DE2354998C3 - Schwimmringdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwimmringdichtung für umlaufende Wellen zur Abdichtung eines mit Flüssigkeit unter konstantem Druck gefüllten Raumes gegenüber einem Raum mit atmosphärischem Druck, insbesondere für Flüssigkeitspumpen.

Schwimmringdichtungen sind beispielsweise aus der DT-Gbm 19 74 390 und der DT-OS 16 53 728 bekannt. Diese beispielsweise bei Pumpen verwendeten Schwimmringe sollen einen mit Flüssigkeit gefüllten Raum gegen die Außenatmosphäre oder einen anderen Raum abdichten, wobei der Flüssigkeitsdruck in diesem Raum mit zunehmender Drehzahl ansteigt. Zur Stabilisierung dieses Schwimmringes bei auftretenden Wellenschwingungen wird dabei der Schwimmring drehzahlabhängig durch das Fördermedium oder von einem Sperrmittel selbst, die auch durch den Dichtspalt strömen, angepreßt. Ein derartiges drehzahlabhängiges Anpressen durch das Fördermedium selbst ist jedoch nicht möglich, wenn der Schwimmring einen mit einer Flüssigkeit unter konstantem Druck gefüllten Raum gegenüber dem Außenraum abdichten soll. Derartige Verhältnisse liegen beispielsweise im Kühlmittelanschlußkopf von Turbogeneratoren vor bei denen d.e Auslaßkammer für das aufgewärmte Kuhlm.ttel zur benachbarten Spaltwasserkammer abgedichtet werden sollen Zur guten Abdichtung soil der Schwimmring dabei'immer konzentrisch zur Welle liegen und dabei jedoch derart radial stabilisiert sein, daß kleine Wellenschwingungen nicht zu einer Radialbewegung des Schwimmringes führen. Da jedoch bei zunehmender Drehzahl die im Spalt wirkenden Kräfte stärker werden, ,o muß auch die Anpreßkraft des Schwimmringes bei zunehmender Drehzahl erhöht werden um be. auftretenden Wellenschwingungen innerhalb des Spaltspieles den Ring radial festzuhalten. Diese Haltekräfte dürfen jedoch nicht so groß sein, daß bei plötzlich auftretenden is Wellenschlägen infolge irgendwelcher Unregelmäßigkeiten die Hahkräfte nicht überwunden werden könnten, so daß sich dann der Ring nicht der neuen Wellenlage anpassen könnte.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfmdungsgemäO

vorgesehen, daß der axial hydraulisch entlastete

Schwimmring auf seiner Rückseite zusätzlich von

gehäuseseitig dicht geführten Kolben beaufschlagt ist,

wobei die Kolben von einem Druckmittel angepreßt

werden, dessen Druckhöhe proportional der Wellen-

drehzahl und größer als die des den Schwimmring

bjauisehlagenden konstanten Vordruckes ist.

Aus der FR-PS 10 86 619 ist zwar eine Wellendichtung mit Anpreßkolben bekannt, jedoch handelt es sich hierbei um eine Gleitringdichtung, bei der das Problem der radialen Stabilisierung nicht auftreten kann.

Als Druckquelle für die Kolben der Schwimmringdichtung kann dabei die Hochdruckförderkammer der Flüssigkeitspumpe selbst dienen. Der Schwimmring selbst kann an einem Ende einen radialen Flansch aufweisen, dessen eine Flanke über einen umlaufender, Vorsprung an einem abnehmbaren Dichtungsgehäusering anliegt und auf dessen anderer Flanke die axial verschiebbar angeordneten Kolben einwirken, deren Kammern über eine Hydraulikleitung mit der Oruck quelle in Verbindung stehen. Bei Nennbetrieb kann der auf die Kolben einwirkende Hydraulikdruck zusätzlich über einen Wellenschwingungsmesser in Abhängigkeit von der Schwingungshöhe reguliert werden.

Der wesentliche Vorteil eier erfindungsgemäßen Schwimmringdichtung besteht also darin, daß dieser Schwimmring von einer proportional zur Drehzahl anwachsenden Kraft angepreßt wird, wobei diese Kraft jedoch stets lediglich so groß ist, daß zwar Wellenschwingungen von der Größe des Spaltspieles nicht zu einer Verlagerung des Schwimmringes führen, daß jedoch bei plötzlich auftretenden Wellenschlägen infolge irgendwelcher Unregelmäßigkeiten die Haftkräfte überwunden werden können, und zwar infolge der hydrodynamischen Spaltkräfte.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung an Hand des Kühlwasseranschlußkopfes eines Turbogenerators näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch diesen Kühlwasseranschlußkopf und

