CH409554A - Flüssigkeitsringdichtung zum Abdichten von Drehdurchführungen - Google Patents

Description

      Flüssigkeitsringdichtung        zurr        Abdichten    von     Drehdurchführungen       Die     Erfindung        betrifft    eine     Flüssigkeitsri        b     dichturig zum Abdichten von     Drehdurchführungen,          insbesondere    von     Wellendurchführungen    bei Gas  turbinen.  



  Eine besonders     wesentliche        Untergruppe    der  Wellendichtungen bilden die sogenannten     berührungs-          freien    Dichtungen.     Hierzu    zählen     beispielsweise     Spaltdichtungen, welche     zwischen    Welle und Ge  häuse eine Vielzahl von Spalten geringerer     Durch-          lassbreite    aufweisen, wobei infolge der Drosselung  eine gute     Abdichtwirkung    erzielt     wird.    Als     berüh-          rungsfreie    Dichtungen sind ferner Flüssigkeitsring  dichtungen bekannt, z.

   B. in Form der Wasserring  dichtung, bei der durch die von einer     drehbaren     Welle erzeugte Fliehkraft ein     Wasserring        entsteht,     der als Dichtungselement wirkt.     Solche        Flüssigkeits-          ringdichtungen    können innerhalb der Gruppe der  berührungsfreien Dichtungen als. absolut abschlie  ssende Absperrungen angesprochen werden.  



  Ein wesentlicher Nachteil     dieser    an sich zweck  mässigen     Flüssigkeitsringdichtungen    ist jedoch     darin     zu sehen, dass ihre     Abdichtwirkurng    von der     Drehzahl     der die     Fliehkraft    erzeugenden Welle abhängig ist.       Beim        Stillstand    der     Anlage    sowie während des An  fahrvorganges und beim Abschalten lässt sich im all  gemeinen eine hinreichende Abdichtung wegen der  geringen     Fliehkräfte    nicht erzielen.

   Man ist daher  gezwungen, zusätzliche von der     Fliehkraft    unabhän  gige Dichtungselemente     für    Stillstand und Zwischen  betriebszustände vorzusehen. Dadurch werden aber  die     Vorteile    der     Flüssigkeitsringdichtung        teilweise     wieder aufgehoben, und es ergibt sich eine Anord  nung von erheblichem technischem Aufwand.

   Ein  weiterer Nachteil der     bekannten        Flüssi!gkeitsring-          dichtung    ist darin zu sehen, dass     die    Drehzahl der  Welle und des     Flüssigkeitsringes        in        Abhängigkeit    von  der abzudichtenden     Druckdifferenz    sehr hoch ge-         wählt    werden muss,

       um    durch die     Zentrifugalbeschleu-          nigung    eine hinreichende     Kompensation    der     Druck-          differenz    zwischen dem     Umgebungsraum    und dem       abzudichtenden    Raum     mit    Hilfe der     Flüssigkeitssäule     zu erreichen.  



  Die vorliegende     Erfindung        betrifft        eine    Anord  nung nach     dem    Prinzip der     Flüssigkeitsring        dichtung,     bei der die     geschilderten    Nachteile     vermieden        werden     und     insbesondere    der abzudichtende Raum     in    sämt  lichen Betriebsbereichen der     durchzuführenden          Welle    mit Sicherheit abgedichtet ist.

       Ein,    weiterer       Vorteil    der     erfindungsgemässen        Anordnung    besteht  darin, dass sie unabhängig von der vorgegebenen  Wellendrehzahl     und        nahezu    unabhängig von der       Druckdifferenz    angewendet werden kann.

   Das     Kenn-          zeichnende    der Erfindung ist     darin    zu sehen, dass  der zur Abdichtung dienende     Flüssigkeitsring        wenig-          stens    zum     Teil    durch von der Bewegung der     Dreh-          durchführung    unabhängige äussere     Kräfte        gebildet     und aufrechterhalten wird.  



  Als Absperrmedium im     Flü,ssigkeits:rmg    wird       zweckmässig        ein    Stoff     mit    elektrischer Leitfähigkeit,       vorzugsweise        Quecksilber,        verwendet.        Quecksilber          erscheint    am besten geeignet, vor     alliem    wegen     seiner     hohen     elektrischen        Leitfähigkeit,

      welche den Antrieb  des     Flüssigkeitsrings    durch     elektrische        oder    elektro  magnetische äussere Führungsfelder, z. B. nach dem       Prinzip    des     Kurzschlussläufer-D.rehstrommotors,    oder  nach dem     Prinzip    der elektromagnetischen Pumpe,       ermöglicht-    In jedem     Falle    wird :

  das     Absperrmedium     des     Flüssigkeitsringes    wenigstens zum     Teil    unab  hängig von der Drehbewegung der     abzudichtenden     Welle in den zur     Abdichtung        erforderlichen    Bewe  gungszustand gebracht     und    in     diesem    erhalten.  



