DE635594C

DE635594C - Labyrinth seal for rotating shafts

Info

Publication number: DE635594C
Application number: DEI48964D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Stephan Hofer
Original assignee: INT LJUNGSTROEMTURBINEN UNION
Current assignee: INT LJUNGSTROEMTURBINEN UNION
Priority date: 1934-02-10
Filing date: 1934-02-10
Publication date: 1936-09-19

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Labyrinthdichtungen für umlaufende Wellen, insbesondere solche von Gas- und Dampfturbinen, wobei diese Dichtungen aus zwei Sätzen Dichtungsringen bestehen, von denen der eine auf der Welle befestigt ist und mit ihr umläuft, während der andere sich in der Durchbruchstelle einer Gehäusewand befindet, die einen Raum höheren Druckes von einem RaumThe invention relates to labyrinth seals for rotating shafts, in particular those of gas and steam turbines, these seals consisting of two sets of sealing rings exist, one of which is attached to the shaft and rotates with it, while the other is in the breakthrough point of a housing wall, the one Room of higher pressure from one room

to niederen Druckes und zugleich einen Raum höherer Temperatur von einem solchen niedrigerer Temperatur trennt. Die Dichtringe bestehen aus je einer ringförmigen Scheibe, die beiderseits konzentrische zylinderförmige dünnwandige und axial gerichtete Ansätze trägt, deren Durchmesser so zueinander versetzt sind, daß die Ansätze des umlaufenden Ringsatzes in die Lücken zwischen den Ansätzen des feststehenden Satzes mit geringem Spiel passen. Hierbei sind die umlaufenden Ringe mit Fußringen, die feststehenden mit Kopfringen versehen, die mit ihrer Bohrung bzw. ihrem Außendurchmesser einerseits auf die Welle, andererseits in die Trennwand-Öffnung passen. Dabei ist die Länge der Fuß- bzw. Kopfringe so bemessen, daß der axiale Abstand zwischen den einzelnen Dichtrlngen eines Satzes gewahrt ist. Beim Anfahren einer beispielsweise mit hoch überhitztem Dampf arbeitenden Turbine erwärmen sich die dünnwandigen Scheiben der Dichtringe mit ihren Ansätzen sehr rasch, da das Treibmittel auf seinem Weg durch die Dichtung keine nennenswerte Abkühlung erfährt.to lower pressure and at the same time a room of higher temperature from such a lower one Temperature separates. The sealing rings each consist of an annular disc, the concentric cylindrical disc on both sides carries thin-walled and axially directed approaches, the diameter of which is offset from one another are that the approaches of the circumferential ring set in the gaps between the approaches of the fixed set with little play. Here are the circulating Rings with foot rings, the fixed ones with head rings with their bore or their outer diameter on the one hand on the shaft, on the other hand in the partition opening fit. The length of the foot or head rings is dimensioned so that the axial distance between the individual sealing lengths a sentence is preserved. When starting a vehicle, for example with a highly overheated Steam-working turbine heats up the thin-walled washers of the sealing rings with their approaches very quickly, as the propellant makes its way through the seal does not experience any significant cooling.

Die starke Welle hingegen und noch weniger der Hals des Turbinengehäuses, der mit der Außenluft in. Verbindung steht, nehmen an der Erwärmung nur langsam teil und erreichen auch nie vollständig die Temperatur der Dichtringe. Auch die Fuß- und Kopfringe der Dichtungsringe, die in ihren Passungen an den kälteren Teilen anliegen, erwärmen sich langsam. Dadurch treten innerhalb der Dichtungsringe sehr starke Materialspannungen auf, die zum Abschleifen der die geringen Spiele bildenden Dichtkanten am Ende der Zylinderansätze, zu Verwerfungen und zu Brüchen führen. Bei den Fußringen besteht infolge der ungleichen Temperaturen überdies die Gefahr eines Lockerwerdens. Letzteres tritt besonders dann ein, wenn die in Fig·, ι dargestellte Art der Befestigung angewendet wird. Der Sitz des Fußringes auf der Welle wird hier durch eine schmale Ringfläche 1 gebildet, die axial zur Scheibe 2 des Dichtungsringes versetzt ist. Hierdurch sollte einerseits eine möglichst geringe Wärmeleitung zwischen Sitzfläche 1 und Dichtringscheibe 2 und andererseits zum Ausgleich der verschiedenen Dehnungen zwischen Scheibe 2 und Sitzringstelle 1 am Ende des Fußringes eine Federung des dazwischenliegenden dünnwandigen Zylinders 3 erreicht werden. Dieselbe Konstruktion wurde bei den Kopfringen der feststehenden Dichtringe ausgeführt. Sie hat jedoch, wie die Erfahrung lehrte, in beiden Fällen versagt, da ein Schrägstellen der Scheiben 2 mit ihren An-The strong wave, on the other hand, and even less the neck of the turbine housing, which is connected to the Outside air is in connection, take part in the warming and achieve only slowly also never completely the temperature of the sealing rings. Also the foot and head rings the sealing rings, which are in their fits on the colder parts, heat up slowly. As a result, very strong material stresses occur within the sealing rings on that for grinding the sealing edges forming the small games at the end of the cylinder approaches, to warping and lead to breaks. In the case of the foot rings, there is a result of the unequal temperatures moreover, the risk of loosening. The latter occurs especially when the in Fig ·, ι shown type of attachment is used. The seat of the foot ring on the shaft is formed here by a narrow annular surface 1, which is axially to the disk 2 of the sealing ring is offset. This should, on the one hand, be as low as possible Heat conduction between seat surface 1 and sealing ring 2 and on the other hand for compensation the different expansions between disc 2 and seat ring point 1 at the end of the Foot ring a suspension of the thin-walled cylinder 3 lying in between is achieved will. The same construction was carried out for the head rings of the fixed sealing rings. However, as experience has shown, it has failed in both cases, since tilting the panes 2 with their

