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Labyrinthdichtung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine berührungsfreie Labyrinthdichtung
für rotierende Maschinen, insbesondere für Turbomaschinen, bestehend aus Dichtstreifen
und Kämmen.
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Zur Bildung von Labyrinthdichtungen an rotierenden Maschinenteilen
werden vorteilhafterweise dünne Dichtungsstreifen verwendet, d.h. sie werden in
die rotierenden Teile ein gestemmt. Dadurch wird bei einem eventuellen Anstreifen
der Dichtungsstreifen ein Verkrümmen des Rotors verhindert.
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Weiterhin ist es bekannt, bei thermischen Turbomaschinen mit Lauf-
und Leitschaufeln, deren Schaufeln einzelner Reihen mit Deckplatten versehen sind,
Dichtungsspitzen aus dem vollen Material der Deckplatten herauszuarbeiten. Dadurch
wird eine Abdichtung der Leitschaufelngegenüber dem Rotor und den Laufschaufeln
gegenüber dem Leitschaufelträger erzielt.
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Bei einer derartigen Ausführung ist jedoch die Bearbeitung sehr aufwendig
und teuer.
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Ferner wurden Dichtungselemente geschaffen, bei welchen ein in Umfangsrichtung
verlaufender und sich schliessender Dichtungsstreifen vorgesehen wurde, welcher
in eine in die Deckplatten eingearbeitete Nut eingesetzt und mittels eines Drahtes
darin befestigt wurde (DE-OS 26 41 0935.
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Durch Schwingungen und Vibrationen, wie sie insbesondere im Rotor
auftreten, kann es bei einer derartigen bekannten Ausbildung der Dicht streifen
zum Anstreifen derselben kommen, wodurch eine zusätzliche Erwärmung eintritt und
ausserdem kann dadurch ein Knicken der Dicht streifen und damit eine Spielveränderung
eintreten, wodurch die Schaufelrandwirbel verändert werden.
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Weiterhin sind in einer Veröffentlichung über berührungsfreie Dichtungen
(Prof. Trutnovsky, 3. Auflage, 1973) verschiedene Formen von Labyrinthdichtungen
beschrieben worden, wobei sowohl am Stator als auch am Rotor angeordnete Ausbildungen
von Dichtstreifen behandelt sind. Es handelt sich dabei jedoch immer um feststehende,
starre Dichtstreifen, welche den Nachteil auSweisen, dass sie beim Anstreifen nicht
elastisch deformierbar sind und bei starkem Anstreifen ausknicken müssen.
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Bei diesen bekannten Anordnungen von Dichtstreifen kommt neben dem
Anstreifen bei Normaldrehzahl auch das Anstreifen beim Wellendrehen mit 1 bis 60
U/min, d.h. bei 0,3 - 2 g der Normaldrehzahl häufig vor. Dabei führt dann der radlal
angeordnete Dichtstreifen meistens zur Verkrümmung der Deckband/ DeckplattenschauSeln.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine berührungsfreie Labyrinthdichtung
zu schaffen, bei welcher die einzelnen Dichtstreifen so angeordnet sind, dass die
Umfangskomponente der Streifkraft den Dichtstreifen zur Spielvergrösserung elastisch
deformieren kann, und bei welcher sich der im Stator angeordnete Dichtstreifen bei
Erwärmung durch Anstreifen vom Rotor weg biegt.
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Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass
über die Dichtungslänge im Rotor und Stator Dichtelemente, bestehend aus S-förmig
ausgebildeten Dichtstreifen und Kamnprofilen so angeordnet sind, dass deren Dichtkanten
in einem Winkel gegeneinander verlaufen, und dass zwischen den freien Enden der
Dichtstreifen und dem Kammprofil ein Radialspalt gebildet ist, welcher durch die
Druckdifferenz der Strömung zwischen Stator und Rotor veränderbar ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ist insbesondere darin
zu erblicken, dass durch eine Druckdifferenz der Strömung im Normalbetrieb die freien
Enden der Dichtstreifen gegenüber den im Rotor angeordneten Radialspalten abgebogen
werden und somit ein Anstreifen der Dichtstreifen an den Kammprofilen vermieden
wird. Des weiteren beträgt beim Wellendrehen die Biegekraft des Dicht streifens
im Falle des Anstreifens nur 1 - 1,5 % des Wertes, welcher bei radial angeordneten
Dichtstreifen gleicher radialer Abmessungen durch deren Ausknicken auftreten würde.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Kammprofil schraubenförmig
ausgebildet ist und die Dicht streifen in den Umfangsnuten des Stators umlaufend
ausgebildet sind.
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Bei einseitigem Anstreifen der Dichtstreifen am Kammprofil, wie es
bei Gewichtsverlagerung der Welle oder GehEusekrümmung auftritt, werden durch die
schraubenförmige Bewegung die Dichtstreifen in Abströmrichtung weggedrückt.
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Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemässen
Labyrinthdichtung ist der Dicht streifen über den Umfang des Stators schraubenförmig
und das Kammprofil umlaufend über die Aussenoberfläche des Rotors angeordnet Durch
die schraubenförmig angeordneten Dicht streifen werden insbesondere bei erzwungenen
Unwuchtschwingungen, welche synchron mit dem Rotor umlaufen, von den Kammprofilen
die Dichtstreifen flacher gebogen, ohne dass bleibende Deformationen auftreten.
