Kühleinrichtung an einer Wellenlageröldichtung Die Erfindung bezieht sieh auf Öldieh- temgrcn für Wellenlager von hochtourigen Rotoren und dergleichen, insbesondere von Dampfturbinen mit einem Zwa.ngsbelüftungs- sYsteni zur Verhinderung der Wärmeübertra- @run,@ von benachbarten hocherhitzten Teilen auf < las Lager und zur Erzeugung eines auf die Öldiehtung- wirkenden Druckes, um das -Ausfliessen vozi ()
1 und Öldampf zu verhin <B>dern.</B>
Da die in Dampfturbinen angewendeten Temperaturen allmählich bis über<B>100001'</B> angewachsen sind, ist es wichtig geworden, die Wellenlager gegen die j\'ärmeiiberti-agung@ von benachbarten hocherhitzten Turbinen-CTe- häuseteilen zu sehützen. Es wurde festgestellt,
class ohne einen solchen Schutz das Sehmieröl durch die von den heissen Turbinenteilen über- @s(#leitete und atis-estrahlte Hitze karbonisiert und. die resultierende Kohle sich an zusam men wirkenden Rotationsteilen in solchem Aus- inass aufstaut,
dass diese Teile meehaniseh an- und die Auswnclitungseigensehaften des Rotors ernsthaft gestört \-erden können.
Dementsprechend bezweckt die Erfindung in erster Linie die Schaffung eines besseren Wärniesehutz-Schildes und einer Ölsperre an =.#iner N#-ellenlager-Öldiclitung, durch Erzeu- @yung einer fibei=clruel@zone, um das Entweichen von Öl zli verhindern.
CTemäss einem Ausführungsbeispiel der Er_ 1"indnn- wird dies erreicht durch die Anord- nung eines mehrfachen Strahlungsschutz schildes zwischen der Öldichtung und angren zenden heissen Teilen sowie durch ein Zen trifugalgebläse, um Kühlluft über die Schild teile zu fördern und eine Druckzone auf der äussern Seite der Öldichtung zu erzeugen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Wel lenlager einer Turbine für hohe Temperaturen mit der ölabsperrvorrichtung, Fig. 2 einen mehrfachen Querschnitt durch das Beispiel nach Fig. 1 und Fit-. 3 einen partiellen Längsschnitt durch das zweite Beispiel.
Gemäss Fig. 1 ist die Kühleinrichtung an einer Dampfturbine angewendet, von der bei 1 ein Teil des Hoehtemperaturgehäuses sichtbar ist, mit welchem eine Dampf-Dichtungsein- riehtung 2 herkömmlicher Bauart verschraubt ist. Ein kleiner Teil eines üblichen _Vellen- zapfenlagers 3 ist im Schnitt. gezeigt.
Wie ersichtlich, ist das Lager 3 in einem geeig neten Sockel oder Gehäuseteil 4 gelagert, der mechanisch und thermiseh vom Hochtempe-. ratur-Turbinengehäuse 1 getrennt ist, so dass eine Wärmeleitung von der Turbine über den Sockel 4 auf das Lager 3 verhindert wird. Die eigentliche luftgekühlte Öldichtungsvor- Achtung ist im grossen und ganzen bei dargestellt.
Wie ersichtlich, besitzt der Turbinenrotor ein Wellenstück 6, das im Zapfenlager 8 läuft und eine Ringsehulter 6a mit etwas grösserem Durchmesser sowie eine noch grö ssere Ringschulter 6b aufweist, welch letztere den Dampfdiehtungsrillen unmittelbar be nachbart ist. Die gekühlte Öldiehtungsvorrieh- tung selbst umfasst einen rotierenden Dich tungsring 7, einen stationären Dichtungsring 8, der am Gehäuseteil 4 angeordnet ist, sowie ein generell mit 9 bezeichneter, mehrfacher Strahlungsschutzschild.
Der stationäre Diehtungsring 8 wirkt mit dem rotierenden Dichtungsring 7 zusammen, wodurch die Öldichtung gebildet wird, wobei der Strahlungsschutzschild 9 einen Schutz wall gegen Wärmestrahlung vom Heissturbi- nengehäuse 1 zum Lagergehäuse -1 bildet; der Ring 7 besitzt dabei Teile, die so geformt sind, dass sie Kühllift durch den Strahlungsschutz schild pumpen und einen Überdruck an der Aussenseite der Öldichtung aufbauen, um Öl- austritt nach aussen zu verhindern.
Wie diese Wirkungsweise herbeigeführt wird, ist im folgenden näher erläutert: Der Diehtungsring 7 ist. ein kontinuier- lieher, auf die Ringschulter 6a der Welle auf gepresster oder aufgesehrumpfter Ring. Wie ersichtlich, weist dieser Ring eine Nabe 7a, einen relativ dünnen Scheibenteil 7b und einen Kranz 7e auf.
