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Wellendichtung für Dampf- oder Gasturbinen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Wellendichtung für Dampf- oder Gasturbinen, die durch eine Mehrzahl von
mit Dichtungskanten versehenen umlaufenden und stillstehenden Ringeh gebildet wird.
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Es ist bekannt, in Dampf- oder Gasturbinen, beispielsweise gegenläufigen,
radial beaufschlagten Turbinen, eine Wellendichtung in der Weise auszubilden, daß
eine Mehrzahl von mit Dichtungskanten versehenen stillstehenden und umlaufenden
Ringen vorgesehen ist,- von welchen die umlaufenden Ringe zwischen einem Anschlag
an der Welle und einem gegen einen auf der 'anderen Seite liegenden Anschlag sich
abstützenden federnden Glied eingespannt sind.
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Diese Dichtungen reichen für niedrige Drücke, beispielsweise von _5
ata, aus, nicht aber für die inneuzeitlichen Turbinen oft angewandten höheren Drücke,
beispielsweise von 3o bis q.o ata und mehr. Die Eifindung bezweckt, eine Hochdruck
wellendichtung zu schaffen, bei der' insbesondere der Durchtritt von Treibmittel
zwischen Turbinenwelle und umlaufenden Dichtungsringen weitgehend verhindert wird,
und erreicht dies dadurch, daß bei einer Wellendichtung der oben gekennzeichneten
Art die Dichtung in eine- Mehrzahl von .in Reihe geschalteten, - j e eine Vielzahl
von Dichtungsringen enthaltenden Dichtungsringgruppen unterteilt ist und daß die
aneinandergrenzenden Endflächen der auf der Welle sitzenden Dichtungsringe mit zylinderförmigen,
einander-übergreifenden Vorsprüngen versehen sind; wobei der Vorsprung jedes Dichtungsringes
von höherer Temperatur innerhalb. des damit in Verbindung stehenden Vorsprunges
des Dichtungsringes von geringerer Temperatur liegt.
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Dabei wird in weiterer Ausbildung der Erfindung die unter höchster
-Temperatur liegende
Gruppe mit einem Endring gegen einen festen
Wellenanschlag und mit dem entgegengesetzten Endring gegen ein die Summe aller Längsdehnungsspannungen
aufnehmendes federndes Glied zur Anlage gebracht, während die nachgeschalteten,
unter geringeren Temperaturen liegenden Dichtungsringgruppen mit ihren entsprechenden
Endringen zwischen festen-Wellenanschlägen einerseits und gegen den Endring der
jeweils vorgeschalteten Gruppe sich abstützenden Federgliedern andererseits eingespannt
sind, -Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die
einen lotrechten Schnitt durch die Hälfte einer Wellendichtung einer gegenläufigen
Dampfturbine zeigt.
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In der Zeichnung bezeichnet z die eine Turbinenwelle: Auf dem Teil
A dieser Welle sind mit Hilfe einer Feder 2 drei umlaufende Dichtungsringe 3, 4,
5 befestigt, von denen jeder einen radialen Teil3', 4' bzw. 5' besitzt. Von diesen
radialen Teilen erstrecken sich in axialer Richtung Vorsprüge 6, die Dichtungsstreifen
7 tragen, welche derart mit Vorsprüngen 8 zusammenwirken; daß sie, ohne mit den
genannten Vorsprüngen in unmittelbare Berührung zu kommen, den Ilurchtritt von Dampf
soviel wie möglich drosseln. Die Vorsprünge 8 sind an radialen Teilen g' und =o'
von feststehenden Ringeng bzw. zo angebracht und sind-- mit Dichtungsstreifen =i
versehen, die gegen die Vorsprünge 6 der umlaufenden Ringe dichten: Die Dichtungsringe
g und zo sind mit einem feststehenden Teil 12 der Turbine verbunden.
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Um den Durchtritt von Dampf durch die unvermeidlichen Spielräume zwischen
der Feder 2 und den damit in Verbindung stehenden Teilen der Welle und der Dichtungsringe
zu erschweren, erstreckt sich der rechte Endteil Z3. des Dichtungsringes 5 dichtend
in eine in der .Welle i vorgesehene ringförmige Nut 14- Mit .Hilfe einer Feder 15
werden die Endflächen der umlaufenden Dichtungsringe in fester Berührung miteinander
gehalten und der Teil =3 des Dichtungsringes 5 fest gegen die Nut 14 gedrückt, wodurch
der Durchtritt von Dampf zwischen den aneinandergrenzenden Flächen der Dichtungsringe
und zwischen dem Dichtungsring 5 und der Turbinenwelle soweit wie möglich verhindert
wird.
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In Reihe hinter der beschriebenen Dichtung ist eine Niederdruckdichtung
angeordnet, die auf dem Teil B der Turbinenwelle angebracht ist, dessen Durchmesser
größer ist als der Durchmesser des Teiles A. Die Niederdruckdichturig enthält umlaufende
Dichtungsringe Z6, 17 und 18 sowie feststehende Dichtungsringe i9, 2o und
21, die ebenfalls mit Dichtungsgliedern versehen sind, die in der gleichen Weise
angeordnet sind und ebenso arbeiten wie die Dichtungsglieder der beschriebenen Hochdruckdichturig.
