DE4420973A1

DE4420973A1 - Axial gas turbine shaft seal for turbo engine

Info

Publication number: DE4420973A1
Application number: DE19944420973
Authority: DE
Inventors: Kamil Matyscak
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1995-12-21

Abstract

The air communicating with the atmosphere in the bearing space (11) is deflected between bearing (9) and stuffing box (13), and the first interval space (15a) between the box and the shaft disc (14). This space is joined directly to the off-gas diffuser (7) and a wall (17) on the bearing side of the box forms a second interval space (15b) which is joined at its radially outer end to the bearing space and is joined to the first interval space via slot (16). The wall is joined at its rim via equi-spaced spacers (18) to the stuffing box. The pressure gradient between the atmosphere-linked bearing space and diffuser assisted by the pumping action of the rotating shaft draws the air out of the bearing space to act as shaft seal. The air is deflected via the wall and leaves via the slot after passing through both the spaces (15a,15b) and into the hot gas duct whilst at the same time cooling the bearing space throughout.

Description

Technical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wellendichtung zwi schen rotierender Welle und Abgasgehäuse einer thermischen Turbomaschine, insbesondere einer axialdurchströmten Gastur bine und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for shaft sealing between rotating shaft and exhaust housing of a thermal Turbo machine, in particular an axially flowed gas bine and an apparatus for performing the method.

State of the art

Thermische Turbomaschinen, insbesondere axialdurchströmte Gasturbinen, bestehen bekanntermaßen im wesentlichen aus dem beschaufelten Rotor und dem mit Leitschaufeln bestückten Schaufelträger, der im Turbinengehäuse eingehängt ist. An das Turbinengehäuse schließt sich das Abgasgehäuse an, das bei modernen Maschinen am Turbinengehäuse angeflanscht ist und im wesentlichen aus einem nabenseitigen ringförmigen Innenteil und einem ringförmigen Außenteil, welche den Abgasdiffusor begrenzen, besteht. Im Hohlraum innerhalb des Innenteils, al so innerhalb der Diffusorkonstruktion selbst, ist die aus trittsseitige Lagerung des Turbinenläufers angeordnet.Thermal turbomachinery, in particular flowed through axially As is known, gas turbines consist essentially of the bladed rotor and the one equipped with guide vanes Blade carrier, which is suspended in the turbine housing. To the Turbine casing joins the exhaust casing, which at modern machines is flanged to the turbine housing and in essentially from a hub-side annular inner part and an annular outer part, which the exhaust gas diffuser limit exists. In the cavity within the inner part, al so inside the diffuser construction itself, that's off arranged on the tread side bearing of the turbine rotor.

Zwecks berührungsfreier Abdichtung der Durchführungen des Ro tors durch das Gehäuse der Turbine und Reduktion der Leckage auf ein sinnvolles Maß sind Wellendichtungen (Labyrinthdich tungen, Stopfbuchse) vorhanden. In order to seal the bushings of the Ro torsion through the casing of the turbine and reduction of leakage shaft seals (labyrinth seal tion, stuffing box) available.

Um einen eventuellen Heißgaseinbruch in den Lagerraum zu verhindern, wird bisher über eine gesonderte Leitung vom Kom pressor zum Abgasgehäuse niedrig verdichtete Luft in den Raum zwischen Wellendichtung und Welle geführt. Ein Teil der Luft entweicht durch die Labyrinthdichtung in den Lagerraum. Der Rest strömt an der Wellenscheibe entlang in den Heißgaskanal.To prevent any hot gas from entering the storage room prevent, is so far on a separate line from the Kom Pressor to the exhaust housing low compressed air in the room between the shaft seal and shaft. Part of the air escapes through the labyrinth seal into the storage room. Of the The rest flows along the wave washer into the hot gas duct.

