Dichtungsvorrichtung an einer Turbine oder Pumpe Die Erfindung betrifft eine mindestens zwei Ringspalte aufweisende Dichtungsvor richtung an einer Turbine oder Pumpe.
Bei Francisturbinen und Pumpen werden in der Regel zur Abdichtung der Laufräder Diehtungsvorrichtungen verwendet, welche zwei oder mehrere Ringspalte aufweisen. Es kommt vor, dass solche Laufräder im Betrieb zu Vibrationen neigen, was zum Streifen des Laufrades in den engen Labyrinthspalten und in der Folge zum Anfressen der Spaltringe führen kann. Die Vibrationen haben ausser dem das Auftreten höherer Temperaturen in den Führungslagern der Turbinenwelle und einen erhöhten Verschleiss der Lagerstellen, sowie zusätzliche Wellenbeanspruchung zur Folge.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, solchen Vibrationen entgegen zu wirken und einen ruhigen Gang der Turbine oder der Pumpe zu erreichen. Zu diesem Behufe wer den erfindungsgemäss bei einer mindestens zwei Ringspalte aufweisenden Dichtungsvor- riehtung an einer Turbine oder Pumpe die Spalte derart angeordnet, dass bei einer Aus- l enkung des Laufrades aus seiner axialen Mit tellage dureh Änderung der Spaltweiten an verschiedenen Stellen Druckänderungen ent stehen, welche der Auslenkung des Laufrades entgegenwirken.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der erfindungsgemässen Dichtungsvor- richtung im Zusammenhang mit einer Francis- turbine dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch das Laufrad und das Gehäuse einer Francis- turbine und Fig. 2 eine Variante für die Anordnung der kranzseitigen Dichtungsspalte.
Die in Fig. 1 dargestellte Turbine weist ein von einem aus den Teilen 1 und 11 be stehenden Gehäuse umschlossenes Laufrad 2 auf, welches auf einer Welle 3 aufgesetzt ist. Mit 4 ist das untere Führungslager dieser Welle bezeichnet. Das Wasser tritt nach Durch strömen eines Leitschaufelsyst.ems 5 radial von aussen her in das Laufrad und verlässt dieses in Richtung der Maschinenachse nach unten durch ein nur noch teilweise darge stelltes Saugrohr 6.
Die Laufradnabe -weist zwei ringförmige Ansätze 7 und' 8 auf, -welche zusammen mit einem ringförmigen Ansatz 9 des Gehäuseteils 11 zwei dichtende Ringspalte 10 und 11 be grenzen. Von der Eintrittsseite des Laufrades her gelangt das Leckwasser durch einen ver hältnismässig breiten Spalt 12 in den Spalt 11, darauf m einen Ringraum 13 und durch strömt hernach den Spalt 10 und einen Raum 14, um dann durch eine die Laufradnabe durchsetzende Öffnung 15 in der Richtung gegen das Saugrohr abzufliessen.
Der Gehäuse innenraum 14 ist an der Welle durch eine Stopfbüchse 16 gegen aussen abgedichtet. Der Laufradkranz weist ferner einen rin förmigen Ansatz 17 auf, welcher mit einem ringförmigen Ansatz 18 des Gehäuses einen Dichtungsspalt 19 begrenzt. Ferner lässt der innere Teil des Laufradkranzes gegen das Ge häuse einen Spalt 20 frei. Auf der Seite des Laufradkranzes durchströmt das Leekwasser vorerst einen verhältnismässig breiten Spalt 21, tritt nachher dureh den Spalt 19 in einen das Laufrad umgebenden Ringraum 22 und verlässt diesen durch den Spalt 20 in Rich tung gegen das Saugrohr.
Der Ringspalt 19 bildet. somit die Ein trittsöffnung des von der Leckmenge durch flossenen, das Laufrad umgebenden Ring raumes 22 und der Ringspalt 20 bildet dessen Austrittsöffnung. Die Spalte 79 und 20 sind schmäler als der Spalt 21, welcher zwischen dem Aussenumfang des Laufrades und dem Gehäuse liegt.
Bei zentrischer Lage des Laufrades zur Maschinenachse (axiale Mittellage) haben die Spalte 19 und 20 längs ihres ganzen LUmfanges die gleiche Weite. Wird dagegen das Laufrad aus irgendwelchen Gründen etwas aus seiner Mittellage aasgelenkt, so werden diese Spalte auf der einen. Seite weiter, während sie sieh auf der andern Seite verengen. Wird beispiels weise angenommen, das Laufrad 2 verschiebe sieh aus seiner Mittellage um einen kleinen Betrag nach links, so öffnet sich auf der linken Seite der Spalt 19, während der Spalt 20 sich schliesst. Dies hat nun zur Folge, dass die Leckmenge, welche auf dieser Seite des Laufradkranzes abfliesst, im Spalt 19 einen geringeren Druckabfall erleidet, als bei zen trischer Lage des Laufrades, während sielt der Druckabfall im Spalt 20 auf dieser Seite erhöht.
