Zusatzpatent zum Hauptpatent Nr. 215748. Einrichtung zum Abdiehten der Wellen von Turbomaschinen von Wärmekraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Arbeitsmittel dauernd einen geschlossenen Kreislauf unter Überdruck beschreibt. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abdichten der Wellen von Turbomaschi nen von Wärmekraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Arbeitsmittel dauernd einen ge schlossenen Kreislauf unter Überdruck be schreibt,
wobei das durch äussere Wärme zufuhr erhitzte Arbeitsmittel unter äusserer Leistungsabgabe in mindestens einer Tur bine expandiert und hierauf in mindestens einem Turboverdichter wieder auf höheren Druck gebracht wird. Gemäss dem Patentan spruch des Hauptpatentes besteht die Ein- richtung darin, dass wenigstens den Stopf büchsen der Turbine Arbeitsmittel aus dem Kreislauf selbst von einer Stelle zugeführt wird, an der ein höherer Druck herrscht als im Innern der jeweiligen Stopfbüchse dieser Turbomaschine, und dass das in einer solchen Stopfbüchse nach auswärts entweichende Sperrgas in einen Raum gelangt,
welcher durch eine Flüssigkeitsstopfbüchse nach aussen abgedichtet und ferner mit einer Stelle jenes Kreislaufes verbunden ist, an der ein niedrigerer Druck als an der Anzapf- stelle des Sperrgases für die Stopfbüchse herrscht,
wobei in der Verbindung zwischen Stopfbüchse und Rückführstelle des Sperr gases in den Kreislauf eine Trennung von Sperrgas und Sperrflüssigkeit erfolgt.
In Wärmekraftanlagen dieser Art werden auftretende Lastschwankungen für gewöhn lich dadurch geregelt, dass der Druckpegel im geschlossenen Kreislauf in Abhängigkeit sol cher Schwankungen geändert wird. Das lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass man eine grössere oder kleinere Menge des Arbeitsmittels als Kurzsehlussströmung von einer Stelle unmittelbar hinter dem Verdich ter in die Saugleitung des letzteren über strömen lässt.
Bei starken Lastabnahmen kann aber so viel Arbeitsmittel durch die Kurz- schlussleitung strömen, dass der Druck im Verdichter an der Sperrgasentnahmestelle unter den Druck am Innenende der Turbinen- stopfbüchsen fällt. In einem solchen Falle kann heisses Arbeitsmittel bis zur Flüssig keitsstopfbüchse gelangen, was besonders dann mit Gefahren verbunden ist, wenn als Sperrflüssigkeit 01 verwendet wird, da letz teres durch das heisse Arbeitsmittel leicht zur Entzündung gebracht werden kann.
Um diese Gefahr abzuwenden, ist nun bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art gemäss der Erfindung mindestens an die hochdruckseitige Turbinenstopfbüchse zwi schen der Zufuhrstelle des Sperrgases und ihrem Innenende eine Ableitung angeschlos sen, in welcher zu jedem Zeitpunkte ein niedrigerer Druck als an der Zufuhrstelle des Sperrgases in diese Stopfbüchse herrscht.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfin dungsgegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigt: Fig. 1 in vereinfachter Darstellungsweise eine Wärmekraftanlage, in welcher Luft dauernd einen geschlossenen Kreislauf unter Überdruck beschreibt und an welcher eine Einrichtung zum Abdichten der Welle der Turbine nach vorliegender Erfindung vor gesehen ist, und Fig. 2 Einzelheiten der Fig. 1 in grö sserem Massstab.
Teile der Figuren, die solchen der Figuren des Hauptpatentes entsprechen, sind mit den selben Bezugszeichen wie in den letztgenann ten Figuren belegt.
5 bezeichnet eine mehrstufige Luftturbine und 7 einen als mehrstufiges Axialgebläse ausgebildeten Kreiselverdichter. Ferner be zeichnet 12 die auf der Hochdruckseite und 13 die auf der Niederdruckseite der Luft turbine 5 abzudichtende Stelle der Turbine.
Den für das Abdichten der Turbinenwelle an den Stellen 12 und 13 vorgesehenen Stopf büchsen 16 bezw. 17 (siehe insbesondere Fig. 2) wird aus dem geschlossenen Arbeits- mittelkreislauf selbst als Sperrmittel die nende Luft zugeführt, und zwar je von einer Stelle dieses Kreislaufes, an welcher ein höherer Druck herrscht als im Innern der Stopfbüchse 16 bezw. 17.
