Labyrinthdichtung für sich drehende Maschinenteile, insbesondere an Dampf- und Gasturbinen. Die Erfindung betrifft eine Labyrinth- dichtung für sich drehende Maschinenteile, insbesondere an Dampf- und Gasturbinen. Soll bei solchen Labyrinthdichtungen eine wirksame Abdichtung erreicht werden, so muss das Spiel zwischen dem feststehenden und dem sich drehenden Teil sehr klein be messen werden.
Anderseits sollte zwischen diesen Teilen bei keinem Betriebszustand ein zu starkes Reiben eintreten, da die in einem solchen Falle erzeugte Wärme zu unzulässigen Veränderungen und Verlage rungen anderer Teile führen würde, was Anlass zu schweren Betriebsstörungen geben könnte. Das Reiben- von Labyrinthzacken auf metallischen Gegenstücken, oder von be weglichen Kohlenstücken auf Turbinenwellen zum Beispiel verursacht auch einen Ver schleiss der Zacken, ein Eingraben von Nuten in den sich drehenden Teil, ein Heisswerden .der Büchsen und dergleichen.
Es sind schon Labyrinthdichtungen mit feststehenden, mehrteiligen Kohlenringen ge baut worden, bei denen am sich drehenden Teil entweder Zacken, die eine fortlaufende Schraube bilden, oder sägeartig ausgebil dete Schneiden vorgesehen sind.
Tritt bei solchen Dichtungen ein Streifen ein, .so wer den vom Kohlenring Teile weggeschnitten., oder die Innenfläche des Ringes wird auf ihrem ganzen Umfang um einen gewissen. Betrag abgeschabt, so dass beim Wiederein treten normaler Betriebszustände ein we- sentlieh grösseres spiel vorhanden ist als unmittelbar nach dem Zusammenbau der Stopfbüchse,. was die Wirksamkeit der Dich tung wesentlich verschlechtert.
Zweck vorliegender Erfindung ist nun, eine Labyrinthdichtung mit feststehenden, mehrteiligen Ringen aus Kohle oder einem dieser in physikalischer Hinsicht äquivalen ten Stoffe zu schaffen, bei welcher die un- mittelbar nach dem Zusammenbau der Dich tung erzielbare gute Dichtung praktisch dauernd erhalten bleibt.
Zu diesem Behufe sind bei der Labyrinthstopfbüchse nach der Erfindung ringförmige Kämme, die sich mit ,dem abzudichtenden Maschinenteil drehen, praktisch ohne Spiel in die erwähnten Ringe eingebaut, aus denen sie bei einer rascheren Wärmeausdehnung der .sich drehenden Teile als der sich nicht drehenden 'Teile Nuten aus graben. Diese Nuten werden durch ein all fälliges Ausschlagen der sich drehenden Teile noch vertieft, wobei aber die von den Kämmen verlangte Drosselwirkung trotz .dieser Nuten praktisch dauernd unverändert erhalten bleibt.
Auf der beiliegenden ,Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes gezeigt, wobei in beiden Fällen der Einfachheit halber ein einziger feststehender Ring gezeichnet ist, der aus Kohle besteht. Es zeigt: Fig. 1 einen Achsialschnitt durch einen Teil einer Labyrinthdichtung,deren Kohlen ring radial unversehiebbar in den .sich nicht drehenden Teil eingebaut ist;
Fig. 2 zeigt einen Achsialschnitt durch einen Teil einer Labyrinthdichtung, deren Kohlenring sich aus durch Federn radial ab- gestütztenSegmenten zusammensetzt; Fig. 3 dient zur Erläuterung der Wir kungsweise einer Stopfbüchse nach der Er findung.
1 bezeichnet die abzudichtende Welle einer Maschine, beispielsweise einer Dampf- oder Gasturbine. Mit der Welle 1 ist eine Hülse 2 fest verbunden, die am Aussen umfang ringförmige Kämme 3, 4 versthie- dener Länge aufweist. 5 bezeichnet ein Stück eines im übrigen nicht gezeichneten, mehrteiligen Ringes, der fest in einen sich nicht drehenden Teil 6 (Gehäuse, Leitrad- boden und .dergleichen) .der Maschine einge baut ist.
