DE2554217C3

DE2554217C3 - Hydrostatische Dichtung zwischen einem rotierenden Teil und einem feststehenden Teil einer flüssigkeitsdurchströmten Maschine, insbesondere Wasserturbine

Info

Publication number: DE2554217C3
Application number: DE2554217A
Authority: DE
Inventors: Helmut Zürich Lehmann; Helmut Niederrohrdorf Miller
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1981-03-19
Also published as: DE2554217B2; CA1064538A; SE7609543L; BR7605655A; AU516030B2; NO149118C; AR210151A1; DE2554217A1; AU1724176A; US4118040A; YU206776A; FR2322313B1; BE845588A; ATA914875A; PT65483A; CH598514A5; JPS5728027B2; SE423437B; IN145973B; GB1563719A

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Dichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Dichtung ist für Maschinen bestimmt, bei denen die Dichtflächen auf einem großen Radius liegen, z. B. 2 bis 5 m, und die Relativgeschwindigl'zit zwischen feststehendem Teil und rotierendem Teil bis zu 150 m/sek betragen kann.

Bei einer aus der DE-OS 2134 964 bekannten Dichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art besteht der Dichtkörper aus einer einstückigen, ringförmigen Scheibe, die über einen einzigen Federbalg oder zwei zueinander konzentrische Federbälge am feststehenden Teil axial abgestützt ist Die einstückige Ausbildung des Dichtkörpers hat den Nachteil, daß die am rotierenden Teil befindliche Dichtfläche sehr genau und fein bearbeitet sein muß, wenn die Dichtung gut funktionieren solL Es dürfen allenfalls Unebenheiten bis zur halben Größe der Spaltweite zugelassen werden, die 0,05 bis 0,1 mm betragen kann. Die bekannte Dichtung eignet sich deshalb in erster Linie für Maschinen, in denen auf einem relativ kleinen Durchmesser abgedichtet wird, denn die für einstückige Dichtringe notwendige genaue Bearbeitung ist für Dichtdurchmesser von dem eingangs erwähnten Größenbereich wirtschaftlich nicht durchführbar. Das gleiche gilt für den einstückigen Dichtkörper einer hydrostatischen Dichtung nach der DE-OS 21 30 717. bei der die Druckkraft zum Andrücken des

y Dichtkörpers vom Sperrmedium aufgebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die hydrostatische Dichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß an die Bearbeitungsgenauigkeit der Dichtfläche am rotierenden Teil wenig hohe Ansprüche gestellt werden müssen, so daß damit die Herstellung der hydrostatischen Dichtung wesentlich verbilligt wird.

und zwar sowohl was die Fertigung, als auch was die Montage der Dichtung anbelangt

Diese Autgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Diese Gestaltung der hydrostatischen Dichtung erlaubt es, die übliche Bearbeitungsgenauigkeit für die Fertigung anzuwenden, da sich jedes Teilstück des Dichtkörpers unter Wahrung der eingestellten Spaltweite stets an Unebenheiten der Dichtfläche des rotierenden Teils anpassen kann. Solche Unebenheiten können z. B. in Bearbeitungsungenauigkeiten liegen, deren Größe 1 bis 2 mm betragen kann, also 1 bis

2 Zehnerpotenzen größer als die Spaltweite. Solche »Unebenheiten« können aber auch dadurch bedingt sein, daß die Dichtfläche des rotierenden Teils sich während des Betriebes in Richtung auf die Druckkammern des Dichtkörpers verschiebt oder etwas taumelt; solche Abweichungen von der idealen Dichtfläche können sich die einzelnen Teilstücke des Dichtkörpers jederzeit anpassen, ohne daß dadurch die Funktion der hydrostatischen Dichtung gestört würde. Außer der Fertigung wird auch der Aufwand für die Montage der Dichtung herabgesetzt, da auch hier die Ansprüche an die Genauigkeit der Montage geringer sind.

