DE2462465C3

DE2462465C3 -

Info

Publication number: DE2462465C3
Application number: DE19742462465
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. Ambrosch; Rudolf Dipl.-Ing. Schwaebel
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Energie GmbH
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1980-03-06
Also published as: DE2462465B2; DE2462465A1

Description

Um die Stabilitätsgrenze thermischer Turbomaschinen zu erhöhen, ist es bekannt, durch eine steifere Ausbildung des gefährdeten Läufers dessen kritische Drehzahl anzuheben. Dies führt aber zu größeren Durchmessern an den Dichtungsstellen und, daraus folgend, zu einer Verringerung des inneren Wirkungsgrades.

Es ist ferner bekannt, die Stabilitätsgrenze eines Verdichters auf eine andere Weise als durch eine steifere Ausbildung des Läufers zu erhöhen, und zwar dadurch, daß ein oder mehrere luftgeschmierte Hilfstraglager vorgesehen sind. Diese Lösung ist jedoch relativ teuer, bedingt eine größere Baulänge des Verdichters sowie zusätzliche Verluste (DD-PS 34 504).

Es ist außerdem aus »BBC-Nachrichten«, 1973, Heft 12, Seite 398 bekannt, daß die Spaltströme in Stopfbuchsen und Labyrinthen eine der Spalterregung verwandte Erregung erzeugen können. In der genannten Literaturstelle ist darauf hingewiesen, daß die Kenntnisse über diese Erregung noch unbefriedigend sind, daß aber ihr Einfluß auf die Stabilitätsgrenze bei hochtourigen Verdichtern von Bedeutung sein kann.

Indessen haben Versuche an Dampfturbinen gezeigt, daß auch aus dem Druckverlauf der Strömung in berührungsfreien Dichtungen — wobei auch echte Labyrinthdichtungen zur Anwendung kamen - nicht unerhebliche eigenschwingungsanregende Kräfte zu erwarten sind. So betrug die Intensität der Erregung aus der Druckverteilung maximal bis zum Zweifachen der Erregung aus dem sog. Spaltverlust, bei dem die schwingungsanfachende Querkraft aus der Resultierenden der bei exzentrischer Rotorlage infolge ungleichförmiger Spaltverluste veränderlichen Umfangskraft einer Turbinenstufe entsteht — Es ist daher anzunehmen, daß auch bei Verdichtern mit nicht unerheblichen schwingungsanregenden Kräften aus dem (über den Umfang unterschiedlichen) Druckverlauf der Strömung in berührungsfreien Dichtungen zu rechnen ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei die Erhöhung der Stabilitätsgrenze auf andere

ι ο Weise als durch eine steifere (stärkere) Ausbildung des Läufers erreicht werden soll; insbesondere soll die erfindungsgemäße Einrichtung keinen negativen Einfluß auf den Durchmesser an den Dichtungsstellen haben und auch nicht zu einer Verringerung des inneren

η Verdichterwirkungsgrades führen.

Die Erfindung baut auf der grundlegenden Oberlegung auf, daß die Stabilitätsgrenze eines schwingungsfähigen Systems dadurch erhöht werden kann, daß man die schwingungsanregenden Kräfte vermindert und/

in oder die schwingungsmindernden Kräfte erhöht

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß vor und/oder im Spaltbereich der Dichtungen eine im Drehsinn des Schwingungsvektors der Eigenschwingung positiv zu definierende Umfangs- > komponente der Spaltströmung entsprechend vermindernde bzw. eine entgegen dem Drehsinn des Schwingungsvektors positiv zu definierende Umfangskomponente entsprechend erhöhende strömungsleitende Bauteile wie Umlenkbleche, Rippen, Profile, Kanäle

so od. dgl. vorgesehen sind, bzw. daß — gemäß Nebenanspruch 2 — vor und/oder im Spaltbereich der Dichtungen mündende, mit einer Sperr- oder Mischmedium liefernden Quelle verbundene Zuführungen vorgesehen sind, derart, daß durch das mit geringer,

π ohne oder mit negativer Umfangskomponente eingeleitete Sperr- oder Mischmedium eine im Drehsinn des Schwingungsvektors der Eigenschwingung positiv zu definierende Umfangskomponente der Spaltströmung entsprechend vermindert bzw. eine entgegen dem

-ui Drehsinn des Schwingungsvektors positiv zu definierende Umfangskomponente entsprechend erhöht wird.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird insbesondere der Vorteil erreicht, daß sich — im Vergleich zur Erhöhung der dynamischen Grenzlei-4^r> stung durch steifere Läuferausbildung — ein geringerer Durchmesser an den Dichtungsstellen und, daraus folgend, ein höherer Wirkungsgrad ergibt. Hinzu kommt, daß bei nachträglicher Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen kein neuer Läufer

w erforderlich wird und keine solchen kostspieligen Änderungsmaßnahmen, wie sie sich durch die Durchmesservergrößerung bei der bekannten Lösung ergeben, an den nicht rotierenden Teilen anfallen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der

w erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. la einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Läuferachse eines Axialverdichters mit strömungsleitenden Bauteilen vor den Dichtungskammern,