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dipl.-Ing. Stephan Hafer in Nürnberg.Dipl.-Ing. Stephan Hafer in Nuremberg.

sätzen 3 und damit der Verschleiß der Dichtkanten nicht vermeidbar waren. Wenn man bedenkt, daß bei Verwendung von 4oogrädi-. gem lieißdampf ein TemperaturunterscMod: in den genannten Teilen von 300⁰ C auftreten " kann und daß dann bei einem Dichtung durchmesser von beispielsweise 300 mm ein Durchmesserunterschied von 1 mm zustande kommt, so wird man verstehen, daß die ίο Federung des Zylinderstückes 3 hierfür keinen genügenden Ausgleich schaffen konnte.sentences 3 and thus the wear of the sealing edges were unavoidable. If you consider that when using 4oogrädi-. According to steam a temperature undercMod: in the parts mentioned of 300 ⁰ C "can occur and that then with a seal diameter of 300 mm, for example, a diameter difference of 1 mm comes about, it will be understood that the ίο suspension of the cylinder piece 3 is not sufficient for this Could create compensation.

Zur Vermeidung dieser Übelstände ist bereits vorgeschlagen worden, bei einer Labyrinthdichtung für die Wellen umlaufender Maschinen mit einem feststehenden, im Gehäuse befestigten und einem umlaufenden, auf der Welle befestigten Satz von Dichtungsringen aus ringförmigen Scheiben, an welche beiderseits achsgleich in axialer Richtung verlaufende Dichtungsringe derart angebracht sind, daß die Dichtungsringe des einen Satzes in die Lücken zwischen den Dichtungsringen des anderen Satzes mit geringem Spiel eingreifen, die Scheiben der Dichtungsringe von den Fußtragringen zu trennen, aber mit diesen derart zu verbinden, daß sie sich gegenseitig in radialer Richtung frei ausdehnen können. Von einer solchen Baufbrm geht die Erfindung aus und besteht darin, daß radial gerichtete Führungsbolzen in die Stegringe und die zugehörigen Fußtragringe eingesetzt sind, die auf diese Weise die Dehnungsebene festlegen. Die Verwendung radial gerichteter Bolzen ist beim Zusammenbau mit Maschinenteilen an sich bekannt. Während jedoch in den bisher bekanntgewordenen Fällen die Radialbolzen zur Übertragung eines Drehmomentes dienen, tritt im FaEe der Erfindung ein Drehmoment nicht auf, vielmehr dienen die Bolzen, wie bereits erwähnt, lediglich zur Festlegung der Dehnungsebene.To avoid these inconveniences, it has already been proposed in the case of a labyrinth seal for the shafts of rotating machines with a fixed, fixed in the housing and a rotating one attached to the shaft set of sealing rings made of annular washers to which on both sides coaxially extending sealing rings in the axial direction attached in this way are that the sealing rings of one set in the gaps between the sealing rings of the other set engage with little play, the washers of the sealing rings from to separate the foot support rings, but to connect them with them in such a way that they are mutually exclusive can expand freely in the radial direction. The invention is based on such a construction and consists in that radially directed guide pins in the leg rings and the associated foot support rings are used, which determine the expansion plane in this way. The use of radially directed bolts is when assembling with machine parts known per se. However, while in the cases that have become known so far, the radial bolts are used to transmit a torque serve, a torque does not occur in the context of the invention, rather As already mentioned, the bolts only serve to define the expansion plane.

