DE60113069T2

DE60113069T2 - Dichtungsanordnung für Turbomaschinenlager

Info

Publication number: DE60113069T2
Application number: DE60113069T
Authority: DE
Inventors: Quac Hung Tran; Sebastien Rouelle
Original assignee: Techspace Aero SA
Current assignee: Safran Aero Boosters SA
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: EP1262696A1; DE60113069D1; EP1262696B1; US20020180156A1

Description

Zweck der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für das Lager eines Turbotriebwerks.
Stand der Technik
Die Verwendung von Dichtungen für Lagerräume von Turbotriebwerken, die ein Wälzlager umfassen, das zwischen einer Muffe, die mit einer Welle verbunden ist, montiert ist, sowie eine Lageraufnahme und eine Dichtungsaufnahme, und die dazu dienen, den Ölraum des Wälzlagers vom Luftraum des Turbotriebwerks zu trennen, ist an sich wohlbekannt. Es gibt im wesentlichen zwei Arten solcher Dichtungen, einerseits Radialdichtungen, die berührungslos sein können oder nicht, andererseits Axialdichtungen.
Solche Arten von Radialdichtungen sind insbesondere aus den Druckschriften EP-0818607, US-3874677, EP-0387122, EP-0491624, EP-1055848 bekannt.
Ebenso sind in den Druckschriften EP-0967424 und US-4398730 Axialdichtungen dieses Typs beschrieben.
Durch die Verwendung solcher – berührungsloser oder nicht berührungsloser – Axial- oder Radialdichtungen wird das Entweichen von Luft in die Ölräume und folglich der Ölverbrauch nach dem Durchströmen eines Entölers weitgehend begrenzt.
Jedoch sind die Auswirkungen der Wellenunwucht nicht unter Kontrolle, aufgrund hoher Reibungskräfte können sich Verschleißerscheinungen zeigen, was die Lebensdauer solcher Dichtungen natürlich begrenzt.
Dies trifft insbesondere bei speziellen Anwendungen zu, für die die Lebensdauer (häufig in der Größenordnung von einigen Tausend Stunden) überhaupt nicht ausreichend ist.
Ziele der Erfindung
Diese Erfindung hat die Aufgabe, die nach dem Stand der Technik vorhandenen Probleme zu lösen. Insbesondere hat die Erfindung die Aufgabe, das Entweichen von Luft aus dem Luftraum in den Ölraum zu kontrollieren und gleichzeitig Öllecks vom Ölraum in den Luftraum zu vermeiden, und zwar bei jeder möglichen Flugkonfiguration, auch im Fall von Gegendruck.
Eine zusätzliche Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Erhitzung der Dichtungen durch Reibung zu kontrollieren, und dadurch den Verschleiß zu senken.
Schließlich hat die Erfindung auch die Aufgabe, eine Lösung zu finden, um die Lebensdauer solcher Dichtungen zu erhöhen.
Wichtigste charakteristische Elemente der Erfindung
Diese Erfindung hat folglich die Aufgabe, die Verwendung von segmentierten axialen Kohlenstoffdichtungen vorzuschlagen, die eine Auftriebswirkung in einem Lager eines Turbotriebwerks aufweisen, wodurch verschiedene Probleme nach dem Stand der Technik gelöst werden sollen.
Diese Erfindung betrifft eine Dichtung für das Lager eines Turbotriebwerks, das ein Wälzlager umfasst, das auf eine Muffe, die mit einer Welle verbunden ist, montiert ist, sowie eine Lageraufnahme und eine Dichtungsaufnahme, wobei das besagte Lager es ermöglicht, den Ölraum des Wälzlagers von einem Luftraum eines Turbotriebwerks zu trennen; die besagte Dichtung umfasst eine Aufnahme, einen Drehring, der auf den auf der Ölraumseite befindlichen Teil der Muffe montiert ist, einen segmentierten Kohlering, der das Einblasen von Luft am Umfang zwischen den Verbindungsstellen der aufeinander folgenden Kohleringsegmente ermöglicht, ein System zur axialen Sicherung und Verdrehsicherung des Kohlerings, durch das dieser Kohlering im freien Zustand und im Betrieb in seiner Aufnahme gehalten werden kann; wobei das besagte Sicherungssystem weder die Welle noch die Aufnahme berührt und der segmentierte Kohlering im freien Zustand durch Federn in axialer Richtung gegen den Drehring gedrückt wird und auf seiner Radialseite ein System zum Einblasen von Luft am Umfang aufweist, das mit dem Drehring über dessen Radialseite zusammenwirkt, wobei der Drehring mit den Segmenten des Kohlerings zusammenwirkt, so dass Tragnuten erzeugt werden, die während des Betriebs eine dynamische Abdichtung ohne Reibung zwischen den Radialflächen gewährleisten. Durch die Auftriebswirkung wird die Reibung zwischen den einzelnen Segmenten des Kohlerings und dem Drehring verhindert, indem der entweichende Luftstrom kontrolliert wird; somit wird die Lebensdauer der Dichtung praktisch ins Unendliche gesteigert.
