Labyrinthdichtung für sich drehende Maschinenteile, insbesondere an Dampf- und Gasturbinen. Die Erfindung betrifft eine Labyrinth- dichtung für sich drehende Maschinenteile, insbesondere an Dampf- und Gasturbinen. Soll bei solchen Labyrinthdichtungen eine wirksame Abdichtung erreicht werden, so muss das Spiel zwischen dem feststehenden und dem sich drehenden Teil sehr klein be messen werden.
Anderseits sollte zwischen diesen Teilen bei keinem Betriebszustand ein zu starkes Reiben eintreten, da die in einem solchen Falle erzeugte Wärme zu unzulässigen Veränderungen und Verlage rungen anderer Teile führen würde, was Anlass zu schweren Betriebsstörungen geben könnte. Das Reiben- von Labyrinthzacken auf metallischen Gegenstücken, oder von be weglichen Kohlenstücken auf Turbinenwellen zum Beispiel verursacht auch einen Ver schleiss der Zacken, ein Eingraben von Nuten in den sich drehenden Teil, ein Heisswerden .der Büchsen und dergleichen.
Es sind schon Labyrinthdichtungen mit feststehenden, mehrteiligen Kohlenringen ge baut worden, bei denen am sich drehenden Teil entweder Zacken, die eine fortlaufende Schraube bilden, oder sägeartig ausgebil dete Schneiden vorgesehen sind.
Tritt bei solchen Dichtungen ein Streifen ein, .so wer den vom Kohlenring Teile weggeschnitten., oder die Innenfläche des Ringes wird auf ihrem ganzen Umfang um einen gewissen. Betrag abgeschabt, so dass beim Wiederein treten normaler Betriebszustände ein we- sentlieh grösseres spiel vorhanden ist als unmittelbar nach dem Zusammenbau der Stopfbüchse,. was die Wirksamkeit der Dich tung wesentlich verschlechtert.
Zweck vorliegender Erfindung ist nun, eine Labyrinthdichtung mit feststehenden, mehrteiligen Ringen aus Kohle oder einem dieser in physikalischer Hinsicht äquivalen ten Stoffe zu schaffen, bei welcher die un- mittelbar nach dem Zusammenbau der Dich tung erzielbare gute Dichtung praktisch dauernd erhalten bleibt.
Zu diesem Behufe sind bei der Labyrinthstopfbüchse nach der Erfindung ringförmige Kämme, die sich mit ,dem abzudichtenden Maschinenteil drehen, praktisch ohne Spiel in die erwähnten Ringe eingebaut, aus denen sie bei einer rascheren Wärmeausdehnung der .sich drehenden Teile als der sich nicht drehenden 'Teile Nuten aus graben. Diese Nuten werden durch ein all fälliges Ausschlagen der sich drehenden Teile noch vertieft, wobei aber die von den Kämmen verlangte Drosselwirkung trotz .dieser Nuten praktisch dauernd unverändert erhalten bleibt.
Auf der beiliegenden ,Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes gezeigt, wobei in beiden Fällen der Einfachheit halber ein einziger feststehender Ring gezeichnet ist, der aus Kohle besteht. Es zeigt: Fig. 1 einen Achsialschnitt durch einen Teil einer Labyrinthdichtung,deren Kohlen ring radial unversehiebbar in den .sich nicht drehenden Teil eingebaut ist;
Fig. 2 zeigt einen Achsialschnitt durch einen Teil einer Labyrinthdichtung, deren Kohlenring sich aus durch Federn radial ab- gestütztenSegmenten zusammensetzt; Fig. 3 dient zur Erläuterung der Wir kungsweise einer Stopfbüchse nach der Er findung.
1 bezeichnet die abzudichtende Welle einer Maschine, beispielsweise einer Dampf- oder Gasturbine. Mit der Welle 1 ist eine Hülse 2 fest verbunden, die am Aussen umfang ringförmige Kämme 3, 4 versthie- dener Länge aufweist. 5 bezeichnet ein Stück eines im übrigen nicht gezeichneten, mehrteiligen Ringes, der fest in einen sich nicht drehenden Teil 6 (Gehäuse, Leitrad- boden und .dergleichen) .der Maschine einge baut ist.
