DE19628559A1 - Sealing device for parts rotating against each other - Google Patents
Sealing device for parts rotating against each otherInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung zum Abdichten des Spaltes zwischen relativ zueinander rotierenden Teilen, nämlich einem Innenteil und einem Außenteil, mit einem zwischen dem Innenteil und dem Außenteil an geordneten, das Innenteil umgebenden Dichtungselement.The present invention relates to a sealing device for sealing the Gap between parts rotating relative to each other, namely an inner part and an outer part, with one between the inner part and the outer part orderly, sealing element surrounding the inner part.
Im Triebwerksbau gibt es eine Reihe von Anwendungsfällen, bei denen zwei ge geneinander rotierende Teile gegen den das Triebwerk durchlaufenden Gasstrom abzudichten sind. Ein derartiger Anwendungsfall ist beispielsweise die Abdichtung zwischen den Leitschaufeln und dem Rotor eines Strahltriebwerks.There are a number of applications in engine construction in which two are used parts rotating against each other against the gas flow passing through the engine are to be sealed. One such application is sealing between the guide vanes and the rotor of a jet engine.
Zur Abdichtung ringspaltförmiger Zwischenräume zwischen relativ zueinander ro tierenden Triebwerksteilen sind Dichtungseinrichtungen bekannt, bei denen das Dichtungselement eine Bürstendichtung und einen die Bürstendichtung aufnehmen den und tragenden Dichtungsträger zur Halterung der Bürstendichtung an dem äu ßeren der beiden gegeneinander abzudichtenden Teile des Triebwerks umfaßt.For sealing interstices in the form of an annular gap between ro relative to one another Tender engine parts sealing devices are known in which the Sealing element take a brush seal and the brush seal the and supporting seal carrier for holding the brush seal on the outside esser of the two parts of the engine to be sealed against each other.
Wegen der beim Betrieb eines Triebwerks auftretenden großen Temperaturunter schiede, insbesondere etwa zwischen Rotor und Leitschaufeln, treten aufgrund der unterschiedlichen Erwärmungen relativ große Änderungen der radialen Spaltbreite des Ringspalts zwischen den gegeneinander rotierenden Teilen auf, welche von den heute verwendeten elastischen Bürstendichtungen nur teilweise ausgeglichen werden können. Because of the large temperature drop that occurs when operating an engine differences, especially between the rotor and guide vanes, occur due to the different heating relatively large changes in the radial gap width of the annular gap between the parts rotating against each other, which of only partially compensated for the elastic brush seals used today can be.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dichtungseinrichtung der vorausge setzten Art, insbesondere zur Verwendung im Triebwerksbau anzugeben, welche in der Lage ist, relativ große Änderungen der radialen Höhe des abzudichtenden Zwi schenraums auszugleichen.The object of the invention is therefore to provide a sealing device in advance set type, in particular for use in engine construction, which in is able to make relatively large changes in the radial height of the seal to be sealed compensate for space.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Dichtungsein richtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved according to the present invention by a seal direction solved with the features specified in claim 1.