  Anstelle     einer    homogenen elektrisch     leitfähigen          Flüssigkeit    kann gemäss weiterer Ausgestaltung der       Erfindung    auch eine nicht leitende Flüssigkeit, z. B.      auf organischer Grundlage, verwendet werden, welche  durch geeignete     Zusätze,    z. B.     Eisenpulver,        diskon-          tinuierliche    Bereiche elektrischer Leitfähigkeit     besitzt.     Je nach dem chemischen oder physikalischen Ver  halten des Arbeitsmediums     im        abzusperrenden    Raum  (z.

   B. korrosiver Wirkung oder chemische Nichtver  träglichkeit) lässt sich ein beliebiges, flüssiges     Medium     anwenden. Falls :dabei     die    erforderliche elektrische  Leitfähigkeit nicht durch Zusatz von     leitfähigen     Stoffen erzielt werden kann,     erscheint    es gemäss wei  terer Ausgestaltung der Erfindung     zweckmässig,     durch die äusseren Kräfte ein     Ielterstück    in Rota  tion     zu    bringen,     welches    dann durch seine Rotation  oder seine Formgebung das     Absperrmedium    mit  nimmt,

   so dass sich     ebenfalls    ein     Flüssigkeitsring    bil  det und im     Betrieb        erhält.     



       Ein    weiterer     Vorteil    kann     gegebenenfalls    da  durch erzielt werden, dass das Absperrmedium ein  Gemenge von mehreren     Substanzen        darstellt.    So kann  man     vorteilhaft    bei der Anwendung von Queck  silber die     Bildung        gesundheitsschädlicher    Queck  silberdämpfe dadurch vermeiden, dass man als     Ab-          sperrmedium    ein Gemenge von     Quecksilber    mit  einem geringen Zusatz von Öl verwendet,

   wobei sich  im Betrieb wegen der     unterschiedlichen        spezifischen     Gewichte um dien Flüssigkeitsring des     Quecksilbers          ein.        Öloberflächenfilm    bildet, welcher das Austreten  von     Quecksilberdämpfen        verhindert.     



  Wenn beispielsweise     Quecksilber    wegen     seiner     toxischen     Wirkungen    als Absperrmedium des     Flüssig-          keitsringes    ungeeignet     erscheint,    lässt sich vorteilhaft       ein.    anderes Metall bzw. eine     Metallegierung    mit       riiiedrigem        Schmelzpunkt        verwenden.    Dabei erfolgt  das     überführen    des     Metalles    bzw.

   der     Metallegierung     in den zur     Bildung    des     Flüssigkeitsringes    erforder  lichen     flüssigen    Aggregatzustand durch Wärme  zufuhr, beispielsweise nach dem     Prinzip    des     Ind'uk-          tionssehmelzens.     



  Die für die     Erzeugung    des     Flüsssigkeitsringes     erforderliche Energie kann entweder     als        reine    Fremd  energie von einer     Energiequelle    ausserhalb des  Systems aufgebracht werden, oder aber gemäss     einer          Weiterbildung    der     Erfindung    aus der in der Anlage  z. B. durch das Arbeitsmedium übertragenen Wärme  energie stammen.  



  Eine geeignete Ausführungsform lässt sich in     der     Weise aufbauen, dass bei Verwendung eines     erhitzten     Arbeitsmediums in Gasform     Halbleiter-Thermo-          elemente    vorgesehen sind, von denen auf der Grund  lage des     Peltiereffektes    der zur     Erzeugung    der An  triebskraft des     Flüssigkeitsringes    erforderliche     Strom          geliefert    wird.

   Man     kann,    ferner die     für    den     Betrieb     der     Flüssigkeitsringdichtung        aufzuwendende    Fremd  energie zweckmässig     zusätzlich        zur    Speisung     dier    zum  Steuern und Regeln     innerhalb        einer        Anlage    erfor  derlichen     Regeleinrichtungen    verwenden. So lässt     sich     z.

   B. der Zustrom     eines        gasförmigen        Avbeitsmediums          in    an sich bekannter Weise     ,in        Abhängigkeit    von der       Drehzahl    des Absperrmediums steuern.     Ausserdem     kann durch die Abhängigkeit von der     Drehzahl    des         Absperrmediums    der     Durchfluss    des     Arbeitsmediums     durch .die Wärmequelle beeinflusst werden.  



  Dieses in Verbindung mit einer Weiterbildung  der vorliegenden Erfindung mögliche Regelverfahren  erscheint,     insbesondere    in der Verwendung bei     Hoch-          temperaturkernreaktoren    als     Wärmequelle,        bedeu-          tungsvolle.    Dort     erscheint    es wesentlich, eine Ab  hängigkeit der einzelnen Regelkreise von der im  Reaktor     erzeugten    Wärme zu erreichen.

   Dies     lässt     sich in weiterer     Ausgestaltung    der Erfindung Zweck  mässig :dadurch erreichen, dass die zum Antrieb des  Flüssigkeitsringes     benötigte    Fremdenergie in Ab  hängigkeit von der Temperatur und damit von der  Reaktorleistung mit Hilfe von     Halbleiterthermoele-          menten        erzeugt    wird. Eine solche Anordnung besitzt  den Charakter     einer    Sicherheitsschaltung, weil sich  bei ansteigender Reaktorleistung und damit erhöhter  Temperatur auch eine Verstärkung der den abdich  tenden     Flüssigkeitsring    hervorrufenden Kräfte ein  stellt und die     Abdichtwirkung    erhöht.

