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Labyrinthstopfbüchse Die vorliegende Erfindung betrifft eine Labyrinthstopfbüchse
mit auswechselbaren Liderungsringen zur Abdichtung einer M.aschinenwelle gegen eine
ins Fne;ie drängende Flüssigkeit und bezweckt, eine derartige Ausbildung der Stopfbüchse
zu ermöglichen, daß diese eine vollkommen betriebssichere Hochdruckdichtung zwischen
Welle und Gehäuse von Kreiselpumpen, Dampf- und Wasserturbinen usw. darstellt, die
es gestattet, z. B. alle: Kreiselradmaschinenläufer auf Kugeln oder Walzen zu lagern.
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Die bisherigen Konstruktionen von Labyrinthdichtungen zielen, darauf
hin,, unter mögli-chster Verkleinerung der Spaltweite und Ausnutzung der Reibung
der abzudichtenden,, tropfbaren oder .in Dampf- oder Gasform übergegangenen Flüssigkeit
an den Spalt-bzw. Labyrinthwänden den hohen Innendruck auf atmosphärischen Druck
herabzudrosseln. Dieses Verfahren hat den Nachteil., daß niemals eine vollkommene
Dichtheit erreicht werden kann, weil die jeweils austretende Flüssigkeitsmenge eine
Funktion dies Spaltquerschnitts, der Spaltlänge, des Druckgefälles und des Durchflußwiderstandes
des Spaltes bzw. Labyrinthes ist. Dazu kommt noch der Nachteil, daß, da man gezwungen
ist, die Spaltweite so gering wie möglich zu halten= die Labyrinthkämme (auch bei
Verwendung von Kolbenringdichtungen) leicht streifen und verschleißen, und daß dadurch
die Undichtheit erhöht wird sowie unter Umständen eine vollständige Zerstörung der
Labyrinthe eintritt.
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Diese Nachteile der bisher bekannten Konstruktionen werden erfindungsgemäß:
dadurch beseitigt, daß sowohl die feststehenden als auch die rotierenden, annähernd
starren Liderungsringe, zwischen denen in bekannter Weise durch Spalte verbundene
Kammern vorgesehen sind, so ausgebildet werden;, daß zwischen den Kammern nur ein
von jedem äußeren und inneren Liderungsring begrenzter Spalt verbleibt, der so schräg
verläuft, daß die ins Freie drängende Flüssigkeit in den Spalt an seinem auf dem
größten Durchmesser liegenden Ringraum eintritt. Bei einär derartigen Ausbilduhg
der Dichtung erzeugt die im Spalt befindliche Flüssigkeit ==einen Druck, der durch
die an den Massenteilchen der rotierenden Spaltflüssigkeit angreifendem ZentrHugalkräfte
entsteht und dem Druck der ins Freie drängenden Flüssigkeit entgegengesetzt wirkt.
(Unter Flüssigkeiten. werden hierbei sowohl tropfbare als auch gasförmige Flüssigkeiten
verstanden.) Wenn die Stopfbüchse so .ausgeführt wird, daß die Spalte durchgehend
gleich weit sind und dadech der zur Verfügung .stehende Durchflußraum nach außen
hin allmählich abnimmt, erreicht man, daß die Durchflußgeschwindigkeit auf Kosten
der statischen' Druckänderung steigt und zu dem Druckhöhenverlust infolge Wandreibung
noch
der durch die Durchflu,ßquerschnittsverringerung bedingte Druckhöhenverlust hinzutritt.
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Die neue Dichtung ist befähigt, eine vollständige Dichtheit des Labyrinthes
zu erreichen; ein Verschleiß oder gar eine Zerstörung des Labyrinthes ist .ausgeschlossen,
da man den Spalt genügend weit bemessen kann, ohne die Dichtungsmöglichkeit zu beeinträchtigen.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der neuen Labyrinthstopfbüchse
dargestellt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. z sind die äußeren, feststehenden
Li'derungsringe a mit Hilfe von Muttern, b und c in einer Hülse d festgespannt.
Die inneren Liderungsringe.e sind mit Muttern t und g auf der' Maschinenwelle h
befestigt und rotieren mit dieser. Die Kanten m der äußeren Liderungs,-ringea stellen
gegenüber den Kanten de;r inneren Liderungsringe e etwas, vor. Zur Festlegung der
gewünschten Weite der schräg gestellten. Spalte i, die durchgehend gleich weit sind,
-dient ein Ring k. Durch scharfes Anziehen der Hülse d gegen das Mäschinengehäuse
L werden sämtliche Spalte i um d'as gleiche Maß enger und können auf diesle
Weise während des Betriebes beliebig verstellt werden.
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Die seitlichen Auflageflächen der Ringe a und e sind geschliffen,
so daß, sie gegenseitig abdichten; die Muttern b, er, f und g werden als
Ringe, zweckmäßigerweise mit radialen Nuten. zum Festziehen, ausgebildet.
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Die Hülse d, die Liderungsringea und e, die Muttern. b,
c, f und g können aus Rot-,aß angefertigt sein.