Der Nachteil an diesem Stand der Technik besteht darin, daß für diese Art der Wellenabdichtung einerseits vom Kompressor zusätzlich Luft verdichtet und zur Verfügung gestellt werden muß und andererseits in der Gasturbinenanlage eine relativ lange Leitung zur Führung dieser niedrig verdichteten Luft vom Kompressor zum Abgasgehäuse angeordnet sein muß.The disadvantage of this prior art is that for this type of shaft seal from the compressor additional air is compressed and made available must and on the other hand a relative in the gas turbine system long pipe to carry this low compressed air must be arranged from the compressor to the exhaust housing.

Presentation of the invention

Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer thermischen Turboma schine, insbesondere einer axialdurchströmten Gasturbine, ein Verfahren zur Wellendichtung zwischen rotierender Welle und Abgasgehäuse zu entwickeln und eine Wellendichtung so zu ge stalten, daß ein Heißgaseinbruch in die unmittelbare Nähe des Lagers verhindert wird, ohne daß dazu zusätzliche Luft vom Kompressor und eine separate Luftleitung vom Kompressor zum Abgasgehäuse notwendig sind.The invention tries to avoid all these disadvantages. your the task is based on a thermal turboma machine, in particular an axially flow-through gas turbine Process for shaft sealing between rotating shaft and To develop exhaust housing and ge a shaft seal sthen that a hot gas break in the immediate vicinity the bearing is prevented without additional air from the compressor and a separate air line from the compressor to the exhaust housing are necessary.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren zur Wellen dichtung zwischen rotierender Welle und Abgasgehäuse einer thermischen Turbomaschine, insbesondere einer axialdurch strömten Gasturbine, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1, bei dem zur Wellendichtung Luft mit einem höheren Druck als der Druck des Abgases im Abgasdiffussor in den Raum zwischen Wel lendichtung und Welle geführt und anschließend in den Abgas diffusor geleitet wird, dadurch erreicht, daß die im Lager raum vorhandene, mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Luft verwendet wird und daß diese Luft im Bereich zwischen Lager und Stopfbuchse umgelenkt wird.According to the invention, this becomes a method for waves seal between rotating shaft and exhaust housing one thermal turbo machine, especially one axially through flowed gas turbine, according to the preamble of claim 1 to the shaft seal air with a higher pressure than that Pressure of the exhaust gas in the exhaust gas diffuser in the space between Wel gasket and shaft and then into the exhaust diffuser is guided, achieved in that in the camp existing space related to the atmosphere Air is used and that this air is in the range between Bearing and stuffing box is deflected.

Erfindungsgemäß wird das bei einer Wellendichtung zur Durch führung des Verfahrens dadurch erreicht, daß lagerseitig an der Stopfbuchse eine Wand angeordnet ist, welche mit der Stopfbuchse einen Zwischenraum begrenzt, der an seinem radial äußeren Ende mit dem Lagerraum und an seinem radial inneren Ende über einen Verbindungsspalt mit dem Zwischenraum zwi schen Stopfbuchse und Wellenscheibe verbunden ist.According to the invention this becomes a through with a shaft seal leadership of the method achieved in that on the bearing side the gland is arranged a wall which with the Stuffing box delimits a space at its radial outer end with the storage space and at its radially inner End over a connecting gap with the space between gland and shaft washer is connected.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Wand über gleichmäßig verteilte Distanzhalter an der Stopfbuchse befestigt ist.It is particularly useful if the wall is over evenly distributed spacer is attached to the stuffing box.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem im Wegfall der bisher üblichen Leitung für die niedrig verdichtete Luft vom Kompressor zum Abgasgehäuse zu sehen, sowie im Wegfall der zusätzlich vom Kompressor zur Verfügung gestellten verdichte ten Luft. Damit wird im Vergleich zum Stand der Technik-Mate rial eingespart. Außerdem wird gleichzeitig der Lagerraum gut gekühlt.The advantages of the invention include the elimination of hitherto usual line for the low compressed air from Compressor to see the exhaust housing, and in the absence of additional compressions provided by the compressor air. This is compared to the state of the art mate rial saved. It also becomes the storage room well chilled.

