CH319340A - Labyrinth seal - Google Patents

Labyrinth seal

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CH319340A
CH319340A CH319340DA CH319340A CH 319340 A CH319340 A CH 319340A CH 319340D A CH319340D A CH 319340DA CH 319340 A CH319340 A CH 319340A
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CH
Switzerland
Prior art keywords
segment
shaft
ribs
seal according
segments
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Application number
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German (de)
Inventor
George Yates Henry
Original Assignee
Parsons & Marine Eng Turbine
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB820553A external-priority patent/GB724316A/en
Application filed by Parsons & Marine Eng Turbine filed Critical Parsons & Marine Eng Turbine
Publication of CH319340A publication Critical patent/CH319340A/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/44Free-space packings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F01D11/025Seal clearance control; Floating assembly; Adaptation means to differential thermal dilatations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/44Free-space packings
    • F16J15/441Free-space packings with floating ring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description

  

      Labyrinthdichtung       Die vorliegende Erfindung bezieht sich       anf        Labyrinthdichtungen    der Art, die eine  Anzahl von     Segmenten    aufweist, welche so zu  sammengesetzt sind, dass sie einen vollstän  digen, die zu dichtende Welle umgebenden  Ring bilden, wobei jedes Segment von einer  Feder gegen einen festen Anschlag radial  nach innen gedrückt wird.

   Wenn eine radiale       Relativbewegung    zwischen Rotor und Stopf  büchsengehäuse in einem Ausmass auftritt,  welches     genügt,    um die Welle in Berührung  mit einem der Dichtungssegmente zu bringen,  kann das letztere bei dieser Anordnung nach  aussen bewegt werden, wobei die Feder       deformiert    wird, und wenn dann die Welle  wieder ihre normale Lage relativ zum Stopf  büchsengehäuse einnimmt, so drückt die Feder  das Segment in seine normale     Arbeitsstellung     zurück.  



  Im Betrieb besteht zwischen den beiden  Seiten des Dichtungssegmentes eine     Druck-          differenz,    welche dasselbe axial gegen die Sei  tenwand der Rinne im     Stopfbüchsengehäuse     drückt, in welcher es montiert ist. Deshalb  muss die Welle, wenn sie das Segment nach  aussen drückt, eine beträchtliche Reibung  überwinden, und die Feder muss genügend  stark sein, um das Segment dann gegen die  Wirkung der Reibungskräfte in seine Arbeits  stellung zurückzudrücken. Also muss die    Feder relativ stark sein, und deshalb erzeugt  die von der Welle auf das Segment aus  geübte Kraft zur Überwindung sowohl der       Reibungs-    als auch der Federkraft grosse  Reibungskräfte in den Berührungspunkten  zwischen Welle und Segment.  



  Zweck der vorliegenden Erfindung ist die  Verminderung dieses Nachteils.  



  Gemäss der vorliegenden Erfindung ist  jedes Segment so gehalten, dass es um eine  Kippkante auf der Niederdruckseite des Seg  mentes kippen kann, wobei die     Dichtungsein-          schnürungen    von dieser Kante aus gesehen  gegen die Seite des höheren Druckes liegen,  damit im Falle einer Berührung zwischen  Welle und Segment diejenigen Teile des Seg  mentes, welche die     Einschnürung    zur Be  grenzung des Flusses zwischen dem Segment  und der Welle bilden, in radialer Richtung  verschoben werden können, ohne dass Reibungs  kräfte     zti    überwinden sind.  



  Die Segmente selbst können Rippen zur  Zusammenarbeit mit ringförmigen Ober  flächen auf der Welle aufweisen, oder es kön  nen Rippen auf der Welle vorgesehen sein,  welche mit ringförmigen Oberflächen auf den  Segmenten zusammen arbeiten; schliesslich  können in manchen Fällen einige Rippen auf  den Segmenten und einige Rippen auf der  Welle angeordnet sein.

        In der beiliegenden Zeichnung ist eine  beispielsweise     Ausführungsform    einer Dich  tung gemäss der vorliegenden Erfindung sche  matisch dargestellt, und zwar zeigt:       Fig.    1 einen Aufriss eines Segmentes der  Dichtung,       Fig.    2 eine Ansicht desselben in Richtung  des Pfeils     %1    in     Fig.1.            Fig.    3 eine Draufsicht desselben,         Fig.    4 einen Schnitt durch die Labyrinth  dichtung, das Segment in Normalstellung,       Fig.    5 einen Schnitt wie     Fig.    4, wobei aber  das Segment in durch Berührung mit der  Welle verschobener Stellung dargestellt ist,

    und     -          Fig.    6 einen Schnitt wie     Fig.4,    wobei die  Dichtung drei Ringe von Segmenten enthält.  Bei der dargestellten Dichtung ist die       Turbinenrotorwelle    a mit einer Mehrzahl von  Paaren von axial voneinander entfernten,  abgesetzten Oberflächen     b,    c versehen, über  welchen ein Ring von Segmenten d vorhanden  ist, wobei jedes Segment mit zwei Rippen e,       j'    versehen ist, welche mit dem Segment aus  einem Stück bestehen. Jedes Segment hat  einen im wesentlichen rechteckigen Quer  schnitt, enthält aber einen vergrösserten  Kopfteil und einen rippentragenden Schwanz  teil g.

