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Ringpackung für Wellen Die Erfindung bezweckt, den Cbertritt eines
unter Druck stehenden flüssigen Mediums aus einem Raum zu einem benachbarten Raum
oder an die Außenluft zu verhindern an Stellen, wo eine Welle aus einem solchen
Raum zu einem anderen oder an die Außenluft hindurchtritt. Die Erfindung bezieht
sich insbesondere auf die Verbesserung von Ringen aus Kohlenstoff, Graphit oder
ähnlichen geeigneten Lagermaterialien, wie sie gewöhnlich für diese Zwecke verwendet
werden, z. B. zum Abdichten gegen Dampfaustritt aus einem Turbinengehäuse im Wellenlager.
Beim Abdichten von Hochdruckdampf bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Wellen
ist es im allgemeinen üblich, Kohleringe zu verwenden, und zwar gewöhnlich so, daB
je ein Ring in einer Kammer einer Stopfbüchse sitzt. Jeder dieser Ringe ist gewöhnlich
in eine Anzahl unter sich gleicher Segmente geteilt, welche die gleiche Bohrung
besitzen, wobei die Segmente stirnseitig gegeneinanderstoßen und ihre Bohrung dem
Wellendurchmesser bei höchster Arbeitstemperatur entspricht. Ein Nachteil dieser
Konstruktion besteht darin, daB, wenn man nachträglich bei niedrigerer Dampftemperatur
fahren
will, die Welle infolge des größeren Ausdehnungskoeffizienten
des Strahles sich stärker zusammenzieht, als die Bohrung des Kohleringes beträgt,
wodurch ein Spalt entsteht, da alle Segmente jedes Ringes gleichmäßig vom Dampf
belastet sind und sich nicht enger zusammenschließen können, weil sie bereits an
ihren Stirnflächen zusammenstoßen. Infolge ihres Gewichtes werden die Ringe weiterhin
auf der Welle aufliegen, und die infolge der Zusammenziehung der Welle entstandenen
Spalten werden für die einzelnen Ringe in derselben Lage sich befinden und auf diese
Weise einen geraden Durchlaß bilden, durch den der Dampf entweichen kann.
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Ferner wird im allgemeinen die Bohrung eines solchen Kohleringes,
wenn er neu ist, in der Weise ausgeführt, daß, wenn die Arbeitstemperatur zum erstenmal
erreicht ist, die größere Ausdehnung der Stahlwelle ein geringes Spiel zwischen
den Stoßflächen der Ringsegmente schafft. Dies erlaubt nur eine sehr geringe Abnutzung
bis zur Erreichung des Zustandes, daß eine gute Fassung auf der Welle, eine saubere
Bettung und Feinpolitur auf den Laufflächen von Welle und Ring erzielt ist, wobei
die Stoßstellen sich schließen und der durch Dampfdruck hervorgerufene Druck der
Segmente auf die Welle vollständig aufgehoben wird. Es ist ein mehrfach beobachteter
Nachteil, daß, wenn solche Kohleringe in im Dienst stehenden Turbinen ausgewechselt
werden, die Stoßflächen der Segmente aus Unachtsamkeit weggefeilt werden und an
den Stoßstellen ein größeres Spiel hervorrufen, als dies für den Betrieb wünschenswert
ist. Oder aber es wird, wenn alle Segmente dicht aneinanderstoßend angeordnet sind,
ein zu geringer Spielraum zwischen der Bohrung des Ringes und der Welle gelassen
mit der Folge; daß diese wegen ihres größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten,
wenn sie sich ausdehnt, ein zu großes Spiel an den Stoßstellen öffnet. Dadurch ergibt
sich aber ein verlängertes Einlaufen, Erwärmung und unnötige Abnutzung, bevor die
Stoßstellen sich schließen können und der Druck der Segmente aus dem Dampfdruck
auf die Welle aufgehoben wird.
