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Stopfbüchse Die Erfindung betrifft eine Stopfbüchse für umlaufende
Wellen mit radial angeordnetem Drosselspalt zwischen zwei Dichtungskörpern, von
denen der eine mit der Welle umläuft, während der andere stillsteht.
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Um eine dichte Stopfbüchse zu erhalten, ist es in Verbindung mit einen
axial angeordneten Drosselspalt aufweisenden Stopfbüchsen bereits bekannt geworden,
einen Labyrinthkämme aufweisenden, feststehenden Dichtungskörper verschiebbar mit
der Welle zu verbinden und in einer Bohrung des Stopfbüchsengehäuses zu führen.
Den Stopfbüchsen mit axial angeordnetem Drosselspalt sind jedoch Stopfbüchsen mit
radial angordnetem Drosselspalt, welche ebenfalls einen nicht umlaufenden, mit der
Welle verschiebbar verbundenen Dichtungskörper aufweisen, überlegen, da bei letzteren
die Baulänge des verschiebbar mit der Welle verbundenen Dichtungskörpers wesentlich
kürzer bemessen werden kann. Infolgedessen ist bei Stopfbüchsen mit axial angeordnetem
Drosselspalt die Gefahr, daß sich der stillstehende Dichtungskörper anders ausdehnt
als die Welle und daher in bezug auf sie eine die SpaJtweite der Drosselstrecke
verändernde Bewegung ausführt, wesentlich größer als bei einer Stopfbüchse mit radialem
Drosselspalt.
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Voraussetzung für die praktische Brauchbarkeit einer Stopfbüchse mit
radialem Drosselspalt ist jedoch, daß die Entstehung eines Axialschubes an dem sich
nicht drehenden Dichtungskörper, der die axialen Verschiebungen der Welle mitmacht,
verhindert wird, oder daß zumindest dieser Axialschub so klein ausfällt, daß er
praktisch ohne weiteres vernachlässigt werden kann. Ist dies nicht der Fall, so
treten unzulässige, die Güte der Stopfbüchse beeinträchtigende Änderungen in der
Breite des radialen Drosselspaltes auf. Dieser Forderung wird nun gemäß vorliegender
Erfindung dadurch Rechnung getragen, daß der stillstehende, mit der Welle verschiebbar
verbundene Dichtungskörper in einer Bohrung des Stopfbüchsengehäuses geführt ist,
deren Durchmesser kleiner als der äußerste Durchmesser und größer als der innerste
Durchmesser der zusammenwirkenden, den radialen Drosselspalt begrenzenden Dichtungsflächen
der zwei Dichtungskörper ist, und daß eine den in der genannten Bohrung geführten
Teil des stillstehenden Dichtungskörpers mit dem äußersten Durchmesser dieses Körpers
verbindende Fläche dem vollen Druck des abzudichtenden Mittels ausgesetzt ist, wodurch
die Entstehung eines Axialschubes an dem sich nicht drehenden Dichtungskörper, hervorgerufen
durch den im Drosselspalt herrschenden Druck, verhindert wird.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungen der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht, und zwar zeigt: Abb. r eine an einer Dampfturbine angeordnete Stopfbüchse,
bei der beide Dichtungskörper j e eine senkrecht zur Wellenachse angeordnete, mit
Labyrinthkämmen versehene Dichtungsfläche aufweisen, so daß der zwischen diesen
Flächen liegende Drosselspalt im wesentlichen senkrecht zur Welle steht.
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Abb. a zeigt eine Stopfbüchse einer Dampfturbine mit zwei vom Dampf
im
wesentlichen radial nach auswärts durchströmten, als Vielfachlabyrinthe
ausgebildeten Drosselspalten, die mit Bezug auf den abzudichtenden Dampffluß in
Reihe geschaltet sind.
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Gemäß Abb. i bezeichnet i eine abzudichtende Dampfturbinenwelle und
2 das Gehäuse der Turbine, von der noch ein Teil eines Laufrades 3 gezeigt ist.
