CH414282A - Berührungsfreie Wellendichtung für Turbomaschinen - Google Patents

Description

  Berührungsfreie     Wellendichtung    für     Turbomaschinen       Die Erfindung bezieht sich auf eine berührungs  freie Wellendichtung für Turbomaschinen, deren Au  ssenring in Segmente unterteilt ist, welche im Gehäuse  radial beweglich geführt sind und an denen zu deren  radialen     Ausweichbarkeit    und/oder zur selbsttätigen  Einstellung des Dichtspaltes in Abhängigkeit von  dem an den Segmenten in radialer Richtung nach in  nen wirkenden Druckunterschied jeweils die Kraft  einer Feder angreift.  



  Bei schon vorgeschlagenen und bekanntgeworde  nen Ausführungen solcher Wellendichtungen wird die  Federkraft von Federn - Blattfedern oder Schrauben  federn - aufgebracht, welche jeweils zwischen den  einzelnen Segmenten des Aussenringes und dem sie  umgebenden Gehäuse angeordnet und in radialer  Richtung vorgespannt sind. Jene Anordnung erfor  dert einen radialen Zwischenraum     zwischen    dem  Aussenring und dem Gehäuse zur Unterbringung der  Federn und damit eine Vergrösserung der radialen  Abmessungen des Gehäuses.  



  Ein solcher Zwischenraum und damit eine Ver  grösserung der radialen Gehäuseabmessungen wird  gemäss     vorliegender    Erfindung dadurch vermieden,  dass die Federkraft von Federn aufgebracht wird,  welche jeweils zwischen den Stossflächen zweier be  nachbarter Segmente in     tangentialer    Richtung vorge  spannt sind.  



  Bei Wellendichtungen mit radialer     Ausweichbar-          keit    der Segmente können solche Federn Zugfedern  sein, welche die Segmente zusammenziehen, und bei  Wellendichtungen mit selbsttätiger     Dichtspalteinstel-          lung    können sie Zug- oder     Druckfedern    sein und  je nachdem, ob die an den Segmenten angreifende  resultierende Druckkraft radial nach aussen oder nach  innen gerichtet ist.    Werden Schraubenfedern verwendet, so können  diese jeweils in einer     tangentialen    Bohrung unterge  bracht werden, welche jeweils in einem der beiden  benachbarten .Segmente von dessen Stossfläche ausge  hend     eingearbeitet    ist.

   Sind die     Schraubenfedern     Druckfedern, kann die     übertragung    der Federkraft  über einen Federteller erfolgen, welcher mit einem  in der Bohrung geführten Federstössel verbunden ist,  der entgegen der Federkraft so weit verschoben und  in der     ausgelenkten    Stellung festgehalten werden  kann, dass die     Auflage    des Federtellers an der Stossflä  che des benachbarten Segmentes und damit die Über  tragung der Federkraft unterbrochen ist. Eine solche  Anordnung zur Unterbrechung der Kraftübertragung  ist dazu vorgesehen, um den Ein- und Ausbau der in  dem Gehäuse geführten Segmente zu vereinfachen.

    Zum     Verschrieben    und Festhalten des Federstössels  eignet sich ein     gabelförmiger    Keil, welcher an dem  Federstössel in radialer Richtung aufgebracht wird  und der dabei einerseits mit einer zu seiner Längsrich  tung normalen Fläche am Segment und anderseits mit  zwei zueinander parallelen     Anflachungen    am     Umfang     des Federstössels in     Angriff    steht.     Das    Lösen des Keils       kann.    in bekannter Weise mittels einer an ihm in  senkrecht zur Richtung des Federstössels angebrach  ten Schraube erfolgen.  



  Bei Wellendichtungen mit selbsttätiger     Dichtspalt-          einstellung    gilt es, die bei     Auslenkung    der Segmente  auftretende Reibung in der Führung im Gehäuse  möglichst niedrig zu     halten    oder ganz zu vermeiden,  um eine definierte Zuordnung zwischen resultierender       Druckkraft    und     Auslenkung    zu sichern. Dies kann  dadurch erreicht werden,     dass    zur Fixierung der  Segmente in     Umfangsrichtung        tangential    angeordnete  Blattfedern vorgesehen werden, welche einerseits an      deren Aussenseite und anderseits an der Innenfläche  des Gehäuses lösbar befestigt sind.  



