DE2530757A1

DE2530757A1 - Shaft seal with thermally movable support - is divided into chambers individually sealed against surrounding housing

Info

Publication number: DE2530757A1
Application number: DE19752530757
Authority: DE
Inventors: Pierre Meylan
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-06-10
Filing date: 1975-07-10
Publication date: 1976-12-23
Also published as: CH585361A5

Abstract

The shaft seal for turbomachines comprises a stuffing box with an annular seal support (4) surrounding the shaft and supported in a stationary housing (3). The support is made of axially spaced sections with sealing bands (5) engaging the shaft. The support is free to expand or contract thermally relative to the housing. The sections form between them chambers (9) for the introduction of a buffer fluid and they are sealed from one another by sealing rings (6) between the respective sections and the housing. The sealing rings are constructed to allow axial and/or radial movement between the support and the housing.

Description

Wellendichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellendichtung, bestehend aus einem an einem Lagerbock wärmebeweglich zentrierten Stopfbüchsenkörper mit Stopfbüchsensegmenten in einem ein-oder mehrteilig ausgebildeten Stopfbüchsenmantel. Shaft seal The present invention relates to a shaft seal, Consists of a stuffing box body centered on a bearing block so that it can move in heat with stuffing box segments in a one-part or multi-part stuffing box casing.

Bei den meisten Turbomaschinen geschieht die Wellenabdichtung berührungslos mittels Labyrinthen, welche zwischen Gehäuse und Welle angeordnet werden. Diese Labyrinthe werden heute allgemein als Stopfbüchsen bezeichnet. Derartige Abdichtungen durch Drosselung eines Mediums, beispielsweise Gas oder Wasserdampf, bringen Wirkungsgradeinbussen mit sich, da die Verlustmenge, die durch die Labyrinthabdichtung entsteht, mit zunehmendem Spiel wächst und diese Verlustmenge dem Kreislauf der Turbomaschine entnommetl werden muss.In most turbo machines, the shaft sealing is contactless by means of labyrinths, which are arranged between the housing and the shaft. These Labyrinths are now commonly referred to as stuffing boxes. Such seals throttling a medium, for example gas or water vapor, results in a loss of efficiency with itself, since the amount of loss caused by the labyrinth seal increases with Play grows and this amount of loss is removed from the turbomachine cycle got to.

Um derartige Verluste für eine vorbestimmte Labyrinthlänge möglichst klein zu halten, muss das Spiel zwischen der drehenden Welle und den feststehenden Labyrinthen möglichst klein gewählt'werden. Andererseits muss dagegen das Spiel mindestens so gross sein, dass die Welle und die Labyrinthe einander nicht berühren.To avoid such losses for a predetermined length of the labyrinth as possible To keep it small, the clearance between the rotating shaft and the stationary shaft must be kept Labyrinths should be chosen to be as small as possible. On the other hand, however, the game must be at least large enough that the shaft and the labyrinths do not touch each other.

Bislang sind verschiedene Ausbildungen von Stopfbüchsen zur Anwendung gekommen. So ist beispielsweise bei einer sogenannten Niederdruck-Stopfbüchse diese an einer anderen Stelle des Gehäuses zentriert als der Lagerbock. Dadurch treten' ihm Betrieb radiale und axiale Verlagerungen der Stopfbüchse gegenüber der Welle auf, so dass von vornherein ein relativ grosses Radialspiel zwischen der Stopfbüchse (dem Labyrinth) gegenüber der Welle gewählt werden muss.So far, various designs of stuffing boxes have been used came. This is the case with a so-called low-pressure stuffing box, for example centered at a different point on the housing than the bearing block. Kick through ' him operation radial and axial displacements of the stuffing box relative to the shaft so that a relatively large radial play between the stuffing box from the outset (the labyrinth) opposite the shaft must be chosen.

Nach einer weiteren bekannten Ausführung sind die Stopfbüchsen auf dem Lagerbock zentriert, wodurch die relative Radialverlagerung zwischen Welle und Labyrinthen klein bleibt. Als eine direkte Verbindung zwischen der Stopfbüchse und dem Gehäuse wird ein biegeweicher Balg angeordnet, welcher sich den Relativbewegungen zwischen dem Gehäuse und der Stopfbüchse anpassen kann.According to a further known embodiment, the stuffing boxes are on centered on the bearing block, reducing the relative radial displacement between shaft and Maze stays small. As a direct connection between the stuffing box and A flexible bellows is arranged on the housing, which can accommodate the relative movements can adjust between the housing and the stuffing box.

