DE3210032C2

DE3210032C2 - Luftabgedichteter Ölabweiser

Info

Publication number: DE3210032C2
Application number: DE3210032A
Authority: DE
Inventors: Peter Grover Schenectady N.Y. Ipsen; Gary Lee Clifton Park N.Y. Kalan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-04-01
Filing date: 1982-03-19
Publication date: 1984-11-29
Also published as: ES8401592A1; CH658306A5; US4350345A; JPS57177460A; ES510984A0; JPS6233471B2; IT1151853B; FR2503293A1; IT8220375A0; DE3210032A1

Abstract

Der luftabgedichtete Ölabweiser verhindert eine Leckage von Öl aus Lagern einer umlaufenden Welle (10) und das Ansaugen von ungefilterter Umgebungsluft, die zur Schmutzansammlung und Beschädigung der Welle führen kann. Der Ölabweiser hat eine ringförmige Luftkammer (18), die die Welle (10) umgibt, und einen ringförmigen Speiseschlitz (20), der zwischen der Welle und der Luftkammer angeordnet ist, um eine Strömungsverbindung zwischen der Luftkammer und dem Zwischenraum (42) zwischen wenigstens zwei Dichtringen (38, 40) unmittelbar an der Welle herzustellen. Die Luftkammer (18) empfängt einen kontinuierlichen Druckluft strom aus einem Luftzufuhrsystem (46), das eine Antriebsmaschine (52) und Einrichtungen (54, 56) zum Filtern der aus der letztlich als Luftquelle dienenden Umgebung angesaugten Luft aufweist. Die Luftkammer (18), die ein relativ großes Volumen und eine Querschnittsfläche hat, die gegenüber der einer Luftzufuhrleitung (44) zu der Luftkammer groß ist, bildet eine sehr gleichmäßige Quelle für einen über den Speiseschlitz (20) radial nach innen zu der Welle (10) gerichteten, scheibenförmigen Luftstrom.

Description

Dampfturbine und ist ihrerseits durch nicht besonders dargestellte Radiallager abgestützt, die über ihre Länge verteilt angeordnet sind Die Welle 10 ragt aus dem Ende der Turbine hervor, wobei ein Teil des Lagergehäuses insgesamt mit 12 bezeichnet ist Die Radiallager, die ständig mit Schmieröl versorgt werden, bewirken, daß der Teil der Welle 10, der aus dem Lagergehäuse 12 het vorsteht, ständig einer ölhaltigen Umgebung ausgesetzt ist

Mittels Schrauben 14 ist an der Turbine über das Lagergehäuse 12 ein Ölabweisergehäuse 16 befestigt, das einen radial äußeren Abschnitt 17 und einen radial inneren Abschnitt 19 aufweist Der radial äußere Abschnitt 17 hat Wände 17a, die eine ringförmige Luftkammer 18 begrenzen, und der radial innere Abschnitt 19 hat Wände 19a, die einen ringförmigen Speiseschlitz 20 begrenzen. Die Luftkammer 18 und der Speiseschlitz 20 stehen an einer Umfangsgrenzfläche, die in F i g. 1 insgesamt mit 25 bezeichnet ist, mit einander in Strömungsverbindung. Sowohl die Luftkammer 18 als auch der Speiseschlitz 20 sind zu der Welle 10 im wesentlichen konzentrisch, obgleich die Luftkammer 18 ein wesentlich größeres Volumen als der Speiseschlitz 20 hat Die Luftkammer 18 hat eine zu ihrer Umfangsrichtung rechtwinklige Querschnittsfläche, die gegenüber der einer weiter unten ausführlicher erläuterten Leitung 44 relativ groß ist Ein durchlöcherter Diffusorring 22 überbrückt den Speiseschlitz 20 an einer radial inneren Stelle nahe der Welle 10, vorzugsweise innerhalb des inneren Drittels des Speiseschlitzes 20. Von dem Diffusorring 22, dessen Funktion weiter unten ausführlicher erläutert ^St, ist ein großer Bruchteil (beispielsweise 30%) des Oberflächeninhalts für den Luftstrom offen, und zwar aufgrund von Löchern 24. Da das ölabweisergehäuse 16 zu der Welle 10 im wesentlichen symmetrisch ist, ist in F i g. 1 nur der obere Teil der Schnittansicht gezeigt.

