DE1982170U

DE1982170U - Gleitringdichtung fuer drehende wellen, insbesondere in turbomaschinen.

Info

Publication number: DE1982170U
Application number: DE1964A0022234
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1964-07-08
Filing date: 1964-07-31
Publication date: 1968-03-28
Also published as: CH413522A; GB1074036A

Description

BA.02G75W2.1.

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Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Gie», Baden (Schweiz)

Gleitringdichtung für drehende Wellen, insbesondere in

T-urb omas chin en.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung für drehende Wellen, insbesondere in Turbomasohinen, mit einem in tfafangrichtung feststehenden und einem mit der Drehwelle umlaufenden Dichtungsring, von welchen mindestens derjenige mit den bessern Wärmeleiteigenschaften von einem die Dichtfläche nicht durchströmenden Kühlmittel gekühlt wird.

Bekannte Gleitringdiehtungen für drehende Wellen weisen nach oben begrenzte Gleitgeschwindigkeiten der Dichtungsorgane auf, welche, auf der Schwierigkeit, die entstehende Reibungswärme abzuführen, beruhen.-Daraus resultieren Ueberhitzungen und eine. Zerstörung der Gleitflächen und der Dichtungsorgane.

Die vorliegende Erfindung bezweckt diesen Nachteil zu . beheben und die Wärmeabfuhr aus der Gleitringdichtung.zu verbessern, um diese für höhere Gleitgeschwindigkeiten anwendbar zu gestalten.

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Die erfindungsg-femässe Gleitringdichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens einer der Ringe einen Innenmantelt&il aufweist, welcher mindestens teilweise, als Mhliaittelkanalwand ausgebildet, von '.Kühlmittel bestrichen wird, zum. Zwecke, durch Vergrösserung der Kühlfläche und Erhöhung des Wärmeüberganges infolge Turbulenzerhöhung Wärmeschäden an den Dichtungsringen zu verhüten.

Äusführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, werden anschliessend anhand von Figuren erläuterte Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Turbomaschine im Au% ■ , -aohnitbt^. mit einer J&iohtungsanordnung>

Eg*. 2, 3^5 und: 6 Varianten zu Fig. L, in analoger Da-rstasllung, Fig, 4 einen Schnitt durch den feststehenden Dichtungsring gemäss Linie A-A der Fig. 3»

Die-in den Figuren dargestellten. Gleitringdichtungen dienen dem Abdichten einer von- einem Raum höheren Druckes in einen Raum niedrigeren Druckes führende Welle, wobei diese Anordnungen alle einen feststehenden und e.inen gegen diesen gedrückten, mit der Welle rotierenden dichtungsring besitzen,

Abdichtvorrichtungen dieser Art finden z.B. Verwendung zur Abdichtung der Wellen-Austrittsöffnungen in den Gehäusen von Turbomaschinen.

-Gewöhnlich ist bei solchen Gleitringdichtungen der eine Dichtungsring in Anpressrieht-ung verschiebbar gelagert, mit einem;

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statischen Dichtungsorgan zwischen dem verschiebbaren Dichtungsring und seiner Führung. Im Sinne der Erfindung spielt es keine Rolle, ob der stationäre Ring gegen das Gehäuse verschiebbar ist und der rotierende Ring fest auf der Welle'sitzt bzw. einen Teil der Welle darstellt, oder ob der stationäre Ring fest im Gehäuse sitzt bzw. einen Teil des Gehäuses darstellt und der rotierende Ring gegen die Welle verschiebbar ist. "■■■■■

Das wichtigste Problem beim Einbau von Gleitringdichtungen ist die. Abfuhr der Reibungswärme. Je höher die Geschwindigkeit, mit der der rotierende Dichtungsring gegen den stationären gleitet, desto mehr Reibungswärme ist abzuführen.

