DE2249974C3 - Vorrichtung zum Verschließen der Wellendurchführung an Strömungsmaschinen während ihres Stillstandes, wie Turboverdichter oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verichließen der Wellendurchführung an Strömungsmalchinen während ihres Stillstandes, wie Turboverdichter ©der dergleichen, mit einem in einem Maschinengehäule umlaufenden, fliegend angeordneten Laufrad, dessen Nabe auf der der Welle abgewandten Seite geschlossen ist, sowie einem an einem ortsfesten Gehäuseteil geführten, koaxial zum Laufrad durch ein Druckmittel bewegbaren Ringkolben, welcher eine Dichtungsfläche aufweist, die an eine am Laufrad vorgesehene Dichtungsfläche anlegbar ist.

Bekanntlich muß der Arbeitsraum einer Einrichtung, in dem schädliche aggressive, brennbare oder giftige Medien anwesend sind, insbesondere einer Strömungsmaschine, wie z. B. Turboverdichter, auch bei Stillstand, 1. B. bei der Demontage der Rotorwelle bzw. der dazugehörigen Lagerdichtungselemenie, von der Atmo· iphäre hermetisch abgetrennt sein. Außer den Sicherheitsgründen ist die hermetische Abtrennung der Maschine vom Verfahrensraum der ganzen Anlage auch ■us Betriebsgründen erforderlich. Häufig sind nämlich an einem das schädliche Medium enthaltenden Verfall rerisräum mehrere Maschinen angeschlossen, so daß bei der Demontage einer Maschine der Verfahrensraum evakuiert werden müßte, was den Ausfall sämtlicher angeschlossener Maschinen bzw, ein Abstellen der ganzen Verfahrensanlage bedeuten würde.

Aus der DE-AS 12 39 15ff ist eine Verbindung zur

Stillstandsdichtung und bremsung für Turbomaschinen bekannt. Es handelt sich insbesondere um Turbomaschinen, die an einem gemeinsamen Arbeitsmittelkreislauf angeschlossen sind. Die bekannte Vorrichtung ermöglicht, eine oder mehrere Maschinen außer Betrieb zu setzen, wenn z. B. ' Jberholungsarbeiten ausgeführt werden sollen, während die anderen Maschinen weiterlaufen. Die Vorrichtung weist zwei Stillstandsdichtungen auf; die eine Dichtung ist durch die entsprechenden Stirnflächen eines axial verschiebbaren Dichtungsrings und des Laufrades gebildet, während die zweite Stillstandsdichtung durch die entsprechenden Stirnflächen des Gehäuses eines an der axial verschiebbaren Laufradwelle geformten Bundes gebildet ist. Der Raum zwischen den beiden Stillstandsdichtungen, der Welle und dem Maschinengehäuse dient als Sperrmittelraum.

Diese bekannte Anordnung ermöglicht jedoch nicht den Ausbau der Welle bzw. der dazugehörigen Lager und Dichtungen, denn die Welle selbst bildet eine Abdichtungsfläche. Sollte die Welle doch ausgebaut Werden, ist kein Sperraum mehr Vorhanden. Dies ist ein beträchtlicher Nachteil dieser bekannten Vorrichtung, denn es sind eben die Lager und Dichtungen der Läufrädwelle, die am meisten einem Verschleiß ausgesetzt sind. Deshalb muß die Welle in verhältnismäßig kurzen Zeitabständen demontiert werden.

Bekannt ist Weiterhin eine Vorrichtung (FR-PS

12 37 156), die den Ausbau der Rotorwelle eines Turboverdichters ermöglicht, wobei der Arbeitsraum des Verdichters von der Atmosphäre hermetisch abgetrennt bleibt.

Die Vorrichtung weist eine Büchse auf, die mit dem i Gehäuse lösbar verbunden ist. Die Büchse nimmt eine Hohlwelle auf, gegenüber welcher sie mit einer Labyrinthdichtung abgedichtet ist. An dem Gehäuse ist ein anpreQbarer Ring geführt, der in Richtung vom Laufrad weg von piner am Gehäuse abgestützten Feder m beaufschlagt wird. Der Ring liegt in Betriebsstellung an einem Dichtring an, der mit dem Laufrad verbunden ist. Die Büchse ist weiterhin mit einem zweiten Dichtungsorgan versehen, das mit einem am Laufrad angeordneten Dichtring dichtend zusammenwirkt.