Der grössere Teil des Kranzes 7c besitzt eine L mfangsfläehe. die sich axial erstreckt und zum Zusammenwir ken mit den mehrfachen Dichtungszähnen 8cc bestimmt ist, die durch in den stationären Ring 8 auf dessen innerer Umfangsfläche ein gegrabene radiale Rillen 8b gebildet sind. Der Dichtungsring 8 ist in zwei oder mehrere Sektoren unterteilt, die im Lagergehäuse 4- mittels je einer umfangsseitigen Zungenver bindung 8c befestigt sind. Es ist einleuchtend, dass die Dichtungszähne 8ca mit der Aussen fläche des Kranzes 7c umfängliche Zwischen räume einschliessen, die jedoch so klein sind, als es mit den üblichen Herstellungsmethoden vereinbar ist.
An der stirnseitigen äussern Endfläehe des Kranzes 7c sind Zentrifugal- Gebläseflügel 7d gebildet. Die Form des Ringteils 7 ist besonders geeignet, den Wärmetransport zu reduzieren, der durch Wärmeleitung der Welle entlang von den heissen Teilen des Turbinenrotors zum Öldichtungsring 8 herbeigeführt wird.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass eine ausser ordentliche Wärmeausdehnung des Ringes 7 ein Schliessen der mit den Diehtungszähnen 8a. gebildeten Zwischenräume verursaehen und damit die Gefahr einer Reibung herbeiführen würde. Jede daraus resultierende Abtragung an den Zähnen 8a. würde die Zwischenräume verbreitern und die Ölverluste vergrössern.
Deshalb wird, wenn der Ring 7 auf einer relativ tiefen Temperatur ehalten wird, die Aufrechterhaltung von engen Zwischenräu men zwischen Kranz 7c und Diehtungszähnen 8a erleichtert, so dass der Ölverlust minimal gehalten werden kann. Es ist klar, dass. wenn der Ring 7 Temperaturen annehmen könnte, die genügen, um eine Karbonisierung des aus tretenden Öls entlang der Aussenfläche des Kranzes 7c zu verursachen, die Kohle sieh im genannten Zwischenraum ansammeln würde. \vas eine Rillung bzw. Kerbung der Oberfläche des Kranzes 7 zur Folge hätte.
Solche Ker bung würde natürlich den Durchgang für das Öl vergrössern und könnte unter Umstän den die sehr exakte 1luswuehtuiig, die der Turbinenrotor erfordert, stören.
Die besondere Formgebung, durch. welehe der Wärmefluss von der Welle zum Dich tungsring 8 verhindert wird, ist folgende: Iii erster Linie ist zii bemerken. dass die innere Umfangsfläche des Nabenteils 7a eine kleine Ausnehmung 7e gegenüber der Welle besitzt.
Diese ringförmige Ausnehmun -g- reduziert die direkte Berührungsfläche zwischen Nabe 7:c und Wellenteil 6a, bzw. 6b, indem diese auf die relativ schmalen ringförmigen Berüh rungszonen 7 f beschränkt wird. Auf diese Weise ist die Wärmeübertragung von der Rotorwelle auf den Ring 7 herabgesetzt.
Zu dem ist der Seheibenteil 7 b nur in solch axialer Stärke ausgeführt, als zur Aufnahme der durch die auf den Kranz 7c wirkende Zentrifugalkraft verursachten mechanischen Kräfte unerlässlich ist. Fig. 1 zeigt, dass die- ser Scheibenteil 7b relativ zur axialen Länge von Nabe und Kranz sehr dünn ist. So wird ein geringer Wä.rmefluss zwischen Nabe 7a und Kranz 7c erzielt.
Ausser dem Schrumpf- oder Presssitz zwi- sc hen -Nabe 7a und Wellenteil 6a. kann der Ring 7 durch andere geeignete Befestigungs mittel gesichert sein, wie z. B. durch einen radialen Sicherungsbolzen 10, dessen vor stehendes ' Ende in eine Ausnehmung 10a in der Nahe 7a eingreift.
Der Strahlungsschutzschild 9 umfasst eine erste Ringplatte 9a, die im Abstand von einer zweiten parallelen Ringplatte 9b angeordnet. ist. welche Platten einen Kühlluft-Eintritts- kanal 9c einschliessen.
Wie aus Fig. 1 hervor geht, schliesst die Platte 9b mit ihrer innern 1'nifangsfläehe zusammen mit deren Wellen teil 6b einen sehr kleinen, die Platte 6a da ge f,-en einen wesentlich grösseren ringförmigen Zwischenraum ein:
der letztere ist mit 9d be- zeielinet. Wie ferner ersichtlich, bildet die Innenwand der Platte 9a mit. der gegenüber- lie-rnden Aussenwand der Scheibe 7b zusam men eine Kammer 1.1, in welche die durch den Einlass 9d eintretende Kühlluft gelangt.
