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Perfectionnements aux joints à labyrinthes pour boîtes à bourrage.
Cette invention se rapporte à des joints à labyrinthes pour boîtes à bouriage destinés à être employas entra des organes de machines tournant l'un par rapport à loutre, comme par exemple entre un arbre de turbine et la partie de l'enveloppe de la turbine à travers laquelle il passe.
Le but de l'invention est de fournir des formes perfec- tionnées de joints de ce genre dans lesquels les éléments contigus du joint sont formas et disposés de telle manière qu'ils tendent à se séparer automatiquement s'il se produit un frottement entre eux.
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Les joints à labyrinthes de boîtes à bourrage comprennent Habituellement un certain nombre de lamelles annulaires dis- posées de manière à imposer un parcours sinueux à la vapeur ou autre fluide qui tend à passer du coté haute-pression au coté basse pression du bourrage et, pour ce qui concerne la construction et la disposition des lamelles da garniture, il convient de s'en rapporter à la forme qu'elles présentent en coupe suivant un plan passant par l'axe de rotation. Les la- melles établies de cette manière présentent plus ou moins l'aspect de consoles, dont une extrémité est libre et l'au- tre extrémité, dénommée "racine",
est attachée directement ou indirectement à l'organe à mouvement de rotation relatif.
C'est dans oe sens que le terme "extrémité", est employé ci- dessous et que la section transversale est considérée, la où il en est fait mention.
La présente invention concerne un joint a labyrinthe du typa dans lequel une lamelle annulaire assujettie par l'une de ses extrémités à l'un des organes à mouvement de rotation relatif, est disposée par rapport à une: autre lamelle annulai- re assujettie par l'une de ses extrémités a l'autre organe à mouvsment relatif, de telle manière qu'un passage étrangle soit ménagé entre elles.
Toutefois, suivant la présente invention, l'une au moins des lamelles annulaires présente une forme conique et ménage un étranglement en combinaison avec une surface radiale ou conique de l'autre lamelle, la construction et la disposition de cas organes étant telles que lorsqu'il se produit un frottement entre les lamelles à l'endroit due l'étranglement, la lamelle conique, par sa dilatation due a l'augmentation -de la température dans la zone où a lieu le contact, tend à
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augmenter la. largeur de l'étranglement par uii ..10UV 3.ud....t axial et radial combiné l'écaitant (le la surface co.,pra,Lt4 de la lamelle correspondant.
En outre, cette forme da joint permet de régler la largeur des étranglements ou des vides entre les lamelles coopérantes par un déplacement axial relatif de celle-ci.
Une série de lamelles fixées sur l'un des organes à mou- vement de rotation relatif peuvent agir conjointement avec
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une lamelle portes par l'autre 01jai-le â, U10UVi:;.w,;:.i.t de rotation relatir, et iéttv .IG.LLI.'G'.Lli lauteile :tJ<;Jut ha forcée en gradins de manière a obtenir un étranglement plus efficace, ou bien les lamelles des organes respectifs peuvent coopérer par des paires, l'une ou l'autre lamelle ou les deux pouvant alors avoir une forme conique.
L'invention a aussi pour objet un joint à labyrinthe pour boite à bourrade comportant une ou plusieurs paires de lamelles annulaires coopérante,.) dont l'une est assujettie; par l'une de ses extrémités à l'un des organes à mouvement @ de rotation relatif, et l'autre à l'autre organe à mouvement de rotation relatif, ces lamelles, étant conformées et dis- posées da manière à créer entre elles un ou plusieurs passa- ges étrangles, de telle sorte que lorsqu'il se produit un frottement entr" elles, elles tendent toutes deux,
par suite de la dilatation due à l'élévation de température aux points de contact, à s'écarter l'une de l'autre en augmentant la.
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largeur de ce Pd.Sbd./j)8S tx,ylâ,. En outre, quel que soit le mode de construction, l'une des lamelles peut être con- formée et disposée de manière à créer une série d'étrangle- mante conjointement avec un? ou plusieurs lamelles coopéran- tes.