Zur Abdichtung der Welle i dient eine Labyrinthstopfbüchse, welche zwei Dichtungskörper
d., 6 aufweist. Der Körper .4, der mit der Welle i fest verbunden ist, ist an einer
Dichtungsfläche, die in einer zur Wellenachse senkrecht stehenden Ebene liegt, mit
ringförmigen Labyrinthkämmen 5 versehen. Der Körper 6 ist seinerseits an einer zur
Wellenachse senkrecht stehenden Dichtungsfläche 12 mit ringförmigen Labyrinthkämmen
7 versehen. Die Labyrinthkämme 5 und 7 bilden zusammen mit den erwähnten, senkrecht
zur Wellenachse liegenden Dichtungsflächen der Körper q., 6 einen Drosselspalt,
der im wesentlichen senkrecht zur Welle i steht und vom Dampf in bezug auf die Wellenrichtung
im wesentlichen in radialer Richtung durchströmt wird. Der Dichtungskörper 6 ist
nicht drehbar und weist einen büchsenförmigen Teil 8 auf, der an seinem linken Ende
in eine ringförmige Ausnehmung 9 der Welle i eingreift. Der Teil 8 ist zwischen
den radialen Flächen der ringförmigen Wellenausnehmung 9 axial genau geführt, während
in radialer Richtung zwischen Welle i und dem Teil 8 ein gewisses Spiel vorhanden
ist. Der Dichtungskörper 6 muß daher alle axialen Verschiebungen der Welle mitmachen.
Auf diese Weise sind die Kämme 7 und die Dichtungsfläche 12 des Körpers 6 in ihrer
Lage mit Bezug auf die Kämme 5 und die mit letzteren versehene Dichtungsfläche des
Körpers q. durch die Welle i in Richtung des Labyrinthspieles, d. h. in vorliegendem
Falle in der Achsrichtung der Welle, genau fixiert. Der büchsenförmige Teil 8 des
Dichtungskörpers 6 sitzt gut abgedichtet in einer Bohrung io des Gehäuses 2, die
zu dessen Führung dient. Der Teil 8 ist ferner mit dem äußersten Durchmesser des
stillstehenden Dichtungskörpers 6 durch eine Fläche 13 verbunden, welche dem vollen
Druck des abzudichtenden Mittels ausgesetzt ist. Der Durchmesser der Bohrung io
ist kleiner als der äußerste Durchmesser und größer als der innerste Durchmesser
des Drosselspaltes, der von den zusammenwirkenden Dichtungsflächen beider Dichtungskörper
q., 6 gebildet wird. Bei einem solchen Durchmesser der Bohrung io ist es möglich,
zu erreichen, daß der auf die Dichtungsfläche 12 und ihre Labyrinthkämme 7 einwirkende,
gedrosselte Dampfdruck mit Bezug auf den auf die Fläche 13 des Körpers 6
wirkenden, ungedrosselten Dampfdruck und den auf den Körper 6 einwirkenden Atmosphärendruck
sich so verhält, daß die auf die genannten Flächen in entgegengesetztem Sinne einwirkenden
axialen Drücke praktisch keinen Axialschub erzeugen. Die Erreichung dieses Zieles
wird mit Hilfe der Labyrinthkämme 7 erleichtert, da der auf die Dichtungsfläche
i2 und deren Labyrinthkämme 7 wirkende Dampfdruck von der Anzahl und Ausgestaltung
jener Kämme abhängt. Zwischen dem büchsenförmigen Teil 8 des sich nicht drehenden
Körpers 6 und dem Gehäuse 2 ist noch eine Stopfbüchse i i mit Packung, z. B. einer
Weichpackung, vorgesehen.
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Bei der beschriebenen Stopfbüchse erfolgt die Festlegung der Lage
des Körpers 6 in Richtung des Labyrinthspiels mit Bezug auf den Körper q. einzig
durch die Welle i. Da nun einmal die Entfernung der Stelle, wo der Körper 6 in die
Welle i eingreift, vom Drosselspalt verhältnismäßig klein ist und weil ferner sowohl
der Körper 6 als auch die in Betracht kommende Strecke der Welle i praktisch denselben.