Als weitere Abdichtungsmittel sind noch ein weiterer Ring und ein Vorsprung am Laufrad vorgesehen, die eine dritte Abdichtanordnung darstellen.

Schließlich ist noch ein weiteres Paar von Abdichtmitteln und darüber hinaus noch eine zusätzliche Dichtung erforderlich, um die Funktion der Anordnung zu ermöglichen.

Soll die Rotorwelle ausgebaut werden, rr.üssen vorerst zur Herstellung der Dichtheit bzw. zur Lösung der Welle erhebliche, mit der Abnahme der massiv ausgeführten und sehr komplizierten Büchse verbundenen Arbeiten durchgeführt werden.

Zur Sicherung der Dichtigkeit zu Beginn des Ausbaues der Büchse, d. h. wenn die Stillstandsdichtungen nicht mehr und die weiteren Dichtungen noch nicht jn zusammenwirken muß noch die zusätzliche Dichtanordnung vorgesehen werden, da sonst die Gefahr besteht, daß die Gase doch aus dem Verdichter entweichen.

Somit sind bei der Vorrichtung nach der FR-PS 12 37156 insgesamt vier Dichtanordnungen erforderlich, um die angestrebte Wirkung zu erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verschließen der Wellendurchführung an Strömungsmaschinen während ihres Stillstandes in « der Weise zu verbessern, daß eine hermetische, kontrollierbare und leicht herstellbare Abtrennung des Verfahrensraumes bei Stillstand der Strömungsmaschine auch bei einer Demontage, insbesondere beim Ausbau der Laufradwelle bzw. der dazugehörigen Lager- und Dichtungselemente gewährleistet wird, und darüber hinaus beim Ausbau der Welle das Laufrad in einer Posi'ion zentriert abgestützt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Ringkolben durch das Druckmittel gegen die Anpreß· jo kraft einer Druckfeder in Richtung vom Laufrad weg bewegbar ist, daß die am Laufrad und am Ringkolben vorgesehenen Abdichtorgane beim Arbeitshub des Ringkolbens vor Zurücklegen des vollen Arbeitshubes zur Anlage kommen und daß die an dem Gehäuseteil « und dem Laufrad zusammenwirkenden Abdichtorgane gleichzeitig eine Stütz- und Zentrieranordnung bilden, die in Wirkung tritt, wenn bei Aufrechterhaltung der den Arbeitshub bewirkenden Kraft das Laufrad beim Ausbau der Laufradwelle zur Ausführung einer «1 Axialbewegung frei kommt. Bei der Demontage der Welle wird die Abdichtung des Arbeitsraumes gegenüber der Umgebung schlagartig Wirksam, sobald der Kolben betätigt wird. Die erstrebte Wirkung wird bei einem sehr einfachen Aufbau der Vorrichtung erzielt. Durch das Verbleiben des Laufrades im Gehäuse während der Demontage werden erhebliche Arbeitszeitersparnisse erreicht, wet;" sonst der Ausbau des Laufrades mit weitgehenden Demontagearbeiten an der Maschine verbunden sind. Die Laufradwelle kann ausgebaut werden, wobei der Sperrauni zwischen Laufrad und Gehäuse bestehen bleibt. Das Laufrad wird in zentrischer Position abgestützt. Somit kann die Demontage der Welle bzw. der Lager oder Dichtungen ohne erhebliche Demontagen am Maschinengehäuse ausgeführt werden. Nach einem weiteren Eriindungsmerkmal ist an der dem Gehäuse zugewandten Innenseite der Ringrippe ein Dichtring vorgesehen, und an der dem geschlossenen Laufradende zugewandten Innenseite der Rippe ist eine entsprechende Nut ausgeführt.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn an der dem Gehäuse zugewandten Innenseite der Ringrippe eine Nut vorgesehen ist und an der dem geschlossenen Laufradende zugewandten Innenseite der Rippe eine entsprechende Rippe ausgeführt ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind der Ringkolben und dessen Abdichtungen im Gehäuse derart angeordnet, daß zum Lagp ausgleich der Dichtungsflächen der Dichtclcrncntc bciüi Anlegen der Ringrippe an das Laufrad der Ringkolben in geringen Grenzen kippbewegbar ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht die zwischen Gehäuse und Laufrad vorgesehene dichtende, stützende und zentrierende Anordnung aus einem Dichtring und einer entsprechenden Nut.