Au cas où la garniture comprend une série de lamelles
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destinées à coopérer avec une ou plusieurs autres lamelles, les passages étrangles ménagés entre elles ne doivent pas nécessairement se trouver dans le prolongement les uns des autres mais peuvent âtre étages ou autrement décales les uns par rapport aux autres, de telle sorte que bien que la direc- tion générale de la vapeur ou autre fluide à travers les dif- férents passages soit plus ou moins radiale, ce fluide doive aussi parcourir nécessairement un chemin sinueux.
Il est .:vident que l'invention peut être réalisée sous différentes formes, qui toutes néanmoins utilisent des la- melles coniques de préférence inclinées d'un angle de 30 à 60 sur l'axe de rotation, tandis que l'angle formé par cha- cune de ces lamelles à sa surface intérieure avec la sur- face coopérants d'une lamelle adjacente est moindre que 90 et est de préférence compris aussi entre 30 et 60 .
Différentes formes de construction de garniture suçant l'in- vention sontreprésentées sur les Figs. 1 à 17 des dessins annexés qui montrent des coupes transversales faites suivant un plan passant par l'axe de rotation. Dans toutes ces figu- ras, A désigne celui des organes à mouvement de rotation relatif qui se trouve à l'intérieur et B celui qui se trouve à l'extérieur. La Fig. 18 représente un mode d'application de la garniture spécialement à une boîte à bourrage à dia- phragme pour turbines.
Dans la forme simple représentée sur la Fig. 1 les la- melles coniques 1, assujetties par l'une de leurs extrémités à l'un des organes a rotation relative, l'organe interne A, se terminent à leur extrémité libre à proximité des faces latérales de saillies annulaires 2 en forme de butée, for- mant ainsi des passages étranglés approximativement radiaux
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3, entre les surfaces adjacentes des lamelles 1 et des sail- lies 2.
S'il se produit un contact frottant entre ces surfa- ces adjacentes, les lamelles coniques 1 s'échauffent immédia- tement à leurs extrémités libres et tendent a se dilater sur la périphérie, s'écartant ainsi dans un sens partiellement radial et partiellement axial des saillies 2, comme c'est in- diqué (avec une certaine exagération) par les lignes pointil- lées sur la Fig. 1. Les espaces libres entre les éléments coopérants 1, 2 de la garniture s'ajustent ainsi automati- quement pendant le fonctionnement de façon à. réduire au mini- mum l'usure et les pertes par frottement dûes à un contact frottant.
La Fig. 2 montre un mode de construction qui ressemble celui de la Fig. 1, en ce sens qu'on emploie des lamelles coniques coopérant avec les côtés de saillies annulaires en forme de butées, mais dans ce cas les lamelles coniques 4 sont assujetties à l'organe externe B et passent au-delà des bu- tées 5 en coopérant avec les faces latérales de celles-ci les plus distantes de leurs propres racines. suivant un autre mode de construction représenté sur la Fig. 3, les lamelles coniques 6 portées par l'organe ex- terne B peuvent être pourvues d'une racine annulaire 7 s'é- tendant vers l'intérieur, les parties coniques des lamelles s'étendant vers l'extérieur à partir des extrémités internes de ces parties formant racines.
Cette dernière forme de construction peut être développée par la disposition d'une série de lamelles coniques solidaires d'une racine commune , comme c'est représenté par exemple sur la Fig.8, tandis que les Figs. 6 et 7 montrent des dispositions semblables appli- quées à la forme de construction représentée sur la Fig. 1.
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Les éléments en forme de butée 8 et 9 représentas sur les Figs. 7 et 8 respectivement sont pourvus de gradins de telle sorte que les passages étranglas formés entre les éléments coopérants du joint sont étagés les uns par rapport aux autres de manière à assurer une action d'étranglement plus efficace.
