DE102009054007B4

DE102009054007B4 - Gasturbine mit hydraulischer Dichtung

Info

Publication number: DE102009054007B4
Application number: DE102009054007.5A
Authority: DE
Inventors: Sascha Burghardt
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: DE102009054007A1

Abstract

Gasturbine mit einer Hochdruckwelle (4) und einer konzentrisch in dieser gelagerten Niederdruckwelle (7) sowie mit einer in einem Bereich einer Lagerkammer (16) angeordneten hydraulischen Dichtung (6), wobei die hydraulische Dichtung (6) ein ringförmiges Dichtungselement (1) umfasst, welches an einer axialen Seite einen Außenring (8) aufweist und welches an der gegenüberliegenden axialen Seite mit einem Gewinde (19) versehen ist, welches auf ein Gewinde (20) der Hochdruckwelle (4) aufschraubbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (1) zur Aufbringung einer axialen Vorspannkraft auf weitere Achsenkomponenten (2, 3) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Gasturbine in zwei- oder dreiwelliger Ausgestaltung, wobei die Gasturbine insbesondere in Form einer Fluggasturbine oder eines Strahltriebwerks ausgebildet ist.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, in einem Zwischenbereich zwischen Wellen eine hydraulische Dichtung als Zwischenwellendichtung anzuordnen. Bei derartigen Dichtungen, deren gesamte Anordnung sich im Betriebszustand in Rotation befindet, dreht sich beispielsweise der innere Ring mit der Drehzahl einer Niederdruckwelle, während der äußere Ring mit der Drehzahl einer Hochdruckwelle rotiert. Durch Fliehkräfte wird Öl radial nach außen in den Dichtungsbereich gedrückt, um auf diese Weise eine Abdichtung gegen Luftdurchtritt zu bewirken.
Weiterhin ist es bei Flugzeugtriebwerken bekannt, Komponenten, beispielsweise Lager mittels Wellenmuttern auf Wellen zu fixieren und Wellen miteinander zu verbinden.
Die DE 698 19 293 T2 beschreibt eine gattungsgemäße Gasturbine, bei welcher ein axialverlaufender Ringflansch einer Hydraulikdichtung an einem Ende mit einem Gewinde versehen ist, das mit einem Gewinde einer Hochdruckwelle verschraubt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine kompakte Bauweise aufweist und mit einem geringen Gewicht versehen ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Es ist somit vorgesehen, dass die hydraulische Dichtung ein ringförmiges Dichtungselement umfasst, welches an einer axialen Seite einen Außenring der hydraulischen Dichtung umfasst und welches an seiner gegenüberliegenden axialen Seite mit einem Gewinde versehen ist, welches auf ein Gewinde der Hochdruckwelle aufschraubbar ist. Damit wird somit auf kleinstem Bauraum eine funktionelle Kombination realisiert, mit welcher zum einen eine hydraulische Dichtung aufgebaut werden kann und mit welcher zum anderen eine axiale Sicherung von Komponenten möglich ist.
Die Erfindung sieht vor, dass das Dichtungselement zur Aufbringung einer axialen Vorspannkraft auf weitere Achsenkomponenten ausgebildet ist. Dazu ist es günstig, wenn das Dichtungselement an einer axialen Stirnseite mit Mitteln zur Aufbringung eines Drehmoments versehen ist, beispielsweise einer Verzahnung oder ähnlichen formschlüssigen Ausgestaltungen.
Die Erfindung weist eine Reihe von erheblichen Vorteilen auf. Zum einen ist eine kompakte Ausgestaltung möglich, welche das Bauvolumen erheblich verringert. Weiterhin ergibt sich eine verringerte Teilezahl, welche wiederum zu einer Gewichtsreduzierung führt. Insgesamt ergeben sich deutlich verringerte Herstellungskosten, u. a. durch die verringerte Anzahl der benötigten Teile.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass bestimmte Ausgestaltungen von Lagerkammern mit hydraulischen Abdichtungen ermöglicht werden, die nach den Ausgestaltungen gemäß dem Stand der Technik nicht möglich sind. Hierdurch kann der Dichtluftverbrauch reduziert werden. Dies führt in der Konsequenz auch zu einer Senkung des Brennstoffverbrauchs.
Die erfindungsgemäße Lösung schafft somit eine integrale Kombination unterschiedlicher Funktionalitäten, nämlich der Abdichtung von Wellen gegeneinander und der Befestigung von Wellen miteinander.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Dichtungselement mit zumindest einer Ausnehmung zur Einbringung eines Sicherungselementes versehen ist, um ein unerwünschtes Lösen während des Betriebes durch axiale Verdrehung zu verhindern.
Zur Montage kann es weiterhin günstig sein, wenn der Außenring der hydraulischen Dichtung durch ein Fügeverfahren, beispielsweise durch ein Schweißverfahren, einstückig mit dem Dichtungselement verbunden wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Axialansicht eines Teilbereichs einer Gasturbine mit dem erfindungsgemäßen Dichtungselement, und
2 eine vergrößerte Detailansicht der Darstellung gemäß 1.
Die Figuren zeigen ein Dichtungselement (Dichtungsring) 1, welcher an seinem einen stirnseitigen Ende (rechte Seite gemäß 2) mit einem Gewinde 19 versehen ist, welches auf ein Gewinde 20 einer Hochdruckwelle 4 aufschraubbar ist. Dabei ist ein Sicherungsring 5 zwischengeschaltet. Durch das Aufschrauben des Dichtungselements 1 auf die Hochdruckwelle 4 ist es möglich, beispielsweise ein Zahnrad 3 axial zu sichern und/oder ein Lager 2 in seiner axialen Position zu halten und fest mit der Hochdruckwelle 4 eines Strahltriebwerks (Gasturbine) zu verbinden.
Der deformierbare Sicherungsring 5 weist zumindest eine Lasche 12 auf, welche in eine Aussparung 13 des Dichtungselements 1 einbringbar ist, um eine axiale Verdrehung zu verhindern.
Eine hydraulische Dichtung (Zwischenwellendichtung) 6 unterbindet das Eindringen von Heißgas in einer Lagerkammer 16, Heißgas befindet sich zwischen einer Niederdruckwelle 7 und der Hochdruckwelle 4 im Bereich 15. Somit erfolgt eine Abdichtung der Lagerkammer 16.
In der hydraulischen Dichtung 6 befindet sich ständig ein definiertes Ölvolumen 14, welches in einem Außenring 8 der hydraulischen Dichtung 6 gehalten wird (durch Fliehkräfte während der Rotation) und von einem Innenring 9 durchlaufen wird. Der Außenring 8 rotiert mit der Drehzahl der Hochdruckwelle 4, während der Innenring 9 mit der Drehzahl der Niederdruckwelle 7 rotiert.
Die hydraulische Dichtung umfasst weiterhin einen Kolbenring 10, so wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Eine Verzahnung 11 am Außenring 8 ermöglicht das Aufbringen eines Befestigungsdrehmoments zur Fixierung der Komponenten, beispielsweise des Zahnrads 3 sowie des Lagers 2 auf der Hochdruckwelle 4.
Der Innenring 9 wird zusammen mit weiteren, nicht näher beschriebenen Komponenten der Niederdruckwelle 7 auf herkömmliche Weise an dieser befestigt.
Der Außenring 8 ist mittels eines Schweißverfahrens über eine Schweißnaht (Fügestelle) 18 mit dem Dichtungselement 1 verbunden.
Das Bezugszeichen 17 in 1 zeigt eine Maschinenachse.
Bezugszeichenliste

