WO2001025656A1 - Dichtsystem und verfahren zur abdichtung eines spaltes zwischen einem gehäuse und einer welle - Google Patents

Dichtsystem und verfahren zur abdichtung eines spaltes zwischen einem gehäuse und einer welle Download PDF

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WO2001025656A1
WO2001025656A1 PCT/DE2000/003534 DE0003534W WO0125656A1 WO 2001025656 A1 WO2001025656 A1 WO 2001025656A1 DE 0003534 W DE0003534 W DE 0003534W WO 0125656 A1 WO0125656 A1 WO 0125656A1
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WO
WIPO (PCT)
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sealing
gap
shaft
sealing ring
ring
Prior art date
Application number
PCT/DE2000/003534
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Brunnstein
Christoph Lehmann
Peter SCHÖNFELD
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/441—Free-space packings with floating ring

Definitions

  • the invention relates to a sealing system for sealing a gap between a housing and a shaft leading out of the housing, with a sealing ring surrounding the shaft and held in a seal holder.
  • the invention also relates to a method for sealing such a gap.
  • WO 97/21948 A2 shows an arrangement for sealing a passage gap between a wall and a shaft.
  • the arrangement has a sealing ring through which the shaft can be passed, and a holder which can be fixedly connected to the wall and has a cylindrical recess and a groove which opens into it with a first groove flank and a second groove flank, between which the sealing ring is loaded.
  • Solution of respective radial gaps and a chamber surrounding the seal and which can be filled with 01 is held.
  • the radial gap on the first flank of the groove is against flow locked out of the chamber by 01.
  • this results in the advantage of low contamination of the sealing oil with hydrogen.
  • a groove is provided in the sealing ring holder, open to the radial gap, and the pressure oil can be supplied to relieve the forces acting on the sealing ring.
  • the invention is based on the observation that in the known configurations for relieving the pressure of a sealing ring, as described above, this sealing ring can be tilted with respect to the shaft. Such a tilting can cause the sealing ring to rub against the shaft, which can ultimately even result in damage to the sealing ring.
  • the object directed to a sealing system is achieved by a sealing system for sealing a gap between a housing and a shaft leading out of the housing with a! the ring surrounding the shaft, which is held in a seal holder and has a ring axis and has a first radial gap on the house side between the seal ring holder and the seal ring and a second radial gap opposite the first radial gap between the seal ring holder and the seal ring, at least one of the two radial gaps is designed as a relief gap, to which Druckol can be fed at at least three pressure points in such a way that a tilting of the ring axis with respect to the shaft is counteracted.
  • Pressure oil is no longer fed to the relief gap at one point or in a connected area, such as an annular groove, but at three separate pressure points.
  • pressure oil is now supplied in such a way that this tilting is counteracted. If, for example, the relief gap narrows more strongly by tilting the sealing ring in the area of a first pressure point than in the area of the other pressure points, more pressure oil or pressure oil under a higher pressure will be supplied to the first pressure point. This counteracts the tilting.
  • the pressure points are preferably arranged aquidistantly along a circular line running concentrically in the relief gap around the shaft. This symmetrical arrangement results in a stable support in the sense of e.g. Three-point support at three pressure points, each offset by 120 °. At least four pressure points are preferably provided, which are further preferably arranged at 90 ° apart along the circular line.
  • the supply of pressure oil is preferably actively regulated as a function of a tilt of the ring axis with respect to the shaft. In principle, it can be sufficient to counteract a general tendency of the sealing ring to tilt by statically different supply of pressure oil to the pressure points.
  • each pressure point is further preferably assigned its own quantity regulator, by means of which the pressure oil quantity that can be supplied or also the pressure prevailing in the pressure point can be set. Preferably all are
  • Flow controller and the determination of the tilt of the ring axis are integrated in a common control loop so that automatic control of the ring axis parallel to the shaft in any operating state.
  • a gas can preferably be stored under pressure in the housing, the sealing oil being able to be supplied to the sealing ring in such a way that the
  • Gap is sealed against leakage of the gas.
  • the relief gap of the second radial gap that is to say the radial gap on the side of the sealing ring facing away from the housing, is further preferred.
  • the sealing ring is pressed against the sealing ring holder by the pressure of the gas.
  • the sealing ring designed as a floating ring i.e. the sealing ring floats on a film of sealing oil flowing in the gap without rotating with the shaft, so that the property of free floating can be impaired by pressing the sealing ring onto the sealing ring holder.
  • pressure oil is fed into the relief gap to relieve the sealing ring.
  • the parallel alignment of the sealing ring to the shaft can be ensured simultaneously with the sealing ring relief.
  • the sealing ring holder has a relief flank that limits the relief gap.
  • the pressure points are preferably arranged in the relief flank. This is particularly advantageous because Druckol can be supplied to the sealing ring holder in a simple manner.
  • the relief flank concentrically to the shaft has a circular groove which is interrupted several times so that separate groove pockets forming the pressure points are formed.
