DE1252023B - - Google Patents

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DE1252023B
DE1252023B DENDAT1252023D DE1252023DA DE1252023B DE 1252023 B DE1252023 B DE 1252023B DE NDAT1252023 D DENDAT1252023 D DE NDAT1252023D DE 1252023D A DE1252023D A DE 1252023DA DE 1252023 B DE1252023 B DE 1252023B
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. a.:Int. a .:

F16 jF16 j

fesche'KL: 47f-26fesche'KL: 47f-26

Nummer: 1252 023Number: 1252 023

Aktenzeichen: A43316XII/47fFile number: A43316XII / 47f Anmeldetag: 12. Juni 1963Filing date: June 12, 1963 Auslegetag: 12. Oktober 1967Open date: October 12, 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einlaßstopfbüchse für die Flüssigkeitseinspeisung in einen Rotor mit einer starren Speiseleitung, durch die Flüssigkeit in axialer Richtung in ein Ende der Rotorwelle oder eine axiale Verlängerung der Welle eingeführt wird, bei der eine Labyrinthdichtung einen ersten Satz von konzentrischen, zylindrischen Bauteilen aufweist, die koaxial zum Rotor starr angeordnet sind und mit dem Rotor umlaufen, sowie einen zweiten Satz von konzentrischen, zylindrischen Bauteilen aufweist, die n> mit der Speiseleitung koaxial starr verbunden und in bezug auf diese ortsfest sind, wobei die als Radiallabyrinth ausgebildete Dichtung einen ersten Durchflußpfad radial von innen nach außen und daran anschließend einen zweiten radial von außen nach innen für die Leckflüssigkeit aufweist.The invention relates to an inlet gland for feeding liquid into a rotor having a rigid feed line through which liquid is introduced axially into one end of the rotor shaft or an axial extension of the shaft, in which a labyrinth seal comprises a first set of concentric cylindrical components which are arranged rigidly coaxially to the rotor and rotate with the rotor, as well as a second set of concentric, cylindrical components which are n> rigidly connected to the feed line and are stationary with respect to this, the seal formed as a radial labyrinth forming a seal has a first flow path radially from the inside to the outside and then a second radially from the outside to the inside for the leakage fluid.

Das Einspeisen von Wasser in den wassergekühlten Rotor, z. B. eines Turbogenerators, erfolgt von einer ortsfesten Speiseleitung aus in axialer Richtung in das Ende der Rotorwelle. Da das Kühlwasser unter ao Druck in die Rotorwelle eingepumpt wird, treten Schwierigkeiten bei der Abdichtung zwischen dem Ende der ortsfesten Speiseleitung und dem Rotor auf, dessen Betriebsdrehzahl in der Regel so hoch ist, daß jede Art von Kontaktdichtung unerwünscht ist.The feeding of water into the water-cooled rotor, e.g. B. a turbo generator is carried out by a stationary feed line out in the axial direction into the end of the rotor shaft. Since the cooling water under ao Pressure is pumped into the rotor shaft, difficulties arise in sealing between the The end of the stationary feed line and the rotor, the operating speed of which is usually so high that any type of contact seal is undesirable.

Abdichtungen zwischen starren und rotierenden Bauteilen, die eine Reibberührung zwischen den Dichtungselementen vermeiden, sind in zahlreichen unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Zur Abdichtung von Wellendurchführungen in Wänden von Pumpen sind z. B. Flüssigkeitsringdichtungen bekannt, in denen mittels an der Welle befestigter Flügel ein Flüssigkeitsring in der Wandung mit fastSeals between rigid and rotating components that create frictional contact between the Avoid sealing elements are known in numerous different designs. For sealing of shaft ducts in the walls of pumps are z. B. known liquid ring seals, in which by means of wings attached to the shaft a liquid ring in the wall with almost

