DE3424969A1

DE3424969A1 - Fluessigkeitsringdichtung

Info

Publication number: DE3424969A1
Application number: DE19843424969
Authority: DE
Inventors: Stanley Wotton-under-Edge Gloucestershire Smith
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1983-07-08
Filing date: 1984-07-06
Publication date: 1985-01-17
Also published as: US4570947A; FR2548752A1; GB8417246D0; FR2548752B1; GB2142991B; GB8318582D0; GB2142991A; JPS6036733A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsringdichtung nach dein Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Bei Gasdichtungen dieser Bauart befindet sich eine Flüssigkeit in einer umlaufenden Flüssigkeitskammer und wird durch Fliehkraft in dieser Kammer gehalten, wo sie einen umlaufenden Flüssigkeitsring bildet, in welchen der äußere Rand eines feststehenden Ringflansches hineinragt.

Es ist bereits bekannt, derartige Flüssigkeitsringdichtungen als Gasdichtungen in Gasturbinentriebwerken einzusetzen. Solche Dichtungen können dazu verwendet v/erden, den Austritt von Öldampf aus Lagerkammern zu verringern und dadurch die Brandgefahr von in andere Teile des Triebwerks gelangendem öldampf zu verringern.

Außerdem ist es aus der GB-PS 947 789 bekannt, in einem Gasturbinentriebwerk eine Lagerkonstruktion mit einer am äußeren Lagerlaufring befestigten und damit zusanunenumlaufenden Kammer vorzusehen. In diese Kammer ragt ein feststehender Schöpflöffel hinein, dessen an seinem äußeren

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Ende angeordnete Einlaßöffnung in das öl eintaucht, das durch die Fliehkraft gegen die Umfangswand der Kammer gedrängt wird. Der Staudruck des Öls reicht aus, um es in die Eintrittsöffnung des Schöpflöffels hineinzudrücken, und von dort läuft es ab. Jedoch findet sich in dieser Patentschrift kein Hinweis auf eine Flüssigkeitsringdichtung.

Ein Gasturbinentriebwerk, bei welchem Dichtungen der oben beschriebenen Bauart und gleichzeitig ein ölablaufsystem der in der oben genannte Patentschrift beschriebenen Bauart Anwendung finden, bietet aber konstruktive Probleme. Ein in den umlaufenden Ölring eintauchender feststehender Schöpflöffel wird wahrscheinlich so große Strömungsstörungen hervorrufen, daß die Wirksamkeit der angrenzenden Plüssigkeitsring-Gasdichtung verringert wird. Außerdem müßte die Lagerkarnmer großer als normal ausgelegt v/erden, wodurch der für andere Maschinenteile verfügbare Raum eingeengt wird. Normalerweise v/eist ein Lager einen umlaufenden inneren Lagerlaufring und einen feststehenden äußeren Lagerlaufring auf, jedoch muß der feststehende Schöpflöffel des C^Tableitungssystems radial innerhalb der umlaufenden ölkaituuer angeordnet sein, in v/elcher das Öl durch die Fliehkraft gehalten wird. Infolgedessen kann ein weiteres konstruktiVv_" Problem auftreten, wenn die Gasdichtung zur Abdichtung einer Lagerkammer benötigt wird, in welcher Schmieröl die Dichtung bildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktive Anordnung zu schaffen, welche die Funktionen einer Flüssigkeitsringdichtung und eines ölableitunyssystems ohne gegenseitige Beeinträchtigung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die

im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

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Demgemäß beinhaltet die Erfindung also eine Flüssigkeitsringdichtung, die gleichzeitg als ülableitungssystem dient.

5- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Demgemäß weist nach der Erfindung die Ableitungseinrichtung zum Abführen von Flüssigkeit aus der umlauf- . enden Kammer mindestens eine in den Flansch der Flüssigkeitsring-Gasdichtung integrierten Strömungskanal auf.