  Bei     Wellendichtungen    als innere Dichtung in Tur  bomaschinen, deren Segmente die     Leitschaufeln    einer  Stufe tragen, dienen diese Blattfedern zugleich     zur     Übertragung des auf die     Leitbeschaufelung    wirken  den Reaktionsmomentes     zum    Gehäuse.  



  Da bei Wellendichtungen mit selbsttätiger Dicht  spalteinstellung die Forderung nach Vermeiden eines       Anstreifens    der Welle am 'Aussenring im allgemeinen  vor der Forderung nach geringen     Undichtheitsverlu-          sten,    insbesondere bei niedrigen Teillasten der Turbo  maschine, steht, ist es     zweckmässig,    die Blattfedern  mit einer radial nach aussen     gerichteten        Vorspannung     einzubauen. Eine solche     Vorspannung    dient zur Un  terstützung der Verschiebung der Segmente von en  gem auf weiten Dichtspalt.  



  Die beim Zusammenbau der     einzelnen    Segmente  zu dem Aussenring der Wellendichtung auftretenden  Schwierigkeiten können dadurch     umgangen    werden,  dass in die     tangential    gerichtete Bohrung ein Gewinde  ring eingeschraubt wird, welcher als Endanschlag     für     den Federteller in Richtung der Federkraft dient.  Dabei kann der Federstössel in der zentrischen Boh  rung dieses Gewinderinges geführt werden.  



  Eine einfache Möglichkeit zur     Einstellung    der  zwischen zwei benachbarten Segmenten wirkenden  Federkraft kann dadurch geschaffen werden, dass als  Auflageteil     für    den Federstössel ein Gewindestift vor  gesehen wird, welcher an der Stossfläche des benach  barten Segmentes in einem     tangential    verlaufenden  Gewindeloch eingeschraubt wird. Durch Verstellen  dieses Gewindestiftes in dem Gewindeloch kann die  Stellung des mit dem Federstössel verbundenen Feder  tellers und damit die     Vorspannung    der Feder auf den  gewünschten Betrag eingestellt werden.  



  Besteht zwischen den beiden Seiten der berüh  rungsfreien     Wellendichtung    ein hohes Druckgefälle,       iso    kann es unter Umständen nicht mehr möglich sein,  die in einem solchen     Falle    zur radialen Ausweichb,ar  keit der Segmente und/oder zur selbsttätigen Einstel  lung des Dichtspaltes notwendige hohe Federkraft  durch nur eine Feder     an    den Stössen zwischen den  Segmenten     aufzubringen.    Für solche Fälle wird vorge  schlagen, an beiden zueinander gerichteten Stossflä  chen der benachbarten Segmente     tangentiale    Boh  rungen einzuarbeiten und in jeder dieser Bohrungen  eine Druckfeder einzusetzen.

   Eine hohe resultierende  Federkraft     wird    in diesem Falle jedoch nur dann er  reicht, wenn diese beiden Federn     parallel    geschaltet  werden. Dies kann dadurch     verwirklicht    werden, dass  deren Federkraft über den Federstössel     jeweils    auf den  in der     tangentialen    Bohrung des benachbarten Seg  mentes eingeschraubten Gewindering übertragen  wird.  



  Bei Anordnung einer berührungsfreien Wellen  dichtung in einem in Achsebene     geteilten    Gehäuse  ist es im     Hinblick    auf die     Montierbarkeit    zweckmä  ssig, die im Gehäuse radial beweglich geführten Seg  mente so     anzuordnen,    dass an beiden     Seiten    der     Spalt       zwischen den Stossflächen zweier benachbarter Seg  mente in der Ebene der Teilfuge des Gehäuses liegt.

    Werden weiterhin die in einer Gehäusehälfte unterge  brachten Segmente nach Aufbringen der zwischen  ihnen wirkenden     Federvorspannung    jeweils für sich  in beiden Umlaufrichtungen so fixiert, dass der Kräf  teverlauf in dem von den Segmenten gebildeten Au  ssenring der Wellendichtung in der Ebene der     Gehäu-          seteilfuge    unterbrochen ist, so können die Gehäuse  hälften mitsamt den jeweils in ihnen untergebrachten  Segmenten unmittelbar zusammengefügt bzw. ge  trennt werden.

   Eine derartige Fixierung der jeweils  in einer Gehäusehälfte untergebrachten Segmente  kann durch     Fixierschrauben        erfogen,    welche in einem  Gewindeloch an der Gehäuseinnenseite eingeschraubt  sind, durch     tangentiale    Durchgangsbohrungen in  den jeweils äusseren Segmenten der     Gehäuse-          hälften    verlaufen und deren Schraubenkopf je  weils in einem Einschnitt an der 'äusseren Stoss  fläche dieser äusseren Segmente untergebracht ist.

