CH658306A5 - Luftabgedichtete oelabweiservorrichtung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine luftabgedichtete Ölabweisvorrichtung zum Verhindern einer Schmierölleckage aus einem Lager einer umlaufenden Welle und des Einströmens von ungefilterter Umgebungsluft in das Lagerschmierölsystem, mit wenigstens einer Gruppe von Ölabweisringen, die zu der Welle im wesentlichen koaxial sind und eine Labyrinthdichtung gegen einen Schmieröldurchfluss bilden, einem ringförmigen Speiseschlitz, der zu den Abweisringen im wesentlichen koaxial ist und zwischen den Abweisringen an der Welle endet.

Ein ständiges Problem bei Betreiben von grossen Dampfturbinen ist die Verschmutzung des Lagerschmierölsystems. Diese Verschmutzung hat bekanntlich, wenn sie nicht beachtet wird, äusserst nachteilige Auswirkungen auf die Lagerleistung. Mit fossilen Brennstoffen betriebene Dampfturbinen sind diesem Problem besonders ausgesetzt, dass sie häufig in einer Umgebung arbeiten, die mit Kohlenstaub und Flugasche verunreinigt ist.

Es hat sich gezeigt, dass Verunreinigungen hauptsächlich dadurch in das Schmierölsystem eindringen, dass sie über die Lageröldichtungen zusammen mit der Umgebungsluft eingesaugt werden, die zur Belüftung des Systemölbehälters und zur Kühlung der Öldichtung notwendig ist. Die Lageröldichtungen, die üblicherweise als Ölabweiser bezeichnet werden, sind Labyrinthdichtungsanordnungen, die eine Leckage von Schmieröl aus dem zugeordneten Lager verhindern. Verunreinigte Luft wird durch den Schmierölsystemunterdruck über die Dichtung eingesaugt, wobei sie über die durch die Ölab-weisringe (oder -zähne) und die Welle gebildeten Spalte eintritt. In einer Anzahl von Fällen sind die Abweiszähne durch das Einsaugen von Verunreinigungen vollständig verstopft worden, mit dem Ergebnis, dass in einigen ernsten Fällen der angesammelte Schmutz durch hohe Temperaturen bis zu dem Punkt verkohlt worden ist, wo es zu einer Beschädigung der Welle gekommen ist.

In der Vergangenheit sind auf diesem besonderen Gebiet einige Anstrengungen gemacht worden, um Labyrinthdichtungen mit einem unter Druck stehenden gasförmigen Fluid abzudichten. So sind beispielsweise Dampfdichtungssysteme, Kompressoren und anderes umlaufendes Gerät mit Dichtungen ausgerüstet worden, die ein unter Druck stehendes Gas empfangen (und manchmal entnehmen). Diese Vorrichtungen enthalten üblicherweise mehrere Kammern, die längs der Welle angeordnet sind, und es werden in dem Dichtungsgehäuse gebildete relativ kleine Durchlässe oder Hohlräume benutzt, um das Fluid in den Bereich der Abweisringe zu leiten. Wegen der hohen Lufteinleitgeschwindigkeiten, die diese Konfigurationen erfordern, sind hoher Druck und eine entsprechend hohe Strömungsleistung wesentlich, um eine Umfangsabdichtung um die Welle zu bewirken. In einigen Fällen ist es etwas zweifelhaft, ob eine vollständige Umfangsabdichtung um die Welle geschaffen wird oder nicht.

Es ist demgemäss Aufgabe der Erfindung, eine luftabgedichtete Ölabweisvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, das Ansaugen und Ansammeln von Verunreinigungen in den Ölabweisringen zu verhindern und gleichzeitig einen hohen Grad an Ölfang und -abdichtungsleistung aufrechtzuerhalten.

Weiter soll die luftabgedichtete Ölabweisvorrichtung eine gleichmässige Umfangsabdichtung um eine laufende Welle bilden, ohne einen übermässigen Luftdruck und -ström zu erfordern, d.h. er soll ohne übermässig hohen Leistungsverbrauch betreibbar sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird einer ringförmigen, im wesentlichen koaxial zu einer Gruppe von Ölabweisringen um die Welle und radial ausserhalb derselben angeordneten Luftkammer ein kontinuierlicher Strom von unter Druck stehender gefilterter Luft zugeführt. Die Luft kann beispielsweise durch ein Radialgebläse geliefert werden. Ein ringförmiger Speiseschlitz, der ebenfalls im wesentlichen koaxial zu der Welle und zwischen den Abweisringen und der Luftkammer angeordnet ist, steht an seinem Aussenumfang in Strömungsverbindung mit der Luftkammer, um aus dieser den kontinuierlichen Luftstrom zu empfangen, und ist an seinem Innenumfang mit dem Zwischenraum oder der Kammer zwischen wenigsten zwei Ringen der Gruppe von Abweisringen in Strömungsverbindung. Der kontinuierliche Luftstrom wird aus der Luftkammer über den Speiseschlitz und dann über den Zwischenraum zwischen den beiden Ringen nach aussen abgegeben. Die Luftkammer hat ein wesentlich grösseres Volumen als der Speiseschlitz und hat eine grosse Querschnittsfläche in Umfangsrichtung quer zu der Druckverteilungsrichtung.

