DE2354998A1

DE2354998A1 - Schwimmringdichtung

Info

Publication number: DE2354998A1
Application number: DE19732354998
Authority: DE
Inventors: Lothar Grimm; Dietrich Lambrecht; Helmut Muench; Erich Weghaupt
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1973-11-02
Filing date: 1973-11-02
Publication date: 1975-05-22
Also published as: CH583391A5; SE7413773L; US4012049A; SE418529B; DE2354998B2; USB519623I5

Description

JKRAi¹IWEHK: üiälOJi AKTl"E:S&E3ELLSCiiAFx^l 4350 Mülheim-Ruhr,

^ Wiesenstraße 35

Unser Zeichen: PA73/8926 Mes/Pl

¹ 1. NOV. 1973

Schwimmringdichtung

Die Erfindung "betrifft eine Schwimmringdichtung für umlaufende Wellen zur Abdichtung eines mit einer Flüssigkeit unter Überdruck gefüllten Raumes gegenüber einem Raum atmosphärischen Druckes, insbesondere bei llüssigkeitspumpen, mit einem den Schwimmring in: seiner radialen Lage stabilisierenden, gegen eine radiale Gehausewandung pressenden Druckmittel.

Schwiramringdichtungen, wie sie beispielsweise aus der I)¹X-AS 1 910 805 bekannt sind, werden im allgemeinen durch eine axial wirkende Feder gegen eine radiale Wandung des Dichtungsgehäuses gepreßt, um bei Wellenschwingungen ein Mitschwingen des Schwimmringes und damit eine Beschädigung der Berührungsflächen zwischen Schwimmring und Gehäusewand weitgehend zu verhindern. Dieser Anpreßdruck für den Schwimmring darf aber nicht so groß sein, daß sich bei Wellenverlagerungen der Schwimmring nicht mehr verschiebt und sich somit der neuen Wellenlage nicht mehr anpassen kann.

Da die Schwingungsübertragung und die dadurch bedingte Verstellkraft aber abhängig von der Drehzahl sind und mit wachsender Drehzahl zunehmen, muß auch bei höherer Drehzahl eine stärkere Haltekraft wirken. Diese Verstärkung der Haltekraft ist jedoch mit herkömmlichen Federn nicht zu erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schwimmringdichtung zu schaffen, bei der mit zunehmender Drehzahl auch eine zunehmende Haltekraft auf den Schwimmring wirkt..

Ausgehend von einer Schwimmringdichtung der eingangs beschriebenen Art ist zur Lösung der vorstehenden Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehen, daß als Druckmittel für den Schwimmring mindestens ein hydraulisch betätigter Kolben vorgesehen ist, der an eine Druckquelle mit einem proportional zur Drehzahl

509821/0388 - - 2 -

235499

PA 73/8926

ansteigenden Druck angeschlossen ist. Als Druckquelle kann 'dabei die Hochdruckkararaer. der Flüssigkeitspumpe selbst dienen. Durch, diese Anordnung wird durch Ausnutzung der Pumpenkennlinie eine der Drehzahl proportionale axiale Druckkraft am Schwimmring erzeugt.

Besondere Bedeutung kommt einer derartigen Dichtung bei Kühlmittelpumpen für flüssigkeitsgekühlte Läufer von iurbögeneratoren zu, die mit 3000 oder 3600 Umdrehungen betrieben werden, Wegen der hohen Pumpendrehzahl der zur Kühlung des Generators erforderlichen großen Kühlraittelraengen, sowie der wegen des zentralen Läuferkanals von normalen Kreiselpumpen abweichenden Verhältnissen atn Putnpenradeintritt treten Kavitations— Schwierigkeiten auf, denen durch einen erhöhten "vordruck entgegengewirkt werden muß. Durch diesen erhöhten Vordruck ergeben sich auch Abdichtungsschwierigkeiten an der Welle, die mit herkömmlichen berührungafreien Dichtungen nicht gelöst werden können. Daher ist erfindungsgemäß v/eitejr_ vorgesehen, daß bei Kühlmittelpumpen für flüssigkeitsgekühlte -Läufer von Turbogeneratoren die Schwimmringdichtung in der G-ehäusewandung zwischen der Kühlwasseraustrittskammer und der benachbarten Spaltwasserkammer angeordnet und die den Kolben beaufschlagende Hydraulikleitung an die Hochdruckkammer der Kühlmittelpumpe einerseits und an eine Hilfspumpe zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Druckkraft bei uiurnbetrieb des ü-enerators angeschlossen ist.

Die eigentliche Dichtung ist dabei so aufgebaut, daß der Schwimmring an einem iinde einen radialen Flansch aufweist, dessen eine Flanke über einen umlaufenden Vorsprung an einem abnehmbaren Dichtungsgehäusering anliegt und auf dessen andere Flanke mehrere, axial verschiebbar angeordnete Kolben einwirken, deren Hydraulikkammern über eine Druckleitung mit der jj'örderkammer der Kühlmittelpumpe in Verbindung stehen.

Anhand einer scheraatisohen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung bei einem

509821/0388 -

. : 235A998

; .PA 75/8926

- 3 - Λ , ■"

Surbogenerator näher erläutert. Dabei zeigen:.

