DE1914961A1

DE1914961A1 - Shaft seal

Info

Publication number: DE1914961A1
Application number: DE19691914961
Authority: DE
Inventors: Arnold Bainbridge
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1968-03-27
Filing date: 1969-03-24
Publication date: 1969-10-09
Also published as: CH479007A

Description

Wellendichtung Die Erfindung bezieht sich auf Wellendichtungen.Shaft Seal The invention relates to shaft seals.

Bei einer Dampfturbine strömt z.B. der aus der Endstufe der Turbine austretende Dampf gewöhnlich nach einem Kondensator, um dort kondensiert zu werden und diese Kondensation wird normalerweise unter Vakuum durchgeführt. Bei einer solchen Anordnung besteht.dss Problem der Abdichtung des stromunterseitigen Endes der Turbinenwelle an jener Stelle, wo sie durch das Dampfturbinengehäuse hindurchgeführt ist, da an dieser.Stelle auf der einen Seite atmosphärischer Druck herrscht und auf der anderen Seite Unterd.ruck. Es ist natürlich unerwünscht, die Luft in den Unterdruckraum einströmen zu lassen.In the case of a steam turbine, for example, that flows out of the output stage of the turbine emerging steam usually after a condenser to be condensed there and this condensation is normally carried out under vacuum. With such a Arrangement is the problem of sealing the downstream end of the turbine shaft at that point where it is passed through the steam turbine casing This position is atmospheric pressure on one side and atmospheric pressure on the other Side underpressure. It is of course undesirable to let the air into the negative pressure space to flow in.

Eine Möglichkeit, eine solche Dichtung vorzusehen, besteht darin, mehrere von dem Gehäuse nach der Turbinenwelle radial vorstehende Stauringe zu benutzen, die im axialen Abstand längs der Dichtung angeordnet sind. Diese Stauringe, die einen kleinen Spalt zwischen ihrem inneren Umfang und der Welle aufweisen, sind so angeordnet, daß sie einen erweiterten Raum definieren5 dem Dampf unter einem ein wenig ueber dem atmosphärischem Druck liegenden Druck zuge£Whrt wird. Dieser erweiterte Raum liegt auf einem Teil des Weges längs der Dichtung derart, daß die Zahl von Stauringen zwischen diesem und der der Atmosphäre ausgesetzten Seite der Dichtung geringer ist als die Zahl der Stauringe auf der anderen Seite benachbart dem Unterdruc'iraum. Die Kombination von Stauringen und Dampfmasse in dem erweitern Raum sowie des Dampfes, der.lings der Oberfläche er Welle durchsickert und die Spalte zwischen den Enden der Stauringe und der Welle anfüllt, bildet eine Barriere gegenüber im Durchtritt atmosphärischer Luft durch die Dichtung hindurch in den Unterdruckraum und nach dem Kondensator.One way to provide such a seal is to to use several retaining rings protruding radially from the housing towards the turbine shaft, which are arranged at an axial distance along the seal. These congestion rings that have a small gap between their inner periphery and the shaft arranged so as to define an enlarged space for steam under one a pressure slightly above atmospheric pressure is added. This extended space lies lengthways along part of the path the seal such that the number of congestion rings between this and that exposed to the atmosphere Side of the seal is less than the number of retaining rings on the other side adjacent to the negative pressure room. The combination of damming rings and steam mass in the expanded space as well as the steam that seeps through the surface of the wave and fills the gaps between the ends of the retaining rings and the shaft, forms one Barrier to the passage of atmospheric air through the seal into the negative pressure space and after the condenser.

Dieses Verfahren zur Abdichtung der Turbinenwelle einer Dampfturbine hat den Nachteil, daß die für die Stauringe erforderlichen Dimensionen so sind, daß der Spalt zwischen ihren Enden und der Well sehr klein ist. Infolgedessen besteht die Gefahr, daß die Endet der Stauringe im Betrieb auf der Welle schleifen, was wiecerum die Gefahr mit sich führt, daß die zelle deformiert wird.This method of sealing the turbine shaft of a steam turbine has the disadvantage that the dimensions required for the retaining rings are that the gap between their ends and the corrugation is very small. As a result, there is the danger that the ends of the retaining rings grind on the shaft during operation, what wiecerum carries the risk that the cell will be deformed.

