Dichtung zwischen einem rotierenden und einem stillstehenden Teil
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung zwischen einem rotierenden und einem stillstehenden Teil. Mit dieser Dichtung kann der Durchtritt einer Flüssigkeit verhindert werden. Die Dichtung soll besonders bei Wasserturbinen und -pumpen angewandt werden können.
Bekannt sind Flüssigkeitsdichtungen mit einem auf dem rotierenden Teil festsitzenden und in einer feststehenden Ringkammer angeordneten Scheibe. Die Ringkammer ist mit Sperrflüssigkeit gefüllt, die sich in der gleichen Richtung dreht wie die Scheibe. Die Sperrflüssigkeit strömt der Ringkammer unter Druck über tangential am Kammerumfang einmündende Kanäle zu.
Durch die Rotation des Flüssigkeitsringes treten Fliehkräfte auf, die die Durchdringung des flüssigen bzw.
gasförmigen Mediums durch die Dichtung verhindern (siehe beispielsweise die sowjetische Patentschrift Nr. 6473 Klasse 14c, 20/02 von 1926).
Kennzeichnend für derartige Dichtungen ist ein relativ hoher Kraftverbrauch, der von der Reibung zwischen der rotierenden Flüssigkeit und den Innenflächen der Ringkammer, die relativ gross sind, verursacht wird. Andererseits ist der durch Fliehkräfte entstehende innere Flüssigkeitsdruck relativ gering. Aus diesem Grunde sind die Flüssigkeitsdichtungen bei relativ hohen Gas- bzw. Flüssigkeitsdrücken am abzudichtenden Spalt zwar betriebsfähig, erfordern aber einen äusserst hohen Energieaufwand zur Erzeugung des notwendigen Innendruckes in der rotierenden Sperrflüssigkeit. Mitunter machen sich auch besondere Massnahmen gegen Verschleiss der Ringkammerwandungen und der Scheibe erforderlich.
Der letztere Umstand ist besonders wichtig, wenn die rotierende Sperrflüssigkeit nicht ausreichend gereinigt wird und schwebende Festteilchen enthält.
Es ist das Ziel der Erfindung, die obenerwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung zwischen einem rotierenden und einem stillstehenden Teil zu schaffen, mit einer auf dem rotierenden Teil festsitzenden Laufscheibe, die in der Nähe einer feststehenden Wand liegt, und mit tangential zum Laufscheibenrand verlaufenden und gegenüber diesem liegenden Kanälen in der feststehenden Wand, wobei der Abstand wischen der feststehenden Wand und der Laufscheibe am Scheibenrand klein ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die feststehende Wand und die Laufscheibe mit ihren Randteilen einen Ringkanal bilden, der sich von der Drehachse aus nach aussen erweitert.
Diese Kanalerweiterung trägt dazu bei, dass die kinetische Energie der durch diesen Kanal aus der Dichtung austretenden Flüssigkeit in Druck umgesetzt wird. Dadurch wird der Kraftverbrauch der Dichtung kleiner. Daneben werden auch die Reibungsverluste beträchtlich geringer, da die Dichtung nur eine Wand an Stelle der ganzen Kammer, wie dies bei bekannten Flüssigkeitsdichtungen dieser Art der Fall ist, enthält.
Bei einer ersten Ausführungsform der Dichtung ist die feststehende Wand gleichzeitig auch der Boden einer Ringkammer, die sich auf der zur rotierenden Scheibe gegenüberliegenden Seite der Wand befindet und den die Scheibe tragenden rotierenden Teil umgibt. Diese Ringkammer besitzt am Umfang Austrittskanäle und wird mit dem Raum zwischen rotierender Scheibe und feststehender Wand möglichst näher zur Drehachse des rotierenden Teils durch eine Öffnung verbunden.
Während des Betriebs wird dabei durch die beschriebene Ringkammer die rotierende Flüssigkeit in der Menge abgeleitet, die die Betriebsfähigkeit der Dichtung noch nicht beeinträchtigt den Energieverbrauch zum Herauspressen der Sperrflüssigkeit durch den sich nach aussen erweiternden Ringkanal herabsetzen lässt.