La fig. 9 montre une autre forme de construction, dans la- quelle un élément en forme de butée tel que ceux représentés sur la Fig. 6 est pourvu de lamelles 10 s'étendant latérale- ment, dont les extrémités forment des passages étranglés ap- proximativement radiaux 11, conjointement avec les extrémités des lamelles coniques 12 portées par l'organe A.
Cette cons- truction offre sur celles où il est fait emploi de butées unies, l'avantage que lorsqu'il se produit un frottement à l'endroit des passages étranglés 11, il n'y a pas tendance que l'organe externe se courbe ou se gauchisse latéralement, comme cela peut se produire lorsqu'on emploie des butées mas- sives du type représenté sur la Fig. 6. on remarquera que dans tous les cas décrits ci-dessus, l'angle que fait une lamelle conique à sa surface intérieure avec la surface coopérante de la 'lamelle adjacente, qui for- me conjointement avec la première un passage étranglé, c'est- à-dire l'angle a (Fige. 1, 6 et 9), est aigu.
D'autres exemples de garnitures construites suivant l'invention et comportant des paires de lamelles coniques coopérantes sont représentés sur les Figs. 4 et 5 et 10à 17.
Dans ces modes de construction, les dispositions sont telles que lorsqu'il se produit un frottement entre une paire de lamelles, chaque lamelle en contact tend à s'écarter de la surface coopérante de la lamelle située en regard, en augmen- tant ainsi la largeur du passage étranglé compris entre elles.
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Les Fige, 4 et 5 montrent cette particularité de l'invention appliquée aux types de joints représentés sur les Figs. 2 et 3, les butées angulaires de ces dernières figures étant rem- placées par des lamelles coniques 13, semblables à celles de la Fig. 1.
Fig. 10 montre une construction simple dans laquelle chaque élément du joint 14, 15 comprend une série de lamelles coniques, dont les extrémités coopèrent pour former une sé- rie de passage radiaux étranglés. La fig. 11 représente une forme de construction à peu près semblable, les passages étranglés étant, toutefois, formés entre les surfaces extrêmes coniques des lamelles, de manière à offrir un chemin sinueux au passage du fluide entre les éléments du joint. Des par- cours sinueux sont également obtenus par les modes de cons- tructions représentés sur les Fige. 12 et 13, dans lesquels les passages étranglés formés entre des paires de lamelles consécutives sont étagés les uns par rapport aux autres.
Les Figs. 14 à 17 montrent à titre d'exemples et à une échelle quelque peu agrandie, des modes de construction dans lesquels l'une delamelles est conformée et disposée de ma- nière à créer une série d'étranglements conjointement avec une ou plusieurs lamelles coopérantes. Sur la Fig. 14, des étranglements sont formés en b et c, tandis que sur la Fig. 15, on a ménagé des étranglements d, e et f et dans chaque cas on a réalisé des parcours sinueux à travers les séries de passages.
Dans les constructions représentées sur les Figs. 16 et 17, des étranglements g, h sont formés entre les bords des extrémités des lamelles et il est visible que dans ces modes de construction également, lorsqu'il se produit un frottement
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entre les lamelles, celles-ci tendent à se déplacer ou à dévier de façon à réduire la pression de contact ou éventuel- lement rouvrir le passage entre elles.
La Fig. 17 montre aussi une caractéristique qui peut, si on le désire, être appliquée , certains des modes de cons- truction ci-dessus décrit, et qui consiste à disposer les lamelles de l'élément 16 de manière qu'elles présentent un angle de conicité plus grand que celles de l'élément 17. Ceci offre l'avantage de faciliter la fabrication, car elle permet de donner aux rainures entre les lamelles une largeur égale pour les deux séries de lamelles, par exemple dans des modes de construction tels que celui représenté sur la Fig. 12.