Der Ring weist an seinem Innen umfang Rillen 7 auf, in welche die längeren Kämme 4 der Hülse 2 ragen. Die kürzeren Kämme 3 liegen gegenüber Ringflächen 8 des Ringes 5. Die Teile 2, 5 bilden zu- lammen mit den ringförmigen Kämmen 3, 4, den Rillen 7 und den Flächen 8 die Laby- rinthstopfbüchse. Wie schon erwähnt, be steht der Ring 5 aus Kohle und die Hülse 2 aus einem Baustoff, der den Kämmen 3, 4 ermöglicht, bei einer rascheren Wärmeaus- @dehnung der sich drehenden Teile 1, 2 als der sich nichtdrehenden Teile 5, 6,
aus dem Ring 5 Nuten auszugraben.
Die ringförmigen Kämme 3, 4 sind prak tisch ohne .Spiel in den sich nicht drehenden Kohlenring 5 eingebaut. :Streifen die Kämme 3, 4 einer solchen Stopfbüchse aus irgend einem Grunde an der Gegenfläche der Stücke .des Kohlenringes 5, so graben sie einfach aus dem Kohlenring Nuten aus. Die Form .der ausgegrabenen Nuten hängt dabei von der Ursache ab, die das .Streifen bedingt.
Dehnen sich zum Beispiel die sich drehenden Teile .der Stopfbüchse nur in radialer Rich tung stärker aus als der Kohlenring, so wer .den Nuten 9 von der in Fig. 3 gezeigten Form ausgegraben, die .durch. ein allfälliges Ausschlagen der sich drehenden Teile noch vertieft werden. Während,des normalen Be triebes liegt das Aussenende der Kämme 3, 4 gegen die tiefste Stelle solcher Nuten:
9 an, oder das Ende der Kämme 3, 4 ragt min destens soweit in die Nuten 9, @dass durch die Kämme eine starke Umlenkung und damit eine starke Drosselung des Arbeits- bezw. Fördermittels bewirkt wird, welches durch die Stopfbüchse zu entweichen trach tet. Fig. 3 zeigt die Teile in der Lage, die sie einnehmen, nachdem die Maschine abge stellt worden ist und .die verschiedenen Teile wieder erkaltet sind.
Da sich die Kämme 3, 4 .der Hülse 2 leicht in die Stücke des Kohlenringes 5 ein graben können, werden sie beim Streifen nicht im geringsten angegriffen, was für die dauernde Aufrechterhaltung des .sogar bis auf Null herabdrückbaren .Spiels wichtig ist. Im weiteren werden beim Streifen unzu lässige Erwärmungen vermieden. In bezug auf .die Welle 1 isst letzteres wichtig, weil eine zu starke Erwärmung der Welle An lass zu ihrer Verbiegung und, zusammen- hängend damit, zu schweren Schaufel brüchen, Lagerbeschädigungen. und derglei chen führen kann.
Eine unzulässige Erwär mung . der Welle wird selbst in Fällen ver hindert, wo an den streifenden Stellen aus irgend einem Grunde doch noch stärkere Wärmeerzeugungen stattfinden sollten, da die Kämme 3, 4 so lang und dünn sind, dass das dieselben bespülende Treibmittel imstande ist, diese Kämme so stark abzu kühlen, dass durch letztere keine gefährlich urerdende Wärmeübertragung von den Streif stellen zur Hülse 2 und von dieser zur Welle 1 erfolgen kann. Die Welle bleibt daher völlig unbeeinflusst, so dass jederzeit ein An fahren der Maschine möglich ist.
Dehnen sieh die sich drehenden Teile 1, 2 der Stopfbüchse sowohl in radialer, als auch achsialer Richtung stärker aus als der Kohlenring 5, so graben die Kämme 3, 4 im Ring 5 Nuten von im Querschnitt schief winkliger Dreieckform aus (nicht gezeigt). Dabei bewegen sieh die Kämme 3, 4 beim An wärmen zuerst nach rechts, wenn angenom men wird, dass die achsiale Lage des linken Endes der Welle 1 fixiert ist, und nach der Anfahrperiode entlang der schrägen Fläche jener schiefwinkligen Dreiecksform wieder etwas nach links, wobei sie aber ständig dicht gegen diese schräge Fläche anliegen.