Vorzugsweise wird eine halbstatische Abdichtung dadurch erreicht, dass die Segmente des Kohlerings mittels einer kreisförmigen Dehnfeder, die in einer Nut sitzt, gegen die Aufnahme gepresst werden, wobei diese halbstatische Dichtung direkt in dem segmentierten Kohlering hergestellt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Drehring in axialer Richtung durch eine Ringfeder vom Typ Tellerfeder gehalten, die durch ein Kompressionsprüfsystem der Tellerfeder mittels einer elastischen Dichtung mittig auf der Muffe gehalten wird; dieser Drehring, der durch Stifte eines axialen und Verdrehsicherungssystems in Drehung versetzt wird, blockiert diesen Kohlering im freien Zustand.
Vorteilhafterweise ermöglichen die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen das Einblasen von Luft am Umfang durch die Verbindungsstelle der Segmente, um die Auftriebswirkung zu fördern.
Dadurch wird erreicht, dass nur eine sehr geringe Luftmenge aus dem Luftraum in den Ölraum entweicht und gleichzeitig Öllecks vom Ölraum in den Luftraum vermieden werden, und zwar bei jeder möglichen Flugkonfiguration, auch im Fall von Gegendruck.
Außerdem beobachtet man dabei, dass der Ölverbrauch in den Entölern sehr gering ist.
Diese Erfindung ermöglicht es auch auf vorteilhafte Weise, axialen oder radialen Wellenbewegungen standzuhalten.
Schließlich ermöglicht diese Erfindung sehr spezielle Anwendungen, zum Beispiel bei sehr hohen oder sehr tiefen Temperaturen (Tiefsttemperaturen).
Und letztendlich beobachtet man auf vorteilhafte Weise einen relativ begrenzten Verschleiß aufgrund der mangelnden Reibung und daher einer beträchtliche Erhöhung der Lebensdauer einer solchen Dichtung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren besser verstanden werden; hierbei zeigt:
1 in einer Schnittansicht durch eine Ebene, die durch die Drehachse der Welle verläuft, einen Teil des Turbotriebwerklagers mit einer Dichtung gemäß dieser Erfindung.
2 eine vergrößerte Vorderansicht des segmentierten Kohlerings für statische Abdichtung.
3 eine vergrößerte Rückansicht des segmentierten Kohlerings für statische Abdichtung.
4 eine Explosivansicht der axialen segmentierten Kohlenstoffdichtung mit Auftrieb und am Umfang eingeblasener Luft gemäß dieser Erfindung.
Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Diese Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Insbesondere zeigt 1 ein Lager, in dem eine Ummantelung (1) oder Aufnahme des statischen Teils der Dichtung mit Löchern (24) für den Auslass von Teilchen, ein segmentierter Kohlering (2) mit Stufenüberdeckung und Einblasen von Luft am Umfang, ein System zur axialen Sicherung und Verdrehsicherung (6), durch das der Kohlering (2) im freien Zustand und im Betrieb in seiner Aufnahme (1) gehalten werden kann, ein Drehring (3) aus Karbid oder mit Karbidbeschichtung, mit Nuten, die eine Auftriebswirkung auf der Kontaktfläche (19) erzeugen, die mit der Fläche (20) des segmentierten Kohlerings (2) zusammenwirkt, dargestellt sind.
Der Drehring (3) ist auf einer Muffe (15) zentriert, aber nicht fest; die Muffe ist auf der Welle (16) mittels einer elastischen Dichtung (5) befestigt, die die nicht feste Zentrierung des Drehrings (3) ermöglicht und für die Betriebstemperaturen ausgelegt ist. Diese Einheit befindet sich vor einem Wälzlager (8), das wiederum auf einer Aufnahme (10) montiert ist.
Der Drehring (3) wird von rückdrehgesicherten Stiften (12) angetrieben und durch eine Ringfeder (4), zum Beispiel vom Typ Tellerfeder, und ein System mit Einsätzen zur geprüften Kompression (9), um die richtige Kompression der Ringfeder (4) zu gewährleisten, nur in axialer Bewegung gehalten.
Eine axiale Last, um den Kohlering (2) und den Drehring (3) in freiem Zustand in Berührung zu halten, wird durch die Verwendung axialer Federn (7) gebildet.
Die zusätzliche halbstatische Abdichtung (22), die direkt in den segmentierten Kohlering (2) eingearbeitet ist, weist ähnliche zulässige Betriebstemperaturen auf wie der segmentierte Kohlering (2). Diese statische Abdichtung erfolgt durch eine kreisförmige Dehnfeder (21), die in einer Nut (23) sitzt und die den Kontakt zwischen dem Kohlering (2) und der Dichtungsaufnahme (1) herstellt.
Die Auftriebswirkung an der Schnittstelle zwischen der Kontaktfläche (19) des Drehrings (3) und der Fläche (20) des segmentierten Kohlerings (2) wird durch Tragnuten (13) und das Einblasen von Luft am Umfang durch die Verbindungsstelle (14) zwischen den Kohlesegmenten gewährleistet.
Ein Luftraum (18) gewährleistet die Druckbeaufschlagung auf der Luftseite des Kohlesegmentrings (2) und ein Ölraum (17) sorgt für den Druck auf der Ölseite des Lagers.
Eine Dichtungsaufnahme (11) dient der Befestigung der Ummantelung (1) oder Aufnahme mit einer Regelung der Kompression des Kohlesegmentrings (2) durch einen Keil (25) und trennt dadurch den Luftraum (18) vom Ölraum (17).