Gemaß der Erfindung ist eine Dichtungseinrichtung zum Abdichten des Zwischen raums zwischen zwei gegeneinander rotierenden Teilen, nämlich einem Innenteil und einem Außenteil, mit einem zwischen dem Innenteil und dem Außenteil an geordneten, das Innenteil umgebenden Dichtungselement vorgesehen. Erfindungs gemäß ist das Dichtungselement als ein das Innenteil in Form eines geschlossenen Rings umgebendes Teil ausgebildet, das gegenüber dem Außenteil in Radialrich tung beweglich gelagert ist. Die Ausführung des Dichtungselements in Form eines geschlossenen Rings hat den Vorteil, daß das Dichtungselement sich entsprechend der Temperatur eigenständig ausdehnen kann und sich somit besser an den Rings palt zwischen dem Innenteil und dem Außenteil anpassen kann.According to the invention is a sealing device for sealing the intermediate space between two parts rotating against each other, namely an inner part and an outer part, with one between the inner part and the outer part orderly, the inner part surrounding sealing element is provided. Invention according to the sealing element as a the inner part in the form of a closed Part formed around the ring, the opposite to the outer part in radial direction tion is movably mounted. The execution of the sealing element in the form of a closed ring has the advantage that the sealing element itself the temperature can expand independently and thus better on the rings gap between the inner part and the outer part can adjust.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß das Dich tungselement eine Bürstendichtung und einen Dichtungsträger zur Halterung der Bürstendichtung an dem Außenteil umfaßt, die als eine das Innenteil in Form eines geschlossenen Rings umgebende Einheit ausgebildet sind, wobei der Dichtungsträ ger gegenüber dem Außenteil in Radialrichtung beweglich gelagert ist. Dies hat des Vorteil, daß die Bürstendichtung durch den Dichtungsträger stabilisiert und dadurch ein in sich festes Dichtungselement gebildet wird. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Bürstendichtung zusammen mit dem Dichtungsträger auf einfache Art aus tauschbar ist.According to one embodiment of the invention it is provided that the you tion element a brush seal and a seal carrier for holding the Brush seal on the outer part, which as the inner part in the form of a closed ring surrounding unit are formed, the gasket ger is movably supported in the radial direction relative to the outer part. this has the advantage that the brush seal is stabilized by the seal carrier and thereby forming a solid sealing element. Another advantage is that the brush seal together with the seal carrier in a simple manner is exchangeable.
Gemäß einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Dichtungseinrichtung eine Halterungsvorrichtung umfaßt, in der der Dichtungsträger gegenüber dem Au ßenteil in Radialrichtung beweglich zentriert und gegenüber einer Verdrehung in Umfangsrichtung gesichert gelagert ist.According to one embodiment, it is provided that the sealing device comprises a mounting device in which the seal carrier opposite the Au Outer part movably centered in the radial direction and against rotation in Circumferential direction is stored securely.
Gemäß einer Weiterbildung hiervon ist es vorgesehen, daß die Halterungsvorrich tung an einem von dem Innenteil und dem Außenteil angeordnete Gleitelemente und an dem anderen von dem Innenteil und dem Außenteil angeordnete Führungs elemente enthält, wobei die Gleitelemente in Radialrichtung beweglich zentriert und gegenüber einer Verdrehung in Umfangsrichtung festgelegt in den Führungs elementen gelagert sind. Ein Vorteil hiervon ist, daß Schwingungen durch die zwi schen den Gleitelementen und den Führungselementen auftretende Reibung ge dämpft und damit das Schwingungsverhalten zwischen dem Innenteil und dem Au ßenteil verbessert wird.According to a further development of this, it is provided that the mounting device device on one of the inner part and the outer part arranged sliding elements and on the other guide arranged by the inner part and the outer part contains elements, with the sliding elements movably centered in the radial direction and fixed against rotation in the circumferential direction in the guide elements are stored. An advantage of this is that vibrations between the two friction between the sliding elements and the guide elements dampens and thus the vibration behavior between the inner part and the Au outer part is improved.
