-
Flüssigkeitsabdichtung, insbesondere für Dampfturbinenwellen Die Abdichtung
der Wellen von Dampfturbinen erfolgt bekanntlich noch immer mittels Labyrinthstopfbüchsen,
obwohl diese bei den heute angewandten hohen Dampfdrücken den Anforderungen kaum
noch genügen. Je höher der abzudichtende Dampfdruck wird, desto größer wird auch
die Anzahl der notwendigen Dampfdrosselstellen; die sich hieraus ergebende Vermehrung
der Labyrinthgänge führt schließlich zu einer für die praktische Ausführung unerträglichen
Vergrößerung der Abmessungen, insbesondere der Baulänge. Wird andererseits das.
Labyrinth in bezug auf die Anzahl der-Drosselstellen unvollkommen ausgeführt, so
muß man erhebliche Dampfverluste in Kauf nehmen,-oder man muß die Spalte so eng
ausführen, daß die Betriebssicherheit leidet.
-
Man hat bereits versucht, die Labyrinthstopfbüchsen durch Vorrichtungen
zu ersetzen, bei welchen die Abdichtung mittels eines umlaufenden Flüssigkeitsringes
bewirkt wird. Die Flüssigkeit befindet sich dabei innerhalb einer im Gehäuse vorgesehenen
Ringnut, die den Rand einer auf der Welle sitzenden Scheibe umfaßt; von letzterer
wird sie mitgenommen und durch die Schleuderkraft mit solchem Druck nach außen gepreßt,
daß sie dem einseitigen Überdruck standzuhalten vermag, indem sich der Ring in ungleicher
Stärke auf beiden Seiten der Scheibe ,einstellt.
-
In dieser Form sind Wasserstopfbüchsen ausgeführt worden. Sie erfordern
eine sehr tiefe Dichtungsnut mit entsprechend tief eintauchender Scheibe, damit
sich der für die Abdichtung erforderliche große Unterschied der beiden Flüssigkeitsspiegel,
also ein genügend großer überschuß der Schleuderkraft, im Raume geringeren Druckes
ausbilden kann. Zufolge der großen Eintauchtiefe werden aber die Verluste durch
die beim Mitnehmen der Flüssigkeit notwendigerweise entstehende Reibung erheblich,
so daß diese, Art Stopfbüchsen geradezu als Wasserbremsen wirken; auch die hohe
Erwärmung des Wassers macht sich unangenehm fühlbar.
-
Zwecks Verminderung der Eintauchtiefe hat man auch schon die Verwendung
schwererer Flüssigkeiten, wie Quecksilber, in Betracht gezogen. Quecksilber besitzt
aber nur eine geringe Adhäsion, was besondere Vorkehrungen für die Mitnahme erforderlich
macht. Weitere Schwierigkeiten bestehen hinsichtlich der Vermeidung von Verlusten
des wertvollen Dichtungsmittels und insbesondere hinsichtlich der Verhinderung seines
etwaigen Übertrittes in die Turbine.
-
Allen derartigen Flüssigkeitsstopfbüchsen ist weiterhin der Mängel
gemeinsam, daß
sie als einzige Abdichtung nicht ausreichen, sondern
die Zufügung einer weiteren Sicherheitsstopfbüchse, also beispielsweise :eine Labyrinthdichtung,
bedingen; welche beim Anlassen der Maschine die Abdichtung so lange übernehmen kann,
bis die Flüssigkeit auf genügende Drehzahl gelangt ist. Wenn auch diese Hilfsstopfbüchse
mit geringerer Anzahl von Drosselstellen ausgeführt werden kann, so geht doch der
mit der Flüssigkeitsstopfbüchse erstrebte Vorteil der Baulängenverminderung zum
größten Teil wieder verloren.
-
Alle diese Nachteile sollen nun bei der Flüssigkeitsabdichtung nach
der Erfindung vermieden werden. Diese kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch,
daß die Flüssigkeit der den Scheibenrand umgebenden Ringnut von außen her unter
beständiger Erneuerung und mit so hoher tangentialer Geschwindigkeit zugeführt wird,
daß. die hierdurch erzeugte Schleuderkraft zur Aufrechterhaltung des Dichtungsdruckes
ausreicht. Die Flüssigkeit strömt also von der Druckleitung einer Pumpe oder von
einem mittels Pumpe beständig aufgefüllten Hochbehälter her am besten durch tangential
einmündende Kanäle in den Dichtungsraum ein und verläßt diesen zweckmäßig durch
eine überlaufrinne, welche so bemessen ist, daß sich auf der Seite niederen Druckes
ein Flüssigkeitsring genügender Stärke ausbilden kann. Es wird dadurch die gleiche
Wirkung wie bei Mitnahme der Flüssigkeit durch die Dichtungsscheibe erzielt, :ohne
daß diese jedoch bei geeigneter Bemessung der Zulaufsgeschwindigkeit irgendwelche
Reibungen zu überwinden braucht; sie dient im vorliegenden Falle lediglich als Trennungswand
zwischen den beiden Räumen verschiedenen Druckes. Da die Wirksamkeit der so ausgebildeten
Abdichtung von der Drehung der Maschinenwelle vollkommen unabhängig ist, so kann
jegliche Sicherheitsstopfbüchse in Fortfall kommen. Das Anlassen der Maschine vollzieht
sich so, daß zuerst die Flüssigkeitsabdichtung und hierauf die Maschine selbst in
Tätigkeit gesetzt wird; in umgekehrter Reihenfolge geht gegebenenfalls das Abstellen
der Maschine vor sich.