   Der Kopfteil ist lose in einer ring  förmigen Rinne     aa    des     Stopfbüehsengehäuses   <I>i</I>  untergebracht und wird von mindestens einer  schwachen     Schraubendruckfeder        k,    deren  Enden gegen den Kopfteil des Segmentes d  bzw. gegen das Gehäuse     i.    stossen, radial nach  innen gegen feste Anschlagflächen     j    gedrückt.  Ein mit einem konischen Kopf p versehener  Stift ist am Segment d befestigt und liegt  in der Feder k.  



  Die Niederdruckseiten     m,,        n    des Segmentes  sind flach, und die Rippen stehen von diesen  Flächen in Richtung gegen den hohen Druck  vor, so dass, wenn die Wellenoberflächen     b,    c  mit den Rippen e, feines Segmentes in Be  rührung kommen sollten     (Fig.    5), das letztere  um seine obere     NiederdrLickkante    o kippt, ohne  dass ein Reibungswiderstand überwunden wer-    den     mass,    wobei die Federn     k    nachgeben, uni  diese     Kippbewegung    zu ermöglichen.  



  Die Federn können relativ schwach sein,  da sie nur eine Kraft etwas grösser als das  Gewicht. des Segmentes ausüben müssen,  damit die unterhalb der Welle liegenden Seg  mente in ihre Arbeitsstellung zurückgestellt  werden, wenn die Welle wieder ihre normale  Lage einnimmt.  



  Beim Kippen steht nur die (der     Kipp-          kante    am nächsten gelegene) Rippe e mit der  Welle in Berührung, während die andere  Rippe f von ihr abgehoben wird, und so bleibt  die Abnützung infolge der Reibung zwischen  Welle und Rippen auf die Rippe e be  schränkt, während eine Beschädigung der  andern Rippe unwahrscheinlich ist.  



  Wenn es erwünscht ist, können, statt. dass  alle Rippen auf     dem    Segment angeordnet sind,  mindestens einige dieser Rippen     aiif    der Welle  angeordnet, sein.  



  Die oben erwähnten Schraubenfedern kön  nen z. B. auch durch Blattfedern     ersetzt,    sein;  es ist aber wünschbar, dass die Federn arbei  ten, ohne den Bewegungen der Segmente  einen merklichen     Reibungswiderstand    ent  gegenzusetzen.



      Labyrinth Seal The present invention relates to labyrinth seals of the type having a number of segments which are put together so that they form a complete ring surrounding the shaft to be sealed, each segment being radially guided by a spring against a fixed stop is pressed inside.

   If a radial relative movement between the rotor and the stuffing box housing occurs to an extent which is sufficient to bring the shaft into contact with one of the sealing segments, the latter can be moved outward with this arrangement, with the spring being deformed, and if then the Wave again assumes its normal position relative to the stuffing box housing, the spring pushes the segment back into its normal working position.



  During operation, there is a pressure difference between the two sides of the sealing segment which presses it axially against the side wall of the channel in the stuffing box housing in which it is mounted. Therefore, when the shaft pushes the segment outwards, it has to overcome considerable friction and the spring must be strong enough to then push the segment back into its working position against the effect of the frictional forces. So the spring has to be relatively strong, and therefore the force exerted by the shaft on the segment to overcome both the frictional and the spring force creates large frictional forces at the points of contact between the shaft and the segment.



  The purpose of the present invention is to alleviate this disadvantage.



  According to the present invention, each segment is held in such a way that it can tilt around a tilting edge on the low-pressure side of the segment, with the sealing constrictions, viewed from this edge, lying against the side of the higher pressure, so in the event of contact between shaft and Segment those parts of the Seg mentes which form the constriction to limit the flow between the segment and the shaft, can be shifted in the radial direction without frictional forces zti are overcome.



  The segments themselves can have ribs for cooperation with annular upper surfaces on the shaft, or there can be provided ribs on the shaft which cooperate with annular surfaces on the segments; finally, in some cases some ribs can be arranged on the segments and some ribs on the shaft.

