DE1475657B2 - Wellendichtung - Google Patents

Description

Dadurch, daß das Zwischengehäuse zum Maschinengehäuse axial fest ist, wird die Relativlageänderung zwischen dem Maschinengehäuse und dem Lagergehäuse von der eine axiale Relativbewegung zulassenden Lagerung des Zwischengehäuses im Lagergehäuse aufgenommen. Dadurch wird erreicht, daß die Membran nur in radialer, wellenachssenkrechter Richtung Verformungen ausgesetzt ist, die dem Größerwerden des Spaltes zwischen Zwischen-

seinem einen, dem Lagergehäuse 4 zugewandten Ende, welches durch das entsprechende Ende des Dichtungsteils 14 gebildet wird, an dem zum Maschinengehäuse 1 weisenden Rande des Lagergehäuses 4 5 in diesem axial bewegbar und radial fest gelagert. Die Lagerschale 3 ist mit dem Zwischengehäuse 13 fest verbunden, und ein ringförmiger Raum 17, der das von der Ringnut 6 in der Lagerschale 3 kommende Schmier- und Sperröl aufnimmt und der an

gehäuse und Maschinengehäuse, wenn das Maschi- io eine Schmierölabführleitung 31 angeschlossen ist, nengehäuse wärmer wird als das Zwischengehäuse, zwischen der Welle 2 und dem Dichtungsteil 14 des entsprechen. Hierdurch ergibt sich eine längere Zwischengehäuses 13 ist gegen die Umgebung sowie Standzeit der Membran, weil diese nur in einer Rieh- gegen das Innere des Lagergehäuses 4 dicht. Das rung beansprucht wird. Zwischengehäuse 13 ist an seinem anderen, dem Ma-

Der axiale Ausgleich zwischen dem Maschinenge- 15 schinengehäuse 1 zugewandten Ende, welches durch häuse und dem Lagergehäuse wird durch die kaum den Ringteil 16 gebildet wird, in der Wand der die einem Verschließ unterliegende Lagerung des Zwi- Welle 2 aufnehmenden wellenkoaxialen Öffnung 18 schengehäuses im Lagergehäuse erreicht. Dieser im Maschinengehäusel mittels vier Keilen 19 zenaxiale Ausgleich wird dadurch begünstigt, daß das triert und mittels eines Bundes 20, der in eine in der Zwischengehäuse die berührungslosen Labyrinth- 20 Wand der Öffnung 18 ausgesparte Ringnut 21 eindichtungen für ein gegebenenfalls zuführbares Sperr- greift, axial fest gelagert. Dadurch kann sich das Mamittel aufweisen kann. schinengehäuse 1 bei einer Erwärmung infolge einer

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfin- Vergrößerung des Durchmessers seiner Öffnung 18 dung wird die Stirnfläche des Maschinengehäuses vom Zwischengehäuse 13 radial wegbewegen, ohne, durch einen an diesem "befestigten Ring gebildet. 25 daß eine axiale Verschiebung erfolgen könnte. Der Weiterhin kann in vorteilhafter Weise vorgesehen die Öffnung 18 eingrenzende Nabenring 22 weist auf werden, daß die Schmierölzuführungsleitung zu dem der im Maschineninnern gelegenen Seite einen mit druckölgeschmierten Wellenlager das Lagergehäuse dem Maschinengehäusel mittels Schrauben 23 fest mit einem axialen Spiel durchgreift. verschraubten Ring 24 auf. Der Ringteil 16 des Zwi-

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand zweier in 30 schengehäuses 13 ist durch eine ringförmige Memder Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele nä- bran 25 mit dem Ring 24 des Nabenringes 22 des her erläutert. Maschinengehäuses 1 verbunden. Zur Erzielung einer

Es zeigt genauen Konzentrizität bei der Montage können

F i g. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch eine mindestens drei nicht gezeigte Keile zwischen dem Wellendichtung einer Gasturbine, mit geschlossenem 35 Ring 24 und dem Ringteil 16 des Zwischengehäuses Kreislauf und Luft als Arbeitsmittel, 13 vorgesehen werden.