Das ölabweisergehäuse 16 enthält weiter eine erste und eine zweite Gruppe von Ölabweisringen oder -zähnen 21 bzw. 23, die Umfangslabyrinthdichtungen um die Welle 10 bilden, um das Entweichen von Öl zu verhindem. Die radial inneren Spitzen der einzelnen Abweisringe sind in sehr enger Nähe zu der Oberfläche der Welle 10, wobei aber ein Arbeitsspalt zwischen der Welle 10 und den einzelnen Ringen vorhanden ist. Die erste Abweisringgruppe 21 befindet sich am weitesten innen nächst der Ölquelle und im wesentlichen neben dem Radiallager, das geschmiert wird. Zwischen der ersten und der zweiten Abweisringgruppe 21 bzw. 23 ist eine ringförmige ölfangkammer 32 angeordnet, die durch Wände in dem inneren Abschnitt 19 des Gehäuses 16 begrenzt wird. Ein durchlöcherter Ring 34 ist in der ölfangkammer 32 befestigt und ist zu der Welle 10 im wesentlichen konzentrisch. Gegenüber der ölfangkammer 32 hat die Welle 10 eine Ölschleudernut 36, die Öl auffängt, das an der ersten Abweisringgruppe 21 vorbeileckt, und die mittels der durch die umlaufende Welle 10 erzeugten Zentrifugalkraft das aufgefangene öl nach außen in die Ölfangkammer 32 schleudert, aus der es über einen Anschluß in dem unteren Teil des Gehäuses 16 abgeführt wird.

Die zweite Abweisringgruppe 23 enthält einen äußeren Dichtring 38 und einen inneren Dichtring 40, die zwischen sich einen Zwischenraum oder eine Kammer 42 begrenzen, die mit dem Speiseschlitz 20 im Strömungsverbindung steht.

Die Luftkammer 18 ist über die Leitung 44 mit einem Luftzufuhrsystem 46 verbunden, das in F i g. 1 schematisch dargestellt ist. Das Luftzufuhrsystem 46 hat ein Gehäuse 48 und eine geeignete Befestigungsplattform 50. Auf der Plattform 50 und innerhalb des Gehäuses 48 sind ein durch einen Elektromotor angetriebenes Gebläse 52, bei dem es sich vorzugsweise um ein Radialgebläse handelt, ein Grobvorfilter 54 zum Auffangen von größeren Teilchen, die die Luft mit sich führt, und ein Endfilter 56 angebracht das in der Lage ist, Teilchenmaterial sehr geringer Größe, vorzugsweise mit einem Durchmesser in der Größenordnung von wenigen Mikrometern, aufzufangen. Luft wird durch das Gebläse 52 über die Filter 54 und 56 und über ein an einem Ende des Gehäuses 48 vorgesehenes Gitter 58 in das Gehäuse 48 gesaugt Das Vorfilter 54 ist daher stromaufwärts des Endfilters 56 angeordnet