Temperaturen ausgesetzt sind, so erfährt die Abmessung 1q. während des Betriebes
praktisch keine Veränderungen, d. h. im Drosselspalt der Liderung wird in der Richtung
des Labyrinthspiels praktisch keine Lagenveränderung des Körpers 6 mit Bezug auf
den Körper q. eintreten. Infolgedessen bleibt bei der beschriebenen Stopfbüchse
der Drosselspalt unverändert, und es kann daher dessen Breite praktisch auf Null
herabgemindert werden. In radialer Richtung kann dagegen das Spiel zwischen den
Kämmen 5, 7 beliebig groß sein, so daß durch 1 ein Ausschlagen der Welle die Labyrinthliderung
nicht im geringsten gefährdet wird. Da die Stelle, wo, der büchsenförmige Teil 8
in die Wellenausn2hmung 9 eingreift, außerhalb des Turbinengehäuses 2 gelegen ist,
kann jene Stelle gut geschmiert werden.
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Die Kämme 5 können auch unmittelbar an einer Dichtungsfläche des Laufrades
3 vorgesehen sein, die in einer senkrecht zur Wellenachse stehenden Ebene liegt,
in welchem Falle das Laufrad 3 den einen der beiden Dichtungskörper bildet, die
den Drosselspalt begrenzen.
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Es kann Fälle geben, wo es genügt, nur am Körper 6 Kämme vorzusehen,
so daß dann der Drosselspalt auf der einen Seite ausschließlich von einer senkrecht
zur Wellenachse stehenden, ebenen Dichtungsfläche begrenzt werden kann. In vielen
Fällen wird es sogar möglich sein, eine genügend starke Drosselung selbst- dann
zu erreichen, wenn der Drosselspalt ausschließlich von zwei in
senkrecht
zur Wellenachse stehenden Ebenen liegenden Dichtungsflächen der Dichtungskörper
4, 6 begrenzt wird. Auch in einem solchen Falle kann das axiale Spiel zwischen den
zwei Dichtungsflächen praktisch gleich Null gemacht werden, d. h. die zwei in senkrecht
zur Wellenachse stehenden Ebenen liegenden Dichtungsflächen können zum Berfiliren
gebracht werden.
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Abb.2 zeigt die Verwirklichung der Erfindung an einer Stopfbüchse,
welche zwei als Vielfachlabyrinthe 15, 16 ausgebildete, senkrecht zur Welle stehende
Drosselspalte aufweist, die mit Bezug auf den abzudichtenden Dampffluß in Reihe
geschaltet sind. Hier setzt sich der sich nicht drehende und die axiale Bewegung
der Welle i mitmachende Dichtungskörper aus drei Teilen 61, 62, 6' und der mit der
Welle sich drehende Dichtungskörper aus zwei Teilen 41, 42 zusammen. Jeder der Teile
41, 42, 61, 62 weist eine Dichtungsfläche auf, die in einer senkrecht zur Wellenachse
stehenden Ebene liegt, und jede dieser Flächen ist mit ringförmigen Labyrinthkämmen
17 versehen, welche zur Schaffung der genannten Vielfachlabyrinthe 15, 16 dienen.
Es sind somit zwei Drosselspalte vorhanden, von denen jeder zwischen zwei senkrecht
zur Wellenachse stehenden, nahe gegenüberliegenden Ebenen liegt. Die Labyrinthe
werden hier vom Dampf, im Gegensatz zur ersten Ausführung, im wesentlichen radial
nach auswärts, d. h. in Richtung der Fliehkraftwirkung, durchströmt.
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Gegebenenfalls können auch mehr als zwei Vielfachlabyrinthe in Reihe
geschaltet werden und dabei so ausgestaltet sein, daß sie vom Dampf im wesentlichen
entweder radial nach auswärts oder nach einwärts durchströmt werden.
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Ferner kann der die axiale Bewegung der Welle mitmachende, sich nicht
drehende Dichtungskörper 6 auch anders als durch Eingreifen mittels eines Ansatzes
in eine Wellenausnehmung mit letzterer so verbunden sein, daß er die axiale Bewegung
der Welle mitmacht. Der Dichtungskörper 6 kann im weiteren so ausgeführt und angeordnet
sein, daß er sich mit Bezug auf den mit der Welle sich drehenden Dichtungskörper
4 in Richtung der Wellenachse einstellen läßt. In einem solchen Falle ist die axiale
Breite des Drosselspaltes während des Betriebes auf ein gewünschtes Maß einstellbar;
nach erfolgter Einstellung wird jedoch auch in diesem Falle die Breite des Drosselspaltes
bei allen Betriebsverhältnissen sich praktisch Bleichbleiben.