DE804394C - Labyrinthspaltdichtung - Google Patents

Description

• Labyrinthspaltdichtung Bekannt sind L abyrinthspaltdichtungen bei Kreiselradmaschinen, Dampf- und Gasturbinen, Kreiselpumpen und Kreiselverdichter, bei denen eine achsensymmetrische Strömung angenommen werden kann, was bedeutet, daß in allen Punkten des Umfanges eines jeden Kreises um die Laufradachse die Geschxvindigkeiten und Drücke als gleich groß anzusehen sind. Sie ändern sich nur in radialer Richtung von einem konzentrischen Kreis zum andern.
• Fig. > zeigt als Beispiel dieser Maschinenart den Achsenschnitt einer einfachen radialen Kreiselpumpe. Im Laufrad 2o wird in bekannter Weise eine Drucksteigerung zwischen Eintritt und Austritt erzielt, und eine kleine Menge des Arbeitsmittels Ijießt infolge dieses Druckunterschiedes durch die Spalte zwischen dem einlaufenden Laufrad und den benachbarten Begrenzungswänden zum Laufradeintritt zurück. wie dies in Fig. > durch Pfeile angedeutet ist. Uin diesen inneren Spaltverlust klein zu halten, werden die Spalte möglichst eng gemacht und außerdem mindestens die eine der beiden Spaltwände vielfach zur Vergrößerung des Durchftußwiderstandes mit Labyrinthnuten in Gestalt konzentrischer Eindrehungen 21, 22, 23 versehen.
• Von diesen Kreiselradmaschinen finit achsensymmetrischer Strömung sind die Ringwirbelmaschinen zu unterscheiden, die auch einfach als Ringmaschinen bezeichnet werden, das sindFlüssigkeitspumpen mit Seitenkanal sowie Verdichter und Turbinen. Das Besondere dieser Maschinengattung ist die schraubenförmige Strömung (Ringwirbel), in dem von Laufrad und Seitenkanal umschlossenen ringförmigen I-Iohlrauin um die Achse, der den _@rl>eitsraum bildet. In dieseln Arbeitsraum tritt das Arbeitsmittel zwischen seiner Einlaß- und Auslaßöffnung in schraubenförmiger Bewegung um eine Mittellinie des Ringes mehrmals aus dem Seitenkanal in das Taufrad ein und aus dein Laufrad wieder in den Seitenkanal aus, wobei es in ständig aufeinanderfolgenden Arbeitsstufen Energie vom Laufrad aufnimmt bzw. bei der Turbine an das Laufrad abgibt.
• Bei solchen Ringmaschinen lassen sich Labyrinthspaltdichtungen bekannter Art in Gestalt konzentrischer Eindrehungen in den Spaltwänden nicht mit demselben Erfolg anwenden wie beiden Kreiselmaschinen, weil eine Energieverluste bringende Ausgleichsströmung in Umfangsrichtung im Bereich der Spalte die Folge wäre. Eine insbesondere für Ringmaschinen vorteilhafte Ausbildung von Labyrinthspaltdichtungen wird nach der Erfindung dadurch geschaffen, daß die Labyrinthnuten nicht über den ganzen Kreisumfang durchlaufen, sondern immer wieder unterbrochen sind, so daß sie aus einzelnen längeren oder kürzeren hintereinander-und/oder nebeneinanderliegenden Nutenstrecken bestehen.
• Die Fig. 2 und 3 zeigen als Beispiel eine einflutige und einstufige Ringpumpe, wobei in Fig.3 diese schraubenförmige Arbeitsströmung durch die gestrichelte Linie zwischen a, b und c angedeutet ist. Der Seitenkanal ist an einer Stelle unterbrochen, und an den Enden a und c dieses Unterbrechers liegen der Ein- und Austrittskanal für das Arbeitsmittel. Der Druck im Seitenkanal ist auf einem Kreis um die Laufradachse nicht gleich groß, sondern steigt vom Eintritt bis zum Austritt an bei den Pumpen und Verdichtern bzw. nimmt ab bei den Turbinen.
• In den Fig. 2 und 3 ist i das Laufrad mit den Schaufeln 2. Der Seitenkanal 3 bildet mit der Schaufelung zusammen den Arbeitsraum. c bis a ist der Unterbrecher mit Eintritt 4 und Austritt 5. Zwischen Laufrad- und Seitenkanalscheibe befinden sich die Spalten 7 und 8, bei denen mindestens eine der beiden Spaltwände mit unterbrochenen Ringnuten 12, 13 versehen sind.
• Ein Ringraum 9 umschließt den Lauf radumfang und setzt sich nach innen im Deckelraum io bis zur Laufradnabe fort. Diese beiden Räume stehen durch den Spalt 7 mit dem Arbeitsraum in Verbindung. Vom Arbeitsraum nach innen ist die Seitenkanalscheibe von der Laufradscheibe durch den Spalt 8 getrennt, der in den Nabenraum i i führt. Die Räume io und i i sind, wie bei den gewöhnlichen Kreiselpumpen, durch Stopfbüchsen oder Labyrinthdichtungen nach außenabgeschlossen.
• Der Druck bei a im Seitenkanalanfang erhöht sich über einen mittleren Wert bei b zum Austrittsdruck bei c. Bei angenommenem linearem Druckanstieg im Seitenkanal von a bis c entspricht der Druck bei b ungefähr dem Mittel aus Anfangs- und Enddruck. Längs der Bogenstrecke a-b ist demnach der Druck kleiner und längs der Bogenstrecke b-c größer als der mittlere Druck bei b.