Zu diesem Zwecke stellt eine Leitung 18 eine Verbindung zwi- t,ohen einer Stufe hohen Druckes des Ver dichters 7 und dem Innern der Stopfbüchse 16 und eine Leitung 19 eine Verbindung zwi schen einer Stufe niedrigeren Druckes des Verdichters 7 und dem Innern der Stopf büchse 17 her. Die in letzterer nach auswärts entweichende Sperrluft gelangt in einen Raum 21 (Fug. \?), während die in der Stopf büchse 16 nach auswärts entweichende Sperr luft in einen Raum 20 gelangt, der nach aussen durch eine Fliissigkeitsstopfbüchse 2? abgedichtet wird.
Dieser Stopfbüchse 22 fliesst durch eine an eine Flüssigkeitspumpe 24 angeschlossene Leitung 23 Sperrflüssig keit zu; ein Teil der von der Pumpe 24 geförderten Sperrflüssigkeit gelangt auch in ein der Stopfbüchse 22 benachbartes Lager ?5 für die Turbinenwelle. Die in der Stopf büchse 22 nach einwärts abfliessende Sperr flüssigkeit belangt in den Raum 20, von wo sie zusammen mit der in derselben gelangen den Sperrluft durch eine Leitung ?6 in einen Bebälter ? 7 abfliesst.
In letzterem trennt sich die Sperrluft von der Sperrflüssigkeit: erstere strömt dann durch eine Leitung 28 wieder in den Kreislauf des Arbeitsmittels der MTärmekraftanlage, indem diese Leitung ')8 an einer Stelle im Innern des Verdichters 7 ausmündet, an welcher ein niedrigerer Druck als an der Anzapfstelle der Sperrluft für die Stopfbüchse 16 herrscht. Der Flüs sigkeitsraum des Behälters 27 ist dagegen durch eine Leitung 29 an die Pumpe 24 an geschlossen.
Die in der Flüssigkeitsstopf- büchse 22 und im Lager 25 nach auswärts ab fliessende Flüssigkeit gelangt in einen Raum 30 (Fug. 2), von wo sie durch eine Leitung 31 in einen durch Zwischenwände unter teilten Sammelbehälter 3? abfliessen kann.
In ähnlicher Weise ist der Stopfbüchsen raum 21 aiif der Niederdrucl.:seite der Luft turbine 5 nach aussen durch eine Flüssigkeits- st:opfbiichse 33 abgedichtet, in die von einer Pumpe 35 durch eine Leitung 34 Sperrflüs sigkeit gepresst wird. Dabei gelangt ein Teil der von der Pumpe 35 geförderten Flüssig keit auch noch in ein der Stopfbüchse 33 benachbartes Lager 36 für die Turbinenwelle.
Die in der Flüssigkeitsstopfbüchse 33 nach einwärts abfliessende Sperrflüssigkeit gelangt in den Raum 21, wo sie sich mit der aus der Stopfbüchse 17 in diesen Raum entweichen den Sperrluft mischt. Die Mischung aus die sen beiden Mengen fliesst aus dem Raum 21 durch eine Leitung 37 in einen Behälter 38 ab, wo sich die Sperrluft von der Sperrflüs sigkeit wieder trennt.
Erstere gelangt durch eine Leitung 39 wieder in den Kreislauf des Arbeitsmittels der Wärmekraftanlage, indem diese Leitung 39 an einer Stelle im Innern des Verdichters 7 ausmündet, an welcher ein niedrigerer Druck als an der Anzapfstelle der Sperrluft für die Stopfbüchse 17 herrscht. Der Flüssigkeitsraum des Behälters 38 ist durch eine Leitung 40 an die Pumpe 35 an geschlossen.
Die in der Flüssigkeitsstopf- büchse 33 und im Lager 36 nach auswärts abfliessende Flüssigkeit gelangt in. einen Raum 41 (Fug. 2), von wo sie durch eine Leitung 42 in ein Abteil des Sammelbehälters 32 abfliessen kann.
Um nun zu verhindern, dass selbst dann, wenn der Druck in den zum Zuführen von Sperrgas dienenden Leitungen 18 und 19 zu irgendeinem Zeitpunkte unter den Druck fal len sollte, der am Innenende der Stopfbüch sen 16 bezw. 17 herrscht, keine heisse Luft in den Raum 20 bezw. 21 gelangen kann, wo sie mit Sperrflüssigkeit in Berührung käme, ist an die Stopfbüchse 16 eine Ableitung 70 und an die Stopfbüchse 17 eine Ableitung 71 an geschlossen.
