DE3712943C2 - Wellendichtung für gasgefüllte Maschinen - Google Patents
Wellendichtung für gasgefüllte MaschinenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung für gasgefüll
te Maschinen, insbesondere wasserstoffgekühlte Turbogeneratoren,
mit einer Druckringkammer, welcher über eine Zuführleitung entga
ste Sperrflüssigkeit unter Überdruck zugeführt wird, einem die
Welle unter Beibehaltung eines Dichtungsspalts umgebenden Dicht
ring, der annähernd radial verlaufende im Dichtspalt mündende
Bohrungen oder Kanäle aufweist, der in der Druckringkammer im
wesentlichen radial beweglich angeordnet ist und Mitteln zur Ab
führung der seitlich aus dem Dichtspalt austretenden Sperrflüs
sigkeit und deren Rückleitung zu einer Sperrflüssigkeitsaufbe
reitungs- und Druckerzeugungsanlage.
Eine Wellendichtung mit diesen Merkmalen ist beispielsweise aus
der CH-PS 385 581 bekannt.
Die hier gezeigte Vorrichtung weist zudem Kanäle 18, 19 auf,
über die ein Teil der zur "Gasseite" abströmenden
Sperrflüssigkeit über den Raum 14 "abgeleitet bzw.
zurückgeführt" wird.
Aus der US 40 58 320 ist bekannt, daß die zur Anwendung
kommende Sperrflüssigkeit vor einer radialen Rückführung mit Gas
vermischt und damit verunreinigt wird.
Des weiteren wird bezüglich der Hin- und Rückführung von
Sperrmitteln noch auf die Vorrichtung nach DE-AS 10 11 050
hingewiesen (vgl. Fig. 3, Pos. 1, 18, 20).
Bei großen, mit Wasserstoff gefüllten, schnellaufenden elektri
schen Maschinen und bei Kreiselverdichtern für gefährliche Gase
werden die Wellen gegenüber dem Gehäuse an den Wellen-Gehäuse-Durch
gängen mit Sperrflüssigkeit abgedichtet, wobei die Dich
tungs- bzw. Sperrflüssigkeit in Umlauf gehalten wird. Die der
Dichtung unter Druck zugeführte Flüssigkeit, vorzugsweise Öl,
erzeugt in einem Ringspalt eine sperrende Wirkung gegen ein Aus
strömen des Gases aus der Maschine. Infolge der Gaslöslichkeit
nimmt die Sperrflüssigkeit Luft auf und gibt diese im Innern der
Maschine an die Gasfüllung ab, wodurch die gewünschte (bzw. ge
forderte) Gasreinheit (unzulässig) verringert wird. Um dies zu
vermeiden, wird daher die Sperrflüssigkeit unter Vakuum entgast,
wofür besonders bei hohen Gasdrücken und/oder großen Wellen
durchmessern verhältnismäßig große Entgasungseinrichtungen er
forderlich sind. Bei solchen Anlagen sind dementsprechend die
Gasverluste und die Tendenz zur Schaumbildung groß. Die Gasver
luste sind dem Volumenstrom der auf die Gasseite abströmenden
Sperrflüssigkeit und dem Gasdruck proportional.
Bei Wellen mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten, d. h. mit hohen Re
lativgeschwindigkeiten gegenüber dem im Gehäuse arretierten, ru
henden Dichtungsring müssen, um den Anforderungen an eine ein
wandfreie Funktion in allen Betriebszuständen zu genügen, die
Dichtungen als sogenannte Schwimmringdichtungen ausgeführt wer
den. Unter Schwimmringdichtungen versteht man u. a. solche Flüs
sigkeitsdichtungen, bei denen die nach beiden Seiten von der
Dichtungsstelle axial abströmende Flüssigkeit nicht nur die Dich
tungsfunktion übernimmt, sondern gleichzeitig auch als Träger der
abzuführenden Reibungswärme dient. Dadurch ist u. a. gewährlei
stet, daß der Dichtungsring sich thermisch nicht übermäßig ver
formt, im Gehäuse nicht verklemmt und an der Welle nicht zum
Streifen kommt. Die Realisierung einer hinreichenden Wärmeabfuhr
durch die Flüssigkeit erfordert bekanntlich ein hinreichend großes
radiales Betriebsspiel, wodurch auch der in Richtung Maschi
neninneres fließende (axiale) Leckage-Volumenstrom (insbesondere
bei großen Wellendurchmessern) sehr groß wird und deshalb die
obige Betriebsanforderung nicht elementar erfüllt werden kann.