Fig.2 einen Schnitt nach der LinieH-II der F i g. 1 und

F i g. 3 einen vertikalen Axialschnitt durch eine

Wellendichtung einer Dampfturbine. 4° der axiale Abstand zwischen dem Maschinenge-

Die in F i g. 1 dargestellte Wellendichtung wirkt häuse 1 bzw. dem Nabenring 22 und dem kalt bleizwischen dem heißen Maschinengehäuse 1, von wel- benden Lagergehäuse 4 geringer. Wegen des geringen chem ein Teil der Stirnwand auf der Abströmseite Wärmedurchganges durch die Membran 25 dehnt des Arbeitsmittels gezeigt ist, und der Welle 2. Vom sich der Ringteil 16 des Zwischengehäuses 13 in ra-Maschinengehäuse 1 entfernt außerhalb desselben ist 45 dialer Richtung weniger aus als das Maschinengedas eine Lagerschale 3 aufweisende Lager der häuse 1, und dieser Dehnungsunterschied wird durch Welle 2 mit kaltem Lagergehäuse 4 angeordnet. Eine die Membran 25 aufgenommen. Da das Zwischenge-Wellenkupplung 5 verbindet die Welle 2 mit dem an- häuse 13 zum Maschinengehäuse 1 axial fest ist, wird triebsseitigen Ende der Welle einer nicht gezeigten die Relativlageveränderung zwischen dem Maschi-Kraftmaschine. An der Innenseite der Lagerschale 3 50 nengehäuse 1 und dem Lagergehäuse 4 von der eine ist eine Ringnut 6 ausgespart, in welche Schmieröl axiale Relativbewegung erlaubenden Lagerung des unter Druck über eine Schmierölzuführleitung 7 ein- Zwischengehäuses 13 im Lagergehäuse 4 auf genomgebracht wird, von wo aus das Schmieröl mittels men.

nicht dargestellter Schmiemuten über die ganze Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die

Tragfläche 8 des Wellenlagers 3, 4 verteilt wird. Da- 55 Membran 25 Verformungen nur in radialer, wellenbei dient das druckölgeschmierte Wellenlager 3, 4 zu- achssenkrechter Richtung ausgesetzt ist, was eine gleich als kupplungsseitig äußerster axialer Abschnitt längere Standzeit der Membran 25 ergibt, während der Stopfbüchse der Wellendichtung. Der restliche der axiale Ausgleich zwischen Maschinengehäusel axiale Abschnitt der Stopfbüchse der Wellendichtung und Lagergehäuse 4 durch die kaum einem Vererstreckt sich vom Wellenlager 3, 4 in Richtung ge- 60 schleiß unterliegende Lagerung des Zwischengehäugen das Maschinengehäuse 1 bis zu einer Stelle 9 auf ses 13 im Lagergehäuse 4 bewerkstelligt wird, der Welle 2 und weist berührungslos dichtende Laby- Das Zwischengehäuse 13 ist mit dem Lagerge-

rinthe 10,11,12 auf. häuse 4 über die Auflagezone 26 wärmeleitend ver-

Zwischen dem Maschinengehäusel und dem bunden, so daß in den Auflagebereichen der beiden Lagergehäuse 4 ist ein Zwischengehäuse 13 angeord- 65 Gehäuse keine wesentlich unterschiedlichen Tempenet, das aus einem Dichtungsteil 14 und aus einem raturen auftreten, womit eine unerwünschte Ändemit diesem mittels Schrauben 15 fest verschraubten rung des Spieles des Lagergehäuses 4 zum Zwischen-Ringteil 16 besteht. Das Zwischengehäuse 13 ist mit gehäuse 13 und/oder der Lagerschale 3 zur Welle 2

Beim Betrieb der Gasturbine wird der Durchmesser des Nabenringes 22 und der öffnung 18 zufolge Wärmedehnung des Maschkiengehäuses 1 größer und