  • a circular groove in the sealing ring holder is easy to manufacture and is interrupted, for example, by inserting blocks adapted to the shape of the groove. Groove pockets, which represent the pressure points, are thus formed between the blocks.
  • this has the advantage that a later Sealing system with a relief oil groove can be formed in a simple manner so that instead of the one area filled by the groove, there are several pressure points for the pressure oil.
  • the sealing system is preferably used in a hydrogen-cooled generator.
  • a hydrogen-cooled generator has electrical rotor and stator windings which emit a very large amount of heat during operation and are cooled by a hydrogen gas flowing through the windings.
  • the rotor leads out of the generator housing. Leakage of hydrogen through the gap necessarily remaining between the shaft and the housing must be carefully prevented.
  • the described sealing system is used for this. In terms of costs due to hydrogen consumption, but also with regard to operational safety, very high demands are placed on such a sealing system. A deterioration in the sealing effect due to damage caused by rubbing on the sealing ring must be prevented. This requirement is effectively taken into account by preventing the sealing ring from tilting.
  • the object directed to a method is achieved by a method for sealing a gap between a housing and one leading out of the housing
  • the shaft surrounding a sealing ring held in a sealing ring holder and having a ring axis, which forms with the sealing ring holder a first radial gap on the house side and a second radial gap opposite the first radial gap, wherein at least one of the ooid radial gaps is designed as a relief gap , to which Druckol is fed at at least three pressure points in such a way that tilting of the ring axis with respect to the shaft is counteracted.
  • a tilting of the ring axis of the sealing ring with respect to the shaft is determined and by means of this measurement the supply of pressure oil to each pressure point is regulated so that the ring axis is aligned essentially parallel to the shaft.
  • the quantity of a sealing oil flow flowing in the gap is more preferably measured and the tilting is determined therefrom.
  • the amount of sealing oil flow flowing through the gap changes. This quantity can thus serve in a simple manner as a controlled variable for regulating the parallel position of the sealing ring.
  • FIG. 3 shows a cross section through the sealing ring holder from FIG. 2,
  • FIG. 6 shows a section of a turbogenerator with a sealing system.
  • FIG. 1 shows a sealing system 1 in a longitudinal section.
  • the sealing system 1 comprises a sealing ring 4 through which a shaft 3 is passed.
  • the sealing ring 4 is connected to the sealing holder 5, which is arranged on a housing 2.
  • a gap 1A is formed between the housing 2 and the shaft 3.
  • the sealing ring holder 5 has a cylindrical recess 6 through which the shaft 3 is passed.
  • the Sealing ring holder 5 has a groove 7 opening into the recess 6. This groove 7 is delimited along the shaft 3 by a first groove flank 8 and a second groove flank 9.
  • the sealing ring 4 is held between the groove flanks 8 and 9, leaving respective radial gaps 10 and 11, respectively.
  • a first radial gap 10 faces the housing 2.
  • the second radial gap 11 is opposite the first radial gap 10.
  • the radial gaps 10, 11 are not shown to scale, in particular enlarged.
  • a chamber 12 surrounding the sealing ring 4 remains free in the groove 7.
  • the chamber 12 can be supplied with Dichtol 13.
  • the sealing oil 13 penetrates as far as the gap 1A, which continues from the area between the housing 2 and the shaft 3 beyond the sealing ring holder 5.
  • the sealing system 1 shown here is particularly suitable for a hydrogen-cooled generator in which hydrogen is stored under pressure in the housing 2. Contamination of the sealing oil 13 with hydrogen must be kept as low as possible.
  • the 01 also penetrates from the chamber 12 into the radial gaps 10 and 11, whereby it could flow through the radial gap 10 at the first groove flank 8 in the direction of the housing 2 and could come into contact with hydrogen. To prevent this, the radial gap 10 is blocked against a flow of 01 from the chamber 12.
  • an annular seal 14 surrounding the shaft 3 is provided in the radial gap 10.
  • This ring seal 14 consists for example of Teflon or rubber-elastic material that is resistant to the 01.
  • the ring seal 14 lies in an annular groove 15 of the sealing holder 5, which communicates with the chamber 12 via a spur line 16.
  • the pressurized 01 m of the chamber 12 thus exerts a pressure on the ring seal 14, specifically in such a way that the ring seal 14 is pressed against the sealing ring 4 and reliably seals the radial gap 10.
  • the sealing ring 4 contains a line 19 through which the sealing oil 13 can be conducted from the chamber 12 to a sealing surface 20 of the sealing ring 4 facing the shaft 3.
  • two sealing oil currents (shown by arrows) flowing in opposite directions form between the sealing surface 20 and the shaft 3, which reliably prevent hydrogen or air from penetrating between the sealing ring 4 and the shaft 3.
  • an annular groove 21 is provided in the sealing surface 20, into which the line 19 opens.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of a sealing holder 5, as can be used in a sealing system 1 according to FIG. 1.
  • the top view of the groove surface 9 is shown, in which an annular groove 17 is milled.