Ein Vergleich der Fig. 1 und 2 zeigt, dass die Platten 9a und 9b in mindestens zwei Sektoren hergestellt und am öldichtungsteil 8 durch eine Mehrzahl von Sehrauben 12 be festigt sind. Ein geeignetes Distanzstück 12a hält den 2ewünsehten Abstand zwischen den Platten 9a und 9b aufrecht. Eine zweite, näher am Umfang angeordnete Reihe von Schrauben 13 hält die äussern Teile der Plat ten 9a., <I>9b</I> mit einem dazwischengeschalteten Distanzstück 1.3a zusammen.
Die betreffenden Plattensektoren können miteinander durch besondere, getrennte Distanzstücke 13b (Fig. 2) verbunden sein, welche die Stoss stellen der Plattensektoren überbrücken.
Wie im untern Teil der Fig. 1 gezeigt. sind die Schrauben 12 im Öldichtungsring 8 eingeschraubt, welcher axiale Vorsprünge 8(c besitzt., die als Distanzstücke zur Abstützung der Platten 9a, 9b dienen, derart, dass der Kühlluftaustritt 14 gebildet wird (Fig. 1 oben). Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Vor-. Sprünge 8d so geformt sind, dass sie zwischen sich Austrittskanäle 8e für die durch die Ge- bläseflügel 7d nach aussen getriebene Kühlluft bilden.
Die Drehrichtung des Zentrifugal gebläses 7a ist durch den Pfeil in Fig. 2 ange deutet.
Das der Oberfläche des Kranzes 7c entlang fliessende Öl wird in die Ringkanäle 8b zwi schen den Zähnen 8a geschleudert und durch Verbindungsbohrungen 8f wieder in das Lagergehäuse zurückgeführt, wie durch die Strömungspfeile im untern Teil der Fig. 1 angegeben.
Um die aus dem Dichtungsring 8 und den Platten 9a, 9b gebildete Komposition am Ro tieren in der Zungenverbindung 8c zu hin dern, ist ein. Sicherungsbolzen 15 in den gegen überliegenden Teil des Lagergehäuses 4 ein geschraubt und erstreckt sich frei durch ent sprechende Bohrungen in den Platten, wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich.
Der Strömungsweg der Kühlluft durch den ringförmigen Einlasskanal <B>9e,</B> den Ring zwischenraum 9d in die Kammer 11 und durch die Austrittsöffnung 14 ist durch die Strömungspfeile in Fig. 1 angegeben. Es sei besonders erwähnt, dass das Zentrifugalge- bläse 7d einen erheblichen Überdruck im Ringraum 14a aufbaut, der unmittelbar am Ausgang des ölaustrittskanals entlang der Umfangsfläche des Kranzes 7c gebildet ist.
Dieser Überdruck ist bestrebt, eine kleine Menge Luft. einwärts gegen die Dichtungs- zäline 8a zu treiben, wie durch die kleinen Pfeile in der obern Hälfte der Fig. 1 ange deutet. Dieser kleine Luftstrom verhindert ein Austreten von Öl und Öldampf.
Es soll nun erläutert werden, wie diese Zwangsventilations-Einrichtung die Wärme leitung von den heissen Turbinenteilen zu den Öldichtungsorganen 7, 8 begrenzt. Die Plat ten 9a, 9b bilden einen doppelten Strahlungs schild, der der Wärmestrahlung vom Heiss turbinengehäuse 1 nach den Ringen 7, 8 und dem Lagergehäuse 4 widersteht. Vom Gehäuse 1 an die Platte 9b ausgestrahlte Wärme wird vom Kühlluftstrom durch den Einlass 9c auf genommen, bevor sie auf die andere Platte 9a übergehen kann.
Die Platte 9a wird durch die Kühlluftströme über ihre beiden Ober flächen gekühlt und durch diese beiden Luft ströme bilden die Platten 9a, 91) einen ausser ordentlich wirksamen Strahlungsschild.
Die oben erläuterte Formgebung des Ringes 7 setzt die Wärmeleitung durch die Welle und den Ring 7 auf die Dichtungs zähne 8a herab. Zudem dient der Kühlluft strom durch die Kammer 11 und gegen die Zentrifugalgebläseflügel 7d. zur direkten Küh lung des Scheibenteils 71) und des Kranzes<B>7e,</B> wobei die Flügel 7d sehr wirksame Kühl- flossen darstellen. Auf diese Weise wird jede Wärmemenge, die durch Leitung von der Welle auf den Ring 7 übertragen wird, durch die Kühlluft wirksam absorbiert, bevor sie eine Chance hat, die Temperatur des Kranzes 7c zti erhöhen.
