DE69822443T2

DE69822443T2 - Turbomachinenvorrichtung mit einer Dichtung

Info

Publication number: DE69822443T2
Application number: DE69822443T
Authority: DE
Inventors: Hung Quac Tran; Lorenzo Pacchioni
Original assignee: Techspace Aero SA
Current assignee: Safran Aero Boosters SA
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2018-06-27
Also published as: EP0967424B1; EP0967424A1; US6142729A; DE69822443D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Turbomaschinen-Vorrichtung mit einer Welle, auf der eine Muffe, ein durch einen Deckel ergänztes Gehäuse sowie ein Wälzlager und eine Dichtung sitzen. In üblicher Weise besteht ein Turbomaschinen-Lager, das eine Welle hält, die sich in einem feststehenden Gehäuse dreht, aus einem Wälzlager, das in einem Raum angeordnet ist, in dem seine Schmierung gewährleistet ist. Dabei muss jedes Abwandern von Öl in bestimmte Abteilungen der Turbomaschine vermieden werden, und so muss die Dichtigkeit an der Abtrennung zwischen dem Öl enthaltenden Raum des Lagers und einem Luft enthaltenden Raum daneben, der ölfrei gehalten werden muss, gewährleistet sein.
Zu diesem Zweck wurden verschiedene Lösungen ausgeführt. So wurden Labyrinthdichtungen verwendet, die durch die Einfachheit ihrer Herstellung und eine lange Lebensdauer interessant sind. Sie können jedoch beträchtliche Luftleckagen aufweisen, die die Leistungen beeinträchtigen, und die Unwuchten der Welle können Beschädigungen verursachen.
Dies hat einen erhöhten Ölverbrauch zur Folge, da Öl von der Luft zu den Luft-Ölabscheidern mitgenommen wird, und Ölleckagen aus dem Öl enthaltenden Raum zu dem Luft enthaltenden Raum hin bleiben möglich.
Bei anderen Lösungen werden Kohlenstoffdichtungen in Verbindung mit unterschiedlichen Weisen des Einbaus verwendet. Insbesondere ist in EP-A-O 387 122 ein Ausführungsbeispiel einer segmentierten, radialen Dichtung dargestellt, und ein weiteres Beispiel wird in EP-A-O 562 895 gezeigt. Es ist zu bemerken, dass bei Verwendung von Dichtungen mit Kontakten die Luftlecks zu den Öl enthaltenden Räumen und damit der Ölverbrauch nach dem Durchgang durch einen Ölabscheider weitgehend reduziert werden. Die Stöße durch Unwuchten der Welle jedoch hat man nicht im Griff, so dass sich aus starken Reibungen Verschleißerscheinungen ergeben, was die Lebensdauer dieser Dichtungen einschränkt, die sich häufig in einer Größenordnung von tausend Stunden bewegt und für die mit dieser Erfindung verfolgte Anwendung ungenügend ist.
Mit der in dieser Erfindung vorgeschlagenen Lösung werden die verschiedenen Nachteile der bisherigen bekannten Lösungen vermieden und zugleich die gewünschte Dichtigkeit zwischen einem Luft enthaltenden Raum und einem Öl enthaltenden Raum gewährleistet. Die Vorrichtung, die diese Bedingungen erfüllt, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Labyrinthdichtung, die auf dem Teil der mit der Welle fest verbundenen Muffe sitzt, der auf der Seite zu dem Luft enthaltenden Raum hin gelegen ist, sowie dahinter einen statischen Kohlenstoffring, der keinen Kontakt mit der Welle aufweist und axial auf einer feststehenden, ringförmigen Halterung blockiert ist, umfasst, wobei dieser Kohlenstoffring mit einer Seitenfläche mit einem drehenden Ring zusammenwirkt, der von der Muffe mittels an der Muffe sitzenden Mitnehmerstiften gedreht wird, ohne feste Verbindung auf der mit der Drehwelle fest verbundenen Muffe mittels einer O-Ringdichtung zentriert ist und in axialer Richtung durch eine flache, ringförmige Feder gehalten wird, wobei die Seitenfläche dieses mit dem Kohlenstoffring in Kontakt befindlichen drehenden Rings Treibrillen dergestalt aufweist, dass in Betrieb zwischen diesen Seitenflächen eine Dichtigkeit ohne Reibung gewährleistet wird. Diese bemerkenswerten erfindungsgemäßen Anordnungen ermöglichen es, die gewünschten Ziele zu erreichen. Insbesondere ist die Luftleckage aus dem Luft enthaltenden Raum zu dem Öl enthaltenden Raum hin stark verringert, was einen kontrollierten Ölverbrauch und die Vermeidung einer schädlichen Auswirkung auf die Leistungen ermöglicht. Die Ölleckage aus dem Öl enthaltenden Raum zu dem Luft enthaltenden Raum hin wird vermieden, so dass bei den Entnahmen im Flugzeug eine nicht verunreinigte Luft verwendet werden kann. Durch Beseitigung der Reibung werden die Erhitzungen der Dichtung und die sich daraus ergebenden Beschädigungen und/oder Verschleiß vermieden. Die Lebensdauer der Dichtungen wird dadurch beträchtlich erhöht. Ferner ist die Vorrichtung unempfindlich gegen die Unwuchten, die in der Welle auftreten können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung näher hervor, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei
1 in einer Schnittansicht in einer Ebene, die durch die Drehachse der Welle verläuft, einen Teil eines Turbomaschinen-Lagers mit einer Raumdichtungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung zeigt,
2 eine vergrößerte Einzelheit von 1 darstellt, bei der der Einbau der Dichtung zu sehen ist,
3 den statischen Teil der Dichtung in Form eines Kohlenstoffrings zeigt,