Ein ähnliches Dichtungsproblem kann zwischen zwei Bereichen aurtreten, von denen der eine unter atmosphärischem Druck steht und der andere unter Uberdruck,oder auch zwischen zwei Bereichen, von denen keiner auf atmosphärischem Druck steht.A similar sealing problem can arise between two areas, one of which is under atmospheric pressure and the other under overpressure, or also between two areas, neither of which is at atmospheric pressure.

Gemaß der Erfindung ist eine Wellendichtung, durch die eine Druckdifferenz zwischen zwei Bereichen aufrechterhalten bleibt, in der Weise ausgebildet, daß ein ringsum laufender Kanal in einem Aufbau vorgesehen ist, der die Welle umgibt und.sich radial von dieser zwischen den beiden Bereichen erstreckt, daß der Kanal mit einem in Ijmfangsrichtung verlaufenden Ringraum in Verbindung steht, der zwischen dem Aufbau und der Wellenoberfläche ausgebildet ist, und daß Mittel vorgesehen sind, um ein Strömungsmittel dem Kanal unter einem Druck. zuzuführen, der größer ist als der in jedem der beiden Bereiche herrschende Druck, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß ein ringförmiger Strahl dieses Strömungsmittels von dem Kanal in den Ringraum gerichtet wird, um einen sich bewegenden Strömungsmittelvorhang zu schaffen, der wenigstens nach dem Bereich mit dem niedrigeren Druck abgelenkt wird, und wobei dieser ringförmige-atromungsmittel3trahl eine so groß Geschwindigkeit hat, daß von der Ablenkung herrührende Änderungen der Strömungsmittelbewegungsgröße ausreichen, um die Druckdifferenz aufrechtzuerhalton.According to the invention is a shaft seal through which a pressure difference is maintained between two areas, formed in such a way that a circumferential channel is provided in a structure that surrounds the shaft and.sich extends radially from this between the two areas that the channel with a in the Ijmfangsrichtung extending annular space is in communication between the Structure and the shaft surface is formed, and that means are provided, around a fluid to the channel under pressure. which is greater than the pressure prevailing in each of the two areas, the arrangement being made in this way is that an annular jet of this fluid from the channel into the annulus directed to a moving curtain of fluid to create that is deflected at least towards the area with the lower pressure, and this annular-atrial-means-jet at such a great speed has changes in the amount of fluid movement resulting from the deflection sufficient to maintain the pressure difference.

Vorzugsweise wird der Ringstrahl mit einer axialen Geschwindigeitskomponente nach jenem Bereich gerichtet, dessen Druck von den Drücken in den beiden Bereichen der höhere ist. The ring jet is preferably provided with an axial velocity component directed towards that area, its pressure from the pressures in both areas the higher is.

Dte Dichtung kann einen weiteren, in Umfangsrichtung verlaufenden Ringskanal aufweisen, der durch den Aufbau und die Wellenoberfläche axial benachbart zu diesem Ringraum gebildet wird und dieser weitere Kanal steht in VerbIndung mit einem geeignete n Abzugs wodurch die Entfenung von aus dem Strahlvorhang ausgestoßenen Strömungsmittel von der Oberfläche der Welle erleichtert wird. The seal can have another one running in the circumferential direction Have annular channel that is axially adjacent through the structure and the shaft surface to this annulus is formed and this further channel is in connection with a suitable hood whereby the removal of ejected from the jet curtain Fluid is eased from the surface of the shaft.

Vorzugsweise ist der weitere Kanal an jener Seite der Dichtung angeordnet, die nach dem Bereich hin gerichtet ist, dessen Druck von den Drücken in den beiden Bereichen der höhere ist. The further channel is preferably arranged on that side of the seal, which is directed towards the area, its pressure from the pressures in the two Areas of higher is.

Die Erfindung schafft die Moglichkeit ,Dmpfturbinen, z.B. mit einem größeren Spiel zwischen Turbinenwelle und umgebenden Teidie len des Gehäuses, durch die Welle hindurchgeführt ist, laufen zu lassen, so daß die Gefahr einer Deformation der Welle vermindert wird. Außerdem schafft die Erfindung die Möglichkeit, die axiale Abmessung, z.B. einer Dampfturbine, zu vermindern, da die Dichtung nach der Erfindung beträchtlich kürzer sein kann als bisher vorgeschlagene: Dichtungen, weil eine geringere Zahl von im axialen Abstand zueinander angeordneten Stauringen ausreicht. The invention creates the possibility of steam turbines, for example with a larger game between the turbine shaft and surrounding Teidie len of the housing, through the shaft is passed through to run, so that there is a risk of deformation the wave is reduced. In addition, the invention creates the possibility of the axial Dimension, for example a steam turbine, to reduce because the seal according to the invention can be considerably shorter than previously proposed: seals, because a smaller one Sufficient number of axial spacing from one another.

Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Schnitt eines Teils einer Dampfturbinenniederdruckwelle mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Dichtung in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen Schnitt eines Teils einer Dampfturbineniederdruckwelle mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Dichtung in einer zweiten Ausführungsform. Two exemplary embodiments of the invention are illustrated below described in the drawing. In the drawing show: Fig. 1 a Section of part of a steam turbine low pressure shaft with one according to the invention formed seal in a first embodiment, Fig. 2 is a section of a Part of a steam turbine low pressure shaft with one designed according to the invention Seal in a second embodiment.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt 10 der Niederdruckwelle einer Dampfturbine an einer Stelle, wo diese durch den Aufbau des Dampfturbinengehäuses 11 hindurchgeführt ist. Der Bereich 12 auf der einen Seite des Gehäuses steht unter atmosphärischem Druck und der Bereich 13 innerhalb des Gehäuses 11 stellt einen nach dem Kondensa tor der Dampfturbine führenden evakuierten Raum der, Ein Ringraum 14 liegt zwischen dem Gehäuse 11 und dem Wellenabschnitt 10. Ein Kanal 15 ist in Umfangsrichtung in dem Gehäuse 11 so a daß er sich flach dem Ringraum 14 hin öffnet. Der Kanal 15 einen Strahl in den Ringraum 14 auf die benachbarte Oberfläche dem Wellenabschnitts 10 und zwar mit einer Geschwindigkeitskomponente in Richtung auf den Bereich 12 hin. Das Ende des Kanals 15 innerhalb des Gehäuses 11 öffnet sich nach einer innerhalb des Gehäuses 11 ausgebildeten ringförmigen Vorratskammer 16, die in Verbindung mit einer geeigneten Dampfquelle steht, aus der Dampf mit hohem Druck, z.B. in der Größenordnung von 2,11 kg/cm² (30 p.s.i.a.), austreten kann, wenn auch der jeweils tatsächtlich benutzte Druck von der Abmessung des flingraumes 14 zwischen Gehäuse 11 und Welle 10 abhängt und diese radiale Abmessung kann in der Größenordnung zwischen 1,5 und 2,5 mm (0,06 bis 0,1 Zoll) liegend Im Betrieb Wird ein ringförmiger Dampfstrahl aus dem Kanal 15.Fig. 1 shows a section 10 of the low-pressure shaft of a steam turbine at a point where it is passed through the structure of the steam turbine casing 11 is. The area 12 on one side of the housing is under atmospheric conditions Pressure and the area 13 within the housing 11 represents a post-condensation gate of the steam turbine leading evacuated space, an annular space 14 is between the housing 11 and the shaft portion 10. A channel 15 is in the circumferential direction the housing 11 so a that it opens flat towards the annular space 14. The channel 15 one Beam into the annular space 14 onto the surface adjacent to the shaft section 10 with a speed component in the direction of the area 12. The end of the channel 15 within the housing 11 opens to an inside of the housing 11 formed annular storage chamber 16, which is in communication with a suitable source of steam from which steam at high pressure, for example of the order of magnitude, is available of 2.11 kg / cm² (30 p.s.i.a.), even if that actually occurs used pressure of the size of the fling space 14 between housing 11 and shaft 10 and this radial dimension can be on the order of between 1.5 and 2.5 mm (0.06 to 0.1 in.) Lying In operation, creates an annular jet of steam from channel 15.

in den Ringraum 14 gerichtet, um einen sich bewegenden Dampfvorhang zu liefern, der nach dem Bereich 13 hin abgelenkt wird. Die änderung der Bewegungsgröße, die während dieser Ablenkung auftritt, genügt, um die Druckdiffenrenz zwischen den Bereichen l2 und 13 aufrechtzuerhalten. Dadurch wird Eindringen atmosphärischer Luft in den Bereich 13 über den Ringraum 14 verhindert.directed into annulus 14 around a moving curtain of steam to deliver, which is deflected towards the area 13 out. The change in the size of the movement, which occurs during this deflection is sufficient to compensate for the pressure difference between the Areas l2 and 13 to be maintained. This makes penetration more atmospheric Air in the area 13 via the annular space 14 is prevented.

