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DE60217365T2 - Dichtungsverfahren und vorichtung für die welle einer gasturbine - Google Patents

Dichtungsverfahren und vorichtung für die welle einer gasturbine Download PDF

Info

Publication number
DE60217365T2
DE60217365T2 DE60217365T DE60217365T DE60217365T2 DE 60217365 T2 DE60217365 T2 DE 60217365T2 DE 60217365 T DE60217365 T DE 60217365T DE 60217365 T DE60217365 T DE 60217365T DE 60217365 T2 DE60217365 T2 DE 60217365T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
seal
radial
rotating shaft
axial
outer rotating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60217365T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60217365D1 (de
Inventor
Vittorio Mississauga BRUNO
Andreas Woodridge ELEFTHERIOU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pratt and Whitney Canada Corp
Original Assignee
Pratt and Whitney Canada Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pratt and Whitney Canada Corp filed Critical Pratt and Whitney Canada Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE60217365D1 publication Critical patent/DE60217365D1/de
Publication of DE60217365T2 publication Critical patent/DE60217365T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/04Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
    • F01D21/045Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position special arrangements in stators or in rotors dealing with breaking-off of part of rotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/06Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages
    • F02C3/067Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages having counter-rotating rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/28Arrangement of seals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Gasturbinenmaschine und insbesondere eine Dichtungsanordnung für eine Zwischenwellendichtung, welche zwischen koaxialen Rotorwellen in einer Mehrspulen-Gasturbinenmaschine abdichtet.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Frontlagerkompartment in einer Mehrspulen-Gasturbinenmaschine ist mit einem Ölnebel gefüllt, um Lager zu schmieren, die eine Niederdruck- und eine dazu koaxiale Hochdruckrotorwelle abstützen. Die Niederdruckrotorwelle ist von einer heißen Abgasen von der Brennkammereinrichtung ausgesetzten Niederdruckturbine angetrieben, um einen Niederdruckverdichter und/oder Propeller anzutreiben. Die Hochdruckrotorwelle ist von einer strömungsaufwärts der Niederdruckturbine und unmittelbar der Brennkammereinrichtung benachbarten Hochdruckturbine angetrieben und dient dazu, den unmittelbar strömungsaufwärts der Brennkammereinrichtung befindlichen Hochdruckstufenverdichter anzutreiben. Die Niederdruckrotorwelle und die dazu koaxiale Hochdruckrotorwelle sind von einem mit Arbeitsmediumgas gefüllten Spalt getrennt. Das Arbeitsmediumgas ist wärmer als die Temperatur in dem Lagerkompartment. Eine Zwischenwellendichtung steuert die Menge an Arbeitsmediumgas, welche in das Ölkompartment leckt und verhindert, dass Ölnebel aus dem Kompartment in den Spalt leckt.
  • Fliegende Vögel sind eine Gefahr für ein Flugzeug, insbesondere wenn sie mit dem Flugzeug kollidieren und in dem Propeller und dem Verdichterbereich der Gasturbinenmaschine aufgenommen werden. Während eines Vogel schlags kann die Niederdruckrotorwelle über ihre Betriebsgrenzen hinaus verformt werden. Um diese übermäßige Verformung der Niederdruckrotorwelle zu kompensieren und so das sich daraus ergebende Zwischenwellenanreiben zu vermeiden, nimmt der Spalt entsprechend zwischen der Niederdruckrotorwelle und der koaxialen Hochdruckrotorwelle zu. Es wurden Anstrengungen unternommen, die Lager zu verbessern, welche eine Kombination von Eigenschaften haben, um ein normales Laufen der Maschine sowie einen sicheren Maschinenbetrieb während ungeplanter Rotorunwuchten zu erlauben, wie die, die als Ergebnis von Vogelschlägen auftreten. Beispiele derartiger Lager sind in dem US-Patent 5,433,584, welches Amin et al. am 18. Juli 1995 erteilt wurde, und dem US-Patent 4,375,906, welches Roberts et al. am 08. März 1983 erteilt wurde, beschrieben.
