SE449250B - Ringformig tetning med stor diameter samt anvendning av denna tetning - Google Patents

Description

449 250 2 tätning för en vattenturbin, vilken tätning består av en dubbelvulstring, vars båda vulster hydrauliskt tryckas mot en löpyta. Härigenom möjliggöres en viss toleranskompen- sering, men friktionskrafterna förblir mycket stora och den snabba vulstnötningen medför en kort livslängd och en dålig tätningsverkan. r I DE-PS 1 151 155 beskrives en ringtätning, som upp- visar en läpptätning, vars läpp tryckes mot en löpyta medelst det avtätade mediets tryck. Även denna tätning nöts alltför snabbt och har en otillräcklig livslängd.

Man har även föreslagit användning av en känd axel- med en tätningskropp som är försedd med spår, också för tätning av roterande delar med stora diametrar. tätning, Det har emellertid visat sig att spåren i tätningen smör- jes otillräckligt eftersom de deformeras i tätníngskroppen, beroende på tryckkrafter, och snabbt nöts ut, varför denna tätning varken har tillräcklig livslängd eller tätningsver- kan.

Uppfinningens ändamål är att åstadkomma en tätning för roterande delar med stor diameter, medelst vilken de ovannämnda nackdelarna med kända tätningar undanröjes och ernås liten nötning och friktion, längre livslängd, bättre smörfnfhg och förbättrad tätningsverkan under längre tid vid stora toleranser. - " Enligt uppfinningen åstadkommas detta genom att upp- finningen erhållit de i patentkraven angivna kännetecknen.

Som friktionsnedsättande fluid kan lämpligen använd- das det avtätade mediet självt, varvid dess tillförsel sker via spår i löpytan. Spåren kan ha en dominerande riktnings- komponent i det avtätade mediets spärriktning. är vinkelrät mot axeln, Om löpytan kan spåren exempelvis vara anord- nade radiellt i löpytan. Om löpytan är cylindermantelformig kan spåren ligga axiellt i löpytan.

Det kan även vara lämpligt att anordna ett antal keramiska kroppar på sätesdelens löpyta, vilkas mot varandra anliggande kanter bildar spåren.

I stället för tillförscln via spår kan tillförsel 1149 250 3 av en friktionsnedsättande vätska ske via på löpytan mynnan- de urborrningar i sätesdelen. Härigenom hålles dessutom främmande beståndsdelar-i mediet, såsom sand i tryckvatten, skilda från tätningarna, vilket ytterligare förbättrar livs- längden.

Tätníngskropparna är lämpligen utförda som läpptät- ningar, vars tätningsläppar trycks mot löpytan medelst egen- elasticitet eller ett fjäderinlägg, eller som slangtät- ningar.

Utföringsformer av uppfinningen kommer nu att be- skrivas under hänvisning till ritningarna, på vilka fig. 1 visar anordnandet av tätningen enligt upp- finningen i en vattenkraftanläggning, fig. 2a och 2b visar en första utföringsform av en tätning i obelastat tillstånd resp i arbetläge, fig. 3a och 3b visar ett utförande av en tätning med kcramisk löpyta i obelastat tillstånd resp i arbetsläge, fig. H visar i snitt ett spår i en tätning enligt fig. 2a och 2b, fig. 5 visar i snitt de keramiska kropparna och spåren i en tätning enligt fig. 3a och 3b, fig. 6 visar en löpyta med radiella spår, çfig. 7 visar en löpyta med snedställda spår, fig. 8 visar en tätning med vätsketillförsel vie: urborrningar, fig. 9 visar en tätning med keramiska kroppar och vätsketillförsel via urborrningar, fig. 10 visar en tätning med två tätningskroppar, fig. 11 visar en tätning med två tätningskroppar och keramisk kropp, fig. 12 visar en tätning med en slangtätnings- RPOPP, fig. 13 visar en tätning med en slangtätníngskropp och keramisk kropp, och fig. IH visar en del av ytterkransen på en rörturbin med olika utföranden av tätningen enligL uppfinningen.