Die Ableitung 70 ist an die oben erwähnte Leitung 28 angeschlossen, welche an einer Stelle im Innern des Verdichters 7 mündet, an welcher ein niedrigerer Druck als an der Anschlussstelle der Sperrgasleitung 18 an diesen Verdichter herrscht. Anderseits steht die Ableitung 71 mit der oben erwähn ten Leitung 39 in Verbindung, welche an einer Stelle im Innern des Verdichters 7 mündet, an welcher ein niedrigerer Druck als an der Anschlussstelle der Sperrgasleitung 19 an diesen Verdichter 7 herrscht.
Infolge dessen herrscht an der Stelle 72, wo dio Ab leitung 70 in den Labyrinthraum der hoch- druckseitigen Turbinenstopfbüchse 16 mün det, stets ein tieferer Druck als an der Stelle 73, wo die ,Sperrgasleitung 18 in jenen Rahm mündet. Folglich wird selbst dann, wenn der Druck des Sperrgases an der Stelle 73 unter den Druck am rechten Ende der Stopfbüchse 16 fällt, kein Arbeitsmittel bis in den Raum 20 gelangen, da es schon vorher durch die Leitung 70 abfliessen kann, in welcher auf alle Fälle stets ein niedrigerer Druck als in der Leitung 18 herrscht.
Dieselben Verhält nisse liegen in bezug auf die Leitungen 19 und 71 vor, so dass auch in der niederdruck- seitigen Stopfbüchse 17 nie Arbeitsmittel aus der Turbine 5 bis in den Raum 21 gelangen wird, da allenfalls durch den linken Teil dieser Stopfbüchse 17 dringendes Arbeits mittel beim Erreichen der Stelle 74 gleich durch die Leitung 71 abfliessen wird.
Sind die Temperaturen des sich in der Turbine entspannenden Arbeitsmittels nicht allzu hoch, so genügt es unter Umständen, wenn nur die hochdruckseitige Turbinenstopfbüchse gemäss Erfindung ausgebildet wird.
Die Ableitung, in welcher zu jedem Zeit punkte ein niedrigerer Druck als an der Zu fuhrstelle des Sperrgases in die Stopfbüchse herrscht, kann auch an einer Stelle der Tur bine angeschlossen sein, an welcher ein nied rigerer Druck herrscht, als je an der Stelle des Verdichters, an welcher das Sperrgas ab gezapft wird, vorkommen kann.
Additional patent to main patent no. 215748. Device for sealing off the shafts of turbo machines of thermal power plants, in which a gaseous working medium continuously describes a closed circuit under excess pressure. The invention relates to a device for sealing the shafts of Turbomaschi NEN of thermal power plants, in which a gaseous working medium continuously writes a closed circuit under overpressure be,
wherein the working medium heated by external heat supply expands with external power output in at least one turbine and is then brought back to higher pressure in at least one turbo compressor. According to the patent claim of the main patent, the device is that at least the stuffing boxes of the turbine working fluid from the circuit itself is supplied from a point at which a higher pressure prevails than inside the respective stuffing box of this turbo machine, and that in sealing gas escaping to the outside of such a stuffing box enters a room,
which is sealed off from the outside by a liquid stuffing box and is also connected to a point of that circuit at which the pressure is lower than at the tapping point of the sealing gas for the stuffing box,
wherein in the connection between the stuffing box and the return point of the barrier gas in the circuit, a separation of barrier gas and barrier liquid takes place.
In thermal power plants of this type occurring load fluctuations are usually regulated by changing the pressure level in the closed circuit as a function of such fluctuations. This can be achieved, for example, by allowing a larger or smaller amount of the working medium to flow as a short-circuit flow from a point directly behind the compressor into the suction line of the latter.
In the event of strong load reductions, however, so much working fluid can flow through the short-circuit line that the pressure in the compressor at the sealing gas extraction point falls below the pressure at the inner end of the turbine stuffing boxes. In such a case, hot working medium can reach the liquid stuffing box, which is particularly dangerous if 01 is used as the sealing liquid, since the latter can easily be ignited by the hot working medium.
To avert this risk, a discharge line is now ruled out in a device of the type mentioned according to the invention at least to the high-pressure side turbine stuffing box between the supply point of the sealing gas and its inner end, in which a lower pressure than at the supply point of the sealing gas at any time in this stuffing box prevails.
In the accompanying drawing, an example embodiment of the subject of the inven tion is illustrated, namely: Fig. 1 in a simplified representation of a thermal power plant in which air continuously describes a closed circuit under excess pressure and on which a device for sealing the shaft of the turbine according to the present invention is seen before, and FIG. 2 shows details of FIG. 1 on a larger scale.
Parts of the figures that correspond to those of the figures of the main patent are given the same reference numerals as in the last mentioned figures.
5 designates a multistage air turbine and 7 a centrifugal compressor designed as a multistage axial fan. Furthermore, be marked 12 on the high pressure side and 13 on the low pressure side of the air turbine 5 to be sealed point of the turbine.