Der auf die Gasseite von der Dichtungsstelle axial abfließende
Leckagestrom muß aus der Maschine wieder ausgeschleust werden.
Mit diesem Leckagestrom wird aber auch ständig eine der Löslich
keit entsprechende Gasmenge mittransportiert, die zur Verhütung
von Explosionen oder von gefährlicher Kontamination der Atmos
phäre durch geeignete Einrichtungen (Evakuierungs-Einrichtung)
aus der Flüssigkeit entfernt werden muß.
Diese entfernte Gasmenge bedeutet insbesondere bei wasserstoff
gekühlten Turbogeneratoren einen Verluststrom, der aus einem
H2-Speicher ersetzt werden muß und daher limitiert ist (vgl. z. B.
DIN VDE 0530/Teil 3).
Da Wasserstoff nicht nur an der Wellendichtung (kontrollierbar)
sondern auch an anderen unkontrollierbaren Dichtungsstellen des
Generators entweichen kann, muß der kontrollierbare Verlust an
der Wellendichtung so klein wie möglich sein.
Maßnahmen, die diesen Verlust in zulässigen Grenzen halten, sind
bisher nur auf aktive Elemente (Pumpen) beschränkt geblieben, die
eine Flüssigkeit in einem geschlossen Kreis so umwälzen, daß an
der Dichtungsstelle über einem gewissen Dichtspalt der Druckgra
dient im zeitlichen Mittel Null ist. Solche geschlossene (sekun
däre) Flüssigkeitskreise, die als Gas-Verlustsperre wirken, wer
den bei speziellen Zweikreis-Wellendichtungen und bei Dreikreis-
Wellendichtungen verwendet.
Der geschlossene Sekundär-Flüssigkeitskreis benötigt für die ein
wandfreie Funktion der Dichtung neben der Umwälzpumpe die weite
ren Komponenten:
- - Rückkühleinrichtung
- - Temperatur-Regelung
- - Heizung
- - Druckregelung
- - Filter zur Abscheidung von Schmutzpartikeln.
Die Druckregelung wird benötigt, um den gleichen Druck zwischen
dem Sekundär-Flüssigkeitskreis und dem primären Dicht-Flüssig
keitskreis zu gewährleisten.
Aus wirtschaftlichen Gründen werden die Komponenten des Sekundär-
Flüssigkeitskreises nicht redundant ausgeführt. Deshalb muß da
für gesorgt werden, daß die beim Ausfall der Sekundärkreis-Um
wälzpumpe dem Sekundärkreis stationär aus dem Primärkreis (Haupt
flüssigkeitskreis) zufließende Flüssigkeitsmenge wieder abge
führt wird, was eine zusätzliche Absteuerleitung und einen zu
sätzlichen Absteuerregler erfordert.
Der wesentlichste Nachteil der derzeitigen Lösung besteht darin,
daß infolge des konzeptbedingt verschwindenden Druckgradienten
im Dichtspalt R keine Konvektionskühlung des Ringes in diesem Be
reich stattfinden kann. Die Folge ist eine durch Wärmespannung
bedingte Ringverformung (Verstülpung) die bei zu kleinem Axial
spiel zu Ringverklemmungen im Gehäuse führt. Großes Axialspiel
ist wegen der Ölleckage an der Stirnseite unerwünscht. Verklemm
te Ringe aber haben die Funktion von Schwimmringen eingebüßt und
können über längere Betriebsperioden durch unvermeidbare Misch
reibungseffekte zu Materialschäden an Ring und Welle führen.