Die Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Die Kopfringe 1 der feststehenden Dichtringe liegen mit Passung auf ihre ganze Länge satt an der Gehäusewandbohrung 2 an, die Fußringe 3 der umlaufenden Dichtringe in derselben Weise an der Welle 4. Durch Wärmeleitung wird hierdurch erreicht, daß diese Teile weitgehend die Temperatur der kälteren Teile annehmen, mit 'denen sie in Berührung sind.Fig. 2 shows an embodiment of the invention. The head rings 1 of the fixed Sealing rings fit snugly against the housing wall bore along their entire length 2, the foot rings 3 of the circumferential sealing rings on the shaft 4 in the same way. Heat conduction ensures that these parts largely maintain the temperature take on the colder parts with which they are in contact.

Die Dichtringscheiben 5 der feststehenden Ringe und jene 6 der umlaufenden Ringe, mit den Ansätzen 7 und 8 sind mit den Kopf- bzw. Fußringen durch eine Anzahl auf den Umfang gleichmäßig verteilter radial gestellter Paßbolzen 11 verbunden, wobei zwischen dem Innendurchmesser des Kopfringes 1 und dem Außendurchmesser der Scheibe 5 das Spiel 9 gelassen ist, um dadurch der ».,Scheibe 5 die unbehinderte radiale Beweglichkeit gegenüber dem Ring 1 zu gestatten. _' JJm die Lage der Scheibe 5 genau zentrisch zu erhalten, wird man dieses Spiel zweckmäßig erst nach dem Bohren der Löcher für die Bolzen 11 andrehen.The sealing washers 5 of the fixed rings and those 6 of the rotating rings, with the approaches 7 and 8 are with the head and foot rings by a number on the Circumference evenly distributed radially positioned fitting bolts 11 connected, with between the inside diameter of the head ring 1 and the outside diameter of the disk 5 the game 9 is left to thereby the »., disc 5 the unimpeded radial mobility opposite the ring 1 to allow. The position of the disk 5 is exactly centric To get this game, it becomes useful only after drilling the holes Tighten for the bolts 11.

Zur Vermeidung von Undichtheiten infolge der Trennung von Diclitringscheibe und Kopfring erhält die Scheibe 5 oben seitlich eine geschliffene Fläche 10, die an einem ebenfalls geschliffenen Absatz des Kopfringes anliegt. Zweckmäßig wird man die Dichtstelle so anordnen, daß das Druckmittel seinen Weg in der Richtung des Pfeiles durch die Dichtung nimmt, weil dabei infolge des Überdruckes auf der einen Seite der Dichtringe die Scheiben 5 fest auf die Kopfringe 1 gepreßt werden.To avoid leaks as a result of the separation of the diclit ring washer and head ring receives the disc 5 on the top side a ground surface 10, which is also on a ground shoulder of the head ring is applied. The sealing point is expedient arrange so that the pressure medium makes its way in the direction of the arrow through the Seal takes because it is due to the overpressure on one side of the sealing rings the disks 5 are pressed firmly onto the head rings 1.

In entsprechender Weise sind beim umlaufenden Dichtring die Scheiben 6 an den Fußringen 3 so befestigt, daß sie sich radial frei ausdehnen können, ohne daß hierbei die Dichtfähigkeit leidet. Auch hier wird man in kaltem Zustand etwas Spiel 12 geben, da es ja beim Auslaufen der Maschine vorkommen kann, daß die Dichtringe schneller abkühlen als die Welle.In a corresponding manner, the discs 6 are on the rotating sealing ring Foot rings 3 attached so that they can expand radially freely without this Sealability suffers. Here, too, you will give a little play 12 in the cold state, there When the machine is running down, it can happen that the sealing rings cool down faster than the shaft.

Claims

Patent claims:

i. Labyrinth seal for the shafts of rotating machines with a fixed, fixed in the housing and a rotating set of sealing rings fixed on the shaft annular disks on which both sides run coaxially in the axial direction Sealing rings are attached so that the sealing rings of the one Set into the gaps between the sealing rings of the other set with little Play, the washers of the sealing rings from the foot support rings separated, but connected to these in such a way that they are mutually radial Can extend freely in the direction, characterized by radially directed guide pins (11). those in the bridge rings (5,6) and the associated foot support rings (1,3) are used.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the web rings one end face is in contact with the associated foot support rings in the sealing surfaces, which are pressed against each other by the existing overpressure.

For this purpose ι sheet of drawings