Brief description of the drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer einwelligen axialdurchströmten Gasturbine darge stellt.In the drawing is an embodiment of the invention based on a single-shaft, axially flow-through gas turbine Darge poses.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt der Gasturbine; Fig. 1 shows a partial longitudinal section of the gas turbine;

Fig. 2 einen vergrößerten Teillängsschnitt im Bereich der Wellendichtung; 2 is an enlarged partial longitudinal section in the region of the shaft seal.

Fig. 3 einen Teilquerschnitt im Bereich des Lagerraumes entlang der Linie III-III gemäß Fig. 1. Fig. 3 is a partial cross-section in the region of the storage room along the line III-III of FIG. 1.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise der Verdichterteil und der Abgaskamin. Die Strömungsrichtung der Luft für die Dichtung ist mit Pfeilen bezeichnet.It is only essential for understanding the invention Chen elements shown. The system is not shown for example, the compressor section and the exhaust stack. The Direction of air flow for the seal is with arrows designated.

Way of carrying out the invention

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spieles und der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to a game of execution and FIGS . 1 to 3.

Fig. 1 zeigt einen Teillängsschnitt einer einwelligen axial durchströmten Gasturbine, von der die Abgasseite und die vier letzten Stufen der Turbine dargestellt sind. Fig. 1 shows a partial longitudinal section of a single-shaft axially flow-through gas turbine, of which the exhaust side and the four last stages of the turbine are shown.

In Fig. 2 ist wegen besserer Erkennung der Details vergrößert der Bereich der Wellendichtung dargestellt.In Fig. 2 the area of the shaft seal is shown enlarged for better recognition of the details.

Die axialdurchströmte Gasturbine besteht im wesentlichen aus der mit Laufschaufeln bestückten rotierenden Welle 1 und den mit Leitschaufeln bestückten Schaufelträger 2, welcher im Turbinengehäuse 3 eingehängt ist. An das Turbinengehäuse 3 ist das Abgasgehäuse 4 angeflanscht. Dieses besteht im we sentlichen aus einem nabenseitigen ringförmigen Innenteil 5 und einem ringförmigen Außenteil 6, welche den Abgasdiffusor 7 begrenzen. Die Teile 5 und 6 sind durch mehrere angeschweißte radiale Strömungsrippen 8, welche vorzugsweise hohl und gleichmäßig verteilt über den Umfang angeordnet sind, miteinander verbunden.The axially flowed through gas turbine essentially consists of the rotating shaft 1 equipped with moving blades and the blade carrier 2 equipped with guide blades, which is suspended in the turbine housing 3 . The exhaust housing 4 is flanged to the turbine housing 3 . This consists essentially of a hub-side annular inner part 5 and an annular outer part 6 , which limit the exhaust gas diffuser 7 . The parts 5 and 6 are connected to one another by a plurality of welded-on radial flow ribs 8 , which are preferably arranged in a hollow and evenly distributed manner over the circumference.

Die austrittsseitige Lagerung der Welle 1 ist innerhalb des Innenteils 5 angeordnet. Die Welle 1 liegt in einem Lager 9. The outlet-side mounting of the shaft 1 is arranged inside the inner part 5 . The shaft 1 lies in a bearing 9 .

Zwischen dem Lagergehäuse 10 und dem ringförmigen Innenteil 5 befindet sich der Lagerraum 11. Der Lagerraum 11 ist an sei nem einen Ende mit der Atmosphäre verbunden, turbinenseitig ist er über Labyrinthdichtungen 12 und Stopfbuchse 13 gegen den Heißgaskanal (Abgasdiffusor 7) abgedichtet.The storage space 11 is located between the bearing housing 10 and the annular inner part 5 . The storage room 11 is connected at one end to the atmosphere, on the turbine side it is sealed against the hot gas duct (exhaust gas diffuser 7 ) via labyrinth seals 12 and stuffing box 13 .