vermieden und zudem die Temperatur der Lagerschale 3 entsprechend derjenigen des Lagergehäuses 4 tief gehalten wird.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel, ist die Lagerschale 3 mit dem Zwischengehäuse 13 fest verbunden und folgt mit diesem den Bewegungen des Maschinengehäuses 1 infolge der Wärmedehnung in Wellenachsrichtung, welche Bewegungen angenähert derjenigen des als Lagerzapfen dienenden Abschnittes der Welle 2 entsprechen. Das Zwischengehäuse 13 könnte auch das Lagergehäuse 4 von außen umfassend oder auf eine sonstige Weise zum Lagergehäuse 4 axial beweglich und zugleich dicht ausgebildet sein.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Dichtungsteil 14 des Zwischengehäuses 13 als der weitaus größere, die Labyrinthe 10, 11, 12 umfassende axiale Abschnitt des Gehäuses der Stopfbuchse der Wellendichtung ausgebildet, welche Stopfbuchse außer diesen Labyrinthen 10, 11, 12 noch das druckölgeschmierte und gedichtete Wellenlager 3, 4 der Welle 2 umfaßt. Es ist aber auch möglich, im Dichtungsteil 14 des Zwischengehäuses 13 weniger oder keine Labyrinthe vorzusehen, und die Labyrinthe teilweise oder ganz in einer den-Nabenring 22 axial fortsetzenden besonderen Nabe in und/oder außerhalb des Maschinengehäuses 1 anzuordnen, in welchem Falle die axiale Abmessung des Zwischengehäuses 13 entsprechend kleiner gehalten werden kann.

Die gegen das Innere des Maschinengehäuses 1 gerichtete Stirnseite des Ringes 24 am Nabenring 22 des Maschinengehäuses 1 verläuft wellenachssenkrecht, ebenso die nach dem Maschineninneren gerichtete Stirnseite des Ringteiles 16 des Zwischengehäuses 13, und diese beiden Stirnflächen fluchten miteinander. Da die Berührungslinien der Membran 25 mit jedem der durch sie verbundenen Teile im Bereich der Membran bei allen Dehnungszuständen ihre axiale Lage nicht verändern, bilden die beiden genannten Stirnflächen miteinander eine stets gleichmäßig wirkende niederdruckseitige Abstützung für die Membran 25, und die die Arbeitsrrichtungen der Membran 25 beschreibenden Linien schneiden sich in einem auf der Achse der Welle 2 gelegenen Punkt senkrecht zur Achse. Diese Maßnahmen tragen zusätzlich zu einer langen Standzeit der Membran 25 bei.

Über eine Sperrmittelzuführleitung 27 wird Sperrluft in einen zwischen den Labyrinthen 10, 11 gelegenen Ringraum 28 eingebracht. Weist die Sperrluft einen höheren Druck und eine niedrigere Temperatur als das Arbeitsmittel unmittelbar an der maschineninneren Seite des Ringspaltes zwischen der Welle 2 und dem Ringteil 16 des Zwischengehäuses 13 auf, so strömen Spuren von Sperrluft vom Ringraum 28 ins Maschineninnere, wobei der Ringteil 16 gekühlt wird, um z.B. ein Entweichen von Spuren des Arbeitsmittels, beispielsweise eines radioaktiven, aus dem Maschineninnern zu verhindern. Weist das Sperrmittel einen einen geringeren Druck als das Arbeitsmittel auf, so strömen Spuren des Arbeitsmittels in den Ringraum 28, von welchem ein Abströmweg