*>n Fig. Ib einen Schnitt gemäß der Linie I-I nach F i g. 1 a,

F i g. 2 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Läuferachse eines Axialverdichters mit strömungsleitenden Bauteilen in Dichtungskammern,

*^r< F i g. 3a einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Läuferachse mit gewindeartiger Eintrittspartie der Dichtung,
Fig. 3b einen Schnitt gemäß der Linie A-A nach

Fig. 3a,

Fig.4a einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Läuferachse mit Beeinflussung der Spaltströmungsumfangskomponente durch Beimischung von Strömungsmedium und

Fig.4b einen Schnitt gemäß der Linie B-B nach Fig. 4a.

In dem Spalt 1 zwischen einer festen Gehäusewand 2 und dem Deckband 3 eines auf der Welle eines Läufers eines Axialverdichters befestigten Laufrades 4 ist eine berühnuigsfreie Dichtung 5 in Form einer bekannten Labyrinthdichtung mit Dichtungskammern angeordnet

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. la, Ib und 2 sind im Spaltbereich, vor (F i g. 1) oder in (F i g. 2) den Dichtungen 5, strömungsleitende Bauteile, die Umlenkbleche 6, Rippen, Profile, Kanäle od. dgl. sein können, angeordnet Die strömungsleitenden Bauteile sind hier über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet Die strömungsleitenden Bauteile sind so angeordnet und ausgebildet, daß die mittlere Umfangskomponente entsprechend verringert ist, falls die Umfangskomponente im Drehsinn des Schwingungsvektors der Eigenschwingungen positiv definiert wird.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 3a, 3b sind die strömungsleitenden Bauteile in Form der gewindeartigen Eintrittspartie 7 der Dichtung verwirk-

licht Das Gewinde erstreckt sich gleichmäßig über den Umfang.

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig.4a, 4b erfolgt die Beeinflussung der Umfangskomponente der Spaltströmung durch Beimischung von Gas, das auch Sperrgas sein kann, mit den aus Impulsgründen dafür notwendigen Geschwindigkeiten und Gegendrehungen. Das Gas (bzw. Sperrgas) wird über entsprechende, gleichmäßig am Umfang verteilte Zuführungen in Form von Kanälen 8 in den Spaltbereich vor oder in den Dichtungen 5 zugeführt

Die der Erhöhung der dynamischen Grenzleistung dienenden vorbeschriebenen Maßnahmen kann man auch miteinander kombinieren.

Desgleichen kann man die dargestellten Einrichtungen auch den Dichtungen im Spalt zwischen der Läuferwelle und dem Leitapparat zuordnen.

Vorzugsweise sind die strömungsleitenden Bauteile bzw. Zuführungen für das Gas den Dichtungen zugeordnet, die dem Schwingungsbauch der Läuferschwingung am nächsten liegen.

Bei anisotroper Lagerung des Läufers kann der Einsatz der vorbeschriebenen Maßnahmen (strömungsleitende Bauteile und dergleichen) im Bereich des größten Schwingungsausschlages konzentriert sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum dynamischen Stabilisieren des Läufers eines hochtourigen Verdichters mit in Spalten zwischen umlaufenden und feststehenden Bauteilen angeordneten, berührungsfreien Dichtungen, gekennzeichnet durch vor und/oder im Spaltbereich der Dichtungen (5) vorgesehene, eine im Drehsinn des Schwingungsvektors der Eigenschwingung positiv zu definierende Umfangskomponente der Spaltströmung entsprechend vermindernde bzw. eine entgegen dem Drehsinn des Schwingungsvektors positiv zu definierende Umfangskomponente entsprechend erhöhende, strömungsleitende Bauteile wie Umlenkbleche (6), Rippen, Profile (7), Kanäle od. dgL

2. Einrichtung zum dynamischen Stabilisieren des Läufers eines hochtourigen Verdichters mit in Spalten zwischen umlaufenden und feststehenden Bauteilen angeordneten, berührungsfreien Dichtungen, gekennzeichnet durch vor und/oder im Spaltbereich der Dichtungen (5) mündende, mit einer Sperr- oder Mischmedium liefernden Quelle verbundene Zuführungen (8), derart daß durch das mit geringer, ohne oder mit negativer Umfangskomponente eingeleitete Sperr- oder Mischmedium eine im Drehsinn des Schwingungsvektors der Eigenschwingung positiv zu definierende Umfangskomponente der Spaltströmung entsprechend vermindert bzw. eine entgegen dem Drehsinn des Schwingungsvektors positiv zu definierende Umfangskomponente entsprechend erhöht wird.