Es ist auch 7i. beobachten, dass der Kühl luftstrom durch den ringförmigen Einlass 9c in die Kammer 11 eine direkte Kühlwirkung auf die Wellenschulter 6b ausübt, wodurch die axiale Wärmeleitung entlang der Welle nach links zu den Lagerungsteilen herab gesetzt wird.
Auf diese Weise ist eine äusserst wirksame Anordnung geschaffen, die dem Wärmeüber- gang von den heissen Turbinenteilen zu den Lagerungs- und öldichtungsorganen entgegen wirken, ohne da.ss die Verwendung von teuren oder komplizierten zusätzlichen Teilen not wendig ist und ohne dass eine merkliche axiale Erweiterung des Raumes- zur Unter bringung der öldichtungsorgane und der zu gehörigen Teile erforderlich wäre.
Eine variante Ausführung des Strah lungsschutzschildes ist in Fig.\3 dargestellt, in welcher analoge Teile zu Fig. 1. mit glei ehen Bezugszeichen versehen sind.
In Fig. 3 ist ein Druckring 16 gezeigt, der auf der -#N'elle festsitzt und sieh #"egren ein Druelzlagerorgan 3b stützt. Der Dichtungs ring 7 ist identisch mit- demjenigen gyeniä1i Fig. 1.
Der stationäre Dichtungsring 17 be sitzt zwei axial distanzierte Teile 17a und 171a mit Dichtungszähnen, welche mit der äussern Umfangsfläche des Drtiekringes 16 bzw. des Dichtungsgin s:
cs 7 je einen schmalen Zwi schenraum einschliessen. Der grundsätzliche Unterschied gegenüber der Konstruktion ge mäss Fig. 1 besteht darin, dass der Strahlungs schutzschild mittels Sehrauben 18 am Wellen-. Dichtungsgehäuse ?. angeordnet ist.
Dieser Schild umfasst im Abstand vonein ander angeordnete Ringplatten 1.9n, 1.9b, die durch geeignete Distanzstücke 19c vonein ander getrennt sind und auf diese Weise den Eintrittskanal 20 bilden. Diese Platten sind natürlich durch Sehraubbolzen ''1 miteinander verbunden.
Um den Wärmcüber-an- vom Dichtungsgehäuse ? auf die Platte 19b zii reduzieren, kann eine besondere Platte 19d unmittelbar an das Gehäuse ? angrenzend angeordnet sein, mit radialen Rippen oder Distanzstücken 19e, die die direkte Berüh rungsfläche, Metall auf Metall, zwischen der) Teilen 19d und 19l) verkleinern.
Der Luftaustrittskanal von den Zentri- fugalgebläseflügeln 7d nach aussen ist durch einen ringförmigen Teil ?2 mit L-förmigen_ Querschnitt gebildet, der gegen die Platte 19n durch eine Mehrzahl von Distanzstücken 25 abgestützt ist, die an der Scheibe 19a bzw. am Ring \?2 befestigt sind oder mit einem dieser Teile zusammen ein Stück bilden.
Der eine Schenkel 22a des Ringes ?? schliesst mit der benachbarten Unifangsfläcbe des Dichtungs teils 17 einen Zwischenraum ein, der so klein wie praktisch möglich ist,
um Reibung zu ver- m T eiden. Der andere Schenkel 22b bildet mit der äussern Unifangsfläehe des Radkranzes 7c einen etwas grösseren Zwischenraum. Bei die ser Anordnung treiben die (-:ebläseflügel <I>7c1</I> eine grössere:
Menge der Kühlluft in der durch den Pfeil 23 angegebenen Richtung. Der da durch aufgebaute Ubei-druek verursacht einen kleinen Luftstrom durch die Lücke zwischen Kranz 7c und Rin-Sehenkel ?2b in den Rin±>#- raum ?-1. Der dadurch dort aufgebaute Druels verursacht einen kleinen Luftstrom einwärts <RTI
ID="0004.0121"> ee en die: Diehtungszähn e 17(-, analog w;!, oben zu Fig. 1 erläutert.
Dadurch ist. eine relativ einfache Einrirli- tung zur Ilcrabsetzung des Wärnieübergan-es vom angrenzenden Heissturbinen-ehäuse anf die Schmieröl-, Lagerung-s- und Wellendieh- ttingsorgane geschaffen, während zugleich sehr wirksame Mittel zur Kühlung der emp- findlichen Teile der öldichtung vorgesehen sind, derart,
da.ss minimale Zwischenräume vorgesehen sein können ohne Gefahr der Rei- bulig oder Ablagerung von verkohlten ölteil- cben in diesen Zwischenräumen.