    Bei dieser Ausbildung kann die zwischen den Seg  menten der     Gehäushälften        wirkende        Federvorspan-          nung    durch Verstellen der Fixierschrauben auf den  vorgesehenen Wert eingestellt werden. Wegen der  Anordnung der Schraubenköpfe in Einschnitten an  den äusseren Stossflächen der äusseren Segmente der  Gehäusehälften braucht der Spalt zwischen den äu  sseren Stossflächen dieser Segmente nicht grösser be  messen zu werden. Zugleich ist eine leichte Zugäng  lichkeit zu den Fixierschrauben von der     Teilfuge    her  gewährleistet.

      Werden in den     tangentialen    Durchgangsbohrun  gen durch diese äusseren Segmente neben den Fixier  schrauben Druckfedern eingesetzt, so können diese  zwischen einem in der Durchgangsbohrung eingear  beiteten Ringansatz und dem Schraubenkopf dieser  Fixierschrauben vorgespannt werden.  



  Schliesslich wird auf die Möglichkeit hingewiesen,  die Federkraft durch in die     tangentialen    Bohrungen  eingesetzte Tellerfedern zu erzeugen.  



  In der Zeichnung sind     Ausführungsbeispiele    der  Erfindung schematisch dargestellt.    In dem in     Fig.    1 dargestellten achsnormalen  Schnitt durch die Wellendichtung umschliesst der aus  den Segmenten 21 zusammengesetzte Aussenring 2  die Welle 1. Diese Segmente 21 sind in dem in Achs  ebene geteilten Gehäuse 3 radial beweglich angeord  net. Die zur radialen     Ausweichbarkeit    der Segmente  bzw. zur     selbsttätigen        Einstellung    des     Dichtspaltes     25 vorgesehenen Federn wirken erfindungsgemäss je  weils zwischen den Stossflächen 22 zweier benachbar  ter Segmente in     tangentialer    Richtung.

   In dem darge  stellten Ausführungsbeispiel sind schraubenförmige  Druckfedern 4 in an den Stossflächen 22 der Seg  mente eingearbeiteten     tangentialen    Bohrungen 23 un  tergebracht, deren Federkraft jeweils über     Federtel-          ler    51 auf die Stossfläche der benachbarten Segmente  übertragen wird.

             Fig.    2 zeigt in vergrösserter Darstellung die An  ordnung zur Unterbrechung der     Federkraftübertra-          gung    mittels eines an dem Federteller 51 befestigten,  in der Bohrung 23     geführten    Federstössels 52, welcher  durch Eingriff des gabelförmigen Keils 6 einerseits  an der zu seiner Längsrichtung normalen Fläche 24  am Segment und anderseits an den     Anflachungen    53  an seinem Umfang entgegen der Federkraft     ausge-          lenkt    und festgehalten werden kann. Zum Lösen des  gabelförmigen Keils 6 dient die an ihm angebrachte  Schraube 7.  



  Die Fixierung des     Aussenringes    2 bzw. die über  tragung von am     Aussenring    wirkenden Momenten  auf das Gehäuse 3 erfolgt über die in     Fig.    1 einge  zeichneten     tangential    angeordneten Blattfedern 8,  welche bei Wellendichtungen mit     Dichtspalteinstel-          lung        zwecks    sicheren     Abhebens    der Segmente mit  einer radial nach aussen wirkenden     Vorspannung    an  der Seite des Aussenringes 2 und an der Innenfläche  des Gehäuses 3 lösbar befestigt sind. Die Sicherheits  anschläge 9 sind lediglich dazu vorgesehen, um die  Fixierung bzw.

   Momentübertragung auch im Falle  einer     überbeanspruchung        bzw.    eines Versagens der  Blattfedern 8 zusichern.  



  In der     Fig.    3 der Zeichnung ist in einem achs  normalen Schnitt eine besonders vorteilhafte Anord  nung dargestellt, bei welcher die Federkraft nur einer  Druckfeder zwischen den benachbarten Segmenten  wirkt.  