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Der rechte Endteil 22 des Dichtungsringes 18 greift dichtend in eine
in der Turbinenwelle vorgesehene Nut 23 ein. Mit Hilfe einer zwischen demDichtungsring
5 der liochdruckdichtungund dem Dichtungsring 16 der Niederdruckdichtung angeordneten
Feder 24 werden die Dichtungsringe der Niederdruckdichtung nach rechts gedrückt
und in dichter Berührung miteinander gehalten. Die Spannung der Feder 24 ist geringer
als diejenige der Feder =5, so daß der Teil 13 des Dichtungsringes 5 sicher
in der Nut 14 gehalten wird. Die umlaufenden Dichtungsringe der Niederdruckdichtung
sind mit Hilfe einer Feder 7,5 auf der Turbinenwelle befestigt.
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Der Dampf tritt von der linken Seite her in die Wellendichtung ein
und strömt durch die kleinen Spielräume zwischen den Dichtungsblechen und , den
entsprechenden Vorsprüngen. der Dichtungsringe und verläßt, soweit er nicht vorher,
beispielsweise -bei 3o, abgenommen wurde, die Dichtung schließlich durch einen Kanal
26. Zwischen der Turbinenwelle und dem feststehenden Teil 27 sind Dichtungsstreifen
28 angeordnet. Der Raum 29 auf der rechten Seite dieser Dichtungsstreifen enthält
Luft, deren Druck etwas größer ist als der Druck des die Wellendichtung verlassenden
Dampfes, um zu verhindern, daß Dampf in den Raum 29 gelangt, der mit dem Lager der
Turbinenwelle in Verbindung steht. Durch einen Kana13i kann Dampf, der in der Wellendichtung
zum Teil entspannt wurde, angezapft werden, beispielsweise zwecks Erwärmung der
Radlabyrinthdichtung oder zwecks Mischung mit Niederdruckdampf in den Turbinenschaufeln
o. dgl.
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Im Betriebe der Turbine wird der durch die Wellendichtung fließende
Dampf gedrosselt, weshalb sein Wärmeinhalt auf der ganzen Länge der Wellendichtung
im wesentlichen unverändert bleibt, Die Temperatur der Wellendichtung nimmt daher
nur verhältnismäßig langsam von links nach rechts' ab. Andererseits ist die Temperatur
des Teiles A, B der Turbinenwelle auf der rechten Seite wesenlich geringer als auf
der linken Seite. Während also die Temperatur im linken Teil der Welle im wesentlichen
die gleiche ist wie die Temperatur in der Wellendichtung, herrscht zwischen der
Temperatur der Wellendichtung und des rechten Teiles der Turbinenwelle ein beträchtlicher
Unterschied. Infolge dieses Temperaturunterschiedes vergrößert sich der innere Durchmesser
der Dichtungsringe im Verhältnis zum Durchmesser der Turbinenwelle, weshalb die
Ringe nicht starr mit der Welle verbunden bleiben, sondern die Möglichkeit haben,
sich in radialer Richtung im Verhältnis zur Welle zu bewegen. Dies wird in folgender
Weise verhindert.
Die benachbarten Endflächen der umlaufenden Dichtungsringe
sind mit zylinderförmigen Vorsprüngen 33 und 34 versehen, die in entsprechende Ausnehmungen
der benachbarten Dichtungsringe eingreifen. Der auf der linken Seite eines Dichtungsringes
gelegene Vorsprung 33 hat einen größeren Durchmesser als der rechte Vorsprung des
benachbarten Dichtungsringes. Infolge dieser Ausbildung werden die Dichtungsringe
in gleichachsiger Lage reit derWelle.gehalten, und es wird die Bildung von Spielräumen
zwischen benachbarten Dichtungsringen verhindert, Lwie sich Laus folgender Überlegung
ergibt.
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Es wird beispielsweise der Dichtungsring 4 stärker erwärmt als derDichtungsring5.
Infolgedessen dehnt sich der Ring 4 in radialer Richtung etwas mehr aus als der
Ring 5, wodurch die äußere Fläche des Vorsprunges 34 des Ringes 4 fest gegen die
innere Fläche des- Vorsprunges 33' des Ringes 5 gedrückt wird. Die Dichtungsringe
werden in dieser Weise in fester Berührung miteinander gehalten, ohne daß sie die
Möglichkeit haben, sich in radialer Richtung gegenemander zu verschieben." Ein Durchtritt
von Treibmittel zwischen den Endflächen benachbarter Ringe wird nicht nur durch
das Anliegen der Endflächen der Vorsprünge 33 an den Gegenflächen verhindert, sondern
auch infolge der innigen Berührung zwischen den inneren und äußeren Flächen der
ineinandergreifenden Vorsprünge. Die Ausbildung und Wirkungsweise der Vorsprünge.
der umlaufenden Dichtungsringe der Niederdruckdichtung ist dieselbe wie diejenige
der Vorsprünge der Hochdruckdichtung, weshalb sich eine. nähere Beschreibung darüber
erübrigt.
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Hochdruckdampf, der zwischen den kleinen Spielräumen längs -der Feder
2 und durch die Dichtungsflächen zwischen 13 und 14 hindurchtritt, mischt sich mit
Dampf, der zwischen- den Teilen 5' und ig der Labyrinthdichtung fließt, wodurch
sein Druck wesentlich erniedrigt wird. Es strömt daher nur Niederdruckdampf durch
den Spielraum zwischen dem Wellenteil B und der inneren Fläche der dazugehörigen
Dichtungsringe 16, 17 und 18, die daher nicht dem Druck des Hochdruckdampfes ausgesetzt
werden.