Für handelsübliche Gleitringdichtungen sind Gleitgeschwindigkeiten von 50 m/sec schon hoch, 100 m/seο dürfte heute ungefähr die obere Grenze ihrer Anwendbarkeit darstellen. _: Fig,, 1 zeigt eine G^e^tringdichtung axialer Bauart, welche durch OeI geschmiert und gekühlt wird.-.,-."■'■ . -■ ,".- .■■■.■■ ■ . . . '--\--■ Eine Welle 1 führt durcheine Wand eines Gehäuses 2 von einem unter erhöhteiii Druck p·, stehenden Innenraum 3 einer Turbomaschine in einen z.B. unter Atmosphärendruck P₂ stehenden Aus senraum 4. Der Raum 4 sei - mit Ga s gefüllt. . Um den Aus- - ;. tritt von Gas aus dem Innenraum 3 durch den zwischen der Welle 1 und dem Gehäuse 2 befindlichen Spalt 5 in den Aussenraum 4 zu verhindern, wird durch Zuleitungen 6 ein Sperrmedium, z.B. Schmieröl, zugeführt, das unter einem Druck p₃ stehe, welcher um ^ „grosser sei als "p·^. Von der zugeführten QeI-

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ein geringer.

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JL, z.B. di^ppii öine|i fell©, Β9±μ9-ρ&βΜ?φη liegend und bildet e^nen

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selbst parallel einzurichten»

Die beiden Glerbringe 7 und 8 sind mit einer Gleitschicht aus einem Material guter Gleiteigenschaften versehen. Der Gleitring 7 kann eine harte Gleitschicht, z.B. Hartverchromung und der Gleitring 8 eine weiche Gleitschicht, z.B. .einen Ring 12 aus kohlekeramischem Werkstoff (z-B. Graphit), dessen Wärmeleit*- fähigkeit durch Beimengung von Silber, Kupfer, Aluminium oder andern Stoffen erhöht ist, aufweisen. Im wesentlichen besteht aber der Gleitring 7 aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit, z.B. Kupfer, Aluminium oder Silber. Der Gleitring 8, welcher den Graphitring 12 trägt, besteht ebenfalls mehrheitlich aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit, z.B. Bronce. Da aber der Graphitring 12 ein schlechter Wärmeleiter ist·, wird bei der Ausführung gemäss Fig. 1 die Ableitung der Reibungswärme - haupt-ν sächlich durch den Gleitring 7 erfolgen* ^ _;:

Der Flüssigkeitsstrom q^ von Schmier·* und iCiihlmedium wird durch ein Leitblech 13 auf der Innenseite der GIeitringe 7 und S vorbei geführt, ehe ν der Maltet! Q,₂ (;der wesentlich grös ser sein kann als Q^,) durch den Spalt 5 in den Raum 4 abfiiesst*: λ is entsteht auf diese Weise ein. radial durch das ringförmige Leitblech 13, das am drehfesten Dichtungsring 8 befestigt V^ ist ,unterteilter Kühlkanal^ welcher -durch die Mantelinnen- ■ \_~ fläche 23 des Binges 7 und -durch eine Ausnehmung 25- in der Welle 1 begrenzt ist, Diese Ausbildung ergibt gras" «,

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se Wärmeaustauschflächen und infoige Turbulenzerhöhung des Kühlmediums, mitbedingt durch die Rotation des Kühl-. kanals in diesem Teil* bessere Wärmeübergänge _y wie ans-chliess.enderläutert ist«

Wie vorstehend erwähnt, erfolgt der Hauptteil der Abfuhr der erzeugten Reibungswärme in diesem Beispiel durch den Ring 7. Der Strom .'Qp von Kühlmedium muss daher durch entsprechende Gestaltung von Wellenoberfläche, Gleitringoberf lache und Leitblech 13 so- gelenkt werden, dass vor allem der Gleitring. 7 gut gekühlt 1st* Durch die Wirkung des- Leitbleches 13 und der Drehgeschwindigkeit des Ringes 7 entsteht dann im Spalt 14 zwischen-den beiden Teilen eine heftige Seherströmung des; Kühlmediums und demzufolge ein starker Wärmeübergang zwischen, Kühlmedium und Öleitring. Die Kühlmenge Q₂ und Querschnitt d&s Spaltes 14- zwischen.dem Gfeeitriiig 7 und dem Leitble-eh 13 müssen im Sinne der Erfindung derart-.aufeinander abgestimmt sein, dass mit eiitem Min^imum an ^enge und Druckverlust des Mhlmediums einMaximum an,Kühlleistung erzielt wird.« Di edurch den Spalt zwischen'./'den G-leitringen. 7 und 8 durchstr-omende Menge Q,^ d-ient einer intensiven Kühlung; und Sehmierung äer Gleitf lachen^ _- ' / . / ■.':■■"'.'.. . ; / '■ - ■..■■■ - .".' ■ -