Erfindungsgemäß ist die am Laufrad angeordnete Ringrippe durch eine am Laufrad befestigte kreisringförmige Platte gebildet.

Die am Ringkolben angeordnete Ringrippe ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung durch einen Absatz gebildet.

Vorteilhafterweise ist der beim Anlegen der gegeneinander gerichteten Stirnflächen des Gehäuses und des Laufrades zwischen diesen letzteren und dem Ringkolben entstandenen Raum über einen Kanal mit einer Vorrichtung zur Kontrolle der Dichtheit bzw. mit eher Zuleitung für ein Durchspül- oder Sperrmedium verbunden.

Es is. zwar aus der CH-PS 4 11 208 ein Umwälzgebläse für eine Kernreaktoranlage bekannt, dessen Aufbau die Demontage der Wellendichtung und der Lager während des Betriebes der Reaktoranlage ermöglicht. Hierbei bilden die an dem Gehäuseteil und dem Laufrad zusammenwirkenden Abdichtorgane gleichzeitig eine Stütz- und Zentrieranordnung. Die auf die Demontage gestellten Anforderungen können jedoch nur dann erfüllt werden, wenn in dem ganzen System Überdruck vorhanden ist. der im Innenraum auf das Laufrad einwirkt. Falls kein Überdruck im Raum vorhanden ist. muß ein Druckmittel über <;ine vorhandene Zylinder-Kolben-Ffiiheit eingeleitet werden. Hierbei kann jedoch nicht gewährleistet werden, daß in der Anfangsphase der Bewegung des I agerhalters aus dem Gehäuse heraus ein Teil des Arbeitsmittels entweichi, was unter Umständen sehr gefährliche Folgen haben kann. Übrigens ist - um den Lagerhalter verschieben zu können — eine teilweise Demontage des Gehäuses erforderlich, Somit kann die Vorrichtung nach der CH-PS 4 11 208 die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht erfüllen.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Axial-Schnitt dargestellt.

Mit 1 ist das Laufrad eines Radialverdichters bezeichnet, 2 sind die Schaufeln, Am Laufrad ist eine Stifnölatte 3 mit einer rineförmieen Nut 4 vorgesehen.

welche gegen das freie Ende <les Lauffades I hifi gerichtet ist. Koaxial zum Laufrad i ist eine hohle Welle 5 angeordnet. In dem Wellenhohlraum ist ein ein langer Bolzen 9 angeordnet der an seinem freien Ende mit einem Gewinde 11 versehen ist. Der Bolzeri 9 ist einenerids in den Körper des Lauffades 1 und andernends in die WeÜe5 eingeschraubt. Das Laufrad 1 ist mit der Laufradwelle 5 über eine Kupplungsverzahnung 13 lösbar verbunden und nach def Lösung von der Welle 5 gegenüber dem Maschinengehäuse 14 axial bewegbar.