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Ferner sind die Dicht streifen biegsam ausgebildet und am dem Rotor
zugewandten Ende radial abgebogen, wodurch sich bei einem Anstreifen keine Beschädigungen,
sowohl der Dicht streifen als auch der Kämme ergeben. Durch die radiale Abbiegung
der Dichtstreifenenden bleibt die Teilung der Diahtkante, selbst beim Anstreifen
unverändert.
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Bei schraubenförmig angeordneten Dichtstreifen ist es vorteilhaft,
wenn diese einstückig ausgebildet sind.
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Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, den ganzen Umfang und die gesamte
Statorlänge mit einem ununterbrochenen Dichtstreifen zu versehen, wodurch bei einem
Anstreifen die Bruchgefahr an Verbindungsstellen, welche sonst erforderlich werden,
eliminiert wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes
ist die Teilung des Kammprofiles gegenüber der Teilung des Dichtstreifens gleich.
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Ferner kann die Teilung des Kammprofiles gegenüber der Teilung des
Dichtstreifens verschieden sein.
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Durch diese Anordnungen ändert sich bei axialen Verschiebungen infolge
von Relativbewegungen zwischen Rotor und Stator die gesamte Dichtwirkung des Labyrinthes
nicht, obwohl die Dichtwirkung über den Umfang variabel sein kann.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
vereinfacht dargestellt.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Labyrinthdichtung
mit einem schraubenförmigen Kammprofil am Rotor, Fig. 2 einen Längsschnitt durch
eine Labyrinthdichtung mit einem schraubenförmigen Dicht streifen am Stator, Fig.
3 eine Draufsicht auf die Labyrinthdichtung gemäss Fig. 1, Fig. 4 eine Draufsicht
auf die Labyrinthdichtung gemäss Fig. 2
Gemäß Figur 1 ist mit 1
ein Teil eines Rotors einer rotierenden Maschine bezeichnet, über dessen Dichtungslänge
ein Kammprofil 2 angeordnet ist, welches schraubenförmig ausgebildet ist. In einem
Stator 3 sind Umfangsnuten 4 vorgesehen, in welche Dichtstreifen 5 eingesetzt, vorzugsweise
mittels eines Drahtes 6 eingestemmt sind. Die Dicht streifen 5=sind S-förmig ausgebildet
und so gebogen, dass der Mittelteil der Dichtstreifen 5 vorder durch einen Pfeil
7 bezeichneten Strömungsrichtung weggebogen ist. Gleichzeitig weist das schraubenförmig
ausgebildete Kammprofil 2 eine von der Teilung t5 der Dichtstreifen verschiedene
Teilung2 auf, wodurch sich bei einer Axialverschiebung zwischen dem Rotor 1 und
dem Stator 3 die Dichtwirkung des Labyrinthes nicht verändert. Ferner ist die schraubenförmige
Ausbildung des Kammprofiles 2 gegenüber der Drehrichtung des Rotors 1 so ausgelegt,
dass bei einem Anstreifen der Dichtstreifen 5 an die Kammprofile 2 die Dichtstreifen
5 in Strömungsrichtung (in der Zeichnung nach rechts) weggedrückt werden Mit der
die Kammprofile 2 überdeckenden strichlierten Linie 8 wird die von der Schraubenoberkante
bestrichene Fläche angedeutet.
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In der Fig. 2 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen,
wie in Fig. 1, wobei mit 1 ebenfalls der Rotor bezeichnet ist, dessen Kammprofile
2 umlaufend ausgebildet sind, während die Dicht streifen 5 im Stator 3 schraubenförmig
angeordnet sind. Die Ausbildung der Dichtstreifen ist analog zur Fig. 1 ebenfalls
S-f(irmig und sie sind über die Dichtl.ne im Stator 3 in schraubenförmige Nuten
eingestemmt. Vorzugsweise bestehen die Dichtstreifen
5 aus einem
biegsamen Material und sind einstückig ausgebildet. Die S-förmige Biegung der Dichtstreifen
5 ist so ausgelegt, dass der längere Mittelschenkel von der Strömungsrichtung gemäss
Pfeil 7 abgewandt ist, so dass bei einem Anstreifen ein Wegbiegen in der Strömungsrichtung
erfol-gen kann und trotzdem die Dichtwirkung erhalten bleibt. Die Teilung t2 der
Kammprofile 2 gegenüber der Teilung t5 der Dichtstreifen 3 ist gleich, d.h. jeweils
eine Lücke zwischen den einzelnen Kamnprofilen 2 wird durch einen umlaufenden Dichtstreifen
5 überdeckt, wie durch die striehliert gezeichnete Projektion der Dichtstreifen
5 dargestellt. Die strichlierte Linie 8' stellt die von der schraubenförmigen Dichtkante
der Dicht streifen 5 bestrichene Fläche der-Kammprofile 2 dar.
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Wie aus der Draufsicht in den Fig. 3 und 4 ersichtlich, über decken
umlaufende Dichtstreifen 5 (in der Fig. 3) die schraubenförmig ausgebildeten Kammprofile
2 über den gesamten mit u bezeichneten Umfang der Rotordichtfläche, wobei die Strömungsrichtung
mit p bezeichnet ist. Dasselbe erfolgt bei den in Fig. 4 als Draufsicht gezeigten
schraubenfurmig angeordneten Dicht streifen 5, welche in die Lücken zwischen den
umlaufenden Kammprofilen 2 des Stators eingreifen.
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B e z e i c h n u n g sl i s t e 1 Rotor 2 Kammprofil 3 Stator 4
Umfangsnuten 5 Dicht streifen 6 Draht 7 Pfeil 8 Schraubenoberkante 8' Dichtstreifenunterkante