Dieser Strömungskanal endigt in einer öffnung, die im Betrieb mindestens teilweise in den umlaufenden Flüssig keitsring eingetaucht ist und sich am Umfang des Flansches befindet. Der Staudruck der umlaufenden Flüssigkeit dient dazu, diese in die Eintrittsöffnung des Strömungskanals hin und durch diesen hindurch zu drücken. 20

Diese Eintrittsöffnung kann ganz oder teilweise in den umlaufenden Flüssigkeitsring eingetaucht sein, so daß das Gas, das an die₁umlaufende Flüssigkeit angrenzt und sich zusammen mit dieser bewegt, ebenfalls durch den Strömungskanal abgeführt werden kann. Obwohl im letzteren Falle eine geringfügige Leckströmung über der Dichtung auftritt, wird die Dichtwirkung nicht wesentlich beeinträchtigt.

Die Eintrittsöffnung kann an einem Vorsprung am Umfang des Flansches angeordnet sein, so daß sie mit ihrem Eintrittsquerschnitt in der Umlaufrichtung der Flüssigkeit entgegengesetzter Richtung weist.

Die umlaufende Flüssigkeitskammer kann mit Schaufeln oder dergleichen versehen sein, um eine Mitnahmewirkung

auf die Flüssigkeit, insbesondere auf von der Kammerwand entfernte Flüssigkeit, auszuüben.

Die Dichtung kann außerdem einen oder mehrere Leckkanäle aufweisen, um eine kleine Ausgleichsgasstömung über der Dichtung zu ermöglichen, damit das Druckgefälle über der Dichtung verringert werden kann. Diese Leckkanäle können auch Dampf führen, der von der Flüssigkeitsoberfläche ausgeht. Diese Leckkanäle können auch so ausgebildet sein, daß sie eine Leckströmung nur in einer Richtung über dem Flansch zulassen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung

ein Gasturbinentriebwerk, bei welchem zwei Ausführungsformen der Erfindung Anwendung finden,

Fig. 2 in vergrößertem Äxialschnitt

ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung (in Fig. 1 links dargestellt),

Fig. 3 einen Schnitt in der Ebene A-A.

in Fig. 2, und

Fig. 4 in vergrößertem Axialschnitt ein

zweites Ausführungsbeispiel dor Erfindung (in Fig. 1 rochtn dargestellt) .

Das in Fig. 1 dargesteile Gasturbinentriebwerk 10 weist ein Verdichtergebläse 12 auf, das von einer Nieder-

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druckturbine 14 über eine Welle 16 angetrieben wird. Das Gebläse 12 ist mittels eines Lagers 18 gelagert, das zwischen einem Gebläsewellenstuinpf 20 und einer feststehenden inneren Hülse 22 angeordnet ist.

Gemäß Fig. 2 ist der äußere Lagerlaufring des Lagers zusammen mit dem Gebläsewellenstumpf 20 drehbar. Die feststehende Hülse 22 trägt zwei weitere Hülsen 24 und 26, die beide einen radial auswärts ragenden Urafangsflansch aufweisen, wobei diese beiden Flansche 28 zwischen sich eine Lagerkammer 30 begrenzen.

Außerdem sind zwei radial einwärts gerichtete Umfangslippen 32 gebildet, nämlich eine an dem Wellenstumpf 20 und die andere am äußeren Lagerlaufring des Lagers 18.

Im Betrieb des Gasturbinentriebwerks 10 wird Schmieröl durch eine Ölleitung 34 zum Lager 18 gepumpt. Nachdem das Ol durch das Lager hindurchpassiert ist, wird es radial nach außen geschleudert und bildet dort Flüssigkeitsringe 36. Jeder der beiden Flansche 28 ist so bemessen, daß sein Umfang in den betreffenden Ölring eintaucht, wodurch eine Flüssigkeitsring-Gasdichtung beiderseits des Lagers 18 gebildet ist.

Am Umfang jedes der beiden Flansche 28 ist eine Mehrzahl von Eintrittsöffnungen 38 gebildet. Diese Öffnungen 38 weisen in der Drehrichtung des Öls entgegengesetzter Richtung. Der Außendurchraesser der Lagerkamraer und die Drehzahl des Gebläsewellenstumpfes 20 sind ausreichend groß, daß sich ein Staudruck des Öls aufbaut, der das öl durch eine Leitung 40 zum ölbehälter zurückfördert. Die Größe der öffnungen 38 ist so bemessen, daß sichergestellt ist, daß stets genug öl in den Flüssigkeitsringen vorhanden ist, um wirksame Gasdichtungen zu bilden.