Im Betrieb wird Umgebungsluft ständig über das Gitter 58 eingesaugt, durch die Filter 54 und 56 zum Reinigen hindurchgesaugt und dann als ein kontinuierlicher Druckluftstrom über die Leitung 44 der Luftkammer 18 zugeführt Die Antriebsmaschine für diesen kontinuierlichen Druckluftstrom ist das Gebläse 52, das der Luft Energie zuführt, indem es den über die Filter 54 und 56 eingesaugten Umgebungsluftstrom unter Druck setzt In F i g. 1 geben Pfeile den Weg des Luftstroms an. Ein handbetätigtes Ventil 45 in der Leitung 44 von F i g. 1 wird benutzt, um die Luftstrommenge einzustellen, die der Luftkammer 18 und den zu dieser in Reihe geschalteten Elementen zugeführt wird. Die Luft, die in die Luftkammer 18 eintritt, wird mit gleichmäßigem Druck sofort verteilt, so daß sie eine gleichmäßige Umfangszufuhrquelle für den Speiseschlitz 20 bildet. Die Umfangsquerschnittsfläche der Luftkammer 18 ist ausreichend groß, um die Geschwindigkeit der eintretenden Luft zu verringern, was die Gleichmäßigkeit der Druckverteilung unterstützt. Eine im wesentlichen durchgehende Luftscheibe wird so radial nach innen durch den die Welle 10 umgebenden Speiseschlitz 20 gerichtet. Diese Luftscheibe geht durch die Löcher 24 des Diffusorringes 22 hindurch und wird dann längs des radial inneren Umfangs des Speiseschlitzes 20 zwischen dem äußeren Abweisring 38 und dem inneren Abweisring 40 gleichmäßig abgegeben. Schließlich wird die Luftscheibe durch die Welle 10 um 90° gedreht und dann über den kleinen Arbeitsspalt zwischen der Welle 10 und den Abweisringen 38 und 40 abgegeben. Es wird so eine sehr gleichmäßige Überdruckluftabdichtung zwischen dem Umfang der Welle 10 und den Abweisringen 38 und 40 geschaffen. Ein Teil der abgegebenen Luft gelangt in die Atmosphäre, während die übrige Luft über die zweite Abweisringgruppe 21 nach innen strömt und in das Schmierölzufuhrsystem gelangt, um von diesem abgegeben zu werden. Ein Vorteil der Erfindung zusätzlich zu dem zwangsläufigen Abdichten gegen das Eindringen von ungefilterter Umgebungsluft ist, daß der kontinuierliche Strom von sauberer Luft sowohl die Dichtung als auch jedwedes Lagerschmieröl kühlt, das sich in den Ölabweisringgruppen 21 und 23 befindet.

Der durchlöcherte Diffusorring 22 trägt zur gleichmäßigen Druckverteilung in der Luftkammei 18 und in dem Speiseschlitz 20 durch Erzeugen eines Gegendrukkes in denselben bei. Darüber hinaus verhindert der Diffusorring 22 radiale Druckgradienten innerhalb der Luftkammer 18 und innerhalb des Speiseschlitzes 20 durch Unterbrechen des Wachstums von Wirbeln, die durc!¹ Flüssigkeitswiderstandseffekte der umlaufenden Welle 10 erzeugt werden. Der durchlöcherte Ring 34, der in der ölfangkammer 32 angeordnet ist, dient hauptsächlich dem Zweck, die Flüssigkeitswiderstandseffekte der Welle 10 in der ölfangkammer 32 aufzuheben und

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als Hauptölfangfläche zu dienen.

Bei Tests einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein sehr hoher Grad an Sauberkeit in dem ölabweiser erzielt worden, ohne daß eine große Strömungsleistung erforderlich war, d. h. ohne daß große Luftströmungsmengen bei beträchtlich hohen Drücken erforderlich waren. Darüber hinaus hat sich die ölfangleistung eines ölabweisers der hier beschriebenen Art als ziemlich hoch erwiesen. Weiter wird die gesamte Lufteinströmung in das Schmierölsystem gegenüber der von bekannten Ölabweisern nicht nennenswert vergrößert; die Dampfentnahme, die für ein Schmierölsystem

erforderlich ist, wird daher nicht nennenswert zusätzlich j,

beansprucht. '

