DE234682C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 234682 KLASSE 14 c. GRUPPE 1Θ:

Zusatz zum Patente 219463 vom 31. März 1908.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Dezember 1909 ab. Längste Dauer: 30. März 1923.

Die Erfindung hat zum Gegenstand die Ausbildung eines der Dichtungsteile der Abdichtung nach dem Patent 219463 zum Träger einer Drosselfläche.

Die Regelung der Entlastung durch Verwendung von Drosselflächen, deren Lage zueinander durch die achsiale Verschiebung der Welle beeinflußt wird, ist allgemein bekannt.' Bei den meisten Ausführungen sitzt die eine Drosselfläche am feststehenden (Gehäuse), die andere Drosselfläche am umlaufenden Teil der Maschine. Es besitzen also die Drosselflächen eine drehende Bewegung gegeneinander. Ein Anlaufen beider Flächen würde deren Zerstörung herbeiführen. Daher muß ein bestimmter kleinster Spalt (Restspalt) stets aufrechterhalten werden. Aus Gründen der Be-^ triebssicherheit wird man deshalb die Wellenverschiebung durch Anschläge (meist ein Drucklager) begrenzen.

Die Größe des Restspaltquerschnittes wird bestimmend sein für die Schnelligkeit der Einregelung bei Wechsel des Achsialschubes (je größer dieser Querschnitt, desto langsanier die Regelung) und für die Größe des Undichtigkeitsverlustes der Entlastung, da der eigentliche Regelungsspalt, der von Null zu einem Höchstwert schwanken würde, eine beständige Vergrößerung' durch den Restspalt erfährt. Aus diesen Gründen ordnet man die Drosselflächen auf einem möglichst kleinen Durchmesser an, nimmt aber damit den Nachteil in Kauf, daß zur Regelung die Achsialbewegung der Welle größer sein muß, als wenn sich die Drosselflächen auf einem größeren Durchmesser befänden. Dieses sucht man zu vermeiden, indem durch die Achsialverschiebung der Welle vermittels eines Hebelgestänges ein Drosselventil betätigt wird. Durch Wahl der Hebelübersetzung· soll schon bei einer geringen Achsialbewegung ein großer Ventilhub erzielt werden.

Ordnet man eine der Drosselflächen z. B. an dem nicht umlaufenden Teil der Abdichtung nach Patent 219463 an, während die andere Drosselfläche vom Gehäuse getragen wird (Fig. 1), so werden die Nachteile der vorher erwähnten Anordnungen vermieden. Die beiden Drosselflächen (sie bilden das Entlastungsventil) besitzen keine Drehbewegung gegeiieinander, können also zum Anliegen kommen. Der kleinste Spalt (Restspalt) wird = o, so daß man an einen kleinen Durchmesser für die Drosselflächen nicht gebunden ist. Die Drosselflächen dienen zugleich zur Begrenzung der Wellenverschiebung, ein besonderes Drucklager fällt fort. Dieses würde infolge der wechselnden Wellenausdehnung zwischen Drucklager und Drosselflächen nur bei kalter. Welle einen kleinsten Spalt — ο zu-

lassen, Fig. ι zeigt eine Trommelturbine, deren Wellenabdichtung nach dem Patent 219463 ausgebildet ist. Der nicht umlaufende Dichtungsteil 3 trägt eine Drosselfläche, die Gegenfläche sitzt am Gehäuse 4. Der Entlastungsraum 5 befindet sich zwischen zwei Dichtungen, von denen die eine gegen die Außenluft, die andere gegen den Auspuff abdichtet. Raum 5 ist mit Raum 6 durch die

ίο Öffnungen 7 verbunden. Die wirksamen Druckflächen von 5 und 6 sind gleich groß, so daß sich Teil 3 bei gleichem Druck in 5 und 6 im Gleichgewicht befindet. Die Wirkungsweise der Entlastung ist im übrigen bekannt.

Ist nämlich der in 5 wirkende gesamte Achsialdruck größer als der entgegenwirkende Achsialschub des Arbeitsmittels, so wird sich die Welle ι samt der Trommel 2 in der Richtung verschieben, welche dem in 5 ausgeübten Druck entspricht. Durch den Druckring wird Teil 3 mitgenommen und verkleinert den Drosselspalt bis zum vollständigen Abschluß des Dampfzutrittes. Eine weitere Bewegung der Welle wird unmöglich; den überschüssigen Achsialschub nimmt der Druckring auf und überträgt ihn auf das Gehäuse 4. Nach 6 und 5 strömt kein Dampf zu, während ein Teil des in diesen Räumen enthaltenen Dampfes durch die Labyrinthdichtungen entweicht.