Aus der CH-PS 4 39 897 ist eine Stopfbüchspackung bekannt, die für die Kolbenstange eines Trockenlauf verdichters bestimmt ist und die mehrere Paare von die Kolbenstange berührenden Dichtringen aufweist Jedes Dichtringpaar ist in einer Kammer untergebracht, die mit Leckgas gefüllt ist, dessen Druck, vom KompressioMsraum des Verdichters aus gesehen, von Kammer zu Kammer abnimmt Jedes Dichtringpaar besteht aus drei radial geteilten und drei tangential geteilten Ringsegmenten, wobei diese Ringsegmente je Ring mi' :els einer ringförmigen Schraubenfeder zusammengehalten werden. Die Teilfugen zwischen den Ringsegmenten beider Ringe weisen Spiel auf, damit die auf der Kolbenstange gleitenden Segmente entsprechend ihrer Abnützung nachrutschen können. Außerdem können die Ringsegmente mit von außen nach innen gerichteten Drosselkanälen versehen sein, die in eine in der Berührungsfläche des Segmentes befindliche Drucktasche münden und durch die Leckgas aus der betreffenden Kammer zur Berührungsfläche des Segmentes mit eier Kolbenstange gelangt Durch diese Drosselkanäle sollen die Segmente etwas entlastet werden, um die Abnutzungsrate zu verringern, ohne daß dabei jedoch die Berührung ganz aufgehoben wird. Dies tritt auch wegen des gegenüber dem Druck im Kompressionsraum geringeren Leckgasdruckes nicht ein. Bei der erfindungsgemäßen hydrostatischen Dichtung verhindert die Sperrflüssig¹ eit ein Eintreten von Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum der Maschine in die Dichtung. Außerdem fehlt bei den bekannten Ringsegmenten die für die erfindungsgemäße hydrostatische Dichtung wesentliche nachgiebige Verbindung und Abstützung der Teilstücke des ringförmigen Dichtkörpers.

Für Regenerativ-Wärmeübertrager ist es aus der DE-PS 8 90 964 bekannt zwischen dem rotierenden Wärmeübertragerteil und dem feststehenden Gehäuseteil mehrere über den Umfang verteilte Dichtelemente vorzusehen. Die Dichteirmente sind in einer Ringnut des Gehäuseteils geführt und liegen mit ihrer Dichtfläche gleiten«⁴ an dem rotierenden Teil an. Das Andrücken der Dichtelemente geschieht einerseits durch auf ihrer Rückseite angeordnete Federn und andererseits durch Hochdruckarbeitsn/ittel aus dem Wärmeübertrager, das durch je einen von der Dichtfläche des Dichtelementes ausgehenden Sickerdurchlaß auf die Rückseite des Dichtelementes geleitet wird. Um das Entweichen dieses Hochdruckarbeitsmittels zwischen den Dichtelementen und dem feststehenden Teil zu vermeiden, weisen die Dichtelemente in ihren Führungsflächen Nuten auf, in denen federbelastete Dichtleisten angeordnet sind, die sich an die Gegenfläche im feststehenden Teil anlegen. Auch zwischen benachbarten Dichtelementen sind Dichtungen vorgesehen. Die für die erfindungsgemäße hydrostatische Dichtung wesentliche nachgiebige Verbindung und Abstützung der Teilstücke des Dichtkörpers fehlt bei den Dichtelementen der bekannten Dichtung.

Das gleiche gilt auch für die aus der US-PS 30 93 380 bekannten Dichtung, die einen in einem Gehäuse angeordneten Dichtring aufweist, der aus gesintertem Metall besteht Der Ring umgibt eine Welle oder Stange und bildet außer dem Dichtspalt mit der Welle oder Stange einen Dichtspalt zwischen einer seiner beiden Stirnflächen und der benachbarten Wandfläche des umgebenden Gehäuses. Der Dichtring kann radial ίο unterteilt sein, wobei die so gebildeten Ringsegmente über Gummistücke elastisch miteinander verbunden sind, so daß sich der Umfang des Dichtungsringes im Betrieb verändern kann.

Aus der GB-PS 8 39 880 ist eine Dichtung bekannt, die einen einstückigen Ring aufweist, der im feststehenden Teil axial geführt ist und mit seiner Dichtfläche am rotierenden Teil gleitet Ober mehrere Bohrungen des Dichtringes wird der Dichtfläche Dichtöl ungedrosselt zugeführt. Der Dichtring weist außerdem einen Flansch auf, dessen Umfangsfläche im feststehenden Teil dicht geführt ist Auf der dem Arbeitsraem abgewendeten Seite des Flansches ist zwischen dieser und dem feststehenden Teil ein Druckraum gebildet dem Druckmittel zugeführt wird, das die Andrückkr^ft des Dichtringes bewirkt Der Druck des Druckmittels und damit uie Andrückkraft werden abhängig von der Drehzahl des rotierenden Teils geregelt, um auch bei kleinen Drehzahlen, wie sie beim Anfahren der Maschine auftreten können, eine gute Abdichtung zu erreichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Dichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen vertikalen Schnitt durch den unteren Teil einer hydrostatischen Dichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Teil eines Dichtungssegmentes entsprechend der Linie H-II in F i g. 1,
F i g. 3 ein Diagramm,