Ausgehend vom Bekannten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Wellendichtung für gasgefüllte Maschinen zu schaffen, die
sich durch einfachen Aufbau und geringe Störanfälligkeit aus
zeichnet, ohne Sekundär- oder gar Tertiärkreislauf auskommt, da
bei aber in bezug auf Dichtwirkung, Gasreinheit und Gasverluste
den Mehrkreissystemen entspricht.
Die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 5 gekennzeichnete
Erfindung löst die Aufgabe, eine Wellendichtung für
gasgefüllte Maschinen zu schaffen, die sich durch einfachen
Aufbau und geringe Störanfälligkeit auszeichnet, ohne
Sekundär- oder gar Tertiärkreislauf auskommt, dabei aber in
bezug auf Dichtwirkung, Gasreinheit und Gasverluste den
Mehrkreissystemen entspricht. Gleichzeitig sollen
nichtdurchströmte Dichtungsspalte zwischen Welle und
Dichtring(teilen) vermieden werden, welche Deformationen des
bzw. der Dichtringe zur Folge haben können, und es soll
möglichst wenig Sperrflüssigkeit mit dem Füllgas im
Maschineninneren in Berührung kommen.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche 2 bis 4 bzw. 6 bis 9.
Die Vorteile der Erfindung lassen sich schlagwortartig wie
folgt zusammenfassen:
- - Minimale Störanfälligkeit an Welle und Dichtring durch Vermeidung der Mischreibung (Schwimmring),
- - minimale Störanfälligkeit im Öl-Versorgungssystem durch 100%-ige Redundanz der Komponenten,
- - minimale Überwachung,
- - insbesondere bei innerer Überführung (zweite Alterna tive) kein nennenswerter Mehraufwand gegenüber Einkreisdichtungen.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in
vereinfachter Darstellung veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Wellendichtung
für gasgefüllte Maschinen mit einem als Stauring ausge
bildeten Drosselelement auf der Gasseite der Dichtung;
Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Druckverlaufs im
Dichtspalt der Wellendichtung nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Abwandlung von Fig. 1 mit zusätzlicher Drosselung
auf der Luftseite;
Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Druckverlaufs im
Dichtspalt der Wellendichtung nach Fig. 3;
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Wellendichtung mit
innerer Überführung von der Gasseite auf die Luftseite
im Dichtring;
Fig. 6 einen Schnitt durch die Wellendichtung nach Fig. 5
längs deren Linie AA;
Fig. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Druckverlaufs im
Dichtspalt der Wellendichtung nach Fig. 5;
Fig. 8 eine dritte Ausführungsform einer Wellendichtung mit
innerer Überführung von der Gasseite auf die Luftseite
im Dichtungsgehäuse.
Die Wellendichtung nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem
die Welle 1 allseits umgebenden Dichtungsgehäuse 2 und einem im
Gehäuseinneren, der Druckringkammer 3, angeordneten, die Welle 1
unter Belassung eines Dichtspalts 4 umgebenden Dichtring 5. Der
Dichtring 5 ist radial beweglich in der Druckringkammer 3 ange
ordnet und weist über dem gesamten Umfang verteilte radiale
Durchgangsbohrungen oder Durchgangskanäle 6 auf, von denen in
Fig. 1 nur eine einzige sichtbar ist.
Von einem (nicht dargestellten) Sperrflüssigkeitsreservoir wird
über eine erste Bohrung 7 im Dichtringgehäuse 2 entgaste Sperr
flüssigkeit YV in Pfeilrichtung unter Druck in die Dichtringkam
mer gepreßt.
Die Sperrflüssigkeit gelangt aus dem Raum zwischen dem äußeren
Umfang des Dichtrings 5 und dem Dichtungsgehäuse 2 durch die Boh
rungen oder Durchgangskanäle 6 in den Dichtungsspalt 4, verteilt
sich dort in zwei Volumenströme VL und VG in Richtung Luftseite L
und Gasseite G der Wellendichtung.
Insoweit entspricht die soeben beschriebene Wellendichtung dem
Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der Firmen
schrift der Anmelderin "Generators for large power plants", Pu
blikations-Nr. CH-T 070 022E, S. 26, Fig. 43, mit zugehörigem
Text auf Seite 27, ergibt.