4 den von einem drehenden Ring gebildeten dynamischen Teil der Dichtung zeigt.
Gemäß der Teilansicht von 1 sitzt eine Welle 1 drehbar in einem Lager, das von einem Gehäuse 2 gehalten wird und aus einem Wälzlager 3 besteht, und eine drehfest mit der Welle 1 verbundene Muffe 4 ist zwischen dem Wälzlager 3 und der Welle 1 angeordnet, wie in der Anwendung für Turbomaschinen als Anordnung an sich bekannt. Das Wälzlager 3 befindet sich in einem Raum 5, in dem sowohl Luft wie auch Öl zur Schmierung des Wälzlagers 3 vorhanden sind, wobei die Schmierung auf an sich bekannte Weise gewährleistet wird und nicht im Detail in den Zeichnungen dargestellt wurde. Bei der in der Erfindung beabsichtigten Anwendung auf eine Turbomaschine ist die Welle 1 jenseits des Traglagers von einem sogenannten Luft enthaltenden Raum 6 umgeben, der ölfrei bleiben muss, da jedes Auftreten von Öl in bestimmten Abteilungen der Turbomaschine einem reibungslosen Funktionieren abträglich wäre und insbesondere verschiedene Luftentnahmen für Flugzeugfunktionen auf an sich bekannte Weise erfolgen und dazu die Verwendung von sauberer und insbesondere ölfreier Luft nötig ist, um die Probleme der Unter-Druck-Setzung und der Filterung nicht noch zu vergrößern. Die erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung ist daher zwischen der Welle 1 und dem Gehäuse 2 der Turbomaschine an der Trenngrenze zwischen dem Öl enthaltenden Raum 5 und dem Luft enthaltenden Raum 6 angeordnet.
Die grundsätzliche Dichtigkeit wird durch eine Dichtung gewährleistet, die aus einem statischen Kohlenstoffring 7 in Verbindung mit einem drehenden Ring 8 besteht und deren Ausführungsdetails in den 2, 3 und 4 dargestellt sind.
Der drehende Ring 8 ist auf der Muffe 4 ohne feste Verbindung mittels einer O-Ringdichtung 9 zentriert. Das Mitnehmen des drehenden Rings 8 durch die Muffe 4 wird mittels Mitnehmerstiften 10 gewährleistet, die in einem umgebogenen Rand 11 der Muffe 4 sitzen. Der drehende Ring 8 wird durch eine flache, ringförmige Feder 12, die zwischen dem Wälzlager 3 und einem Absatz 13 an der Muffe 4 sitzt, in axialer Stellung in Anlage an dem umgebogenen Rand 11 der Muffe 4 gehalten. Der Kohlenstoffring 7 wird in einer feststehenden, ringförmigen Halterung 14 festgehalten, die ihn umgibt, und ein axiales Sperrsystem 15 hält den Kohlenstoffring 7 frei in der Halterung 14.
Die Dichtigkeit wird zwischen den zusammenwirkenden radialen Flächen 16 und 17 des Kohlenstoffrings 7 bzw. des drehenden Rings 8 hergestellt. Auf der Seitenfläche des drehenden Rings 8 sind Treibrillen dergestalt ausgeführt, dass bemerkenswerterweise erfindungsgemäß in Betrieb zwischen diesen einander gegenüberliegenden Flächen 16 und 17 des Kohlenstoffrings 7 bzw. des drehenden Rings 8 keine merkliche Reibung mehr entsteht, sondern ein minimales Spiel gehalten wird, wodurch ein kontrolliertes, minimales Leck der unter Überdruck stehenden Luft von dem Luft enthaltenden Raum 6 zu dem Öl enthaltenden Raum 5 hin zugelassen wird und jedes Zurückkriechen von Öl aus dem Raum 5 des Wälzlagers zu dem Luft enthaltenden Raum 6 hin verhindert wird. Ein Einstellblock 18 in Verbindung mit Schrauben 19, der zwischen der Halterung 14 des Kohlenstoffrings 7 und einem Gehäuseelement 20 angeordnet ist, gewährleistet die axiale Position des Kohlenstoffrings 7 gegenüber dem drehenden Ring 8. Ferner sind im Inneren der Halterung 14 axiale Federn 21 angeordnet, die durch einen Ring 22 festgehalten werden, der den Kohlenstoffring 7 axial dergestalt belastet, dass in freiem Zustand jedes Leck verhindert wird. Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Ring 22 und dem Kohlenstoffring 7 eine Nebendichtung 23 in der Form eines umgekehrten F angeordnet.
Ein Deckel 24 befestigt den statischen Teil der Dichtungsvorrichtung an dem Turbomaschinen-Gehäuse. Auf dem Deckel sind die Luftdruckleitung, deren Verbindung mit 25 dargestellt ist, und die Ölauffangleitung, deren Anfang mit 26 dargestellt ist, befestigt. An dem Deckel 24 sitzt ferner der statische Teil einer Labyrinthdichtung 27, die an der Muffe 4 in dem Luft enthaltenden Raum ausgeführt ist und jegliches Eindringen von Staubpartikeln verhindert, die die Grenzfläche zwischen dem Kohlenstoffring 7 und dem drehenden Ring 8 erreichen und so die Dichtigkeit beeinträchtigen könnten.
Die soeben beschriebenen einzelnen Anordnungen der Erfindung ermöglichen es, die oben ausgeführten vorteilhaften Ergebnisse zu gewährleisten, und die in Betrieb durchgeführten Versuche haben eine volle Wirksamkeit der hergestellten Dichtigkeit sowie eine vollkommene Unversehrtheit der Elemente der Vorrichtung gezeigt. Die gemachten Beobachtungen haben insbesondere den sehr geringen Ölverbrauch im Bereich der Ölabscheider, die sehr geringe Luftleckage und das Ausbleiben jeglicher Ölleckage sowie das Ausbleiben von Verschleiß an der Grenzfläche des Kohlenstoffrings 7 bestätigt. Diese vorteilhaften Ergebnisse werden insbesondere den vorteilhaften Anordnungen der Erfindung zugeschrieben:

– erzieltes Gleichgewicht der Druckverhältnisse um den Kohlenstoffring 7 herum,
– der sehr geringe Grad an Reibungen, die auf den Kohlenstoffring 7 ausgeübt werden,
– das Ausbleiben von Verformung des drehenden Rings 8,
– das perfekt eingestellte Leckspiel an der Grenzfläche zwischen dem Kohlenstoffring 7 und dem drehenden Ring 8 dergestalt, dass die Reibungen vermieden werden und dabei die notwendige minimale Luftleckage gewährleistet wird,
– die Schaffung einer lokal begrenzten Druckluftschicht zwischen dem Kohlenstoffring 7 und dem drehenden Ring 8,
– die vorteilhafte Verkoppelung zwischen den Einrichtungen des Luftdrucksystems, des Ölauffangsystems, das Vorsehen einer komplementären Labyrinthdichtung und die besonderen Modalitäten des Einbaus und der Einstellung des Kohlenstoffrings und des drehenden Rings, die die Dichtung bilden.

Claims

Vorrichtung mit einer Welle (1) einer Turbomaschine, mit einer mit dieser Welle (1) fest verbundenen Muffe (4), mit einem Gehäuse (2), das durch ein Gehäuseelement (22) verlängert und durch einen Deckel (24) ergänzt wird, sowie mit einem Lager, das aus einem Wälzlager (3) besteht, das zwischen der Muffe (4) und dem Gehäuse (2) angebracht ist, und mit einer Dichtung, die einen Öl enthaltenden Raum (5) des Wälzlagers (3) und einen Luft enthaltenden Raum (6) der Turbomaschine voneinander trennt, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Labyrinthdichtung (27), die auf dem Teil der mit der Welle fest verbundenen Muffe (4) sitzt, der auf der Seite zu dem Luft enthaltenden Raum (6) hin gelegen ist, sowie dahinter einen statischen Kohlenstoffring (7), der keinen Kontakt mit der Welle (1) aufweist und axial auf einer feststehenden, ringförmigen Halterung (14) blockiert ist, umfasst, wobei dieser Kohlenstoffring (7) mit einer Seitenfläche (16) mit einem drehenden Ring (8) zusammenwirkt, der von der Muffe (4) mittels an der Muffe (4) sitzenden Mitnehmerstiften (10) gedreht wird, mittels einer O-Ringdichtung (9) ohne feste Verbindung auf der Muffe (4) zentriert ist und in axialer Richtung durch eine flache, ringförmige Feder (12) gehalten wird, wobei die Seitenfläche(17) dieses mit dem Kohlenstoffring (7) zusammenwirkenden drehenden Rings (8) Treibrillen (18) dergestalt aufweist, dass in Betrieb zwischen diesen Seitenflächen (16, 17) eine Dichtigkeit ohne Reibung gewährleistet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sperrsystem (15) den Kohlenstoffring (7) frei in der Halterung (14) hält.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einstellblock (18) in Verbindung mit Schrauben (19), der zwischen der Halterung (14) und dem Gehäuseelement (20) angeordnet ist, die axiale Position des Kohlenstoffrings (7) gegenüber dem drehenden Ring (8) gewährleistet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass axiale Federn (21), die im Inneren der Halterung (14) angeordnet sind und durch einen Ring (22) festgehalten werden, den Kohlenstoffring (7) axial belasten, wobei zwischen dem Ring (22) und dem Kohlenstoffring (7) eine Nebendichtung (23) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Luftdruckleitungen (25) und Ölauffangleitungen (26) auf dem Deckel befestigt sind.