Die Wellenlager sowie die Betriebsdichtungen sind in einem abbaubaren Lagerträger 15 untergebracht. Im Gehäuse 14 ist ein freier kreisringförmiger Raum 16 vorgesehen, in welchen eine Hülse 17 eingreift, die an dem rotorseitigen Ende mit einem Absatz 18 versehen ist. An der Innenseite des Absatzes 18 sitzt ein Dichtring 19. Der Dichtring 19 greift in Schließstellung abdichtend in die an der Stirnplatte 3 vorgesehene Nut 4 ein. Die Hülse 17 ist an ihrem von dem Laufrad 1 abgewandten Ende mit einem Kolben 20 einer druckmittelbetätigten Zylinder-Kolben-Anordnung befestigt, der in einem im Gehäuse 14 ausgebildeten Zylinderraum 21 arbeitet. In der in der Zeichnung dargestellten Lage befindet sich der Kolben 20 in seiner Grenzlage, in der er auf einem an der Innenwand des Zylinderraums 21 vorgesehenen Absatz aufliegt und durch die Anpreßkraft einer Feder 22 in seiner unteren Lage gehalten wird. Die Feder 22 ist am Boden eines Blindlochs, das im Lagerträger 15 vorgesehen ist. abgestützt. Die Stirnwand 24 des Gehäuses 14 dient als Träger eines Dichtringes 25, der in Schließstellung abdichtend in eine an der Stirnseite des Laufrades 1 angeordnete Nut 26 eingreift. Die zueinander entgegengesetzt gerichteten Nuten 4 und 26 sowie die Dichtringe 19 und 25 sind zur Laufradwelle 5 koaxial angeordnet.

Der Zylinderraum 21 ist gegenüber dem kreisringförmigen Raum 16 durch einen Membranbalg 27 abgedichtet, der einenends an dem Kolben 20 und andernends am Zylinderboden befestigt ist. Der Zylinder 21 ist durch einen Kanal 28, der im Gehäuse 14 vorgesehen ist, an eine nicht dargestellte Druckgaslei-

Gehäuse 14 gebohrten Kanal 29 an eine nicht dargestellte Vorrichtung zur Kontrolle der Dichtheit bzw. eine Sperr- oder Spülgasleitung anschließbar.

Die Arbeitsweise der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung ist wie folgt: Bei der Demontage im Stillstand soll die Laufradwelle 5 samt Lagerträger 15 ausgebaut werden. Dazu wird über den Kanal 28 Druckgas in den Zylinderraum 21 geleitet. Der Druck im Zylinderraum 21 überwindet die Druckkraft der Feder 22. und der Kolben 20 bewegt sich gemäß der Zeichnung nach links. Dabei kommt der an der Hülse 17 angeordnete Ring 19 zur Anlage mit def in der Stirnplatte 3 Vorgesehenen Nut 4. Anschließend wifd def Bolzen 9 mit dem Gewinde 11 aus der Welle 5 ι herausgeschraubt, so daß die Welle 5 vom Lauffad 1 abgetrennt wird. Weil def Druck im Zylinderraum 21 andauert, wird der Kolben 20 und somit auch die Hülse 17 weiter nach links verschoben, Die Hülse 17,· die mit der mit dem Laufrad 1 verbundenen, den Dichlring 19

ίο tragenden Stifnplatte 3 in Wirkverbindung steht, nimmt bei ihfer Bewegung das Laufrad 1 mit, bis die an def Stirnseite des Laufrades vorgesehene Nut 26 mit dem an der Stirnwand 24 des feststehenden Teils angeordneten Dichtring 25 zur Anlage kommt. Somit wird der Arbeitsraum des Verdichters gegen die Außenatmosphäre an den zwei Stellen abgedichtet, an welchen die an dem Laufrad vorgesehenen Anlageflächen, d. h. Nuten 4 und 26, mit den an dem feststehenden Teil angeordneten Dichtelementen, d. h. Dichtringen 19 und

ω 25. zusammenwirken.

In dem Raum 16, der sich zwischen den Dichtungsstellen erstreckt, wird durch den in den Raum 16 mündenden Kanal 29 ein Spülgas eingeleitet, das nach der Durchspülung des Raumes 16 wieder entfernt wird.

Der Kanal 29 wird dann mit einer Einrichtung zur Kontrolle der Dichtheit, z. B. einem Manometer, verbunden oder mit einem Sperrgas höheren Drucks beschickt.

Der Di «ck im Zylinderraum 21 bleibt während des

3d ganzen Ausbaues sowie Wiedereinbaues der Welle mit Lagern und Dichtungen aufrechterhalten, so das das Laufrad 1 ständig gegen das Gehäuse. 14 angedrückt und gleichzeitig mit Hilfe von Nuten 4 und 26 sowie Dichtringen 19 und 25 in seiner Lage zentriert gehalten wird.

