck in dem mit Sperrgas beaufschlagten Raum zwischen den Abdichtungen durch Entlüftungsbohrungen mit regelbarem Querschnitt so einzustellen, daß auf beiden Seiten einer Abdichtung etwa Druckgleichhcit herrscht und damit eine Leckage und eine Abnützung der Dichtung weitgehend vermieden wird.
Nachteilig dabei ist der Aufwand für die Anordnung zum Verändern des Querschnittes der Entlüftungsbohrungen sowie für die Regelvorrichtung, die in Abhängigkeit der Betriebsverhältnisse die Gründe des Entlüftungsquerschnittes und damit die Höhe des Sperr gasdruckes einstellen muß.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Anordnung zum Verändern des Entlüftungsbohrungs-Querschnittes aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß von dem Sperrgasraum ausgehende Entlüftungsbohrungen in dem Gehäuse ausgebildet sind, deren Eintrittsquerschnitt durch axiale Verschiebung des Kolbenringes steuerbar ist
Mit diesen Merkmalen ist eine einfache und ohne großen zusätzlichen Aufwand herstellbare Absperreinrichtung für die Entlüftungsbohrungen zu verwirklichen. Die Querschnittsveränderung wird in Abhängigkeit von den herrschenden Drücken durchgeführt, so daß eine Rege!vorrichtung hierfür entfallen kann. Da sich dadurch in jedem Betriebszustand auf beiden Seiten des Kolbenringes annähernd Druckgleichheit einstellt, wird der Verschleiß zwischen Kolbenring und Nutflanken der Wellennut begrenzt und eine zuverlässige Dichtung erzielt.
Bei Jer Herstellung können für die Lage der Entlüftungsbohrungen im Gehäuse bzw. der Nuten in der Welle große Toleranzen dadurch zugelassen werden, daß die axiale Verschiebung des Kolbenringes durch Verschleiß an den Anlageflächen zwischen dem Kolbenring und der vom Sperrgasraum abgelegenen Flanke der Ringnut ermöglicht und durch den sich einstellenden Druckausgleich auf beiden Seiten des Kolbenringes beendet wird.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt eines Abgasturboladers. Ein Turbinenrad 11 ist mit der Welle 12 des Abgasturboladers fest verbunden. Die Welle 12 ist in Lagern 13 gegenüber einem Gehäuse 14 gelagert. An der Durchführung der Welle 12 durch das Gehäuse 14 ist eine aus den Kolbenringen 15 und 16 bestehende Dichtungsvorrichtung angeordnet. Zwischen den Kolbenringen 15 und !6 ist ein Sperrgasraum 17 vorhanden, der über eine Leitung 18 und eine Drossel 19, z. B. von der Verdichterseite her, mit Sperrgas versorgt wird. Von dem Sperrgasraum 17 führen Entlüftungsbohrungen 20 in einen Raum 21, der mit der Atmosphäre verbunden ist.
Die Kolbenringe 15 und 16 sind in Ringnuten der Welle 12 axial geführt. Sie sind radial in einer Bohrung 22 des Gehäuses 14 eingespannt und werden dadurch bei Drehung der Welle 12 nicht mitgenommen.
Um zu verhindern, daß von der Turbinenseite über einen Spalt 24 und an den Kolbenringen 15, 16 vorbei Abgas in die Lagerstellen 13 eindringt, ist im Sperrgasraum ein gegenüber dem Abgasdruck höher liegender Sperrgasdruck erforderlich. Dieser Sperrgasdruck wirkt auf die beiden Kolbenringe 15 und 16 und versucht den Kolbenring 15 gegen das Lager 13 und den Kolbenring 16 gegen das Turbinenrad 11 axial zu verschieben.
Um einen dadurch hervorgerufenen Verschleiß zwisehen dem stillstehenden Kolbenring 15 und der entsprechenden Wellennutflanke 25 zu verhindern, wird der Kolbenring 15 durch eine Schulter 23 in der Bohrung 22 des Gehäuses 14 abgestützt.