Wie aus Fig. 2 deutlich zu erkennen ist, ist zwischen der Stopfbuchse 13 und dem ringförmigem Innenteil 5 und der Wel lenscheibe 14 ein Zwischenraum 15a vorhanden. Der Zwischen raum 15a ist über einen sich über den gesamten Umfang er streckenden Spalt 16 zwischen Stopfbuchse 13 und Welle 1 und einen weiteren Zwischenraum 15b mit dem Lagerraum 11 verbun den.As can be clearly seen from Fig. 2, between the stuffing box 13 and the annular inner part 5 and the Wel lens disc 14, a space 15 a is present. The space 15 a is connected over an entire circumference he extending gap 16 between the gland 13 and shaft 1 and a further space 15 b with the storage space 11 the.

Zwischen dem Lager 9 und der Stopfbuchse 13 ist in geringem Abstand von der Stopfbuchse 13 ein geeignetes Mittel zur Ab schirmung des Lagers angeordnet. Dieses Mittel ist im vorlie genden Ausführungsbeispiel eine Wand 17, welche über gleichmäßig verteilte Distanzhalter 18 an der Stopfbuchse 13 be festigt ist. Das ist gut aus Fig. 3 zu erkennen, welche einen Teilquerschnitt im Lagerraum 11 im Bereich zwischen Lagerge häuse 10 und Wand 17 zeigt. Zwischen der Wand 17 und der Wel le 1 sind Labyrinthdichtungen 12 angeordnet. Die Wand 17 ist parallel zur Stopfbuchse 13 angeordnet und begrenzt mit die ser den Zwischenraum 15b.Between the bearing 9 and the gland 13 is slightly spaced from the gland 13 from a suitable means for shielding the bearing arranged. This means is in the vorlie embodiment a wall 17 , which is fastened to the stuffing box 13 via uniformly spaced spacers 18 . This can be seen well from Fig. 3, which shows a partial cross section in the storage room 11 in the area between Lagerge housing 10 and wall 17 . Labyrinth seals 12 are arranged between the wall 17 and the wel le 1 . The wall 17 is arranged parallel to the stuffing box 13 and limits the space 15 b with the water.

Die Wand 17 hat zwei Aufgaben zu erfüllen. Einerseits verhin dert sie bei einem eventuellen Heißgaseinbruch in den Lager raum 11, daß das Heißgas direkt an das Lager 9 gelangt und dort gegebenenfalls das Öl entzündet. Andererseits wird durch die Wand 17 die angesaugte Luft umgelenkt. Die Ansaugöffnung wird radial nach außen verlagert, also vom Lageröldichtungs bereich entfernt. Die Gefahr, daß der Ölnebel angesaugt wird, verringert sich. Dadurch werden die Brandgefahr und der Verschmutzungsgrad reduziert. Wall 17 has two tasks. On the one hand, it prevented a hot gas break-in in the storage room 11 that the hot gas reached the bearing 9 and ignited the oil there if necessary. On the other hand, the intake air is deflected by the wall 17 . The suction opening is moved radially outwards, i.e. away from the bearing oil seal area. The risk of the oil mist being sucked in is reduced. This reduces the risk of fire and the degree of pollution.

Da der Lagerraum 11 direkt mit der Atmosphäre verbunden ist, ist dort ein Druck von ca. 1,03 bar vorhanden. Im Abgasdif fusor herrscht dagegen Unterdruck von ca. 0,9 bar. Dieser Un terdruck und die Pumpwirkung der rotierenden Welle 1 führen dazu, daß die Luft aus dem Lagerraum 11 angesaugt wird und somit zur Wellendichtung verwendet wird. Sie wird wegen der vor der Stopfbuchse 13 angeordneten Wand 17 umgelenkt und fließt zunächst durch den Zwischenraum 15b. Anschließend strömt sie über den Spalt 16 und den Zwischenraum 15a in den Heißgaskanal. Dadurch wird ein Heißgaseinbruch in den La gerraum 11 weitgehend verhindert. Gleichzeitig wird durch die Luftströmung der Lagerraum 11 gut gekühlt. Die angesaugte Luftmenge wird dabei von der Größe des Spaltes 16 bestimmt.Since the storage room 11 is directly connected to the atmosphere, there is a pressure of approximately 1.03 bar. In contrast, the exhaust gas diffuser has a negative pressure of approx. 0.9 bar. This Un vacuum and the pumping action of the rotating shaft 1 cause the air to be sucked out of the storage space 11 and thus used for the shaft seal. It is deflected because of the wall 17 arranged in front of the stuffing box 13 and initially flows through the intermediate space 15 b. Then it flows through the gap 16 and the space 15 a in the hot gas channel. This largely prevents a hot gas break-in in the storage space 11 . At the same time, the storage space 11 is cooled well by the air flow. The amount of air sucked in is determined by the size of the gap 16 .