Pig. 1 visar i snitt en vattenkrafLan1äggning med :J -skovlar 6 och en central anströmníngskopp H, 449 250 U en med ytterkrans försedd rörturbin 1, som i huvudsak består av ett löphjul 2 med fasta eller ställbara skovlar 3, led- som i strömníngs- riktningen är anordnad före löphjulets 2 nav. Kroppen N är fastsatt i rörhuset 7 via radiella, i vattnets strömnings- riktning sig sträckande skiljeväggar 5. Löphjulet 2 omges av en med skovlarna förbunden krans 8 på vilken rotorn 9 i en elektrisk generator 10 är fastsatt. Rotorn 9 omges av generatorns 10 stater 11. Mellan kransen och rörhuset 7 finns på båda sidor tätningar 12, som är ringformiga och har diametrar, som uppgår till flera meter. Tätningarna 12 skiljer det yttre området vari generatorn 10 är belägen från vattnet inuti rörturbinen 1, vilket har ett tryck av några bar. Liknande ringformiga tätningar 13 finns mellan löp- hjulets 2 nav och kroppen H, vilka skiljer kroppens U inre och axelns ln lager från tryckvattnet i rörturbinen 1. Även Lätningarnas 13 diametrar överstiger i regel en meter.

Rörturbinens 1 axel A är i det visade utförandet anordnad horisontell och uppnår under drift en hastighet av - 100 m/s. De vid rotationen av löphjulet 2 uppkommande deformationerna ligger vantligtvis i området över 1 mm. _Pör att säkerställa en säker tätning vid dessa tole- ranser obh hastigheter under längre tid utan större läckage har de ringformiga tätningarna 12 och 13 utförts på de sätt som visas i snitt i fig. 2a och 2b. Pig. 2a visar denna tät- ning när löphjulskransen 8 är belägen på avstånd från rör- husänden 7. Pig. 2b visar samma delar i arbetsläge. En tätningskropp 16 är införd i rörhusets 7 ändyta, vilken kropp är utförd som en ringformig läpptätning. Tätnings- läppen 17 på den sålunda fixerade läpptätningen är riktad mot turbindens inre, dvs mot det medium, som skall avtätas.

Den roterande ytterkransen 8 har vid sin sídoyta en cirkel- ringformig löpyta 8'. I höjd med tätningsläppen 17 finns i denna löpyta 8' ett flertal radiellt förlöpande spår 18, som åtminstone sträcker sig över tätningsläppens 17 hela beröringsyta med löpytan 8'. Via dessa spår 18 tillföres vatten i riktning från sätesdelen, vilket avsevärt minskar i" (fl friktionen mellan tätningsläppen 17 och löpytan 8' och åstad- kommer en betydande förlängning speciellt av tätningskrop- pens livslängd, varvid de minskade friktionskrafterna upp- rätthàlles i huvudsak under hela livslängden, varigenom löpegenskaperna klart förbättras. Mellan den med spår för- sedda sätesytan och tätningsläppen, som genom sin egenelas- ticitet eller med hjälp av ett fjäderinlägg och med hjälp av vattentrycket trycks mot denna sätesyta,bildas en tunn smörjfilm, som markant minskar såväl friktionskrafterna som läckaget. Detta beror på det hittills icke kända eller icke beaktade faktumet att tillförsel av smörjmedel från sätesdelen åstadkommer en bättre fördelning av vätskan över tätningsläppens yta än vad tillförsel via spår eller urborr- ningar i tätningskroppcn gör.

I utföringsformen enligt fig. 2a och 2b användes en stillastående tätningskropp 16 och en roterande löpyta 8', medan i fig. 3a och 3b tätningskroppen 16 är införd i den roterande kransen 8. I det senare fallet bildar husänden 7 ett motstycke eller en sätesdel. I denna sätesdel 7 är ett flertal keramiska kroppar 19 införda så att deras yttre ytor bildar löpytan och deras mot varandra anliggandc ytor bildar spàrenx Den särskilda infräsningen av spår behövs således icke i detta utförande. Genom de keramiska kropparna kan tätningarnas livslängd ytterligare förbättras.

Det torde inses aLt såväl vid utförandet med fast anordnad tätningskropp 16 och roterande löpyta som vid_ utförandet med roterande tätningskropp och fast anordnad, med spår försedd löpyta resultatet blev betydligt bättre än vad som var fallet vid kända utföranden av tätningar med stora diametrar.

