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Spaltdichtung für Rohr-Wasserturbinen und -Pumpen Die Erfindung betrifft
eine Spaltdichtung für Rohr-Wasserturbinen und -Pumpen, bei denen zwischen den Stirnflächen
des Außenkranzes des Turbinen- bzw. Pumpenlaufrades und dem angrenzenden Teil des
Wasserführungsrohres ein abzudichtender Spalt vorhanden ist.
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Die Betriebstüchtigkeit von Rohrturbinen, die auch als Unterwasserturbinen
ausgeführt werden, hängt in vorwiegendem :Maße von der zuverlässigen Abdichtung
zwischen dem rotierenden Laufradkranz und den feststehenden Rohrgehäusen auf der
Oberwasser- und Unterwasserseite ab. Mit Rücksicht auf eine m@glicli-#t gedrängte
Bauweise lassen sich die betreffenden Gehäuse nicht so steif ausführen, daß sich
bei der :Montage und im Betrieb nicht gewisse Formveränderungen ergeben, die der
sonst bei Turbinen und Pumpen üblichen Abdichtung in radialer Richtung hinderlich
sind. Die Abdichtung erfolgt hauptsächlich aus diesem Grunde in axialer Richtung,
wobei eine geeignete Dichtung zwischen den axialen Stirnflächen des oberwasser-
und unterwasserseitigen Rohrgehäuses und dem rotierenden Laufradkranz angeordnet
wird. Bei einer derartigen axialen Dichtung ist jedoch zu beachten, daß sich der
Lauf radkranz unter Einwirkung des Axialschubes in axialer Richtung durchbiegt und
gegenüber den feststehenden Rohrgehäusen axial veränderliche Dichtungsspalte erzeugt.
Unter diesen Umständen ist eine axiale Dichtung nur dann brauchbar, wenn sie der
axialen Veränderung der Dichtungsspalte nachfolgen kann. In dieser Hinsicht haben
die bisher hierfür verwendeten Dichtungen zu mannigfachen Anständen geführt, sei
es, daß diese Dichtungen in axialer Richtung zu wenig nachgiebig waren, sei es,
daß sich die Dichtungskörper während des Betriebes
leicht festklemmten
oder daß sich bei Verwendung von sogenannten Schlauchdichtungen die Hohlräume für
das erforderliche ' Preßwasser nach einiger Zeit, u. a. mangels genügenden Durchflusses,
verstopfen.
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Weil man ferner befürchtete, daß elastische Dichtungsringe während
des Betriebes durch das Anliegen gegen die Stirnflächen des Laufradkranzes und vor
allem durch die Verunreinigungen des Betriebswassers sich rasch verschleißen, sind
die Dichtungsringe zur Erhöhung der Elastizität auch schon als Membran ausgebildet
worden, d. h. als elastische Ringkörper mit geschlossenem Hohlraum und außerdem
mit einem spitz auslaufenden Ringansatz an der dem Laufradkranz zugekehrten Membranfläche.
Die eigentliche Abdichtung des Spaltes erfolgt in einem solchen Falle nur durch
den von dem im geschlossenen Ringraum herrschenden Druck angepreßten Ringansatz,
dessen radiale Ausdehnung an der Dichtungsstelle äußerst gering ist, da er ja, wie
erwähnt, spitz ausläuft. Damit läßt sich jedoch keine hinreichende Abdichtung erzielen.
Auch findet eine rasche Abnutzung des Dichtungsspaltes statt.
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Die Erfindung bezweckt nun eine betriebssichere, billige und gleichzeitig
zuverlässig wirkende Spaltdichtung für das eingangs umschriebene Anwendungsgebiet
zu schaffen. Dabei fußt die Erfindung unter anderem auf der Erkenntnis, daß bei
Spaltdichtungen der in Frage kommenden Art Verunreinigungen des Betriebswassers,
z. B. Sand, nicht den elastischen Dichtungsring, der vorzugsweise aus Gummi besteht,
angreifen und abnutzen, sondern interessanterweise den metallenen Kranz des Laufrades.