F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt nach F i g. 1 im Bereich der Schwimmringdichtung.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Kühlwasf>5 seranschlußkopf 1 gezeigt, der das erregerseitige Wellenende 2 eines nicht näher dargestellten wassergekühlten Läufers eines Turbogenerators umschließt. Dabei wird das Kühlwasser aus einem Sammelbehälter,

der in einer bestimmten geodätischen Höhe über dem Generator angebracht ist, über den Stutzen 3, die Saugkammer 4 und die feststehenden Leitschaufeln 5 von der auf das Wellenende aufgesetzten und mit dieser umlaufenden Pumpe 6 angesaugt und aus der Hochdruckkammer 7 über einen Stutzen 40 und einen nicht näher dargestellten äußeren Kreislauf dem feststehenden Einlaufstutzen 8 und dem axialen I-äufereintrittskanal 9 zugeführt. Von hier aus strömt das kalte Kühlwasser in die Erregerwicklung des Läufers und anschließend über einen den Läufereintrittskanal 9 konzentrisch umschließenden Kanal 10 und radiale Wellenbohrunger: 11 in die Auslaßkammer 12 für das aufgewärmte Kühlmittel zurück.

Bei vierpoligen Turbogeneratoren, die mit einer Drehzahl von η = 1500 angetrieben werden, treten in der Kühlwasserpumpe 6 kaum Kavitationen auf, so daß allein der durch die geodätische Höhe des Kühlwassersammelbehälters erzeugte Vordruck zum einwandfreien Betrieb ausreicht. Bei Generatoren mit einer Drehzahl vor η = 3000 oder η = 3600 sind jedoch in der Pumpe stärkere Kavitationserscheinungen zu erwarten. Zur Unterbindung der Kavitation muß daher der Vordruck für das aus dem Sammelbehälter zuströmende Kühlwasser durch ein Druckgaspolster auf etwa 3 atm erhöht werden. Durch diesen erhöhten Vordruck, der Kinn auch zu einem erhöhten, jedoch konstanten Druck ües aufgewärmten Kühlwassers in der Auslaßkammer 12 führt, ist eine Abdichtung dieser Auslaßkammer 12 zur benachbarten Spallwasserkammer 13 mit einer herkömmlichen berührungslosen Spaltdichtung nicht mehr ausreichend, da durch den erhöhten Vordruck eine zu große Wassermenge in die Spaltwasserkammer 13 übertreten würde, wobei dann das Kühlwasser über einen Stutzen 14 wegen des über die äußere Abschlußwellendichtung 15 einbrechenden Luftsauerstoffes einer Sauerstoff-Regeneriereinrichtung zugeführt werden muß.

Um diesen hohen Wasserübertritt und damit eine sehr groß dimensionierte Regeneriereinrichtung zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, in die Trennwand 16 zwischen Auslaßkammer 12 und Spaltwasserkammer 13 eine Schwimmringdichtung 17 einzusetzen, die im vergrößerten Maßstab in Fig. 2 gezeigt ist. Derartige Schwimmnngdichtungen weisen zwischen Schwimmring 18 und der Welle 2 einen sehr geringen Spalt 19 von etwa 0,2 mm auf. Diese Dichtung soll dabei so ausgelegt sein, daß Wellenschwingungen von mehr als 150 ^m — bedingt durch die hydrodynamischen Spaltkräfte, die mit der Drehzahl ansteigen — auch der Schwimmring 18 in Schwingung versetzt wird. Man könnte daher den Schwimmring 18 durch axiale Spannfedern festhalten. Da jedoch mit zunehmender Drehzahl die Schwingungen stärker auf den Schwimmring übertragen werden, andererseits aber der Schwimmring auch bei niedrigen Drehzahlen größeren Wellenverlagerungen folgen soll, würde eine derartige Vorspannung durch Federn keine Anpassung an die jeweilige Betriebslage ermöglichen. Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Lage des Schwimmringes durch eine Druckkrat ι stabilisiert ist, die proportional zur Drehzahl ansteigt.

Aus diesem Grunde wird der Schwimmring 18 durch axiale und gehäuseseitig dicht geführte Kolben 20 stabilisiert, die unmittelbar vom Pumpendruck bzw. vom Druck in der Hochdruckkammer 7 beaufschlagt sind, da dieser Druck proportional zur Wellendrehzahl ansteigt.

Wie insbesondere aus F i g. 2 zu ersehen ist, weist der die Welle umschließende Schwimmring 18 einen

radialen Flansch 21 auf, der nahe seinem Innendurchmesser über einen umlaufenden Vorsprung 22 an einem abnehmbaren Ringdeckel 23 des Dichtungsgehäuses anliegt. Durch diese Anordnung des umlaufenden Vorsprunges 22 ist der Schwimmring 18 axial weitgehend hydraulisch entlastet, da auf beide Seiten des Flansches 21 der gleiche Druck der Kammer 12 einwirkt. Gegen die andere Flanke des Schwimmringes drücken mehrere, in zylindrischen Kammern 24 dicht geführte Kolben 20. Diese Kammern 24 sind dabei in die Stirnseite eines Ringes 25 eingelassen, der an der radial außenliegenden Kante angrenzend an die Trennwand 16 des Kühlwasseranschlußkopfes mit dem in die axiale Bohrung 26 abdichtend eingesetzten Dichtungsgrundkörper 27 über Schrauben 28 befestigt ist. Dieser Grundkörper 27 weist nun zusammen mit dem Ring 25 eine umlaufende Hydraulikkammer 29 auf, die einerseits über Bohrungen 30 mit den Kolbenkammern 24 und andererseits über eine durch die Trennwandung 16 nach außen führende Hydraulikieitung 31 und eine Zweigleitung 32 (Fig. 1) direkt in die Druckkammer 7 der Pumpe 6 einmündet.