Der Ring weist an seinem Innen umfang Rillen 7 auf, in welche die längeren Kämme 4 der Hülse 2 ragen. Die kürzeren Kämme 3 liegen gegenüber Ringflächen 8 des Ringes 5. Die Teile 2, 5 bilden zu- lammen mit den ringförmigen Kämmen 3, 4, den Rillen 7 und den Flächen 8 die Laby- rinthstopfbüchse. Wie schon erwähnt, be steht der Ring 5 aus Kohle und die Hülse 2 aus einem Baustoff, der den Kämmen 3, 4 ermöglicht, bei einer rascheren Wärmeaus- @dehnung der sich drehenden Teile 1, 2 als der sich nichtdrehenden Teile 5, 6,
aus dem Ring 5 Nuten auszugraben.
Die ringförmigen Kämme 3, 4 sind prak tisch ohne .Spiel in den sich nicht drehenden Kohlenring 5 eingebaut. :Streifen die Kämme 3, 4 einer solchen Stopfbüchse aus irgend einem Grunde an der Gegenfläche der Stücke .des Kohlenringes 5, so graben sie einfach aus dem Kohlenring Nuten aus. Die Form .der ausgegrabenen Nuten hängt dabei von der Ursache ab, die das .Streifen bedingt.
Dehnen sich zum Beispiel die sich drehenden Teile .der Stopfbüchse nur in radialer Rich tung stärker aus als der Kohlenring, so wer .den Nuten 9 von der in Fig. 3 gezeigten Form ausgegraben, die .durch. ein allfälliges Ausschlagen der sich drehenden Teile noch vertieft werden. Während,des normalen Be triebes liegt das Aussenende der Kämme 3, 4 gegen die tiefste Stelle solcher Nuten:
9 an, oder das Ende der Kämme 3, 4 ragt min destens soweit in die Nuten 9, @dass durch die Kämme eine starke Umlenkung und damit eine starke Drosselung des Arbeits- bezw. Fördermittels bewirkt wird, welches durch die Stopfbüchse zu entweichen trach tet. Fig. 3 zeigt die Teile in der Lage, die sie einnehmen, nachdem die Maschine abge stellt worden ist und .die verschiedenen Teile wieder erkaltet sind.
Da sich die Kämme 3, 4 .der Hülse 2 leicht in die Stücke des Kohlenringes 5 ein graben können, werden sie beim Streifen nicht im geringsten angegriffen, was für die dauernde Aufrechterhaltung des .sogar bis auf Null herabdrückbaren .Spiels wichtig ist. Im weiteren werden beim Streifen unzu lässige Erwärmungen vermieden. In bezug auf .die Welle 1 isst letzteres wichtig, weil eine zu starke Erwärmung der Welle An lass zu ihrer Verbiegung und, zusammen- hängend damit, zu schweren Schaufel brüchen, Lagerbeschädigungen. und derglei chen führen kann.
Eine unzulässige Erwär mung . der Welle wird selbst in Fällen ver hindert, wo an den streifenden Stellen aus irgend einem Grunde doch noch stärkere Wärmeerzeugungen stattfinden sollten, da die Kämme 3, 4 so lang und dünn sind, dass das dieselben bespülende Treibmittel imstande ist, diese Kämme so stark abzu kühlen, dass durch letztere keine gefährlich urerdende Wärmeübertragung von den Streif stellen zur Hülse 2 und von dieser zur Welle 1 erfolgen kann. Die Welle bleibt daher völlig unbeeinflusst, so dass jederzeit ein An fahren der Maschine möglich ist.
Dehnen sieh die sich drehenden Teile 1, 2 der Stopfbüchse sowohl in radialer, als auch achsialer Richtung stärker aus als der Kohlenring 5, so graben die Kämme 3, 4 im Ring 5 Nuten von im Querschnitt schief winkliger Dreieckform aus (nicht gezeigt). Dabei bewegen sieh die Kämme 3, 4 beim An wärmen zuerst nach rechts, wenn angenom men wird, dass die achsiale Lage des linken Endes der Welle 1 fixiert ist, und nach der Anfahrperiode entlang der schrägen Fläche jener schiefwinkligen Dreiecksform wieder etwas nach links, wobei sie aber ständig dicht gegen diese schräge Fläche anliegen.