I fig. H visas i snitt formen av ett spår 18 i tät- ningen enligt fig. 2a och 2b. Detta spårs djup kan exempel- vis ligga i tiondelsmillimeteromràdet och spårets bredd kan vara några millimeter. De optimala värdena för spårets dimensioner är i övrigt beroende av tätningens periferi- hastighet och radie.

I fig. 5 visas ett liknande snitt genom en tätning ' 449 250 6 enligt fig. 3a och Bb. I detta utförande bildar husänden 7 sätesdel, på vilken flera keramiska kroppar 19 är anord- nade, exempelvís fastkittade. Kropparnas 19 mot varandra anliggande kanter bildar i detta utförande de önskade spåren 18 för tillförsel av den friktionsnedsättande vätskan.

I fig. 6 visas i planvy en cirkelringformigt, runt axeln A utbildad löpyta 8', på vilken på lika stora av- stånd från varandra (några decimeter) belägna, radiella spår 18 är anordnade.

Anordnandet av löpytorna vinkelrätt mot axeln A har visat sig vara speciellt fördelaktigt, men även löp- ytor på en cylindermantel eller på en kon runt axeln A har gett goda resultat i de fall de på löpytan anordnade spåren har en större riktningskomponcnt i spärriktningen för det medium som skall avtätas, exempelvis axiell rikt- ning.

I fig. 7 visas en liknande löpyta 8' där spåren 18 emellertid icke förlöper radiellt utan är snedställda. Ett sådant utförande har befunnits vara fördelaktigt under Ém vissa förhållanden.

I fig. 8 visas ett utförande av en tätning med en tätningskropp 16 i kransen 8. Tätningskroppen 16 är utförd som eh.läpptätning med en motdet avtätade mediet riktad tätningsläpp 17. Till skillnad fràlde ovan beskrivna ut::' föranden sker här tillförseln av den friktionsnedsättande vätskan till löpytan 7' icke via spår utan via en urborr- ning 20 i sätesdelen 7, vilken urborrning mynnar på löp- ytan 7' vid ett ställe mot vilket tätningsläppen 17 anligger.

Via denna urborrning tillföres löpytan 7' renat frískvatten, varigenom undvikes att med främmande partiklar, exempelvis sand, förorenat vatten intränger till tätningsytan. En för tidig nötning av de avtätade delarna beroende på sandpartik- lar undvikes därigenom.

I fig. 9 visas ett liknande utförande vari kera- miska kroppar 19 är införda i sätesdelen 7. Kropparna är försedda med urborrningar 20 som mynnar på löpytan.

Avståndet mellan urborrningarna väljas vid de båda 7 senast beskrivna utförandena så att en optimal smörj- och spärrverkan erhålles.

I fig. 10 visas ett utförande av ett tätnings- system med tvâ tätningskroppar 21 och 22 i kransen 8.

Löpytan 7' på huset 7 är vid den i spärriktníngen bakre tätningskroppen 21 försedd med spår 23 av det ovan beskrivna slaget. På löpytan 7', mellan de båda tätningskropparna 21 och 22, mynnar en urborrning ZH, genom vilken vatten fritt från främmande partiklar tillföres under övertryck. Härigenom hålles av sand förorenat vatten skilt från den första tät- ningsläppen och samtidigt bildas, genom övertrycket, en smörjfilm så att nötningen även av denna första tätnings- kropp 22 blir liten. Samtidigt hålles alla främmande par- tiklar skilda frän den bakre tätningskroppen 21. Förutom som spärr för främmande partiklar verkar den främre tätningskrop- pen 22 som stilleståndstätning, vars tätningsläpp trycker mot löpytan vid stillastående löphjul och därmed åstadkommer en i huvudsak läckningsfri tätning.

I fig. 11 visas ett liknande utförande med två tät- ningskroppar 21 och 22, varvid dessutom keramiska kroppar 25 med spår 26 anordnats i sätesdelen 7, vilka sträcker sig över de båda tätningsläpparna. Kropparna är försedda med urborrningar 2% för tillförsel av partikelfritt vatten.

Vid tätningen enligt fig. 12 användes i stället_Éör en läpptätning en slangtätning 27, vars inre utrymme 28 har satts under pneumatiskt eller hydrauliskt övertryck. Läpp- ytan är försedd med spår 18. Funktionen liknar den som er- hålles vid utföringsformerna med läpptätning, men i stället för tätning medelst övertryck hos det avtätade mediet använ- des en extern källa, som tillför slangtätningens utrymme 28 ett övertryck.