F i g. 4a bis 4c schematisch den Querschnitt des Dichtungskörpers gemäß F i g. 1 mit. darauf wirkenden Kräften und Momenten,

F i g. 5 in perspektivischer Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform des Dichtkörpers nach F i g. 1,

F i g. 6 einen vertikalen Schnitt durch den unteren Teil einer weiteren Ausführungsform der Dichtung,

F i g. 7 ein Diagramm zur Dichtung gemäß F i g. 6,

F ι g. 8 einen vertikalen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung,

Fig.9 einen vertikalen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung,

Fig. 10 eine abgewandelte Einzelheit zur Dichtung ruch i- i g. 9 und
F i g. 11 eine Ansicht des Dichtkörpers nach Fig.?.

Gemäß F i g. 1 ist mit 401 ein rotierender Teil, z. B. der Läufer einer Wasserturbine, und mit 403 ein feststehender Teil, z. B. das Gehäuse der Wasserturbine bezeichnet. Die n'^ht dargestellte Rotationsachse des rotierenden Teils 401 befindet sich in Fig. I oberhalb der Teile 401 und 403. Im feststehenden Teil 403 ist eine abgesetzte Ringnut 404 vorgesehen, die sicii konzentrisch zur Rotationsachse durch den Teil 403 erstreckt. In der Ringnut 404 ist ein radial unterteilter Dichtkörper 405 in axialer Richtig geführt, der mit seiner in Fig. 1 linken Stirnfläche zwei zur Rotationsachse konzentrische Dichtflächen 414 und 415 bildet, die mit einer am rotierenden Teil 401 befindlichen Dichtfläche 402

berührungslos zusammenwirken. In F i g. I befindet sich also oberhalb der Dichtfläche 414 ein Raum 406, in dem ein höherer Druck herrscht als in dem Raum 407, der sich in Fig. I unterhalb der Dichtfläche 415 befindet und z. B. mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die <, Unterteilung des Dichtkörpers 405 ist ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.5 und dort näher beschrieben.

In der Ringnut 404 ist in F i g. 1 rechts vom Dichtkörper 405 ein Verteilraum 409 für ein Sperrmedi- ι ο um vorgesehen, das zugleich als Druckmedium dient und über eine Bohrung 408 im feststehenden Teil 403 dem Verteilraum 409 zugeführt wird. Der Dichtkörper

405 weist axiale Bohrungen 419 auf, die mit je einer düsenartigen Verengung 411 als Drosselstelle versehen r. sind, von denen je zwei in eine Druckkammer 412 münden. Die einzelnen Druckkammern 412 sind in der in F i g. 1 linken Stirnfläche des Dichtkörpers 405 ausgebildet. Wie F i g. 2 Zeigt, äii'nj die ciriiciiicii Druckkammern 412 durch zwischen ihnen angeordnete Stege 413 unterteilt und über den Umfang des Dichtkörpers 405 gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Stege erstrecken sich von der Ebene der Dichtflächen 414 und 415 aus in axialer Richtung über die ganze Tiefe der Druckkammer 412. >·-,

Mit 416 und 417 sind Lippendichtungen bezeichnet, die am feststehenden Teil 403 befestigt sind und mit ihren Lippen am Dichtkörper 405 anliegen, so daß kein Medium aus den Räumen 406 und 407 in die Nut 404 gelangen kann.

Außer den Lippendichtungen 416 und 417 sind noch Dichtungen 424, 425, 426, 427 und 428, z. B. O-Ringe, vorgesehen, die in entsprechenden Nuten des Dichtkörpers 405 eingelassen sind und an der Wand der Nut 404 anliegen. Der Dichtkörper 405 ist wie die Nut 404 mit einem Absatz versehen, so daß dazwischen oberhalb des Dichtkörpers 405 ein Raum 430 und unterhalb des Dichtkörpers ein Raum 432 gebildet wird. Diese beiden Räume sind durch Bohrungen 431 miteinander verbunden. Der Raum 432 ist über eine Leckleitung 433 mit dem Raum 407 oder mit Atmosphäre verbunden.

Zwischen den Dichtungen 424 und 425 existiert ein schmaler Spaltraum 429, der über eine Bohrung 440 mit der Bohrung 419 vor der Drosseldüse 411 verbunden ist, so daß im Spaltraum 429 auch der Druck des Sperrmediums im Verteilraum 409 wirkt.