der vollen Drehzahl der rotierenden Teile in Drehung zahl des Rotors umläuft, ist ein Drehzahlunterschied in versetzt wird. Eine solche Dichtungsanordnung ist 35 der in dem Radiallabyrinth umlaufenden Leckflüssigjedoch nicht ohne weiteres zur Abdichtung der keit vorhanden, der wiederum einen Druckunterschied Flüssigkeitseinspeisung in einen Rotor geeignet, bei zwischen der Leckflüssigkeit im ersten und zweiten der verhältnismäßig hohe Drücke auftreten können. Durchflußpfad erzeugt, und dieser Druckunterschied Bei als Radiallabyrinth ausgebildeten Wellen- ruft eine kräftige Wasserströmung hervor, die im dichtungen für Turbinen, Pumpen und ähnlichen 40 zweiten Durchflußpfad zunächst radial nach innen Maschinen ist es ferner bekannt, die Labyrinthe als durch die Labyrinthdichtung und dann durch die radial von innen nach außen und daran anschließend Bohrungen des zweiten Durchflußpfades radial nach von außen nach innen verlaufende Durchflußpfade außen zirkuliert. Diese intensive Strömung im auszubilden. Die Leckflüssigkeit in diesen Durch- zweiten Durchflußpfad radial nach innen verstärkt flußpfaden läuft hierbei mit einer wesentlich gerin- 45 das Druckgefälle in der Dichtung, das schließlichthe full speed of the rotating parts in the speed of rotation of the rotor revolves, is a speed difference in is moved. Such a sealing arrangement is, however, the leakage liquid circulating in the radial labyrinth not readily available for sealing the speed, which in turn creates a pressure difference Liquid feed into a rotor suitable, with between the leakage liquid in the first and second the relatively high pressures can occur. Flow path generated, and this pressure difference When waves are designed as a radial labyrinth, a powerful flow of water is generated, which in the seals for turbines, pumps and the like 40 second flow path initially radially inward It is also known to machines the labyrinths as through the labyrinth seal and then through the radially from the inside to the outside and then bores of the second flow path radially to it outside-inward flow paths are circulated outside. This intense flow in the to train. The leakage fluid in this through-second flow path is reinforced radially inwards In this case, the flow path runs with a significantly lower pressure gradient in the seal, which ultimately

Einlaßstopfbüchse für die Flüssigkeitseinspeisung in einen RotorInlet stuffing box for feeding liquid into a rotor

Anmelder:Applicant:

Associated Electrical Industries Limited, London Vertreter:Associated Electrical Industries Limited, London Representative:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. I5 Parkstr. 13Dr.-Ing. W. Reichel, patent attorney,
Frankfurt / M. I 5 Parkstrasse 13th

Als Erfinder benannt:Named as inventor: Istvan Csillag, Sale, Cheshire (Großbritannien)Istvan Csillag, Sale, Cheshire (UK) Beanspruchte Priorität:Claimed priority: Großbritannien vom 13. JunLI 9^,(22 709)Great Britain from 13 Jun LI 9 ^, (2 2 709)

die Flüssigkeitseinspeisung in Rotoren weiter zu verbessern bzw. deren Abdichtvermögen zu erhöhen..to further improve the liquid feed in rotors or to increase their sealing capacity ..

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im zweiten Durchflußpfad Flügel oder Bohrungen angeordnet sind, die mit dem Rotor umlaufen und die die im zweiten Durchflußpfad befindliche Leckflüssigkeit in eine der Umlaufgeschwindigkeit der Bauteile entsprechende Umdrehung versetzen. Da die Leckflüssigkeit in dem ersten von innen nach außen verlaufenden Durchflußpfad des Radiallabyrinths nur etwa mit der halbenDreh-According to the invention, this object is achieved in that wings or in the second flow path Bores are arranged which rotate with the rotor and which in the second flow path any leakage fluid in a rotation corresponding to the speed of rotation of the components offset. Because the leakage fluid is in the first flow path running from the inside to the outside of the radial labyrinth is only about half the