Sollte das äussere Ende der Kämme 3, 4 gegen die schräge Fläche nicht mehr dicht anliegen, weil infolge Ausschlagens .der sieh drehenden Teile eine weitere Nut ausge graben worden ist, so wird gleichwohl noch eine gute Labyrinthwirkung erzielt, da die in die Nuten hineinragenden Enden der Kämme 3, 4 selbst in diesem Falle noch eine starke Umlenkung und Drosselung des zu entweichen trachtenden Treib- oder Förder- mittels bewirken. Es lässt sich somit füglich sagen, dass die Drosselwirkung der Kämme praktisch dauernd unverändert erhalten bleibt.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten dadurch, dass das Kohlenstück 5 nicht radial unverschiebbar in den Maschinenteil 6 einge- setzt ist, sondern durch eine Feder 11 radial abgestützt wird.
In an sieh bekannter Weise ist .dafür zu sorgen, dass sieh die verschiedenen Segmente eines Kohlenringes an den radialen Trenn flächen immer berühren, also an den Stoss flächen nicht aufklaffen. Im Falle wag rechter Wellen können hierfür zum Beispiel besondere Aufhängevorrichtungen für die untere Ringhälfte oder besondere Stütz federn, wie zum Beispiel eine in Fig. 2 (Teil 11) gezeigt ist, vorgesehen werden.
Allen falls können an der Stossstelle der Segmente auch zusätzliche Abdichtungsmittel vorge sehen werden.
Um die Möglichkeit zu haben, das radiale Spiel zwischen dem sieh drehenden und fest stehenden Teil der Labyrinthdichtung zu verändern, können die zum Zusammenarbei ten bestimmten Flächen dieser Teile konisch ausgebildet bezw. die ringförmigen Kämme so gestaltet sein, dass ihre Enden in einer Kegelfläche liegen, wobei dann der eine jener Teile achsial verstellbar anzuordnen ist.
Die Erfindung lässt sich sinngemäss bei jeder beliebigen Anzahl von Kohlenringen anwenden. Dabei spielt es keine Rolle, ob der sieh drehende Teil sich um eine wag rechte, senkrechte oder geneigte Achse dreht. An Stelle von Kohle können auch andere Stoffe verwendet werden, .die ihr, was die physikalischen Eigenschaften anbetrifft, welche für .die Erzielung des mit der Er findung angestrebten Zweckes massgebend sind, äquivalent sind. Solche Stoffe sind zum Beispiel Bimstein und gebrannter Ton.
Die neue Labyrinthdichtung mit mehr teiligen Ringen aus Kohle oder einem .dieser in physikalischer Hinsicht äquivalenten Stoffe eignet sich ganz besonders für sehr hohe Drücke und sehr hohe Temperaturen, weil mit einer verhältnismässig geringen Kammzahl eine gute Abdichtung erzielbar und Kohle oder ein ihr in physikalischer Hinsicht äquivalenter Stoff gegen hohe Tem peraturen unempfindlich ist.
Bei einigen .der beschriebenen Ausführungsformen lässt sich ganz ohne Federn auskommen, was wich tig ist, weil Federn bekanntlich bei hohen Temperaturen leicht Anlass zu Betriebsstö rungen geben können. Zufolge der guten Abdichtung werden ferner Turbinenwellen in der Gegend des Hochdrucklagers vor hohen Temperaturen geschützt, was weiter zur Er höhung der Betriebssicherheit beiträgt.
Das zulässige, sehr kleine Spiel gestattet auch Hochdruckstopfbüchsen verhältnismässig kurz zu halten, wodurch die Lagerdistanz kleiner wird, was wiederum gestattet, den Wellen durchmesser etwas geringer zu halten und hauptsächlich infolge kleinerer Masse des Rotors die Betriebssicherheit zu erhöhen.
Im weiteren bietet die neue Labyrinth .dichtung den Vorteil, dass Ersatzteile (genau gleiche Kohlensegmente) auf Lager gehal ten werden können, und dass bei einem all fälligen Einbau solcher Ersatzteile nur kurze Unterbruchszeiten in Kauf zu nehmen sind. Dabei können die Ersatzteile von jedem Schlosser ohne besondere Instruktion einge baut werden.