Die berührungslose Dichtung wirkt wie folgt: Durch das dem Verteilraum 409 zugeführte Druck- und Sperrmedium, z. B. gefiltertes Wasser, wird der Dichtkörper 405 in Richtung gegen die Dichtfläche 402 des so rotierenden Teils 4^1 gedrückt. Über die Bohrungen 419 gelangt das Medium aus dem Verteilraum 409 auch zu den Drosselbohrungen 411 und von dort in die einzelnen Druckkammern 412, Der Druck des Druck- und Sperrmediums wird auf nicht dargestellte, bekannte Weise in Abhängigkeit vom Druck im Raum 406 geregelt Der Raum 407 kann als mit der Atmosphäre verbunden betrachtet werden. Wird der Druck im Raum

406 als konstant vorausgesetzt, so ist auch der Druck des Mediums im Verteilraum 409 infolge der erwähnten Regelung konstant d. h. der Dichtkörper 405 wird mit einer konstanten Kraft in F i g. 1 nach links verschoben, so daß die Spalte zwischen den Dichtflächen enger werden. Diese konstante Kraft ist im Diagramm gemäß Fig.3 durch die Gerade 20 dargestellt Das mit konstantem Druck zugeführte Sperrmedium gelangt über die Drosselbohrungen 411 in die einzelnen Druckkammern 412, von wo aus das Sperrmedium über die Spalte zwischen den Dichtflächen 402 und 414 bzw. 415 in die Räume 406 bzw.407 entweicht.

Hierdurch ist also vermieden, daß eventuell mit Sand verunreinigtes Wasser aus dem Raum 406 in den Raum 407 gelangen kann. Das Sperrmedium baut in den einzelnen Druckkammern 412 und in den beiden Dichtspalten einen Gegendruck auf und damit auch eine Gegenkraft, deren Verlauf über der Spaltweite in F i g. 3 durch die Kurve 21 dargestellt ist und die somit von der Spaltweite abhängig ist Bei großer Spaltweite fließt mehr Sperrmedium aus den Druckkammern 412 über die Dichtspalte ab, so daß der Druckabfall in den Drosselbohrungen 411 groß ist. Da voraussetzungsgemäß der Druck im Verteilraum 409 durch die Regelung konstant gehalten wird, sinkt der Druck in den Druckkammern 412 mit größerwerdendem Spalt ab und steigt mit kleinerwerdendem Spalt an. Es stellt sich somit bei einem Drwk 22 (Schnittpunkt der Kurven 20

UIIU Al/ 1.1111. atdt/fll. O».».llgfc f, ».IlliJlllgt. JWVd kJVgllfl.ll

tes des Dichtkörpers 405 mit einer bestimmten Spaltweite ein. Durch entsprechendes Dimensionieren der radialen Breite der Dichtflächen 414 und 415, der Länge der einzelnen Druckkammern 412 in Umfangsrichtung und der Drosselbohrungen 411 kann die der stabilen Gleichgewichtslage zugehörende Spaltweite auf ein gewünschtes kleines Maß gebracht werden.

Mit der oben beschriebenen Anordnung der Dichtungen 424 v.'.s 428 wird erreicht daß der Dichtkörper 405 in der Ringnut 404 quasi schwimmt, so daß alle Dichtungen 424 bis 428 kräftefrei sind und somit einem Gleiten des Dichtkörpers 405 in der Nut keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzen.

Die Lage der Dichtungen 424 bis 428 wird so festgelegt daß der Dichtungskörper 405 kräfte- und momentenmäßig im Gleichgewicht ist wie dies in F i g. 4a bis 4c dargestellt ist Gemäß F i g. 4a wirken auf die beiden Stirnflächen des Dichtungskörpers 405 jeweils der Druck des Sperrmediums mal der Fläche. Auf die untere Begrenzungsfläche des Dichtkörpers 405 wirken gemäß Fig.4b ebenfalls der Druck des Sperrmediums mal die entsprechenden Flächen und auf die obere Begrenzungsfläche rechts der Dichtung 427 der Druck des Sperrmediums mal der entsprechenden Fläche und links der Dichtung 428 der Druck des Mediums im Raum 406 mai der entsprechenden Fläche. In Fig.4c ist die Momentengleichgewichtsbedingung um den Punkt O wiedergegeben, d.h. die Größen »Druck« mal »Fläche« mal »Hebelarm«. Als Drücke sind dabei nur die Oberdrücke gegenüber Atmosphäre eingesetzt

Bei der Bestimmung der Lage der Dichtungen 42^ bis 428 kann, insbesondere bei größeren Maschinen, eine Korrektur notwendig sein, die sich durch geodätisch bedingte Druckunterschiede zwischen dem unteren und oberen Teil der betreffenden Dichtung ergeben.

