DE621002C

DE621002C - Labyrinth seal for rotating machine parts, especially on steam and gas turbines

Info

Publication number: DE621002C
Application number: DEE44794D
Authority: DE
Original assignee: Escher Wyss Maschinenfabriken AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1933-10-04
Filing date: 1933-10-17
Publication date: 1935-10-31
Also published as: DE677329C

Description

Die Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung für sich drehende Maschinenteile, insbesondere an Dampf- und Gasturbinen. Soll bei solchen Labyrinthdichtungen eine wirksame Abdichtung erreicht werden, so muß das Spiel zwischen dem feststehenden und dem sich drehenden Teil klein bemessen werden. Anderseits sollte zwischen diesen Teilen bei keinem Betriebszustand ein zu starkes Reiben eintreten, da die in einem solchen Falle erzeugte Wärme zu unzulässigen Veränderungen und Verlagerungen anderer Teile führen würde, was Anlaß zu schweren Betriebsstörungen geben könnte. Das Reiben von Lahyrinthzacken auf metallischen Gegenstücken, oder von beweglichen Kohlenstücken auf Turbinenwellen z. B. verursacht auch einen Verschleiß der Zacken, ein Eingraben von Nuten in den sich drehenden Teil oder ein Heißwerden derThe invention relates to a labyrinth seal for rotating machine parts, in particular on steam and gas turbines. Should an effective one with such labyrinth seals Sealing can be achieved, so must the game between the fixed and the itself rotating part can be made small. On the other hand, there shouldn't be any between these parts In the operating state, excessive rubbing occurs because the generated in such a case Heat would lead to impermissible changes and relocations of other parts, which could give rise to serious operational disruptions. The rubbing of lahyrinth spikes on metallic counterparts, or from moving pieces of coal on turbine shafts z. B. also causes the tines to wear out, digging grooves into them rotating part or heating of the

Büchsen. . . .Cans. . . .

Es sind schon Labyrinthdichtungen. mit feststehenden, mehrteiligen Kohlenringen gebaut worden, bei denen am sich drehenden Teil entweder Zacken, die eine fortlaufende Schraube bilden, oder sägeartig ausgebildete Schneiden vorgesehen sind. Tritt bei solchen Dichtungen ein Streifen ein, so werden vom Kohlenring, Teile weggeschnitten, oder die Innenfläche des Ringes wird auf .ihrem ganzen Umfang abgeschabt, so daß beim Wiedereintreten normaler Betriebszustände ein wesentlich größeres Spiel vorhanden ist als unmittelbar nach dem Zusammenbau der Stopfbüchse, was die Wirksamkeit der Dichtung wesentlich verschlechtert.They are already labyrinth seals. with fixed, multi-part coal rings built been, with those on the rotating part either spikes, which are a continuous Form a screw, or saw-like cutting edges are provided. Occurs at such Seals a strip, so parts are cut away from the carbon ring, or the The inner surface of the ring is on its whole Extent scraped off, so that when normal operating conditions re-enter a substantial there is greater play than immediately after assembling the stuffing box, which significantly worsens the effectiveness of the seal.

Zweck vorliegender Erfindung ist nun, eine Labyrinthdichtung der eingangs erwähnten Art mit feststehenden, mehrteiligen Ringen aus Kohle oder einem dieser in physikalischer Hinsicht gleichwertigen Stoffe zu schaffen, bei welcher die unmittelbar nach dem Zusammenbau der Dichtung erzielbare gute Dichtung praktisch dauernd erhalten bleibt. Zu diesem Behufe sind bei der Labyrinthstopfbüchse nach der Erfindung ringförmige Kämme, die sich mit dem abzudichtenden Maschinenteil drehen, praktisch ohne Spiel in die .Kohlenringe eingebaut, aus denen sie bei einer rascheren Wärmeausdehnung der sich drehenden Teile als der sich nicht drehenden Teile unter Wahrung eines ständig dichten Anliegens gegen die Ringe Nuten ausgraben. Diese Nuten werden durch ein allfälliges_ Ausschlagen der sich drehenden Teile noch vertieft, wobei aber "die von· den Kammen verlangte Drosselwirkung trotz, dieser Nuten praktisch dauernd unverändert erhalten bleibt. ·The purpose of the present invention is now to provide a labyrinth seal of the type mentioned at the beginning Type with fixed, multi-part rings made of coal or one of these in physical form Respect to create equivalent substances, in which the immediately after the assembly of the seal achievable good seal obtained practically permanently remain. For this purpose, the labyrinth stuffing box according to the invention is annular Combs that rotate with the machine part to be sealed, built into the carbon rings with practically no play they with a faster thermal expansion of the rotating parts than the non-rotating parts Dig out parts while maintaining a constant tight fit against the rings. These grooves are Knocking out the rotating parts still deepened, but with "that of the combs required throttling effect despite, these grooves are kept practically permanently unchanged remain. ·