-
Die Zeichnung veranschaulicht in @ Abb. i ein Ausführungsbeispiel
für die allgemeine Anordnung der Flüssigkeitsführung und in Abb.2 und 3 ein Beispiel
für die bauliche Ausführung einer Stopfbüchse.
-
In Abb. i sei a die schematisch angedeutete Stopfbüchse, welcher die
Flüssigkeit durch die Leitung b beständig zufließt, während durch Leitung c der
Abfluß der Flüssigkeit erfolgt. Der Umlauf der Flüssigkeit wird durch die Pumpe
d bewirkt. Es empfiehlt sich, in die Leitungen b und c Erweiterungen e und / einzuschalten,
die als Sammelbehälter dienen. Der in der Druckleitung der Pumpe angeordnete Behälter
wird dabei zweckmäßig so hoch gelegt, daß das natürliche Gefälle der gewünschten
Druckhöhe entspricht.
-
In Abb. 2 und 3 ist g der Gehäusedeckel einer Dampfturbine, an dessen
Stelle aber auch ein Zwischenboden treten kann. In dem Gehäusedeckel ist ein Körper
k eingesetzt, der die Dichtungsrinne i enthält, innerhalb deren die auf der Welle
sitzende Scheibe h umläuft. Die Zuführung der Flüssigkeit erfolgt beispielsweise
durch eine Anzahl von Röhren L, die an die Druckleitung b (Abb. i
) angeschlossen sind. Die Mündungsenden dieser Röhren liegen zweckmäßig in der Umlaufsrichtung
der Maschine und möglichst nahe dem Außenumfang der Dichtungsnut i. Die Einführung
der Flüssigkeit kann aber auch durch Kanäle des Einsatzkörpers h erfolgen.
-
Neben der Dichtungsrinne l befindet sich zweckmäßig auf der Seite
niederen Druckes ein zweiter Ringkanal m, in welchem die überschüssige Flüssigkeit
über eine überlaufrippe eintreten kann. Der Überlauf ist natürlich so zti bemessen,
daß sich der zur Abdichtung erforderliche Unterschied der beiden Flüssigkeitsspiegel
mit Sicherheit ausbilden kann. Aus der Rinne m erfolgt die Abführung der Flüssigkeit
mittels des an tiefster Stelle angebrachten und mit der Leitung c (.Abb. i) verbundenen
Stutzens n.
-
Die Flüssigkeitsabdichtung ist für jede Art von Flüssigkeit geeignet,
erhält aber besonders geringe Abmessungen, wenn Quecksilber als. Dichtungsflüssigkeit
benutzt wird. Nimmt man in diesem Falle beispielsweise den mittleren Durchmesser
der Dichtungsrinne zu 400 mm an, so genügt bei einem abzudichtenden Überdruck von
2o Atm. eine Umlaufsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von etwa 15 m/sek.; der Unterschied
der Halbmesser des inneren und des ;äußeren Quecksilberspiegels beträgt dabei nur
15 mm. Der Behälter e wäre hierbei in einer Höhe von etwa. 15 m aufzustellen, wenn
das natürliche Gefälle zur Erzeugung der Umlaufsgeschwindigkeit ausreichen soll.
-
Die Zufuhrleitung der Flüssigkeitsabdichtung erhält ein Abschlußorgan.
Es ist dann beim Inbetriebsetzen der Turbine nichts weiter nötig, als daß dieses
Absperrorgan vorher geöffnet wird. Um die Entleerung der Flüssigkeit beim Abstellen
der Maschine zu erleichtern, kann eine Einrichtung vorgesehen sein, welche die in
Abb. 3 dargestellten Röhren 1 , oder wenigstens die an tiefster Stelle befindliche
Röhre anstatt an den Hochbehälter an die Abflußleitung c oder die Saugleitung
einer
Pumpe d anzuschließen gestattet. Eine solche Leitung mit Umschaltorgan ist in Abb.
i bei o gestrichelt angeordnet.
-
Es empfiehlt sich, an dem Hochbehälter e oder der Zufuhrleitung b
eine Sicherheitsvorrichtung vorzusehen, welche die Maschinen außer Betrieb setzt,
sobald der Flüssigkeitsstand einmal unter diejenige Höhe absinken sollte, welche
benötigt wird, um die zur Überwindung des Dichtungsdruckes erforderliche Geschwindigkeit
zu erzeugen. Die Vorrichtung kann in beliebiger Weise ausgebildet sein, z. B. durch
einen Schwimmer, durch einen Kontakt o. dgl. in Tätigkeit gesetzt werden; sie wirkt
zweckmäßig auf das ohnehin vorhandene Schnellschlußventil der Turbine.
-
Wie- angedeutet, kann die Flüssigkeitsabdichtung sowohl als Außendichtung
als auch als Zwischendichtung zwischen den einzelnen Turbinenstufen Verwendung finden,
da sie sich mit geringer Baulänge und auch, mit verhältnismäßig kleinen Außenabmessungen
ausführen läßt. Die neue Art der Flüssigkeitsführung leistet Gewähr für Verhütung
etwaigen Austritts der Dichtungsflüssigkeit in die Maschine unter Anwendung einfacher
baulicher Maßnahmen und für die Möglichkeit einer genauen Kontrolle des Umlaufes
der Dichtungsflüssigkeit.