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Hydraulische Turbomaschine
Zentrifugalpumpen, Francisturbinen u. ähnl. hydraulische Turbomaschinen mit einem HUllwandrotor weisen meist Vorkehrungen auf, um in den Räumen zwischen der Hullwand und dem umgebenden Gehäuse eine Luftfullung aufrecht zu erhalten. In diesen Fällen neigt die Luft jedoch dazu, durch die Spaltdich - tungen des Rotors zu entweichen, welche Dichtungen dazu dienen, einen Leckverlust an Arbeitsflüssigkeit zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite des Rotors zu verhindern.
Übliche zylindrische Spaltdichtungen sind nicht im Stande, den Durchtritt von Luft zu verhindern.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine verbesserte Dichtung für hydraulische Turbomaschinen, die Luftverluste verhindert. Die Erfindung vermeidet übliche unpraktische enge Spaltdichtungen und verwendet eine Zentrifugalabscheidung von Luft und Wasser, um die erwähnten Luftverluste zu verhindern.
Gemäss der Erfindung ist eine hydraulische Turbomaschine mit einem ortsfesten Gehäuse und einem darin umlaufenden Rotor, der aus zwei durch Schaufeln miteinander verbundenen Scheiben besteht und einen Durchflussraum für das Arbeitsmedium bildet, wobei zwischen der einen dieser Scheiben und dem Gehäuse ein durch zwei Laufspalte verschiedenen Durchmessers begrenzter ringförmiger Hohlraum ausgebildet ist, in den eineZufuhrleitung fUr Druckluft einmundet, und wobei der Laufspalt grösseren Durchmessers nahe der Eintrittsseite des Durchflussraumes und der geringeren Durchmessers nahe dessen Austrittsseite liegt, dadurch gekennzeichnet, dass im Laufspalt geringeren Durchmessers eine aus zwei ringförmigen Elementen bestehende Dichtung vorgesehen ist, von welchen Elementen das eine am Gehäuse, an dem dem ringförmigen Hohlraum zugewendeten Rand des Laufspaltes,
vorzugsweise austauschbar angeordnet ist, während das zweite Element den an der Austrittsseite des Durchflussraumes liegenden Rand des Laufspaltesbegrenztund zwischen beiden ein Ringspalt ausgebildet ist, der mindestens einen überwiegend radial verlaufenden Abschnitt aufweist, und dass in diesen Ringspalt eine Zufuhrung für ein unter Druck stehendesDichtungsmedium einmündet.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervorgehen. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Francisturbine bzw. Francispumpe, Fig. 2 - 7 je einen Schnitt durch den in Fig. 1 mit einem Kreis umrandeten Abschnitt der Maschine, die verschiedene bevorzugte Ausfuhrungsformen erfindungsgemässer Anordnungen illustrieren.
Die in Fig. 1 allgemein dargestellte Maschine arbeitet als Turbine. Die Flüssigkeit fliesst vom Einlassgehäuse 10 an Leitflächen 11 und verstellbaren Schaufeln 12 zum mit 13 bezeichneten Läufer und verlässt die Maschine durch das Auslaufrohr 32, 33. Der Rotor 13 ist auf der Welle 15 festgekeilt, die in Lagern 14 gehalten ist. Wenn die Maschine als Pumpe arbeitet, wird sie über die Welle 15 von aussen angetrieben und die Flüssigkeit strömt in umgekehrter Richtung.
Es wurde bereits als empfehlenswert hingestellt, bei Maschinen dieser Art mit Hilfe von Rohren ein Medium geringer Dichte und Viskosität, z. B. Luft, in den Zwischenraum 16 zwischen Läufer 13 und Deckel 17 sowie in den Zwischenraum 18 zwischen Läufer und Boden 19 ein zufUhren. Zu. folge der durch die Umdrehung des Läufers entstehenden Zentrifugalkräfte wird die Luft gegen die Rotorachse und die Spaltdichtungen gedrängt, durch die sie bei den üblichen Konstruktionen entweicht.
