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Stopfbüchse mit Sperrflüssigkeit für Dampfturbinen Es ist bekannt,
als Dichtungsmittel bei Stopfbüchsen von Dampfturbinen Sperrflüssigkeiten, wie Wasser
oder Quecksilber, zu verwenden, denen durch Schleuderwirkung mittels glatter oder
mit Rippen versehener Scheiben eine dem Dampfdruck entgegenwirkende Pressung erteilt
wird. Diese Stopfbüchsen haben den Nachteil, daß sie beim Anlassen der Turbine wirkungslos
sind und sich für hohe Dampfdrucke überhaupt nicht eignen.
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Es ist ferner bei Pumpen vorgeschlagen worden, in die Stopfbüchsen
Druckwasser zu leiten, um das Eindringen von Luft zu verhindern oder auch z. B.
bei Kondensatpumpen Verlust an Kondensat zu verhüten.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Stopfbüchse mit Flüssigkeitsabschluß
für Dampfturbinen, und zwar für praktisch beliebig hohe Drücke. Die neue Erfindung
besteht darin, daß die -Sperrflüssigkeit von außen unter Druck in den engen Spalt
zwischen Welle und feststehender Büchse, der aus zwei konzentrischen Zylindern gebildet
ist, gepreßt wird, so daß die Flüssigkeit nach der einen Seite zu infolge ihrer
Viskosität am freien Ausströmen gehindert wird, nach der anderen, der abzudichtenden
Seite aber vornehmlich infolge ihrer Druckgleichheit mit dem abzudichtenden Dampfe
den Dichtungsspalt ausfüllt und hierdurch abdichtend wirkt. Es ist hierfür also
die Sperrflüssigkeit so zu regeln, daß ihre Berührung mit dem abzudichtenden Dampf
entweder in den Spalt selbst fällt oder in einen Raum, der von dem abzudichtenden
Raume durch Labyrinthkämme getrennt ist.
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Wird der Druck der Sperrflüssigkeit so geregelt, daß die Berührung
von Dampf und Wasser innerhalb des Spaltes fällt, so wird die Abdichtung dadurch
bewirkt, daß an der Berührungsfläche infolge Bildung einer Dampfwasseremulsion eine
Störung auftritt, die selbst bei großen Druckunterschieden eine geregelte Strömung
unterbindet, so daß der Abfluß von Sperrflüssigkeit in den Dampfraum oder von Dampf
in den Flüssigkeitsraum gehemmt wird. Die »Undichtigkeit der Stopfbüchse beschränkt
sich dann. auf die Dampfmenge, die im Spalt kondensiert wird, die aber wegen der
geringen Oberflächen im Spalt nur klein sein kann.
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Wird ferner die Berührung der Sperrflüssigkeit mit dem abzudichtenden
Dampf in einen dem Spalt vorgelagerten Raum verlegt, so wird eine teilweise Verdampfung
oder Kondensation in diesem Raume stattfinden. Dieser ist aber auf dem gleichen
Drucke gehalten wie der eigentliche abzudichtende Raum und von diesem durch Labyrinthe
getrennt. Es kann also auch hier nur so viel Dampf nachströmen, als kondensiert
wird.
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Zur weiteren Erklärung der Wirkungsweise und Bauart der neuen Stopfbüchse
sei auf die folgenden Ausführungsbeispiele verwiesen.
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Es ist in Abb. i a der abzudichtende Raum, beispielsweise die erste
Radkammer der
Dampfturbine, b der feststehende Stopfbüchseneinsatz,
c die Turbinenwelle, die mit einer aus besonders geeignetem Stoff (z. B. Bronze,
Monelmetall, nichtrostendem Stahl) hergestellten Büchse d umkleidet ist. Eine gleichartige
Büchse e ist in. dem feststehender Stopfbüchseneinsatz eingezogen. Zwischen diesen
beiden Büchsen besteht nun ein sehr schmaler Spalt, der nur um wenige '/""mm größer
ist als das Spiel der Traglager. Durch diesen Spalt wird Sperrflüssigkeit, vornehmlich
Wasser, getrieben, und zwar gelangt es bei f in die Stopfbüchse und wird durch den
Ringspalt g gleichmäßig auf den Umfang verteilt. Die Zähigkeit hindert nun die Flüssigkeit,
mit der Geschwindigkeit dem Spalt zu entströmen, die ihrer Druckhöhe entsprechen
würde. Es genügen aus diesem Grunde verhältnismäßig geringe Flüssigkeitsmengen,
um den Spalt vollständig auszufüllen und einen vollständigen Abschluß zu bewirken.
Wenn der Sperrflüssigkeit ungefähr die gleiche Pressung erteilt wird, die im Raume
h vorherrscht und somit kein oder nur ein unbedeutender Überdruck gegenüber Raum
h vorhanden ist, so strömt nach der Radkammerseite zu nur sehr wenig Flüssigkeit
ab. Die aus dem Spalte ausgetretene Sperrflüssigkeit und der durch sie kondensierte
Dampf verlassen durch Ablauf i die Stopfbüchse und strömen in einen Sammelraum,
der unter dem gleichen Drucke wie Raum k steht, ab. Dieser Sammelraum kann ein Kondenstopf
oder auch der Heizrauen eines Speisewasservorwärmer s sein und sich selbsttätig,
beispielsweise durch ein Schwimmerventil, entleeren, sobald: ein gewisser Wasserstand
erreicht ist. An Stelle des Sammelbehälters kann auch ein Drosselventil, das unmittelbar
vom Druck in der Radkammer abhängig gemacht werden kann, zur Einstellung des Gegendruckes
im Raumeh dienen. Um zu verhindern, daß Sperrflüssigkeit in die Turbine gelangt,
sind die Streifringe h und der Spritzring l vorgesehen.