    



  In einer als Anlage beigefügten     Fig.    1 ist eine       erfindungsgemässe        Flüssigkeitsringdichtung    verein  facht und schematisch im     Längsschnitt    dargestellt,       während    die     Fig.    2 einen Querschnitt an     di-,r    in     Fig.    1  angegebenen     Schnittstele    wiedergibt.

   Bei dem hier       .gewählten    Ausführungsbeispiel erfolgt die Einwir  kung äusserer Kräfte zur Erzeugung des Flüssigkeits  ringes nach der Wirkungsweise des     Kurzschlussläufer-          Drehstrommotors.    In     Fi;g.    1     erkennt    man eine Welle  1, welche aus einem Raum 2 herausgeführt werden  soll, in dem gegenüber der Umgebung ein hoher       überdruck    herrscht.

   Dabei besteht die     Forderung,     dass kein Gas aus dem Raum 2     an    der Drehdurch  führung der     Welle    1 in den Umgebungsraum aus  treten     soll.    Der     Raun    2 liegt     innerhalb    eines Ge  häuses 3, welches beispielsweise das Gehäuse     einer          Gasturbinenanordnung    sein kann. Die     Flüssigkeits-          ringdichtung        enthält    einen als     Käfig        ausgebildeten          Teil    4.

   In diesem Teil 4 sind     in        bekannter    Weise       Labyrinthdichtungen    5, 6 angeordnet, welche jedoch  nur     als        zusätzliche    Sicherung bzw. zur Vermeidung  des     Austretens    von flüssigem Absperrmedium an der       Wellendurchführung    dienen.

   Der Teil 4 trägt, wie       in        Fig.2    gezeigt,     ausserdem    Wicklungen 7, welche  durch     eine        .entsprechende        bekannte    Schaltung ein  elektromagnetisches Drehfeld     erzeugen,    das ein       flüssiges        Absperrmedium    8     (Quecksilber)    in Umlauf  versetzt. Der auf der Welle 1     zusätzlich    vorgesehene  Dichtkörper 9 wirkt vorwiegend als Verdrängungs  körper und schafft den für das     umlaufende    Absperr  medium erforderlichen Spalt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Flüssigkeitsringdichtung zum Abdichten von Drehdurchführungen, insbesondere von Wellendurch führungen bei Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Abdichtung dienende Flüssigkeitsring wenigstens zum Teil durch von der Bewegung der Drehdurchführung unabhängige äussere Kräfte ge bildet und aufrechterhalten wird.

   <B>UNTERANSPRÜCHE</B> 1. Flüssigkeitsdichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die äusseren Kräfte, zur Erzeugung des Flüssigkeitsringes durch ein Dreh feld hervorgerufen werden. 2. Flüssigkeitsdichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsring durch eine elektromagnetische Pumpe hervorgerufen wird. 3.

   Flüssigkeitsdichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Absperrmedium des Flüssigkeitsringes eine Flüssigkeit mit hoher elek trischer Leitfähigkeit vorgesehen ist. 4. Flüssigkeitsdichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrmedium Quecksilber ist. 5.

   Flüssigkeitsdichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Absperrmedium des Flüssigkeitsringes eine elektrisch nicht leitende, ins- besondere organische Flüssigkeit vorgesehen ist, welche einen leitfähigen Zusatzstoff zur Erzeugung getrennter Bereiche elektrischer Leitfähigkeit ent hält. 6. Flüssigkeitsdichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff Eisen pulver ist.

   7. Flüssigkeitsdichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dasszum Antrieb des flüssigen Absperrmediums ein in diesem bewegbares Leiter stück vorgesehen ist. B. Flüssigkeitsdichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Absperrmedium zur Bildung des Flüssigkeitsringes ein Gemisch aus mindestens zwei Substanzen ist.

   9. Flüssigkeitsdichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Absperrmedium ein metallischer Stoff mit niedrigem Schmelzpunkt ver wendet wird, welcher durch Erhitzung in den flüssi gen Aggregatszustand überführt ist. 10.

   Flüssigkeitsdichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Steuerung der äusseren Kräfte verwendete elektrische Strom durch Halbleiter-Thermoelemente erzeugt wird, welche ini Arbeitsmedium des abzusperrenden Raumes ange ordnet sind.

   11. Flüssigkeitsdichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Hilfe der Halbleiter-Thermoelemente erzeugte Strom in Ab hängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit des Ab- sperrmediums den Zustrom des Arbeitsmediums in ,den abzusperrenden Raum steuert.

   12. Flüssigkeitsdichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass :die Halbleiter-Thermo- elemente in der Gasströmung eines Kernreaktors angeordnet sind, und durch ihre Stromerzeugung die Abdichtwirkung des Flüssigkeitsringes der Dreh- durchführung in der Weise beeinflussen,

   dass mit steigender Reaktorleistung und Temperatur die Ab dichtwirkung des Flüssigkeitsringes erhöht wird.