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Einrichtung an von Wasser beaufschlagten Schaufelrädern zur Verhinderung
des Eindringens von Wasser Es gibt bekanntlich Schaufelräder, die als Schiffspropeller,
Turbinen oder Pumpen arbeiten und mit einer Anzahl von im Kreise angeordneten Schaufeln
versehen sind, die um ihre genau oder annähernd parallel zur Drehachse des Schaufelrades
gelagerten Zapfen durch eine Führungsvorrichtung während der Drehung des Rades zu
Dreh- oder Schwingbewegungen veranlaßt werden. Die Lagerung des Schaufelrades und
der Führungsvorrichtung für' die Schaufeln sind in einem abgeschlossenen Raum des
Schaufelradkärpers angeordnet, aus dessen gegen das Wasser hin gerichteter Begrenzungswand
die Zapfen der Schaufeln herausragen, die sich außerhalb dieses Raumes befinden
und von Wasser beaufschlagt werden. Da die Stelle, an der jeder dieser Schaufelzapfen
aus dem Hohlraum des Schaufelradkörpers herausragt,- das Eindringen von Wasser in
den Hohlraum ermöglichen würde, das Wasser aber die dort befindlichen Führungsorgane
schädigen könnte, so muß dafür gesorgt werden, daß die Schaufelzapfen an den Stellen,
wo sie aus dem Schaufelradkörper herausragen, abgedichtet werden, weil sie durch
Abnutzung früher oder später undicht werden und daher verhältnismäßig häufig nachgespannt
oder erneuert «-erden müssen. Dazu kommt noch, daß die Stopfbüchsendichtung infolge
der hohen Reibungswiderstände beträchtliche Energieverluste zur Folge hat.
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Die bisher üblichen Abdichtungseinrichtungen der Schaufelzapfen von
Schaufelrädern bestehen meist aus Ledermanschetten, die mittels Federdruckes an
die Schaufelzapfen angepreßt werden und stets mit der wasserseitigen Dichtungsfuge
in den Wasserspiegel
eintauchen. Die Dichtungsfuge steht mithin
hierbei ständig unter einem der Eintauchtiefe entsprechenden Wasserdruck. Das in
die Dichtungsfuge eindringende Wasser bildet mit dem im Inneren des Schaufelradkörpers
befindlichen und unter Druck nach außen strebenden Schmieröl eine meist noch verunreinigte
Emulsion, also ein Schleifmittel, das Zapfen- und Dichtungsmaterial zerstörend angreift.
Dies wird noch begünstigt durch die Art der Schwingbewegung der Schaufeln, die,
wie ja bekannt, beim Betrieb um eine gemeinsame Achse kreisen und gleichzeitig um
ihre eigene Achse gesteuerte hin. und her gehende Drehbewegungen ausführen, also
eine Bewegung, wie sie etwa beim 'Einschleifen eines Ventils ausgeführt wird.
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Das Eindringen von Wasser in den Hohlraum des Schaufelradkörpers kann
auch durch Erzeugung :eines Innendruckes in diesem Raum verhindert werden, beispielsweise
durch die Einführung von Luft unter einem Druck, der höher ist als der hydrostatische
Druck des das Schaufelrad umgebenden Wassers. Dabei soll das Wasser, das in den
Ringspalt um den Schaufelzapfen herum eindringen wollte, durch den Innendruck zurückgedrängt
werden. Das gleiche könnte auch dadurch erreicht werden, daß man den Hohlraum etwa
mit Öl unter Druck füllt, wodurch das Wasser am Eindringen verhindert wird. Bei
dieser Art der Abdichtung kann aber der Energieaufwand zur Erzeugung eines Innendruckes
im Hohlraum des Schaufelradkörpers dadurch eine beträchtliche Höhe erreichen, daß
der Innendruck immer etwas höher gehalten werden muß als der hydrostatische Druck
des Wassers, wodurch Verluste an Druckmedium unvermeidlich sind.