Über diese Verbindung mit der Pumpenkammer 7 werden die Kolben 20 stets mit einem Druck beaufschlagt, der proportional dem Pumpendruck in der Druckkammer 7 ist, d. h. mit zunehmender Drehzahl werden auch die Kolben 20 mit zunehmender Kraft gegen den Schwimmring 18 gepreßt und halten diesen /wischen den Kolben 20 und dem Gehäusering 23 derart fest, daß Wellenschwingungen von weniger als 150 ,um nicht auch den Schwimmring zu Schwingungen anregen. Diese Haltekraft ist jedoch nur so stark, daß der Schwimmring eventuell auftretenden größeren Wellen Verlagerungen sicher zu folgen vermag.

Um jedoch die Betriebssicherheit der Dichtung bei sehr kleinen Drehzahlen, wie beispielsweise beim Turnbetrieb sicherzustellen, ist an die 'Hydraulikleitung 31 noch ein weiterer Abzweig 33 zu einer Hüfspumpe 34 angeschlossen. Beide Zweigleitungen 32 und 33 sind über Ventile 35 und 36 einzeln absperrbar. Durch diese Hüfspumpe 34 kann nach Schließen des Ventils 35 auch beim Turnbetrieb eine erforderliche Anpreßkraft für die Kolben 20 und damit eine Stabilisierung des Schwimmringes 18 erreicht werden.

Um die auftretenden Wellenschwingungen messen zu können, ist neben der eigentlichen Schwimmringdichtung 17 in F i g. 2 noch ein induktiver Schwingungsmesser 37 angeordnet, der über entsprechende Meß- und Auswertgeräte zur Steuerung und Anpassung des Hydraulikdruckes für die Anpreßkraft des Schwimmringes bei Nennbetrieb herangezogen werden kann.

Mit der beschriebenen Schwimmringdichtung und ihrer Anwendung im Kühlwasseranschlußkopf eines Turbogenerators ergibt sich jedoch noch ein weiterer wesentlicher Vorteil. Durch die Verwendung einer derartigen Schwimmringdichtung in der der Kühlwasseraustrittskammer benachbarten Trennwand läßt sich eine bisher bei Spaltdichtungen erforderliche Druckreduzierkammer, die zwischen der Auslaßkammer und der eigentlichen Spaltwasserkammer angeordnet war. einsparen, so daß dadurch Kühlwasseranschlußkopf und Welle verkürzt werden können.

Die Schwimmringdichtung nach der Erfindung ist an Hand der Anwendung im Kühlwasseranschlußkopf eines Turbogenerators gezeigt. Aufbau und Anwendung dieser Dichtung sind jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können bei allen anderen Pumpen und zur Abdichtung umlaufender

Vellen verwendet werden, bei denen Schwingungen der Velle auftreten und Flüssigkeitsräume unter konstanem Überdruck gegen die Außenatmosphäre oder i^äume mit atmosphärischen Druck abgedichtet werden "nüssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schwimmringdichtung für umlaufende Weilen zur Abdichtung eines mit Flüssigkeit unter konstantem Druck gefüllten Raumes gegen einen Raum mit atmosphärischem Druck, insbesondere für Flüssigkeitspumpen, dadurch gekennzeichnet, daß der axial hydraulisch entlastete Schwimmring (18) auf seiner Rückseite zusätzlich von gehäuseseitig dicht geführten Kolben (20) beaufschlagt ist, wobei die Kolben (20) von einem Druckmittel angepreßt werden, dessen Druckhöhe proportional der Wellendrehzahl und größer als die des den Schwimmring beaufschlagenden konstanten Vordruckes ist

2. Schwimmringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckquelle für die Kolben (20) die Hochdruck-Förderkammer (7) der Flüssigkeitspumpe (6) selbst dient.

3. Schwimmringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zuschaltbare Hilfspumpe (34) als zusätzliche Druckquelle für die Kolben (20) vorgesehen ist.

4. Schwimmringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmring (18) an einem Ende einen radialen Flansch (21) aufweist, dessen eine Flanke über einen umlaufenden Vorsprung (22) an einem abnehmbaren Dichtungsgehäusering (23) anliegt und auf dessen andere Flanke mehrere, axial verschiebbar angeordnete Kolben (20) einwirken, deren Kammern (24) über eine Hydraulikleitung (31) mit der Druckquelle in Verbindung stehen.

5. Schwimmringdichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß bei Nennbetrieb der auf die Kolben (20) einwirkende Hydradikdruck zusätzlich über einen Wellenschwingungsmesser (37) in Abhängigkeit von der Schwingungshöhe regelbar ist.