Fig. 2 iselgt ein Aus führ ungsbeisplel einer Mchtungsanpr-dnüng, bei welcher ein zusätzlicher Kühlstrom Q. an der Aussenober^ : fläche der beiden Gleitringe voxbeigeführt wird. Wiederum er- ; folgt die Wärmeabfuhr hauptsächlich durch den rotierenden Gleitring 7. Dabei liefert^ tfas Arbeitsmediuiä^^ den Kühlstram Q^, ν

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während der Kühlstrom Q₃ und der zwischen den zu kühlenden Gleitflächen durchströmende Schmierstrom Q,. aus einem andern Medium besteht. CL kann ab-er -auch ein anderes Medium sein. Der Drück-<p₃ des Schmiermediums wird wiederum um einen gewissen Betrag über dem Druck p, des Arbeitsmediums gewählt.' Das Eßhlstrommedium £L kann auch gleicher Art sein wie das ^öhmiermedlum Q₁₃. · ■

Fig. 3- zeigt ein Ausffihrungsbeisplel einer Dichtungsanordnung, bei der die Wärmeabfuhr hauptsächlich durch den nicht drehenden Gleitring 8 erfolgt; Zu di&s'em Zwecke ist dieser mit Inneren Kühlkanälem 20 (Fig. 4] versehen_t durch die das Kühlmedium geleitet Wird. Der Gleitring 7 ist. in diesem Beispiel als- Träger der weichen Gleltscftioh--t_r z-r-Bv eines- kohiekeramlschen Ringes 12. ausgebildet»- während' der sich nicht drehende Gleitring 8 aus gut wärmeleit eirdesm Bat er IaI bestehend, die hart e- , Gleitschicht 11 tr-ägt.- Die iiipressung- des Gleitringes- 8 erfolgt hier durch zwei FederBälge ISj-'die gleichzeitig, der EInsj)eisun-g des Stromes Q₃ dienen* !Tine Möglichkeit zur Führung- des Kühlmittelstrome&- iffl Innern dea Gleitringes & " ■ zeigt FIg* 4* :;■ ; _{: :}; '- - ; ' -.■:;. "\':''i^y '-_:- In Fig. 5; Istmeine Dichtungsanordnung äargeatellt, bei ■; ' ä^r sowohl der rotierende Gleitring/7, als auch der-nicht drehende Gleit ring 8 für gute- Wärmeabfuhr ausgebildet sind» Der Gleitring 8 trägt e-inen dünnen Ring 12 ,aus weichem Material guter Gleitfestlgköit,. z.B. P»T^FVE.; und wird durch innere Kanäle gekühlt. Der Gleitring 7 besteht» wie anhand der Fig. 1 und? 2 erläutert ^ aus ei nem guten Wärmeleiter ».z.B.

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^ mit einer harten, dünnen Gleitschicht, z.B. einer Hartehromschioht·

Kbg» 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Dichtungsanordnung, bei welcher der stationäre Gleitring 8 in seinem Innern durch einen speziellen und separaten. Kühlstrom Q₅ gekühlt wird. Der rotierende Gleitring 7 wird auf seiner Aussendurchmesserseite durch einen Kühlstrom Q₄ gekühlt. Der normale Kühlstrom Q₃ kühlt die Innendurchmesserseite der beiden Gleit ringe 7 und 8 und liefert den Schmierstrom Q₁, der die Gleitflächen schmiert und sich dann mit dem Kühlstrom Q₄ vereinigt. Diese Ausführung .erlaubt es, für die Kühlung des nicht drehend en Gieitringea. (Q₁₅)T ein Medium guter Wärmeübergangseigenschaifften, z.B. Wässer, zu Wahlen, während zur Schmierung der GleitflächenQ^, Q₃, ein Medium guter Schmiereigenschafiten, z.B. OeI,/verwendet wird. Der Kthlstrom CL besteht in diesem Beispiel aus einem dritten ^diumi #.B.; dem Arbeitsgaa der Türbomäflch'ine. Zu- und Abfluss des Mediums Q₅ erfolgt durch zwei Hohrspiralen 16 und 11, die beispielsweis'e gleichzeitig'els'Anpressfedern für den nicht drehenden G-leitring 8- dienen können. Eine dritte Rohrspirale 18 dient der Zufuhr des S crhmi er ströme s Q₃. Die Abdichtung zwischen dem Gleitring 8 und dem Gehäuse 2 erfolgt wiederum durch einen O-Ring 10V ' Im Sinne der Erfindung spielt- es keine Roll©, ob es sich um axiale oder radiale Gleitringdichtungen handelt, d.h. ob.feststehender und rotierender Dichtungsring in axiaLer oder in radialer Richtunggegeneinandergedrückt werden.