ίο des Sperrmittels in einen zwischen den Labyrinthen 11, 12 gelegenen Ringraum 29 führt, der an eine Sperrmittelabführleitung 30 angeschlossen ist. In dem ringförmigen Raum 17 herrscht ein geringerer Druck als im Ringraum 29, so daß eine Spur von Sperrluft vom Ringraum 29 in den Raum 17 strömt. Wenn der Sperrluftkreislauf mit dem Arbeitsmittelkreislauf in Verbindung steht, wird somit ein Eindringen von Ölnebel in den Arbeitsmittelkreislauf vermieden. Die vom Ringraum 28 zum Ringraum 29 in größerer Menge strömende Sperrluft kühlt das Zwischengehäuse 13 nachhaltig; die geringere, vom Ringraum 29 in den Raum 17 strömende Sperrluftmenge kühlt den infolge der Wärmeleitung über die Auflagezone 26 bereits vom Lagergehäuse 4 her beträchtlich gekühlten Abschnitt des Zwischengehäuses 13 zusätzlich.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Wellendichtung an einer Dampfturbine ist der zwischen dem Ringraum 29 und dem Raum 17 gelegene Abschnitt der Stopfbuchse in zwei durch einen Ringraum 32 getrennte Labyrinthe 12', 12" unterteilt, und der Ringraum 32 ist durch einen Stutzen 33 mit der Umgebung verbunden. Dem Ringraum 28 wird über die Sperrmittelzuführleitung 27 Sperrdampf zugeführt, der einen höheren Druck und eine niedrigere Temperatur aufweist als der Arbeitsdampf unmittelbar an der maschineninneren Seite des Ringspaltes zwischen der Welle 2 und dem Ringteil 16 des Zwischengehäuses 13, und es treten Spuren von den Ringteil 16 kühlendem Sperrdampf ins Maschineninnere über. Der andere Abströmweg des Sperrdampfes führt zu dem Ringraum 29 und aus diesem über die Sperrmittelabführleitung 30 zu einer entsprechenden Dampfstufe oder außerhalb der Anlage. Vom Ringraum 29 in Richtung gegen das Wellenlager 3, 4 durch das Labyrinth 12' gelangende Spuren von Sperrdampf treten aus dem Ringraum 32 über den Stutzen 33 aus der Anlage hinaus, ebenso Spuren von aus dem Raum 17 durch das Labyrinth 12" übertretende Spuren von Schmieröl. Auf diese Weise wird ein Eindringen von Wasser in den Schmierölkreislauf und eine Erwärmung des Wellenlagers 3, 4 durch Sperrdampf zuverlässig verhindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 axialer Beanspruchung des Lagergehäuses des WeI- Patentansprüche: lenlagers zur Achse der Welle neigt. Der Umstand, daß das Zwischengehäuse an seinem dem Maschi-

1. Wellendichtung für eine Strömungsma- nengehäuse zugewandten Ende überhaupt nicht gelaschine, bei der das Wellenlager mit kaltem Lager- 5 gert ist, wirkt sich somit stark nachteilig aus. Ferner körper vom heißen Maschinengehäuse entfernt besteht durch die axiale Beanspruchung des Zwiaußerhalb desselben angeordnet ist, mit einem schengehäuses die Gefahr eines Unrundwerdens und zwischen dem Maschinengehäuse und dem eines Verwerfens desselben. Bei den bei modernen Lagergehäuse angeordneten Zwischengehäuse, Turbinen auftretenden Temperaturen von 700° C das an seinem dem Lagergehäuse zugewandten io und mehr ist diese Gefahr immer gegeben. Bei den Ende zu diesem radial fest gelagert und an sei- bei modernen Gasturbinen auftretenden Betriebsnem dem Maschinengehäuse zugewandten Ende drehzahlen von 18 000 Umdrehungen/min und mehr mittels einer ringförmigen Membran mit diesem muß ferner mit Schwingungen gerechnet werden, verbunden ist, wobei die Dichtung im Zwischen- welche die Stabilität und Koaxialität des nur an einem gehäuse angeordnet ist, dadurch gekenn- 15 Ende gelagerten Zwischengehäuses in Frage stellen, zeichnet, daß das Zwischengehäuse (13, 14, Es kommt noch hinzu, daß bei den heute auftre-16) an seinem dem Lagergehäuse (4) zugewand- tenden Betriebsdrücken von bis zu 200 Atmosphären ten Ende (14) zu diesem axial bewegbar gelagert Stopfbüchsen von ganz beträchtlicher axialer Länge und an seinem dem Maschinengehäuse (1) züge- Anwendung finden, insbesondere dann, wenn das wandten Ende (16) axial fest und mittels Zentrie- 20 Betriebsmittel radioaktive Bestandteile aufweist und rung zum Maschinengehäuse (1) radial einsinnig mehrere Zwischenkammern für die Absaugung und/

' beweglich eingebaut ist und daß die Membran oder die Eingabe von Sperrmitteln mit höherem

(25) an einer gemeinsamen, gegen das Innere des Druck als dem Betriebsmitteldruck vorgesehen sind.