Die Verbindung der beschriebenen Kammer mit dem Raum zwischen der feststehenden Wand und rotierenden Scheibe in der Nähe der Drehachse des rotierenden Teiles trägt dazu bei, dass die rotierende Flüssigkeit bei relativ geringem Druck abgesaugt wird, da der Druck in einem rotierenden Flüssigkeitsring bekanntlich mit dem Abstand zur Drehachse abnimmt.
Beim Absaugen der Sperrflüssigkeit treten also weder allzu hohe Reibungsverluste noch beachtliche Drosselung auf. Die Anordnung der Austrittsöffnungen am Kammerumfang, also in einem grossen Abstand von der Drehachse der Flüssigkeit, erleichtert die Herausschleuderung der Flüssigkeit durch diese Kanäle unter der Fliehkraftwirkung, der die rotierende Flüssigkeit ausgesetzt wird.
Es ist vorteilhaft, wenn die Austrittskanäle am Kammerumfang tangential liegen, da hierdurch die Strömungsverhältnisse für die austretende Flüssigkeit besser werden.
Soll die Dichtung bei einer Wasserturbine verwendet werden, so sollte die Scheibe auf der Turbinenwelle möglichst nahe beim Turbinenlaufrad liegen, während dann die feststehende Wand am Lagergehäuse der Turbine ihren Platz findet. Dadurch wird die Durchdringung des Wassers vom Laufrad zum Lager verhindert und die Entfernung des eventuell auf den Turbinendekkel gelangenden Leckwassers ermöglicht.
Der wichtigste Vorteil der Dichtung besteht darin, dass ihr Kraftverbrauch um das zweifache niedriger ist als bei bekannten Dichtungen dieser Art.
Nachstehend sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes mit Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen in Anwendung auf eine Wasserturbine ausführlich beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Teil der mit einer Dichtung ausgestatteten Wasserturbine in schematischer Darstellung (Längsschnitt),
Fig. 2 den Schnitt II-II nach Fig. 1,
Fig. 3 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Dichtung für eine Wasserturbine in schematischer Längsschnittdarstellung,
Fig. 4 den Schnitt IV-IV nach Fig. 3.
Die in Fig. 1 dargestellte Flüssigkeitsdichtung hat die Aufgabe, den Spalt zwischen der Welle 1 der Was serturbine 2 und dem Wellenlager 3 abzudichten. Sie enthält zunächst eine auf der Turbinenwelle 1 in der Nähe des Lagers 3 sitzende Scheibe 4, die sich zusammen mit Welle 1 dreht. Gegenüber der Laufscheibe 4 ist am Lager 3 eine feststehende Wand in Gestalt einer weiteren Scheibe 5 angebracht. Diese Scheibe besitzt einen zur Laufscheibe 4 weisenden Ringbund am Umfang. Er ist also derjenige Teil der Scheibe 5, der sich im kleinsten Abstand von der Laufscheibe 4 befindet.
Der Ringbund 6 bildet zusammen mit dem abgeschrägten Laufscheibenrand einen sich von der Drehachse aus nach aussen erweiternden Ringkanal 7. Im Ringbund 6 sind weiter tangential gegenüber dem Laufscheibenrand auslaufende Kanäle 8 (Fig. 2) vorhanden, die über Rohre 9 (Fig. 1,2) mit Oberstau des Kraftwerkes (in der Zeichnung nicht gezeigt) verbunden wer den. Auf den Laufradscheiben 10, 11 der Turbine und den damit benachbarten feststehenden Gehäusescheiben sind ringförmige Vorsprünge vorgesehen, die Labyrinthdichtungen 13 und 14 bilden. Die Wellendrehrichtung ist in Fig. 2 mit Pfeil angedeutet.
