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Dichtung, bestehend aus einem Graphit oder Graphitkohlering mit metallischem
Mantel . Zusatz zum Patent 704 578
Die - Erfindung bezieht sich .auf eine
Labyrinthdichtung; insbesondere an Gas- und Dampfturbinen. Sie besteht darin, daß
Graphit- oder Graphitkohleringe mit metallischem Mantel gemäß Patent 704 578 für
Labyrinthdichtungen verwendet werden, in denen der sich drehende, mit ringförmigen
Kämmen versehene Mas.chinenteil mit seinen Kämmen die am feststehenden Maschinenteil
sitzenden ummantelten Graphitkohleringe gerade berührt. Da Kohle sich bekanntlich
bei der Erhitzung praktisch nicht ausdehnt, so war man bisher gezwungen, zur Schaffung
derartiger Dichtungen so zu verfahren, daß die an dem sich drehenden Maschinenteil
sitzenden ringfärrnigen Kämme von vornherein mit den ihnen ggg@enüb:erstehenden
ruhenden Kohleringen bei gewöhnlicher Temperatur gerade in Berührung standen und
sich dann bei der Wärmeausdehnung des sich drehenden Maschinenteils und der ringförmigen
Kämme in die Innenflächen der Kohleringe eingruben. So konnte zwar erreicht werden,
daß bei den auftretenden Höchsttemperaturen der Maschine eine vollkommene Abdichtung
erzielt wurde; bei Sinken dieser Temperaturen aber und der dadurch bedingten Schrumpfung
der sich drehenden Metallteile traten im Betriebe feine Spalte auf; die trotz ihrer
Feinheit bei den zur Verwendung kommenden sehr hohen Drucken beträchtliche Undichtig
.keiten zur Folge haben mußten.
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Diesem Übelstand wird durch die Erfindung abgeholfen. Wie im Hauptpatent
704 578 auseinandergesetzt, ist es möglich, Graphitkohleringe von größeren Dimensionen,
als ihrem Metallmantel bei normaler Temperatur entspricht, in diesen einzufügen,
wenn der Metallmantel zuvor durch Erhitzung so weit ausgedehnt wird, daß nun der
Graphitkohler ing in ihn hineinp.aßt. Bei der Zusammenziehung des Metallmantels
wird dann, wie sich gezeigt hat, der Graphitkohlering ohne Zerstörung entsprechend
der Schrumpfung des Metallmantels zusammengepreßt. Bei erneuter Erhitzung des Metallmantels
dehnt sich dann der Graphitköhlering wieder aus, er folgt hierbei ,also der Ausdehnung
des Metallmantels. So wird daher erreicht, daß der sich: eigentlich unter der Hitzewirkung
nicht ausdehnende Graphitkohlering nun der Ausdehnung des Metallmantels vollständig
folgt und bei dess en erneuter Schrumpfung auch wiederentsprechend zusammengedrückt
wird.
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Wählt man nun für den Mantel des Graphitkohleringes ein Material mit
dem gleichen oder annähernd gleichen Wärm.eaus.dehnungskoeffizienten, den der sich
drehende Maschinenteil mit seinen Dichtungskämmen besitzt, stellt man vorzugsweise
also jenen Man.
tel aus dem gleichen Material her wie diese: und
bemißt man den Graphitk ohlering so, daß er bei einer über der Arbeitstemperatur
der Maschine liegenden Temperatur gerade in seinen Mantel hineinpaßt, so erreicht
man, daß der sich drehende Maschinenteil mit seinen Zinken oder Kämmen und der Graphitkohlering
mit seinem Mantel sich in der Hitze in vollkommen gleichem Maße ausdehnen und beim
Abkühlen wider zusammenziehen. Stehen nun die Kämme oder Zinken des sich drehenden
Maschinenteils anfangs mit der Innenfläche des ummantelten Graphitkohleringes gerade
in inniger Berührung; so bleibt dieser Zustand in diesem Falle .auch in der Hitze
bestehen, mit anderen Worten, es bleibt hier die Abdichtung durch die Linienberührung
zwischen den sich drehenden Kämmen und der Innenfläche des Kohleringes bestehen,
ohne daß jene Metallkämme sich in diesen Kohl:erin g eingraben. Die gleiche Berührung
bleibt aber auch bei Abkühlung der Maschinenteile, .aufrechterhalten, und die bei
den bekannten Einrichtungen in diesem Falle auftretenden feinen Spalte, die zu Undichtigk
esten Veranlassung geben, entstehen nicht.
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Da man bei Dampfturbinen u. dgl. ungeteilte Dichtungsringe nicht verwenden
kann, so müssen die gemäß der Erfindung anzuwendenden ummantelten Graphitkohleringe,geteilt
sein, d. h. aus mindestens zwei Teilen bestehen. Durch die Zusammensetzung des ummantelten
Ringes aus Teilstücken wird aber gleichzeitig die Einfügung der Graphitkohleringe
in ihren Mantel erleichtert, und ,es ward dadurch die Möglichkeit gegeben, die Teilstücke
der Kohleringe mittels Unterschnei--dungen in ihren Mänteln festzuhalten, da die
-liohleteilstücke von den Stirnenden her in die Mantelsegmente eingeschoben werden
können.