Nach dem Wiedereinbau der neuen Teile wird die Welle 5 mit Hilfe des Bolzens 9 über die Kupplungsverzahnung 13 mit dem Laufrad 1 wieder fest verschraubt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht einen

leichten Austausch der rotierenden Bestandteile einer Strömungsmaschine, welche durch den Einfluß einer aggressiven Umgebung einem höheren Verschleiß unterliegen, ohne Hen Rplriph Aer onmpn Vprfahrpncanlage unterbrechen zu müssen. Zugleich verhindert die Vorrichtung eine Entweichung von schädlichen Gasen, die das Bedienungspersonal bedrohen würden, oder — bei Vakuumbetrieb — das Eindringen von Luft.

Die Einrichtung, die einfach und zuverlässig ist, erfordert keine wesentliche Erhöhung der Herstellungskosten bei Strömungsmaschinen. Sie ist stets sofort einsatzbereit und gewährleistet eine ständige Kontrolle der Dichtheit während der Montage.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verschließen der Wellendurchführung an Strömungsmaschinen während ihres Stillstandes, wie Turboverdichter oder dergleichen, mit einem in einem Masohinengehäuse umlaufenden, fliegend angeordneten Laufrad, dessen Nabe auf der der Welle abgewandten Seite geschlossen ist, sowie einem an einem ortsfesten Gehäuseteil geführten, koaxial zum Laufrad durch ein Druckmittel bewegbaren Ringkolben, welcher eine Dichtungsfläche aufweist, die an eine am Laufrad vorgesehene Dichtungsgegenfläche anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (20,17) durch das Druckmittel gegen die Anpreßkraft einer Druckfeder (22) in Richtung vom Laufrad (1) weg bewegbar ist, daß die am Laufrad und am Ringkolben vorgesehenen Abdichtorgane (4, 19) beim Arbeitshub des Ringkolbens vor Zurücklegen des vollen Arbeitshubes zur Anlage komme»! und daß die i»n dem Gehäuseteil (14) und dem Laufrad zusammenwirkenden Abdichtorgane (25, 26) gleichzeitig eine Stütz- und Zentrieranordnung bilden, die in Wirkung tritt, wenn bei Aufrechterhaltung der den Arbeitshub bewirkenden Kraft das Laufrad beim Ausbau der Laufradwelle (5) zur Ausführung einer Axialbewegung frei kommt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Gehäuse (14) zugewandten Innenseite der Ringrippe (18) ein Dichtring (19) vorgesehen ist und an der dem geschlossenen Laufradende zugewandten Innenseite der Rippe (3) eine entsprechende Nut (4) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Geiiäjse (14) zugewandten Innenseite der Ringrippe (18) eine Nut vorgesehen ist und an der dem geschlossenen Laufradende zugewandten Innenseite der Rippe (3) eine entsprechende Rippe vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (20, 17) und dessen Abdichtungen im Gehäuse (14} derart angeordnet sind, daß zum Lagenausgleich der Dichtungsflächen der Diohtelemente (4, 19) beim Anlegen der Ringrippe (18) an das Laufrad (1) der Ringkolben (20, 17) in geringen Grenzen kippbewegbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Gehäuse (14) und Laufrad (1) vorgesehene dichtende, stützende und zentrierende Anordnung aus einem Dichtring (25) und einer entsprechenden Nut (26) besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am Laufrad (1) angeordnete Ringrippe durch eine am Laufrad befestigte kreisringförmige Platte (3) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ringkolben (20, 17) angeordnete Ringrippe durch einen Absatz (18) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß der beim Anlegen der gegeneinander gerichteten Stirnflächen des Gehäuses (14) und des Laufrades (1) zwischen diesen letzteren und dem Ringkolben (20, 17) entstandene Raum über einen Kanal (29) mit einer Vorrichtung zur Kontrolle der Dichtheit bzw. mit einer Zuleitung für ein Durchspül- oder Sperrmedium verbunden ist.