Gemäß einer Ausführungsform umfaßt die Halterungsvorrichtung ein in Form ei nes in Umfangsrichtung verlaufenden Vorsprungs ausgebildetes Anlageelement, an dem der Dichtungsträger zur Festlegung seiner Lage in Axialrichtung anliegt.According to one embodiment, the holding device comprises an egg Nes formed in the circumferential projection projection element which the seal carrier rests to determine its position in the axial direction.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Gleitelemente durch an dem Dichtungsträger vorgesehene Gleitsteine gebildet sind, die in durch die Führungselemente gebildeten Nuten in Radialrichtung beweglich gelagert sind. According to a further embodiment it is provided that the sliding elements are formed by sliding blocks provided on the seal carrier, which in through the guide elements formed grooves are movably supported in the radial direction.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Gleitelemente durch in Form von Bügeln ausgebildete Verlängerungen des durch ein gebogenes Blechteil gebildeten Dichtungsträgers vorgesehen sind, die in durch die Führungs elemente gebildeten Schlitzen in Radialrichtung beweglich gelagert sind. Der Vor teil dieser Ausführungsform ist ein geringes Gewicht der Dichtungseinrichtung und ein verminderter Aufwand und damit günstige Kosten bei der Herstellung.According to another embodiment, it is provided that the sliding elements by extensions in the form of brackets formed by a curved Sheet metal part formed seal carrier are provided, which in through the guide elements formed slots are movably supported in the radial direction. The before Part of this embodiment is a light weight of the sealing device and a reduced effort and thus low costs in production.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfaßt die Halterungsvorrichtung einen am Dichtungsträger vorgesehenen, eine sich radial auswärts öffnende Aussparung bildenden Trägerring, wobei an dem Außenteil ein in Umfangsrichtung verlaufen der Vorsprung vorgesehen ist, welcher in die Aussparung des Trägerrings mit ra dialem Spiel eingreift.According to a further embodiment, the mounting device comprises one provided on the seal carrier, a radially outwardly opening recess forming support ring, wherein extend in the circumferential direction on the outer part the projection is provided, which with ra in the recess of the carrier ring intervenes in the game.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließlich ist es vorgesehen, daß für jeden Vorsprung Führungselemente vorgesehen sind, die am Trägerring gegen eine Ver schiebung in Umfangsrichtung festgelegt sind.According to another embodiment, it is finally provided that for each Projection guide elements are provided which on the support ring against Ver shift in the circumferential direction are fixed.
Von Vorteil ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung zum Abdichten von ringspaltförmigen Zwischenräumen zwischen gegeneinander rotie renden Teilen eines Strahltriebwerks.The use of the sealing device according to the invention is advantageous for Sealing of annular gaps between rotie against each other parts of a jet engine.
Von besonderem Vorteil ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Dichtungsein richtung zum Abdichten des ringspaltförmigen Zwischenraums zwischen Rotor und Leitschaufeln eines Strahltriebwerks. The use of the seal according to the invention is particularly advantageous direction for sealing the annular gap between the rotor and Guide blades of a jet engine.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:The following are exemplary embodiments of the invention with reference to the drawing explained. Show it:
Fig. 1 im Querschnitt eine Teilansicht einer zwischen Rotor und Leitschaufeln eines Strahltriebwerks angeordneten Dichtungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; FIG. 1 is a cross-sectional view of a part disposed between the rotor and stator blades of a jet engine seal device according to a first embodiment of the invention;
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in Richtung des Pfeils A in Fig. 1; Fig. 2 is a plan view of the embodiment of Figure 1 in the direction of arrow A in Fig. 1.
Fig. 3 im Querschnitt eine Teilansicht einer zwischen Rotor und Leitschaufeln eines Strahltriebwerks angeordneten Dichtungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und Fig. 3 is a cross-sectional view of a part disposed between the rotor and stator blades of a jet engine seal device according to a second embodiment of the invention; and
Fig. 4 im Querschnitt eine Teilansicht einer zwischen Rotor und Leitschaufeln eines Strahltriebwerks angeordneten Dichtungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 4 in cross section a partial view of a sealing device arranged between the rotor and guide vanes of a jet engine according to a third embodiment of the invention.
Bei dem in Fig. 1 im Querschnitt dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Er findung dient die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung zum Abdichten eines ring-spaltförmigen Zwischenraums zwischen einem Innenteil 3 in Form des Rotors des Strahltriebwerks und einem durch eine Anzahl von Leitschaufelsegmenten 10 gebildeten Außenteil 4 gegen die durch das Strahltriebwerk durchlaufende Strö mung. In the first embodiment of the invention shown in cross section in FIG. 1, the sealing device according to the invention serves for sealing an annular-gap-shaped space between an inner part 3 in the form of the rotor of the jet engine and an outer part 4 formed by a number of guide vane segments 10 against the one formed by the Continuous jet engine flow.