Während nun bei der bekannten Wellendichtung nach der Firmen
schrift und auch gemäß CH-PS 385 581 die Sperrflüssigkeit via
Dichtungsspalt aus der Dichtung heraustritt, ist bei der Wellen
dichtung nach Fig. 1 im Dichtungsgehäuse 2 ein zweiter Dichtring,
ein Stauring 8, vorgesehen, der einen Großteil VVG des auf die
Gasseite G abfließenden evakuierten Flüssigkeitsstroms VG durch
Stauung umlenkt.
Zu diesem Zweck sind zwischen dem ersten Dichtring 5 und der die
sem Dichtring zugewandten Stirnfläche des Staurings 8 radial ver
laufende Kanäle 9 vorgesehen, welche den Dichtspalt 4 mit einem
seitlichen Sammelraum 10 in der gasseitigen Hälfte des Dichtungs
gehäuses 2 verbinden. Aus dem Sammelraum gelangt der Sperrflüs
sigkeitsteilstrom VVG über eine zweite Bohrung 11 im Dichtungs
gehäuse 2 direkt zurück in das Sperrflüssigkeitsreservoir mit
entgaster Sperrflüssigkeit; direkt deshalb, weil dieser Teilstrom
VVG auf seinem Weg durch die Wellendichtung nicht mit dem Füllgas
der Maschine in Berührung gekommen ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die Kanäle 9 durch Beab
standung der Ringe 5 und 8 mittels vorspringender Nocken 12 an
der dem Dichtring 5 zugewandten Stirnfläche des Staurings 8 ge
bildet, welche Nocken sich an einem Bund 13 an der gasseitigen
Stirnfläche des Dichtrings 5 axial und vornehmlich radial ab
stützen.
Alternativ hierzu kann der Stauring 8 einstückig mit dem Dicht
ring 5 ausgebildet sein, wobei die Kanäle 9 dann als Bohrungen
seitlich der Durchgangsbohrungen 6 auszubilden wären.
Der vom Stauring 8 auf die Gasseite G durchgelassene Volumenstrom
VSG kann in einfacher Weise durch einen in der Rückführungsrohr
leitung für VVG installierten veränderbaren Strömungswiderstand,
z. B. ein Drosselventil, dosiert werden, wodurch der Leckagestrom
VSG in gewünschten Grenzen gehalten wird.
Zusätzlich zur Drosselung auf der Gasseite G kann man eine Dros
selung auf der Luftseite L vornehmen, wodurch sich der Anteil des
zu evakuierenden Sperrflüssigkeitsstroms nochmals reduzieren
läßt. Die Weiterbildung der Erfindung ist in Fig. 3 und dem zu
gehörigen Druckdiagramm in Fig. 4 beispielsweise veranschaulicht,
wobei in Fig. 1 und Fig. 3 gleiche Teile mit den gleichen Bezugs
zeichen versehen sind.
Das Dichtungsgehäuse besteht aus "reinigungstechnischen" Gründen
aus zwei gleichartigen Gehäusehälften 20, 21. Der Dichtring ist
gleichfalls in zwei Ringhälften 22, 23 unterteilt. Aus montage
technischen Gründen sind beide Gehäusehälften 20, 21 in Wellen
mitte axial in je zwei radiale Hälften unterteilt. Die beiden
Ringhälften 22, 23 werden ebenfalls aus montagetechnischen Gründen
axial geteilt jedoch um 90° in Umfangsrichtung versetzt miteinan
der verschraubt. Die radialen Kanäle 6 sind über den gesamten Um
fang des Dichtrings verteilt und können jeweils zur Hälfte in je
der Ringhälfte 22, 23 liegen. Die Zufuhr der Sperrflüssigkeit er
folgt in Pfeilrichtung durch die Bohrung 7.
Das gleiche hinsichtlich Reinigungstechnik und Montagetechnik
gilt für Gehäuse und Ring der Fig. 1.