Das ist wohl so zu erklären, daß sich die Sandkörner im elastischen Material wegen
seiner Nachgiebigkeit zum Teil einbetten können, das elastische Material relativ
zu den harten Sandkörnern also ausweichen kann, während das dem Metall des Laufradkranzes
nicht möglich ist. Folglich bewirken die zwischen Dichtungsring und Laufradkranz
gelangenden Sandkörnchen, die sich nie ganz in den elastischen Dichtungsring einbetten
und infolgedessen etwas an demselben vorstehen werden, ein Abscheuern der Stirnfläche
des Laufradkranzes, nicht aber der Gummifläche, so daß ein Anliegen von aus Gummi
bestehenden Dichtungskörpern mit großer Fläche auf einer langen radialen Strecke
gegen die Stirnfläche des Laufradkranzes zulässig ist, was für die .Güte der Abdichtung
wichtig ist.
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Die Erfindung will die angeführten Zwecke bei einer Spaltdichtung
der eingangs erwähnten Art erreichen, bei welcher zudem zur Dichtung des Spaltes
mindestens ein aus einem gummiähnlichen, elastischen Werkstoff bestehender Ring
an einem der den Spalt begrenzenden Teile befestigt ist und unter dem Einfluß von
Druckflüssigkeit .auf seiner radialen Länge gegen die benachbarte Stirnfläche des
den Spalt begrenzenden anderen Teiles in axialer Richtung zum Anliegen gebracht
wird und so die Abdichtung des Spaltes bewirkt. Nach der Erfindung weist nun der
Dichtungsring eine senkrecht zur Maschine angeordnete ringscheibenartige Lippe auf,
die mit dem festgehaltenen Hauptteil des Dichtungsringes einseitig so verbunden
ist, daß zwischen der Lippe und diesem Hauptteil ein in Richtung des Lippenendes
offener Ringraum zur Aufnahme von Druckflüssigkeit vorhanden ist.
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In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i einen axialen Längsschnitt durch eine Rohrturbine,
@Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. i in größerem Maßstab und ebenfalls im Längsschnitt;
ferner zeigt Fig. 3 eine Einzelheit einer zweiten Ausführungsform in größerem Maßstab
und in einem axialen Längsschnitt.
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In den Figuren bezeichnet i das sich drehende Laufrad einer Rohrturbine.
Auf der Eintrittsseite dieses Laufrades i ist ein feststehendes Eintrittsgehäuse
2 mit regulierbaren Leitschaufeln 3 vorgesehen. Das Laufrad i ist auf der Eintrittsseite
über einen Wellenzapfen 4 und ein Lager 5 in einem Lagerstern 6 abgestützt. Auf
der Austrittsseite des Laufrades i ist ein feststehendes Gehäuse 7 vorgesehen, und
auf dieser Seite erfolgt die Abstützung des Laufrades i über einen `'Wellenzapfen
8 und ein Lager 9 in einem Lagerstern io. Außerdem ist auf der Austrittsseite des
Laufrades i zur Aufnahme der Axialkräfte ein Spurlager i i vorgesehen.
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Zwischen dem sich drehenden Laufrad i und dem feststehenden Gehäuse
2 ist auf der Eintrittsseite des Laufradkranzes 12 ein in axialer Richtung wirkender
Dichtungsring 13 vorgesehen. Ein entsprechender Dichtungsring 14 ist auf der Austrittsseite
des Lgufradkranzes 12 zwischen dem sich drehenden Laufrad i und dem feststehenden
Gehäuse 7 vorgesehen. Zur Vermeidung vorzeitiger Abnutzung sind an die beiden Stirnflächen
des Laufradkranzes 12 aus einem harten, möglichst rostfreien Material bestehende
Schonringe 15 bzw. 16 angeschraubt. Das zwischen Dichtungsring 13 und Schonring
15 bzw. zwischen Dichtungsring 14 und Schonring 16 auch bei bester Abdichtung noch
leckende Spritzwasser wird durch Spritzringe 17 bzw. 18 in Fangschalen i9 bzw. 2o
aufgefangen und von dort über Rohre 21 bzw. 22 in einen nicht gezeichneten Leckwassersumpf
geleitet, wo es durch eine entsprechende Leckwasserpumpe aus dem Kraftwerk herausgepumpt
wird.