  • Block elements 31 adapted to the shape of the annular groove 17 are in ⁇ er along a circular line 36 running on the annular groove 17
  • Ring groove 17 arranged aquidistant to each other.
  • the annular groove 17 is interrupted, so that four groove pockets are formed, which represent pressure points 33.
  • Each of these pressure points 33 can be fed through a respective bore 35 Druckol.
  • Each pressure point 33 can thus be acted upon with a different amount of pressure oil 18 or with pressure oil 18 of different pressure.
  • If the sealing rings 4 in a sealing ring holder 5 designed in this way results in a different width of the radial gap 11 in the region of the respective pressure points 33.
  • This tilting is counteracted by a correspondingly adapted supply of pressure oil 18.
  • Such a tilt is characterized by the formation of an angle between a ring axis 34 of the sealing ring 4 and the shaft 3. In other words: with a parallel orientation of the ring axis 34 to the shaft 3, the sealing ring 4 is not tilted.
  • FIG. 3 shows a cross section through the sealing ring holder 5 of FIG. 2.
  • the chamber 12 can be seen, to which the sealing oil 13 - as shown in FIG. 1 - can be supplied via a feed line 41.
  • FIG. 4 schematically shows the arrangement of the pressure points 33 along a circular line 36 with a fourfold symmetry.
  • FIG. 5 shows three pressure points 33, which are arranged equidistantly along the circular line 36, that is to say at a 120 ° distance. While the arrangement according to FIG. 5 only requires three pressure points 33, the arrangement with four pressure points 33 from FIG. 4 is particularly suitable with regard to an active regulation for the parallel position of the sealing ring 4. This active regulation is explained with reference to FIG.
  • FIG. 6 shows a section of a hydrogen-cooled turbogenerator 50 in a longitudinal section. Hydrogen 51 is stored under high pressure in the housing 2 of the turbogenerator 50.
  • the sealing system 1 essentially corresponds to the arrangement shown in FIGS. 1 and 2. Only two of the four pressure points 33 are shown in longitudinal section. Each of the pressure points 33 is connected to a respective flow regulator 65, 67, 69, 71. Each of these respective volume regulators 65, 67, 69, 71 is in turn connected both to a pressure oil supply 53 and to a control unit 73.
  • the control unit 73 is also equipped with a measuring unit 75 for measuring in the return line 55 from the gap 1A returning sealing oil 13 connected.
  • the gap cross section of the gap 1A changes.
  • the amount of sealing oil returning in the return line 55 thus changes. This is measured by the measuring unit 75 and passed on to the control unit 73.
  • the volume control 65, 67, 69, 71 are controlled by the control device 73 so that the sealing ring 4 is again aligned in parallel with its ring axis 34 to the shaft 3 via the different attack effects of the pressure points 33. This effectively prevents the sealing ring 4 from rubbing against the shaft 3 in every operating state of the turbogenerator 50.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dichtsystem (1) zur Abdichtung eines Spaltes (1A) zwischen einem Gehäuse (2) und einer Welle (3). Ein Dichtring (4) ist unter Bildung eines Radialspaltes (11) in einem Dichtringhalter (5) gehaltert. Im Radialspalt (11) sind Druckstellen (33) angeordnet. Den Druckstellen (33) ist Drucköl (13) so zuführbar, dass einem Verkippen des Dichtrings (4) gegenüber der Welle (3) entgegengewirkt wird.

Description

Beschreibung
Dichtsystem und Verfahren zur Abdichtung eines Spaltes zwischen einem Gehäuse und einer Welle
Die Erfindung betrifft ein Dichtsystem zur Abdichtung eines Spaltes zwischen einem Gehäuse und einer aus dem Gehäuse fuhrenden Welle, mit einem die Welle umgebenden, in einem Dicht- nnghalter gehalterten Dichtring. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Abdichtung eines solchen Spaltes.
Die DE 37 23 729 AI zeigt eine Wellendichtung, insbesondere für Wellen von gasgekuhlten Generatoren. Ein die Welle umgebender Dichtring, der sich nicht mit der Welle mitdreht, schwimmt auf einem Ölfilm. Der Dichtring ist zwischen einer Fuhrungsplatte und einem Entlastungsflansch gehaltert. Durch den Aufbau der Halterung wird der Dichtring von außen zuganglich, wodurch die Zentrierung und Nachjustierung des Dichtrings in bezug auf die Welle erleichtert wird. Die aufgrund des im Generatorinneren herrschenden Drucks auf den Dichtring wirkenden Kräfte fuhren zu einem Anpressen des Dichtrings an den Entlastungsflansch. Um den Dichtring freischwimmend zu halten, wird in den Radialspalt zwischen Dichtring und Entlastungsflansch Druckol eingespeist. Mittels einer Drossel- stelle im Radialspalt wird die durch den Radialspalt geführte Druckolmenge eingestellt.