e Dichtung nach Fig. 1 und 2 hat den besonderen Vorteil, daß sie eine relativ große axiale Verschiebung des rotierenden Teils 401 zuläßt Die Größe dieser Verschiebung ist in F i g. 1 mit dem doppelten Pfeil 421 bezeichnet Die Lage der der Dichtfläche 402 am nächsten befindlichen Dichtung 424 sowie die Tiefe der Räume 430 und 432 sind dabei so zu wählen, daß beim Verschieben des Dichtkörpers 405 weder die Dichtung 424 die Ringnut 404 verläßt, noch der Dichtkörper 405 an den die Räume 430 und 432 begrenzenden Absatz im feststehenden Teil 403 anstößt.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist der Dichtkörper 605 aus mehreren geraden Teilstücken 655

zu einem Körper in Form eines Polygons zusammengesetzt. Die einzelnen Druckkammern 612 des Dichtkörpers 605 entsprechen entweder einem Teilstück 655. oder es können auch mehrere Druckkammern einem Teilstück 655 zugeordnet sein. An den Enden sind die itilstücke 655 über keilförmige elastische Zwischenstufe 656 miteinander verbunden. Die keilförmigen Stücke 656 können z. B. aus Gummi bestehen und mit den Teilstücken 655 durch Vulkanisation verbunden sein. Hierdurch ergibt sich eine besonders biegeweiche Ausführungsform des Dichtkörpers 605, so daß er sich sehr gut unter Einhaltung des gewünschten Spaltes an Abweichungen der Dichtfläche am rotierenden Teil anpassen kann.

Wenn die gerade Länge eines Tcilstückes 655 zu groß wird, kann dieses selbst nochmals unterteilt werden. Diese einzelnen Stücke werden dann zu jeweils einem 'i'uiKiÜL'k /.u&auiiiiL-iigebaui, indem sie über Löcher 663 und unter Zwischenschaltung einer Flachdichtung 665 durch nicht dargestellte Schrauben verbunden werden. Die Schrauben sind durch die rechteckigen Aussparungen 631 zugänglich. Zwischen den Aussparungen 631 erstrecken sich die Zuführbohrungen 610 für das Sperrmedium. Im Bereich der Trennfuge sind die einzelnen Stücke noch durch in der betreffenden Druckkammer 612 vorgesehene Laschen 664 miteinander verbunden.

Gemäß Fig. 6 ist der rotierende Teil mit 901 und seine Dichtfläche mit 902 bezeichnet. Im feststehenden T..I 903 ist der in Segmente unterteilte Dichtkörper 905 angeordnet, dem über eine flexible Leitung 908 das Sperrmedium zugeführt wird. Vom Verteilraum 909 im Dichtkörper 905 führen Drosselbohrungen 911 zu den einzelnen über den Umfang verteilten Druckkammern 912. Der Dichtkörper 905 weist in diesem Fall drei zur Rotationsachse konzentrische Dichtflächen 914, 915 und 915' auf, wobei die Druckkammern 912 zwischen den Dichtflächen 914 und 915 und weitere Druckkammern 912', ebenfalls über den Umfang des Dichtkörpers verteilt, zwischen den Dichtflächen 915 und 915' liegen. Die Druckkammern 912' sind iedoch nicht über pinene Drosselslellen direkt mit dem Verteilraum 909 verbunden. Zwischen den Begrenzungsflächen der Ringnut 904 und dem Dichtkörper 905 sind zwei in Unifangsrichtung verlaufende elastische Schläuche 946 und 947 vorgesehen, die mit einem Druckmittel gefüllt sind. Diese Schläuche 946 und 947 bewirken eine Bewegung des Dichtkörpers 905 in Richtung auf die Dichtfläche 902 am rotierenden Teil 901. Außerdem übernehmen diese Schläuche die Abdichtfunktion zwischen der Ringnut 904 und dem Dichtkörper 905. Schließlich haben die Schläuche 946 und 947 noch die Aufgabe, auch die seitlichen Kräfte, die durch den Druck im Raum 906 auf den Dichtkörper ausgeübt werden, aufzunehmen, indem der Druck im Schlauch 947 größer gewählt wird als derjenige um Schlauch 946. Die Führungsschulter 980. die sich nur über die untere Hälfte des Umfangs der Ringnut 904 erstreckt, hat somit nur eine ganz geringe Kraft aufzunehmen, so daß die Reibungskräfte des axial beweglichen Dichtkörpers 905 dessen Bewegungsspiel nicht nennenswert stören. Die Dimensionen der Schläuche 946 und 947 und die Drücke in diesen Schläuchen sind so gewählt daß der Dichtkörper 905 auch hinsichtlich der auf ihn wirkenden Momente im Gleichgewicht ist

