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Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsdichtung zum Abdichten eines rotierenden Maschinenteiles gegen einen ruhenden, insbesondere einer Turbinen- oder Pumpenwelle gegenüber einem Wellenlager, mit einer an dem rotierenden Teil drehfest sitzenden Scheibe (Laufscheibe) und einer gegenüberliegenden, ruhenden Wand, die mit der Laufscheibe einen Raum zur Aufnahme einer Dichtungsflüssigkeit begrenzt, die diesem Raum über in Umfangsrichtung einmündende Kanäle zugeführt wird. Die Laufscheibe versetzt auch die in diesen Raum eingetretene Dichtflüssigkeit in Rotation und in dem sich drehenden Flüssigkeitskörper treten Fliehkräfte auf, die einen Druckanstieg bewirken. Solche Dichtungen sind beispielsweise aus der UdSSR-Patentschrift Nr. 6473 oder der brit. Patentschrift Nr. 266, 360 bekannt.
Ein Nachteil dieser Dichtungskonstruktionen ist der relativ hohe Energieverbrauch, welcher aus der Reibung zwischen dem rotierenden Flüssigkeitskörper und der verhältnismässig grossen ruhenden Wand entspringt. Die Reibung verringert auch die erreichbare Rotationsgeschwindigkeit des Flüssigkeitskörpers, so dass die Fliehkraft abnimmt, weswegen auch der entstehende Druck und damit die Dichtwirkung beschränkt ist. Bei der Dichtung nach der erwähnten brit. Patentschrift ist die Laufscheibe in einem Ringkanal mit kreiszylindrischer Sohle und zwei radial verlaufenden Seitenwänden untergebracht, die je einer der beiden kegelförmigen Scheibenstirnwände gegenüberstehen. Zufolge der Reibung zwischen Seiten- bzw.
Scheibenstirnwänden kommt es zu einer unerwünschten Erwärmung der Dichtungsflüssigkeit und die am Rand der Laufscheibe von dieser mitgenommene Flüssigkeit wird an der Kanalsohle abgetrennt, so dass die Drehgeschwindigkeit des Flüssigkeitskörpers wesentlich unterhalb der Laufscheibengeschwindigkeit liegt.
Ziel der Erfindung ist eine Dichtung, die von diesen Mängeln frei und demnach auch gegenüber höheren Flüssigkeits-bzw. Gasdrücken sicher abdichtet. Dieses Ziel ist mit einer Flüssigkeitsdichtung des eingangs erwähnten Aufbaues erreichbar, bei welcher erfindungsgemäss die Wand als mit einem ringförmigen, stirnseitig gegen die Laufscheibe vorspringenden Ansatz versehene Scheibe ausgebildet ist, dass der Laufscheibendurchmesser und der Aussendurchmesser des Ansatzes etwa gleich gross sind und dass von der Stirnfläche des Ansatzes bzw. der Laufscheibe ein sich nach aussen erweiternder, in den abzudichtenden Druckraum ausmündender Ringspalt begrenzt wird.
Weil der Ringspalt nach aussen offen ist, entfällt ein wesentlicher Teil der Reibung, nämlich der von einer feststehenden Umfangswand verursachte Anteil, und die Erweiterung des Ringspaltes in Radialrichtung führt zu einem günstigen Druckaufbau. Das Hindurchtreten von Dichtungsflüssigkeit ist praktisch vermeidbar, wenn nach einem Merkmal der Erfindung in dem Körper der ruhenden Scheibe eine Kammer ausgebildet ist, die von einer zylindrischen Umfangswand und zwei ebenen Wänden begrenzt wird, dass jene Wand, von welcher der ringförmige Ansatz vorspringt, eine mittige, von dem rotierenden Teil durchsetzte Öffnung aufweist, deren Durchmesser wesentlich kleiner, z. B. halb so gross ist, wie der Innendurchmesser der Umfangswand und dass in der Umfangswand Abflusskanäle angeordnet sind.
Es ist vorteilhaft, die Abflusskanäle von der Kammer im wesentlichen tangential ausgehen zu lassen, weil diese Massnahme das Abfliessen von Flüssigkeit aus der Kammer begünstigt, zu dem vor allem die in Nähe der Kammerumfangswandung wirksamen Fliehkräfte beitragen. Erfindungsgemäss ausgebildete Flüssigkeitsdichtungen verbrauchen nur halb soviel Energie, wie die bekannten. Massgebend ist aber weniger der hiedurch verursachte Energieverlust, sondern das Wegfallen der aus dem Energieverbrauch entspringenden Erwärmung, die insbesondere bei der Verwendung an Turbinen, einem bevorzugten Anwendungsgebiet, nachteilig ist. Die ruhende Scheibe sitzt dann am Lagergehäuse, dessen Erwärmung aus verständlichen Gründen vermieden werden soll.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in den
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werden soll.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist auf die Welle--l--in Nähe des Lagers--3--eine Scheibe, die Laufscheibe--4--, drehfest aufgesetzt. Die ruhende Wand wird von einer mit dieser koaxialen Scheibe-5--gebildet. Die Aussendurchmesser beider Scheiben sind bei der dargestellten Ausführung gleich, brauchen aber nur annähernd gleich zu sein. An ihrer der Laufscheibe zugekehrten Seite ist die ruhende Scheibe - 5-mit einer mittigen, zylindrischen Ausnehmung versehen und weist demnach im Bereich ihres Randes einen ringförmigen Ansatz --6-- auf, der von einer ringförmigen Stirnfläche-7-und innen von einer
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gegenüber.