Die WO 97/21948 A2 zeigt eine Anordnung zur Abdichtung eines Durchfuhrungsspaltes zwischen einer Wand und einer Welle. Die Anordnung hat einen Dichtring, durch den die Welle hmdurch- fuhrbar ist, sowie einen mit der Wand fest verbindbaren Halter mit einer zylindrischen Ausnehmung und einer sich n dieser eröffnenden Nut mit einer ersten Nutflanke und einer zweiten Nutflanke, zwischen denen der Dichtring unter Belas- sung von jeweiligen Radialspalten sowie eine den Dichcπng umgebenden und mit 01 befulibaren Kammer gehaltert ist. Der Radialspalt an der ersten Nutflanke ist gegen einen Durchfluß von 01 aus der Kammer gesperrt. Insbesondere bei einem was- serstoffgekuhlten Turbogenerator ergibt sich hierdurch der Vorteil einer geringen Kontamination des Dichtols mit Wasserstoff. Auf der dem Gehäuse abgewandten Seite des Dichtrings ist zum Radialspalt geöffnet im Dichtringhalter eine Nut vorgesehen, der Druckol zur Entlastung von auf den Dichtring wirkender Kräfte zufuhrbar ist.
Die Erfindung geht von der Beobachtung aus, daß in den be- kannten Konfigurationen zur Druckentlastung eines Dichtrings, wie oben beschrieben, ein Verkippen dieses Dichtrings gegenüber der Welle möglich ist. Durch ein solches Verkippen kann es zu einem Anstreifen des Dichtrings an der Welle kommen, was letztlich sogar Schaden am Dichtring zur Folge haben kann.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich der Betriebssicherheit verbessertes Dichtsystem zur Abdichtung eines Spaltes zwischen einem Gehäuse und einer aus dem Gehäuse fuhrenden Welle anzugeben. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines entsprechenden Verfahrens.
Erfmdungsgemaß wird die auf ein Dichtsystem gerichtete Aufgabe gelost durch ein Dichtsystem zur Abdichtung eines Spal- tes zwischen einem Gehäuse und einer aus dem Gehäuse fuhrenden Welle mit einem! die Welle umgebenden, in einem Dichtnng- halter gehalterten, eine Ringachse aufweisenden Dichtring und mit einem gehauseseitigen ersten Radialspalt zwischen dem Dichtringhalter und dem Dichtring und einem dem ersten Radi- alspalt gegenüberliegenden zweiten Radialspalt zwischen dem Dichtringhalter und dem Dichtring, wobei zumindest einer der beiden Radialspalte als ein Entlastungsspalt ausgebildet ist, dem an zumindest drei Druckstellen Druckol so zufuhrbar ist, daß einem Verkippen der Ringachse gegenüber der Welle entge- gengewirkt wird. Dem Entlastungsspalt wird also nicht mehr Druckol an einer Stelle oder in einem zusammenhangenden Bereich, etwa einer Ringnut, zugeführt, sondern an drei separaten Druckstellen. Die Zufuhr von Druckol zu diesen separaten Druckstellen er- folgt nun je nach einer Tendenz des Dichtrings zum Verkippen mit unterschiedlichen Druckolmengen oder Drucken so, daß diesem Verkippen entgegengewirkt wird. Verengt sich also beispielsweise der Entlastungsspalt durch ein Verkippen des Dichtrings im Bereich einer ersten Druckstelle starker als im Bereich der anderen Druckstellen, so wird man der ersten Druckstelle mehr Druckol oder Druckol unter einem höheren Druck zufuhren. Hierdurch wird dem Verkippen entgegengewirkt.
Vorzugsweise sind die Druckstellen entlang einer im Entla- stungsspalt konzentrisch um die Welle verlaufenden Kreislinie aquidistant angeordnet. Diese symmetrische Anordnung ergibt eine stabile Abstutzung im Sinne einer z.B. Dreipunktabstut- zung bei drei Druckstellen, die jeweils 120° zueinander versetzt sind. Vorzugsweise sind mindestens vier Druckstellen vorgesehen, die weiter bevorzugt jeweils um 90° voneinander beabstandet entlang der Kreislinie angeordnet sind.
Bevorzugtermaßen wird die Zufuhr von Druckol abhangig von einer Verkippung der Ringachse gegenüber der Welle aktiv gere- gelt. Grundsätzlich kann es bereits ausreichen, einer generellen Verkippungs endenz des Dichtrings durch eine statisch unterschiedliche Zufuhr von Druckol zu den Druckstellen entgegenzuwirken. Eine flexiblere und für alle Betriebsbedingungen geeignete Möglichkeit, die Dichtπngverkippung zu verhin- dern, bietet aber die aktive Regelung der Druckolzufuhr zu den Druckstellen anhand der jeweils auftretenden Verkippungstendenz des Dichtrings. Weiter bevorzugt ist dafür jeder Druckstelle ein eigener Mengenregler zugeordnet, durch den die zufuhrbare Druckolmenge oder auch der in der Druckstelle herrschende Druck einstellbar ist. Vorzugsweise sind alle
Mengenregler und die Bestimmung der Verkippung der Ringachse in einem gemeinsamen Regelkreis integriert, so daß über die- sen Regelkreis eine automatische Ausrichtung der Ringachse parallel zur Welle in jedem Betriebszustand erfolgen kann.
