DE699888C - Wellendichtung fuer Dampf- oder Gasturbinen - Google Patents

Wellendichtung fuer Dampf- oder Gasturbinen

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DE699888C
DE699888C DE1938A0087436 DEA0087436D DE699888C DE 699888 C DE699888 C DE 699888C DE 1938A0087436 DE1938A0087436 DE 1938A0087436 DE A0087436 D DEA0087436 D DE A0087436D DE 699888 C DE699888 C DE 699888C
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DE
Germany
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shaft
sealing
rings
seal
steam
Prior art date
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Expired
Application number
DE1938A0087436
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English (en)
Inventor
Alf Lysholm
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LJUNGSTROEMS ANGTURBIN AB
Original Assignee
LJUNGSTROEMS ANGTURBIN AB
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/44Free-space packings
    • F16J15/447Labyrinth packings
    • F16J15/4476Labyrinth packings with radial path
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCFLL; i. Wellendichtung für Dampf- oder Gasturbinen, die durch eine Mehrzahl von mit Dichtungskanten versehenen stillstehenden und umlaufenden Ringen gebildet wird, von welchen die letzteren zwischen einem Anschlag an- der Welle und einem gegen einen auf der anderen Seite liegenden Anschlag- sich abstützenden federnden Glied eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung in eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten, j e eine Vielzahl von Dichtungsringen (3, 4, 5 bezw. -16, 17, 18) 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.
  2. 2. Wellendichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß: die unter höchster Temperatur liegende Gruppe mit einem Endring (5) gegen einen festen Wellenanschlag (14) und mit dem entgegengesetzten Endring (3) gegen ein die Summe aller Längsdehnungsspannungen aufnehmendes federndes Glied (15) anliegt, während die nachgeschalteten, unter geringeren Temperaturen liegenden Dichtungsringgruppen mit ihren entsprechenden Endringen (18, 16) zwischen festen Wellenanschlägen (23) einerseits und gegen den Endring (5) der jeweils vorgeschalteten Gruppe sich abstützenden Federgliedern (24) andererseits eingespannt sind.
DE1938A0087436 1937-07-29 1938-07-12 Wellendichtung fuer Dampf- oder Gasturbinen Expired DE699888C (de)

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GB2408548A (en) * 2003-11-25 2005-06-01 Alstom Technology Ltd Finned seals for turbomachinery

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US2218203A (en) 1940-10-15

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