  • Während eines Vogelschlagereignisses kann die Abdichtung der Lagerkompartments an den Wellenzwischenflächen nicht beibehalten werden, außer ein weiteres Lager oder ein Prallelement wird an der Stelle der Abdichtung hinzugefügt, um die Verformung zu vermeiden. Um dieses Problem zu lösen, beschreibt beispielsweise das US-Patent 6,196,790, welches Sheridan et al. am 06. März 2001 erteilt wurde, eine komplexe Dichtungsanordnung für eine Zwischenwellendichtung in einer Gasturbinenmaschine. Die Dichtungsanordnung weist eine erste Dichtung auf, welche zu einer Dichtungsplatte an einer inneren Rotorwelle abdichtet, und eine zweite Dichtung, die zu einer Dichtungsplatte an einer äußeren Rotorwelle abdichtet, und eine Zwischendichtung, welche von einer Statoranordnung abgestützt ist und zu der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung abdichtet. Die Dichtungsanordnung nimmt Radial- und Axial-Relativverlagerungen zwischen der inneren Welle und der äußeren Welle auf. Jedoch ist, um diese Verlagerungsfreiheit zu schaffen, der Mechanismus relativ komplex und erscheint ziemlich aufwendig herzustellen und zu warten zu sein. Die individuellen Dichtungen dieser Dichtungsanordnung in Kombination schaffen die Zwischenwellendichtung. Die Dichtungsanordnung versagt jedoch, wenn irgendeine der einzelnen Dichtungen eine Fehlfunktion zeigt.
  • Das US-Patent 5,403,019, welches Marshall am 04. April 1995 erteilt wurde, beschreibt als ein weiteres Beispiel eine freischwimmende Labyrinthringdichtung, um gegen eine rotationsfähige Welle abzudichten, um eine übermäßige Leckage von Gas zwischen einer Hochdruckkammer und einer Niederdruckkam mer beispielsweise in einer Turbomaschine zu steuern. Die Dichtung weist einen elastomeren, ringförmigen Körper mit einer Hochdruckwand und einer beabstandeten, gegenüberliegenden Niederdruckwand und einer Labyrinthdichtungsoberfläche, welche sich dazwischen zum Abdichten zu der Welle erstreckt. Die Wände haben Bereiche, welche gegenüberliegende Oberflächen mit ungleicher Fläche definieren, zum Druckausgleich gegeneinander in dem Hohlraum mit einem kontrollierten Gasströmungsspiel zwischen dem Dichtungskörper und den Wänden des Hohlraums, so dass der Dichtungskörper im Wesentlichen frei ist, mit der Schwingung der Welle zu schwimmen und dabei eine Abdichtung enger Toleranz zwischen der Labyrinthoberfläche und der Welle beim Rotieren letzterer beizubehalten. Diese Dichtung erlaubt eine axiale Relativbewegung sowie eine radiale Relativbewegung in einem eingeschränkten Maß. Die Dichtung ist ausgelegt, in einer Nut eines Gehäuses zu schwimmen. Es scheint, dass die Hinterschneidung der äußeren Welle mit der Nut zum Aufnehmen der Gleitdichtung in einem gewissen Maße die strukturelle Integrität der Welle beeinträchtigt und eine mechanische Komplexität einbringt, wenn eine solche Konfiguration für eine Zwischenwellendichtung verwendet wird.
  • Das US-Patent 4,453,722 beschreibt ein Dichtungssystem, welches Balge benutzt.
  • Deshalb besteht ein Bedürfnis für eine Dichtungsanordnung zur Zwischenwellenabdichtung in einer Gasturbinenmaschine, die einfach konfiguriert ist und Dichtungsleckageanforderungen für normale Maschinenbetriebsbedingungen erfüllt und auch die Arbeitsfähigkeit der Maschine sicherstellt, wenn es zu einem Rotorunwuchtsereignis kommt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Dichtungsanordnung zwischen einer inneren rotierenden und einer dazu koaxialen äußeren rotierenden Welle einer Gasturbinenmaschine, um einen Arbeitszustand sowohl während normalem Maschinenbetrieb als auch während unnormalen Maschinenbetrieb, wenn es zu einem Rotorunwuchtsereignis kommt, sicherzustellen.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung zwischen einer inneren rotierenden und einer koaxialen äußeren rotierenden Welle einer Gasturbinenmaschine bereitzustellen, welche eine Haupt- und Backup-Dichtung aufweist, um eine Doppeldichtungsfunktion zu leisten.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung eine einfache Konfiguration einer Dichtungsanordnung zwischen einer inneren rotierenden und einer koaxialen äußeren rotierenden Welle einer Gasturbinenmaschine bereitzustellen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Abdichten eines radialen Spalts zwischen einer inneren rotierenden und einer koaxialen äußeren rotierenden Welle einer Gasturbinenmaschine bereitgestellt. Das Verfahren weist Schritte des Verwendens einer Hauptdichtung zum Abdichten des Spalts und des Verwendens einer Backup-Dichtung zum Doppel-Abdichten des Spalts auf. Die Hauptdichtung erfüllt die Leckageanforderungen für einen normalen Maschinenbetriebszustand und die Backup-Dichtung erfüllt die Leckageanforderungen, die bei unnormalen Ereignissen einen Maschinenbetriebszustand sicherstellen. Bei solchen unnormalen Ereignissen ist die koaxiale Relation zwischen der inneren rotierenden und der äußeren rotierenden Welle durch die Ereignisse während des Maschinenbetriebs beeinträchtigt und verursacht so ein Versagen der Hauptdichtung.