Auf beiden Seiten der Bohrung 6 sind am inneren Umfang der Ring
hälften 22, 23 jeweils radiale Nuten 24, 25 eingearbeitet, die mit
axialen Bohrungen 26, 27 in den Ringhälften kommunizieren.
Die Bohrungen 26, 27 stehen mit Sammelräumen 28, 29 in der luft
seitigen bzw. gasseitigen Wandung des Dichtungsgehäuses in freier
Verbindung. Aus den Sammelräumen 28, 29 gelangt die Sperrflüssig
keit über radial verlaufende Bohrungen 30, 31 direkt zurück in das
Sperrflüssigkeitsreservoir.
Die der Welle 1 zugewandten Enden 32, 33 der Ringhälften 22, 23
zwischen den Nuten 24, 25 und der Innenwand der Druckringkammer 3
haben die Funktion des Staurings 8 der Ausführungsform nach
Fig. 1.
Wie bei jener drosseln Sie die beiden Sperrflüssigkeitsströme VL
und VG derart, daß ein vorgebbarer Anteil VVL bzw. VVG Sperr
flüssigkeit ohne mit Luft bzw. Füllgas in Berührung zu kommen,
durch die Bohrungen 30 bzw. 31 direkt in das Sperrflüssigkeits
reservoir zurückgeführt und die Leckageströme VSL bzw. VSG dem
entsprechend klein gehalten werden können.
Die sich über die axiale Länge im Dichtspalt 4 einstellenden
Drücke sind im Diagramm nach Fig. 4 veranschaulicht, wobei in
Fig. 4 dieselben Bezeichnungen gelten wie in Fig. 2. Neu in Fig.
4 ist die durch den "Stauring" 32 verursachte Abflachung der
Druckkurve auf der Luftseite L zwischen der Nut 24 und der inne
ren Wandung der linken Gehäusehälfte 20.
Wie in Fig. 3 durch die radial verlaufenden strichlierten Linien
in den Ringhälften 22, 23 angedeutet, können diese auch im Bereich
der Nuten 24, 25 geteilt sein.
Während bei den oben beschriebenen Wellendichtungen ein beträcht
licher Teil der Sperrflüssigkeit nach Passieren eines Dichtspalt
abschnittes zurück in das Sperrflüssigkeitsreservoir rezirkuliert
wird, und demgemäß zumindest eine Rückführleitung notwendig ist,
erfolgt bei der Wellendichtung nach Fig. 5 eine im mittleren
Dichtungsabschnitt innere Überführung der Sperrflüssigkeit von
der Gasseite zur Luftseite der Dichtung. Der Dichtring besteht
nur aus drei axial hintereinanderliegenden Ringteilen 32, 33 und
34. Die beiden äußeren Ringteile 32 und 34 weisen an ihren inne
ren Stirnflächen im dichtspaltseitigen Ende jeweils eine umlau
fende Ausnehmung 35, 36 auf, welche zusammen mit dem planen Ring
teil 33 zwei umlaufende Nuten 37, 38 bilden. Der mittlere
Ringteil 33 weist am dichtspaltseitigen Ende eine Vielzahl von
axialverlaufenden Durchgangsbohrungen 39 auf, die über den
gesamten Umfang regelmäßig verteilt sind.
Wie aus Fig. 6, die einen Schnitt durch den mittleren Ringteil
33 längs der Linie AA in Fig. 5 zeigt, hervorgeht, liegen die
Bohrungen 39 jeweils zwischen zwei Radialbohrungen 6, ohne diese
zu schneiden.
Die Sperrflüssigkeit (Flüssigkeitsstrom VV) wird über die Bohrung
W der Dichtringkammer 3 zugeführt und gelangt über die radialen
Bohrungen 6 im mittleren Ringteil 33 in den Dichtspalt 4. Dort
teilt er sich in die zwei Flüssigkeitsströme VL und VG auf. Ein
Teil VVG des zur Gasseite G abfließenden Stromes wird über die
Bohrungen 39 zur Luftseite L überführt und vermischt sich im
Spalt zwischen der Welle 1 und dem linken Ringteil 32 mit dem
Strom VL.