Nunmehr wird auf Fig. 2 bezuggenommen. Dieses Ausführungsbeispiel gleicht jenem nach Fig.1, , deshalb sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied zwischen der Ausführungsform nach Fig.2 und Jener nach Fig.1 besteht darin, daß ein weiterer Ringkanal l7 in Umfangsrichtung im Gehause 11 so angeordnet ist, dai3 er sich nach dem Ringraum l4 an einer Stelle öffnet, die längs der Dichtung im axialen Abstand von dem Kanal 15 und auf jener Seite des Kanals 15 liegt9 die dem Bereich 12 benachbart ist. In diesen' weiteren Kanal 17 öffnet sich eine weitere Leitung 18, die nach einem nicht dargestellten Abzug führt.Reference is now made to FIG. This embodiment is the same as that according to FIG. 1, therefore the same parts are given the same reference numerals Mistake. The difference between the embodiment according to Fig.2 and that according to Fig.1 consists in the fact that a further annular channel l7 in the circumferential direction in the housing 11 is arranged in such a way that it opens at one point after the annular space l4, along the seal at an axial distance from the channel 15 and on that side of the Channel 15 is 9 which is adjacent to area 12. In this' further channel 17 Another line 18 opens, which leads to a trigger, not shown.

Bei dieser Ausführungsform wird der sich bewegende Dampfvorhang, der aus dem Kanal 15 austritt und über den Ringraum 14 strömt, in den weiteren Kanal 17 durch die Oberfläche des Wellenabschnitts 10 abgelenkt. Der so in den Kanal 17 eintretende Dampf wird von diesem über die Leitung 18 abgeführt Die Anordnung eines solchen Ringkanals 17 vermindert die Dampfmenge, die in den Bereich atmosphärisoher Luft 12 strömt und es wird hierzu gleichzeitig eine Vorrichtung geschaffen, durch die atmosphärische Luft, die über den Ringraum 14 nach dem evakuierten Bereich 13 zu gelangen sucht, aus ihrem Pfad abgelenkt und in den Kanal 17 durch die Dampfströmung abgezogen wird, die durch den Kanal 17 hindurchtritt.In this embodiment, the moving steam curtain, the exits from the channel 15 and flows through the annular space 14 into the further channel 17 deflected by the surface of the shaft section 10. The one in channel 17 entering steam is discharged from this via line 18 The arrangement of a such ring channel 17 reduces the amount of steam that atmospherically in the area Air 12 flows and a device is created through this at the same time the atmospheric air, which via the annular space 14 to the evacuated area 13 seeks to get, diverted from its path and into the channel 17 by the flow of steam is withdrawn, which passes through the channel 17.

Vorzugsweise sind die Teile des Gehäuses 11, die den Raum 14 begrenzen, ausgebogen, um relativ scharfe Ränder zu schaffen, wie dies in den Fig.1 und 2 dargestellt ist, wodurch die Wirkungen des Abschleifens der Welle vermindert werden können, die sonst trotzdem, z.B. unter abnormalen Laufbedingungen, auftreten könnten.The parts of the housing 11 which delimit the space 14 are preferably curved to create relatively sharp edges, as shown in FIGS which can reduce the effects of shaft grinding, which could otherwise occur anyway, e.g. under abnormal running conditions.

Es ist klar, daß Dichtungen, deren Arbeitsprinzip jenem der beiden genannten Ausführungsbeispiele gleicht, aueh zwischen zwei Bereichen Anwendung finden können, von denen einer unter atmosphärischem Druck steht, während der andere Bereich einen Überdruck aufweist. Der Strömungsmittelringstrahl wird dann wiederum vorzugsweise eine axiale Geschwindigkeitskomponente besitzen, die nach dem Bereich des höheren der beiden Drücke hin gerichtet ist Im Falle einer Abdichtung zur Benutzung im Zwischendruckzylinder einer. Bampfturbine, bei dem der Druck in der Größenordnung von 3,52 ata liegen kann (5Q p.s.i:a.), könnte der Druck, mit der das Dichtströmungsmittel zugeführt wird, in der Größenordnung von 7,03 ata (100 p.s.i.a.) liegen, jedoch hängt die jeweilige Auslegung von dem radialen Spiel im Ringraum ab, der zwischen der Wellen oberfläche und der Dichtung gebildet ist.It is clear that seals, the working principle of which is that of the two The above-mentioned exemplary embodiments are also used between two areas one of which is under atmospheric pressure while the other area has an overpressure. The fluid ring jet then becomes in turn preferably have an axial velocity component that follows is directed towards the area of the higher of the two pressures In the case of a seal for use in the intermediate pressure cylinder of a. Bampfturbine, in which the pressure in may be of the order of 3.52 ata (5Q p.s.i: a.), the pressure, with to which the sealing fluid is supplied, on the order of 7.03 ata (100 p.s.i.a.), but the respective design depends on the radial play in the Annular space that is formed between the shaft surface and the seal.