Dans toutes les formes de joints suivant l'invention, la largeur des étranglements peut être réglée, par exemple, lorsqu'on assemble les boites à bourrage, en déplaçant axia- lement les éléments du joint. Les boîtes à garnitures sont particulièrement applicables aux turbines à haute pression pour obturer l'intérieur d'un tambour de turbine et llempê- cher de communiquer avec l'atmosphère ou pour équilibrer les .pistons ou pour former des garnitures à diaphragme entre les étages de la turbine ou dans d'autres casencore, si on le désire. Les éléments du joint peuvent être formés d'une pièce avec les organes à mouvement de rotation relatif qui les portent, ou bien ils peuvent être formés séparément et fixés de toute manière convenable.
Un exemple de construction montrant l'application du joint à une boîte de garnitures à diaphragmes pour turbines est représenté sur la Fig. 18. Les bagues de garniture sont faites d'éléments courbes 18 pourvus d'une série de lamelles 19; ces éiéments 18 sont fixés dans des rainures 20 prati- quées dans le rotor et sont maintenus en place au moyen de
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cales 21. Les lamelles 22 de la garniture, portées par le diaphragme 23 sont assujetties au cylindre 24 par l'intermé- diaire de pièces à tuyères ou à aubage 25, rivées ou autrement assujetties au diaphragme 23 et maintenues par des cales 26 dans une gorge 27 formée à l'intérieur du cylindre ou du stator 24.
Les pièces 25 sont pourvues en 28,29 de languettes et de rainures susceptibles d'entrer en prise avec des par- ties correspondantes de la gorge 27 de manière à empêcher le diaphragme d'y jouer et de modifier la position des passages de tuyères ou des éléments de la garniture. La largeur des étranglements 30 peut être réglée aux dimensions voulues lors du montage de la turbine, et s'ajuste ultérieurement plus ou moins spontanément suivant les principes exposés ci-dessus.
On comprendra par la description qui précède que l'in- vention est susceptible de diverses formes de construction et de modification différentes de celles qui ont été décrites ci-dessus, sans que l'on s'en s'écarte.
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Improvements to labyrinth seals for stuffing boxes.
This invention relates to labyrinth seals for stuffing boxes for use in machine parts rotating relative to the otter, such as between a turbine shaft and the casing part of the turbine. through which it passes.
The object of the invention is to provide improved forms of joints of this kind in which the adjoining elements of the joint are formed and arranged in such a way that they tend to separate automatically if there is friction between them. .
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Stuff box labyrinth seals Usually comprise a number of annular lamellae arranged to impose a sinuous path for steam or other fluid which tends to pass from the high pressure side to the low pressure side of the stuffing and, for example. As regards the construction and arrangement of the trim strips, reference should be made to the shape they have in section along a plane passing through the axis of rotation. The slats established in this way have more or less the appearance of consoles, one end of which is free and the other end, called the "root",
is attached directly or indirectly to the member with relative rotational movement.
It is in this sense that the term "end" is used below and that the cross section is considered, where mentioned.
The present invention relates to a labyrinth seal of the typa in which an annular lamella secured by one of its ends to one of the members with relative rotational movement, is disposed with respect to another: another annular lamella secured by the 'one of its ends has the other relative movement member, so that a throttle passage is made between them.
However, according to the present invention, at least one of the annular lamellae has a conical shape and provides a constriction in combination with a radial or conical surface of the other lamella, the construction and arrangement of the cases being such that when ' there is friction between the lamellae at the place due to the constriction, the conical lamella, by its expansion due to the increase in temperature in the zone where the contact takes place, tends to
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increase the. width of the constriction by uii ..10UV 3.ud .... t axial and radial combined the shroud (the the surface co., pra, Lt4 of the corresponding lamella.
In addition, this form of seal makes it possible to adjust the width of the constrictions or of the voids between the cooperating lamellae by a relative axial movement thereof.