Das Oberwasser strömt unter einem seinen Pegel stand entsprechenden Überdruck den Kanälen 8 zu und gelangt über diese in den Raum zwischen den Scheiben 4 und 5. Darin bildet sich ein rotierender Flüssigkeitsring, in dem der Druck durch Fliehkraftwirkung von der Drehachse zum Umfang zunimmt. Der erhöhte Druck im rotierenden Flüssigkeitsring verhindert die Durchdringung des meist sehr trüben Wassers aus dem Bereich des Laufrades an das Lager 3 und den Turbinendeckel 15.
Der erhöhte Druck am Umfang des rotierenden Flüssigkeitsringes bewirkt weiter, dass das Sperrwasser durch den Ringkanal 7 nach aussen austritt, wobei die Ringkanalenveiterung dazu beiträgt, dass die kinetische Energie der aus der Dichtung strömenden Flüssigkeit teilweise in Druck umgesetzt wird. Dadurch verringert sich der Kraftverbrauch der Dichtung.
Es ist zweckmässig, den Wasserdurchsatz durch den Ringkanal 7 so klein wie möglich zu halten, um die Energieverluste durch Ausströmung der Sperrflüssigkeit aus dem Ringkanal in den wassergefüllten Raum, in dem etwa der Druck der ausströmenden Flüssigkeit herrscht, herabzusetzen.
Das durch Kanäle 8 zufliessende überschüssige Oberwasser wird dann auf eine andere Weise abgeleitet.
Zu diesem Zweck wird bei einer anderen Ausfüh rungsform der Flüssigkeitsdichtung eine Ringkammer 16 (Fig. 3) unten im Lagergehäuse rings um die Turbinenwelle 1 herum vorgesehen. Der untere Boden 5a dieser Ringkammer hat die gleiche Aufgabe wie die feststehende Scheibe 5 bei der Dichtung nach Fig. 1, 2. Er besitzt ebenfalls Kanäle 8 für Wasserzuleitung in den Raum zwischen der Wand 5a und der Laubscheibe 4 und Herbeiführung des rotierenden Flüssigkeitsringes darin. Daneben ist im Kammerboden 5a eine Öffnung 17 vorhanden, die den erwähnten Raum mit der Ringkammer 16 verbindet. Die Kammer 16 besitzt ihrerseits Austrittskanäle 18 (Fig. 3, 4) am Umfang (in Fig. 1 ist nur einer davon gezeigt).
Diese Kanäle münden in die Ringkammer 16 tangential ein. Daran sind Ableitrohre 19 (in der Zeichnung ist nur eines davon gezeigt) angeschlossen. Es ist einleuchtend, dass der verhältnismässig grosse Abstand der Austrittskanäle 18 von der Drehachse des Flüssigkeitsringes die Wasserentfernung aus der Kammer 16 über Rohre 19 durch Fliehkraftwirkung erleichtert.
Auf diese Weise lässt sich der grösste Teil des über Kanäle 8 in den Raum zwischen dem Kammerboden 5a und der Laufscheibe 4 zufliessenden Wassers ableiten. Die Drehrichtung der Turbinewelle 1 ist in Fig. 4 mit Pfeil angedeutet.
Gelangt das Wasser aus irgendwelchen Gründen auf den Turbinendeckel 15, so fliesst es durch den Spalt zwischen Lager 3 und Turbinenwelle 1 in die Ringkammer 16 ab. Im oberen Kammerboden 20 ist eine Öffnung 21 (Fig. 3) zum Absaugen des Wassers aus dem Lagerspalt vorgesehen.
Die Wasserzuleitung vom Turbinendeckel 15 an die Öffnung 21 kann auch über Kanäle22 im Turbi nendeckel und weiter über den Spalt zwischen dem
Lager 3 und der Kammer 16 erfolgen.
Aus der Ringkammer 16 wird das Wasser wie er wähnt durch Auslasskanäle 18 und Ableitrohre 19 ent fernt.
Die Dichtung funktioniert auch zuverlässig beim
Stillstehen der Turbinenwelle 1.
Die Wasserzuführung an die Kanäle 8 kann selbstverständlicherweise auch mit Hilfe einer an sich bekannten Pumpe erfolgen.