Die Dichtungseinrichtung enthält einen Dichtungsträger 1, der als ein im wesentli chen kreisringförmiges Teil ausgebildet ist, welches eine Bürstendichtung 2 trägt. Wie im Stande der Technik üblich, ist die Bürstendichtung 2 beispielsweise durch mehrere Lagen eines geeigneten hitzebeständigen und widerstandsfähigen Dich tungsmaterials gebildet. Der Dichtungsträger 1 und die Bürstendichtung 2 bilden zusammen ein Dichtungselement in Form eines das Innenteil umgebenden ge schlossenen Rings, welcher gegenüber dem Außenteil 4 in Radialrichtung ver schieblich "schwimmend" gelagert ist.The sealing device contains a seal carrier 1 , which is designed as a ring part in wesentli Chen, which carries a brush seal 2 . As is customary in the prior art, the brush seal 2 is formed, for example, by several layers of a suitable heat-resistant and resistant sealing material. The seal carrier 1 and the brush seal 2 together form a sealing element in the form of a surrounding the inner part ge closed ring, which is slidably "floating" relative to the outer part 4 in the radial direction.
An dem Außenteil 4 ist ein Anlageelement 9 in Form eines koaxial zu dem Innen teil umlaufenden Randes oder Wulstes vorgesehen, welches als Anlagefläche für den Dichtungsträger 1 dient, so daß die Lage desselben bezüglich der Axialrich tung des Rotors festgelegt ist, wobei gleichzeitig eine Bewegung des Dichtungs trägers 1 gegenüber dem Anlageelement 9 in radialer Richtung möglich ist. Dabei ist das Anlageelement 9 auf der stromabwärtigen Seite der von dem Dichtungsele ment abzudichtenden Strömung angeordnet, so daß die auf das Dichtungselement einwirkenden durch die Strömung hervorgerufenen Kräfte von dem Anlageelement 9 aufgenommen werden. Weiterhin erfüllt das Anlageelement 9 die Aufgabe, den Dichtungsträger 1 gegenüber dem Außenteil 4 für die Strömung abzudichten.On the outer part 4 , a contact element 9 is provided in the form of a peripheral edge or bead coaxial to the inner part, which serves as a contact surface for the seal carrier 1 , so that the position thereof is fixed with respect to the axial direction of the rotor, while a movement of the Seal carrier 1 relative to the contact element 9 in the radial direction is possible. The contact element 9 is arranged on the downstream side of the flow to be sealed by the sealing element, so that the forces acting on the sealing element caused by the flow are absorbed by the contact element 9 . Furthermore, the contact element 9 fulfills the task of sealing the seal carrier 1 from the outer part 4 for the flow.
