DE1551223A1 - Spaltabdichtung zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Teil von Stroemungsmaschinen,insbesondere von Wasserturbinen und Kreiselpumpen - Google Patents
Spaltabdichtung zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Teil von Stroemungsmaschinen,insbesondere von Wasserturbinen und KreiselpumpenInfo
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- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/08—Sealings
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Description
aj/A 2732 J.M. Voith GmbH
Kennworts irKammer-Spalt« Heidenheim (Brenz)
Spaltabdichtung zwischen einem rotierenden und einem feststehenden
Teil von«Strömungsmaschinen, insbes. von Wasserturbinen und
Kreiselpumpen
Die Erfindung betrifft eine Spaltabdichtung zwischen einem
rotierenden und einem feststehenden Teil von Strömungsmaschinen,
insbee. von Wasserturbinen und Kreiselpumpen. Durch diese Abdichtung
wird die sogenannte Spaltströmung sswischen diesen Teilen, welche einen Verlust darstellt, gedrosselt und damit die Durchflußmenge
des Arbeitsmittels durch di? Spalte vermindert.
Es ist bekannt, diese Brosseiwirkung durch möglichst enge und
lange, eventuell gestuft ©der labyrinthartig ausgebildet®, meist zylindrische Spalte zu erzielen. In diese Spalten können noch ringförmige Nuten eingeschaltet sein, welche Sie Spaltströmung zur
Wirbelbildung und damit'Verringerung ihrer mittleren Geschwindigkeit
zwingen und dadurch örtlich den ^paltwiderstand erhöhen (siehe
Pfleiderer "Die Kreiselpumpen» 1932, Seiten 222 bis 224, ÜS-Patentsohriften
3 180 613 und 3 220 696).
Sie Art der Abdichtung mit langen und engen Spalten ist gegen
Verschmutzung sehr empfindlich,, weil von dar Arbeiteströmung mitgeführte
kleine Fremdkörper«, β·Β· Sand, eine unter Umständen sehr
rasche Abnutzung der Spaltwinde hervorrufen. Dadurch werden die Spalte weiter und damit vergrößern sich auch die Spaltverluste. Außerdem
sind derartige lange Spalte teuer in der Herstellung und können bei der Montage zu Schwierigkeiten führen. Wenn in den Spalten ringförmige
Nuten swir hengeschaltet sind, so erhält man zwar kürzere Spalte.
Dies© sind aber auch gegen Verschmutzung empfindlich, weil sich
die kleinen Fremdkörper insbesondere in den Ecken der Wirbelkammern
ablagern, die Kammern zusetzen und gegebenenfalls jeweils nach Erreichen
einer bestimmten Menge aufgewirbelt werden und dadurch periodisch in größeren Mengen durch, die engen Spalte getrieben werden.
./. BAD ORIGINAL
90S887/07ÖS '
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde« eine Spaltabdichtung zwischen einem rotierenden und einen feststehenden Teil
von Strömungsmaschinen, insbes. von Wasserturbinen und Kreiselpumpen, mit mindestens einer ringförmigen Kammer zwlsohen swei
auf verschiedenen Durohmesser und in axialem Abstand voneinander angeordneten, hintereinander durchströmten Spalten zu schaffen,
welche eine gute Drosselwirkung und damit geringe Spaltverluste ergibt und welche die aufgezeigten Nachteile, wie Empfindlichkeit
gegen im Arbeitsmittel mitgefUhrte Fremdkörper oder stoßweise,
d.h. periodische Entleerung der Kammern von derartigen Fremdkörpern, und dadurch bedingte rasche Abnutzung der SpaltwHnde
nicht aufweist. Die Erfindung löst das Problem dadurch, daß die die Wandungen der beiden Spalte im feststehenden oder rotierenden Teil verbindende Kammerwandung anschließend an die Wandung
des Spaltes mit dem höheren Druck über eine Ausrundung um angenähert 90° an die Wandung des anderen Spaltes anschließt und
da8 die die Spaltwandungen im Jeweils anderen Teil verbindende Kammerwandung etwa rechtwinklig an die Wandung des Spaltes niederen Druckes anschließend unter Hinterschneidung der in die Kammer verlängerten Rotationsfläche dieser Spaltwandung über etwa 130°
ausgerundet ist.