  In die an der Stossfläche 22 des Segmentes 21  angebrachten     tangentialen    Bohrung 23 ist der Ge  windering 54 eingeschraubt. Er dient als Endanschlag  für den Federteller 51 der Feder 4. Der Federstö  ssel 52 wird in der zentrischen Bohrung 55 des Ge  winderinges 54     geführt.    Als Auflage für den Feder  stössel 52 ist der an der Stossfläche 22 des benachbar  ten Segmentes 21 in dem Gewindeloch 57 einge  schraubte Gewindestift 56 vorgesehen. Durch dessen  Verstellung kann die zwischen den Segmenten wir  kende Federkraft .auf den gewünschten Betrag einge  stellt werden.  



  Bei dem in der     Fig.    4 der Zeichnung wiedergege  benen achsnormalen Schnitt sind an den beiden zu  einander gerichteten Stossflächen 22 der benachbar  ten Segmente 21     tangentiale    Bohrungen 23 angeord  net. Die in diesen Bohrungen untergebrachten schrau  benförmigen Druckfedern 4     isind    dadurch parallel ge  schaltet, dass deren Federkraft jeweils über den Feder  stössel 52 auf den in der Bohrung des benachbarten  Segmentes eingeschraubten Gewindering 54 übertra  gen wird.

   Hierbei ist einer der beiden Federstössel 52  durch den als Anschlag für einen Federteller 51 vor  gesehenen Gewindering 54 durch die Bohrung 55  zentrisch durchgeführt, während der andere Feder  stössel an seinem Ende in drei gleichmässig über einen  Kreisumfang verteilte Einzelzapfen 58 übergeht  - siehe hierzu den in der     Fig.    5 wiedergegebenen  Schnitt längs der Linie<I>A - B</I> der     Fig.    4. Diese Ein  zelzapfen 58 ragen durch Bohrungen 55 an dem zu    ihrer Seite gelegenen Gewindering und liegen an dem  gegenüberliegenden Gewindering auf, ohne auf den  durch letzteren zentrisch verlaufenden Federstössel  einzuwirken.  



  Die Übertragung der Federkraft über die mit den       exzentrisch    angeordneten     Einzelzapfen    58 versehenen  Federstössel 52 kann dadurch aufgehoben werden,  dass der     Schraubbolzen    65 durch die Gewindebohrung  59 geschraubt wird. Hierbei werden nach Auflage  dieses     Schraubbolzens    65 an dem zu seiner Seite gele  genen Gewindering 54 und bei dessen Weiterschrau  ben die     Einzelzapfen    58 von dem in dem gegenüber  liegenden Segment eingeschraubten Gewindering ab  gehoben.  



  Der in diesem gegenüberliegenden Segment ange  ordnete Federstössel 52 wird durch Eintreiben des  Keils 66 in den Längsschlitz 68 entgegen der Feder  kraft verschoben. Die Mutter 67 dient zum Lösen  dieses Keils 66.  



  In     Fig.    6 ist eine Anordnung zur Fixierung der  jeweils in den     Gehäusehälften    31 und 32 des in Achs  ebene entlang der     Teilfuge    35 geteilten Gehäuse 3  ersichtlich. An beiden Seiten des durch die Segmente  21 gebildeten Aussenringes 2 liegt der Spalt     zwischen     den Stossflächen 22     zweier    benachbarter     Segmente    in  der Ebene der     Teilfuge    35.

   Die Fixierung der jeweils  innerhalb der Gehäusehälften 31 und 32 unterge  brachten Segmente 21 erfolgt mittels der Fixier  schrauben 36, die in dem Gewindeloch 34 an der  Innenseite 33 des Gehäuses eingeschraubt sind und  die durch die Durchgangsbohrungen 26 in den inner  halb der Gehäusehälften aussenliegenden Segmenten  in     tangentialer    Richtung verlaufen. Der Schrauben  kopf 37 dieser     Fixierschrauben    36 ist in dem in die  äusseren Stossflächen 22 dieser Segmente eingearbei  teten Einschnitt 27 untergebracht.  



  Die in den Durchgangsbohrungen 26 eingesetzten  Druckfedern 4 sind zwischen dem Ringansatz 28 und  dem Schraubenkopf 37 vorgespannt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Berührungsfreie Wellendichtung für Turboma schinen, deren Aussenring in Segmente unterteilt ist, welche im Gehäuse radial beweglich geführt sind und an denen zu deren radialen Ausweichbarkeit und /oder zur selbsttätigen Einstellung des Dichtspaltes in Abhängigkeit von dem an den Segmenten in radi aler Richtung nach innen wirkenden Druckunter schied jeweils die Kraft einer Feder angreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft von Federn auf gebracht wird, welche jeweils zwischen den Stoss flächen (22) zweier benachbarter Segmente (21) im tangentialer Richtung vorgespannt sind. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Berührungsfreie Wellendichtung nach Patent anspruch, bei Verwendung von Schraubenfedern, da durch gekennzeichnet, dass die Schraubenfedern je weils innerhalb einer an der Stossfläche (22) des einen Segmentes (21) eingearbeiteten tangentialen Bohrung (23) angeordnet sind.