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Gemäß der Erfindung soll nun das Vordringen des Wassers in jene Teile
des Hohlraumes des Schaufelradkörpers, wo sich die Führungsvorrichtung befindet,
durch die Fliehkraftwirkung verhindert werden, die infolge der Drehung des arbeitenden
Schaufelrades hervorgerufen wird.
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Zu diesem Zwecke wird gemäß der Erfindung der an der Durchdringungsstelle
von Schaufelzapfen und Radkörper vorhandene Ringspalt auf einen Teil seiner Länge,
und zwar zwischen der innenliegenden öldichten Packung und dem Laufradboden, zu
einem zur zwangsläufigen Umlenkung des Spaltwassers geeigneten Ringraum erweitert,
der 'mit einem nach außen führenden Entwässerungskanal verbunden ist. Durch diese
Maßnahmen wird der in dem Spalt vorhandene statische überdruck in einen dynamisch
erzeugten Unterdruck verwandelt und damit also der hohe Wasserdruck während des
Betriebes von der Schaufelzapfendichtung weggenommen.
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Zweckmäßigerweise wird in dem durch ,Spalterweiterung gebildeten Ringraum
ein mit dem Schaufelzapfen verbundener Umlenkteil angeordnet, der das Spaltwasser
aus der achsparallelen Richtung in eine im wesentlichen senkrecht hierzu verlaufende
Richtung ablenkt und dem Entwässerungskanal zuführt. Beispielsweise wird hierzu
mit dem Schaufelzapfen eine ähnlich wie ein Spritzring arbeitende Scheibe verbunden.
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Etwa von dem Entwässerungskanal nicht abgeleitetes Spaltwasser wird
durch in der Bewegungsrichtung des eindringenden Wassers hinter der erwähnten Spalterweiterung
vorgesehene Dichtungen an dem weiteren Vordringen zu den empfindlichen Organen der
Führungsvorrichtung gehindert. Da diese Dichtungen, die durch die ablenkenden Führungsorgane
während des Betriebes vor dem unmittelbaren Angriff des Wassers und den darin enthaltenen
Verunreinigungen geschützt sind und außerdem ständig von innen her geschmiert werden,
so ist die Gefahr ihrer Abnutzung gegenüber den Dichtwigen. die dem unmittelbaren
Einfluß des Wassers ausgesetzt sind, bedeutend verringert. Die Betriebssicherheit
kann noch dadurch erhöht «erden, daß man eine Belüftung des Spaltes vor der Dichtung,
also zwischen Ringraum und öldichter Packung, vorsieht.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der
Zeichnung an einem Bruchstück eines Schaufelrades in einem Axialschnitt veranschaulicht.
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Die Drehachse des hohlen Schaufelradkörpers r, z ist durch die strichpunktierte
Linie X-X angedeutet. Im Umkreis des hohlen Radkörpers i, 2 sind Lagerbüchsen 3
angeordnet, in deren jeder der Zapfen ,l einer Schaufel s gelagert ist, und z%"ar
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zur Drehachse X-X des Schaufelrades.
Der Schaufelradkörper z, 2 läuft in einem Schacht, der durch das Gehäuse 6 begrenzt
ist.
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Handelt es sich z. B. um einen Schiffspropeller, so ist das Gehäuse
6, das den Radschacht bildet, in dem Boden des Hinterschiffes angeordnet, und die
Schaufeln ragen hinaus -'ins Wasser. Da sich der Schacht r r samt Schaufelrad unterhalb
der Wasserlinie befindet, so hat das Wasser das Bestreben, durch den Spalt einzudringen.
Von hier könnte es in den Hohlraum S des Schaufelradkörpers i, 2 gelangen, in dein
die mit dem Schaufelzapfen in Verbindung stehende Führungsvorrichtung zur Erzeugung
der Schwingbewegungen der Schaufeln untergebracht ist.