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Die Wirkungsweise der Dichtung ist folgende Die unter Druck stehende
Flüssigkeit kommt von rechts her und sucht ihren Weg durch die einzelnen Kammern
unter allmählichem Druckabfall ins Freie. Infolge der großen Umfangsgeschwindigkeit
der durch die sich drehenden LideruAgsringee gebildeten Spaltwand wird die im Spalt
befindliche Flüssigkeit mit in Drehung versetzt. Diese Drehung bewirkt das, Auftreten
von Zentrifugalkräften, die an den Massenteilchen der im Spalt befindlichen Flüssigkeit
angreifen und einen Druck erzeugen, der dem Druckgefälle der ins Freie drängenden
Flüssigkeit entgegengesetzt wirkt. Außerdem entstehen durch die Rotation der Ringe
,e längs dC radial .gerichteten Flächen der Liderungsringe e von der Welle h weg
nach den äußeren Liderungsringen a zu gerichtete Flüssigkeitsströme; ein. Teil dieser
Flüssigkeit fängt sich an der vorstehenden Kante m des, äußeren Liderungsringes
a und tritt in den-schrägen Spalt i ein. Von hier wird sie dann durch die Zentrifugalkräfte
z. B. aus der Kammer III in die Kammei II und von da nach der Kammer I befördert.
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Ist der Druckabfall der von I nach II eindringenden Flüssigkeit gleich
dem infolge der Rotation der Liderungsringe e bedingten Gegendruck der zentrifugal
beschleunigten Flüssigkeitsmassenteilchen, dann herrscht Gleichgewicht, und es wird
keine Flüssigkeit durch die Liderungen hindurchtreten können. Durch das eingetretene
Gleichgewicht besteht hier die Möglichkeit, Flüssigkeit von gegebenem Druckgefälle
bei ganz bestimmter Ufnfangsgeschwindigkeit der inneren Lderungsringe bzw. Rotationsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit im Spalt vollständig gegen die Atmosphäre abzudichten. Die Zahl
der hierzu erforderlichen Liderungsringe ist lediglich abhängig vom Druckgefälle
und von der Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Spaltwände.
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Abb. z stellt eine Abänderung der Ausführungsform nach Abb. z dar,
indem hier die Spaltzahl bei gleicher Liderungslänge durch Anordnung von Zwischenkammern
h verdoppelt ist. Neben der erhöhten Wirkung der Rotationskräfte tritt hier eine
erhöhte Drosselung infolge größerer Gesamtspaltlänge,ein.
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Will man die durch die Reibung der Flüs: sigkeit an den Spaltwänden
entstehenden Verluste herabmindern, so kann man auf Kosten der Drosselwirkung des
Spaltes seine Länge gemäß Abb. 3 so gering wie möglich bemessen.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen ist die Anordnung derart,
daß die von rechts nach links durch die Liderungen drängende Flüssigkeit auf dem
Wege durch die schrägen Spalte nach der Welle zu gießen muß. Hierbei wird bei ,gleichbleibender
Spaltweite der zur Verfügung stehende 'Durchlußraum geringer; die Durchflußgeschwindigkeit
steigt auf Kosten des statschen Druckgefälles, und i es tritt neben dem Druckhöhenverlust
infolge Wandreibung noch der durch die Querschnittsverringerung bedingte Druckhöhenverlust
hinzu.
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Durch zweckentsprechende Formgebung der i Kammern n2 läß.t sich erzielen,
daß die Strömungsenergie der unter der Fliehkraftwirkung durch die Kammern, strömenden
Flüssigkeit zum Teil vernichtet und der Druck der durch die Liderungen in umgekehrter
Richtung strömenden Flüssigkeit durch die durch jeweilige Querschnittsvergrößerung
eintretende, s atische Druckerhöhung vermindert wird.
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Die neue Dichtung eignet sich besonders für Flüssigkeit mit hohem
spezifischen Ge- i wicht. Sie ist jedoch auch befähigt, gegen Gase, d. h. also,
auch mit Gas oder Dampf
als Spalt- und Kammerinhalt abzudichten;
nur ist dann infolge des geringen spezifischen Gewichtes des Gases bzw. Dampfes
eine bedeutend höhere Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Spalt- bzw. Labyrinthwände
er. forderlich, um annähernd die gleichen Erfolge wie beispielsweise bei Wasser
zuerzielen.
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Den bekannten Ausführungsformen gegenüber bietet die neue 'Dichtung
vor allem folgende Vorteile: i. Anwendung von Kugel- bzw. Walzenlagern auch bei
Kreiselpumpen.
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2. Fortfall der besonderen Druckschmiervorrichtung bei Dampfturbinen.
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3. Fortfall der Lagerkühlung.
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a. Erhöhung der Umlaufzahl der Maschinenwelle bis zur höchst zulässigen
Grenze. 5. Schmierölersparnis.
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6. Leichter Ein- und Ausbau der Dichtungen.
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7. Erhöhte Betriebssicherheit. B. Geringe Wartung.
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9. Geringe Reparaturkosten.
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i o. Fortfall der Sperrdampf- und Energieverluste der Flüssigkeit
in den Spalten, i i. Verminderung der Reibungsverluste in Lager und Dichtung.
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12. Leistungssteigerung infolge Drehzahlerhöhung.
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13. Verlängerte Lebensdauer der Lager und Dichtungen.
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1q.. Verringerung der Druckstufen bei Kreiselpumpen infolge- Drehzählerhöhung.