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Der Dichtungsring 13 und die demselben benachbarten Teile sind in
Fig. 2 noch in größerem Maßstab dargestellt. Wie hier gezeigt ist, weist dieser
Ring 13 eine zylindrische Lippe 26 auf, welche auf ihrer radialen Ausdehnung unter
der Einwirkung einer Druckflüssigkeit, die in einen auch von dieser Lippe 26 begrenzten
offenen Ringraum 261 gelangen kann, axial gegen den benachbarten Schonring 15 des
Laufradkranzes 12 zum Anliegen gebracht wird. Der Dichtungsring 13 samt Lippe 26
besteht aus Gummi oder einem gummiähnlichen, elastischen Werkstoff, und dessen Befestigung
am feststehenden Gehäuseteil 2 erfolgt durch mehrteilige
Bänder
27 und Schrauben 28. Ein derartig ausgebildeter Dichtungskörper 13, 26 folgt ohne
weiteres den durch den sich geltend machenden Axialschub verursachten axialen Verschiebungen
des Laufradkranzes 12 und den entsprechenden axialen Veränderungen des Dichtungsspaltes
29. Der Dichtungsring 14 ist in derselben Weise wie der Dichtungsring 13 ausgebildet.
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Die beschriebene Spaltdichtung ermöglicht eine zuverlässige Abdichtung
des Laufradkranzes 12 an seinen Stirnseiten, so daß keinerlei Spritzwasser mit den
Wicklungen 23 des Generatorpolrades 24, das auf den Laufradkranz 12 aufgesetzt ist,
und des Generatorstators 25 in Berührung kommt.
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Die in Fig. 3 gezeigte Spaltdichtung weist zwei Gummiringe 3o und
31 mit Lippe 3o1 bzw. 311 auf. Die Lippen 3o1 und 311 begrenzen zusammen mit den
Ringen 30, 31 einen Zwischenraum 32, der über Schlitze 33 und Bohrungen 34 unter
einem für das axiale Anpressen der Lippen 3o1 und 311 genügenden Überdruck steht.
Dieser Überdruck kann von einer Hilfsdruckquelle erzeugt werden.
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Es empfiehlt sich, eine Spaltdichtung der in Fig.3 gezeigten Art insbesondere
auf der Saugseite eines Laufrades vorzusehen, damit dortselbst durch den auf der
betreffenden Seite vorhandenen Unterdruck keine schädliche Luft eingezogen wird.
Das Vorsehen einer derartigen Doppeldichtung kann sich aber auch auf der Oberseite
des Laufrades i einer Wasserturbine empfehlen, beispielsweise dann, wenn der Maschinensatz
bei abgeschlossener Oberwasser- und Unterwasserschütz in Luft läuft und für den
Phasenschieberbetrieb dienen soll. In letzterem Falle kann in den Zwischenraum 32
eingeleitetes Spritzwasser zur Schmierung und Kühlung der sonst trockenlaufenden
Abdichtung dienen.
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Eine Doppeldichtung der in Fig. 3 gezeigten Art ist an ihren Laufflächen,
im Gegerisatze zu den bekannten Schlauch- oder Membrandichtungen offen, so daß etwaige
Schmutzteilchen hier austreten und den Zwischenraum 32 nicht verstopfen können.
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Arbeitet z. B. eine Wasserturbine mit einem großen Betriebsdruck,
so ist es zweckmäßig, eine Spaltdichtung mit mehr als zwei Dichtungsringen vorzusehen
und die Lippen der betreffenden Ringe Zwischenräume begrenzen zu lassen. Diese Zwischenräume
können dann unter einem stufenweise von innen nach außen abnehmenden Zwischendruck
stehen.
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Anstatt die Dichtungsringe in der in den Fig. 2 und 3 gezeigten «"eise
an den feststehenden Gehäusen 2 und 7 mit Hilfe von Bändern 27 festzuhalten, können
sie in entsprechender Weise auch an dein sich drehenden Laufradkranz 12 befestigt
sein.
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Die manschettenförmigen Lippen 26 bzw. 301
und 30 dichten in
axialer Richtung auch im Betriebsstillstand selbsttätig so gut, daß eine zusätzliche
Dichtung für den Stilltand nicht erforderlich ist, so daß eine erfindungsgemäße
Spaltdichtung sowohl im Betrieb als auch im Stillstand allein die erforderliche
Abdichtung bewirken kann.
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Spaltdichtungen der beschriebenen Art lassen sich sinngemäß auch bei
Rohrpumpen verwenden und bedeuten auf alle Fälle gegenüber dem bisherigen Stande
der Technik einen wesentlichen Fortschritt.