Die beiden Flächen --7 und 9-- begrenzen einen Ringspalt-10-, der sich nach aussen erweitert und gegen den abzudichtenden Druckraum offen ist. In den Ansatz-6-sind Kanäle-11- ausgebildet, die an der inneren Ansatzfläche--8--in Umfangsrichtung ausmünden. Den Kanälen-l l-- wird mittels Rohren--12--unter Druck stehende Dichtungsflüssigkeit zugeführt, im vorliegenden Fall Wasser aus dem Oberstau des Kraftwerkes, in welches die Turbine eingebaut ist. Zwischen dem Turbinenlaufrad und dem Turbinengehäuse sind Labyrinthdichtungen--13, 14-- vorgesehen. In Fig. 2 ist der Drehsinn der Turbinenwelle mit einem Pfeil angedeutet.
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Das Oberwasser strömt unter einem seinen Pegelstand entsprechenden überdruck den Kanälen --11-- zu und gelangt über diese in den Raum zwischen den Scheiben--4 und 5--. Dort bildet sich der rotierende, ringförmige Flüssigkeitskörper, in dem der Druck infolge der Fliehkrafteinwirkung in Radialrichtung zunimmt.
Der erhöhte Druck im rotierenden Flüssigkeitsring verhindert den Zutritt des Wassers aus dem Bereich des Laufrades zu dem Lager--3--und dem Turbinendeckel--15--.
Das als Dichtungsflüssigkeit benutzte Wasser ist meist sehr trüb, d. h. es führt feinsten Sand mit sich. Die Verringerung der Reibung zwischen Flüssigkeit und Dichtungsbestandteile setzt den Verschleiss dieser Teile herab, der sonst beträchtlich sein kann, und ist auch aus diesem Grunde erwünscht und vorteilhaft.
Der gesteigerte Druck am Umfang des rotierenden Flüssigkeitsringes bewirkt weiter, dass das Wasser durch den Ringspalt nach aussen austritt, wobei die Erweiterung dieses Spaltes dazu beiträgt, dass die kinetische Energie der aus der Dichtung strömenden Flüssigkeit teilweise in Druckenergie umgesetzt wird, was den Energieverbrauch herabsetzt.
Es ist zweckmässig, den Wasserdurchsatz durch den Ringspalt--10--so klein wie möglich zu halten, um die Energieverluste herabzusetzen, die mit dem Austreten von Flüssigkeit in den wassergefüllten Raum, in dem etwa der Druck der ausströmenden Flüssigkeit herrscht, verbunden sind.
Es empfiehlt sich daher, durch die Kanäle--11--zufliessendes, überschüssiges Oberwasser auf eine andere Weise abzuführen.
Zu diesem Zweck ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Flüssigkeitsdichtung (Fig. 3 und 4) im Körper der ruhenden Scheibe (5a) eine Kammer --16-- ausgebildet, die von einer zylindrischen Umfangswand--18--und zwei ebenen Wänden--20 bzw. 17--begrenzt ist. Die dem Laufring --4-- näher liegende Wand--17--weist eine mittige, von der Turbinenwelle--l--durchsetzte Öffnung --17'-- auf, deren Durchmesser jedenfalls kleiner ist als der Innendurchmesser der Umfangswand, z. B. etwa halb so gross ist. In der Umfangswand --18-- der Kammer --16-- sind Abflusskanäle --19-vorgesehen, die vorzugsweise von der Kammer annähernd tangential ausgehen.
Bei dieser Variante der Dichtung bildet sich der rotierende Flüssigkeitskörper in dem Raum zwischen der Laufscheibe --4-- und der Wand
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werden, sondern kann durch die Öffnung --17'-- in die Kammer --16-- ausweichen und aus dieser durch die Abflusskanäle--19--austreten. Auch in dieser Kammer rotiert die Flüssigkeit, aber wegen des verhältnismässig grossen Abstandes ihrer Umfangswand und damit der Eintrittsöffnungen der Kanäle von der Drehachse sind in Nähe dieser Eintrittsöffnungen die Fliehkräfte gross, so dass der Abtransport des überschüssigen Wassers gefordert wird.
Es versteht sich, dass einerseits der von dem Durchmesser der Öffnung --17'-- und dem Wellendurchmesser festgelegte Durchtrittsquerschnitt den Strömungsweg des überschusswassers möglichst wenig einschnüren, anderseits der öffnungsdurchmesser aber möglichst klein sein soll, damit die Ausbildung eines die Abdichtung bewirkenden, rotierenden Flüssigkeitskörpers zwischen der Laufscheibe und der Wand-17nicht beeinträchtigt wird. Die Erfahrung hat gezeigt, dass diesen beiden Bedingungen entsprochen werden und tatsächlich der grösste Teil des überschusswassers abgeführt werden kann. Aus der Wand-20--der ruhenden Scheibe --5a-- ist eine von der Welle --1-- durchsetzte Öffnung --21-- ausgenommen.
Auf irgendwelche Weise auf den Turbinendeckel--15--gelangtes Wasser kann durch den Lagerspalt zwischen Welle und Lager abfliessen und durch die Öffnung --21-- in die Kammer --16-- gelangen, aus der es mit dem überschusswasser austritt. Im Turbinendeckel können auch Durchtrittsöffnungen --22-- für abzuleitendes Wasser angeordnet sein, das dann durch den Spalt zwischen dem Lager--3--und der Wand-20--der ruhenden Scheibe--5a--in die Kammer --16-- gelangt.
Die Durchtrittsflüssigkeit kann selbstverständlich mit Hilfe einer Pumpe zugeführt werden.
Es hat sich erwiesen, dass mit erfindungsgemäss gestalteten Dichtungseinrichtungen auch bei Stillstehen der Turbinenwelle eine bemerkenswerte Abdichtung erreichbar ist.
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