geren Drehzahl als die rotierenden Bauteile der Radiallabyrinthdichtung um. Wird eine derartige Labyrinthdichtung höheren Drücken ausgesetzt, besteht die Gefahr, daß relativ viel Leckflüssigkeit durch diese Dichtung ausströmt.geren speed than the rotating components of the radial labyrinth seal. Will such a If the labyrinth seal is exposed to higher pressures, there is a risk of a relatively large amount of leakage fluid flows out through this seal.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Labyrinthdichtungen in Einlaßstopfbüchsen für das Druckgefälle in der Labyrinthdichtung des ersten Durchflußpfades überschreitet. Wird der Druck in der Speiseleitung auf einem entsprechenden Wert gehalten, der den maximalen Druck in der Dichtung nicht überschreitet, so wird eine wirksame nicht-Ieckende Abdichtung zwischen dem umlaufenden Rotor und der starren Speiseleitung erreicht.The invention is therefore based on the object, the labyrinth seals in inlet glands for exceeds the pressure drop in the labyrinth seal of the first flow path. If the pressure is in the feed line is kept at a value corresponding to the maximum pressure in the seal does not exceed, an effective non-leaking seal between the circumferential Rotor and the rigid feed line.

709 677/205709 677/205

Claims (4)

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung beschrieben. F i g. 1 zeigt teilweise im Schnitt eine Seitenansicht eines Endteiles einer verlängerten Welle, die in eine Rotorwelle eines Turbogenerators eingesetzt ist, und eine zugehörige Einlaßstopfbüchse und Fig.2 eine Schnittansicht längs der LinieII-II nach Fig. 1 in Blickrichtung der Pfeile nach Fig. 1. Eine verlängerte Welle 1 ist koaxial in das Außenende einer Rotorwelle (nicht dargestellt) eingepaßt und mit einer zentrischen Bohrung 3 für den Durchfluß von Kühlwasser in den Rotor versehen. Das Kühlwasser wird durch eine starre Speiseleitung 5 mit einem geflanschten Auslaß 7, der koaxial zur Bohrung 3 angeordnet ist, eingespeist. Zwischen dem Auslaß 7 und der Bohrung 3 und mit diesen ausgerichtet ist eine Röhre 9 vorgesehen, deren Ende in der Nähe des Auslasses 7 einen verringerten Durchmesser aufweist, so daß eine Schulter entsteht, mit deren Hilfe die Röhre 9 an einer Platte 11 mit Hilfe eines Ringstückes 13 befestigt ist, die in einen mit Schraubgewinde versehenen Teil des Röhrenendes eingreift. Das Ringstück 13 weist auf beiden Seiten Dichtungsringe 15 auf und ist an dem geflanschten Auslaß 7 befestigt. Die Platte 11 ist an einem Gehäuse 17 angeschraubt, dessen entgegengesetztes Ende zum Teil durch eine ringförmige Platte 19 abgeschlossen ist und eine Abflußleitung 21 aufweist, die mit seinem untersten Punkt verbunden ist. Das Gehäuse 17 umfaßt eine Kammer 23, in der die Wasserstopfbüchse 25 angeordnet ist. Die Röhre 9 hat in der Nähe des axialen Innenbordendes einen radial verlaufenden, längs des Umfanges angeordneten Flansch 27, von dem in beiden axialen Richtungen vier konzentrische zylindrische Bauteile 29 und 31 ausgehen. Die Bauteile 29 verlaufen auf den Rotor zu und sind zwischen fünf konzentrische zylindrische Bauteile 33 eingefügt, die einen Teil eines zylindrischen Gehäuses 35 bilden, der auf das Ende der Welle 1 aufgeschraubt ist. Das Außenbordende dieses Gehäuses 35 ist geflanscht und mit einer ringförmigen Platte 37 befestigt. Die innere Kante der Platte 37 ist mit einem zylindrischen Ansatz 39 versehen, der genau über die Röhre 9 paßt und sich in den Raum zwischen dem innersten Bauteil 31 und der Röhre 9 erstreckt. Außerhalb des Vorsprunges 39 ist die Platte 37 mit einem ringförmigen Vorsprung 41 versehen, der in drei konzentrischen zylindrischen Bauteilen 43 endet, die zwischen die vier Bauteile 31 eingefügt sind. Der Teil des Vorsprunges 41 zwischen den Bauteilen 43 und dem Hauptteil der Platte 37 weist eine Vielzahl von