1: Dichtungselement/Dichtungsring
2: Lager
3: Zahnrad
4: Hochdruckwelle
5: Sicherungsring
6: Hydraulische Dichtung/Zwischenwellendichtung
7: Niederdruckwelle
8: Außenring
9: Innenring
10: Kolbenring
11: Verzahnung
12: Lasche
13: Aussparung
14: Ölvolumen
15: Bereich/Ringspalt
16: Lagerkammer
17: Maschinenachse
18: Fügestelle/Schweißnaht
19, 20: Gewinde

Claims

Gasturbine mit einer Hochdruckwelle (4) und einer konzentrisch in dieser gelagerten Niederdruckwelle (7) sowie mit einer in einem Bereich einer Lagerkammer (16) angeordneten hydraulischen Dichtung (6), wobei die hydraulische Dichtung (6) ein ringförmiges Dichtungselement (1) umfasst, welches an einer axialen Seite einen Außenring (8) aufweist und welches an der gegenüberliegenden axialen Seite mit einem Gewinde (19) versehen ist, welches auf ein Gewinde (20) der Hochdruckwelle (4) aufschraubbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (1) zur Aufbringung einer axialen Vorspannkraft auf weitere Achsenkomponenten (2, 3) ausgebildet ist.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (8) an einer Fügestelle (18) einstückig mit dem Dichtungselement (1) verbunden ist.
Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (8) mit dem Dichtungselement (1) verschweißt ist.
Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (1) an einer axialen Stirnseite mit einer Verzahnung (11) zur Aufbringung eines Drehmoments versehen ist.
Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (1) mit zumindest einer Aussparung (13) zur Einbringung eines Drehsicherungselements (5, 12) versehen ist.