Auf der dem Anlageelement 9 gegenüberliegenden Seite des Dichtungsträgers 1 sind an dem Dichtungsträger 1 Gleitelemente 5 ausgebildet, die mit an dem Au ßenteil 4 ausgebildeten Führungselementen 6 so zusammenwirken, daß einerseits eine Bewegung des Dichtungsträgers 1 und damit der Bürstendichtung 2 in radialer Richtung möglich und andererseits eine Verdrehung des Dichtungsträgers 1 in Umfangsrichtung verhindert wird. Auf diese Weise wird durch die Führungs elemente 6 und die Gleitelemente 5 eine sichere Zentrierung des Dichtungsträgers erreicht. Die Gleitelemente 5 und die Führungselemente 6 bilden zusammen mit dem Anlageelement 9 eine Halterungsvorrichtung für das durch den Dichtungsträ ger 1 und die Bürstendichtung 2 gebildete Dichtungselement, welche letzterem lediglich eine Bewegung in radialer Richtung zum Ausgleich von durch Tempera turunterschiede auftretenden Abmessungsänderungen gestattet.On the opposite side of the contact element 9 of the seal carrier 1 , slide elements 5 are formed on the seal carrier 1 , which cooperate with guide elements 6 formed on the outer part 4 such that movement of the seal carrier 1 and thus the brush seal 2 in the radial direction is possible on the one hand and on the other hand a rotation of the seal carrier 1 in the circumferential direction is prevented. In this way, a safe centering of the seal carrier is achieved by the guide elements 6 and the sliding elements 5 . The sliding elements 5 and the guide elements 6 together with the contact element 9 form a mounting device for the sealing element formed by the seal carrier 1 and the brush seal 2 , which only allows the latter a movement in the radial direction to compensate for dimensional changes occurring due to temperature differences.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Gleitelemente 5 in regelmäßigen Abständen über den Umfang des Dichtungsträgers 1 verteilt. Beidseits eines jeden Gleitele ments 5 sind an jedem der das Außenteil 4 bildenden Leitschaufelsegmente 10, welches jedes die Breite B hat, jeweils zwei Führungselemente 6 vorgesehen, durch welche die Gleitelemente 5 bezüglich einer Bewegung in Radialrichtung verschieblich gelagert und bezüglich einer Verschiebung in Umfangsrichtung fest gelegt sind. Hierzu sind die Führungselemente 6 so voneinander beabstandet, daß sie eine Nut 7 freilassen, die eine geringfügig größere Breite als das Gleitelement 5 hat, so daß das Gleitelement 5 zwischen den Führungselementen 6 nach Art ei nes Gleit- oder Nutensteines in Radialrichtung hin- und hergleiten kann. Anstelle der einzelnen Führungselemente 6 kann auch ein durchlaufender Umfangsbund vorgesehen sein, der jeweils durch die axial verlaufende Nut 7 unterbrochen wird und dadurch Umfangsschultern ausbildet.As can be seen from FIG. 2, the sliding elements 5 are distributed over the circumference of the seal carrier 1 at regular intervals. On both sides of each slide element 5 , two guide elements 6 are provided on each of the outer part 4 forming guide vane segments 10 , each of which has the width B, through which the slide elements 5 are slidably mounted with respect to a movement in the radial direction and fixed with respect to a displacement in the circumferential direction are. For this purpose, the guide elements 6 are spaced from each other so that they leave a groove 7 , which has a slightly greater width than the sliding element 5 , so that the sliding element 5 between the guide elements 6 in the manner of egg nes sliding or sliding block in the radial direction back and forth can. Instead of the individual guide elements 6 , a continuous circumferential collar can also be provided, which is interrupted by the axially extending groove 7 and thereby forms circumferential shoulders.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient die Dichtungseinrichtung wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel zum Abdichten eines ringförmigen Spaltes zwischen einem durch einen Rotor eines Strahltrieb werks gebildeten Innenteil 3 und einem durch eine Anzahl von Leitschaufelseg menten 10 gebildeten Außenteil 4. Der Dichtungsträger 1 ist durch ein gebogenes Blechteil gebildet, das an seiner einen Seite an einem an dem Außenteil 4 vorgese henen Anlageelement 9 anliegt. An der dem Anlageelement 9 gegenüberliegenden Seite weist das den Dichtungsträger 1 bildende Blechteil in Form von Bügeln aus gebildete Verlängerungen auf, durch welche Gleitelemente 5 