Die sich im Dichtspalt einstellenden Druckverhältnisse sind im
Diagramm nach Fig. 7 verdeutlicht, wobei die Bezeichnungen mit
denjenigen der Fig. 2 bzw. 4 übereinstimmen.
Die Länge des Dichtspalts L32 zwischen Ringteil 32 und Welle 1
wird gemäß dem im Druckdiagramm (Fig. 7) verbleibenden Druckab
fall ΔPL für VL + VVG dimensioniert. Die Länge des Dichtspalts L33
zwischen dem luftseitigen Abschnitt des mittleren Ringteils 33
und der Welle 1 wird gemäß dem Druckabfall Δpmax - ΔpL für den
Flüssigkeitsstrom VL dimensioniert. Schließlich erfolgt die
Dimensionierung der Bohrungsdurchmesser (der Bohrungen 39)
gemäß dem Druckabfall ΔpGL für den Volumenstrom VVG.
Anstelle von drei Ringteilen 32, 33 und 34 ist es möglich, die
Ringteile 32 und 33 oder auch 33 und 34 einstückig auszubilden.
Auch können die einander zugewandten Stirnflächen der äußeren
Ringteile 32 und 34 plan sein, wobei dann die Ausnehmungen 35 und
36 im mittleren Ringteil vorzusehen sind.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ferner angedeutet, wie die
Wellendichtung durch unterschiedliche Gestaltung der äußern
Stirnfläche der äußeren Ringteile 32 und 34 mit einem Axial
schubausgleich versehen werden kann (Ausnehmung 40 im wellenfer
nen Abschnitt des luftseitigen Ringteils 32, Ausnehmung 41 im
wellennahen Abschnitt des gasseitigen Ringteils 34). Auch in der
Ausführung nach Fig. 1 ist ein derartiger Schubausgleich vorge
sehen.
Hinsichtlich Reinigungstechnik und Montagetechnik für Gehäuse und
Ring gelten die gleichen Aussagen, wie sie im Zusammenhang mit
Fig. 1 und 3 gemacht wurden.
Die in Fig. 8 schematisch dargestellte Wellendichtung entspricht
hinsichtlich ihrer Funktion im wesentlichen derjenigen nach Fig.
5, weist jedoch eine im Dichtungsgehäuse verlaufende Überführung
auf. Zu diesem Zweck ist das Dichtungsgehäuse vierteilig ausge
führt. Es ist durch einen Radialschnitt in zwei axiale Teile 50
und 51 unterteilt. Diese beiden Teile sind wiederum durch Axial
schnitt in zwei radiale Teile 50a, 50b und 51a, 51b geteilt, wo
bei alle vier Teile durch nicht dargestellte Verbindungsmittel
lösbar miteinander verbunden sind. Im Gehäuse sind ein oder zwei
Ölzuführungsbohrungen 7 vorgesehen, die in die Druckringkammer 3
münden. Die Dichtringanordnung ist zweiteilig und besteht aus
zwei axial nebeneinander liegenden (nicht verbundenen) Ringen,
dem Luftring 52 und dem Gasring 53, die aus Montagegründen aus je
zwei Ringhälften bestehen. An den einander zugewandten Stirnsei
ten der Ringe 52, 53 sind Nocken 54 vorgesehen, welche verhindern,
daß bei Beaufschlagung mit Sperrflüssigkeit die Ringe sich an
einander legen und die Sperrflüssigkeit im Spalt zwischen den äuß
eren Ringstirnseiten und den Gehäusewänden abfließt. Das gesam
te Axialspiel der Ringe in der Druckringkammer 3 liegt typisch
zwischen 0,2 und 0,4 mm.