Es ist zwar nur eine bevorzugte Ausführungsform der 15 ja

Erfindung dargestellt und beschrieben worden, an die- Js

ser können jedoch verschiedene Modifizierungen vor- ' ₍

genommen werden. Beispielsweise wird zwar die hier y

beschriebene gleichmäßige Umfangsluftabdichtung ^

durch Abgabe einer gleichmäßigen Luftscheibe zwisehen zwei ölabweisringen gebildet, es ist jedoch klar, daß weitere Abweisringe vorgesehen werden können

und daß ein kontinuierlicher Luftstrom aus einem Spei- '

seschlitz abgegeben werden kann, um zwischen mehreren derartigen ölabweisringen hindurchzugehen. Weiter kann ein Speiseschlitz in Form einer in Segmente geteilten Verteilkammer statt der hier beschriebenen einteiligen Kammer vorgesehen werden. Ferner kann die umlaufende Turbinenwelle 10 mit geeigneten Modifizierungen oder Zusätzen benutzt werden, um das Ge-

blase 52 von F i g. 1 als Antriebsmaschine für die Quelle '

von der Luftkammer 18 zugeführter Druckluft zu ersetzen. Alle derartigen Modifizierungen liegen im Rahmen der Erfindung.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 förmigen Fluid abzudichten. So sind beispielsweise Patentansprüche: Dampfdichtungssysteme, Kompressoren und anderes umlaufendes Gerät mit Dichtungen.ausgerastet worden,

1. Luftabgedichteter ölabweiser zum Verhindern die ein unter Druck stehendes Gas empfangen und einer Schmierölleckage aus Lagern einer umlaufen- 5 manchmal abziehen (s. GB-PS 13 70 868)! Diese Vorden Welle und des Einströmens von ungefilterter richtungen enthalten üblicherweise mehrere Kammtrn, Umgebungsluft in das Lagerschmierölsystem mit die längs der Welle angeordnet sind, und es werden in wenigstens einer Gruppe von oiabweisringen, die zu dem Dichtungsgehäuse gebildete relativ kleine Durchder Welle im wesentlichen konzentrisch sind und lasse oder Hohlräume benutzt, um das Fluid in den Beeine Labyrinthdichtung gegen einen Schmieröl- 10 reich der Abweisringe zu leite». Wegen der hohen Luftdurchfluß bilden, einem ringförmigen Speiseschlitz, einleitgeschwindigkeiten, die diese Konfigurationen erder zu den Abweisringen im wesentlichen konzen- fordern, sind hoher Druck und eine entsprechend hohe trisch ist und zwischen den Abweisringen an der Strömungsleistung wesentlich, um eine Abdichtung um Welle endet, dadurch gekennzeichnet, den gesamten Wellenumfang herum zu bewirken. In daß eine mit Druckluft beaufschlagte Ringkammer 15 einigen Fällen ist es jedoch zweifelhaft, ob eine vollstän-(18) konzentrisch zu den Abweisringen (38,40) und dige Umfangsabdichtung um die Welle geschaffen wird radial außen davon angeordnet und an ihrem radial oder nicht

inneren Ende mit dem Speiseschlitz (20) verbunden Es ist Aufgabe der Erfindung, einen luftabgedichteten

ist ■ ölabweiser zu schaffen, der das Ansaugen und Ansam-

2. ölabweiser nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 mein von Verunreinigungen in den oiabweisringen verzeichnet, daß die Ringkammer (18) ein wesentlich hindern, einen hohen Grad an ölfang- und -abdichgrößeres Volumen als der Speiseschlitz (20) auf- tungsleistung aufrechterhalten und eine gleichmäßige weist Umfangsabdichtung um eine umlaufende Welle bilden

3. ölabweiser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kann, ohne einen übermäßigen Luftdruck und -strom zu gekennzeichnet, daß die Ringkammer (18) eine gro- 25 erfordern.

