DE968702C

DE968702C - Labyrinthdichtung fuer Turbomaschinen

Info

Publication number: DE968702C
Application number: DEG12164A
Authority: DE
Inventors: Franz Lechky
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1953-07-09
Filing date: 1953-07-09
Publication date: 1958-03-20

Description

AUSGEGEBEN AM 20. MÄRZ 1958

G 12164 XII147 f

An Labyrinthdichtungen bei Turbomaschinen werden bekanntlich zwei Hauptforderungen gestellt, die sich gewissermaßen widersprechen; einerseits sind mit Rücksicht auf eine gute Abdichtung möglichst kleine Spaltbreiten und damit -querschnitte erwünscht, andererseits soll aus Gründen der Betriebssicherheit eine gegenseitige Berührung von feststehenden und umlaufenden Bauteilen möglichst vermieden werden. Letzteres gilt vor allem bezüglich dem einerseits von der Welle begrenzten Dichtungsspalt und ist um so wichtiger, je höher die Umfangsgeschwindigkeit der Welle ist, da ein Streifen derselben an den in das Gehäuse eingesetzten Dichtungselementen erfahrungsgemäß recht schnell zu einer so starken Erwärmung und dadurch verursachten Krümmung der Welle führt, daß daraus schwerwiegende Maschinenschäden entstehen können.

Die Erfindung geht von der für Labyrinthdichtungen an sich bekannten Bauart mit ab- ao wechselnd in das Gehäuse und in die Welle eingesetzten Dichtungselementen aus, wobei die zugehörigen Dichtungsspalte entsprechend abwechselnd auf verschiedenen Durchmessern liegen. Eine solche Anordnung ist wegen der durch das fortgesetzte Umlenken des zurückzuhaltenden Strömungsmittels erreichtenDrosselwirkung grundsätzlich zweckmäßig; sie erfordert aber mindestens

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für die feststehenden Elemente, wenn diese gegen die Welle selbst abdichten, so breite Spalte, daß die Gefahr des Anstreifens vermieden wird. Dadurch wird die Labyrinthwirkung wieder be-5. einträchtigt, weil die abgedämmte Druckhöhe sich im umgekehrten Verhältnis zum Quadrat der Spaltfläche ändert.

Bei der Herstellung der Dichtungsspitzen aus dünnen Blechen od. dgl. aus weichem Material, die ίο beim Anstreifen sofort abgeschliffen oder verbogen werden, lassen sich die Spaltbreiten zwar verringern. Damit wird aber kein dauernder Erfolg erreicht. Dagegen kann man die insoweit bestehenden Schwierigkeiten in der Weise beseitigen, daß die in das Gehäuse eingesetzten Dichtungselemente nicht bis an die Welle selbst, sondern bis an einen mit dieser möglichst wärmedämmend verbundenen Zwischenkörper auf Spaltabstand heranreichen. Dabei muß allerdings beachtet werden, daß nicht die. Dichtungsdurchmesser zu sehr vergrößert werden oder andere Nachteile sich ergeben.

In diesem Zusammenhang ist eine Anordnung wechselseitig in das feststehende Gehäuse und in die umlaufende Welle eingestemmter dünner Blechstreifen zu erwähnen, die labyrinthartig Dichtungsspalte auf abwechselnd verschiedenen Durchmessern bilden, wobei die näher an der Welle liegenden Spalte beiderseits durch die betreffenden Blechstreifen begrenzt werden, so daß also ein etwaiges Anstreifen keine Gefahr für die Welle mit sich bringt. Aber auch eine solche Dichtung entspricht noch nicht allen betriebsmäßigen Anforderungen; die letztgenannten Dichtungsspalte sind dort nämlich nur bei einer ganz bestimmten gegenseitigen Lage des Gehäuses und der Welle vorhanden, während es erwünscht ist, daß alle Dichtungsspalte auch bei durch Wärmedehnungen od. dgl. möglichen axialen Relativbewegungen zwischen den beiderseitigen Bauteilen aufrechterhalten bleiben. Man hat schließlich schon eine Labyrinthdichtung mit ausschließlich umlaufenden, einem feststehenden Bauteil gegenüberliegenden Dichtungsspitzen vorgesehen. Werden solche Dichtungsspitzen mit gleichen Durchmessern aus der Welle herausgearbeitet, so fehlt es, abgesehen von der vergleichsweise umständlichen Herstellung, an der erwünschten Aüswechselbarkeit der Dichtungselemente und der Umlenkung des Strömungsmittels. Werden sie in Form verschieden breiter Blechstreifen in je eine Wellennut eingestemmt, so muß die Innenseite des Gehäuses sehr genau für die abwechselnd größeren und kleineren Dichtungsdurchmesser bearbeitet werden; auch kann die Zahl der Dichtungselemente auf einer bestimmten axialen Länge nur so groß sein wie die Zahl der Wellennuten, für welche ein bestimmter Mindestabstand notwendig ist.

