NO115033B - - Google Patents

Description

Tetning8anordning for løpehjulet ved turbiner og pumper.

Foreliggende oppfinnelse angår en tet-ningsanordning med minst to ringspalter. for løpehjulet ved turbiner og pumper.

Ved francisturbiner og pumper brukes

det til tetning av løpehjulene i alminnelig-het tetningsanordninger med to eller flere ringspalter. Det kan inntreffe at slike løpe-hj ul under driften er tilbøyelige til å vi-brere, og dette kan føre til at løpehjulet ripes opp i de trange labyrintspalter med den følge at spalteringene slites opp. En følge av vibrasjonen er dessuten at det opptrer en høyere temperatur i lagrene for løpehj ulets aksel og øket slitasje i lagrene samt ekstra akselpåkjenning: Oppfinnelsen har til hensikt å motvirke disse vibrasjoner og bevirke en rolig gang av turbinen eller pumpen. For å oppnå dette blir etter oppfinnelsen en tet-ningsanordning med minst to ringspalter for løpehjulet ved turbiner og pumper ut-formet slik, at det ved utbøyning eller forskyvning av løpehjulet fra dets aksiale midtstilling ved endring av spaltebredden oppstår trykkendringer på forskjellige ste-der, hvilke trykkendringer motvirker ut-bøyningen av løpehjulet.

Tegningen viser eksempler på utførel-ser av oppfinnelsen i forbindelse med løpe-hjulet for en francisturbin. Fig. 1 er et aksialt lengdesnitt gjennom -løpehjulet og huset til en francisturbin. Fig. 2 viser en endring av tetningsspaltene.

Den i fig. 1 viste turbin omfatter et av

to deler 1 og 1' bestående hus som om-slutter et løpehj ul 2 som sitter fast på en aksel 3, hvis nedre støttelager er betegnet med 4. Etter å ha strømmet gjennom lede-

skovlene 5 trer vannet radielt utenfra inn i løpehjulet og forlater dette nedover i maskinaksens retning gjennom et, bare delvis vist, sugerør 6.

Løpehj ulets nav er utstyrt med to ringformede flenser 7 og 8 som sammen med en mellomliggende ringflens 9 på hu-sets del 1' begrenser to tetningsspalter 10 og 11. Fra løpehj ulets innløpsside strømmer lekasjevannet gjennom en forholdsvis bred spalte 12 inn i spalten 11 og derfra inn i et ringrom 13, hvorfra det gjennom spalten 10 og et rom 14 strømmer ut i retning av sugerøret gjennom en åpning 15 i løpehju-let. Det innvendige rom 14 er tettet utad ved hjelp av en pakningsboks 16 på.løpe-hjulets aksel.

Løpehj ulets omkrets er videre forsynt med en ringformet flens 17 som sammen med en ringformet flens 18 på huset begrenser en tetningsspalte 19. Dessuten .er det en ringspalte 20 mellom løpehj ulkran-sens indre del og huset. På denne side av løpehj ulkransen strømmer lekasjevannet først gjennom en forholdsvis bred spalte 21 og går derfra gjennom en spalte 19 inn i et ringrom 22 som omgir løpehjulet og hvorfra vannet gjennom spalten 20'strøm-mer ut i retning mot sugerøret.

Ringspalten 19 danner således innløpet til det av lekasjevannet gjennomstrøm-mede og løpehjulet omgivende ringrom 22 og ringspalten 20 danner utløpet fra dette rom. Spaltene 19 og 20 er trangere enn spalten 21, som ligger mellom løpehj ulets omkrets og huset.

Ved den sentrerte stilling av løpehjulet i forhold til maskinens akse har spaltene 19 og 20 samme bredde langs hele omkretsen. Blir derimot løpehjulet av en eller annen grunn bøyet litt ut fra sin sentrerte stilling, så blir disse spalter smalere på den ene og bredere på den annen side. Hvis løpehjulet 2 forskyver seg litt til venstre fra sin midtstilling, så åpner spalten 19 seg på den venstre side, mens spalten 20 lukker seg. Dette har til følge at det lekasjevann som strømmer til på denne side av løpe-hjulet får et mindre trykkfall i spalten 19 enn ved sentrisk stilling av løpehjulet, mens trykkfallet i spalten 20 øker på denne side. Dette bevirker at det i ringrommet 22, i enhver stilling av løpehjulet avvi-kende fra midtstillingen, opptrer en trykkstigning. Løpehj ulets begrensningsflate mot ringrommet er nå slik anordnet at det ved trykkstigning i ringrommet 22 opptrer en ekstra kraft, som trykker løpehjulet inn mot aksen og således motvirker utbøynin-gen eller forskyvningen av løpehjulet fra dets aksiale midtstilling.