Ein ebener, durchlöcherter Diffusorring ist innerhalb des Speiseschlitzes angeordnet, so dass durch den Schlitz strömende Luft durch den Diffusorring hindurchgehen muss.

Im Betrieb wird der Druck in der Luftkammer, der durch die kontinuierlich einströmende Luft erzeugt wird, in der gesamten Luftkammer sehr gleichmässig verteilt, und zwar auf Grund des relativ grossen Volumens derselben, der grossen Querschnittsfläche derselben rechtwinkelig zu der Umfangsrichtung des Nichtvorhandenseins von Strömungsdrosselstellen darin. Die Lufteinströmung aus der Luftkammer in den ein kleineres Volumen aufweisenden Speiseschlitz wird deshalb in einem durchgehenden scheibenartigen Strom gleichmässig verteilt, der radial nach innen zu der Welle gerichtet ist. Dieser scheibenartige Luftstrom gelangt von dem Speiseschlitz aus zwischen zwei Abweisringe und dann zwischen den Arbeitsspalt zwischen der Welle und den Abweisringen, um eine gleichmässig verteilte Luftabdichtung am Umfang der Welle herzustellen. Ein Teil der abdichtenden Luft geht nach innen zu dem Lager und dem Schmierölsystem, die übrige Luft gelangt in die Atmosphäre.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in der gewisse, zu der Wellenachse sym5

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metrische Teile nicht besonders dargestellt sind und in der das System zur ständigen Luftzufuhr schematisch gezeigt ist, und

Fig. 2 in Endansicht und teilweise aufgebrochen einen Teil der Ausführungsform von Fig. 1 in etwas anderem Massstab, wobei die Linie 1-1 die Schnittebene der Ansicht in Fig. 1 angibt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die zur Verwendung in Kombination mit einer grossen Dampfturbine geeignet ist, um eine Leckage von Lagerschmieröl und das Einströmen von ungefilterter atmosphärischer Luft in das Lagerschmierölsystem zu verhindern. Zum Beispiel trägt in den Figuren die Welle 10 die umlaufenden Teile einer Dampfturbine und ist ihrerseits durch nicht besonders dargestellte Radiallager abgestützt, die über ihre Länge verteilt angeordnet sind. Die Welle 10 ragt aus dem Ende der Turbine hervor, wobei ein Teil des Lagergehäuses insgesamt mit 12 bezeichnet ist. Die Radiallager, die ständig mit Schmieröl versorgt werden, bewirken, dass der Teil der Welle 10, der aus dem Lagergehäuse 12 hervorsteht, ständig einer ölhaltigen Umgebung ausgesetzt ist.

Mittels Schrauben 14 ist an der Turbine über das Lagergehäuse 12 ein Ölabweisergehäuse 16 befestigt, das einen radial äusseren Abschnitt 17 und einen radial inneren Abschnitt 19 aufweist. Der radial äussere Abschnitt 17 hat Wände 17a, die eine ringförmige Luftkammer 18 begrenzen, und der radial innere Abschnitt 19 hat Wände 19a, die einen ringförmigen Speiseschlitz 20 begrenzen. Die Luftkammer 18 und der Speiseschlitz 20 stehen an einer Umfangsgrenzfläche, die in Fig. 1 insgesamt mit 25 bezeichnet ist, miteinander in Strömungsverbindung. Sowohl die Luftkammer 18 als auch der Speiseschlitz 20 sind zu der Welle 10 im wesentlichen koaxial, obgleich die Luftkammer 18 ein wesentlich grösseres Volumen als der Speiseschlitz 20 hat. Die Luftkammer 18 hat eine zu ihrer Umfangsrichtung rechtwinkelige Querschnittsfläche, die gegenüber der einer weiter unten ausführlicher erläuterten Leitung 44 relativ gross ist. Ein durchlöcherter Diffusorring 22 überbrückt den Speiseschlitz 20 an einer radial inneren Stelle nahe der Welle 10, vorzugsweise innerhalb des inneren Drittels des Speiseschlitzes 20. Von dem Diffusorring 22, dessen Funktion weiter unten ausführlicher erläutert ist, ist ein grosser Teil (beispielsweise 30%) des Oberflächeninhalts für den Luftstrom offen, und zwar aufgrund von Löchern 24. Da das Ölabweisergehäuse 16 zu der Welle 10 im wesentlichen symmetrisch ist, ist in Fig. 1 nur der obere Teil der Schnittansicht gezeigt.