        In the accompanying drawing, an example embodiment of a device according to the present invention is shown schematically, namely: Fig. 1 is an elevation of a segment of the seal, Fig. 2 is a view of the same in the direction of the arrow% 1 in Fig.1. Fig. 3 is a plan view of the same, Fig. 4 is a section through the labyrinth seal, the segment in the normal position, Fig. 5 is a section like Fig. 4, but the segment is shown in a position displaced by contact with the shaft,

    and FIG. 6 shows a section like FIG. 4, the seal containing three rings of segments. In the illustrated seal, the turbine rotor shaft a is provided with a plurality of pairs of axially spaced apart, stepped surfaces b, c over which there is a ring of segments d, each segment being provided with two ribs e, j 'which are provided with the segment consist of one piece. Each segment has a substantially rectangular cross-section, but contains an enlarged head part and a rib-bearing tail part g.

   The head part is loosely housed in an annular groove aa of the stuffing box housing and is supported by at least one weak helical compression spring k, the ends of which are against the head part of segment d and against the housing i. push, pressed radially inwards against fixed stop surfaces j. A pin provided with a conical head p is attached to segment d and lies in spring k.



  The low-pressure sides m ,, n of the segment are flat, and the ribs protrude from these surfaces in the direction against the high pressure, so that if the shaft surfaces b, c should come into contact with the ribs e, fine segment (Fig. 5), the latter tilts around its upper lower pressure edge o without overcoming any frictional resistance, the springs k yielding to enable this tilting movement.



  The springs can be relatively weak as they only have a force slightly greater than the weight. of the segment must exercise so that the Seg elements below the shaft are returned to their working position when the shaft resumes its normal position.



  When tilting, only the rib e (closest to the tilting edge) is in contact with the shaft, while the other rib f is lifted from it, and so the wear on the rib e due to the friction between shaft and ribs remains limited while damage to the other rib is unlikely.



  If desired, you can, instead. that all ribs are arranged on the segment, at least some of these ribs are arranged on the shaft.



  The above-mentioned coil springs can nen z. B. replaced by leaf springs, be; However, it is desirable that the springs work without noticeably frictional resistance to the movements of the segments.

 

Claims (1)

<B>PATENTANSPRUCH</B> Labyrintlidiehtung, die eine Anzahl von Segmenten aufweist, welche so zusammen gesetzt sind, dass sie einen vollständigen, die zu dichtende Welle umgebenden Ring bilden, wobei jedes Segment von einer Feder gegen einen festen Anschlag radial nach innen ge drückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Segment so gehalten ist, dass es um eine Kippkante auf seiner Niederdruckseite kippen kann, wobei die Diehtungseinschnürun- gen von dieser Kante aus gesehen gegen die Hochdruckseite liegen, damit im Falle einer Berührung zwischen Welle und Segment die jenigen Teile des Segmentes, <B> PATENT CLAIM </B> Labyrinth which has a number of segments which are put together so that they form a complete ring surrounding the shaft to be sealed, each segment being radially inwardly moved by a spring against a fixed stop is pressed, characterized in that each segment is held in such a way that it can tilt around a tilting edge on its low-pressure side, the directional constrictions lying against the high-pressure side as seen from this edge, so that in the event of contact between shaft and segment the ones Parts of the segment, welche die Ein schnürung zur Begrenzung des Flusses im Raum zwischen dem Segment und der Welle bilden, in radialer Richtung verschoben wer den können, ohne dass Reibungskräfte zii über winden sind. UNTRRANSPRÜGHL 1. Dichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass jedes Dichtungs segment mindestens zwei mit ihm aus einem Stück bestehende Rippen aufweist. \?. Dichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass jedes Segment Rip pen zur Zusammenarbeit mit ringförmigen Oberflächen auf der Welle aufweist. 3. which form the constriction to limit the flow in the space between the segment and the shaft, displaced in the radial direction who can be overcome without frictional forces zii. UNTRRANSPRÜGHL 1. Seal according to claim, characterized in that each sealing segment has at least two ribs made of one piece with it. \ ?. Seal according to claim, characterized in that each segment has ribs for cooperation with annular surfaces on the shaft. 3. Dichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass jedes Segment eine ringförmige Oberfläche zur Zusammenarbeit mit mindestens zwei Rippen auf der Welle aufweist. Seal according to claim, characterized in that each segment has an annular surface for cooperation with at least two ribs on the shaft.
CH319340D 1953-03-25 1954-03-13 Labyrinth seal CH319340A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB820553A GB724316A (en) 1953-03-25 1953-03-25 Improvements in or relating to labyrinth glands
GB100953X 1953-09-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH319340A true CH319340A (en) 1957-02-15

Family

ID=29407327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH319340D CH319340A (en) 1953-03-25 1954-03-13 Labyrinth seal

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CH (1) CH319340A (en)
FR (1) FR1096076A (en)

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Publication number Publication date
FR1096076A (en) 1955-06-08

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