I fig. 13 visas ett utförande av liknande slag där keramiska kroppar 29 är införda i löpytan och slangtät- ningen 27 är försedd med urborrningar 30, vilka tillföres partikelfritt vatten.

I fig. en rörturbins 1U visas i detalj en tätningsanordning vid ytterkrans. Den på löphjulsskovlarna 3 anbragta 449 250 8 kransen 8 består av en ringformig kransdel 31 på vilken en “ med en avsats försedd ringdel 32 är fastsatt, exempelvis fastskruvad eller fastsvetsad. Denna ringdel 32 har vid sin yttre omkrets två radiellt utskjutande, ringformiga utsprång 33 och 3%. Rörhuset 7 består av en inre rördel 35, vars ände är försedd med ett förband, som har samma form som de mot- stående rörytorna på kransdelarna 31 och 32. anordnad radiellt på utsidan av husdelen 35.

En ring 36 är Ringen är axiellt inställbar medelst en inställningsskruv 37, så att avståndet mellan dess ytteryta och den motstående delen 32, dvs tätningsspalten, kan varieras. Husdelcn 35 omges av och befinner sig på ett bestämt avstånd från en med denna för- bunden, fast anordnad mantel 38, vars fria ände är försedd med två radiellt inåt skjutande, ringformiga utsprång 39 och H0, som är så anordnade att utsprângen på de stillastående och roterande delarna omväxlande ligger axiellt efter var- andra och en labyrintliknande tätningsspalt S uppkommer, I denna tätningsspalt är tre tätningskroppar anord- nade efter varandra i spärriktningen. Den första tätnings- kroppen H1 är utförd som en konventionell slangtätning med ett inre utrymme som står under övertryck och verkar, som ovan beskrivits, som en stilleståndstätning och en spärr mot främmande partiklar. Den i spärriktningen följande tät- ningen 42 är utförd som läpptätning enligt utförandet ilfig.

B, varvid en urborrning H3 för tillförsel av partikelfritt vatten mynnar på löpytan. Denna urborrning matas från en ringledning Uh i den rörliga delen 36, vilken ledning tillfö- res renat vatten via en ledning H5. På det beskrivna sättet kommer, såsom i utförandet enligt fig. 10, inträngning av partikelbemängt vatten från turbinens inre till tätnings- spalten S att förhindras. Den sista kroppen i spärrikt- ningen är en läpptätningfuñ i det ringformiga utsprånget 39, vilken samverkar med spår H7 i det ringformiga utsprånget 3H på ovan beskrivet sätt. Det beskrivna anordnandet av “ tre tätningar efter varandra, varvid åtminstone de båda yttre är utförda enligt uppfinningen, ger en optimal tätning med '-0 minimala friktionsförluster, lång livslängd hos tätnings- 9 elementen samt liten förslitning, varvid även större tole- ransersmellan relativt varandra rörliga delar kan kompen- seras. Läckaget är även mycket litet. Genom anordnandet bredvid varandra i axiell riktning av de ringformiga ut- sprången 3U, 39, 33 och H0 på de stillastående och roter- ande delarna bildas dessutom fickor H8 och H9, i vilka det genom tätningarna strömmande läckvattnet avcentrifugeras och uppfàngas vid kransens rotation, varigenom praktiskt taget fullständigt förhindras att vattnet införs i det yttre området, i vilket den elektriska generatorn är anordnad.

De beskrivna tätningarna är speciellt lämpade för användning i hydroelektriska turbomaskiner med stora dia- metrar, såsom vattenturbiner (vid löphjulskransen eller navet), matarpumpar, pumpturbiner eller liknande. Tätningar enligt uppfinningen kan emellertid användas för andra maskiner med roterande delar med stora diametrar.

Claims (3)

1. 0 20 25 30 449 250 10 PATENTKRAV 1. Ringformig tätning mellan två runt en gemensam axel relativt varandra rörliga delar med stor diameter, varvid den ena, som en fast sätesdel utbildad del är för- sedd med en löpyta, mot vilken åtminstone en i den andra delen införd tätningskropp av eftergivligt material trycker, k ä n n e t e c k n a d av att sätesdelen (7, 8) är utförd så att dess löpyta (7', 8') från sätesdelen tillföres en friktionsnedsättande vätska.