Auf der Zeichnung sind-zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstahdes beispielsweise gezeigt, wobei in beiden Fällen der Einfachheit halber ein einziger feststehender Kohlenring gezeichnet ist.
Es zeigtIn the drawing, two embodiments of the subject matter of the invention are shown, for example, in both cases a single stationary carbon ring being drawn for the sake of simplicity.
It shows

Fig. ι einen Axialschnitt durch einen Teil einer Labyrinthdichtung, deren Kohlenring radial unverschiebbar in den sich nicht dre-.10 " henden Teil eingebaut ist.Fig. Ι an axial section through part of a labyrinth seal, the carbon ring is installed radially immovable in the non-rotating part.

Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch einen Teil einer Labyrinthdichtung, deren Kohlenring sich aus durch Federn radial abgestützten Ringstücken zusammensetzt. Fig. 3 dient zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Stopfbüchse nach der Erfindung. ι bezeichnet die abzudichtende- Welle einer Maschine, beispielsweise einer Dampf- oder Gasturbine. Mit der Welle 1 ist eine Hülse 2 drehbar verbunden, die am Außenumfang ringförmige Zacken oder Kämme 3, 4 verschiedener Länge aufweist. 5 bezeichnet eir^ Stück eines im übrigen nicht gezeichneten, mehrteiligen Ringes, der in einen sich nicht drehenden Teil 6 (Gehäuse, Leitscheiben-• boden) der Maschine eingebaut ist. Der Ring - weist an seinem Innenumfang Rillen 7 auf, in welche die längeren Kämme 4 der Hülse 2 ragen. Die kürzeren Kämme 3 kommen gegeriüber Ringflächen 8 des Ringes 5 zu liegen. Die Teile 2, 5 bilden zusammen mit den ringförmigen Kämmen 3, 4, den Rillen 7 und den Flächen 8 die. Labyrinthstopf büchse. Der erwähnte Ring 5 besteht' aus Kohle und die Hülse 2 aus einem Baustoff, vorzugsweise Metall, welcher den Kämmen 3, 4 ermöglicht, bei einer rascheren Wärmeaus dehnung der sich drehenden Teile 1, 2 als der sich nicht drehenden Teile 5, 6 aus dem Ring 5 Nuten auszugraben.Fig. 2 shows an axial section through part of a labyrinth seal, the carbon ring is composed of ring pieces supported radially by springs. Fig. 3 serves to explain the operation of a stuffing box according to the invention. ι denotes the shaft to be sealed Machine, for example a steam or gas turbine. With the shaft 1 is a sleeve 2 rotatably connected, the annular prongs or combs 3, 4 different on the outer circumference Having length. 5 denotes a piece of an otherwise not drawn, multi-part ring, which is in a non-rotating part 6 (housing, guide disc • floor) of the machine is installed. The ring - has grooves 7 on its inner circumference, in which the longer combs 4 of the sleeve 2 protrude. The shorter combs 3 come across Ring surfaces 8 of the ring 5 to lie. The parts 2, 5 form together with the annular Combs 3, 4, the grooves 7 and the surfaces 8 the. Labyrinth stuffing box. The one mentioned Ring 5 is made of carbon and the sleeve 2 is made of a building material, preferably metal, which allows the combs 3, 4, at a faster heat expansion of the rotating parts 1, 2 than not digging rotating parts 5, 6 from the ring 5 grooves.