Ved forskyvning av løpehjulet til venstre vil innløpsspalten 19 på den venstre side forminskes, mens utløpsspalten 20 for-økes. Herav følger at på den høyre side av løpehjulet inntrer det et trykkfall i ringrommet 22, slik at i forhold til det i løpe-hj ulets normalstilling herskende trykk oppstår det trykk-krefter som søker å tvin-ge løpehjulet over mot den høyre side, dvs. som motvirker forskyvningen av løpe-hjulet.

Det samme vil inntre ved utbøyning av løpehjulet i en hvilken som helst annen retning. De opptredende trykkendringer virker stadig til å trenge løpehjulet tilbake til dets aksiale midtstilling. Forutsetningen for den nevnte virkning er selvsagt at ringrommet 22 ikke er så bredt at det inntrer en trykkutj evning langs omkretsen. Det skal imidlertid be-merkes at forholdsvis små krefter allerede er tilstrekkelig til å stabilisere løpehjulet i den sentrale stilling, så at selv ved delvis trykkutj evning ved rundstrømning i rommet 22 den forønskede virkning alltid vil sikres.

De trykk-krefter som i rommet 22 virker på løpehj ulkransen kan løses opp i radiale og aksiale komponenter. Da radiale kraftkomponenter virker alltid til å stabilisere løpehjulet. Ved en utbøyning eller forskyvning av hjulet til venstre, hvorved det til venstre i ringrommet 22 opptrer en trykkstigning og til høyre et trykkfall, vil det imidlertid forekomme aksiale kraftkomponenter, som på den venstre side virker oppover og på den høyre side nedover. Disse krefter gir tilsammen et moment som virker med urviseren og skulle således bevirke en økning av akselens, utbøyning. Ekstrakreftenes aksiale komponenter virker derfor i motsatt retning og søker å for-minske den gunstige virkning av de radiale kraftkomponenter.

Dette forhold er det imidlertid tatt hensyn til ved anordningen av tetningen på hjulets navside. Her er også spaltene 10 og 11 temmelig trange i forhold til spalten 12. Ved en forskyvning av løpehjulet til venstre blir innløpsspalten 11 større, men utløpsspalten 10 innsnevres. Derved oppstår det trykkstigning i ringspalten 13 på den venstre side av løpehjulet. På løpehj ulets høyre side inntrer igjen det motsatte, dvs. spalten 11 lukker seg mens spalten 10 åpner seg. Tilstrømningen av lekasjevannet til rommet 13 blir altså kraftigere strupet på høyresiden mens avløpet blir friere. Dette har til følge et trykkfall i den høyre del av ringrommet 13.

Løpehj ulets begrensningsflate mot ringrommet 13 er en plan ringflate som står loddrett på maskinakselen. Som følge av trykkendringene opptrer det på venstre-siden nedadvirkende og på høyresiden opp-advirkende ekstrakrefter. Ved tilsvarende valg av bredde av og gjensidig avstand mellom tetningsspaltene kan mån oppnå at de på hjulets navside virkende ekstrakrefter i det vesentlige opphever de aksiale komponenter av de ekstrakrefter som virker på hjulets kransside.

Ved den viste og beskrevne tetnings-anordning er altså. ringspaltene 19 og 20 anordnet slik at ved forskyvning av løpe-hjulet så vil ved ethvert sted av dette som fjerner seg fra maskinakselen, den ringspalte 19 som danner innløpet til ringrommet 22 åpne seg, og den ringspalte 20 som danner utløpet fra ringrommet 22 luk-ke seg, og løpehj ulets begrensningsflate mot ringrommet 22 er slik anordnet at en trykkstigning vil oppstå på dette sted i ringrommet og motvirke ut-bøyningen eller forskyvningen av løpehju-let. Og dessuten er det på den andre siden av løpehjulet også anordnet de to ringspalter 10 og 11 på sådan måte at de i retning av løpehj ulets akse oppstående komponenter av ekstrakreftene, som på grunn av løpehj ulets forskyvning og de derved oppstående trykkendringer, og som fra ringrommene 13 og 22 virker på løpe-hjulet, gjensidig opphever hverandre, men hvor de radiale komponenter av de fra ringrommet 22 utøvede ekstrakrefter motvirker forskyvning eller utbøyning av løpe-hjulet.