Sollte das äussere Ende der Kämme 3, 4 gegen die schräge Fläche nicht mehr dicht anliegen, weil infolge Ausschlagens .der sieh drehenden Teile eine weitere Nut ausge graben worden ist, so wird gleichwohl noch eine gute Labyrinthwirkung erzielt, da die in die Nuten hineinragenden Enden der Kämme 3, 4 selbst in diesem Falle noch eine starke Umlenkung und Drosselung des zu entweichen trachtenden Treib- oder Förder- mittels bewirken. Es lässt sich somit füglich sagen, dass die Drosselwirkung der Kämme praktisch dauernd unverändert erhalten bleibt.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten dadurch, dass das Kohlenstück 5 nicht radial unverschiebbar in den Maschinenteil 6 einge- setzt ist, sondern durch eine Feder 11 radial abgestützt wird.
In an sieh bekannter Weise ist .dafür zu sorgen, dass sieh die verschiedenen Segmente eines Kohlenringes an den radialen Trenn flächen immer berühren, also an den Stoss flächen nicht aufklaffen. Im Falle wag rechter Wellen können hierfür zum Beispiel besondere Aufhängevorrichtungen für die untere Ringhälfte oder besondere Stütz federn, wie zum Beispiel eine in Fig. 2 (Teil 11) gezeigt ist, vorgesehen werden.
Allen falls können an der Stossstelle der Segmente auch zusätzliche Abdichtungsmittel vorge sehen werden.
Um die Möglichkeit zu haben, das radiale Spiel zwischen dem sieh drehenden und fest stehenden Teil der Labyrinthdichtung zu verändern, können die zum Zusammenarbei ten bestimmten Flächen dieser Teile konisch ausgebildet bezw. die ringförmigen Kämme so gestaltet sein, dass ihre Enden in einer Kegelfläche liegen, wobei dann der eine jener Teile achsial verstellbar anzuordnen ist.
Die Erfindung lässt sich sinngemäss bei jeder beliebigen Anzahl von Kohlenringen anwenden. Dabei spielt es keine Rolle, ob der sieh drehende Teil sich um eine wag rechte, senkrechte oder geneigte Achse dreht. An Stelle von Kohle können auch andere Stoffe verwendet werden, .die ihr, was die physikalischen Eigenschaften anbetrifft, welche für .die Erzielung des mit der Er findung angestrebten Zweckes massgebend sind, äquivalent sind. Solche Stoffe sind zum Beispiel Bimstein und gebrannter Ton.
Die neue Labyrinthdichtung mit mehr teiligen Ringen aus Kohle oder einem .dieser in physikalischer Hinsicht äquivalenten Stoffe eignet sich ganz besonders für sehr hohe Drücke und sehr hohe Temperaturen, weil mit einer verhältnismässig geringen Kammzahl eine gute Abdichtung erzielbar und Kohle oder ein ihr in physikalischer Hinsicht äquivalenter Stoff gegen hohe Tem peraturen unempfindlich ist.
Bei einigen .der beschriebenen Ausführungsformen lässt sich ganz ohne Federn auskommen, was wich tig ist, weil Federn bekanntlich bei hohen Temperaturen leicht Anlass zu Betriebsstö rungen geben können. Zufolge der guten Abdichtung werden ferner Turbinenwellen in der Gegend des Hochdrucklagers vor hohen Temperaturen geschützt, was weiter zur Er höhung der Betriebssicherheit beiträgt.
Das zulässige, sehr kleine Spiel gestattet auch Hochdruckstopfbüchsen verhältnismässig kurz zu halten, wodurch die Lagerdistanz kleiner wird, was wiederum gestattet, den Wellen durchmesser etwas geringer zu halten und hauptsächlich infolge kleinerer Masse des Rotors die Betriebssicherheit zu erhöhen.