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In der Zeichnung sind Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar -zeigt - Fig. i einen Schnitt durch einen ummantel--ten
Graphitkohlering, Fig. - einen entsprechenden Schnitt durch einen Teil eines ähnlichen-Ringes,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Ausführung,-form des geteilten Ringes und Fig.4
eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des geteilten Ringes.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. i besteht der Graphitkohlering
b aus einem dickeren und einem abgesetzten verjüngten Teil, während der Metallmantel
a am Innenrand mit einem nach innen gerichteten rechtwinkligen Flansch c versehen
ist, der den dickeren Teil des Graphitkohleringes b an dem Absatz untergreift. An
der zylindrischen Außenfläche ist der Metallmantel a -mit Spitzen oder Zinken d
versehen zwecks Anpassung bzw. Befestigung desselben im Stopfbüchsen .gehäuse bzw.
im Leitscheibenboden der Turbine.
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Die Einfügung der Teilstücke des Graphitkohleringes b in die entsprechenden
Teilstücke des Metallmantels a erfolgt gemäß der Erfindung in der Weise, daß der
Metallmantel,a, der zweckmäßig aus dem gleichen Material besteht wie die der Wärmeausdehnung
unterworfenen, sich drehenden Teile der betreffenden Maschine, elektrisch oder auf
andere Weise auf eine Temperatur erhitzt wird, die weit über der Arbeitstemperatur
der betreffenden Maschine (Turbine o. dgl.) liegt. Hierauf wird von der offenen
Stirnseite des Metallmantels a her ein Graphitkohleteilstück b, welches bei dieser
Temperatur gerade in das Teilstück des Mantels a hineinpaßt, eingeschoben. Kühlt
sich dann der Metallmantel a wieder ab, so wird gleichzeitig das in ihn eingesetzte
Kohleteilstück b entsprechend zusammengepreßt.
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Bei dem Einschieben des Kohleteilstücks in den Metallmantel kann man
entweder so verfahren, daß die Enden von Kohle- und Manteltells,tück zueinander
bündig liegen und daher die .sich zum Ring ergänzenden Teilstücke in der aus Fig.3
ersichtlichen Weise stumpf zusammenstoßen. Oder man kann auch so vorgehen, da.ß
das Kohleteilstück b am einen Ende ein Stück weit über das Mantelteilstück a hinaussteht,
während es dann am andern Ende um ein entsprechendes Stück dagegen zurücksteht,
derart, daß bei Zusammenfügung von in diesem Sinne gleichartig ausgebildeten Teilstücken
an den Stoßstellen Überlappungen gebildet werden, wie .dies, Fig.4 veranschaulicht.
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Statt den dickeren Teil des Kohleteilstücks b i absatziveisie in seinen
dünneren Teil übergehen zu lassen, wie es Fig. i veranschaulicht, kann man den Übergang
auch allmählich erfolgen lassen und zu diesem Zweck die Nut des Mantelteilstückes
a' (Fig. z) schwalben- i schwanzförmig ausbilden. Auch in diesem -Falle muß natürlich
das Kohleteilstück b' genau in den entsprechend hocherhitzten Mantel a' eingepaßt
werden.
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Das Einsetzen der ummantelten Graphitakohleringe a, b in das Stopfbüchsengehäuse
.bzw. den Leitscheibenboden der Maschine kann in beliebiger Weise erfolgen. Ebenso
ist die Ausbildung und Anordnung der ringförmigen Zinken :oder Kämme an dem sich
drehenden Maschinenteil beliebig. Daher sind diese Teile hier nicht veranschaulicht
worden.
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Infolge der Anordnung der Spitzen oder Zinkend an der Außenfläche
der Metallmäntel a wird eine leichte Anpassung an das betreffende Stopfbüchsengehäuse
oder den Bodenermöglicht, indem an Ort und Stelle
eine Ausdrehung
im Drehbankfutter auf Paßsitz für die Ringkämme des rotierenden Maschinenteils vorgenommen
wird. g. Labyrinthdichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel
des Graphitkohleringes -aus. Material mit dem gleichen oder ,annähernd gleichen
Wärme.ausdehnungskoeffizienten bestehtwie; der sich drehende Maschinenteil und seine
Dichtungskämme.
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q.. Labyrinthdi,chtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß
die Graphitkohleteilstücke in ihren Mantelteilstücken durch Unterschn@eidungen o.
dgl. festgehalten sind.
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5. Labyrinthdichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß
die Graphitk.ohleteils.tücke an den Stirnflächen über ihre Mantelteilstücke ein
Stück weit hinaus bzw. entsprechend gegen diese zurückstehen, derart, daß bei der
Zusammensetzung der Teilstücke zum Ring Überlappung:en an den Stoßstellen gebildet
werden.