radialen Bohrungen 45 (vgl. F i g. 2) auf, die eine Verbindung zwischen einem äußeren Teil 51 und einem inneren Teil 53 des ringförmigen Flüssigkeitsdurchflußraumes darstellen, der zwischen Platte 37 und Flansch 27 liegt. Die Trennwände zwischen den Bohrungen 45 wirken als Schaufeln oder Flügel. Die Innen- oder Rotorseite des Gehäuses 35 weist einen zylindrischen Ansatz 55 auf, der zwischen zwei konzentrischen Vorsprüngen 57 auf der Platte 19 vorgesehen ist und mit diesen Vorsprüngen eine Labyrinthdichtung bildet. Beim Betrieb des Rotors wird Wasser unter Druck in die Speiseleitung 5 eingeführt; es fließt durch die Röhre 9 in die Bohrung 3 und damit in die Kühlwege des Turbogenerator-Rotors. Da das Wasser unter einem Druck steht, der über Atmosphärendruck liegt, versucht es nach außen durch die erste Labyrinthdichtung, die durch die ineinandergefügten Bauteile 29 und 33 ausgebildet ist, und dann nach innen vom äußeren Teil 51 zum inneren Teil 53 des Durchflußraumes zu fließen, der die zweite Labyrinthdichtung aufweist, die durch die ineinandergefügten Bauteile 31 und 43 gebildet ist, und zwar hauptsächlich durch die Bohrung 45. Das Wasser strömt dann zwischen dem Vorsprung 39 und der Röhre 9 hindurch und gelangt von der Kammer 23 in die Abflußleitung 21. Beim Stillstand des Rotors und damit der Welle 1 sickert Wasser durch die erste Labyrinthdichtung und durch die Bohrungen 45 in der vorstehend beschriebenen Weise. Die zweite Labyrinthdichtung ist nicht wirksam, da sie durch die Bohrungen 45 in Nebenschluß gelegt ist. Die Geschwindigkeit des Durchsickerns ist so groß, daß ein Druckabfall entsteht, der etwa gleich dem Druck in der Speiseleitung 5 ist. Wenn der Rotor und damit die Wellel umläuft, wirken Zentrifugalkräfte auf das Wasser in der ersten Labyrinthdichtung, auf das Wasser in der zweiten Labyrinthdichtung und auf das Wasser in den Bohrungen 45. Das Wasser in den Labyrinthdichtungen läuft mit einer Geschwindigkeit um, die etwa halb so groß ist wie die Geschwindigkeit des Rotors, das Wasser in den Bohrungen 45 strömt jedoch mit der vollen Geschwindigkeit des Rotors. Der Druckunterschied, der durch die Zentrifugalkräfte entsteht, wird in den Bohrungen 45 etwa viermal größer als an den Abdichtungen. Dieser Druckunterschied erzeugt eine intensive Zirkulation des Wasser durch die Bohrungen und zurück durch die zweite Abdichtung, wodurch der Druckgradient an dieser zweiten Abdichtung vergrößert und damit das Durchsickern durch die Stopfbüchse insgesamt verringert wird. In manchen Fällen, in denen der Druck in der Speiseleitung 5 ausreichend gering und die Drehzahl des Rotors genügend hoch ist, kann das Durchsickern von Wasser vollkommen vermieden werden. Patentansprüche:The invention is described using an exemplary embodiment in the drawing. F i g. 1 shows, partly in section, a side view of an end portion of an elongated shaft inserted into a rotor shaft of a turbo generator and an associated inlet gland; and FIG. 2 shows a sectional view along the line II-II of FIG. An elongated shaft 1 is fitted coaxially into the outer end of a rotor shaft (not shown) and is provided with a central bore 3 for the flow of cooling water into the rotor. The cooling water is fed in through a rigid feed line 5 with a flanged outlet 7 which is arranged coaxially to the bore 3. Between the outlet 7 and the bore 3 and in alignment therewith a tube 9 is provided, the end of which in the vicinity of the outlet 7 has a reduced diameter so that a shoulder is formed by means of which the tube 9 is attached to a plate 11 with the aid of a Ring piece 13 is attached, which engages in a screw-threaded part of the tube end. The ring piece 13 has sealing rings 15 on both sides and is attached to the flanged outlet 7. The plate 11 is screwed to a housing 17, the opposite end of which is partially closed by an