Vorzugsweise ist in dem Gehäuse ein Gas unter Druck speicher- bar, wobei dem Dichtring Dichtöl so zuführbar ist, daß der
Spalt gegen einen Austritt des Gases dichtbar ist. Weiter bevorzugt ist dabei der Entlastungsspalt der zweite Radialspalt, also der Radialspalt auf der dem Gehäuse abgewandten Seite des Dichtrings. Auf diese Seite wird der Dichtring durch den Druck des Gases an den Dichtringhalter gepreßt. Ist der Dichtring als ein Schwimmring ausgebildet, d.h. der Dichtring schwimmt auf einem im Spalt fließenden Dichtölfilm, ohne sich mit der Welle mitzudrehen, so kann durch das Anpressen des Dichtrings an den Dichtringhalter die Eigenschaft des freien Schwimmens beeinträchtigt werden. Um dem entgegenzuwirken wird in den Entlastungsspalt Druckol zur Dichtringentlastung eingespeist. In dem nun mindestens drei Druckstellen vorgesehen sind, kann gleichzeitig mit der Dichtringentlastung auch die parallele Ausrichtung des Dichtrings zur Welle sichergestellt werden.
Der Dichtringhalter weist eine Entlastungsflanke auf, die den Entlastungsspalt begrenzt. Bevorzugtermaßen sind die Druckstellen in der Entlastungsflanke angeordnet. Dies ist insbe- sondere deswegen vorteilhaft, weil dem Dichtringhalter in einfacher Weise Druckol zufuhrbar ist.
Bevorzugt weist die Entlastungsflanke konzentrisch zur Welle eine kreislinienformige Nut auf, die mehrfach so unterbrochen ist, daß separate, die Druckstellen bildende Nuttaschen gebildet sind. Dies stellt eine einfache Möglichkeit zur Bildung der Druckstellen dar. Eine kreislinienformige Nut im Dichtringhalter ist einfach zu fertigen und wird beispielsweise durch Einsetzen von m der Form an die Nut angepaßten Blocken unterbrochen. Zwischen den Blöcken bilden sich somit Nuttaschen, die die Druckstellen darstellen. Insbesondere ergibt sich hierbei der Vorteil, daß auch nachtraglich ein Dichtsystem mit einer Entlastungsolnut in einfacher Weise so ausgebildet werden kann, daß sich statt des einen durch die Nut gefüllten Bereichs mehrere Druckstellen für das Druckol ergeben .
Bevorzugt wird das Dichtsystem in einem wasserstoffgekuhlten Generator verwendet. Ein wasserstoffgekühlter Generator weist elektrische Rotor- und Statorwicklungen auf, die im Betrieb eine sehr hohe Wärmemenge abgeben und durch ein durch die Wicklungen hmdurchstromendes Wasserstoffgas gekühlt werden. Der Rotor fuhrt aus dem Generatorgehause hinaus. Ein Austritt von Wasserstoff durch den notwendigerweise zwischen der Welle und dem Gehäuse verbleibenden Spalt muß sorgfaltig verhindert werden. Hierzu dient das beschriebene Dichtsystem. Hinsicht- lieh der Kosten durch den Wasserstoffverbrauch, aber auch hinsichtlich der Betriebssicherheit werden an ein solches Dichtsystem sehr hohe Anforderungen gestellt. E ne Verschlechterung der Dichtwirkung durch Beschädigungen aufgrund eines Anstreifens des Dichtrings sind unbedingt zu verhm- dern. Dieser Anforderung wird durch die Verhinderung des Ver- kippens des Dichtrings effektiv Rechnung getragen.
Erfmdungsgemaß wird die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe gelost durch ein Verfahren zur Abdichtung eines Spaltes zwi- sehen einem Gehäuse und einer aus dem Gehäuse fuhrenden
Welle, wobei die Welle ein in einem Dichtringhalter gehalter- ter, eine Ringachse aufweisender Dichtring umgibt, der mit dem Dichtringhalter einen gehauseseitigen ersten Radialspalt und einen dem ersten Radialspalt gegenüberliegenden zweiten Radialspalt bildet, wobei zumindest einer der oeiden Radial- spalte als eine Entlastungsspalt ausgebildet ist, dem an zumindest drei Druckstellen Druckol so zugeführt wird, daß einem Verkippen der Ringachse gegenüber der Welle entgegengewirkt wird.