The provided for sealing the turbine shaft at the points 12 and 13 stuffing boxes 16 respectively. 17 (see in particular FIG. 2), the nende air is supplied from the closed working medium circuit itself as a blocking medium, from a point of this circuit at which a higher pressure prevails than inside the stuffing box 16 or. 17th
For this purpose, a line 18 provides a connection between a high pressure stage of the compressor 7 and the inside of the stuffing box 16 and a line 19 a connection between a lower pressure stage of the compressor 7 and the inside of the stuffing box 17 here. The sealing air escaping outwards in the latter reaches a space 21 (joint. \?), While the sealing air escaping outwards in the stuffing box 16 enters a space 20, which is passed to the outside through a liquid stuffing box 2? is sealed.
This stuffing box 22 flows through a line 23 connected to a liquid pump 24 to seal liquid; Part of the barrier fluid conveyed by the pump 24 also reaches a bearing 5 for the turbine shaft adjacent to the stuffing box 22. The inwardly flowing sealing liquid in the stuffing box 22 is in the space 20, from where it passes together with the sealing air in the same through a line? 6 in a container? 7 drains.
In the latter, the sealing air is separated from the sealing liquid: the former then flows through a line 28 back into the circuit of the working medium of the thermal power plant, in that this line ') 8 opens out at a point inside the compressor 7 at which a lower pressure than the The air seal for the stuffing box 16 is tapped. The liq fluid space of the container 27, however, is closed by a line 29 to the pump 24.
The outwardly flowing liquid in the liquid stuffing box 22 and in the store 25 reaches a space 30 (joint 2), from where it flows through a line 31 into a collecting container 3? can flow away.
In a similar way, the stuffing box space 21 on the low pressure side of the air turbine 5 is sealed off from the outside by a liquid plug 33 into which a pump 35 presses barrier fluid through a line 34. In this case, part of the liquid conveyed by the pump 35 also passes into a bearing 36 for the turbine shaft adjacent to the stuffing box 33.
The inwardly flowing sealing liquid in the stuffing box 33 enters the space 21, where it mixes with the sealing air escaping from the stuffing box 17 in this space. The mixture of these two quantities flows out of the space 21 through a line 37 into a container 38, where the sealing air separates from the blocking fluid again.
The former enters the circuit of the working medium of the thermal power plant through a line 39, in that this line 39 opens out at a point in the interior of the compressor 7 at which the pressure is lower than that at the tapping point of the sealing air for the stuffing box 17. The liquid space of the container 38 is closed by a line 40 to the pump 35.
The liquid flowing outwardly in the liquid stuffing box 33 and in the store 36 reaches a space 41 (joint 2), from where it can flow through a line 42 into a compartment of the collecting container 32.
In order to prevent that even if the pressure in the lines 18 and 19 serving for the supply of sealing gas should fall below the pressure at any point in time, the sen at the inner end of the stuffing boxes 16 BEZW. 17 prevails, no hot air in the room 20 respectively. 21 can get where it would come into contact with sealing liquid, a discharge line 70 is connected to the stuffing box 16 and a discharge line 71 is connected to the stuffing box 17.
The discharge line 70 is connected to the above-mentioned line 28, which opens at a point in the interior of the compressor 7 at which a lower pressure prevails than at the connection point of the sealing gas line 18 to this compressor. On the other hand, the discharge line 71 is connected to the line 39 mentioned above, which opens at a point in the interior of the compressor 7 at which a lower pressure than at the connection point of the sealing gas line 19 to this compressor 7 prevails.
As a result, there is always a lower pressure at point 72, where the discharge line 70 opens into the labyrinth space of the high-pressure side turbine stuffing box 16 than at point 73, where the sealing gas line 18 opens into that cream. Consequently, even if the pressure of the sealing gas at the point 73 falls below the pressure at the right end of the stuffing box 16, no working medium will get into the space 20, since it can already flow off beforehand through the line 70, in which case in any case there is always a lower pressure than in line 18.
The same conditions exist with regard to the lines 19 and 71, so that working fluid from the turbine 5 will never get into the chamber 21 in the low-pressure-side stuffing box 17, since urgent working fluid at most through the left part of this stuffing box 17 on reaching the point 74 will flow immediately through the line 71.
If the temperatures of the working medium relaxing in the turbine are not too high, it may be sufficient if only the high-pressure side turbine stuffing box is designed according to the invention.
The derivation, in which at any point in time a lower pressure than the point at which the sealing gas is fed into the stuffing box prevails, can also be connected to a point on the turbine at which there is a lower pressure than ever at the point of the compressor at which the sealing gas is drawn off can occur.