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Zweck der Erfindung ist, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen
oder zu vermindern. Er wird dadurch erreicht, daß der Ring aus größeren und kleineren
Segmenten hergestellt wird, wobei die Stoßstellen aller Segmente nach innen konvergierend
ausgebildet sind, so daß infolge der verschiedenen resultierenden Flüssigkeitsdrücke
auf die verschiedenen Segmente die kleineren Segmente nach außen ausweichen, um
die größeren Segmente sich nach innen bewegen zu lassen, die so der Wellenoberfläche
folgen, sobald sich die Welle zusammenzieht. Natürlich muß die Neigung der Stoßflächen
zwischen den Segmenten so gewählt sein, daß unter Berücksichtigung der in den Stoßflächen
auftretenden Reibung die einander benachbarten Segmente nicht daran gehindert werden,
ihre Relativbewegungen zueinander auszuführen. Offensichtlich muß darauf geachtet
werden, daß die Verlängerung der Stoßstelle die Welle-schneidet. Von vornherein
kann ein richtiges Spiel zwischen der Wellenoberfläche und der gegenüberstehenden
inneren Fläche der kleineren Segmente vorgesehen sein, so daß diese, infolge dieses
radialen Spieles, sich frei nach innen bewegen können, bis sie gegen die größeren
Segmente anstoßen und jedes übermäßige Spiel, das an den Stoßstellen andernfalls
eintreten könnte, aufnehmen. Infolgedessen können die Segmente auf die Welle niemals
mit der vollen Kraft des Flüssigkeitsdruckes pressen, sondern nur mit einem kleinen
Teil dieser Kraft, der in seinem Betrage abhängig ist von dem durch das Segment
gedeckten Winkel und der Keilwirkung der kleineren Segmente. Der Verschleiß ist
infolgedessen sehr erheblich verringert.
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Es können ferner gemäß der Erfindung Mittel vorgesehen werden, um
den Verschleiß dadurch zu begrenzen, daß die verschiedenenRadialbewegungen auf einen
von vornherein festgelegten Betragbegrenzt werden. Das kann in verschiedener Weise
geschehen. Zum Beispiel kann ein Anschlag im Stopfbüchsengehäuse angeordnet sein,
der gegen eine Schulter der Peripherie eines kleineren Segmentes anliegt, so daß
einer weiteren Bewegung des Segmentes in radialer Richtung nach außen ein Halt geboten
wird, wenn solch ein Segment gegen den Anschlag zur Anlage kommt, wenn infolge Abnutzung
eines größeren Segmentes eine Bewegung des letzteren nach innen einsetzt. Man kann
auch eine radiale Ausnehmung oder ein Loch in der Seitenfläche eines Segmentes anordnen
und in der Wandung des Stopfbüchsengehäuses einen Stift, der in die Ausnehmung eingreift,
die länger ist als der Stift, oder in das Loch, das länger ist als der Stift. Hierdurch
kann die radiale Bewegung des Segmentes in beliebigem Ausmaß begrenzt werden. Eine
andere Ausführungsform für diesen Zweck besteht darin, in den Stoßflächen zwischen
benachbarten Segmenten Stufen anzuordnen, zwischen denen ein Spielraum frei bleibt,
so daß eine radiale Differenzialbewegung der Segmente gegeneinander innerhalb bestimmter
Grenzen zugelassen ist. Eine andere Ausführungsform besteht darin, Schrauben radial
in das Stopfbüchsengehäuse einzusetzen, so daß sie in die einzelnen Kammern hineinragen
und in entsprechende Ausnehmungen im Umfang der nach außen sich bewegenden Segmente.
Dabei ist zwischen dem Ende jeder Schraube und dem Boden der zugeordneten Ausnehmung
ein Spiel vorgesehen, um jedes gewünschte Ausmaß von Verschleiß zu regeln. Die Erfindung
ist in Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen, dargestellt. Hier zeigt Fig. i
einen Ring in der Seitenansicht quer zur Welle, Fig. 2 eine Stirnansicht auf denselben
Ring, Fig. 3 eine Seitenansicht eines anderen Ringes quer zur Welle, Fig. 4 die
dazugehörige Stirnansicht, Fig. 5 eine dritte Ausführungsform in Seitenansicht,
Fig.6 einen achsparallelen senkrechten Längsschnitt durch eine Stopfbüchse,
Fig.7
einen achsparallelen senkrechten Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform
der Stopfbüchse.
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Der in den Fig. 1, 3 und 5 gezeigte Packungsring weist Segmente von
ungleicher Größe auf; die größeren Segmente sind mit i, die kleineren mit 2 bezeichnet.
Am Umfang tragen die Ringe eine Rille zur Einlagerung einer in sich geschlossenen
Ringfeder, welche die Segmente dicht auf die Welle zu drücken bestrebt ist.
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Zwischen den kleineren Segmenten 2 und der Wellenoberfläche ist ein
radiales Spiel s zu dem oben bereits erläuterten Zweck vorgesehen.
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In Fig. i verlaufen die Stoßflächen zwischen den Segmenten radial.