Die Vorteile eines solchen Verfahrens ergeben sich entsprechend ooigen Ausfuhrungen zu den Vorteilen des Dichtsystems Vorzugsweise wird ein Verkippen der Ringachse des Dichtrings gegenüber der Welle bestimmt und mittels dieser Messung die Zufuhr von Druckol zu jeder Druckstelle so geregelt, daß die Ringachse im wesentlichen parallel zur Welle ausgerichtet wird. Weiter bevorzugt wird hierzu die Menge eines im Spalt fließenden Dichtolstroms gemessen und daraus das Verkippen bestimmt. Bei einem Verkippen des Dichtrings ändert sich die durch den Spalt fließende Menge des Dichtolstroms. Diese Menge kann somit in einfacher Weise als Regelgroße zur Regelung der Parallelstellung des Dichtrings dienen.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 einen Längsschnitt durch ein Dichtsystem,
FIG 2 einen Längsschnitt durch einen Dichtringhalter,
FIG 3 einen Querschnitt durch den Dichtringhalter aus Figur 2,
FIG 4, 5 Anordnungen von Druckstellen, und
FIG 6 einen Ausschnitt eines Turbogenerators mit einem Dichtsystem.
Gleiche Bezugszeichen haoen in den verschiedenen Figuren d e gleiche Bedeutung.
Figur 1 zeigt in einem Längsschnitt ein Dichtsystem 1. Das Dichtsystem 1 umfaßt einen Dichtring 4, durch den eine Welle 3 hmdurchgefuhrt ist. Der Dichtring 4 ist an dem Dichtπng- halter 5, der an einem Gehäuse 2 angeordnet ist, verbunden. Zwischen dem Gehäuse 2 und der Welle 3 ist ein Spalt 1A gebildet. Der Dichtringhalter 5 hat eine zylmdriscne Ausnehmung 6, durch welche die Welle 3 hmdurchgefuhrt ist. Der Dichtringhalter 5 weist eine sich in die Ausnehmung 6 eröffnende Nut 7 auf. Diese Nut 7 ist entlang der Well'e 3 begrenzt von einer ersten Nutflanke 8 und einer zweiten Nutflanke 9. Zwischen den Nutflanken 8 und 9 ist der Dichtring 4 unter Be- lassung von jeweiligen Radialspalten 10 bzw. 11 gehaltert. Dem Gehäuse 2 zugewandt ist dabei em erster Radialspalt 10. Dem ersten Radialspalt 10 liegt der zweite Radialspalt 11 gegenüber. Die Radialspalte 10, 11 sind nicht maßstäblich, insbesondere vergrößert dargestellt. In der Nut 7 bleibt eine den Dichtring 4 umringende Kammer 12 frei. Der Kammer 12 ist Dichtol 13 zufuhrbar. Das Dichtol 13 dringt bis zum Spalt 1A vor, der sich vom Bereich zwischen dem Gehäuse 2 und der Welle 3 über den Dichtringhalter 5 hinaus fortsetzt.
Das hier gezeigte Dichtsystem 1 ist insbesondere für einen wasserstoffgekuhlten Generator geeignet, bei dem im Gehäuse 2 Wasserstoff unter Druck gespeichert ist. Eine Kontamination des Dichtols 13 mit Wasserstoff muß hierbei möglichst gering gehalten werden. Aus der Kammer 12 dringt das 01 auch in die Radialspalte 10 und 11 ein, wobei es durch den Radialspalt 10 an der ersten Nutflanke 8 in Richtung des Gehäuses 2 fließen und mit Wasserstoff in Kontakt kommen konnte. Um dies zu verhindern, ist der Radialspalt 10 gegen einen Durchfluß von 01 aus der Kammer 12 gesperrt. Dazu ist in dem Radialspalt 10 eine die Welle 3 umgebende Ringdichtung 14 vorgesehen. Diese Ringdichtung 14 besteht beispielsweise aus Teflon oder gum- mielastischem Material, das gegen das 01 resistent ist. Die Ringdichtung 14 liegt in einer Ringnut 15 des Dichtrmghal- ters 5, welche über eine Stichleitung 16 mit der Kammer 12 kommuniziert. Das unter Druck stehende 01 m der Kammer 12 übt somit auf die Ringdichtung 14 einen Druck aus, und zwar der Art, daß die Ringdichtung 14 gegen den Dichtring 4 gepreßt wird und den Radialspalt 10 zuverlässig abdichtet.
In der zweiten Nutflanke 9, die dem Äußeren des Gehäuses 2 und damit in der Regel also der Luft zugewandt ist, befindet sich ebenfalls eine Ringnut 17. Dieser ist Druckol 18 zufuhr- bar. Dieses Druckol 18 dient dazu, eine Kraft entlang der Welle 3 auf dem Dichtring 4 zu kompensieren, die durch den unter Druck stehenden Wasserstoff im Gehäuse 2 auf den Dich- tπng 4 ausgeübt wird. Diese Druckentlastung dient dazu, den Dichtring 4 kraftefrei im Dichtrmghalter 5 zu haltern. Nach dem Stand der Technik wurde der gesamten Ringnut 17 einheitlich Druckol 18 zugeführt. Dies kann zu einem Verkippen des Dichtrings 4 gegenüber der Welle 3 fuhren, was wiederum em Anstreifen des Dichtrings 4 an der Welle 3 und damit eventu- eil eine Beschädigung des Dichtrings 4 zur Folge haben kann. Eine Verhinderung dieses Verkippens wird anhand der folgenden Figuren weiter unten naher erläutert.