Im weiteren bietet die neue Labyrinth .dichtung den Vorteil, dass Ersatzteile (genau gleiche Kohlensegmente) auf Lager gehal ten werden können, und dass bei einem all fälligen Einbau solcher Ersatzteile nur kurze Unterbruchszeiten in Kauf zu nehmen sind. Dabei können die Ersatzteile von jedem Schlosser ohne besondere Instruktion einge baut werden.
Labyrinth seal for rotating machine parts, especially on steam and gas turbines. The invention relates to a labyrinth seal for rotating machine parts, in particular on steam and gas turbines. If an effective seal is to be achieved with such labyrinth seals, the play between the stationary and the rotating part must be very small.
On the other hand, there should not be excessive rubbing between these parts in any operating condition, since the heat generated in such a case would lead to impermissible changes and relocations of other parts, which could give rise to serious malfunctions. The rubbing of labyrinth teeth on metallic counterparts, or moving pieces of coal on turbine shafts, for example, also causes wear of the teeth, digging of grooves in the rotating part, heating of the bushes and the like.
There are already labyrinth seals with fixed, multi-part carbon rings ge built, in which the rotating part either prongs that form a continuous screw, or saw-like ausgebil Dete cutting edges are provided.
If a strip occurs in such seals, then parts of the carbon ring are cut away, or the inner surface of the ring is around a certain amount over its entire circumference. Amount scraped off so that when normal operating conditions are re-established, there is significantly greater play than immediately after the stuffing box has been assembled. which significantly worsens the effectiveness of the seal.
The purpose of the present invention is to create a labyrinth seal with fixed, multi-part rings made of carbon or one of these physically equivalent substances, in which the good seal that can be achieved immediately after the assembly of the seal is practically permanently retained.
For this purpose, ring-shaped combs are installed in the labyrinth stuffing box according to the invention, which rotate with the machine part to be sealed, practically without play in the rings mentioned, from which they with a faster thermal expansion of the .sich turning parts than the non-rotating parts Dig grooves. These grooves are deepened by any knocking out of the rotating parts, but the throttling effect required by the combs remains practically permanently unchanged in spite of these grooves.
In the accompanying drawing, two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown, in both cases, for the sake of simplicity, a single fixed ring made of carbon is drawn. 1 shows an axial section through part of a labyrinth seal, the carbon ring of which is installed in the non-rotating part so that it cannot be displaced radially;
2 shows an axial section through part of a labyrinth seal, the carbon ring of which is composed of segments radially supported by springs; Fig. 3 serves to explain the way we act a stuffing box according to the invention He.
1 designates the shaft of a machine to be sealed, for example a steam or gas turbine. A sleeve 2 is firmly connected to the shaft 1 and has annular ridges 3, 4 of different lengths on the outer circumference. 5 denotes a piece of a multi-part ring, which is otherwise not shown, which is firmly built into a non-rotating part 6 (housing, guide wheel base and the like) of the machine.
The ring has on its inner circumference grooves 7 into which the longer combs 4 of the sleeve 2 protrude. The shorter combs 3 lie opposite the annular surfaces 8 of the ring 5. The parts 2, 5, together with the annular combs 3, 4, the grooves 7 and the surfaces 8, form the labyrinth stuffing box. As already mentioned, the ring 5 is made of coal and the sleeve 2 is made of a building material that allows the combs 3, 4, with a faster thermal expansion of the rotating parts 1, 2 than the non-rotating parts 5, 6,
dig 5 grooves out of the ring.
The ring-shaped combs 3, 4 are practically built into the non-rotating carbon ring 5 without play. : If the combs 3, 4 of such a stuffing box, for whatever reason, touch the opposing surface of the pieces .des carbon ring 5, they simply dig grooves out of the carbon ring. The shape of the excavated grooves depends on the cause of the streaking.