Der von dem Druckmedium in den Schläuchen 946 und 947 verursachten Bewegung des Dichtkörpers 905 wirken im Betrieb der Dichtung die Drücke des

Sperrmediums in den Druckkammern 912 und 912' sowie in den Spalten zwischen der rotierenden Dichtfläche 902 einerseits und den Dichtflächen 914,915 und 915' andererseits entgegen. Der Druckverlauf in den Druckkammern und den drei Spalten ist in dem Diagramm in Fig. 6 links wiedergegeben, in dem mich der Druck in den Schläuchen 946 und 947 eingetragen ist. Das Sperrmedium hat also in den Druckkammern 912 den höchsten Druck, der über der Dichtfläche 914 auf den Druck im Raum 906 abfällt. In der anderen Richtung fällt der Druck über der Dichtfläche 915 auf einen mittleren Druck ab, der in den Druckkammern 912' herrscht, von wo aus der Druck über die Dichtfläche 915' auf den Druck im Raum 907 außerhalb der Maschine abfällt, der im allgemeinen dem Atmosphärendruck entspricht. In Fig. 7 sind die Drücke im Raum 906 und in den Schläuchen 946 und 947 sowie die Stüt/kraft K der Fiihrungsschuiter 9öö wiedergegeben.

Wenn der Spalt zwischen der Dichtfläche 902 des rotierenden Teils 901 und den Dichtflächen 914, 915, 915' des Dichlkörpers 905 kleiner wird, steigt der Druck in den Druckkammern 912 und 912' an, was den Dichtkörper 905 wieder in die Gleichgewichtslage mit der vorbestimmten Spaltweite zurückbringt.

Falls der Dichtkörper 905 zum Verkanten neigen will, indem z. B. der Spalt zwischen den Dichtflächen 902 und 914 kleiner und der Spalt zwischen den Dichtflächen 902 und 915' größer wird, so fällt der Druck in den Druckkammern 912', während der Druck in den Druckkammern 912 steigt. Hierdurch entsteht ein Moment, das den Dichtkörper 905 wieder in die richtige Gleichgewichtslage zurückbringt.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Dichtkörper als kreisförmiger Ring oder auch als Polygonring ausgebildet sein.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 zeichnet sich durch eine konstruktiv einfache Bauweise aus, da zum Aufbringen der Andrückkraft weder das Sperrmediur¹ noch ein Druckmedium dient, sondern die Vorspannung von Federelemenlen aus einem pummielastisrhen Werkstoff. In F" i g. 8 ist der rotierende Teil mit 1101 und dessen Dichtfläche mit 1102 bezeichnet. In einer Ringnut 1104 des feststehenden Teils 1103 ist ein im Segmente unterteilter Dichtkörper 1105 angeordnet. Jedes Segment besteht aus zwei ineinandergeschachtelten Teilen 1181 und 1182, die z. B. durch Verkleben dicht miteinander verbunden sind. Der Teil 1181 des Dichtkörpers ist über Gummiblöcke 1183 und 1184 mit dem feststehenden Teil 1103 dicht verbunden, z.B. durch Vulkanisation. An den Teil 1181 ist eine Leitung 1108 für die Zufuhr des Sperrmediums angeschlossen, an die sich ein im Teil 1182 erstreckender Kanal 1119 anschließt der über eine Drossel 1111 in die Druckkammer 1112 mündet Solche Sperrmediumzufuhren sind also auch für die weiteren, über den Umfang des Dichtkörpers 1105 verteilten Druckkammern vorgesehen. Ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 weist der Dichtkörper 1105 drei konzentrische Dichtflächen 1114, 1115 und 1115' auf, wobei zwischen den beiden zuletztgenannten Dichtflächen weitere Druckkammern 1112' vorgesehen sind.

Im Betrieb der Dichtung baut sich in den Druckkammern 1112 und 1112' jeweils ein Druck auf, der den Dichtkörper 1105 von der Dichtfläche 1102 wegdrückt während die entgegengesetzt wirkende Andrückkraft aus der Vorspannung der Gummiblöcke 1183 und 1184 resultiert deren gegen den Dichtkörper 1105 gerichtete

Schenkel bei kleinerweraendem Druck in den Druckkammern sich zur Dichtfläche 1102 hin verschieben. Die Gummiblöcke 1183 und 1184 übernehmen zugleich die Abdichtfunktion, so daß kein Medium aus dem Raum 1106 in die Ringnut 1104 gelangen kann.

