DE3219127C2 - Dichtungsvorrichtung für Strömungsmaschinen - Google Patents
Dichtungsvorrichtung für StrömungsmaschinenInfo
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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)
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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- 1983-02-14 FR FR838302343A patent/FR2527261B1/fr not_active Expired
- 1983-02-25 GB GB08305357A patent/GB2121124B/en not_active Expired
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