Bei einer derartigen erfindungsgemäß ausgebildeten Spaltabdichtung erfolgt die Drosselung der Spaltströmung hauptsächlich
in der oder in den ringförmigen Kammern, in welchen der jeweilige
Eintritt in den Spalt niederen Druckes durch den etwa senkrecht zu den Spaltwänden vor deren Eintrittsöffnung strömenden umgelenkten
Strahl des Betriebsmittels praktisch versperrt wird. Dieser sogenannte Querstrahl wird in dem in die jeweilige Kammer führenden
Spalt höheren Druckes erzeugt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Einführung eines QuerStrahles in eine in einem
Kanal geführte Hauptströmung deren Widerstand in diesem Kanal erhöht. Dieser Vorgang wird teils durch die Ablenkung des Querstrahls durch die Hauptströnung und teils durch die intensive
Vermischung der Hauptströmung mit dem Querstrahl bedingt.
909887/0705 bad original
y j -
Dabei weist vorzugsweise die um 90° ausgerundete Kanmerwandung
zwischen den ausgerundeten Wandungsstück und den Spalt niederen
Druckes ein gerades» in wesentlichen senkrecht zu diesen Spalt verlaufendes Stück auf. Durch Versuche wurde ferner ermittelt,
daß die um 180° ausgerundete Kammerwandung am zweckmäßigsten in
wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet ist und der Mittelpunkt dieses Halbkreises in Bereich zwischen den gedachten Verlängerungen der beiden Wände des Spaltes niederen Druckes liegt. Durch
die erflndungsgemäfie Ausbildung der Kammerwände wird die erforderliche Umlenkung des Strahles in eine walzenförmige Bewegung
erzwungen. Dabei nlmnt die Strahlbreite auf dta Meg zwischen der
Einmündung in die Kammer aus den Spalt höheren Druckes und den Eintritt in den Spalt niederen Druckes» d.h. den Austritt aus der
Kammer, relativ schnell zu und die mittlere Geschwindigkeit der Strahlströmung entsprechend ab, so daß diese Strömung in der Mitte
der Kammer, d.h. nach einer Umlenkung des Eintrittsstrahles um etwa 260°, eine verhältnismäßig geringe Geschwindigkeit der stark
verwirbelten Bewegung aufweist.
Da die Drosselung hauptsächlich in der oder den Xaanern und
nicht in den engen Spalt»« erfolgt^ tstfimttn dl· engen Spalte wesentlich kürzer sein als fe&i S@n k<s&7eiifei©&»2jL«B Spaltabdichtungen· Dies
ist sowohl aus hydraulieötei «FfeS«!» afees» such «iß Clründen einer
-einfacheren und billigeren Herstellung ma ffan^&g· ©nffS&seht· Jeder
Spalt sollte zwar eine Länge haben, dl® wenigstens gleich des Durchmesser der tun 180° altsgerundeten Kannerwandiing ist, jedoch sollte
die Länge des Spaltes höchsten Spaltdruckes naxinal das Zweifache des Durchmessers der um I8o° ausgerundeten Kannerwandung betragen
und die des geringsten 3paltdruckes nicht mehr als das Dreieinhalbfache dieses Durchmessers. Jm Falle mehrerer ringförmiger Kannern
sollte die Länge des Spaltes zwischen zwei Kannern das Zweieinhalbfache des Durchmessers der um 180° ausgerundeten Xauerwandung
nicht überschreiten. Da die Strahlunlenkung in den Kaaeern an
besten möglichst allmählich erfolgt, muß die Vandkrünnung klein sein.
Als vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn der Krümmungsradius
der um 90° ausgerundeten Kanraerwandung etwa doppelt so groß wie der
Krünmungsradius der um 180° ausgerundeten Kammerwandung ist.