2. Tätning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d av att det medium som befinner sig på tätningens ena sida även utgör den friktionsnedsättande vätskan.

3. Tätning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d av att sätesdclcn (7, 8) i området av sin löpyta (7', 8') är försedd med spår (18), som utsträcker sig med en riktningskomponent som är störst i spärriktningen för det medium som befinner sig på tätningens ena sida. H. Tätning enligt patentkravet 3, k ä n n e L e c k - n a d av att löpytan (7', 8') utgöres av en vinkelrätt mot axeln belägen, ringformig yta (8') och att spåren (18) utsträoker sig med en riktningskomponent som är störst i radielï riktning. 5. Tätning enligt patentkravet 3, k ä n n c t e czk - n a d av att löpytan är belägen på en cylindermantelyta och att spåren utsträcker sig med en ríktningskomponent som är störst i axiell riktning. 6. Tätning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k - n a d av att sätesdelen (7) är försedd med keramiska kroppar (19), vars yttre ytor bildar löpytorna och vars mot varandra anliggande kanter bildar spåren (18). 7. y Tätning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d av att den friktionsnedsättande vätskan utgöres av ett från främmande partiklar fritt medium, såsom vatten. 8. Tätning enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k - n a d av att den friktionsnedsättande vätskan är anordnad att under övertryck tillföras löpytan (7') via i denna mynnandc urborrningar (20) i sätesdelen (7). 1'l 10 Is 20 30 35 449 250 11 9. Tätning enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k - n a d av att urborrningarna (20) mynnar på den yttre ytan av i sätesdelen (7) införda eller på sätesdelcn (7) fast- satta, keramiska kroppar (19). 10. n a d Tätning enligt patentkravet 1, k ä n n e L e c k - av att tätningskroppen (16) är utförd som läpptät- ning, vars tätningsläpp (17) medelst egenelasticitet, ett fjäderinlägg och/eller det på ena sidan om tätningen be- fintliga mediet trycker mot löpytan (7', 8') och vars fria ände är riktad mot detta medium. 11. n a d Tätning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - av att tätningskroppen (27) är utförd som slangtät- ning, vars inre utrymme (28) står under övertryck. 12. n a d Tätníng enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - av att i spärriktningen för det på den ena sidan om tätningen befintliga mediet är före tätningskroppen (21, H2) anordnad ytterligare en tätningskropp (22, H1), som ut- gör stillestândstätning och partikelspärr. 13. n a d Tätning enligt patentkravet 17, k ä n n e L e c k - av att i mellanrummet mellan de båda tätningskroppar- na (21, 22; U1, H2) trycket är åtminstone lika stort som mediets,tryck. 1H. n a d ïätning enligt patentkravet 13, k ä n n e t e §_k - av att mellan de båda tätningskropparna (21, 22; 31, H2) eller vid den i spärriktníngen bakre tätningskroppen (H2) mynnar ett tillopp (H3) för en under övertryck stående, friktionsnedsättande vätska. 15. Tätning enligt patentkravet 1H, k ä n n e t e c k - n a d av att tilloppet (H3) mynnar på sätesdelens (36) löp- yta. 16. Tätning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d av att, i spärriktningen för det på tätningens ena sida befintliga mediet efter en tätningskropp (H6) den rote- rande delen (8) är försedd med ett ringformigt utsprâng (33, 3%) för avcentrifugering av läckvätska, vilket utsprâng är infört í ett i förhållande till axeln öppet uppfångningsutrym- me (48, H9) i den stillastående delen (7). 449 250 12 17. Tätníng enligt patentkravet 16, k ä n n e t e c k - n a d av att i spärríktningen uppfângningsutrymmet (H8) är anordnat mellan två tätníngskroppar (H?, H6). 18. Användning av tätningcn enligt något av patent- kraven 1 - 17 för avtätning av det under tryck stående vatt- net í en hydroelektrisk turbomaskin, såsom en vattenturbin, pump eller pumpturbin. 19. Användning enligt patentkravct 18, k ä n n e t e c k - n a d av att vattnet avtätas vid periferin på löphjulet till en ytterkransrörturbín. 20. Användning enligt patentkravet 18, k ä n n e t e c k - n a d av att vattnet avtätas vid navet på en vattenturbin, matarpump eller pumpturbin.