A series of lamellae fixed on one of the members with relative rotational movement can act jointly with
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a lamella doors by the other 01jai-le â, U10UVi:;. w,;:. it of rotation relatir, and iéttv .IG.LLI.'G'.Lli lauteile: tJ <; Jut ha forced in steps in a manner to obtain a more efficient throttling, or else the lamellae of the respective members can cooperate in pairs, one or the other lamella or both can then have a conical shape.
The subject of the invention is also a labyrinth seal for a flanged box comprising one or more pairs of cooperating annular lamellae ,.) one of which is secured; by one of its ends to one of the members with relative rotational movement @, and the other to the other member with relative rotational movement, these strips, being shaped and arranged in such a way as to create between them one or more strangular passages, so that when there is friction between them, they both tend,
as a result of the expansion due to the rise in temperature at the points of contact, to move away from each other by increasing the.
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width of this Pd.Sbd./j)8S tx, ylâ ,. Furthermore, whatever the mode of construction, one of the lamellae can be shaped and arranged so as to create a series of constrictors together with a? or more cooperating lamellae.
In case the packing includes a series of slats
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intended to cooperate with one or more other lamellae, the constricted passages formed between them do not necessarily have to be in the continuation of each other but may be floors or otherwise offset with respect to each other, so that although the The general direction of the vapor or other fluid through the various passages is more or less radial, this fluid must also necessarily follow a meandering path.
It is obvious that the invention can be realized in different forms, which nevertheless all use conical blades preferably inclined at an angle of 30 to 60 on the axis of rotation, while the angle formed by each such lamella on its interior surface with the cooperating surface of an adjacent lamella is less than 90 and is preferably also between 30 and 60.
Different forms of sucking packing construction of the invention are shown in Figs. 1 to 17 of the accompanying drawings which show cross sections taken along a plane passing through the axis of rotation. In all these figures, A designates that of the members with relative rotational movement which is inside and B that which is outside. Fig. 18 shows one mode of application of the packing especially to a diaphragm packing box for turbines.
In the simple form shown in FIG. 1 the conical lamellae 1, secured by one of their ends to one of the members of relative rotation, the internal member A, terminate at their free end near the side faces of the annular projections 2 in the form of a stopper, thus forming approximately radial constricted passages
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3, between the adjacent surfaces of the lamellae 1 and the protrusions 2.
If there is a frictional contact between these adjacent surfaces, the tapered sipes 1 heat up immediately at their free ends and tend to expand at the periphery, thus moving apart in a partially radial and partially axial direction. protrusions 2, as indicated (with some exaggeration) by the dotted lines in FIG. 1. The free spaces between the cooperating elements 1, 2 of the lining are thus automatically adjusted during operation so as to. reduce wear and friction losses due to rubbing contact to a minimum.
Fig. 2 shows a construction mode which resembles that of FIG. 1, in the sense that one employs conical lamellae cooperating with the sides of annular projections in the form of abutments, but in this case the conical lamellae 4 are secured to the external member B and pass beyond the stops 5 by cooperating with the lateral faces of these the most distant from their own roots. according to another mode of construction shown in FIG. 3, the conical lamellae 6 carried by the external member B may be provided with an annular root 7 extending inwardly, the conical portions of the lamellae extending outwardly from the ends. internal parts of these root parts.
This latter form of construction can be developed by the arrangement of a series of conical lamellae integral with a common root, as is shown for example in Fig. 8, while Figs. 6 and 7 show similar arrangements applied to the form of construction shown in FIG. 1.
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The elements in the form of a stop 8 and 9 shown in FIGS. 7 and 8 respectively are provided with steps such that the constricted passages formed between the cooperating elements of the seal are stepped with respect to each other so as to ensure a more effective throttling action.
Fig. 9 shows another form of construction, in which a stopper-shaped member such as those shown in FIG. 6 is provided with laterally extending lamellae 10, the ends of which form approximately radial constricted passages 11, together with the ends of the conical lamellae 12 carried by member A.