• Wie im Arbeitsraum ist auch beim Durchfluß durch die Spalten 7 und 8kelneachsensymmetrische, sondern eine Strömung mit verschieden großen Geschwindigkeiten und Drücken längs konzentrischer Kreise vorhanden. Die Drücke gleichen sich aber aus in dem hinter Spalte 7 liegenden Raum 9, wenn er in seinem radialen Ausmaß gegenüber der Spaltweite entsprechend größer ist. Es herrscht demnach im Raum 9 ein ringsherum gleich großer Druck, der ungefähr um den Druckabfall im Spalt kleiner als der mittlere Druck bei b im Seitenkanal ist. Das gleiche ist der Fall im Nabenraum i i, hinter dem Durchfluß durch den Spalt B.
• Der Ringraum 9 läßt sich aber auch als enger Spalt mit unterbrochenen Ringnuten ausführen. Der Druckausgleich erfolgt dann erst im Deckelraum io und es entsteht ein größerer Strömungswiderstand von 3 über 7 und 9 zum ausgeglichenen Druck in io, was unter Umständen gewisse Vorteile mit sich bringt.
• Die Spaltströmung wird erzeugt durch das Druckgefälle auf beiden Seiten des Spaltes. Wird von der Schleppwirkung der Laufradscheibe auf Richtung und Größe der Spaltströmung abgesehen, so deuten die in Fig. 3 eingezeichneten Pfeile die Hauptrichtung der Spaltströmung und die Länge der Pfeile die ungefähren Größenverhältnisse der Geschwindigkeiten und damit der Teilspaltwassermenge an den verschiedenen Stellen an.
• Vom mittleren Druck, im Raum i i ausgehend, fließt das Arbeitsmittel im Spalt 8 nach außen in den Seitenkanal längs a-b und vom Seitenkanal aus nach innen längs b-c. Zwischen dem Raum 9 und dem Seitenkanal entsteht eine Strömung im Spalt 7, die von a bis b nach innen und von b bis c nach außen verläuft. Natürlich findet im Spalt 8 und über die Unterbrecherfläche ebenfalls ein Druckausgleich und damit eine Strömung unmittelbar von c nach a statt, also ohne über den Raum i i zu gehen. Ebenso entstehen in der Nähe von b und auch an anderen Stellen des Arbeitskanals solche direkten Ausgleichsströmungen in den Spalten zwischen benachbarten Stellen. Bei kleinen Druckunterschieden bleibt die Geschwindigkeit und der Einfluß auf die Spaltwassermenge aber gering.
• Würden nun in die Spalten 7 und 8 kreisförmige Ringnuten ohne Unterbrechungen eingedreht mit der Absicht, durch solche von den Kreiselmaschinen mit achsensymmetrischer Strömung her bekannten Labyrinthspalten den Durchflußwiderstand zu erhöhen, damit die oben gekennzeichnete innere Spaltwasserströmung zu stören und den inneren Spaltverlust zu verringern, so würde die erhoffte Wirkung keineswegs eintreten. In diesen Ringnuten setzte eine Ausgleichsströmung in Umfangsrichtung ein und, wie in den Räumeng und i i, ergäbe sich längs des ganzen Umfangs der dem Seitenkanal benachbarten Ringnuten ein gleich großer mittlerer Druck. Die Übergangswiderstände zwischen Seitenkanal und diesen benachbarten Ringnuten wären aber kleiner als die ohne Nuten zwischen Seitenkanal und den Räumen 9 bzw. i i. Die innere Spaltwassermenge würde größer.
• Dem wird durch den Erfindungsvorschlag begegnet, nach dem die Ringnuten längs ihres Umfangs immer wieder unterbrochen sind, so daß der Druckausgleich in den Nuten verhindert oder doch sehr erschwert wird. Die einzelnen Stücke der verschiedenen in radialer Richtung hintereinanderliegenden Ringnuten, wie sie in Fig. 3 beispielsweise eingezeichnet sind, werden nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung zur Erhöhung des Durchflußwiderstandes gegeneinander versetzt. Die Unterbrechungen der Ringnuten können klein gehalten werden und die Umfangslängen der einzelnen Nutenstrecken 12, 13 lassen sich erfindungsgemäß auch stark verringern, so daß sie nur noch runde, ovale oder beliebig gestaltete Löcher darstellen, die nicht unbedingt auf konzentrischen Kreisen angeordnet zu sein brauchen.
• Die Spalten 7 und 8 brauchen nicht eben zu sein, sondern können auf Kegeln oder gekrümmten Flächen liegen oder irgendwelche Absätze aufweisen.
• Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausführung der Labyrinthspalte wird bei den Ringmaschinen durch die unterteilten Nuten die Spaltströmung verringert und die im Inneren der Maschinen umlaufenden Spaltmengen des geförderten Mittels kleiner, was eine größere Fördermenge und einen besseren Wirkungsgrad ergibt. Aber auch bei den eingangs erwähnten Kreiselmaschinen sind Labyrinthspaltdichtungen der hier vorgeschlagenen Art grundsätzlich verwendbar.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Labyrinthspaltdichtung zwischen Laufrad-und Seitenkanalscheibe, insbesondere bei Ringpumpen, Ringverdichtern und Ringturbinen (Kreiselradmaschinen mit Seitenkanal und schraubenförmiger Arbeitsströmung), dadurch gekennzeichnet, daß die Labyrinthnuten nicht über den ganzen Kreisumfang durchlaufen, sondern immer wieder unterbrochen sind, so daß sie aus einzelnen längeren oder kürzeren hintereinander- und/oder nebeneinanderliegenden Nutenstrecken bestehen.
2. 2. Labyrinthspaltdichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen in radialer Richtung hintereinanderliegenden Nutenstrecken gegeneinander versetzt sind.
3. 3. Labyrinthspaltdichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenstrecken als runde, ovale oder beliebig gestaltete Löcher ausgeführt sind.