DE957006C

DE957006C - Labyrinth seal for shaft ducts

Info

Publication number: DE957006C
Application number: DES34133A
Authority: DE
Inventors: Willy Kastert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-07-02
Filing date: 1953-07-02
Publication date: 1957-01-24

Description

AUSGEGEBEN AM 24. JANUAR 1957ISSUED JANUARY 24, 1957

S 34133 XU 147 fS 34133 XU 147 f

Die gebräuchlichste Form der Wellendichtungen bei Dampf- oder Gasturbinen ist die Labyrinthdichtung, d. h. eine berührungsfreie Dichtung, bei der durch eine Vielzahl von Dichtungsspitzen kleine Spalte gebildet werden, in denen das Arbeitsmittel nach und nach vom Anfangsdruck auf einen bestimmten Enddruck gedrosselt wird. Die Labyrinthdichtung arbeitet entweder mit einer glatten Welle und Dichtungsspitzen in einem die Welle umgebenden Zylinder oder mit Dichtungsspitzen auf der Welle und einem glatten Außenzylinder oder mit ineinandergreifenden Spitzen sowohl der Büchse wie der Welle. Außerdem gibt es noch Labyrinthdichtungen, bei denen zur Bildung der' Spalte jeweils einer oder mehreren Spitzen ein dünner, eingestemmter Blechring als Gegenfläche zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft die zweite Gruppe, also eine Labyrinthdichtung, bei der die Spitzen auf der Welle sitzen, während die äußere Begrenzung der Spalte durch einen Zylinder gebildet ist. Das Problem, das bei allen derartigen Labyrinthdichtungen auftritt, ist die Einhaltung einer hohen inneren Dichtheit. Aus dem Wesen der Labyrinthdichtung ergibt sich, daß eine gewisse Menge des Arbeitsmittels durch sie hindurchströmen muß; aber diese Menge soll so klein wie irgend möglich sein, da sie ja einen Verlust bedeutet. Man wird also auf kleinste Spiele hin-The most common form of shaft seals in steam or gas turbines is the labyrinth seal, d. H. a non-contact seal with a large number of sealing tips small Columns are formed in which the working medium gradually decreases from the initial pressure to a certain Final pressure is throttled. The labyrinth seal works either with a smooth shaft and sealing tips in a cylinder surrounding the shaft or with sealing tips on the Shaft and a smooth outer cylinder or with interlocking tips of both the liner like the wave. There are also labyrinth seals where the 'column' is formed a thin, caulked sheet metal ring is assigned as a counter surface to one or more tips is. The invention relates to the second group, that is to say a labyrinth seal in which the tips sit on the shaft while the perimeter of the column is formed by a cylinder is. The problem that occurs with all such labyrinth seals is compliance with a high internal tightness. From the nature of the labyrinth seal it follows that a certain Amount of working fluid must flow through them; but this amount is said to be as small as at all possible, since it means a loss. So you will focus on the smallest games

arbeiten müssen. Es genügt aber nicht, bei der Herstellung der Maschine das Labyrinth mit dem kleinsten Spiel zu bauen, sondern es muß berücksichtigt werden, daß im Betriebszustand durch auftretende Erwärmungen Spieländerungen eintreten. An sich wäre es denkbar, die Dichtung so zu bauen, daß sich das Spiel mit zunehmender Temperatur vergrößert. Aber das würde einen unwirtschaftlichen Betrieb ergeben, weil ja dann die Leck-have to work. It is not enough, however, to create the machine with the labyrinth with the to build smallest game, but it must be taken into account that occurring in the operating state through Warming game changes occur. In itself it would be conceivable to build the seal in such a way that that the game increases with increasing temperature. But that would be uneconomical Operation, because then the leakage

menge mit zunehmender Erwärmung ansteigen würde. Man wird also den umgekehrten Weg gehen müssen, nämlich zu Beginn des Betriebes größere Spiele zuzulassen, die sich dann mit zunehmender Erwärmung auf einen zulässigen Kleinstwert ver-amount would increase with increasing warming. So you will go the opposite way must, namely to allow larger games at the beginning of operation, which then increase with increasing Heating to a minimum permissible value

ringern. Dann besteht aber die bekannte Gefahr des Streifens und hiermit verbunden des Auftretens von Reibungswärme, die bekanntlich sehr leicht zu unangenehmen Labyrinthschäden führt. Die Schwierigkeiten werden um so größer, je höher diewrestle. But then there is the well-known risk of streaking and the associated occurrence from frictional heat, which is known to very easily lead to unpleasant damage to the labyrinth. the The greater the difficulties, the greater the difficulties

im Labyrinth auftretende Temperatur des Arbeitsmittels ist, also in erster Linie bei Gasturbinen. Die Erfindung zeigt einen Weg, auf dem die aus einem etwaigen Streifen innerhalb des Labyrinths entstehenden Unzuträglichkeiten mit einfachen Baumitteln beseitigt werden können. Das Lösungsprinzip besteht darin, daß die Hülse als dünne elastische Büchse ausgebildet ist, die an einem Ende elastisch eingespannt und am anderen Ende frei ist, so daß sie sich als Ganzes unter Bei-The temperature of the working medium occurring in the labyrinth, i.e. primarily in the case of gas turbines. The invention shows a way in which the out of a possible strip within the maze Any inconveniences that arise can be eliminated with simple building materials. The principle of the solution is that the sleeve as thin elastic sleeve is formed, which is elastically clamped at one end and at the other end is free so that as a whole it can