Ved den viste og beskrevne tetnings-anordning oppnår man således at ved enhver forskyvning av løpehjulet fra den aksiale midtstilling vil det oppstå hydrauli-ske krefter som motvirker en sådan forskyvning. Vibrasjoner blir således under-trykket straks de søker å oppstå, hvilket sikrer en rolig gang av maskinen.

Ved det i fig. 1 viste eksempel blir lysbredden av såvel spalten 19 som spalten 20 som danner innløp til resp. utløp fra ringrommet 22 forandret, når løpehjulet forskyves bort fra sin aksiale midtstilling. I samsvar med oppfinnelsen kan imidlertid anordningen av tetningsspaltene være slik at bare lysbredden av den ene av de to spalter forandrer seg når løpehjulet forskyves.

Ved den i fig. 2 i aksialt lengdesnitt viste utførelse av tetningsanordningen på løpehj ulets kransside har løpehjulet en krans 23 som sammen med en del 24 av huset begrenser såvel et ringrom 25 som en innløpsspalte 26 og en utløpsspalte 27.

Spaltens 26 begrensningsflater er plane ringflater som står loddrett på maskinens akse. Ved forskyvning av løpehjulet fra dets aksiale midtstilling forandres således ikke bredden av denne spalte, og dens strupemotstand mot det gjennomstrøm-mende lekasjevann forblir derfor uforan-dret. Ved forskyvning utover av løpehju-let forsnevres imidlertid utløpsspalten 27 — som begrenses av sylinderflater — på samme måte som spalten 20 i fig. 1. I ringrommet 25 vil det derfor på dette sted likeledes bli en oppstuing av lekasjevann med tilsvarende trykkstigning som motvirker forskyvningen av løpehjulet.

Med hovedsakelig samme virkning kunne imidlertid innløpsspalten 19 i fig. 1 bibeholdes og utløpsspalten 20 erstattes av en annen som ikke blir påvirket av løpe-hjulets forskyvning. Trykket i ringrommet 22 ville da styres bare ved forandring av bredden på innløpsspalten 19.

Tetningsanordningen etter oppfinnelsen kan som vist ikke bare brukes ved turbiner, men den kan også anvendes ved pumper, og den er særlig fordelaktig ved flertrinnspumper som har forholdsvis tyn-ne aksler som er tilbøyelige til å svinge.

Claims (3)

1. Tetningssystem med minst to ringformige strupesteder ved et turbin- eller pumpeløpehjul, hvor det ene strupested danner innløpsåpningen til og det annet utløpsåpningen fra et mellom løpehjulet og en faststående del frittliggende, av lekasjevann gjennomstrømmet ringrom, og hvor i det minste det ene av strupestedene ved forskyvning av løpehjulet påtvers av aksen fra dets midtstilling, har en på over-for hverandre liggende sider av løpehjulet motsatt foranderlig strupevirkning, karakterisert ved at på den side på hvilken en trykkøkning i ringrommet (25 resp. 22), påvirker løpehjulet i tilbakestillende retning, har innløpsstrupestedet (26 resp. 19) en med løpehj ulets forskyvning høyst konstant eller avtagende strupevirkning, og utløpsstrupestedet (27, 20) en med løpe-hj ulets forskyvning forsterkende eller ved avtagende innløpsstrupevirkning, en i det minste konstant strupevirkning.

2. Tetningssystem som angitt i på-stand 1, hvor det av lekasjevann gjennom-strømmede ringrom omgir løpehjulet, karakterisert ved at innløpsstrupestedet (19) på de punkter som ved forskyvning av løpehjulet fra dets midtstilling fjerner seg fra aksen, har en med forskyvningen høyst konstant eller avtagende strupevirkning, mens utløpsstrupestedet (20) på de punkter som ved forskyvning av løpehjulet fra dets midtstilling fjerner seg fra aksen, har en med forskyvningen • forsterkende eller ved avtagende innløpsstrupevirkning, en i det minste konstant strupevirkning.

3. Tetningssystem som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at der aksialt på begge sider av løpehjulet er anordnet av lekasjevann gjennomstrømmende ringrom (13, 22) med ringformige inn- og utløps-strupesteder (11, 10 resp. 19, 20) og hen-holdsvis inn- og utløpsstrupestedene på begge sider (11, 19 resp. 10, 20), har strupe-virkninger som forandrer seg i samme retning ved forskyvning av løpehjulet fra dets midtstilling.