Der von den größeren Segmenten gedeckte Winkel beträgt 12o°, der durch die kleineren
Segmente gedeckte Winkel beträgt 6o°.
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In Fig. 3, in welcher der Ring in eine größere Anzahl von Segmenten
unterteilt ist, verlaufen die Stoßflächen zur radialen Richtung etwas geneigt. In
den Ausführungsformen nach Fig. i und 3 weisen die kleineren Segmente radiale Einschnitte
6 in den Seitenflächen auf. Diese Einschnitte dienen dazu, Stifte aufzunehmen, die
in der Wandung des Stopfbüchsengehäuses eingesetzt sind, in welcher die Ringe unterzubringen
sind. Diese Stiftanordnung sichert den Ring in seiner endgültigen Winkellage relativ
zur Welle und begrenzt überdies die Bewegung der kleineren Segmente nach außen.
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In (lern Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird die IZadialhe@vegun
g zwischen den benachbarten Segmenten (ladurch begrenzt, daß die Stoßflächen mit
Stufen ausgebildet sind, zwischen denen Spielräume 7 verbleiben.
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Gemäß Fig. 6 sind zwei Paar Ringe io in je einer Kammer einer zweiteiligen
Stopfbüchse i i eingesetzt, die in einem geteilten Gehäuse 12, z. B. einer Dampfturbine,
in üblicher Weise gehalten wird.
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Die Anschlagstifte 13 ragen in Ausnehmungen 6 hinein, welche sich
in den kleineren Segmenten des Ringes, die in dieser Fig. mit 14 bezeichnet sind,
befinden. Sie ragen aber auch in Ausnehmungen 15 der größeren Segmente, die in diesem
Fall das Bezugszeichen 16 tragen, hinein. Diese Anordnung von Stiften und Ausllehmungen
begrenzt im Falle der kleineren Segmente i4 deren Bewegung nach außen und im Fall
der größeren Segmente in ihrer Bewegung nach innen. Die Ringe haben den üblichen
rechteckigen Querschnitt und werden durch die sie einschließende Ringfeder 3 gehalten.
Die Ringe sind im Winkel zueinander und zur Welle so gesetzt, daß die Spielräume
5 zwischen Innenfläche der kleinen Segmente und Welle in den benachbarten j Ringen
gegeneinander versetzt angeordnet sind.
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Gemäß Fig. 7 sind in einer Kammer der Stopfbüchse iy ein Paar Ringe
17 und 18 angeordnet, die auf dem Umfang je eine. Abschrägung tragen und durch eine
sie umschließende Ringfeder so beeinflußt werden, daß durch die Federkraft in den
Ringen eine axiale Komponente in Richtung des Flüssigkeitsdruckes entsteht, die
in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel von rechts nach links wirkend zu denken
ist. Dadurch werden die Ringe gegen die innere Seitenwand 2o der Stopfbüchse angepreßt.
Eine nach innen vorspringende Zwischenwand 21 steht mit ihrer Innenkante mit einem
gewissen Spiel 22 einer umfänglichen Schulter 23 des hier liegenden Ringes 16 gegenüber.
Die Absetzung dieses Ringes ist also begrenzt durch die Auswärtsbewegung der schmaleren
Segmente, bevor die Schulter 23 gegen die innere Ringkante der Zwischenwand 21 anstößt.
In ähnlicher Weise arbeitet die Ringschulter 23 des in Fig. 7 dargestellten Ringes
14 mit der ringförmigen Anschlagfläche24 der Stopfbüchse zusammen, um die Auswärtsbewegung
der schmaleren Segmente dieses Ringes 14 zu begrenzen. Sowohl in Fig. 7 als auch
in Fig. 6 bezeichnet die Zahl 14 ein kleineres Segment und die Zahl 16 ein größeres
Segment. Aus den Zeichnungen ergibt sich, daß die radialen Spiele 5 zwischen den
kleineren Segmenten 14 und der Welle 4 durch die benachbart liegenden größeren Segmente
16 in der Längsrichtung abgesperrt sind. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen,
daß die soeben gegebene Beschreibung über das Zusammenwirken der Zwischenwand 21
und der Ringschulter 23 des rechten Ringes sich nicht auf das größere Segment 16,
welches in der Zeichnung rechts sichtbar ist, sondern nur auf das Zusammenwirken
mit den kleineren Segmenten dieses rechten Ringes bezieht, um welche die ringförmige
Zwischenwand 21 sich erstreckt.