-Um dies:
zu vermeiden, ist. der Spalt 7 gemäß der Erfindung in einen Ringraum 9 erweitert,
von dem ein radial nach auswärts gerichteter Kanal i o ausgeht. Der Kanal mündet
in die Schaufelradpumpe 17, die den Zweck hat, das in .den Schacht eingedrungene
Wasser hinauszubefördern. Man kann aber von dem Ringraum 9 auch einen Kanal i o'
im `Boden des Schaufelrades abzweigen, -um hierdurch das Wasser aus dem Ringraum
9 gegen das freie Wasser wegzuschaffen. Der Ringraum Sund der radiale Kanal io (oder
io') bilden also zusammen eine Führungs-oder Ablenkungseinrichtung, durch die das
in das Innere des Radkörpers eingedrungene Wasser durch Fliehkraftwirkung davon
abgehalten wird, weiter gegen das Innere des Radkörpers vorzudringen, und nach außen
geschleudert wird. Dabei wird in dem Ringraum 9 ein von der Drehzahl des .Rades
abhängiger Unterdruck erzeugt. Eine nach Art eines Spritzringes wirkende, mit dem
Schaufelzapfen verbundene Scheibe 16, die in dem Ringraum angeordnet ist, kann dabei
als Hilfseinrichtung zur Wasserführung dienen und auch so ausgebildet sein, daß
keine Luft aus dem Propellerinneren durch den Spalt 7' in das Unterdruckgebiet der
Schaufeln 5 gelangt.
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Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit gegen das Vordringen von Wasser
bis zur Dichtung 12 kann man auch, wie schon erwähnt, in dem Teil 7" des
Ringspaltes ständig eine gewisse Luft- # oder Gasmenge aufrechterhalten. Diese kann
entweder unter Druck eingeführt oder selbsttätig durch Fliehkraftwirkung herbeigeholt
werden. Wird z. B. der Kanal i o so groß bemessen, daß er nicht vollständig von
dem abströmenden Wasser erfüllt ist, so kann durch den Kanal io die im wasserfreien
Teil des Schaufelradschachtes i i befindliche Luft radial nach innen zum Spaltteil7'
einströmen. Es kann aber auch ein Kanal 14 angeordnet werden, der die Luft aus dem
Schaufelradschacht i i unter einem radial nach außen gerichteten Fliehkraftdruck
in den Spalt 7' gelangen läßt. Hierbei bildet sich eine Luftzirkulation 14, 7',
10, 11, 14. An Stelle des Kanals i o kann aber die Luft auch durch andere Kanäle,
z. B. 15, aus dem Spalt 7' in den wasserfreien Raum des Schaufelradschachtes i i
geführt werden. Auch in diesem Fall erfolgt die Belüftung durch Fliehkraftwirkung,
wobei' der Unterdruck, der durch das überströmende Spaltwasser in den Räumeng und
7' erzeugt wird, den Lufteintritt und die Luftzirkulation unter Wasser ermöglicht.
Der Lufteintritt im Betrieb ist aber auch dann möglich, wenn kein Spaltwasser durch
den Ringspalt 7 eintritt, sobald die Fliehkraftwirkung dem hydrostatischen Druck
der Tauchtiefe des Schaufelrades mindestens das Gleichgewicht hält.
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Die Luftkanäle 14 und 15 könnten auch dazu- benützt -werden,, um bei
Stillstand des Rades in den Ringspalt 7' und damit in den Raum unterhalb der Dichtung
i2 'Druckluft einzuführen und das Wasser an. denn Vordringen bis zur Dichtung 12
abzuhalten. In der Regel wird dies aber nicht nötig. sein,' weil die Gefahr, daß
bei Stillstand die Flüssigkeit in die Dichtung eindringen und zerstörend wirken-
könnte, bedeutend geringer ist als im Betrieb. _ Jedenfalls kann auf die geschilderte
Weise erreicht werden, daß das Wasser nicht so weit eindringen kann, daß es schließlich
auch in den Hohlraum ä gelangen könnte, wo sich empfindliche Organe der Führungsvorrichtung
für die Schaufeln befinden, und dies ist, wie man sieht, mit sehr einfachen baulichen
Mitteln zu erreichen. In baulicher Beziehung können die hier geschilderten Einrichtungen
in mannigfacher Weise abgeändert werden.