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Die nach der anderen Seite tretende Sperrflüssigkeit hat als äußeren
Gegendruck die Atmosphäre. Trotz der großen Druckdifferenz tritt jedoch auch hier
nur verhältnismäßig wenig Wasser ins Freie, da einerseits der Widerstand infolge
der Zähigkeit des Wassers im engen Spalt der beiden Büchsen, die nach dieser Seite
besonders lang ausgeführt sind, die Strömungsgeschwindigkeit bedeutend vermindert,
andererseits der freie Durchströmquerschnitt sehr gering ist. Das hier austretende
Wasser wird ebenfalls durch einen Spritzring m abgeschleudert und verläßt die Stopfbüchse.
Um Wasserverluste zu vermeiden, sind noch bei n Abstreifringe vorgesehen.
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Abb. 2 zeigt eine ähnliche Ausführung der Stopfbüchse, die jedoch
zur Ermöglichung sehr kleiner Spiele mit dem Traglager zusammengebaut ist. Es ist
o die Stopfbüchse p das Lager und q eine kräftige Büchse, die als Verbindungsstück
des Turbinengehäuse reit dem Lagerbocke.dient und gleichzeitig in ihrem Innern Stopfbüchse
und Lager trägt, Als Zulauf für das Druckwasser dient die Öffnungr, als Ablauf auf
der Dampfseite Bohrung s. Diese ist wieder mit einem Sammeltopf oder einem Minderventil
zu verbinden. Bei kleinen Einheiten kann der Ablaufraum, wie gezeichnet, als Teil
des Turbinengehäuses oder -deckels ausgebildet werden. Der Wasserablauf unter Atmosphärendruck
befindet sich bei t. Infolge der Nähe der wasserberührten und ölgeschmierten Teile
ist für eine sorgfältige Abscheidung des Wassers und des Öles zu sorgen. _ Diesem
Zwecke dienen die Streifringe bei u und v. Das Schmieröl für Lager
p wird bei w zu-, bei x
abgeführt.
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Zur Lieferung der Sperrflüssigkeit dient eine Hochdruckpumpe, die
von der Turbinenwelle unmittelbar angetrieben sein oder auch ein selbständiges Aggregat
bilden kann. Ebenso läßt sich hierfür mit Vorteil Wasser aus der Hochdruckspeisepumpe
verwenden.
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An Stelle der glatten Oberfläche des Spaltes können zur Erhöhung des
Ausströrnwiderstandes besondere,Schikanen angebracht werden. _ Durch die Sperrflüssigkeit
wird auch eine nützliche Kühlung der Traglager bewirkt, da die durch Leitung in
die Welle übergehende Wärme durch das Druckwasser abgeführt wird. Die Stopfbüchse
eignet sich daher besonders gut für hohen Druck und hohe Überhitzung. Die Zentrierung
der Welle innerhalb der Büchsen erfolgt selbsttätig, indem bei Verlagerung infolge
Bildung von Druckzentren, wie sie z. B. vom Michell Lager her bekannt sind, ein
Zurückbringen der Welle in die Mittellage erfolgt. Der hohe Druck, unter dem die
Sperrflüssigkeit steht, entlastet auch in weitgehendem Maße die Traglager und erhöht
die kritische Drehzahl der Welle. Es kann daher die Stopfbüchse auch als Traglager
ausgebildet werden, bei dem als Schmiermittel die Sperrflüssigkeit Verwendung findet.
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Umviskose Öle auch da als Abdichtungsmittel verwenden zu können, wo
die Stopfbüchse infolge stark überhitzten Dampfes hohe Temperaturen aufweist, ist
die Stopfbüchse mit Wasserkühlung zu versehen. Es kann als Abdichtungsmittel .in
solchen Fällen auch gleichzeitig Wasser und Öl verwendet werden, und zwar derart,
daß nach der Dampfseite zu das Wasser zur Anwendung kommt, während in die nach der
Atmosphärenseite zu öffnende Büchse Öl eingepreßt
wird. Das Öl kommt
dann nur mit kälteren Teilen in Berührung und wirkt infolge seiner größeren Viskosität
als Dichtungsmittel für das Wasser. Der Wasserverbrauch wird damit vermindert.
01 und Wasser treten an der Atmosphärenseite gemeinsam aus; das
01
wird dann zur Wiederverwendung vom Wasser abgeschieden. Sehr gut eignet
sich hierfür Rizinusöl, das wegen seiner hohen Viskosität ein gutes Dichtungsmittel
abgibt und sich leicht aus dem Wasser ausscheidet. Durch die gleichzeitige Anwendung
von 01 ist die Stopfbüchse'auch aus diesem Grunde besonders gut als Traglager zu
verwenden.