Im Gasring 53 ist etwa im mittleren Abschnitt eine gegen den
Dichtspalt 4 offene umlaufende Nut 55 vorgesehen; sie kommuni
ziert mit einer Vielzahl axialer Bohrungen 56 im Gasring 53, die
an der gasseitigen Stirnfläche des Gasrings 53 münden. Diese Boh
rungen setzen sich in axialen Sacklochbohrungen 57 in der gassei
tigen Gehäusewand der Gehäuseteile 51a bzw. 51b fort. Die Sack
lochbohrungen sind je an eine Überströmleitung, bestehend aus
einer radialen Sacklochbohrung 58, einer axialen Sacklochbohrung
59 in den Gehäuseteilen 50a und 51a bzw. 50b und 51b und einer
weiteren Sacklochbohrung 60 in den Gehäuseteilen 50a bzw. 50b,
angeschlossen, welche Überströmleitung vollständig im Dichtungs
gehäuse verläuft und auch die Ölzuführbohrung(en) 7 nicht an
schneidet. Die Überströmleitung mündet auf der Luftseite L im
Spalt zwischen Dichtungsgehäuse und Welle 1. Die Bohrung 58 ist
am spaltseitigen Ende, die Bohrung 59 an der luftseitigen Stirn
fläche des Dichtungsgehäuses durch eingeschweißte Stopfen 63
gasdicht verschlossen. Anstelle von axialen Sacklochbohrungen 57
im Gehäuseteil 51 kann auch eine axial verlaufende Ringnut vorge
sehen werden.
Aufgrund der unterschiedlichen Drücke, welche auf die Dichtringe
52 und 53 einwirken, unterliegen diese einem Axialschub. Dieser
ist beim Gasring 53 aufgrund der geringeren Druckdifferenz klei
ner als beim Luftring 52. Dieser geringe Axialschub läßt sich
durch die Ausnehmung 61 an der äußeren Stirnfläche des Gasringes
53 noch weiter verringern. Der Gasring 53 ist trotz dichter An
lage an der Gehäusewand ein echter Schwimmring.
Der Luftring 52 erhält wegen der großen Druckdifferenz zwischen
Sperrflüssigkeit und Außenraum (Luftseite L) einen großen
Axialschub, der aber durch die Ausnehmung 62 an der äußeren
Stirnfläche des Luftrings 52 soweit kompensierbar ist, daß auch
der Luftring 52 als Schwimmring funktionieren kann.
Die Wirkungsweise der Wellendichtung gemäß Fig. 8 entspricht
grundsätzlich derjenigen nach Fig. 5, wobei auch das Druckdia
gramm den selben prinzipiellen Verlauf aufweist.
Claims (9)
1. Wellendichtung für gasgefüllte Maschinen, insbesondere was
serstoffgekühlte Turbogeneratoren, mit einer Druckringkammer
(3), welcher über eine Zuführleitung (7) entgaste Sperrflüssig
keit unter Überdruck zugeführt wird, einem die Welle (1) unter
Beibehaltung eines Dichtspalts (4) umgebenden Dichtring
(5; 22, 23), der annähernd radial verlaufende im Dichtspalt (4)
mündende Bohrungen (6) oder Kanäle aufweist und in der
Druckringkammer (3) im wesentlichen radial beweglich angeordnet
ist, und Mitteln zur Abführung der seitlich aus dem Dichtspalt
(4) austretenden Sperrflüssigkeit und deren Rückleitung zu einer
Sperrflüssigkeitsaufbereitungs- und Druckerzeugungsanlage,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Druckringkammer (3) neben dem Dichtring (5; 22) ein
zweiter Ring (8; 23) vorgesehen ist, der zwischen dem Dichtring
(5; 22) und der gasseitigen Stirnwand der Druckringkammer (3)
angeordnet ist, daß in dem zweiten Ring (8, 23) oder zwischen
erstem (5; 22) und zweiten Ring (8; 23) im wesentlichen radial
verlaufende Kanäle (9; 25) vorgesehen sind, durch welche ein Teil
der zur Gasseite abströmenden reinen, unvermischten Sperr
flüssigkeit vom Dichtungsspalt (4) abgeleitet bzw. zurückgeführt
wird, wobei die Sperrflüssigkeit zunächst radial einwärts durch
den Dichtring (5; 22) hindurch bis zur Wellenoberfläche und
entlang dieser zur Abdichtung zugeführt und dann erst radial
auswärts zwischen dem Dichtring (5; 22) und dem zweiten Ring
(8; 23) hindurch unvermischt rückgeführt wird.