Dies bewirkt, dass im Ringraum 22 an jenen Stellen des Laufrades, welche sieh von der Masehinenaehse entfernen, eine Druck steigerung auftritt. Die Begrenzungsfläcbe des Laufrades gegen den Ringraum 22 ist nun so angeordnet, dass bei der Drucliksteigerung im Ringraum 22 eine zusätzliche Kraftwir kung auftritt, welche das Laufrad gegen die Achse hin drückt und somit der Auslenkung des Laufrades aus seiner axialen Mittellage entgegenwirkt.
Ausserdem wird bei einer Verschiebung des Laufrades nach links der Eintrittsspalt 19 auf der rechten Seite verkleinert, während sich der Austrittsspalt 20 vergrössert. Dies hat also auf der rechten Seite des Laufrades eine Druckminderung in dem Ringraum 22 zur Folge, so dass gegenüber dem in der normalen Lage des Laufrades herrschenden Drücken Zusatzkräfte auftreten, welche dass Laufrad ebenfalls nach der rechten Seite hin drängen, das heisst der Auslenkung des Laufrades ent gegenwirken.
Dasselbe gilt nun sinngemäss bei Aaslen kung des Laufrades in jeder beliebigen andern Richtung. Die auftretenden Druclkänderungen wirken stets im Sinne einer Rückdrängung des Laufrades in seine axiale Mittellage.
Voraussetzung für die genannte Wirkung ist natürlich, dass der Ringraum 22 nicht so weit ist, dass ein Druelikausgrleieh längs des Uü m- fanges auftritt. Es ist dabei aber immerhin zu erwähnen, dass schon verhältnismässig kleine Kräfte genügen, um das Laufrad in seiner zentrischen Lage zu stabilisieren, so dass auch bei teilweisem Druekausgleieh infolge von Ringströmungen im Raum 22 die gewünschte Wirkung immer noch gewährleistet ist.
Die im Ringraum 22 auf den Laufradkranz wirkenden Druckkräfte können in radiale und axiale Kraftkomponenten zerlegt werden. Die radialen Kraftkomponenten wirken voll im Sinne der Stabilisierung des Laufrades. Bei einer Auslenkuns- des Rades nach links, wobei im Ringraum '22 links eine Druel@steie,eruii,-r und rechts eine Drucksenkuny auftritt, treten da--e-en auch axiale Kraftkomponenten auf, welche auf der linken Seite nach oben und auf der rechten Seite nach unten wirken.
Diese Kräfte geben zusammen ein Moment, welches im Sinne des Uhrzeigers dreht und somit eine Vergrösserung der Ansbiegung der Welle. be wirken würde. Die axialen Komponenten der Zusatzkräfte wirken daher in verkehrtem Sinne und vermindern die günstige'Virhun@@ der radialen Kraftkomponenten. Diesem Umstande ist nun durch entspre- ehende Anordnung des nebenseitigen Dich tungssystems Rechnung getragen. Die Spalte 10 und 11 sind auch hier verhältnismässig eng gegenüber dem äussern Spalt 12.
Bei einer Aaslenkung des Laufrades nach links vergrö ssert sich der eintrittsseitige Spalt 11, wäh rend sich der austrittsseitige Spalt 10 ver- engert. Damit entsteht eine Drucksteigerung im Ringraum 13 auf der linken Seite des Lauf rades. Auf der rechten Seite des Laufrades tritt wiederum das Umgekehrte ein, das heisst der Spalt 11 schliesst sieh, während der Spalt 10 sich öffnet. Der Zutritt der Leckmenge zum Raum 13 wird also auf der rechten Seite stär ker gedrosselt, und der Abfluss wird freige geben. Dies hat eine Drucksenkung im rechts seitigen Teil des Ringraumes 13 zur Folge.
Die Begrenzungsfläche des Laufrades gegen den Ringraum 13 ist eine ebene Ring fläche, welche senkrecht zur Maschinenachse steht. Auf der linken Seite entstehen infolge der Draacksteigerung nach unten wirkende Zu satzkräfte und auf der rechten Seite solche, die nach oben wirken. Durch entsprechende Wahl der Breite und des gegenseitigen Abstandes der Dichtungsspalte wird erreicht, dass die auf der Nebenseite auftretenden Zusatzkräfte die axialen Komponenten der auf der Kranzseite wirkenden Zusatzkräfte mindestens angenähert aufheben.