Maschinengehäuses (1) gerichteten und zur WeI- Mit wachsender axialer Abmessung des Zwischenge-.

lenachse senkrechten Stirnfläche vom Zwischen- 25 häuses wird eine Lagerung desselben nur an einem

gehäuse (13) und Maschinengehäuse (1) jeweils Ende hierdurch noch nachteiliger,

dicht befestigt ist. Es ist weiter eine Wellendichtung mit einem am

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch Lagergehäuse radial und axial fest gelagerten Zwigekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Maschi- schengehäuse bekannt, das an seinem dem Maschinengehäuses (1) durch einen an diesem befestig- 30 nengehäuse zugewandten Ende radial nicht gelagert ten Ring (24) gebildet wird. ist. Dabei werden alle Bewegungen des Maschinenge-

3. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch häuses vom Zwischengehäuse ferngehalten, so daß gekennzeichnet, daß die Schmierölzuführungslei- bei einer Bewegung des Maschinengehäuses keine tung (7) zu dem druckölgeschmierten Wellenla- Kräfte auf das Zwischengehäuse übertragen werden, ger (3, 4) das Lagergehäuse (4) mit einem axialen 35 Die Lagerung dieses bekannten Zwischengehäuses Spiel durchgreift. nur an seinem lagergehäuseseitigen Ende zeigt die

bereits erwähnten Nachteile, indem auch hier die schädliche axiale Kraft auf das Zwischengehäuse und

auf das Lagergehäuse des Wellenlagers einwirkt, wo-

40 durch die Stabilität und die Koaxialität des Zwischengehäuses nicht gewährleistet sind.

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung für Zur Abdichtung sind hier V-förmige Federringe

eine Strömungsmaschine, bei der das Wellenlager mit vorgesehen, die bei weitem nicht so wirksam sind, kaltem Lagerkörper vom heißen Maschinengehäuse wie die erwähnte, an sich bekannte Membran, zumal entfernt außerhalb desselben angeordnet ist, mit 45 die Federringe auch einen größeren Verschleiß zeieinem zwischen dem Maschinengehäuse und dem gen. Diese bekannte Federringdichtung ist bei Gas-Lagergehäuse angeordneten Zwischengehäuse, das turbinen mit höheren Betriebstemperaturen darüber an seinem dem Lagergehäuse zugewandten Ende zu hinaus ohnehin nicht verwendbar, weil die Ringe diesem radial fest gelagert und an seinem dem Ma- leicht festbrennen können. Außerdem verbietet sich schinengehäuse zugewandten Ende mittels einer ring- 50 die Verwendung der bekannten Federringdichtungen förmigen Membran mit diesem verbunden ist, wobei auch dann, wenn das Betriebsmittel radioaktive Bedie Dichtung im Zwischengehäuse angeordnet ist. standteile enthält, deren Austreten in die Umgebung

Bei einer bekannten Wellendichtung dieser Art ist verhindert werden muß.

das Zwischengehäuse an seinem dem Maschinenge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das

häuse zugewandten Ende überhaupt nicht gelagert. 55 Zwischengehäuse von jeglichen Axialkräften zu be-Dadurch wird ^: die Membran in zwei Richtungen, freien und die Membran so anzuordnen, daß sie nur nämlich in axialer und radialer Richtung bean- radialen Dehnbewegungen ausgesetzt ist. spracht. Die vom Innendruck der Maschine auf die Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung

maschinenseitige Stirnseite des Zwischengehäuses vor, daß das Zwischengehäuse an seinem dem Lagerwirkende Kraft wird hierbei vom Zwischengehäuse 60 gehäuse zugewandten Ende zu diesem axial bewegan seinem lagerseitigen Ende auf das Lagergehäuse bar gelagert und an seinem dem Maschinengehäuse übertragen und muß von diesem aufgenommen wer- zugewandten Ende axial fest und mittels Zentrierung den, wodurch eine Beanspruchung des Lagergehäu- zum Maschinengehäuse radial einsinnig beweglich ses in axialer Richtung erzeugt wird. Da nun der eingebaut ist und daß die Membran an einer gemein-Lagerbock des vom' Maschinengehäuse entfernt an- 65 samen, gegen das Innere des Maschinengehäuses gegeordneten Wellenlagers auf einem unterhalb der richteten und zur Wellenachse senkrechten Stirn-Wellenachse gelegenen Fundament ruht, besteht die fläche vom Zwischengehäuse und Maschinengehäuse Gefahr, daß sich die Achse des Wellenlagers bei jeweils dicht befestigt ist.