Der auf den Kolbenring 16 wirkende, durch den
b) Sperrgasdruck verur sachte Axialschub wird durch den entgegengesetzt wirkenden, durch den Abgasdruck verursachten Axialschub teilweise ausgeglichen. Es gibt jedoch Betriebszustände, bei denen der Abgasdruck stark
reduziert oder sogar überhaupt nicht mehr vorhanden ist (z. B. bei abgeschaltetem Abgasturbolader), während der Sperrgasdruck weiterhin wirksam bleibt
Theoretisch könnte nun auch der Kolbenring 16 gegen den Sperrgasdruck im Sperrgasraum 17 mit einer entsprechenden Schulter in der Bohrung 22 abgestützt werden. Dies bereitet jedoch konstruktive Schwierigkeiten und Erschwernisse bei der Montage und Demontage des Abgasturboladers.
Um den Widerstand des Kolbenringes gegen eine axiale Verschiebung zu erhöhen, wurde deshalb eine größere Kolbenringbreite gewählt und damit eine erhöhte radiale Anpreßkraft in der Bohrung 22 für diesen Kolbenring erzielt. Diese größere Breite erlaubt darüber hinaus auch einen größeren zulässigen axialen Verschleiß des Kolbenringes.
Der Kolbenring 16 ist zunächst so angeordnet, daß er die Mündung der Entlüftungsbohrungen 20 im Sperrgasraum 17 abdeckt Dadurch baut sich in Sperrgasraum 17 ein hoher Sperrgasdruck auf, der den Gasdruck auf der Turbinenradseite im Spalt 24 übersteigt und damit ein Eindringen von Abgas in die Lagerung 15 verhindert.
Sinkt nun der Abgasdruck wie beschrieben ab, so wird der Kolbenring 16, wenn die durch den Sperrgasdruck hervorgerufene, auf ihn einwirkende Axialkraft die durch die radiale Anpreßkraft des Kolbenringes erzeugte Reibung in der Bohrung 22 überwindet gegen die Flanke 26 seiner Wellennut gedruckt Durch den dabei entstehenden Verschleiß an Kolbenring 16 und/ oder Nutflanke 26 wandert der Kolbenring axial in Richtung Turbinenrad. Dabei v/erden die Entlüftungsbohrungen 20 zunehmend aufgesteuert was ein Absin- ken des Sperrgasdruckes zur Folge hat, bie schließlich der Verschleiß gestoppt wird.
Sollte bei Wiederauftreten des Abgasdruckes dieser wesentlich über dem abgesteuerten Sperrgasdruck liegen, so wird der Kolbenring 16 wieder so lange von dem Turbinenrad 11 weg verschoben, bis durch Absperren der Entlüftungsbohrungen 20 der Sperrgasdruck bis zum annähernden Gleichgewicht gegenüber dem Abgasdruck anwächst.
Durch die sich damit lei allen Betriebszuständen selbsttätig einstellende, annähernd Druckgleichheit auf beiden Seiten des Kolbenringes wird eine zuverlässige Abdichtung erzielt und nach dem Einlaufen jeder weitere Verschleiß vermieden.
Hierzu 1 B ;itt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Dichtungsvorrichtung für die Welle einer Strömungsmaschine gegenüber deren Gehäuse, mit zwei axial voneinander beabstandeten Wellendichtungen, die einen mit Sperrgas beaufschlagbaren Sperrgasraum begrenzen und von denen mindestens eine als Kolbenringdichtung ausgebildet ist, deren Kolbenring in eine Ringnut der Welle eingesetzt ist und radial dichtend gegen die Wellendurchführungsbohrung des Gehäuses anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Sperrgasraum (17) ausgehende Entlüftungsbohrungen (20) in dem Gehäuse (14) ausgebildet sind, deren Eintrittsquerschnitt durch axiale Verschiebung des Kolbenringes (16) steuerbar ist
2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Verschiebung des Kolbenringes (16) durch Verschleiß an den Anlageflächen zwischen dem Kolbenring (16) und der vom Sperrgasraum abgelegenen Flanke (26) der Ringnut ermöglicht und durch den sich einstellenden Druckausgleich auf beiden Seiten des Kolbenringes (16) beendet wird.
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