Bei dem dargestellten Dichtungssystem sind somit die Ringspalte 19 und 20 so ange ordnet, dass bei Aaslenkung des Laufrades sich an jenen Stellen des Laufrades, welche sich von der Maschinenachse entfernen, der die Eintrittsöffnung des Ringraumes 22 bildende Ringspalt 19 öffnet, und der die Austritts öffnung bildende Ringspalt 20 schliesst, und die Begrenzungsfläche des Laufrades gegen den Ringraum 22 ist so angeordnet, dass eine an diesen Stellen im Ringraum erzeugte Druck steigerang der Aaslenkung des Laufrades ent gegenwirkt.
Ausserdem sind aber auch auf der andern Seite des Laufrades noch die zwei Ringspalte 10 und 11 in der Weise angreord- net, dass die in Richtung der Laufradachse verlaufenden Komponenten der Zusatzkräfte, welche infolge der Aaslenkung des Laufrades und der so entstandenen Druckänderungen von den Ringräumen 13 und 22 aus auf das Lauf rad wirken, sich mindestens angenähert gegen seitig aufheben, wobei aber die radialen Kom ponenten der im gezeigten Beispiel vom Ring raum 22 aus auf den Laufradkranz ausgeübten Zusatzkräfte der Aaslenkung des Laufrades entgegenwirken.
Durch die beschriebene Anordnung des Dichtungssystemen wird somit erreicht, dass bei jeder Aaslenkung des Laufrades aus seiner axialen Mittellage hydraulische Kräfte ent stehen, welche dieser Aaslenkung entgegen wirken. Es werden somit Vibrationen schon im Entstehen unterdrückt, was einen ruhigen Lauf der Maschine gewährleistet.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel wird sowohl die lichte Weite des eintrittsseitig des Ringraumes 22 angeordneten Spaltes 19 wie auch jene des austrittsseitig angeordneten Spaltes 20 bei einer Aaslenkung des Lauf rades aus seiner axialen Mittellage geändert.
Die erfin:d'ungsgemässe Anordnung der Dich tungsspalte kann aber auch so getroffen wer den, dass nur die lichte Weite des einen der beiden Spalte, und, zwar des austrittsseitigen oder des eintrittsseitigen Spaltes, sich bei Aas lenkung des Laufrades ändert.
Bei der in Fig. 2 in einem axialen Längs schnitt dargestellten Ausführungsform des kranzseitigen Dichtungssystems besitzt das Laufrad einen Kranz 23, welcher mit einem Teil 2-1 des Gehäuses einen Ringraum <B>25</B> sowie einen Eintrittsspalt 26 und einen Austritts spalt 27 begrenzt..
Die Begrenzungsflächen des Spaltes 26 sind ebene, senkrecht zur Maschinenachse stehende Ringflächen. Bei einer Auslenkunm des Laufrades aus seiner axialen Mittellarne ändert sieh somit die Weite dieses Spates nicht. Dessen Drosselwiderstand für die durch strömende Leckmenge bleibt somit unverän dert.
Dagegen wird bei einer Verschiebung des Laufrades nach aussen der Austrittsspalt 27, welcher von zylindrischen Flächen be- -o¯renzt ist, in gleicher Weise vereng wie der Spalt 20 gemäss Fig. 1. Es wird sieh dabei im Ringraum 25 an jener Stelle ebenfalls ein Stau der Leckmenge und somit eine Druck steigerung ergeben, welche wiederum der Aus lenkung des Laufrades entgegenwirkt.
Mit grundsätzlich gleicher Wirkung könnte aber auch der Eintrittsspalt 19 in der Anord nung nach Fig. 1 belassen werden und der Austrittsspalt. 20 durch einen bei Auslenkung des Laufrades nicht beeinflussten Spalt ersetzt werden. Der Dx uck im Ringraum 22 würde dann nur durch die Änderung der Weite des Eintrittsspaltes 19 gesteuert.
Das erfindungsgemäss ausgebildete Dich tungssystem kann nicht. nur, wie gezeigt, bei Turbinen, sondern auch bei Pumpen ange wendet werden. Insbesondere ist auch dessen Anwendung bei mehrstufigen Pumpen, welche verhältnismässig dünne Wellen aufweisen, und daher leicht zu Schwingungen neigen können, von Vorteil.