Der Druck in 5 fällt; es tritt allmählich eine vollständige Entlastung der Welle ein. Bei weiterer Abnahme des Druckes in 5 wird der Achsialschub größer als der Entlastungsdruck ; es tritt eine Verschiebung der Welle ein, bis der durch den wiedergeöffneten Drosselspalt (infolge Mitnahme von 3) zuströmende Dampf genügt, um den Undichtigkeitsverlust der Abdichtungen zu' decken, d. h. den Druck in 5 gleichbleibend zu erhalten.

Durch einstellbare Anschläge wird auch der Eröffnungshub von 3 begrenzt, um eine unbedingte Sicherheit gegen eine zu große Achsialverschiebung der Welle zu erlangen. Die Druckringe der Abdichtung werden selbst bei starken Schwankungen des Achsialschubes oder bei Stößen, nur vorübergehend belastet, weil die Entlastung augenblicklich einsetzt.

Fig. 2 veranschaulicht die Abdichtung mit der Drosselfläche am H. D. - Teil einer Turbine.

Der durch die Labyrinthdichtung der. Trommel 2 sickernde Dampf gelangt in den Entlastungsraum 5. Seinen Austritt in die Atmosphäre verhindert die Stopfbuchse. Übersteigt der im· Raum 5 in Richtung B wirkende Dampfdruck den in Raum 9 in Richtung A wirkenden, so wird die Welle in Richtung B verschoben. Dadurch hebt sich der ventiläitig ausgebildete, mit Drosselflächen versehene Teil des achsial verschiebliehen (nicht drehbaren) Dichtungsteiles 3, von dem als Ventilsitz dienenden Teil des Gehäuses ab. Der Dampf gelangt aus 5 nach Raum 6 und von hier durch die Öffnung 10 nach dem Auspuff oder Kondensator. Es findet dadurch eine Druckabnahme in 5 statt, bis der Druck in 9 überwiegt und die Ventilöffnung durch Wandern der Welle wieder so weit verkleinert wird, daß ein Gleichgewichtszustand entsteht.

Sitzt auf derselben Welle eine Rückwärtsturbine, welche bei Arbeitsleistung einen Schub in Richtung A hervorbringt, während die' Vorwärtsturbine im Vakuum läuft, so muß nach Raum 5 durch eine Hilfsleitung Dampf mit dem Augenblick zugeleitet werden, in dem die Rückwärtsturbine Dampf erhält. ■ Diese Dampf zuführung 11 kann selbsttätig durch ein entsprechendes Ventil erfolgen.

Die Fig. 3 zeigt die Anordnung der Drosselfläche am umlaufenden Dichtungsteil.

Auf der Welle 1 sitzt die Trommel 2. Dieser vorgeschaltet ist ein Labyrinthkolben 12, der zu dem umlaufenden, achsial nicht beweglichen Teil 3 der Stopfbuchse gehört. In der Nähe des Umfanges trägt er die Ventilfläche 13, welche sich bei geschlossenem Ventil gegen eine entsprechende Fläche der Trommel legt. Der Kolben selbst ist durch Bohrungen in den Scheiben entlastet. An dem Dichtungsteil 3 ist ein Auslaßventil angeordnet, welches öffnet, sobald das Einlaßventil schließt. Es dient hauptsächlich dazu, bei geschlossenem Einlaßventil den durch die Labyrinthdichtung des Kolbens sickernden Dampf nach dem Abdampfteil der Turbine ausströmen zu lassen. Dieser Undichtigkeitsverlust wird kleiner sein als bei gewöhnlichem Entlastungskolben, weil der Spalt konstant bleibt, also klein gehalten werden kann.

Durch das geöffnete Auslaßventil kann mehr Dampf abströmen, als durch die Labyrinthdichtung des Kolbens zuströmt. Es wird dann der Druck im Entlastungsraum sinken, bis das Einlaßventil sich öffnet, um Dampf einströmen zu lassen..