  • Die Backup-Dichtung ist vorzugsweise daran angepasst, radiale Relativbewegung zwischen der inneren rotierenden und der äußeren rotierenden Welle aufzunehmen. Dennoch sind die Leckageerfordernisse für die Backup-Dichtung weniger vorzugsweise einschränkend als Leckageanforderungen der Hauptdichtung. Eine Radialdichtung zwischen einer Außenoberfläche der inneren rotierenden Welle und einer Innenoberfläche einer äußeren rotierenden Welle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird verwendet, um als die Hauptdichtung zu wirken, und eine Axialdichtung zwischen einer ringförmigen Radialoberfläche der inneren rotierenden Welle und einer ringförmigen Radialoberfläche der äußeren rotierenden Welle wird verwendet, um als Backup-Dichtung zu wirken.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Axial- und Radialdichtungsanordnung zur Verwendung in einer Gasturbinenmaschine bereitgestellt, um einen Radialspalt zwischen einer inneren rotierenden und einer koaxialen äußeren rotierenden Welle abzudichten. Die Dichtungsanordnung weist eine Radialdichtung und eine Axialdichtung auf. Die Radialdichtung ist zwischen einer Außenoberfläche der inneren rotierenden Welle und einen Innenoberfläche der äußeren rotierenden Welle angeordnet und wirkt als eine Hauptdichtung für einen Normalbetrieb der Gasturbinenmaschine. Die Axialdichtung ist zwischen einer ringförmigen Radialoberfläche der inneren rotierenden Welle und einer ringförmigen Radialoberfläche der äußeren rotierenden Welle angeordnet und wirkt als eine Backup-Dichtung für einen unnormalen Zustand, bei dem die Radialdichtung versagt.
  • Es ist bevorzugt, dass die Axialdichtung eine Radialverlagerung zwischen der inneren und der äußeren rotierenden Welle erlaubt und dabei eine Dichtungsfunktion beibehält, wenn die radiale Relativverlagerung das Versagen der Radialdichtung verursacht. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Dichtung ist die Axialdichtung zwischen einer ringförmigen Radial-Abschlussoberfläche der äußeren rotierenden Welle und der ringförmigen Radialoberfläche an einem sich radial und nach außen von der Außenoberfläche der inneren rotierenden Welle erstreckenden Flansch angeordnet. Der Flansch ist vorzugsweise mit der inneren rotierenden Welle integriert.
  • Vogelschlagtests haben ergeben, dass, wenn es zu einem mittleren Vogelschlagereignis kommt, die durch den unwuchtigen Rotor verursachte Auslenkung der rotierenden Niederdruckwelle im Wesentlichen radial ist und die axiale Relativverlagerung zwischen der inneren und der äußeren rotierenden Welle im Gegensatz zu der radialen Relativverlagerung praktisch vernachlässigbar ist. Deshalb ist eine komplexe Dichtungsanordnung, welche eine radiale und eine axiale Relativbewegung gleichzeitig aufnehmen kann, nicht erforderlich, um einen betriebsmäßigen Zustand der Gasturbinenmaschine sicherzustellen, wenn es zu einem mittleren Vogelschlagereignis kommt. Die vorliegende Erfindung schafft günstigerweise eine einfache Konfiguration einer Axial- und Radialdichtungsanordnung für eine Doppeldichtung des Spalts zwischen der Niederdruckrotorwelle und der koaxialen Hochdruckrotorwelle. Bei der Anordnung wird die Radialdichtung, die normalerweise besser ist als eine Axialdichtung hinsichtlich der Abdicht ergebnisse, für normalen Maschinenbetrieb verwendet. Die Radialdichtung ist dennoch versagensanfällig, wenn Vogelschlagereignisse eine Rotorunwucht verursachen. Während eines solchen Ereignisses ist die Axialdichtung als eine Backup-Dichtung viel toleranter als die Radialdichtung und ist deshalb in der Lage, einen betriebsfähigen Dichtungszustand der Gasturbinenmaschine beizubehalten, um die Fortsetzung des Fluges des Flugzeugs für eine sichere Landung zu erlauben.
  • Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung wird man mit Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie nachfolgend beschrieben werden wird, besser verstehen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbinenmaschine für ein Flugzeug in Schnittansicht, um einen Niederdruckrotor, eine innere rotierende Welle und eine Niederdruckturbine, und einen Hochdruckrotor, eine äußere rotierende Welle und eine Hochdruckturbine sowie eine Zwischenwellendichtung für den Spalt zwischen der inneren und der äußeren rotierenden Welle gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
  • 2 ist eine Schnittansicht der inneren und der äußeren rotierenden Welle, eines Teils eines Lagerkompartments und einer Axial- und einer Radialdichtung, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten; und
  • 3 ist eine Teilschnittansicht von 2 in einem vergrößerten Maßstab, welche die Details der Zwischenwellendichtung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, insbesondere auf 1. Eine beispielhafte Gasturbinenmaschine 10 für ein Flugzeug weist in serieller Strömungsverbindung um eine Längsmittelachse 12 einen Bläser mit einer Mehrzahl von umfangsmäßig beabstandeten Bläser- oder Rotorlaufschaufeln 14, einen konventionellen Niederdruckverdichter 16, einen konventionellen Hoch druckverdichter 18, eine konventionelle Ringbrennkammereinrichtung 20, eine konventionelle Hochdruckturbine 22 und eine konventionelle Niederdruckturbine 24 auf. Die Niederdruckturbine 24 ist fest sowohl mit dem Niederdruckverdichter 16 als auch mit den Bläserlaufschaufeln 14 durch eine innere rotierende Welle 26 verbunden, und die Hochdruckturbine 22 ist fest mit dem Hochdruckverdichter 18 durch eine äußere rotierende Welle 28 verbunden. Konventionelle Brennstoffinjektionsmittel 30 sind zum selektiven Einspritzen von Brennstoff in die Brennkammereinrichtung 20 zum Antreiben der Maschine 10 vorgesehen. Ein Ringspalt 27 ist zwischen der inneren rotierenden Welle 26 und der koaxialen äußeren rotierenden Welle 28 definiert, und der Spalt 27 ist mit Arbeitsmediumgas gefüllt, um die Hochdruckturbine und die Niederdruckturbine 22 und 24 zu kühlen. Eine Zwischenwellendichtung 29 ist vorgesehen, um die Menge an Arbeitsmediumgas zu steuern, welche in ein Lager- und Ölkompartment 31 leckströmt, wie in der 2 gezeigt, und um eine Leckage von Ölnebel aus dem Kompartment 31 und dem Spalt 27 zu vermeiden.
  • Ein konventionelles ringförmiges Gehäuse 32 umgibt die Maschine 10 von dem Niederdruckverdichter 16 zu der Niederdruckturbine 24 und definiert mit dem Niederdruckverdichter 16 einen Niederdruckverdichtereinlass 34 zum Aufnehmen eines Teils der Umgebungsluft 36 davon. Das strömungsabwärtige Ende des Gehäuses 32 definiert mit einem konventionellen ringförmigen Abgaszapfen 40 einen ringförmigen Abgasauslass 42. Ein Teil der den Bläserwurzeln 38 benachbarten Luft 36, der durch die Bläserlaufschaufeln 14 verdichtet wurde, wird durch den Niederdruckverdichter 16 und den Hochdruckverdichter 18 weiter verdichtet und wird in die Brennkammereinrichtung 20 gedrückt. Die Mischung der verdichteten Luft 36 und des von den Brennstoffinjektionsmitteln 30 eingespritzten Brennstoffs erzeugt Verbrennungsgase 52. Die Verbrennungsgase 52 bewirken ein Rotieren der Hochdruckturbine 22 und der Niederdruckturbine 24, um den Hochdruckverdichter 18 bzw. den Niederdruckverdichter 16 und die Bläserlaufschaufeln 14 anzutreiben.