909887/070$
Die au!' Grund der scharfen Ecken in den Spalten oder Nuten
der bekannten Spaltabdichtungen mit labyrinthartigen DrosGelotrocken
nachteilige Ablagerung von Fremdkörpern in diesen Ecken, die dann periodisch stoßweise durch den Spalt abgeführt v/erden, wenn jeweils
eine bestimmte Ablagerungamenge erreicht ist, entfällt bei der Ausbildung des Spaltes nach vorliegender Erfindung völlig. Bei
dieser erfolgt eine kontinuierliche Abfuhr derartiger Fremdkörper, wodurch die Abnutzung der Spalte wesentlich vermindert wird. Aber
selbst eine Erweiterung der Spalte infolge einer eventuellen Abnutzung
der Spaltwände führt zu keiner wesentlichen Erhöhung des [jpaltVerlustes, weil sich bei einer Vergrößerung der Spaltweite der
Spaltstrahl verstärkt, der dadurch eine stärkere Drosselwirkung in
der Kammer vor dem Eintritt in den Spalt niederen Druckes bewirkt. Die erfindungeinäßigen Abdichtungen sind also gegen Verschmutzung
weniger empfindlich und haben demzufolge eine längere Lebensdauer als die Spaltdichtungen konventioneller Bauart.
Aus Montagegründen sind zweckmäßigerweise die an den Wänden
des Spaltes niederen Druckes etwa rechtwinklig ansetzenden Kammerwandungen im feststehenden und im rotierenden Teil im Sinne einen
Vornichens des festen Teiles in die Kammer zueinander geringfügig
verseetzt angeordnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert,
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Spaltabdichtung
zwischen dem Laufradkranz einer Francisturbine und den diesen umgebenden Gehäuseteil,
und
Fig. 2 im Schnitt vergrößert einen Ausschnitt aus Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 ist zwischen dem Laufradkranz 3 eines um die Achse 4
rotierenden und in Richtung des Pfeiles 5 durchströmten Turbinenlaufrades und dem feststehenden Gehäuse 6 eine aus drei zylindrischen
Spalten 7a, 7b und 7c mit dazwischen angeordneten Kammern 8a und 8b
bestehende Spaltabdichtung ausgebildet. Bezüglich der Kammer 8a ist
dor Spalt 7a der Spalt höheren Druckee und der Spalt 7b der Spalt
niederen Druckes, während bezüglich der Kammer 8b der Spalt 7b der
909887/070S OAn ,
BAD ORIGINAL ·/·
Spalt höheren Druckes und der Spalt 7 c der Spalt niederen Druckes ist
Die im feststehenden Teil 6 die Wand 9 des Spaltes höheren
Druckes 7a mit der Wand 10 des Spaltes 7b niederen Druckes verbindende
Kammerwandung 11 schließt sich tangential an die Wand 9 an und
geht ausgerundet in eine zum Spalt senkrechte Richtung in ein kurzes gerades Stück 12 unmittelbar vor dem Spalt 7b über, während die die
Spaltwandungen im Laufrad 3 verbindende Kammerwandung etwa rechtwinklig
anschließend an die Spaltwandung 14 im Spalt niederen Druckes 7b und unter Hinterschneidung der in die Kammer verlängerten
Rotationsfläche der Wandung 14 über 180 halbkreisförmig ausgerundet
ist, um dann rechtwinklig an die Spaltwandung 15 des Spaltes 7a höheren Druckes anzuschließen. Der Radius der Ausrundung
ist etwa halb so groß wie der Radius der Ausrundung der Wand 11
im feststehenden Teil 6 und der Mittelpunkt der Ausrundung liegt
auf der Verlängerung der Spaltwandung 14. Ein aus dem Spalt 7a in die Kammer 8a bei 16 eintretender Wasserstrahl wird an der ausgerundeten
Wandung 11 in eine zu dem Spalt senkrechte Richtung umgelenkt
und versperrt dadurch den Eintritt 17 in den Spalt 7b. Wie durch die Pfeile 18 angedeutet, wird der Wasserstrahl durch die halbkreisförmig
ausgerundete Wand 13 in eine stark verwirbelte walzenförmige Bewegung versetzt. Dabei nimmt die Strahlbreite auf dem Weg zwischen
dem Eintritt 16 in die Kammer 8a und dem Eintritt 17 in den Spalt 7b ziemlich schnell zu und die mittlere Geschwindigkeit der Strahlströmung
entsprechend ab. Die an den Wänden des Spaltes niederen Druckes 7b etwa rechtwinklig angesetzten Kammerwandungen 12 und 13
sind zueinander um die klaine Strecke s versetzt angeordnet, und zwar steht die Wand 12 des feststehenden Teiles 6 in die Kammer vor.