Die ringförmigen Kämme 3, 4 sind praktisch ohne Spiel in den sich nicht drehenden Kohlenring 5 eingebaut. Streifen die Kämme' 3, 4 einer solchen Stopfbüchse aus irgendeinem Grunde an der Gegenfläche der Stücke des Kohlenringes 5, so graben sie unter Wahrung eines praktisch ständig dichten Anliegens gegen diesen Ring 5 aus letzterem Nuten aus. Die Form der ausgegrabenen Nuten hängt dabei von der Ursache ab, die das Streifen bedingt. Dehnen sich z. B. die sich drehenden Teile der Stopfbüchse nur in radialer Richtung stärker aus als der Kohlenring, so werden Nuten 9 von der in Fig. 3 gezeigten Form ausgegraben, die durch ein allfälliges Ausschlagen der sich drehenden Teile noch vertieft werden. Während des normalen Betriebes liegt das Außenende der Kämme 3, 4 gegen die tiefste Stelle solcher Nuten 9 an, oder das Ende der Kämme 3,4 ragt mindestens so weit in die Nuten 9, daß durch die Kämme eine starke Umlenkung und damit eine starke Drosselung des Arbeits- oder Fördermittels bewirkt wird, welches durch die Stopfbüchse zu entweichen trachtet. Fig. 3 zeigt die Teile in der Lage, die sie einnehmen, nachdem die Maschine abgestellt worden ist und die verschiedenen Teile wieder erkaltet sind.The annular combs 3, 4 are practically without play in the non-rotating Carbon ring 5 installed. Strip the combs' 3, 4 of such a stuffing box from any one Basically on the opposite surface of the pieces of the coal ring 5, they dig while preserving a practically constantly tight fit against this ring 5 from the latter grooves. The shape of the excavated Grooving depends on the cause that causes the streak. Stretch z. B. the rotating parts of the stuffing box are stronger than the carbon ring only in the radial direction, so grooves 9 are excavated from the shape shown in Fig. 3, which by a possible knocking out of the rotating parts still to be deepened. During normal operation, the outer end of the combs 3, 4 lies against the deepest point of such grooves 9, or the end of the ridges 3, 4 protrudes at least so far into the grooves 9 that a strong deflection and thus a strong throttling of the working or by the combs Funding is effected, which seeks to escape through the stuffing box. Fig. 3 shows the parts in the position they occupy after the machine has been turned off and the different parts have cooled down again.

Da sich die Kämme 3, 4 der Hülse 2 leicht in die Stücke des Kohlenringes 5 eingraben können, werden sie beim Streifen nicht im geringsten angegriffen, was für die dauernde Aufrechterhaltung des sogar bis auf Null herabdrückbaren Spieles wichtig ist. Im weiteren werden beim Streifen unzulässige Erwärmungen vermieden. In bezug auf die Welle ι ist letzteres wichtig, weil eine zu starke Erwärmung der Welle Anlaß zu ihrer Verbiegung und, zusammenhängend damit, zu schweren Schaufelbrüchen oder Lagerbeschädigungen führen kann. Eine unzulässige Erwärmung der Welle wird selbst in Fällen verhindert, wo an den streifenden Stellen aus __ irgendeinem Grund doch noch stärkere Wärmeerzeugungen stattfinden sollten, da die Kämme 3, 4 so lang und dünn sind, daß das dieselben bespülende Treib- oder Fördermittel imstande ist, diese Kämme so stark abzukühlen, daß durch letztere keine gefährlich werdende Wärmeübertragung von den Streifstellen zur Hülse 2 und von dieser zur Welle ι erfolgen kann. Die Welle bleibt daher völlig, unbeeinflußt, so daß jederzeit ein Anfahren der Maschine möglich ist.Since the combs 3, 4 of the sleeve 2 dig easily into the pieces of the carbon ring 5 they are not attacked in the slightest when they streak, which is the case for the permanent Maintaining the game that can even be pushed down to zero is important. In the further impermissible heating is avoided when stripping. With regard to the wave ι, the latter is important because one is too strong heating of the shaft causes it to bend and, in connection therewith, to severe blade breakage or bearing damage. Inadmissible heating the wave is prevented even in cases where the grazing points of __ for some reason even stronger heat generation should take place, since the Combs 3, 4 are so long and thin that the same flushing propellant or conveying means is able to cool these combs so much that none of them are dangerous heat transfer from the wiping points to the sleeve 2 and from this to the shaft ι can take place. The wave therefore remains completely, unaffected, so that the machine can be started at any time.