  • Die Laufschaufeln 14 und den strömungsaufwärtigen Bereich des Gehäuses 32 umgibt eine Gondel 44, die von dem Gehäuse 32 radial nach außen beabstandet ist, um mit dem Gehäuse 32 einen ringförmigen Kanal 55 zu definieren, um es dem radial äußeren Teil der von den Laufschaufeln verdichteten Luft 36 zu erlauben, in die Maschine zu umströmen. Eine Mehrzahl von umfangs mäßig beabstandeten Statorleitschaufeln 46 erstreckt sich radial zwischen dem Gehäuse 32 und der Gondel 44 und sie sind axial strömungsabwärts von den Laufschaufeln 14 beabstandet. Die Gondel 44 weist einen Einlass 48 an ihrem strömungsaufwärtigen Ende zum Empfangen von Umgebungsluft 36 und einen Auslass 50 zum Abgeben des Teils der Luft 36 auf, die von den Laufschaufeln 14 verdichtet wurde und durch die Statorleitschaufeln 46 passierte, um einen Teil des Schubs zu leisten.
  • Während des Betriebs der Maschine 10 kann, insbesondere wenn das Flugzeug startet oder landet, ein Vogel mit dem Flugzeug kollidieren und in den Einlass 48 der Gondel 44 durch den Sogeffekt gelangen, der durch die kräftige Luftströmung 36 erzeugt wird. Die Bläserlaufschaufeln 14 treffen einen in die Gondel 44 gelangenden Vogel, wenn sie mit einer sehr hohen Drehzahl rotieren, was üblicherweise an den Bläserlaufschaufeln einen Schaden verursacht und so Unwuchtskräfte an der inneren rotierenden Welle 26 erzeugt. Die Verformung der inneren rotierenden Welle 26, welche durch die unausgewuchteten Kräfte während des Vogelschlagereignisses betroffen ist, ist eine im Wesentlichen radiale Verlagerung oder Schwingung relativ zu der äußeren rotierenden Welle 28. Eine konventionelle Zwischenwellendichtung zwischen der inneren und der äußeren rotierenden Welle 26, 28 erfordert normalerweise eine akkurate koaxiale Relation zwischen der inneren und der äußeren rotierenden Welle 26, 28 und diese versagt, wenn es zu der radialen Verlagerung und Schwingung der inneren rotierenden Welle 26 zu der äußeren rotierenden Welle 28 kommt, wie im Fall eines Vogelschlagereignisses. Das Versagen der Zwischenwellendichtung zwischen der inneren und der äußeren rotierenden Welle 26, 28 kann zu ernsthaften Sicherheitsproblemen, beispielsweise einem Maschinenversagen führen.
  • Es wird nun auf die 2 Bezug genommen. Die innere rotierende Welle 26 ist in dem vorderen Lager- und Ölkompartment 31 durch Lager 56 (von denen nur eines gezeigt ist) abgestützt. Das vordere Lager- und Ölkompartment 31 beherbergt ferner ein Rollenlager 58, um die äußere rotierende Welle 28 an deren Vorderende abzustützen. Die Lager 56 und 58 sind wiederum von Lagerabstützanordnungen 60, 62 abgestützt, die in dem Gehäuse 32 untergebracht sind. Das Lager- und Ölkompartment 31 ist mit einem Ölnebel von einer geeigneten Quelle gefüllt, um die Lager 56 und 58 zu schmieren und zu kühlen. Das Ar beitsmediumgas in dem Spalt 27 ist typischerweise viel wärmer als die Temperatur in dem vorderen Lager- und Ölkompartment 31.