In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wirkten die hydrostatischen Dichtungen in axialer Richtung. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 9 bis 11 ist die berührungslose Dichtung als radial wirkende Dichtung ausgebildet. Gemäß Fig.9 ist der rotierende Teil mit 1201 und dessen Dichtfläche mit

1202 bezeichnet, wobei diese Flächen die Form eines Kreis/.ylinders aufweisen. Der feststehende Teil ist mit

1203 bezeichnet und weist eine den Dichtkörper 1205 aufnehmende Ringnut 1204 auf. Der Dichtkörper 1205 ist auf seiner Außenseite auf einem Schlauch 1218 abgestützt, der mit einer nicht gezeichneten Druekmediumzufuhr versehen ist. Der Dichtkörper 1205 weist drei Dichtflächen 1214, 1215 und 1215' auf, wobei im Dichtkörper zwischen jeweils benachbarten Dichtflächen einzelne, über den Umfang des Körpers verteilte Druckkammern 1212 und 1212' gebildet sind. Die Druckkammern 1212 sind jeweils über mindestens einen, eine Drosselstelle 1211 aufweisenden Kanal 1219 mit einer Sperrmediumzufuhr 1208 verbunden. Die einzelnen Druckkammern 1212 und 1212' sind durch axial verlaufende Stege voneinander getrennt. In F i g. 9 links der Dichtfläche 1214 befindet sich der Raum 1206, der einen hohen Druck aufweist, während rechts der Dichtfläche 1215' sich der Raum 1207 niedrigeren Druckes befindet, der normalerweise mit der Atmosphäre verbunden ist.

Der Dichtkörper 1205 setzt sich aus einzelnen Segmenten 1205' zu einem ganzen Ring zusammen. Die einzelnen Segmente des Dichtkörpers sind, wie beispielsweise in Fig. Il gezeigt, miteinander verbunden. Die Enden zweier Segmente 1205' sind abgesetzt ausgebildet und überlappen einander in Umfangsrichtung. Im Bereich der sich überlappenden Enden sind zur Verbindung der Segmente Schrauben 1286 vorgesehen, deren Bolzen in einem der beiden Segmente von einem Loch 1287 mit entsprechend großem Spiel umgeben ist. Dank dieses Spiels ist es möglich, daß der Dichtkörper «*ini*n I ImfaniT ptwac vpi>iiHprn Wiinn_t ν R nntpr H?m Einfluß von Wärmedehnungen, ohne daß sich die Segmente dabei verspannen. Damit die Fuge 1288 zwischen den sich überlappenden Enden der Segmente sich unter dem Einfluß des Druckes im Raum 1206 schließt, ist die dem Raum 1207 zugewendete Seitenfläche 1289 eines Segmentes gegenüber der Seitenfläche 1289 des benachbarten Segmentes etwas zurückgenommen. Die Flächen der Fuge 1288 kommen somit sicher dicht aneinander ?.u liegen.

Damit die Segmente 1205' des Dichtkörpers sich zur jeweiligen Lage der Dichtfläche 1202 am rotierenden Teil ausrichten können, und zwar unabhängig von einer etwaigen Schiefstellung des feststehenden Teils 1203 gegenüber dem rotierenden Teil 1201. sind die Segmente an ihrer Seitenfläche 1289 jeweils über segmentförmige Kipplager 1291 am feststehenden Teil 1203 abgestützt. Um eine Kippbewegung der Lager 1291 zu ermöglichen, sind Kugeln 1292 vorgesehen, oder die segmentförmigen Teile weisen kugelförmige Ausbuchtungen auf. die in entsprechende Vertiefungen in der benachbarten Fläche der Ringnut 1204 ragen. Die kugeligen Auflagepunkte jedes Kippsegmentes 1291 liegen auf einer Geraden.

Eine andere Ausführungsform der Kipplager zeigt K ig. 10, gemäß der die Segmente des Dichtkörpers auf einem H-Profil 1293 abgestützt sind. Um das H-Profil 1293 biegeweich zu gestalten, so daß die beiden Flansche relativ zueinander schwenken können, ist der Steg des Η-Profils durchbrochen ausgebildet. Das H Profil 1293 kann fest im feststehenden Teil 1203 verankert sein. In Fig. 10 ist der Einfachheit halber die Sperrmediumzufuhr nicht dargestellt.

Die Wirkungsweise der Dichtung ist im Prinzip gleich derjenigen nach Fig. I und 2.

Es ist auch möglich, abweichend ■ on den beschriebenen Ausführungsformen in Fig. 6. ι und 9 anstelle der Druckkammern 912, 1112 bzw. 1212 die diesen benachbarten Kammern 912', 1112' bzw. 1212' mit der Sperrmediumzufuhr über Drosselstellen zu verbinden oder auch jeweils beide Reihen von Druckkammern mit der Sperrmediumzufuhr über Drosselstellen zu verbinden. In beiden Fällen entweicht etwas mehr Medium durch die Spalte als bei den beschriebenen Ausführungsformen.