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Jedoch sind die Öffnungen 38 dabei ausreichend groß bemessen, daß eine übermäßige ölansammlung in den Flüssigkeitsringen und ein mögliches Überlaufen über die Lippen vermieden wird. Vorzugsweise wird die Lagerkammer 30 mit Druckluft auf dem Niederdruckverdichter 11 druckbeaufschlagt und in den Getriebekasten des Triebwerks oder den Ölbehälter entlüftet, um den Aufbau von öldampf in der Lagerkammer 30 zu vermeiden.

Wie Fig. 3 zeigt, ist die ölablaufleitung 30 stromab der jeweiligen Eintrittsöffnung 38 so geführt, daß sie nur allmählich vom Umfang des betreffenden Flansches 28 wegführt. Dadurch werden die Eintrittsverluste in die Leitung 40 minimal gehalten. Der Pfeil B zeigt die Umlaufrichtung des Öls im Flüssigkeitsring an.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, Die Antriebswelle 16 ist in einem Lager 42 gelagert. Dabei ist eine Lagerkammer 44 zwischen zwei feststehenden Gehäuseteilen 46 beiderseits des Lagers 42 gebildet. Jedes Gehäuseteil 46 weist einen radial auswärts verlaufenden Umfangsflansch 48 auf, der eine Mehrzahl von an seinem Umfang angeordneten Eintrittsöffnungen 50 aufweist. Innerhalb der Lagerkammer 42 sind zwei umlaufende Gehäuseteile 52 vorgesehen. Jedes dieser umlaufenden Gehäuseteile 52 weist weitere Eintrittsöffnungen 54 auf, die jeweils über eine Leitung 56 mit dem Inneren des betreffenden Gehäuses in Verbindung stehen.

Im Betrieb des Triebwerks 10 wird öl über eine Ölleitung 58 zum Lager 42 gepumpt. Nachdem das öl durch das Lager 42 hindurchpassiert ist, wird es durch die Fliehkraft nach außen in den Bereich zwischen den feststehenden und umlaufenden Gehäuseteilen 40 und 5 2 geschleudert und bildet dort Flüssigkeitsringe 60, Aus diesen Flüssigkeits-

ringen wird das Öl durch die Eintrittsöffnungen 54 und die Leitungen 56 in das jeweils umlaufende Gehäuseteil 52 geschöpft. Das Öl-wird dort wieder radial nach außen geschleudert und bildet weitere Flüssigkeitsringe 62.

Der Umfang jedes Flansches 48 ist so bemessen, daß er in den betreffenden Flüssigkeitsring 62 eintaucht und eine Flüssigkeitsring-Gasdichtung bildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Eintrittsöffnungen 50 nicht vollständig in das Öl eingetaucht, so daß Öldampf und Luft, die zusammen mit dem Öl umlaufen, zusammen mit dem ablaufenden öl in die Eintrittsöffnungen 50 hineingedrückt werden. Die Bemessung der Flansche 48 und die Umlaufgeschwindigkeit des Gehäuseteils 52 stellen sicher, daß genügend Öldruckenergie zum Rückführen des Öls durch die Leitung 64 in den Ölbehälter zur Verfügung steht. Die Größe der Eintrittsöffnungen 50 stellt sicher, daß stets ausreichend öl in den Flüssigkeitsringen 62 vorhanden ist, um eine wirksame Gasdichtung zu bilden.

Aus dem Niederdruckverdichter 11 des Triebwerks kommende Druckluft wirkt in Richtung eines Pfeiles C auf die Flüssigkeitsring-Gasdichtungen. Eine Mehrzahl von Kanälen 6 6 in jedem Flansch 48 läßt einen Teil dieser Verdichterluft in die Lagerkaituner 44 hineinlecken. Diese Kanäle 66 dienen dazu, die auf beiden Seiten der Dichtungen wirksamen Drücke nahezu auszugleichen. Diese Kanäle 66 sind so angeordnet, daß sie, wenn das Triebwerk 10 plötzlich verzögert wird (wobei der Druck innerhalb der Lagerkammer 44 vorübergehend größer als der Druck in Richtung des Pfeiles C ist), durch Öl blockiert werden,- das dann auf der von der Verdichterluft beaufschlagten Seite der Flansche 48 durch den innerhalb der Lagerkammer 44 höheren Druck radial einwärts gedruckt wird. Die Luft und Öldampf in der Lagerkammer 44 wird in die Eintritts-Öffnungen'50 hineingedrückt und durch die Leitung 64