  • Die Zwischenwellendichtung 29 weist eine zwischen der Außenoberfläche 66 der inneren rotierenden Welle 26 und der inneren Oberfläche 68 der äußeren rotierenden Welle 28 angeordnete Radialdichtung 64 auf und diese wirkt als eine Hauptdichtung für einen Normalbetrieb der Gasturbinenmaschine 10. Wie es in der 3 deutlicher gezeigt ist, weist die Zwischenwellendichtung 29 ferner eine Axialdichtung 70 auf, die zwischen einer ringförmigen Radialoberfläche 72 eines von der Außenoberfläche 66 der inneren rotierenden Welle 26 radial und nach außen ragenden Flanschs 74 und einer ringförmigen Radialabschlussoberfläche 76 der äußeren rotierenden Welle 28 angeordnet ist, die als eine Backup-Dichtung für einen unnormalen Zustand, beispielsweise ein Vogelschlagereignis, wirkt.
  • Die Radialdichtung 64 ist eine Labyrinthdichtung, die vorzugsweise eine Labyrinthdichtungsoberfläche 78 an der äußeren Oberfläche 66 der inneren rotierenden Welle 26 aufweist. Die Labyrinthdichtungsoberfläche 78 kontaktiert in abdichtender Weise die innere Oberfläche 68 der äußeren rotierenden Welle 28. Die Radiallabyrinthdichtung 64, wie in den 2 und 3 gezeigt, schafft eine Abdichtung zwischen den Zwischenwellenspalt 27, wie in der 2 gezeigt, die relativ restriktive Leckageanforderungen für einen normalen Maschinenbetriebszustand erfüllt. Dennoch erfordert die Radialdichtung 64 eine präzise koaxiale Relation zwischen der inneren und der äußeren rotierenden Welle 26, 28, um eine adäquate Dichtungsfunktion zu schaffen.
  • Die Axialdichtung 70, wie deutlich in der 3 gezeigt, weist einen vorbestimmten Axialspalt 80 zwischen der ringförmigen Radialoberfläche 72 an dem Flansch 74 der inneren rotierenden Welle 26 und der ringförmigen Radialabschlussoberfläche 76 an der äußeren rotierenden Welle 28 auf. Der vorbestimmte Axialspalt 80 ist sehr klein (in der 3 zur besseren Darstellung vergrößert), was eine vorbestimmte Fluidleckage dort hindurch, erlaubt. Die vorbestimmte Fluidleckage ist für Maschinennotbetrieb akzeptabel, um die Arbeitsfähigkeit der Maschine bei abnormalen Bedingungen, beispielsweise einem Vogelschlagereignis, zu bewahren. Die Axialdichtung 70 erfüllt Fluidleckageerfordernisse, die weniger restriktiv sind, als die der Radialdichtung 64 auferlegten, dennoch ist die Axial dichtung 70 sehr viel toleranter für eine Radialverlagerung oder Schwingung zwischen der inneren und der äußeren rotierenden Welle 26, 28 und behält dabei die Dichtungsfunktion bei, selbst wenn die radiale Relativverlagerung oder Schwingung ein Versagen der Radialdichtung 64 verursacht, so dass die Axialdichtung 70, die als eine Backup-Dichtung wirkt, einen betriebsfähigen Zustand der Maschine schafft, wenn die Radialdichtung 64 während eines Vogelschlagereignisses versagt, um sicherzustellen, dass das Flugzeug seinen Flug für eine sichere Landung fortsetzen kann.
  • Die Axial- und Radial-Zwischenwellendichtungsanordnung für eine Gasturbinenmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine einfache Struktur. Der Flansch 74 und die Labyrinthdichtungsoberfläche 78 sind mit der inneren rotierenden Welle 26 integriert und sind an der Außenoberfläche 66 davon angeordnet. Eine derartige Struktur ist einfach und ökonomisch herzustellen und zu warten.