Der Dichtring 4 enthalt eine Leitung 19, durch die Dichtol 13 aus der Kammer 12 zu einer der Welle 3 zugewandten Dichtflache 20 des Dichtrings 4 leitbar ist. Hierdurch bilden sich zwischen der Dichtflache 20 und der Welle 3 zwei (durch Pfeile dargestellte) einander entgegengerichtet fließende Dichtolstrome aus, die zuverlässig verhindern, daß Wasser- stoff oder Luft zwischen den Dichtring 4 und die Welle 3 eindringen kann. Zur gleichmaßigen Verteilung ist in der Dichtflache 20 eine Ringnut 21 vorgesehen, in welche die Leitung 19 einmündet.
Figur 2 zeigt in einem Längsschnitt einen Dichtrmghalter 5, wie er in einem Dichtsystem 1 entsprechend Figur 1 zum Einsatz kommen kann. Es ist die Draufsicht auf die Nutflache 9 dargestellt, in der eine Ringnut 17 emgefrast ist. An die Form der Ringnut 17 angepaßte Blockelemente 31 sind entlang einer auf αer Ringnut 17 verlaufenden Kreislinie 36 in αer
Ringnut 17 aquidistant zueinander angeordnet. Hierdurch wird die Ringnut 17 unterbrochen, so daß vier Nuttaschen entstehen, die Druckstellen 33 darstellen. Jeder dieser Druckstellen 33 ist über eine jeweilige Bohrung 35 Druckol zufuhrbar. Somit kann jede Druckstelle 33 mit einer unterschiedlichen Menge von Druckol 18 oder mit Druckol 18 unterschiedlichen Drucks beaufschlagt werden. Bei einem Verkippen des Dicht- rings 4 in einem so ausgebildeten Dichtringhalter 5 ergibt sich eine unterschiedliche Breite des Radialspaltes 11 im Bereich der jeweiligen Druckstellen 33. Durch eine entsprechend angepaßte Zufuhr von Druckol 18 wird dieser Verkippung entgegengewirkt. Eine solche Verkippung ist charakterisiert durch die Bildung eines Winkels zwischen einer Ringachse 34 des Dichtrings 4 und der Welle 3. Mit anderen Worten: Bei einer parallelen Ausrichtung der Ringachse 34 zur Welle 3 ist der Dichtring 4 nicht verkippt.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch den Dichtringhalter 5 der Figur 2. In diesem Querschnitt ist die Kammer 12 erkennbar, der über eine Zuleitung 41 das Dichtol 13 - wie in Figur 1 gezeigt - zuführbar ist.
Figur 4 zeigt schematisch noch einmal die Anordnung der Druckstellen 33 entlang einer Kreislinie 36 mit einer vier- zähligen Symmetrie. Demgegenüber zeigt Figur 5 drei Druckstellen 33, die entlang der Kreislinie 36 äquidistant, also im 120°-Abstand, angeordnet sind. Während die Anordnung nach Figur 5 nur drei Druckstellen 33 benotigt, ist die Anordnung mit vier Druckstellen 33 der Figur 4 besonders geeignet hinsichtlich einer aktiven Regelung für die Parallelstellung des Dichtrings 4. Diese aktive Regelung wird anhand von Figur 6 erläutert.
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Figur 6 zeigt in einem Längsschnitt einen Ausschnitt eines wasserstoffgekühlten Turbogenerators 50. Im Gehäuse 2 des Turbogenerators 50 ist Wasserstoff 51 unter hohem Druck ge- speichert. Das Dichtsystem 1 entspricht im wesentlichen der in Figur 1 und 2 gezeigten Anordnung. Im Längsschnitt sind nur zwei der vier Druckstellen 33 dargestellt. Jede der Druckstellen 33 ist mit einem jeweiligen Mengenregler 65, 67, 69, 71 verbunden. Jeder dieser jeweiligen Mengenregler 65, 67, 69, 71 ist wiederum sowohl mit einer Druckolversorgung 53 als auch mit einer Regeleinheit 73 verbunden. Die Regeleinheit 73 ist zudem mit einer Meßeinheit 75 zur Messung von in der Rückleitung 55 aus dem Spalt 1A rücklaufenden Dichtol 13 verbunden.
Bei einer Verkippung des Dichtrings 4, also bei einer Bildung eines Winkels zwischen der Ringachse 34 und der Welle 3, verändert sich der Spaltquerschnitt des Spaltes 1A. Damit verändert sich die in der Rückleitung 55 zurücklaufende Dichtöl- menge. Dies wird von der Meßeinheit 75 gemessen und an die Regeleinheit 73 weitergegeben. Durch die Regeleinrichtung 73 werden die Mengenregler 65, 67, 69, 71 so angesteuert, daß der Dichtring 4 über die unterschiedlichen Angriffswirkungen der Druckstellen 33 wieder parallel mit seiner Ringachse 34 zur Welle 3 ausgerichtet wird. Hierdurch wird bei jedem Betriebszustand des Turbogenerators 50 ein Anstreifen des Dichtrings 4 an der Welle 3 wirksam verhindert.