Die Kammer 8b (Pig.l ) ist identisch zu der Kammer 8aausgebildet.
Anstatt der in Pig. 1 dargestellten lage der Rotationsachse 4 kann
diese auch senkrecht hierzu verlaufen, etwa wie es durch die strichpunktierte Gerade 19 angedeutet ist» In diesem Falle wurden die
Wände der Spalte 7a, 7b und 7c nicht zylindrisch sein, sondern Kreisringebenen darstellen.
Heidenheim (Brenz), den 14.6.1966 BAD 0RlGlN
^ 909887/0705
Claims (9)
1) Spaltabdichtung zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Teil von Strömungsmaschinen, insbesondere von
Wasserturbinen und Kreiselpumpen, mit mindestens einer ringförmigen Kammer zwischen zwei auf verschiedenem Durchmesser
und in axialem Abstand voneinander angeordneten, hintereinander durchströmten Spalten, dadurch gekennzeichnet, daß die
die Wandungen (9,10) der beiden Spalte im feststehenden (6) oder rotierenden (3) Teil verbindende Kammerwandung (11) anschließend
an die Wandung (9) des Spaltes (7a) mit dem höheren Druck Über eine Ausrundung um angenähert 900 an die Wandung
des anderen Spaltes (10) anschließt und daß die die Spaltwandungen (15,14) im Jeweils anderen Teil verbindende Kamraerwandung
(I3) etwa rechtwinklig an die Wandung (14) des Spaltes (7b) niederen Druckes anschließend unter Hinterschneidung
der in die Kammer verlängerten Rotationsfläche dieser 3paltwandung über etwa 100° ausgerundet ist.
2) Spaltabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die um 90° ausgerundete Kammerwandung (11) zwischen dem ausgerundeten
Wandungsstück und dem Spalt (7b) niederen Druckes ein gerades, im wesentlichen senkrecht zu diesem Spalt verlaufendes
Stück (12) aufweist.
3) Spaltabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die um 18O° ausgerundete Kammerwandung (I3) im wesentlichen
halbkreisförmig ausgebildet ist und der Mittelpunkt dieses Halb' kreises im Bereich zwischen den gedachten Verlängerungen der
beiden Wände (10,14) des Spaltes (7b) niederen Druckes liegt.
4) Spaltabdichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Länge Jeden Spaltes (7a,7b,7c) wenigstens gleich dem
Durchmesser der um l60° ausgerundeten Kammerwandung (1]5) 1st.
ORIGINAL •A
Neue UnÄ?Jät77 iMM, sau 3 des
5) Spaltabdichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge des Spaltes (7a) höchsten Spaltdruckes maximal das Zweifache des Durchmessers der um 18OQ ausgerundeten
Kammerwandung (13) beträgt.
6) Spaltabdichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge des Spaltes (7c) geringsten Spaltdruckes maximal das Dreieinhalbfache des Durchmessers der um
160° ausgerundeten Kammerwandung (I3) beträgt,
7) Spaltabdichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, mit mindestens
zwei ringförmigen Kammern, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Spaltes (7b) zwischen zwei Kammern (8a, 8b)
maximal das Zweieinhalbfache des Durchmessers der um 180° ausgerundeten Kammerwandung (I3) beträgt.
8) Spaltabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch
gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der um 90° ausgerundeten Kammerwandung (11) etwa doppelt so groß wie der Krümmungsradius
der um 18O° ausgerundeten Kammerwandung (I3) ist.
9) Spaltabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Wänden (10,14) des Spaltes
(7b) niederen Druckes etwa rechtwinklig ansetzenden Kammerwandungen (12,13) im feststehenden und im rotierenden Teil
im Sinne eines Vorstehens des festen Teiles in die Kammer zueinander geringfügig versetzt angeordnet sind.
Heidenheim, den 12. Mai I969
JB/HKh
JB/HKh
909887/0705
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