Dehnen 'sich die sich drehenden Teile 1, 2 der Stopfbüchse sowohl in radialer als auch axialer Richtung stärker aus als der Kohlenring 5, so graben die Kämme 3, 4 Nuten von im Querschnitt schiefwinkliger Dreiecksform aus (nicht gezeigt). Dabei bewegen sich die Kämme 3 ,4 beim Anwärmen zuerst nach rechts, wenn angenommen wird, daß die axiale Lage des linken Endes der Welle i festgelagert ist, und nach der Anfahrzeit entlang der schrägen Fläche jener schiefwinkligen Dreiecksform wieder etwas nach links, wobei sie aber ständig dicht gegen diese schräge Fläche anliegen.The rotating parts 1, 2 of the stuffing box expand in both radial and radial directions axial direction more than the carbon ring 5, so dig the ridges 3, 4 grooves of in cross-section of oblique triangular shape (not shown). They move Combs 3, 4 first to the right when heating, assuming that the axial Location of the left end of the shaft i is fixed, and after the start-up time along the inclined surface of that oblique triangular shape again somewhat to the left, whereby but they are always tight against this inclined surface.

Sollte das äußere Ende der Kämme 3, 4 gegen die schräge Fläche nicht mehr dicht anliegen, weil infolge Ausschiagens der sich drehenden Teile eine tiefere Nut ausgegraben worden ist, so wird gleichwohl noch eine gute Labyrinthwirkung erzielt, da. die in die Nuten hineinragenden Enden der Kämme 3, 4 selbst in diesem Falle noch eine starke Umlenkung und Drosselung des zu entweichen trachtenden Treib- oder Fördermittels bewirken. Es läßt sich somit füglich sagen, daß die Drosselwirkung der Kamme praktisch dauernd unverändert bleibt.Should the outer end of the combs 3, 4 no longer fit tightly against the inclined surface, because a deeper groove has been dug out as a result of the rotating parts breaking out, a good one will nevertheless be made Labyrinth effect achieved because. the ends of the combs 3, 4 projecting into the grooves themselves in this case still a strong deflection and throttling of the attempt to escape Cause driving or conveying means. It can thus be properly said that the throttling effect the crest remains practically unchanged all the time.

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Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten dadurch, daß das Kohlenstück 5 nicht radial unverschiebbar in den Maschinenteil 6 eingesetzt ist, sondern durch eine Feder 11 radial abgestützt wird.The embodiment shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG in that the piece of coal 5 is not inserted into the machine part 6 in a radially immovable manner is, but by a spring 11 radially is supported.

In an sich bekannter Weise ist dafür zu sorgen, daß sich die verschiedenen Ringstücke eines Kohlenringes an den radialen Trennflächen immer berühren, also an den Stoßflächen nicht aufklaffen. Im Falle waagerechter Wellen können hierfür z. B. besondere Aufhängevorrichtungen für die untere Ringhälfte oder besondere Stützfedern, wie z. B.In a manner known per se, it must be ensured that the various ring pieces of a carbon ring always touch the radial dividing surfaces, i.e. the abutment surfaces don't gape. In the case of horizontal waves this z. B. special suspension devices for the lower half of the ring or special support springs, such as. B.

eine in Fig. 2 (Teil 11) gezeigt ist, vorgesehen werden. Allenfalls können an der Stoßstelle der Ringstücke auch zusätzliche Abdichtungsmittel vorgesehen werden.
Wenn die Erzeugende der Innenfläche des Kohlenringes geneigt zur Achse des sich drehenden Teiles ist, so läßt sich gewünschtenfalls das radiale Spiel zwischen dem sich drehenden und feststehenden Teil der Labyrinthdichtung dadurch verändern, daß der eine oder andere dieser Teile axial verstellbar angeordnet wird.one shown in Fig. 2 (part 11) may be provided. If necessary, additional sealing means can also be provided at the joint of the ring pieces.
If the generatrix of the inner surface of the carbon ring is inclined to the axis of the rotating part, the radial play between the rotating and stationary part of the labyrinth seal can, if desired, be changed by arranging one or the other of these parts so as to be axially adjustable.