This construction offers over those where use is made of plain stops, the advantage that when friction occurs at the location of the constricted passages 11, there is no tendency for the external member to bend. or buckles laterally, as can occur when using massive stops of the type shown in FIG. 6. It will be noted that in all the cases described above, the angle which a conical lamella makes on its interior surface with the cooperating surface of the adjacent lamella, which together with the first forms a constricted passage, that is, that is to say the angle a (Figs. 1, 6 and 9), is acute.
Other examples of gaskets constructed according to the invention and comprising pairs of cooperating conical sipes are shown in Figs. 4 and 5 and 10 to 17.
In these modes of construction, the arrangements are such that when there is friction between a pair of lamellae, each lamella in contact tends to move away from the cooperating surface of the lamella situated opposite, thus increasing the thickness. width of the constricted passage between them.
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Figs, 4 and 5 show this feature of the invention applied to the types of seals shown in Figs. 2 and 3, the angular stops of the latter figures being replaced by conical strips 13, similar to those of FIG. 1.
Fig. 10 shows a simple construction in which each member of seal 14, 15 comprises a series of tapered lamellae, the ends of which cooperate to form a series of constricted radial passages. Fig. 11 shows a roughly similar form of construction, the constricted passages being, however, formed between the conical end surfaces of the lamellae, so as to provide a meandering path for the passage of fluid between the members of the seal. Winding paths are also obtained by the construction methods shown on the Figs. 12 and 13, in which the constricted passages formed between pairs of consecutive lamellae are stepped relative to each other.
Figs. 14 to 17 show, by way of example and on a somewhat enlarged scale, methods of construction in which one of the slats is shaped and arranged so as to create a series of constrictions together with one or more cooperating slats. In Fig. 14, constrictions are formed at b and c, while in FIG. 15, constrictions d, e and f were provided and in each case sinuous paths were made through the series of passages.
In the constructions shown in Figs. 16 and 17, constrictions g, h are formed between the edges of the ends of the lamellae and it is visible that in these methods of construction also, when friction occurs
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between the lamellae, these tend to move or deflect so as to reduce the contact pressure or possibly reopen the passage between them.
Fig. 17 also shows a feature which can, if desired, be applied, some of the construction methods described above, and which consists in arranging the lamellae of element 16 so that they present a taper angle. larger than those of element 17. This offers the advantage of facilitating manufacture, since it allows the grooves between the lamellae to be given an equal width for the two series of lamellae, for example in construction methods such as that shown in FIG. 12.
In all forms of seals according to the invention, the width of the constrictions can be adjusted, for example, when assembling the stuffing boxes, by axially moving the elements of the seal. Packing boxes are particularly applicable to high pressure turbines to seal the interior of a turbine drum and prevent it from communicating with the atmosphere or to balance the pistons or to form diaphragm packings between the stages of the turbine. the turbine or in other cases, if desired. The elements of the joint may be formed integrally with the relative rotational movement members which carry them, or they may be formed separately and secured in any suitable manner.
An example of construction showing the application of the seal to a box of diaphragm seals for turbines is shown in FIG. 18. The packing rings are made of curved elements 18 provided with a series of lamellae 19; these elements 18 are fixed in grooves 20 made in the rotor and are held in place by means of
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shims 21. The lamellae 22 of the gasket, carried by the diaphragm 23 are secured to the cylinder 24 by means of parts with nozzles or bladers 25, riveted or otherwise secured to the diaphragm 23 and held by shims 26 in a groove 27 formed inside the cylinder or stator 24.
The parts 25 are provided at 28, 29 with tongues and grooves capable of engaging corresponding parts of the groove 27 so as to prevent the diaphragm from playing therein and to modify the position of the nozzle passages or elements of the trim. The width of the constrictions 30 can be adjusted to the desired dimensions during assembly of the turbine, and can subsequently be adjusted more or less spontaneously according to the principles set out above.
It will be understood from the above description that the invention is susceptible of various forms of construction and modification different from those which have been described above, without departing from them.
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