behaltung ihrer zylindrischen Form aufweiten und zusammenziehen kann. Gerade die Sicherung der zylindrischen Form ist wichtig, denn wenn man, was auch bereits vorgeschlagen wurde, die einer glattem Welle .zugeordneten Dichtungsspitzen anmaintaining their cylindrical shape can expand and contract. Just backing up the cylindrical shape is important because if you have, as has already been suggested, the one smooth shaft .assigned sealing tips

das Ende eines Zylinders setzt, der sich im Betrieb konisch verformt, so gibt das einen in Strömungsrichtonig wachsenden Durchtrittsquerschnitt und damit eine Vergrößerung der Leckdampfmenge. Auch die bekannte Zwischendichtung für Gleichdruckturbinen mit einem federnden zylinderförmigen Spitzenträger, der durch den höheren Dampfdruck auf seiner Außenseite der Welle radial genähert werden soll, wäre für die Zwecke der Erfindung nicht brauchbar, da bei einem etwaigen Streifen der radiale Druck das Ausweichen der Dichtungsspitzen erschweren würde.the end of a cylinder that deforms conically during operation gives a directional flow growing passage cross-section and thus an increase in the amount of leakage steam. Also the known intermediate seal for constant pressure turbines with a resilient cylindrical Tip carrier, which is radially approximated to the shaft due to the higher vapor pressure on its outside is to be, would not be useful for the purposes of the invention, since a possible The radial pressure would make it difficult for the seal tips to dodge.

Die neue Bauform sei an Hand des Ausführungsbeispieles der Figur erläutert. The new design is explained using the exemplary embodiment in the figure.

Die Welle 1 ist Träger einer Anzahl von schaubildlich angedeuteten Dichtungsspitzen 2, die zusammen mit der Zylinderfläche 3 das Labyrinth bilden. Wesentlich für die Erfindung ist die dünne Büchse 4 mit ihrer Befestigung, die folgendermaßen ausgebildet ist:The shaft 1 carries a number of diagrammatically indicated sealing tips 2, which together with the cylinder surface 3, the labyrinth form. Essential for the invention is the thin sleeve 4 with its attachment, which is as follows is trained:

Am linken Ende geht die Büchse 4 in einen dünnwandigen kegelförmigen Teil 5 über, der über die Scheibeo und die Schrauben7 gegen eine Schulter 8 des Stopfbüchsengehäuses 9 verspannt ist. Am rechten Ende ist die Büchse 4 dagegen frei. Tritt jetzt ein Streifen ein, so nimmt die Büchse 4 wegen ihrer geringen Wandstärke sehr schnell eine hohe Temperatur an. Erwärmung bedeutet aber Aufweiten, d. h., die Zylinderfläche 3 entfernt sich, und zwar unter Beibehaltung ihrer zylindrischen Form, von den Spitzen 2. Der zunächst verkleinerte Dichtungsspalt wird also wieder größer und damit das Streifen geringer.At the left end of the sleeve 4 goes into a thin-walled conical part 5, which over the Washero and the screws 7 against a shoulder 8 of the stuffing box housing 9 is clamped. At the right end, however, the sleeve 4 is free. Kick now a strip, the sleeve 4 very quickly takes a high one because of its low wall thickness Temperature. However, warming means widening, i.e. i.e., the cylinder surface 3 moves away, and while maintaining their cylindrical shape, from the tips 2. The initially reduced The sealing gap is therefore larger again and the streaking is therefore less.

Das Ausführungsbeispiel zeigt noch eine weitere Maßnahme. Die Büchse 4 ist nämlich am linken Ende in einer Ringfläche 10 und am rechten Ende in einer Ringfläche 11 abgestützt. Auf diese Weise wird für den kalten Zustand ein gewisses Spiel festgelegt, das nicht unterschritten werden kann, so daß beim Anfahren mit Sicherheit ein hinreichend großer Dichtungsspalt eingehalten ist.The embodiment shows a further measure. The sleeve 4 is namely on the left End supported in an annular surface 10 and at the right end in an annular surface 11. In this way a certain clearance is set for the cold state, which cannot be fallen below, so that when starting up a sufficiently large sealing gap is maintained with certainty.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Labyrinth seal for shaft bushings, especially for high-temperature steam or gas turbines with labyrinth tips attached to the shaft and one that overlaps them Labyrinth sleeve, characterized in that the sleeve is designed as a thin, elastic sleeve (4) which at one end Resiliently connected to the housing (9) via a thin-walled, conical part (5) and at the other end is free, so that it extends as a whole while maintaining its cylindrical shape Can expand and contract shape.

2. Seal according to claim 1, characterized in that that the sleeve (4) at both ends by cylindrical annular surfaces (10, 11) is supported so that in the cold state a certain smallest distance from the Sealing tips is guaranteed.

Considered publications:
German Patent Nos. 222331, 451272, 484540, 521604;

British Patent No. 663,386.

1 sheet of drawings