Die Erfindung läßt sich sinngemäß bei jeder beliebigen Anzahl von Kohlenringen anwenden. Dabei spielt es keine Rolle, ob der sich drehende Teil sich um .eine waagerechte, senkrechte oder geneigte Achse dreht. An Stelle von Kohle können auch andere Stoffe verwendet werden, die ihr, was die physikalischen Eigenschaften anbetrifft, welche für die Erzielung des mit der Erfindung angestrebten Zweckes maßgebend sind, gleichwertig sind.The invention can be applied analogously to any number of carbon rings. It does not matter whether the rotating part is horizontal or vertical or inclined axis rotates. Instead of coal, other substances can also be used which you, as far as the physical properties are concerned, which for the attainment of the purpose aimed for by the invention are relevant, are equivalent.

Die neue Kohlenlabyrinthstopfbüchse eignet sich ganz besonders für hohe Drücke und hohe Temperaturen, weil mit verhältnismäßig geringer Kammzahl eine gute Abdichtung erzielbar und Kohle gegen hohe Temperaturen unempfindlich ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, läßt sich auch ganz ohne Federn auskommen, was wichtig ist, weil Federn bekanntlich bei hohen Temperaturen leicht Anlaß zu Betriebsstörangen geben können. Zufolge der guten Abdichtung werden ferner Turbinenwellen in der Gegend des Hochdrucklagers vor hohen Temperaturen geschützt, was weiter zur Erhöhung der Betriebssicherheit beiträgt. Das zulässige, kleine Spiel gestattet auch, die Hochdruckstop fbüchse verhältnismäßigkurz zu halten, wodurch die Lagerentfernung kleiner wird, was wiederum gestattet, den Wellendurchmesser etwas geringer zu halten und hauptsächlich .infolge kleinerer Maße des Läufers die Betriebssicherheit zu erhöhen.The new coal labyrinth stuffing box is particularly suitable for high pressures and high temperatures, because a good seal can be achieved with a relatively small number of combs and coal is insensitive to high temperatures. As shown in Fig. 1, leaves get along without feathers, which is important because feathers are known to be high Temperatures can easily give rise to operational malfunctions. As a result of the good sealing turbine shafts in the area of the high-pressure bearing are also exposed to high temperatures protected, which further contributes to increasing operational safety. The permissible, Small play also allows the high-pressure stop liner to be kept relatively short, as a result of which the bearing distance becomes smaller, which in turn allows the shaft diameter to be kept somewhat smaller and mainly .the operational safety due to the smaller dimensions of the rotor to increase.

Im weiteren bietet die neue Labyrinthstopfbüchse den Vorteil, daß Ersatzteile (genau gleiche Kohlenringstücke 5) auf Lager gehalten werden können, und daß bei einem allfälligen Einbau solcher Ersatzteile nur kurze Unterbruchszeiten in Kauf zu nehmen sind. Dabei können die Ersatzteile von jedem Schlosser ohne besondere Anweisung eingebaut werden.Furthermore, the new labyrinth stuffing box offers the advantage that spare parts (exactly identical carbon ring pieces 5) can be kept in stock, and that only short ones if such spare parts are installed Interruption times are to be accepted. Anyone can use the spare parts Locksmiths can be installed without special instructions.

Claims

Claim:

Labyrinth seal for rotating machine parts, especially on steam and Gas turbines with fixed, multi-part coal rings, characterized in that that with the machine part to be sealed (1) rotating, annular Combs (3, 4) built into the carbon rings (5) with practically no play are from which they expand at a faster heat from the rotating Parts (1, 2, 3, 4) than the non-rotating parts (5, 6) while maintaining a constantly tight fit against the rings (5) dig grooves, which through any deflection of the rotating parts can still be deepened, whereby but that to be effected by the combs. The throttling effect remains practically unchanged preserved.

1 sheet of drawings