2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Ring (8) einstückig mit dem Dichtring (5) ausge
bildet ist.
3. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
im Dichtring (22) und im zweiten Ring (23) radiale Nuten
(24, 25) vorgesehen sind, die mit axialverlaufenden Bohrungen
(26, 27) in den äußeren Stirnflächen beider Ringe kommuni
zieren, welche Bohrungen ihrerseits mit Sammelräumen (28, 29)
in den Seitenwänden des Dichtungsgehäuses (20, 21) in freier
Verbindung stehen.
4. Wellendichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite (23) mit dem ersten Ring (22) einstückig ausge
bildet ist und die radiale Bohrung (6) zwischen den beiden
Nuten (24, 25) verläuft, ohne diese anzuschneiden.
5. Wellendichtung für gasgefüllte Maschinen, insbesondere was
serstoffgekühlte Turbogeneratoren, mit einer Druckringkammer
(3), welcher über eine Zuführleitung (7) entgaste Sperrflüssig
keit unter Überdruck zugeführt wird, einem die Welle (1) unter
Beibehaltung eines Dichtspalts (4) umgebenden Dichtring
(32, 33, 34), der annähernd radial verlaufende, im Dichtspalt (4)
mündende Bohrungen (6) oder Kanäle aufweist und in der
Druckringkammer (3) im wesentlichen radial beweglich angeordnet
ist, und Mitteln zur Abführung der seitlich aus dem Dichtspalt
(4) austretenden Sperrflüssigkeit und deren Rückleitung zu einer
Sperrflüssigkeitsaufbereitungs- und Druckerzeugungsanlage,
dadurch gekennzeichnet,
daß im mittleren Dichtringabschnitt (33) und/oder im
Dichtringgehäuse (50, 51) Mittel (37, 38, 39; 55-60) zur
Überführung eines Teils der zur Gasseite (G) der Wellendichtung
abströmenden Sperrflüssigkeit auf die Luftseite (L) des
Ringspalts (4) vorgesehen sind.
6. Wellendichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
im Dichtringmittelteil (33) beidseits der radialen Bohrungen
(6) Ausnehmungen vorgesehen sind, die mit den beiden anderen
Ringteilen umlaufende Ringnuten (37, 38) bilden, daß im
Dichtungsringmittelteil (33) im spaltnahen Bereich annähernd
axial verlaufende Bohrungen (39) vorgesehen sind, welche in
die besagten Ringnuten (37, 38) münden und besagte radiale
Bohrungen (6) nicht schneiden.
7. Wellendichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Dichtring aus drei Ringteilen (32, 33, 24) besteht, wobei
im mittleren Ringteil (33) eine Vielzahl radialer Durch
gangsbohrungen (6) und in seinem wellennahen Ende eine Viel
zahl von axial verlaufenden, die radialen Bohrungen (6)
nicht schneidende Bohrungen (39) vorgesehen sind und die die
Ringnuten (37, 38) bildenden Ausnehmungen je in den Ringtei
len (32, 33) vorgesehen sind.
8. Wellendichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der mittlere Ringteil (33) mit einem der beiden äußeren
Ringteile (32; 34) einstückig ausgebildet ist.
9. Wellendichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Dichtring in einen luftseitigen (52) und einen gasseiti
gen Dichtring (53) unterteilt ist, wobei im gasseitigen
Dichtring (53) eine zum Dichtspalt (4) hin offene Nut (55)
eingearbeitet ist, welche über eine Vielzahl axial verlau
fender Bohrungen (56) je mit einer Fortsetzung (57) im Ge
häuse (51) und je mit einer im wesentlichen u-förmigen Über
strömleitung (58, 59, 60) in Verbindung steht, welche voll
ständig im Dichtungsgehäuse (50, 51) verläuft und die Zufüh
rungsleitung (7) im Gehäuse nicht anschneidet, welche Über
strömleitungen auf der Luftseite (L) im Spalt zwischen Ge
häuse (50) und Welle (1) münden.
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