Wird das Einlaßventil nicht ausgeführt, so geschieht die Regelung des Druckes im Entlastungsraum allein durch das Auslaßventil.

In der Anordnung nach Fig. 4 werden Ein- und Auslaß eines Entlastungsraumes ebenfalls durch ein doppeltes Ventil gesteuert.

Auf dem Wellenende 1 einer Kraftanlage, deren Achsialschub ausgeglichen werden soll, sitzt in einem Gehäuse 4 ein Entlastungskolben 14. Durch eine am Umfang des Kolbens sitzende Labyrinthdichtung werden zwei Druckräume geschaffen. Das Gehäuse 4 ist an der Austrittsseite der Welle mit einer Stopfbuchse mit achsial beweglichem Dichtungstei'l 3 versehen. Dieser trägt die beiden Ventilflächen 15 und i6,. welchen entspre-

chende Flächen am Gehäuse gegenüber stehen. Das Entlastungsmittel· strömt durch die Öffnung 8 in den Ringkanal 17. Es tritt aus dem Raum 5 durch Öffnungen 19 in den Kanal 20.

In der gezeichneten Stellung überwiegt der in Richtung A wirkende Entlastungsdruck in 5 den in Richtung B vorhandenen Achsialschub. Daher ist das Einlaßventil geöffnet. Das Druckmittel entweicht aus dem Raum 5, der Druck fällt, bis die Achsialdrücke gleich groß werden. Da durch das Auslaßventil aber noch ein weiteres Abströmen des Druckmittels stattfindet, so· wird sich in der Folge die Welle so einstellen,, daß das durch das geöffnete Einlaßventil einströmende Druckmittel genügt, den Druckverlüst zu decken und einen Gleichgewichtszustand herzustellen.

Hört durch schnellste Entlastung" der Kraftmaschine der Achsialschub plötzlich auf, so würde nur ein Achsialschub A vorhanden sein. Die Folge wäre eine gefährliche Beanspruchung des Druckringes 18 der Dichtung, da das Auslaßventil allein nicht schnell genug die nötige Druckverminderung in 5 schaffen könnte. Deshalb ordnet man noch ein Sicherheitsventil an. Dieses kann z. B. von dem Druckmittel der Kraftmaschine derart beeinflußt werden, daß es bei Unterschreitung eines bestimmten Druckes sich öffnet und eine plötzliche Entleerung des Raumes 5 ermöglicht.

Eine andere Möglichkeit wäre, den Raum 21, der bei normalem Betrieb am vorteilhaftesten unter einem konstanten Druck, z. B.

Kondensatorspannung, gehalten wird, durch eine gewöhnlich durch das Ventil 22 unterbrochene Umlaufleitung mit 5 zu verbinden und dadurch einen Druckausgleich zu schaffen. Man kommt ohne Sicherheitsventil aus, wenn man auf der Welle ein Drucklager hat, welches so eingestellt ist, daß es erst in Wirksamkeit tritt, wenn die achsiale Bewegung" der Welle ein bestimmtes Maß überschreitet. Dieses Drucklager kann hoch beansprucht werden, weil es nur kurze Zeit zu arbeiten hat.

Die Vorrichtung der Fig. 5 ist für eine Schiffsturbine gedacht, bei der eine Vorwärts- und eine Rückwärtsturbine auf derselben Welle sitzen.

Von dem Druckraum der Vorwärtsturbine oder besser dem Frischdampfrohr führt eine Leitung nach dem Ringkanal 17, welcher durch das Vorwärtsventil mit dem Entlastungsraum 5 in Verbindung steht. Eine zweite Leitung verbindet die Rückwärtsturbine mit dem Ringkanal 17. Der Entlastungskolben hat zwei Labyrinthdichtungen, zwischen denen eine Abführung" für den Leckdampf vorgesehen ist.

Bei Vorwärts fahrt sei der Achsialschub der Turbine B größer als der entgegenwirkende Propellersehub C. Es muß dann der Entlastungsdruck sein A = B — C.

Wird A zu groß, so schließt sich das Vorwärtsventil, das Rückwärtsventil wird geöffnet. Der Raum 21 kommt durch die Leitung 24 und das geöffnete Rückwärtsventil in Verbindung mit der Rückwärtsturbine, er steht also unter Kondensatorspannung. In 5 wird der Druck infolge der Undichtigkeitsverluste in den Labyrinthen sinken. Es wird das Vorwärtsventil so weit geöffnet, daß diese Verluste gedeckt werden.