Claims

PA(M 789*29.1.68 - - .66/64 D Ta-centansprüche

1. Gleitringdichtung.-""für drehende Wellen, Insbesondere in Turbomaschinen', mit einem In Umfangsrichtung feststehenden und einem mit der Drehwelle umlaufenden Dichtungsring, von welchem mindestens derjenige mit den besseren WärmeleiteiHgenschäften von einem die J3ichtflache nicht durchzuströmenden · Kühlmittel gekühlt, wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 'einer der Ringe (7, 8) einen Innenmantel teil (22,23}- \ aufweist, welcher mindestens teilweise, als-Kühlmittelkanalwand ausgebildet, von Kühlmittel bestrichen wird, zum Zwecke _t durch Vergrösserung der Kühlfläche und Erhöhung des Wärmeüberganges ,infolge Turbulenz er höhung Wärmeschäden an den Dich- .. tungsringen zu verhüten.

2. Gleitringdichtung nach Patentanspruch 1, dadurchgekennzeich-■ net, dass der rotierende Gleitring (7) im wesentlichen aus

gut wärmeleitendem Metall, vorzugsweise Silber, Kupfer, AIu- : .: minium, besteht und höchstens an der Dichtfläche mit einer Gleitmaterialschicht (11), vorzugsweise Hartchrom, versehen

3* Gleitringdichtung nach Patentanspruch 1 und^r "2 dadurch ge-; kennzeichnet, dass der im Bereiche des inrienmanteltells (23) _; des Dichtungsringes (7) liegende Teil der Welle (1) zwecks Kanalbildung für das Kühlmedium ausgenommen ist. ι

«« ^'"^-^^OWes sie weichi von dsr Won-

fassung der urepröngi«* eingereichten Untertagsa ob, Ka.-wse'^v»". ' ■ ^: ' ^-^^mgj^ Oi* ursprtngifeh rfngereicMen Unfertogen-.befmden sich in <\ - -' ·" ' ·· - ."- ^v _:·.-.*-*-ι1- Ohne 'rechfficheh Interesses gebührenfrei eingeseben werden. Aw A-.ff.v w,, ^ '«l·:»-. ou^Fotokopien oder tv am ftblichen Preisen gaiieierl. ν ^ Deüteüi.« Poientami. GebrauchsmustatsteHe.

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4. Gleichringdichtung nach Patentanspruch 1, ji und 3/ dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitring (13) zur Führung des Kühlmediums angeordnet ist.

5· Gleitringdichtung nach Patentanspruch 1 bis-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitring (13) einen Teil des feststehenden Ringes (8) bildet und in den ringförmigen Kühlkanal, gebildet durch den anderen Ring (7) und die Welle (1) vorsteht. .. '. - - ■ ."""■■"■ V

6„ Gleitringdichtung nach-Patentanspruch 1,; dadurch gekennzeich-. net, dass einer oder; mehrere Dichtungsringe (8)_: - zum Durchleiten von Kühlmittel (Q.-,) ./fepgesrefreKf sind. V V

".?-» Gleitringdichtung nach Patentansprueh' 1 ,.dadurch: gekennzei-. V chnet, dass zum Anpressen des einen Dichtungsorganes (8) an das andere (7) im Anpressdruck veränderbare oder veränderliche Mittel (9 bzw*/15 bzw. 1β-ΐ8), insbesondere federnde, / vorgesehen sind. ::. / / //■■,/■■ ■ / / /./:. ."■■-/■/- \ / V ///

Akt i enge s eil s cha f.t

brown; :boveri;& cie,'