Claims

Dichtung für das Lager eines Turbotriebwerks, das ein Wälzlager (8) umfasst, das auf eine Muffe (15), die mit einer Welle (16) verbunden ist, montiert ist, sowie eine Lageraufnahme (10), eine Dichtungsaufnahme (11), wobei das besagte Lager es ermöglicht, den Ölraum (17) des Wälzlagers von einem Luftraum (18) eines Turbotriebwerks zu trennen; die besagte Dichtung umfasst eine Aufnahme (1), einen Drehring (3), der auf den auf der Ölraumseite (17) befindlichen Teil der Muffe (15) montiert werden kann, gekennzeichnet durch einen segmentierten Kohlering (2), der das Einblasen von Luft am Umfang durch Verbindungsstellen (14) zwischen den aufeinander folgenden Kohleringsegmenten (2) ermöglicht, ein System zur axialen Sicherung (6) und Verdrehsicherung des segmentierten Kohlerings (2), durch das dieser segmentierte Kohlering (2) im freien Zustand und im Betrieb in seiner Aufnahme (1) gehalten werden kann; wobei das besagte Sicherungssystem (6) weder die Welle (16) noch die Aufnahme (1) berührt und der segmentierte Kohlering (2) im freien Zustand durch Federn (7) in axialer Richtung gegen den Drehring (3) gedrückt wird und auf seiner Radialseite (20) ein System zum Einblasen von Luft am Umfang aufweist, das mit dem Drehring (3) über dessen Radialseite (19) zusammenwirkt, wobei der Drehring (3) mit den Segmenten des Kohlerings (2) zusammenwirkt, so dass Tragnuten (13) erzeugt werden, die während des Betriebs eine dynamische Abdichtung ohne Reibung zwischen den Radialflächen (19, 20) gewährleisten.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine halbstatische Abdichtung (22) dadurch gewährleistet wird, dass die Segmente des Kohlerings (2) mittels einer kreisförmigen Dehnfeder (21), die in einer Nut (23) sitzt, gegen die Aufnahme (1) gepresst werden, wobei diese halbstatische Dichtung direkt in dem segmentierten Kohlering (2) hergestellt ist.
Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehring (3) in axialer Richtung durch eine Ringfeder vom Typ Tellerfeder gehalten wird, die durch ein Kompressionsprüfsystem (9) der Tellerfeder mittels einer elastischen Dichtung (5) mittig auf der Muffe (15) gehalten wird, wobei dieser Drehring (3) durch Stifte (12) in Drehung versetzt wird.