Die bekannten Anordnungentvon Stopfbüchsen erlauben zwar, das Spiel zwischen derStopfbüchse und der Welle auf ein Minimum zu reduzieren, jedoch nur unter Verwendung eines biegeweichen und dichten Elementes, wie beispielsweise eines Balges, einer Membran oder eines Kompensators, wobei jedpch bei einem Äusfall eines derartigen Elementes, insbesondere des Balges; lange Stillstandzeiten der Turbogruppe auftreten.The known arrangements of stuffing boxes allow that game between the stuffing box and the shaft to a minimum, but only using a flexible and tight element, such as a Bellows, a diaphragm or a compensator, but one in the event of a failure such element, in particular the bellows; long downtimes of the turbo group appear.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung,. eine Wellendichtung für Turbomaschinen oder für Wellen oder Stangen mit Translationsbewegungen, wie sie beispielsweise bei Kolbenkompressoren vorkommen, oder für Turbolader zu schaffen, welche nur ein minimales Raialspiel der zentrierten Stopfbüchse erfordert, bi welcher ein Balg oder Kompensator nicht mehr erforderlich ist, und bei welcher sich nur eine kurze Baulänge ergibt.It is the object of the present invention. a shaft seal for Turbomachines or for shafts or rods with translational movements, like them occur, for example, in piston compressors, or to create for turbochargers, which only requires a minimal radial clearance of the centered stuffing box, which one a bellows or compensator is no longer required, and in which only results in a short overall length.

Die vorgenannte Aufgabe wirderfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen dem Stopfbüchsenkörper und dem Stopfbüchsenmantel einerseits, und einzelnen Sperrmittelkammern andererseits, Dichtringe angeordnet sind.The aforementioned object is achieved according to the invention in that between the stuffing box body and the stuffing box jacket on the one hand, and individual Locking medium chambers on the other hand, sealing rings are arranged.

Der Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ist insbesondere darin zu erblicken, dass die Stopfbüchse aus drei Elementen aufgebaut wird, und zwar einem Stopfbüchsenkörper, welcher die Stopfbüchsensegmente aufnimmt und mit dem Lagerbock wärmebeweglich zentriert ist, einem Stopfbüchsenmantel, welcher den Stopfbüchsenkörper mit Spiel umschliesst und mit dem Turbine.ngehäuse starr verbunden ist, wobei sowohl der Stopfbüc-hsenkörper, als auch der Stopfbüchsenmantel die Dichtringe tragen kann, welche eine Abdichtung zwischen dem Stopfbüchsenkörper und dem Stopfbüchsenmantel gewährleisten und dennoch eine Relativbewegung zwischen diesen beiden Elementen erlauben.The advantage of the arrangement according to the invention is in particular therein to see that the stuffing box is made up of three elements, one Stuffing box body, which receives the stuffing box segments and with the bearing block heat-movable centered, a stuffing box jacket, which the Stuffing box body encloses with play and rigidly connected to the turbine housing is, with both the stuffing box body and the stuffing box jacket being the sealing rings can carry which a seal between the gland body and the gland shell ensure and still a relative movement between these two elements allow.

Gemäss einer bevorzugten Ausbildungsform sind die Dichtringe mehrteilig ausgebildet und selbst federnd und/oder mit Andrückfedern versehen.According to a preferred embodiment, the sealing rings are in several parts designed and self-resilient and / or provided with pressure springs.

Durch die mehrteilige Ausbildung der Dichtringe sowie der in bekannter Weise ebenfalls zwei- oder mehrteiligen Ausführung der Stopfbüchsenkörper und des Stopfbüchsenmantels ist eine Montage und Demontage jederzeit ohne Schwierigkeiten oder Verzögerungen möglich, d.h. die Stillstandzeiten der Turbomaschine können wesentaich abgekürzt werden. Weiterhin kann durch die Verwendung der erfindungsgemässen Stopfbüchse die Baulänge der Turbomaschine gegenüber den mit einem Balg versehenen Ausführungen wesentlich verkürzt werden und die Zusatzverluste, welche durch die Dichtringe entstehen, sind im Vergleich zu denjenigen der berührungslosen Labyrinthdichtungen ausserordentlich gering. Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, dass der Innendurchmesser des Stopfbüchseflmantels sehr klein gewählt werden kann, ohne Rücksicht auf den Kupplungsdurchmesser. Daher sind auch die Kräfte, welche durch die Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsmedium und beispielsweise der Atmosphäre über den Stopfbüchsenkörper auf den Lagerbock einwirken, wesentlich geringer als bei den bekannten Ausführungen mit Kompensatoren. Daher ist die erfindungsgemässe Welendichtung auch für Höchstdrücke geeignet.Due to the multi-part design of the sealing rings and the well-known Way also two- or multi-part design of the stuffing box body and the Stuffing box jacket can be assembled and disassembled at any time without difficulty or delays are possible, i.e. the downtimes of the turbo machine can be significant be abbreviated. Furthermore, by using the stuffing box according to the invention the overall length of the turbomachine compared to the versions with bellows can be significantly shortened and the additional losses caused by the sealing rings are extraordinary compared to those of the non-contact labyrinth seals small amount. Another advantage is that the inside diameter of the Stuffing box jacket very much small can be chosen without consideration on the coupling diameter. Hence the forces created by the pressure difference between the working medium and, for example, the atmosphere via the stuffing box body act on the bearing block, much less than in the known designs with compensators. The shaft seal according to the invention is therefore also suitable for maximum pressures suitable.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Schnitt durch eine Wellendichtung dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is shown as a section represented by a shaft seal.