If, for example, the rotating parts of the stuffing box only expand more in the radial direction than the carbon ring, then the grooves 9 of the shape shown in FIG. any deflection of the rotating parts can be deepened. During normal operation, the outer end of the combs 3, 4 lies against the deepest point of such grooves:
9, or the end of the combs 3, 4 protrudes at least as far into the grooves 9, @that a strong deflection and thus a strong throttling of the work or. Funding is effected, which trach tet to escape through the stuffing box. Fig. 3 shows the parts in the position that they occupy after the machine has been turned off and .die various parts have cooled down again.
Since the combs 3, 4 .the sleeve 2 can easily dig into the pieces of the carbon ring 5, they are not attacked in the slightest when stripping, which is important for the permanent maintenance of the .sagar down to zero .Spiel is important. In addition, inadmissible warming is avoided in the strip. With regard to shaft 1, the latter is important because excessive heating of the shaft causes it to bend and, in connection therewith, lead to severe blade fractures and bearing damage. and the like can lead.
Inadmissible heating. the wave is prevented even in cases where for some reason still stronger heat generation should take place at the grazing points, since the combs 3, 4 are so long and thin that the propellant flushing them is able to remove these combs so strongly cool so that no dangerous grounding heat transfer from the Streif to the sleeve 2 and from this to the shaft 1 can take place through the latter. The shaft therefore remains completely unaffected, so that the machine can be started at any time.
If the rotating parts 1, 2 of the stuffing box expand both in the radial and axial direction more than the carbon ring 5, the ridges 3, 4 in the ring 5 dig grooves with an obliquely angled triangular shape in cross section (not shown). The combs 3, 4 move first to the right when warming up, if it is assumed that the axial position of the left end of the shaft 1 is fixed, and after the start-up period along the inclined surface of that oblique triangular shape again slightly to the left, with but they are always tight against this inclined surface.
Should the outer end of the combs 3, 4 no longer fit tightly against the inclined surface, because another groove has been dug out as a result of the rubbing out of the rotating parts, a good labyrinth effect is still achieved because the ends protruding into the grooves of the combs 3, 4, even in this case, still cause a strong deflection and throttling of the propellant or conveying means seeking to escape. It can therefore reasonably be said that the throttling effect of the combs remains practically permanently unchanged.
The embodiment shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in that the piece of coal 5 is not inserted into the machine part 6 so that it cannot be displaced radially, but is supported radially by a spring 11.
In a manner known per se, care must be taken to ensure that the various segments of a carbon ring always touch the radial separating surfaces, i.e. do not gap at the joint surfaces. In the case of wag right waves, for example, special suspension devices for the lower ring half or special support springs, such as one shown in FIG. 2 (part 11), can be provided.
If necessary, additional sealing means can also be provided at the joint between the segments.
In order to have the opportunity to change the radial play between the rotating and stationary part of the labyrinth seal, the specific surfaces of these parts can be conically designed for cooperation. the ring-shaped combs are designed so that their ends lie in a conical surface, one of those parts then being to be arranged axially adjustable.
The invention can be applied analogously to any number of carbon rings. It does not matter whether the rotating part turns around a right, vertical or inclined axis. Instead of coal, other substances can also be used, which are equivalent to it in terms of the physical properties which are decisive for achieving the purpose intended by the invention. Such substances are, for example, pumice and baked clay.
The new labyrinth seal with multi-part rings made of carbon or a substance that is physically equivalent to it is particularly suitable for very high pressures and very high temperatures, because a good seal can be achieved with a relatively small number of combs, and carbon or one that is physically equivalent Substance is insensitive to high temperatures.
In some of the described embodiments it is possible to do without springs at all, which is important because springs are known to give rise to operating faults at high temperatures. As a result of the good seal, turbine shafts in the area of the high-pressure bearing are also protected from high temperatures, which further contributes to increasing operational reliability.
The allowable, very small game also allows high pressure glands to be kept relatively short, whereby the bearing distance is smaller, which in turn allows the shaft diameter to be kept slightly smaller and mainly due to the smaller mass of the rotor to increase operational reliability.
In addition, the new labyrinth seal offers the advantage that spare parts (exactly the same carbon segments) can be kept in stock and that if such spare parts are installed, only short downtimes are to be accepted. The spare parts can be installed by any locksmith without special instruction.