Die Erfindung besteht in neuartiger und vorteilhafter Vereinigung mehrerer in anderem Zusammenhang teilweise schon bekannter Einzelmerkmale darin, daß jede der feststehenden Dichtungsspitzen bis auf einen kleinen Spaltabstand an den freien, in axialer Richtung verlaufenden Schenkel eines mit der Welle auswechselbar verbundenen und dieselbe ihrerseits in an sich bekannter Weise mit einem gewissen Abstand umgebenden Winkelringes heranreicht, wobei der andere Schenkel jedes Winkelringes der Welle zugekehrt ist und in .an sich bekannter Weise zusammen mit einer benachbarten, bis auf einen vorzugsweise gleich kleinen Spaltabstand an das Gehäuse oder einen anderen feststehenden Bauteil heranreichenden umlaufenden Dichtungsspitze in einer gemeinsamen Wellennut befestigt ist.

Zur Sicherung gegen die im Betrieb auftretenden Zentrifugalkräfte können die in der Welle befestigten Schenkel der Winkelringe einen keil- oder L-förmigen Querschnitt haben und die Wellennuten zur Aufnahme derselben entsprechend unterschnitten sein. Außerdem können die Winkelringe einen der Welle abgekehrten Ansatz haben, der an Stelle der von den Winkelringen getrennten umlaufenden Dichtungsspitzen mit seinem gegebenenfalls zugeschärften freien Ende bis auf Spaltabstand an das Gehäuse oder einen sonstigen feststehenden Bauteil heranreicht.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsformen beispielsweise dargestellt.

Abb. ι zeigt eine Labyrinthdichtung, bei der einerseits unmittelbar in das Gehäuse 1 oder einen mit demselben in Verbindung stehenden Bauteil un"d andererseits in die Welle 2 einer Turbomaschine (Dampf- oder Gasturbine, Verdichter, Pumpe) aus dünnem Blech bestehende und als ,geschlitzte oder halbierte Ringe ausgebildete Dichtungsspitzen 3 bzw. 4 eingesetzt und mittels nicht in den Raum zwischen Gehäuse und Welle hineinragender Stemmringe 5 bzw. 6 befestigt sind. In die gleichen Wellennuten wie die Teile 4 und 6 sind ferner Winkelringe 7 mit ihrem einen Schenkel eingesetzt, während ihr anderer Schenkel die Welle in einem gewissen radialen Abstand χ umgibt und sich axial bis etwa zur Befestigungsnut der nächstfolgenden umlaufenden Dichtungsspitze 4 erstreckt. Der Außenseite dieses Schenkels liegen die feststehenden Dichtungsspitzen 3 im Spaltabstand S₁ gegenüber, der etwa ebenso klein ist wie der auf einem etwas größeren Durchmesser liegende Spaltabstand S₂ zwischen dem Gehäuse 1 und den umlaufenden Dichtungsspitzen 4.

Abb. 2 und 3 veranschaulichen Ausführungen, die sich nur durch etwas andere Formen der in die Welle 2 eingesetzten und zur Bildung der Labyrinthspalte S₁ gegenüber den feststehenden Dichtungselementen 3 dienenden Winkelringe 8 bzw. 9 von der ersten Ausführung unterscheiden. Nach Abb. 2 ist der in die Welle eingreifende Schenkel der Winkelringe 8 keilförmig ausgebildet, während nach Abb. 3 die besondere Sicherung der Winkelringe 9 gegen die beim Umlauf der Welle 2 auftretenden Zentrifugalkräfte durch an sich ebenfalls bekannte, z. B. bei den Füßen von Turbinenschaufeln übliche, rechtwinklige Ansätze erfolgt, die in entsprechende Unterschneidungen der Wellennuten hineinragen.

Abb. 4 gibt schließlich eine Ausführung wieder, bei der die in die Welle 2 eingesetzten und zur Bildung der Labyrinthspalte S₁ gegenüber den feststehenden Dichtungsspitzen 3 dienenden Winkelringe 10 an Stelle der bei den anderen Ausführungen neben ihnen in die Welle eingesetzten Dichtungsspitzen selbst einen radial zur Welle verlaufenden und am freien Ende zugeschärften Ansatz haben, der bis auf den Labyrinthspaltabstand J₂ an das Gehäuse 1 heranreicht.