Es ist mit 1 eine Turbinenwelle bezeichnet, welche in (nicht, dargestellten) Lagern gelagert ist, wobei die Lager in einem Lagerbock 10 angeordnet sind. Aus einem Stopfbüchsenmantel 3, einem Stopfbüchsenkörper 4, welcher einzelne Stopfbüchsensegmente 5 trägt, sowie Dichtringen 6 wird eine Stopfbüchse gebildet.' Dabei ist d,er Stopfbüchsenmantel 3 so angeordnet, dass er an einem stillstehenden Turbinenteil 2, beispielsweise einem Turbinengehäuse oder einem (nicht dargestellten) Leit-' schaufelträger befestigt ist. Die Stopfbüchsensegmente 5 dichten einerseits gegenüber der Welle einen Raum niederen Druckes 8 gegenüber einem Raum höheren Druckes 7 ab,>und andererseits Sperrmittelräume 9 gegeneinander. Durch Sperrmittelkanäle im Stopfbüchsenmantel 3 wird Sperrmittel, beispielsweise Sperrdampf in die Sperrmlttelräume 9 ein- bzw. aus. den Sperrmittelräumen 9 abgeleitet. Der Stopfbüchsenmantel 3, sowie der Stopfbüchsenkörper 4 sind mehrteilig ausgeführt. Die Trennfugen sind vorzugsweise durch Flanschverschr?aubungen zusammengehalten.It is designated with 1 a turbine shaft, which in (not shown) Storage is stored, the bearings being arranged in a bearing block 10. the end a stuffing box casing 3, a stuffing box body 4, which individual stuffing box segments 5 carries, as well as sealing rings 6 a stuffing box is formed. Here is the stuffing box jacket 3 arranged so that it is on a stationary turbine part 2, for example a turbine housing or a (not shown) guide vane 'attached is. On the one hand, the stuffing box segments 5 seal a space with respect to the shaft lower pressure 8 compared to a space of higher pressure 7,> and on the other hand Locking medium spaces 9 against each other. Through blocking medium channels in the stuffing box casing 3, sealing means, for example sealing steam, are introduced into or into the blocking medium spaces 9. the end. the barrier rooms 9 derived. The stuffing box jacket 3 and the stuffing box body 4 are made in several parts. The parting lines are preferably held together by flange screw connections.

Zwischen den Stopfbüchsenkdrper 4 und- dem Stopfbüchsenmantel 3 sind die Dichtringe 6 angeordnet. Die Dichtringe 6 gewährleisten eine axiale und/oder radiale Bewegung zwischen dem Stopfbüchsenmantel 3 und dem Stopfbüchsenkörper 4, wobei die einzelnen Räume 7,8,9 gegeneinander abgedichtet werden. Sowohl der Stopfbüchsenkörper 4, als auch der Stopfbüchsenmantel 3 und die Dichtringe 6 sind vorzugsweSse zwei- oder mehrteilig ausgeführt, so dass eine leichte Montierbarkeit ermöglicht wird.Between the stuffing box body 4 and the stuffing box jacket 3 are the sealing rings 6 arranged. The sealing rings 6 ensure an axial and / or radial movement between the stuffing box jacket 3 and the stuffing box body 4, whereby the individual rooms 7,8,9 are sealed against each other. Both the stuffing box body 4, as well as the stuffing box jacket 3 and the sealing rings 6 are preferably two or designed in several parts, so that easy assembly is made possible.

Die vorbeschriebene Wellenabdichtung ist auf die Verwendung in Turbomaschinen nicht beschränkt. Sie könnte gleichermassen zur Abdichtung von Wellen oder Stangen mit'Translationsbewegungen verwendet werden, wie sie beispielsweise in Kolbenkompressoren erforderlich sind, wo eine Berührungsfreiheit zwischen Kolben, Kolbenstange und Gehäuse notwendig ist.The shaft seal described above is for use in turbo machines not restricted. They could also be used to seal shafts or rods mit'Translationsbewegung are used, such as those used in reciprocating compressors are required where there is no contact between the piston, piston rod and Housing is necessary.

Claims

Shaft seal, consisting of a heat movable on a bearing block centered stuffing box body with stuffing box segments and a one-part or multi-part trained stuffing box casing, characterized in that between the stuffing box body (4) and the stuffing box casing (3) on the one hand and individual locking means spaces (9) on the other hand sealing rings (6) are arranged.

2. Shaft seal according to claim 1, characterized in that the Sealing rings (6) are constructed in several parts.

3. Shaft seal according to claim 1, characterized in that the Sealing rings (6) are self-resilient and / or provided with pressure springs.

L e r s e i t e