Das Ölabweisergehäuse 16 enthält weiter eine erste und eine zweite Gruppe von Ölabweisringen oder -Zähnen 21 bzw. 23, die Umfangslabyrinthdichtungen um die Welle 10 bilden, um das Entweichen von Öl zu verhindern. Die radial inneren Spitzen der einzelne Abweisringe sind in sehr enger Nähe zu der Oberfläche der Welle 10, wobei aber ein Arbeitsspalt zwischen der Welle 10 und den einzelnen Ringen vorhanden ist. Die erste Abweisringgruppe 21 befindet sich am weitesten innen nächst der Ölquelle und im wesentlichen neben dem Radiallager, das geschmiert wird. Zwischen der ersten und der zweiten Abweisringgruppe 21 bzw. 23 ist eine ringförmige Ölfangkammer 32 angeordnet, die durch Wände in dem inneren Abschnitt 19 des Gehäuses 16 begrenzt wird. Ein durchlöcherter Ring 34 ist in der Ölfangkammer 32 befestigt und ist zu der Welle 10 im wesentlichen koaxial. Gegenüber der Ölfangkammer 32 hat die Welle 10 eine Ölschleudernut 36, die Öl auffängt, das an der ersten Abweisringgruppe 21 vorbeileckt, und die mittels der durch die umlaufende Welle 10 erzeugten Zentrifugalkraft das aufgefangene Öl nach aussen in die Ölfangkammer 32 schleudert, aus der es über einen Anschluss in dem unteren Teil des Gehäuses 16 abgeführt wird.

Die zweite Abweisringgruppe 23 enthält einen äusseren Dichtring 38 und einen inneren Dichtring 40, die zwischen sich einen Zwischenraum oder eine Kammer 42 begrenzen, die mit dem Speiseschlitz 20 in Strömungsverbindung steht.

Die Luftkammer 18 ist über die Leitung 44 mit einem Luftzufuhrsystem 46 verbunden, das in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Das Luftzufuhrsystem 46 hat ein Gehäuse 48 und eine geeignete Befestigungsplattform 50. Auf der Plattform 50 und innerhalb des Gehäuses 48 sind ein durch einen Elektromotor angetriebenes Gebläse 52, bei dem es sich vorzugsweise um ein Radialgebläse handelt, ein Grobvorfilter 54 zum Auffangen von grösseren Teilchen, die die Luft mit sich führt, und ein Endfilter 56 angebracht, das in der Lage ist, Teilchenmaterial sehr geringer Grösse, vorzugsweise mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von wenigen Mikrometern, aufzufangen. Luft wird durch das Gebläse 52 über die Filter 54 und 56 und über ein an einem Ende des Gehäuses 48 vorgesehenes Gitter 58 in das Gehäuse 48 gesaugt. Das Vorfilter 54 ist daher stromaufwärts des Endfilters 56 angeordnet.

Im Betrieb wird Umgebungsluft ständig über das Gitter 58 eingesaugt, durch die Filter 54 und 56 zum Reinigen hindurchgesaugt und dann als ein kontinuierlicher Druckluftstrom über die Leitung 44 der Luftkammer 18 zugeführt. Die Antriebsmaschine für diesen kontinuierlichen Druckluftstrom ist das Gebläse 52, das der Luft Energie zuführt, indem es den über die Filter 54 und 56 eingesaugten Umgebungsluftstrom unter Druck setzt. In Fig. 1 geben Pfeile den Weg des Luftstroms an. Ein handbetätigtes Ventil 45 in der Leitung 44 von Fig. 1 wird benutzt, um die Luftstrommenge einzustellen, die der Luftkammer 18 und den zu dieser in Reihe geschalteten Elementen zugeführt wird. Die Luft, die in die Luftkammer 18 eintritt, wird mit gleichmässigem Druck sofort verteilt, so dass sie eine gleichmässige Umfangszufuhrquelle für den Speiseschlitz 20 bildet. Die Umfangsquerschnittsfläche der Luftkammer 18 ist ausreichend gross, um die Geschwindigkeit der eintretenden Luft zu verringern, was die Gleichmäs-sigkeit der Druckverteilung unterstützt. Eine im wesentlichen durchgehende Luftscheibe wird so radial nach innen durch den die Welle 10 umgebenden Speiseschlitz 20 gerichtet.