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist im Vergleich zum Stand der Technik für die Wellendichtung keine komprimierte Luft aus dem Verdichter nötig, so daß der Wirkungsgrad der Anlage verbessert wird. Durch den Wegfall der nicht mehr benötigten Luftleitung vom Verdichter zum Raum zwischen Wellendichtung und Welle vereinfacht sich außerdem die Konstruktion der Gasturbinenanlage. Ein zusätzlicher Vorteil ist die Kühlung des Lagerraumes.With the solution according to the invention is compared to the state technology for the shaft seal no compressed air from the compressor necessary so that the efficiency of the system is improved. By eliminating those that are no longer required Air line from the compressor to the space between the shaft seal and wave also simplifies the construction of the Gas turbine plant. Cooling is an additional advantage of the storage room.

BezugszeichenlisteReference list

1 Welle
2 Schaufelträger
3 Turbinengehäuse
4 Abgasgehäuse
5 ringförmiges Innenteil
6 ringförmiges Außenteil
7 Abgasdiffusor
8 Strömungsrippe
9 Lager
10 Lagergehäuse
11 Lagerraum
12 Labyrinthdichtung
13 Stopfbuchse
14 Wellenscheibe
15a Zwischenraum
15b Zwischenraum
16 Spalt
17 Wand
18 Distanzhalter. 1 wave
2 shovel supports
3 turbine housings
4 exhaust housing
5 ring-shaped inner part
6 ring-shaped outer part
7 exhaust gas diffuser
8 flow rib
9 bearings
10 bearing housings
11 storage room
12 labyrinth seal
13 stuffing box
14 wave washer
15 a space
15 b space
16 gap
17 wall
18 spacers.

Claims

1. A method for shaft sealing between the rotating shaft ( 1 ) and exhaust housing ( 4 ) of a thermal Turbomaschi ne, in particular an axially flow-through gas turbine, in which the outlet-side bearing of the turbine shaft ( 1 ) within the exhaust gas diffuser construction in the cavity of the inner part ( 5 ) of the exhaust gas housing ( 4th ) and for sealing labyrinth seals ( 12 ) and stuffing box ( 13 ) are used, whereby for the shaft seal air with a higher pressure than the pressure of the exhaust gas in the exhaust gas diffuser ( 7 ) is guided into the space between the shaft seal and the shaft ( 1 ) and is then passed into the exhaust gas diffusor ( 7 ), characterized in that the air present in the storage space ( 11 ) is used which is in contact with the atmosphere and that this air is deflected in the area between the bearing ( 9 ) and the stuffing box ( 13 ) .

2. Shaft seal for performing the method according to claim 1, consisting essentially of a stuffing box ( 13 ) and labyrinth seals ( 12 ), with an intermediate space ( 15 a) being arranged between the stuffing box ( 13 ) and the wave washer ( 14 ), which directly with is connected to the Abgasdiffussor (7), characterized in that a wall (17) on the bearing side of the stuffing box (13) is arranged, which (b 15) with the stuffing box (13) an intermediate space is limited, the radially outer at its end with the La gerraum ( 11 ) and at its radially inner end via a connecting gap ( 16 ) with the intermediate space ( 15 a) is connected.

3. Shaft seal according to claim 2, characterized in that the wall ( 17 ) is attached to the stuffing box ( 13 ) by means of spacers ( 18 ) distributed uniformly on the circumference.