DE1093628B - Labyrinthspaltdichtung, insbesondere fuer Dampf- oder Gasturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Labyrinthspaltdichtung, insbesondere für Dampf- oder Gasturbinen, bei der ein Raum höheren Druckes gegen einen Raum niederen Druckes durch sowohl am feststehenden als auch am umlaufenden Dichtungsteil angeordnete Drosselschneiden abgedichtet wird.

Es sind viele Arten von berührungsfreien Labyrinthspaltdichtungen bekannt. Je größer der Differenzdruck Zwischen den abzudichtenden Räumen wird, um so größer wird auch das Problem der Abdichtung. Das trifft insbesondere bei Medien zu, die keine große Viskosität aufweisen und bei denen eine Lässigkeitsverminderung im allgemeinen nur durch eine Vermehrung der Drosselstellen erzielt werden kann, die ihrerseits eine Vergrößerung der Baulänge der Spaltdichtung und damit der gesamten Maschine bedingt. Man hat auch schon versucht, durch entsprechende Gestaltung der Expansionsräume hinter den Drosselstellen eine stärkere Verwirbelung des Leckmediums und dadurch eine bessere Abdichtung zu bewirken. Vorgeschlagen wurde z. B. eine Labyrinthspaltdichtung, in der das abzudichtende Medium an einer zylindrischen Wandung - entlang ohne Ablösung in ringförmige, mit kegeligen Seitenflächen versehene Kammern "abgelenkt wird, um nach Umlenkung an einer anschließenden torusähnlichen Wandfläche um fast 180° in einen gegenüberliegenden,' von senkrechten bzw. geneigten Schneiden gebildeten Ringraum zu strömen und zu verwirbeln.

Die seit Jahrzehnten bekannten, sogenannten Gewindewellendichtungen, deren Drosselstellen einem Säge- bzw. Spitzgewinde ähneln und die auf das Leckmedium eine rückfördernde Schraubenpumpenwirkung ausüben sollen, sind zur Abdichtung von Dämpfen oder Gasen wegen deren geringer Zähigkeit nur wenig wirksam.

Auch ist ein Fertigungsverfahren von umlaufenden Dichtungsträgern für Labyrinthdichtungen bekanntgeworden, das es ermöglicht, aus Blech bestehende Drosselschneiden in möglichst einfacher und billiger Form herzustellen. Im umlaufenden Dichtungsträger werden eine oder mehrere fortlaufende Schraubengangnuten eingeschnitten, in die man ein oder mehrere Metallbänder mittels einer Vorrichtung derart einbringt, daß zwischen Metallband und Dichtungsträger eine metallische Verbindung entsteht. Diesem Verfahren lag nur die Vereinfachung der Herstellungen von Labyrinthdichtungen als Aufgabe zugrunde, so daß strömungstechnische Gesichtspunkte keine Berücksichtigung fanden.

Eine sehr gute Verwirbelung und Dichtwirkung wurde dagegen mit Labyrinthspaltdichtungen erzielt, welche gegen den Raum höheren Druckes in einem bestimmten Winkel geneigte, möglichst zugespitzte

Labyrinthspaltdichtung, insbesondere
für Dampf- oder Gasturbinen

Anmelder:

VEB Görlitzer Maschinenbau,
Görlitz, Lutherstr. 51

Dr.-Ing. Heinz Winkler, Berlin,

und Adolf SuIk, Görlitz,
sind als Erfinder genannt worden

Drosselschneiden aufweisen, denen in gleicher Weise angeordnete Drosselschneiden etwas versetzt gegenüberstehen.

Die Schwierigkeiten bei derartigen Labyrinthdichtungen bestehen darin, während des Betriebes die axiale Stellung der gegenüberliegenden Drosselschneiden zueinander so einzuhalten, daß die optimale Lässigkeit erreicht wird. Dieser Forderung kann in der Praxis kaum nachgekommen werden, da durch unterschiedliche Wärmedehnungen fast stets eine axiale Relativverschiebung zwischen Gehäuse und Welle eintritt. Bei den zunehmenden Drücken und Temperaturen, insbesondere im modernen Dampfturbinenbau, wird es immer schwieriger, die gewünschte optimale Stellung gegenüberliegender Drosselschneiden im Betrieb zu gewährleisten.