Diese Luftscheibe geht durch die Löcher 24 des Diffusorringes 22 hindurch und wird dann längs des radial inneren Umfangs des Speiseschlitzes 20 zwischen dem äusseren Abweisring 38 und dem inneren Abweisring 40 gleichmässig abgegeben. Schliesslich wird die Luftscheibe durch die Welle 10 um 90° gedreht und dann über den kleinen Arbeitsspalt zwischen der Welle 10 und den Abweisringen 38 und 40 abgegeben. Es wird so eine sehr gleichmässige Überdruckluftabdichtung zwischen dem Umfang der Welle 10 und den Abweisringen 38 und 40 geschaffen. Ein Teil der abgegebenen Luft gelangt in die Atmosphäre, während die übrige Luft über die zweite Abweisringgruppe 21 nach innen strömt und in das Schmierölzufuhrsystem gelangt, um von diesem abgegeben zu werden. Ein Vorteil der Erfindung zusätzlich zu dem zwangsläufigen Abdichten gegen das Eindringen von ungefilterter Umgebungsluft ist, dass der kontinuierliche Strom von sauberer Luft sowohl die Dichtung als auch jedwedes Lagerschmieröl kühlt, das sich in den Ölabweisringgruppen 21 und 23 befindet.

Der durchlöcherte Diffusorring 21 trägt zur gleichmässi-gen Druckverteilung in der Luftkammer 18 und in dem Speiseschlitz 20 durch Erzeugen eines Gegendruckes in denselben bei. Darüber hinaus verhindert der Diffusorring 22 radiale Druckgradienten innerhalb der Luftkammer 18 und innerhalb des Speiseschlitzes 20 durch Unterbrechen des Wachstums von Wirbeln, die durch Flüssigkeitswiderstandseffekte der umlaufenden Welle 10 erzeugt werden. Der durchlöcherte Ring 34, der in der Ölfangkammer 32 angeordnet ist, dient

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hauptsächlich dem Zweck, die Flüssigkeitswiderstandseffekte der Welle 10 in der Ölfangkammer 32 aufzuheben und als Hauptölfangfläche zu dienen.

Bei Tests einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist.-ein sehr hoher Grad an Sauberkeit in dem Ölabwei-ser erzielt worden, ohne dass eine grosse Strömungsleistung erforderlich war, d.h. ohne dass grosse Luftströmungsmengen bei beträchtlich hohen Drücken erforderlich waren. Darüber hinaus hat sich die Ölfangleistung eines Ölabweisers der hier beschriebenen Art als ziemlich hoch erwiesen. Weiter wird die gesamte Lufteinströmung in das Schmierölsystem gegenüber der von bekannten Ölabweisern nicht nennenswert ver-grössert; die Dampfentnahme, die für ein Schmierölsystem erforderlich ist, wird daher nicht nennenswert zusätzlich beansprucht.

Es ist zwar nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben worden, an dieser können jedoch verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden. Beispielsweise wird zwar die hier beschriebene gleichmässige Umfangsluftabdichtung durch Abgabe einer gleich-mässigen Luftscheibe zwischen zwei Ölabweisringen gebildet, 5 es ist jedoch klar, dass weitere Abweisringe vorgesehen werden können und dass ein kontinuierlicher Luftstrom aus einem Speiseschlitz abgegeben werden kann, um zwischen mehreren derartigen Ölabweisringen hindurchzugehen. Weiter kann ein Speiseschlitz in Form einer in Segmente geteilten io Verteilkammer statt der hier beschriebenen einteiligen Kammer vorgesehen werden. Ferner kann die umlaufende Turbinenwelle 10 mit geeigneten Modifizierungen oder Zusätzen benutzt werden, um das Gebläse 52 von Fig. 1 als Antriebsmaschine für die Quelle von der Luftkammer 18 zugeführter 15 Druckluft zu ersetzen. Alle derartigen Modifizierungen liegen im Rahmen der Erfindung.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Luftabgedichtete Ölabweisvorrichtung zum Verhindern einer Schmierölleckage aus einem Lager einer umlaufenden Welle und des Einströmens von ungefilterter Umgebungsluft in das Lagerschmierölsystem, mit wenigstens einer Gruppe (23) von Ölabweisringen (38,40), die zu der Welle (10) im wesentlichen koaxial sind und eine Labyrinthdichtung gegen einen Schmieröldurchfluss bilden, einem ringförmigen Speiseschlitz (20), der zu den Abweisringen (38,40) im wesentlichen koaxial ist und zwischen den Abweisringen an der Welle (10) endet, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Druckluft beaufschlagbare ringförmige Kammer (18), die koaxial zu den Abweisringen (38,40) und radial ausserhalb derselben angeordnet ist, an ihrem radial inneren Ende zum Speiseschlitz (20) offen ist.

2. Ölabweisvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (18) ein grösseres Volumen als der Speiseschlitz (20) aufweist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Ölabweisvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (18) eine Querschnittsfläche quer zur Umfangsrichtung hat, die ausreichend gross ist, um eine Abnahme der Geschwindigkeit des eintretenden kontinuierlichen Druckluftstroms zu bewirken.