Claims

Patentansprüche
1. Dichtsystem (1) zur Abdichtung eines Spaltes (1A) zwischen einem Gehäuse (2) und einer aus dem Gehäuse (2) führenden Welle (3) mit einem die Welle (3) umgebenden, in einem Dichtringhalter (5) gehalterten, eine Ringachse (34) aufweisenden Dichtring (4) und mit einem gehäuseseitigen ersten Radialspalt (10) zwischen dem Dichtringhalter (5) und dem Dichtring (4) und einem dem ersten Radialspalt (10) gegenüberliegenden zweiten Radialspalt (11) zwischen dem Dichtringhalter (5) und dem Dichtring (4) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zumindest einer der beiden Radialspalte (10,11) als ein Entlastungsspalt (11) ausgebildet ist, dem an zumindest drei Druckstellen (33) Druckol (18) so zuführbar ist, daß einem Verkippen der Ringachse (34) gegenüber der Welle (3) entgegengewirkt wird.
2. Dichtsystem (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Druck- stellen (33) entlang einer im Entlastungsspalt (11) konzentrisch um die Welle (3) verlaufenden Kreislinie (36) äquidi- stant angeordnet sind.
3. Dichtsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zumindest vier der Druckstellen (33) vorgesehen sind.
4. Dichtsystem (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zufuhr von Druckol (18) abhangig von einer Verkippung der Ringachse (34) gegenüber der Welle (3) aktiv geregelt wird.
5. Dichtsystem (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jeder der Druckstellen (33) eine unabhängig einstellbare Druckolmenge über jeweils einen eigenen Mengenregler (65,67,69,71) zufuhrbar ist.
6. Dichtsystem (1) nach einem der vorhergehenden' Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Gehäuse (2) ein Gas (51) unter Druck speicherbar und dem Dichtring (4) Dichtol (18) so zufuhrbar ist, daß der Spalt (1A) gegen einen Austritt des Gases (51) abdichtbar ist.
7. Dichtsystem (1) nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Entla- stungsspalt der zweite Radialspalt (11) ist.
8. Dichtssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Dichtringhalter (5) eine Entlastungsflanke (9) aufweist, die den Entlastungsspalt (11) begrenzt, wobei die Druckstellen (33) in der Entlastungsflanke (11) angeordnet sind.
9. Dichtsystem (1) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Entla- stungsflanke (11) konzentrisch zur Welle (3) eine kreislini- enformige Nut (17) aufweist, die mehrfach so unterbrochen ist, daß separate, die Druckstellen (33) bildende Nuttaschen gebildet sind.
10. Dichtsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in einem wasserstoffgekuhlten Generator (50).
11. Verfahren zur Abdichtung eines Spaltes (1A) zwischen einem Gehäuse (2) und einer aus dem Gehäuse (2) fuhrenden Welle (3) wobei die Welle (3) em in einem Dichtrmghalter (5) ge- halterter, eine Ringachse (34) aufweisender Dichtring (4) umgibt, der mit dem Dichtrmghalter (5) einen gehauseseitigen ersten Radialspalt (10) und einen dem ersten Radialspalt (10) gegenüberliegenden zweiten Radialspalt (11) bildet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zumindest einer der beiden Radialspalte (10,11) als em Entlastungsspalt (11) ausgebildet ist, dem an zumindest drei Druckstellen (33) Druckol (18) so zugeführt wird, daß einem Verkippen der Ringachse (34) gegenüber der Welle (3) entgegengewirkt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Verkippen der Ringachse (34) gegenüber der Welle (3) bestimmt wird und damit die Zufuhr von Druckol (18) zu jeder Druckstelle (33) so geregelt wird, daß die Ringachse (34) im wesentlichen parallel zur Welle (3) ausgerichtet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Menge eines im Spalt (1A) fließenden Dichtölstromes (18) gemessen und daraus das Verkippen bestimmt wird.
PCT/DE2000/003534 1999-10-06 2000-10-06 Dichtsystem und verfahren zur abdichtung eines spaltes zwischen einem gehäuse und einer welle WO2001025656A1 (de)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1525514A1 (de) * 1966-06-17 1969-07-31 Bbc Brown Boveri & Cie Hydraulische Einrichtung zur Druckentlastung eines Schwimmringes
DE3723729A1 (de) 1987-07-17 1989-01-26 Siemens Ag Wellendichtung, insbesondere fuer wellen von gasgekuehlten generatoren
WO1997021948A2 (de) 1995-12-08 1997-06-19 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung zur abdichtung eines durchführungsspaltes zwischen einer wand und einer welle

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