annular plate 19 and has a drain line 21 which is connected to its lowest point. The housing 17 comprises a chamber 23 in which the water stuffing box 25 is arranged. In the vicinity of the axial inboard end, the tube 9 has a radially extending flange 27 which is arranged along the circumference and from which four concentric cylindrical components 29 and 31 extend in both axial directions. The components 29 run towards the rotor and are inserted between five concentric cylindrical components 33 which form part of a cylindrical housing 35 which is screwed onto the end of the shaft 1. The outboard end of this housing 35 is flanged and fixed with an annular plate 37. The inner edge of the plate 37 is provided with a cylindrical extension 39 which fits exactly over the tube 9 and extends into the space between the innermost component 31 and the tube 9. Outside the projection 39, the plate 37 is provided with an annular projection 41 which ends in three concentric cylindrical components 43 which are inserted between the four components 31. The part of the projection 41 between the components 43 and the main part of the plate 37 has a plurality of radial bores 45 (cf. FIG. 2) which represent a connection between an outer part 51 and an inner part 53 of the annular liquid flow space , which lies between plate 37 and flange 27. The partitions between the bores 45 act as blades or wings. The inner or rotor side of the housing 35 has a cylindrical extension 55 which is provided between two concentric projections 57 on the plate 19 and forms a labyrinth seal with these projections. When the rotor is in operation, water is introduced into the feed line 5 under pressure; it flows through the tube 9 into the bore 3 and thus into the cooling paths of the turbo generator rotor. Since the water is under a pressure that is above atmospheric pressure, it tries to flow outwards through the first labyrinth seal, which is formed by the nested components 29 and 33, and then inwards from the outer part 51 to the inner part 53 of the flow space, which has the second labyrinth seal, which is formed by the nested components 31 and 43, mainly through the bore 45. The water then flows between the projection 39 and the tube 9 and passes from the chamber 23 into the drainage line 21. When When the rotor and thus the shaft 1 come to a standstill, water seeps through the first labyrinth seal and through the bores 45 in the manner described above. The second labyrinth seal is not effective because it is shunted through the bores 45. The rate of seepage is so great that a pressure drop occurs which is approximately equal to the pressure in the feed line 5. When the rotor and thus the corrugation rotate, centrifugal forces act on the water in the first labyrinth seal, on the water in the second labyrinth seal and on the water in the bores 45. The water in the labyrinth seals circulates at a speed about half that is as great as the speed of the rotor, but the water in the bores 45 flows at the full speed of the rotor. The pressure difference created by the centrifugal forces is about four times greater in the bores 45 than at the seals. This pressure difference creates an intensive circulation of the water through the bores and back through the second seal, which increases the pressure gradient at this second seal and thus reduces overall seepage through the stuffing box. In some cases, in which the pressure in the feed line 5 is sufficiently low and the speed of the rotor is sufficiently high, the seepage of water can be completely avoided. Patent claims: 1. Einlaßstopfbüchse für die Flüssigkeitseinspeisung in einen Rotor mit einer starren Speiseleitung, durch die Flüssigkeit in axialer Richtung in ein Ende der Rotorwelle oder eine axiale Verlängerung der Welle eingeführt wird, bei der eine Labyrinthdichtung einen