   z. Berührungsfreie Wellendichtung nach Unter anspruch 1, bei Verwendung schraubenförmiger Druckfedern, gekennzeichnet durch die Übertragung der Federkraft der Druckfedern (4) über einen Feder teller (51), welcher mit einem in der Bohrung (23) verschiebbar geführten Federstössel (52) verbunden ist, der entgegen der Federkraft so weit verschoben und in der ausgelenkten Stellung festgehalten werden kann, dass die Auflage des Federtellers an der Stoss fläche (22) des benachbarten Segmentes (21) unter brochen ist.

   3. Berührungsfreie Wellendichtung nach Unter anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ver schiebung des Federstössels (52) entgegen der Feder kraft ein gabelförmiger Keil (6) vorgesehen ist, wel cher einerseits mit einer zur Längsrichtung des Feder stössels normalen Fläche (24) am Segment (21) und anderseits mit zwei zueinander parallelen Anflachun- gen (53) ,am Umfang des Federstössels in Angriff steht.

   4. Berührungsfreie Wellendichtung nach Patent anspruch, gekennzeichnet durch die Fixierung der Segmente (21) in Umfangsrichtung mittels tangential angeordneter Blattfedern (8), welche jeweils einer seits an der Aussenfläche der Segmente und anderseits an der Innenfläche des Gehäuses (3) befestigt sind. 5. Berührungsfreie Wellendichtung nach Unter anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blatt federn (8) mit einer radial nach aussen gerichteten Vorspannung befestigt sind.

   6. Berührungsfreie Wellendichtung nach Patent anspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die tangentiale Bohrung (23) eingeschraubter Gewindering (54) als Endan schlag für den Federteller (51) in Richtung der Federkraft dient und dass in dessen zentrischer Boh rung (55) der Federstössel (52) geführt ist.

   7. Berührungsfreie Wellendichtung nach Unter- anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Auflage teil für den Federstössel (52) ein Gewindestift (56) vorgesehen ist, welcher in einem an der Stossfläche (22) des benachbarten Segmentes (21) tangential ein gearbeiteten Gewindeloch (57) verstellbar einge schraubt ist. B.

   Berührungsfreie Wellendichtung nach Unter anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in an bei den zueinander gerichteten Stossflächen (22) zweier benachbarter Segmente (21) eingearbeiteten tangen- tialen Bohrungen (23) eine schraubenförmige Druck feder (4) untergebracht ist und dass die Federkraft der Druckfedern über den Federstössel (52) jeweils auf den in der tangentialen Bohrung des benachbarten Segmentes eingeschraubten Gewindering (54) über tragen wird. 9.

   Berührungsfreie Wellendichtung nach Unter anspruch 6, in einem in Achsebene geteilten Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (21) so angeordnet sind, dass an beiden Seiten des Aussenrin ges (2) der zwischen den Stossflächen (22) zweier be nachbarter Segmente befindliche Spalt in der Ebene der Teilfuge (35) des Gehäuses (3) liegt und dass die jeweils in einer Gehäusehälfte (31, 32) angeordneten Segmente in Umfangsrichtung durch Fixierschrauben (36) fixiert sind, welche in einem Gewindeloch (34) an der Innenseite (33) des Gehäuses eingeschraubt sind, durch tangentiale Durchgangsbohrungen (26)

   durch die jeweils äusseren Segmente der Gehäuse hälften verlaufen und deren Schraubenkopf (37) je weils in einem Einschnitt (27) an der äusseren Stoss fläche dieser äusseren Segmente untergebracht ist. 10. Berührungsfreie Wellendichtung nach den Unteransprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Durchgangsbohrung (26) angeordnete Schraubenfeder (4) zwischen einem in dieser Durch gangsbohrung eingearbeiteten Ringansatz (28) und dem Schraubenkopf (27) der Fixierschraube (36) vorgespannt ist. 11. Berührungsfreie Wellendichtung nach Unter anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder kraft durch in die tangentialen Bohrungen (23) einge setzte Tellerfedern aufgebracht wird.