Es ist weiter festzustellen, daß für alle Anwendungen der vorne schriebenen Dichtung die Strömung des Dichtungsmittels so eingestellt werden kann, daß beim Eintritt in den Ringraum zwischen Welle und Dichtung die Strömung axial in die Richtung n.ch dem Bereich mit niedrigerem Druck abgelenkt wird, wobei die Änderung der Be gungsgröße des Dichtungsmittels, die während der Ablenkung auftritt, gerade ausreicht, die Druckdifferenz zwischen den beiden Bereichen aufrechtzuerhalten. Dieser Gleichgewichtszustand kann jedoch nur -unter Schwierigkeiten genau eingehalten werden. Wenn der Dichtung mittelspeisedruck etwas unter diesem kritischen Gleichgewichtswert fällt, würde die Dichtung aufhören, die erforderliche Druckdiffe renz zwischen den Bereichen voll aufrechtzuerhalten und es ist daher zweckmäßig, die Anordnung so zu treffen, daß gewisse Druckänderungen möglich sind, indem das Dichtungsströmungsmittel mit einem Druck zugefUhrt wird, der beträchtlich über diesem Gleichgewichtswert liegt. Überschüssiges Strömungsmittel fließt dann nach dem Bereich mit höherem Druck ab und gewährleistet eine auäreichende Strömungsmittelreserve, um jegliche Druckschwankungen auffangen zu können, die im Normalbetrieb auftreten können. Patentansprüche:It should also be noted that for all applications the above-mentioned Seal the flow of the sealant can be adjusted so that when Entry into the annular space between the shaft and seal the flow axially in the direction n.ch is deflected into the area with lower pressure, whereby the change in Be The size of the sealant that occurs during the deflection is just sufficient, to maintain the pressure difference between the two areas. This state of equilibrium However, it can only be precisely adhered to with difficulty. When the seal medium feed pressure falls slightly below this critical equilibrium value would the seal ceases to provide the required pressure difference between the areas to be fully maintained and it is therefore advisable to make the arrangement in such a way that that certain pressure changes are possible by using the sealing fluid is supplied to a pressure which is considerably above this equilibrium value. Excess fluid then drains to the higher pressure area and ensures a sufficient reserve of fluid to withstand any pressure fluctuations to be able to absorb that can occur in normal operation. Patent claims:

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Shaft seal to maintain a pressure difference between two areas, with a structure surrounding the shaft extends radially from this shaft between two areas and one running around it Annular space between the structure and the shaft surface is defined, thereby g e k e n n n z e i 0 h n e t that an annular channel running in the circumferential direction (153 is formed in the structure (11) which communicates with the annular space (14) stands and an annular fluid jet towards one of the two areas (12,13) can emerge radially after the shaft (10) under a pressure which is greater is than the pressure in both areas creating a moving curtain of fluid is formed between the structure (l'3 and the shaft 810), through which the pressure difference is maintained.

2. Shaft seal according to claim 1, characterized in that g e 1 e n n z e l c h n e t that the annular fluid jet having an axial component of velocity is directed towards that area (12) whose pressure is greater than the pressures in the two areas (12,13).

3. Shaft seal according to claims 1 or 2, characterized g e k e n n z e i c h n e t that another ring channel running all around (17) between the Structure (11) and the surface of the shaft (10) axially adjacent to the annular space (14) is formed, and that this further annular channel (17) in connection with a suitable Trigger is available, thereby facilitating the removal of fluid that is on is located on the shaft and originates from the moving beam curtain.

4. Shaft seal according to one of the preceding claims, characterized It is not noted that the pressure under which the seal fluid the ring channel (15> is supplied) is higher than that for maintaining the required pressure difference between the two areas (12,13) required Minimum pressure, with excess fluid a reserve against pressure fluctuations forms adjacent to the seal.