ersten Satz von konzentrischen, zylindrischen Bauteilen aufweist, die koaxial zum Rotor starr angeordnet sind und mit dem Rotor umlaufen, sowie einen zweiten Satz von konzentrischen zylindrischen Bauteilen aufweist, die mit der Speiseleitung koaxial starr verbunden und in bezug auf diese ortsfest sind, wobei die als Radiallabyrinth ausgebildete Dichtung einen ersten Durchflußpfad radial von innen nach außen und daran anschließend einen zweiten radial von außen nach· innen für die Leckflüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Durchflußpfad Flügel oder Bohrungen (45) angeordnet sind, die mit dem Rotor umlaufen und die die im zweiten Durchflußpfad befindliche Leckflüssigkeit in eine der Umlaufgeschwindigkeit der Bauteile (43) entsprechende Umdrehung versetzen.1. Inlet stuffing box for feeding liquid into a rotor with a rigid feed line, through the liquid in the axial direction in one end of the rotor shaft or in an axial direction Extension of the shaft is introduced in which a labyrinth seal has a first set of having concentric, cylindrical components which are rigidly arranged coaxially to the rotor and revolve with the rotor, as well as a second set of concentric cylindrical components has, which are coaxially rigidly connected to the feed line and are stationary with respect to this, the seal formed as a radial labyrinth having a first flow path radially from inside to the outside and then a second one radially from the outside to the inside for the Has leakage fluid, characterized in that wings or bores (45) are arranged in the second flow path, which rotate with the rotor and the leakage liquid located in the second flow path into a set a rotation corresponding to the speed of rotation of the components (43). 2. Einlaßstopfbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ortsfestes Gehäuse2. Inlet stuffing box according to claim 1, characterized in that a stationary housing (17) die rotierenden Teile (33, 43) der Stopfbüchse umgibt und einen Abfluß (21) für die Leckflüssigkeit bildet, die durch den zweiten Durchflußpfad austritt.(17) surrounds the rotating parts (33, 43) of the stuffing box and a drain (21) for the Forms leakage fluid which exits through the second flow path. 3. Einlaßstopfbüchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) sich frei durch eine Öffnung in einer Stirnwandung (19) des Gehäuses (17) erstreckt und daß die innere Wandung des Gehäuses (17) und der Rotor (1) mit einer weiteren Labyrinthdichtung (55, 57) versehen sind, die die öffnung im Gehäuse umgibt und abdichtet.3. Inlet stuffing box according to claim 2, characterized in that the rotor (1) is extends freely through an opening in an end wall (19) of the housing (17) and that the inner wall of the housing (17) and the rotor (1) with another labyrinth seal (55, 57) are provided, which surrounds and seals the opening in the housing. 4. Einlaßstopfbüchse nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Rotor (1) umlaufenden Bauteile (43) eine Vielzahl von radialen Bohrungen (45) aufweisen, die in gleichem Abstand um die Rotorachse versetzt angeordnet sind.4. Inlet stuffing box according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the components (43) rotating with the rotor (1) have a plurality of radial bores (45) have, which are arranged offset at the same distance around the rotor axis. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 895 230, 966 230;
österreichische Patentschrift Nr. 53 577;
USA.-Patentschriften Nr. 2 434 901, 2 544 423.Considered publications:
German Patent Nos. 895 230, 966 230;
Austrian Patent No. 53 577;
U.S. Patent Nos. 2,434,901, 2,544,423. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 709 677/205 10.67 <© Buiidesdnickerei Berlin709 677/205 10.67 <© Buiidesdnickerei Berlin
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