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Fig. 2 illustriert in Einzelheiten die DichtUng und anliegende Teile des Läufers 13. des Bodens 19 und des Rohrflansches 32. Der Läufer 13 ist mit einem umlaufenden Dichtungsring 20 versehen, der am Rand der Läuferscheibe 29'und innerhalb der Ausnehmung 21 des Bodens 19 angeordnet ist. Ein Ringspalt 23 bildet den radialen Zwischenraum zwischen dem Umfang des Dichtungsringes 20 und der Ausnehmung 21. Ein weiterer Ringspalt 22 geringerer Spaltweite als der Spalt 23 bildet den radialen Zwischenraum zwischen einem feststehenden Dichtungsring 34 und dem Umfang 28 der
Läuferscheibe 29.
Ein dritter Ringspalt 25 ist von einer horizontalen Fläche 30 des feststehenden Dichtungsrin- ges 34 und einer horizontalen Fläche 31 des umlaufenden Dichtungsringes 20 begrenzt und ver- bindet die beiden Ringspalten 22 und 23. Der Querschnitt des Ringspaltes 25 ist dadurch ausgezeich- net, dass seine axiale Ausdehnung kleiner als seine radiale ist.
In der Ausnehmung 21 des Deckels 19, etwa in der Mitte ihrer axialen Erstreckung, ist eine
Nut 26 eingearbeitet. Bohrungen 24 fuhren Wasser zu dieser Nut 26 unter einem Druck zu, der grösser ist als der im Raum 18 herrschende Druck.
Da der Ringspalt 25 eine Uberwiegende radiale Ausdehnung hat, und zufolge der durch den Dich- tungsring 20 auf die an ihn angrenzende Flüssigkeit ausgeübten Zentrifugalkräfte tritt eine Trennung von Luft und Wasser auf, mit dem Effekt, dass in den äusseren, Abschnitten des Ringspaltes 25 ein den Austritt von Luft aus dem Raum 18 verhindernder Wasserkörper entsteht.
Wenngleich die Erfindung im Zusammenhange mit einer Francisturbine beschrieben wurde, versteht es sich, dass sie sich fur jede andere Turbomaschine ebensogut eignet und naturlich auch für den oberen Spalt, was in den Zeichnungen nicht im einzelnen dargestellt ist. Die weiteren Figuren zeigen Varianten der Spaltausbildung, die ohne nähere Erläuterung verständlich sind und die im Rahmen der Erfindung liegen. Ihre Wirkungsweise ist wie oben beschrieben und in gleicher Weise für die Maschine vorteilhaft.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydraulische Turbomaschine mit einem ortsfesten Gehäuse und einem darin umlaufenden Rotor, der aus zwei durch Schaufeln miteinander verbundenen Scheiben besteht, und einen Durchflussraum für das Arbeitsmedium bildet, wobei zwischen der einen dieser Scheiben und dem Gehäuse ein durch zwei Laufspalte verschiedenen Durchmessers begrenzter ringförmiger Hohlraum ausgebildet ist, in den eine Zufuhrleitung fUr Druckluft einmündet, und wobei der Laufspalt grösseren Durchmessers nahe der Eintrittsseite des Durchflussraumes und der geringeren Durchmessers nahe dessen Austrittsseite liegt, dadurch gekennzeichnet, dass im Laufspalt geringeren Durchmessers eine aus zwei ringförmigen Elementen bestehende Dichtung vorgesehen ist, von welchen Elementen das eine (34) am Gehäuse, an dem dem ringförmigen Hohlraum (18)
zugewendeten Rand des Laufspaltes, vorzugsweise austauschbar angeordnet ist, während das zweite Element (20) den an der Austrittsseite des Durchflussraumes (13) liegenden Rand des Laufspaltes begrenzt, und zwischen beiden ein Ringspalt (22, 23, 25) ausgebildet ist, der mindestens einen überwiegend radial verlaufenden Abschnitt (z. B. 25) aufweist, und dass in diesen Ringspalt eine Zuführung (24) fur ein unter Druck stehendes Dichtungsmedium einmundet.