ße Querschnittsfläche quer zur Umfangsrichtung Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des

aufweist derart, daß die Geschwindigkeit des in die Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst
Luftkammer (18) eintretenden kontinuierlichen Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in

Druckluftstroms abnimmt den Unteransprüchen gekennzeichnet

30 Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile, bestehen

insbesondere darin, daß der Druck in der Ringkammer,

der durch die kontinuierlich einströmende Luft erzeugt wird, in der gesamten Ringkammer sehr gleichmäßig

Die Erfindung bezieht sich auf einen luftabgedichte- verteilt wird, und zwar aufgrund des relativ großen Voten Ölabweiser gemäß dem Oberbegriff des Patentan- 35 lumens derselben, der großen Querschnittsfläche derselspruches 1. Ein derartiger ölabweiser ist in der GB-PS ben rechtwinklig zu der Umfangsrichtung und des 13 70 868 beschrieben. NichtVorhandenseins von Strömungsdrosselstellen dar-

Ein ständiges Problem beim Betreiben von großen in. Die Luftströmung aus der Ringkammer in den ein Dampfturbinen ist die Verschmutzung des Lager- kleineres Volumen aufweisenden Speiseschlitz wird Schmierölsystems. Diese Verschmutzung hat bekannt- 40 deshalb in einem durchgehenden scheibenartigen Strom Hch, wenn sie nicht beachtet wird, äußerst nachteilige gleichmäßig verteilt, der radial nach innen zu der Welle Auswirkungen auf die Lagerleistung. Mit fossilen gerichtet ist. Dieser scheibenartige Luftstrom gelangt Brennstoffen betriebene Dampfturbinen sind diesem von dem Speiseschlitz aus zwischen zwei Abweisringe Problem besonders ausgesetzt, da sie häufig in einer und dann zwischen den Arbeitsspalt zwischen der Welle Umgebung arbeiten, die mit Kohlestaub und Flugasche 45 und den Abweisringen, um eine gleichmäßig verteilte verunreinigt ist. Luftabdichtung am Umfang der Welle herzustellen. Ein

Es hat sich gezeigt, daß Verunreinigungen hauptsäch- Teil der abgedichteten Luft, geht nach innen zu dem Hch dadurch in das Schmierölsystem eindringen, daß sie Lager und dem Schmierölsystem, die übrige Luft geüber die Lageröldichtungen zusammen mit der Umge- langt in die Atmosphäre.

bungsluft eingesaugt werden, die zur Belüftung des Sy- 50 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folstemölbehälters und zur Kühlung der öldichtung not- genden unter Bezugnahme der Zeichnungen näher bewendig ist. Die Lageröldichtungen, die üblicherweise als schrieben. Es zeigt

ölabweiser bezeichnet werden, sind Labyrinthdich- F i g. 1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausfüh-

tungsanordnungen, die eine Leckage von Schmieröl aus rungsform der Erfindung, in der gewisse, zu der Wellendem zugeordneten Lager verhindern. Verunreinigte 55 achse symmetrische Teile nicht besonders dargestellt Luft wird durch den Schmierölsystemunterdruck über sind und in der das System zur ständigen Luftzufuhr die Dichtung eingesaugt, wobei sie über die durch die schematisch gezeigt ist, und

ölabweisringe (oder -zähne) und die Welle gebildeten F i g. 2 in Endansicht und teilweise aufgebrochen ei-

Spalte eintritt. In einer Anzahl von Fällen sind die Ab- nen Teil der Ausführungsform von F i g. 1 in etwas andeweiszähne durch das Einsaugen von Verunreinigungen 60 rem Maßstab, wobei die Linie 1-1 die Schnittebene der vollständig verstopft worden, mit dem Ergebnis, daß in Ansicht in F i g. 1 angibt.

einigen ernsten Fällen der angesammelte Schmutz Die F i g. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausfüh-

durch hohe Temperaturen bis zu dem Punkt verkohlt rungsform der Erfindung, die zur Verwendung in Komworden ist, wo es zu einer Beschädigung der Welle ge- bination mit einer großen Dampfturbine geeignet ist, kommen ist. 65 um eine Leckage von Lagerschmieröl und das Einströ-

In der Vergangenheit sind auf diesem besonderen Ge- men von ungefilterter atmosphärischer Luft in das Labiet einige Anstrengungen gemacht worden, um Laby- gerschmierölsystem zu verhindern. Zum Beispiel trägt rinthdichtungen mit einem unter Druck stehenden gas- in den Figuren die Welle 10 die umlaufenden Teile einer