Die praktische Bedeutung der neuartigen Labyrinthdichtung liegt in der gleichzeitigen Berücksichtigung mehrerer eingangs erwähnter, bisher aber nur teilweise erfüllter Forderungen. Durch die zwischengeschalteten Winkelringe wird ein unmittelbares Anstreifen der feststehenden Dichtungsspitzen an der Welle unmöglich gemacht. Es können deshalb alle Labyrinthspalte S₁, J₂ gleich breit und so klein bemessen werden, wie es für eine gute Dichtungswirkung erforderlich ist. Auch erreicht man eine vergleichsweise große Zahl wirksamer, auswechselbarer Dichtungsspitzen jeLängeneinheit, weil innerhalb des herstellungsmäßig möglichen Mindestabstandes von benachbarten Be-

»5 festigungsnuten in der Welle bzw. im Gehäuse je zwei Dichtungsspitzen vorhanden sind. Dazu kommt weiterhin, daß -durch die verhältnismäßig geringe Stärke der Winkelringe die Dichtungsdurchmesser nur unwesentlich vergrößert werden und damit ein vergleichsweise geringer Axialschub auf die Welle verursacht wird. Schließlich findet durch das zwangläufige Umlenken der Leckströmung nach jedem Labyrinthspalt eine an sich bekannte Wirbelbildung und damit eine zusätzliche Drosselung des zurückhaltenden Dampfes od. dgl. statt.

Außer den betriebsmäßig vorteilhaften Eigenschaften trägt eine gemäß der Erfindung ausgeführte Labyrinthdichtung, für welche die vorstehend erläuterten und in der Zeichnung dargestellten Beispiele nur einige der bestehenden Möglichkeiten sind, auch der Forderung nach einer einfachen Herstellung und leichten Auswechselbarkeit aller zugehörigen Teile Rechnung.

Die Winkelringe 7, 8, 9, 10 werden vorzugsweise

zweiteilig hergestellt und beim Einbau zu geschlossenen Ringkörpern zusammengesetzt.

Claims

Patentansprüche:

I. Labyrinthdichtung für Turbomaschinen mit abwechselnd feststehenden und umlaufenden Dichtungsspitzen, wobei die zugehörigen Dichtungsspalte entsprechend abwechselnd auf verschiedenen Durchmessern liegen und auch bei durch Wärmedehnungen od. dgl. möglichen axialen Relativbewegungen zwischen den bei; derseitigen Bauteilen sämtlich aufrechterhalten bleiben, dadurch gekennzeichnet, daß jede der feststehenden Dichtungsspitzen (3) bis auf einen kleinen Spaltabstand (J₁) an den freien, in axialer Richtung verlaufenden Schenkel eines mit der Welle (2) auswechselbar verbundenen und dieselbe ihrerseits in an sich bekannter Weise mit einem gewissen Abstand (x) umgebenden Winkelringes (7 bis 10) heranreicht, wobei der andere Schenkel jedes Winkelringes der Welle zugekehrt ist und in an sich bekannter Weise zusammen mit einer benachbarten, bis auf einen vorzugsweise gleich kleinen Spaltabstand (s₂) an das Gehäuse (1) oder einen anderen feststehenden Bauteil heranreichenden umlaufenden Dichtungsspitze (4) in einer gemeinsamen Wellennut befestigt ist.
2. Labyrinthdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Welle (2) befestigte Schenkel der Winkelringe (8, 9) zur Sicherung gegen die im Betrieb auftretenden Zentrifugalkräfte so ausgebildet ist, z. B. mit einem keil- oder L-förmigen Querschnitt, daß er aus der entsprechend unterschnittenen Wellennut nur durch eine zusätzliche Axialbewegung entfernt werden kann.
3. Labyrinthdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelringe (10) einen der Welle (2) abgekehrten Ansatz haben, der an Stelle der von den Winkelringen getrennten umlaufenden Dichtungsspitzen (2) mit seinem gegebenenfalls zugeschärften freien Ende bis auf Spaltabstand (^₂) an einen feststehenden Bauteil (1) heranreicht.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 528824;

französische Patentschrift Nr. 365 995;

F. Dietzel, »Dampfturbinen«, 1950, S. 211, Bild 211, 2;

Stodola, »Dampf- und Gasturbinen«, 1924, S. 425, Abb. 450 e;

Loschge-Schnakig: »Konstruktionen aus dem Dampfturbinenbau«, 1938, S. 7 und 12,
Abb. 46c, 67 und 71.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 509 656/263 1.56 (709 904/7 S. 58)