Es ist weiterhin auch möglich, wenn die Andrückkraft zum Teil durch die Kraft federnder Elemente und der restliche Teil durch ein Druckmedium und/oder

Eine Trennung von Sperrmediumzufuhr und Druckmediumzufuhr, wie sie im Ausführungsbeispiel nach Fig.9 angewendet ist. kann auch bei einer Dichtung gemäß F i g. I und 2 vorgesehen werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrostatische Dichtung zwischen einem rotierenden Teil und einem feststehenden Teil einer flüssigkeitsdurchströmten Maschine, insbesondere Wasserturbine, an dem ein ringförmiger, die Rotationsachse umschließender, mindestens zwei zu dieser Achse konzentrische Dichtflächen aufweisender Dichtkörper verschiebbar angeordnet ist, wobei in diesem Dichtkörper zwischen zwei benachbarten Dichtflächen mehrere, um die Rotationsachse herum verteilte, gegen den rotierenden Teil offene Druckkammern gebildet sind, die je über mindestens eine Drosselstelle mit einer Sperrflüssigkeitszufuhr verbunden sind, und wobei der Dichtkörper mittels einer Druckkraft gegen eine am rotierenden Teil befindliche Dichtfläche so angedrückt wird, daß zwischen den zusammenwirkenden Dichtflächen Spalte freibleiben, durch die Sperrflüssigkeit entweicht, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Dichtkörper (405, 605, 905,1105,1205) «us mehreren, durch radiale Unterteilung gebildeten Teilstücken nachgiebig zusammengesetzt ist, von denen jedes mindestens eine Druckkammer (412, €12, 912, 1112, 1212) aufweist, und daß jedes Teilstück mit seiner quer zu den Dichtspalten verlaufenden und von dem die abzudichtende Flüssigkeit enthaltenden Raum (406,906,1106,1206) tbgewendeten Seite am fests'ehenden Teil (403,903, 1103,1203) derart nachgiebig abgestützt ist, daß sich zwischen den Dichtflächen (414,415,914,915,1114, 1115,1214,1^15) jedes Teilstücks einerseits und der Dichtfläche (402, 902, 1102, "202) am rotierenden Teil (401, 901, 1101, 1201) andererseits unter Einhaltung des Gleichgewichts aller am Teilstück angreifenden Kräfte in Anpreßrichtung und in Abstützrichtung sowie aller am Teilstück wirkenden Momente ein im wesentlichen stets gleichbleibender Spalt einstellt

2. Dichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstücke (655) in Umfangsrichtung geradlinig sind, so daß der aus ihnen gebildete Dichtkörper (605) einen polygonförmigen Ring bildet, der in einer entsprechend geformten Ringnut im feststehenden Teil axial verschiebbar angeordnet ist

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tcilstücke (655) durch fummielastische Zwischenstücke (656) miteinander verbunden sind.

4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Ringnut (404) und dem in dieser angeordneten Dichtkörper (405) in Umfangsrichtung verlaufende berührende Dichtungen (424, 425, 426, 427, 428) vorgesehen lind, zwischen denen Räume (429, 430, 432) vorgesehen sind, die unterschiedlich druckbeaufschlagt sind.

5. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (904) und der Dichtkörper (905) in Richtung auf das den Dichtflächen (914,915) abgewendete Ende im Querschnitt verjüngt ausgebildet sind und daß im Bereich dieser Verjüngung beiderseits des Dichtkörpers (905) zwischen diesem und der Ringnut (904) je ein elastischer, eine eigene Druckmittelzufuhr aufweisender Schlauch (946,947) angeordnet ist.

6. Dichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekenn-

zeichnet, daß zwischen dem feststehenden Teil (1103) und dem Dichtkörper (1105) federnde Dichtelemente (1183, 1184} angeordnet sind, die zugleich die Andrückkraft auf den Dichtkörper (1105) ausüben und unterschiedlich druckbeaufschlagte Räume abdichten.

7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teigstücke kippbar (1292) an dem feststehenden Teil (1203) abgestützt sind.

8. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper (905, 1105, 1205) in Richtung auf den Raum (907, 1107, 1207) niedrigeren Druckes und konzentrisch zur Rotationsachse weitere, über den Umfang verteilte Druckkammern (912*. 1112/, 12120 und daran anschließend eine weitere Dichtfläche (915', 1115', 12150 aufweist