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zum Ölbehälter zurückgeleitet, wo Öl und Luft voneinander abgeschieden v/erden. Wenn der Luftdruck in der Lagerkammer 44 wieder ausreichend abgefallen ist, fällt
der Ölpegel über den Planschen 48 auf seinen norsnalen Zustand zurück in weichern der ülpegel beiderseits dor Flansche 48 nahezu gleich ist. Die Kanäle 6 6 sind dann wieder geöffnet und lassen einen Ausgleichsluftstrom
in die Lagerkammer 44 zu.

In den Flüssigkeitsringkammern ist eine Mehrzahl von Schaufeln 68 vorgesehen, die eine Mitnahmevrirkung auf das Öl ausüben. Diese Schaufeln verkürzen beim
Triebwerksanlauf auch die Zeit bis zum Bilden wirksamer Flüssigkeitsringe 62.

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Claims

Patentansprüche

1. Flüssigkeitsringdichtung mit einer umlaufenden Flüssigkeitskammer, in welche Flüssigkeit zugeführt wird und dort unter dem Einfluß der Fliehkraft einen Flüssigkeitsring bildet, und mit einem konzentrisch innerhalb der Flüssigkeitskaramer angeordneten feststehenden Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Bauteil einen radial auswärts gerichteten Umfangsflansch (28, 43) aufweist, der in den umlaufenden Flüssigkeitsring (36, 62) .eintaucht, und daß dieser Flansch mindestens eine Ablaufleitung (40, 64) zum Ableiten von Flüssigkeit aus der umlaufenden Flüssigkeitskammer (36, 62) enthält, wobei die Eintrittsöffnung (38, 50) dieser Ablaufleitung (40, 64) mindestens teilweise in den Flüssigkeitsring (36, 62) eingetaucht und so orientiert ist, daß der Staudruck der umlaufenden Flüssigkeit eine Förderung der Flüssigkeit durch die Ablaufleitung (40, 64) hindurch bewirkt.

2. Flüssigkeitsringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (38, 50) so ' angeordnet ist, daß sie vollständig in den Flüssigkeitsring (36, 62) eingetaucht ist.

3. Flüssigkeitsringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (38, 5Q) so angeordnet ist, daß sie nur teilweise in den Flüssigkeitsring (36, 42) eingetaucht ist und auch mit der Flüssig-

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keit zusammen umlaufendes Gas aus dem Oberflächenbereich der Flüssigkeit aufnehmen kann.

4. Flüssigkeitsringdichtung nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (38, 50) auf einem gratartigen Vorsprung am Umfang des Flansches (28, 48) angeordnet und der Umlaufrichtung der Flüssigkeit entgegengerichtet orientiert ist.

5. Flüssigkeitsringdichtung nach einem der Zmsprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Flüssigkeitskammer mit Schaufeln (68) oder ähnlichen Mitnahmeorganen zum Mitnehmen der Flüssigkeit versehen ist.

6. Flüssigkeitsringdichtung nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufleitung (40, 64) in den Flansch (28, 48) integriert ist.

7. Flüssigkeitsringdichtung nach einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestend ein Leckkanal (66) in dem Flansch (28, 48) vorgesehen ist, der eine Gasausgleichsi, trömung von der einen zur anderen Seite des Flansches (2 8, 48) ermöglicht.

8. Flüssigkeitsringdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Leckkanäle (66) so angeordnet sind, daß, wenn der Gasdruck auf der einen Seite des Flansches den Gasdruck auf der anderen Seite des Flansches so stark übersteigt, daß sich der Flüssigkeitsspiegel des Flüssigkeitsringes auf der anderen Flanschsoite radial einwärts verschiebt, die Leckkanäle (66) durch die Flüssigkeitsspiegelverschiebung blockiert v/erden.