Bei axialer Verschiebung gegenüberliegender Drosselschneiden tritt eine bedeutende Lässigkeitserhöhung ein, die bei Verschiebung um den halben axialen Schneidenabstand ihren Höchstwert erreicht. Um die Gewähr zu haben, daß zumindest eine geringe Anzahl der sowohl am feststehenden als auch am umlaufenden Dichtungsteil angeordneten Drosselschneiden eine relativ günstige Stellung einnimmt, wurden bereits Spaltdichtungen, sogenannte Noniusdichtungen, konstruiert, bei denen die Teilungen in gegenüberliegenden Dichtungselementen unterschiedlich sind. Diese unterschiedlichen Teilungen stehen in gewisser Abhängigkeit von den erwartenden axialen Verschiebungen, um eine geringe Lässigkeit zu erhalten. Deshalb können nur die Drosselschneiden an einer Wand mit dem günstigsten axialen Abstand ausgeführt werden, während die Teilung in der gegenüberliegenden Wand bedingt durch den Nonius abweichend davon ausgeführt sein muß. Außerdem laufen diese Schneiden als konzentrische Ringe um,

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so daß die Stellung von Schneide zu Schneide am ganzen Umfang immer gleich ist.

Zur Behebung der vorgenannten Mangel wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß sowohl die am feststehenden als auch die am umlaufenden Dichtungsteil 5 angeordneten Drosselschneiden ein- oder mehrgängig in Wendelform verlaufen sollen. Dabei können die wendelförmig verlaufenden Drosselschneiden in an sich bekannter Weise zum Raum höheren Druckes geneigt sein. ίο

Der axiale Abstand der Drosselschneiden im umlaufenden und im feststehenden Teil wird dabei mit seinem günstigsten Wert ausgeführt. Durch die wendeiförmige Anordnung der Drosselschneiden tritt im Betrieb eine instationäre Strömung des Leckmediums auf, die durch die dauernden Änderungen der Stellung der Schneiden zueinander und der Strömungsrichtung hervorgerufen wird. Dies bringt weiter eine erhöhte Turbulenz der Leckströmung und damit eine Verringerung der Lässigkeit gegenüber den bekannten Labyrinthdichtungen mit sich, wobei besonders darauf hingewiesen wird, daß die sich einstellende Leckströmung vollständig unabhängig ist von der jeweiligen axialen Verschiebung der beiden Dichtungsteile zueinander.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Labyrinthspaltdichtung beispielsweise dargestellt. Die Abb. 1 bis 3 zeigen die Drosselschneiden in ihren verschiedenen, im Betrieb auftretenden gegenseitigen Stellungen.

In Abb. 1 stehen sich die Drosselschneiden genau gegenüber.

Abb. 2 zeigt die Drosselschneiden, leicht versetzt gegenüberstehend. In den Stellungen nach Abb. 1 und 2 ist die Dichtwirkung der Drosselschneiden sehr gut.

In Abb. 3 sind die Drosselschneiden, um die Hälfte der Teilung versetzt. Bei dieser Stellung tritt der größte Lässigkeitsverlust ein.

All diese Stellungen, von der günstigsten bis zur ungünstigsten, durchlaufen die Drosselschneiden durch die erfindungsgemäße wendeiförmige Anordnung in rascher Wiederkehr, so daß sich eine mittlere Lässigkeit einstellt, die auch durch eine axiale Relativbewegung der abzudichtenden Teile keine Veränderung erfährt. Bei den bisher üblichen Labyrinthspaltdichtungen konnten die durch Versuche für eine bestimmte Drosselschneidenstellung ermittelten Lässigkeitswerte nur eine Annahme sein, da die Stellung der Drosselschneiden sich auf Grund der axialen Wärmedehnung im Betrieb oft änderte.

Versuche mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Labyrinthspaltdichtung haben gezeigt, daß gegenüber den bekannten axial angeordneten, kammartig ineinandergreifenden Labyrinthdichtungen eine Lässigkeitsverminderung eintritt, die zwischen 15 und 20% liegt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die vorgeschlagene Labyrinthspaltdichtung gegen axiale Verschiebung unempfindlich ist und fertigungstechnische Erleichterungen in bezug auf das Einarbeiten der Drosselschneiden eintreten, wobei es keine Rolle spielt, ob die wendelförmig verlaufenden Drosselschneiden aus eingestemmten Blechstreifen bestehen oder aus dem vollen Material herausgearbeitet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Labyrinthspaltdichtung, insbesondere für Wellendurchführungen von Dampf- oder Gasturbinen, bei der ein Raum höheren Druckes durch sowohl am feststehenden als auch am umlaufenden Dichtungsteil angeordnete Drosselschneiden abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselschneiden an beiden Dichtungsteilen ein- oder mehrgängig in Wendelform verlaufen.

2. Labyrinthspaltdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmig verlaufenden Drosselschneiden in an sich bekannter Weise zum Raum höheren Druckes geneigt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 396599;
USA.-Patentschriften Nr. 945 900, 1 498 891;
Zeitschrift »Energie«, Jahrg. 8, 1956, Nr. 7, S. 255.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Q 009 649/242 11.60