Wird plötzlich umgesteuert, so wird der Schub B — Null, während der Propellersehub C noch während einiger Zeit seine Richtung beibehält und der Schub D von der Rückwärtsturbine hinzukommt. Zur Ausgleichung dieser Schübe dient allein die Kolbenseite des Raumes 21. Trotzdem ihre Fläche größer ist als die der Gegenseite (Raum 5), reicht sie nicht aus, und es muß, während durch das jetzt geöffnete Rückwärtsventil Frischdampf nach 21 strömt, die schnellste Entleerung von- 8g 5 angestrebt werden. Dies wird durch Anordnung eines Sicherheitsventiles 25 erreicht, welches bei Unterschreitung eines bestimmten Druckes im Druckraum der Vorwärtsturbine sich öffnet.

Der Propellersehub C wird allmählich abnehmen, wird Null und erhält, sobald die Turbine rückwärts lärfft, die Richtung C'. Die Folge ist, daß jetzt der Entlastungsdruck, zu dem sich C addiert (B + C = D), zu groß wird. Daher verschiebt sich die Welle, das Rückwärtsventil wird geschlossen, das Vorwärtsventil geöffnet. Zugleich strömt durch die Labyrinthdichtung, deren Spalte größer geworden sind, mehr Dampf als vorher ab, so daß eine schnelle Druckverminderung in 21 erreicht wird.

In Fig. 6 ist der Entlastungsdruck A im Raum 5 größer als der Achsialschub B der Turbine und des Raumes 21. Das Einlaßventil für 5 ist ganz geschlossen, während der Einlaß für 21 bis auf einen kleinen Spalt verengt ist. 21 steht durch diesen Spalt und eine Leitung 27 mit der Turbine in Verbindung, so daß der Druck in 21 nicht nur von der Größe des Zufluß- und Abflußquerschnittes, sondern auch von dem Druck in der Turbine abhängt. Sinkt der Druck in der Turbine, so daß er kleiner wird als in 21, so tritt ein Rückschlagventil 28 in Tätigkeit. Dieses verhindert ein Rückströmen des Druckmittels aus 21 nach der Turbine. Dadurch findet eine Verlangsamung der Stöße statt, die bei Belastungsänderungen der Turbine auftreten.

Fig. 7 zeigt die Anordnung des Entlastungsventiles an dem achsial unbeweglichen, umlaufenden Dichtungsteil.

Der in Richtung A wirkende Druck einer Turbinenpumpe überwiegt den. Druck in 5. Das Ventil ist geschlossen. Das nach 5 zuströmende Druckwasser erhöht den Entlastungsdruck, die Welle 1 verschiebt sich, das Ventil wird geöffnet, und es findet durch die Öffnungen 7 ein Überströmen des Druckwassers nach 21 statt, bis der Achsialschub ausgeglichen ist. Das durch die Labyrinthe oder eine andere Dichtung des Kolbens sickernde Wasser wird durch die Leitung 29 abgeführt.

Wird die Pumpe abgestellt, so wird der Entlastungsdruck in 5 zu groß, das Ventil öffnet sich, die Drücke in 5 und 21 gleichen sich so weit aus, daß Gleichgewicht eintritt. Gleichzeitig hört die Wasserzufuhr auf. Wird die Pumpe wieder belastet, so schließt sich das Ventil, während die Druckwasserzufuhr nach 5 wieder beginnt.

Die Art der Abdichtungen, ob Labyrinthdichtungen, Ring'- oder Flächendichtungen usw., kann beliebig' gewählt werden.

Die in den Fig. 1 bis 6 beschriebenen Vorrichtungen sind ebenfalls für flüssige (an Stelle der gasförmigen) Druckmittel verwendbar. Im übrigen werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sich von Fall zu Fall den betreffenden Anforderungen anzupassen haben.

Claims (1)

1. .Patent-Anspruch:

   Abdichtung von umlaufenden Maschinenteilen, insbesondere Dampfturbinenwellen, nach dem Patent 219463, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Dichtungsteil eine der Drosselflächen trägt, welche einen Spalt begrenzen, dessen Größe in bekannter Weise den Entlastungsdruck in einem Entlastungsraum regelt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.