  • Modifikationen und Verbesserungen an der vorangehend beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Fachleuten ersichtlich werden. Die vorangegangene Beschreibung soll lediglich beispielhaft und nicht begrenzend sein. Der Umfang der Erfindung soll deshalb lediglich durch den Umfang der angefügten Ansprüche beschränkt sein.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Abdichten eines Radialspalts zwischen einer inneren rotierenden und einer koaxialen äußeren rotierenden Welle (26, 28) einer Gasturbinenmaschine, aufweisend die folgenden Schritte: Verwenden einer Hauptdichtung (64) zum Abdichten des Spalts, welche Leckageanforderungen für einen normalen Maschinenbetriebszustand erfüllt; und Verwenden einer Backup-Dichtung (70) für eine Doppeldichtung des Spalts, welche Leckageanforderungen erfüllt, um einen arbeitsfähigen Maschinenzustand bei abnormalen Ereignissen sicherzustellen, bei denen die koaxiale Relation zwischen der inneren und der äußeren rotierenden Welle durch die Ereignisse während des Maschinenbetriebs beeinträchtigt ist und so ein Versagen der Hauptdichtung verursacht ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leckageanforderungen für die Hauptdichtung (64) restriktiver sind als die Leckageanforderungen für die Backup-Dichtung (70).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Backup-Dichtung (70) daran angepasst ist, eine radiale Relativverlagerung zwischen der inneren rotierenden und der äußeren rotierenden Welle (26, 28) aufzunehmen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, aufweisend die folgenden Schritte: Verwenden einer Radialdichtung (64) zwischen einer äußeren Oberfläche (66) der inneren rotierenden Welle (26) und einer inneren Oberfläche (68) der äußeren rotierenden Welle (28), um als die Hauptdichtung zu wirken; und Verwenden einer Axialdichtung (70) zwischen einer ringförmigen Radialoberfläche (72) der inneren rotierenden Welle (26) und einer ringförmigen Radial oberfläche (76) der äußeren rotierenden Welle (28), um als die Backup-Dichtung zu wirken.
  5. Axial- und Radialdichtungsanordnung zur Verwendung in einer Gasturbinenmaschine, um einen Radialspalt zwischen einer inneren rotierenden und einer koaxialen äußeren rotierenden Welle (26, 28) abzudichten, wobei die Dichtungsanordnung aufweist: eine Radialdichtung (64), die zwischen einer äußeren Oberfläche (66) der inneren rotierenden Welle (26) und einer inneren Oberfläche (68) der äußeren rotierenden Welle (28) angeordnet ist und als eine Hauptdichtung für einen Normalbetrieb der Gasturbinenmaschine wirkt; und eine Axialdichtung (70), die zwischen einer ringförmigen Radialoberfläche (72) der inneren rotierenden Welle (26) und einer ringförmigen Radialoberfläche (76) der äußeren rotierenden Welle (28) angeordnet ist und als eine Backup-Dichtung für einen abnormalen Zustand wirkt, bei dem die Radialdichtung versagt.
  6. Axial- und Radialdichtungsanordnung gemäß Anspruch 5, wobei die Axialdichtung (70) eine Radialverlagerung zwischen der inneren rotierenden und der äußeren rotierenden Welle (26, 28) erlaubt und dabei die Dichtungsfunktion beibehält, wenn die radiale Relativverlagerung ein Versagen der Radialdichtung (70) bewirkt.
  7. Axial- und Radialdichtungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Axialdichtung (70) zwischen einer ringförmigen Radialabschlussoberfläche (76) der äußeren rotierenden Welle (28) und einer ringförmigen Radialoberfläche (72) an einem Flansch (74) angeordnet ist, der von der Außenoberfläche (66) der inneren rotierenden Welle (26) radial und nach außen weg ragt.
  8. Axial- und Radialdichtungsanordnung nach Anspruch 7, wobei der Flansch (74) mit der inneren rotierenden Welle (26) integriert ist.
  9. Axial- und Radialdichtungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Axialdichtung (70) einen vorbestimmten Axialspalt (90) zwischen der ringförmigen Radialoberfläche (72) an dem Flansch (74) der inneren rotierenden Welle (26) und der ringförmigen Radialabschlussoberfläche (76) der äußeren rotierenden Welle (28) aufweist und eine vorbestimmte Fluidleckage dort hindurch zulässt, die für einen Maschinenbetriebszustand bei abnormalen Ereignissen akzeptabel ist.
  10. Axial- und Radialdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Radialdichtung (64) eine Labyrinthdichtung aufweist.
  11. Axial- und Radialdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Radialdichtung (64) eine Labyrinthdichtungsoberfläche (78) an der Außenoberfläche (66) der inneren rotierenden Welle (26) aufweist, die abdichtend die innere Oberfläche (68) der äußeren rotierenden Welle (28) berührt.
DE60217365T 2001-09-10 2002-09-04 Dichtungsverfahren und vorichtung für die welle einer gasturbine Expired - Lifetime DE60217365T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US950518 2001-09-10
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