gebildet sind, die in durch an dem Außenteil 4 vorgesehene Führungselemente 6 gebildeten Schlitzen in Radialrichtung beweglich gelagert sind. Die Gleitelemente 5 und die Führungs elemente 6 wirken wiederum mit dem Anlageelement 9 im Sinne einer Lagerung zusammen, welche dem Dichtungsträger 1 und damit der Bürstendichtung 2 eine Bewegung in Radialrichtung gestatten, jedoch die Lage des Dichtungsträgers 1 bezüglich der axialen Richtung des Rotors festlegt und eine Verschiebung des Dichtungsträgers 1 in Umfangsrichtung verhindert. Die wesentliche Funktion ist eine sichere Zentrierung des Dichtungsträgers 1 bei gleichzeitig möglicher radial er Relativbewegung.In the second exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 3, the sealing device serves, as in the first exemplary embodiment, to seal an annular gap between an inner part 3 formed by a rotor of a jet engine and an outer part 4 formed by a number of guide vane segments 10 . The seal carrier 1 is formed by a bent sheet metal part which bears on one side against a contact element 9 provided on the outer part 4 . On the side opposite the contact element 9 , the sheet metal part forming the seal carrier 1 has extensions formed from brackets, by means of which sliding elements 5 are formed, which are movably supported in the radial direction in slots formed by guide elements 6 provided on the outer part 4 . The sliding elements 5 and the guide elements 6 in turn interact with the contact element 9 in the sense of storage, which allow the seal carrier 1 and thus the brush seal 2 to move in the radial direction, but determines the position of the seal carrier 1 with respect to the axial direction of the rotor and one Prevents displacement of the seal carrier 1 in the circumferential direction. The essential function is a secure centering of the seal carrier 1 with a possible radial relative movement.
Auch das in Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung dient der Abdichtung eines ringförmigen Spaltes zwischen einem durch einen Rotor eines Strahltriebwerks gebildeten Innenteil 3 und einem durch Leitschaufelsegmente 10 gebildeten Außenteil 4. Der Dichtungsträger 1 ist durch ein gebogenes Blechteil gebildet, welcher die Bürstendichtung 2 trägt. An dem Dichtungsträger 1 ist ein ebenfalls als gebogenes Blechteil ausgeführter, Trä gerring 8 angeordnet, welcher eine sich radial auswärts öffnende Aussparung 12 bildet, in die ein an dem Außenteil 4 bzw. an jeder der Leitschaufelsegmente 10 vorgesehener, in Umfangsrichtung verlaufender Vorsprung 13 eingreift. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient die durch den Trägerring 8 gebildete und mit den Vor sprüngen 13 an den Leitschaufelsegmenten 10 zusammenwirkende Trägeranord nung sowohl einer Festlegung des Dichtungsträgers 1 und damit der Bürstendich tung 2 bezüglich der axialen Richtung des Rotors 3, als auch der Ermöglichung einer Bewegung des Dichtungsträgers 1 in radialer Richtung. Zur Verhinderung einer Verschiebung bzw. Verdrehung des Dichtungsträgers 1 sind für jedes der Vorsprünge 13 Führungselemente 6 vorgesehen, welche bei dem in Fig. 4 gezeig ten Ausführungsbeispiel durch kleine Platten gebildet und am Trägerring 8 befe stigt sind.The third exemplary embodiment of the sealing device according to the invention shown in FIG. 4 also serves to seal an annular gap between an inner part 3 formed by a rotor of a jet engine and an outer part 4 formed by guide vane segments 10 . The seal carrier 1 is formed by a bent sheet metal part which carries the brush seal 2 . On the seal carrier 1 is also designed as a bent sheet metal part, Trä gerring 8 is arranged, which forms a radially outwardly opening recess 12 into which a provided on the outer part 4 or on each of the guide vane segments 10 , circumferential projection 13 engages. In this embodiment, the support ring 8 formed by the carrier ring 8 and cooperating with the projections 13 on the guide vane segments 10 serves both to define the seal carrier 1 and thus the brush seal device 2 with respect to the axial direction of the rotor 3 , and also to enable movement of the Seal carrier 1 in the radial direction. To prevent displacement or rotation of the seal carrier 1 13 guide elements 6 are provided for each of the projections, which are formed in the exemplary embodiment shown in FIG. 4 by small plates and are attached to the carrier ring 8 .
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