Pig. 1 einen Längsschnitt durch, den Kühlwasseransehlußkopf eines iDurbogenerators und

i'ig. 2 einen Ausschnitt nach Pig. 1· im Bereich der Schwimmringdichtung. - -

"1 ist ein Längsschnitt durch einen Kühlwasseransehlußkopf 1 gezeigt, der das erregerseitige Wellenende 2 eines nicht näher dargestellten wassergekühlten Läufers eines Turbogenerators umschließt. Dabei wird das Kühlwasser aus einem Sammelbehälter, der in einer bestimmten geodätischen Höhe über dem Generator angebracht ist,., über den Stutzen 3» die Saugkammer 4 und die feststehenden Leitsehaufein 5 von der auf das Wellenende aufgesetzten und mit dieser umlaufenden Pumpe 6 angesaugt und aus der Hochäruckkammer 7 über einen Stutzen 40 und einen nicht näher dargestellten äußeren Kreislauf dem feststehenden Einlaufstutzen 8 und dem axialen Läufereintrittskanal 9 zugeführt. Von hier aus strömt das kalte Kühlwasser in die Erregerwicklung des Läufers und anschließend über einen den Läufereintrittskänal 9 konzentrisch umschließenden Kanal 10 und radiale Wellenbohrungen 11 in die Auslaßkaramer 12 für das aufgewärmte Kühlmittel. "',".'..

Bei vierpoligen !Turbogeneratoren, die mit einer Drehzahl von η = 1500 angetrieben werden, treten in der ,Kühlwasserpumpe 6 kaum Kavitationen auf, so daß allein der durch die geodätische Höhe des Kühlwassersammelbehälters erzeugte Vordruck zum einwandfreien Betrieb ausreicht. Bei Generatoren mit einer Drehzahl von η = 3000 oder η = 36ΌΟ sind jedoch in der Pumpe stärkere Kavitationserscheinungen zu erwarten. Zur Unterbindung der Kavitation muß daher der Vordruck für das aus dem Sammelbehälter zuströmende Kühlwasser durch ein Druckgaspolster auf etwa 3 atm erhöht werden. Durch diesen erhöhten Vordruck, der dann auch zu einer Druckerhöhung des aufge-

B 0 98-2 .1/0 3.8 8- - 4 -

PA 73/8926

wärmten Kühlwassers in der Auslaßkammer 12 führt, ist eine Abdichtung dieser Auslaßkammer 12 zur "benachbarten Spaltwasserkammer 13 mit einer herkömmlichen berührungslosen Spaltdichtung nicht mehr ausreichend, da durch den Vordruck eine zu große Wassermenge in die Spaltwasserkararaer 13 übertritt und von hier über einen Stutzen 14 wegen des über die äußere Abschlußwellendichtung 15 einbrechenden Luftsauerstoffes einer Sauerstoff-Regeneriereinrichtung !zugeführt werden muß.

Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäß vorgesehen, in die Qjrermwand 16 zwischen Auslaßkaramer 12 und Spaltwasserkammer 13 eine Schwimmringdichtung 17 einzusetzen, die im vergrößerten Maßstab in yig. 2 gezeigt ist. Derartige Schwimmringdichtungen weisen zwischen Schwimmring 18 und der Welle 2 einen sehr geringen Spalt 19 von etwa 0,2 mm auf. Die Dichtung ist derart ausgelegt, daß bei Wellenschwingungen von mehr als 150 pm durch die hydraulischen Kräfte im Spalt, die mit der Drehzahl ansteigen, auch der Schwimmring 18 in Schwingung versetzt. Man könnte daher den Schwimmring 18 durch axiale Spannfedern festhalten. Da jedoch mit zunehmender Drehzahl die Schwingungen stärker auf den Schwimmring übertragen werden, andererseits aber der Schwimmring auch bei niedrigen Drehzahlen Wellenverlagerungen folgen soll, würde eine derartige Vorspannung durch i'edern keine Anpassung an die jeweilige Betriebslage ermöglichen. Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die lage des Schwimmringes durch eine Druckkraft stabilisiert ist, die proportional, zur Drehzahl ansteigt.

Aue diesem Grunde wird der Schwimmring 18 durch axiale Kolben 20 stabilisiert, die unmittelbar vom Pumpendruck bzw. vom Druck in der Hochdruckkammer 7 beaufschlagt sind*

Wie insbesondere aus H¹Ig. 2 zu ersehen ist, weist der die Welle umschließende Schwimmring 18 einen radialen Plansch 21 auf, der auf seiner außenliegenden i'lanke über einen umlaufenden Vorsprung 22 an einem abnehmbaren Ringdeckel 23 des Dichtungs-

509821/0 3 88 -5-

PA 73/8926

- 5 - ...,;.;-■ ■■■.■■■.... ^; .-=■ " ■

gehäuses anliegt, Gegen die andere !Flanke des Schwimmringes drücken mehrere, in zylindrischen Kammern 24. geführte Kolben 20. Diese Kammern 24 sind dabei in die Stirnseite eines Ringes 25 eingelassen, der an der radial außenliegenden Kante angrenzend an die Trennwand 16 des Kühlwasseranschlußkopfes mit dem in die axiale Bohrung,26 abdichtend eingesetzten Diehtungsgrundkörper 27 über Schrauben 28 befestigt Ist. Dieser G-rundkÖrper 27 weist nun zusammen mit dem Ring 25 eine umlaufende Hydraulikkammer -29 auf, die einerseits über Bohrungen 30 mit den Kolbenkammern 24 und andererseits über eine durch die irennwandung 16 nach außen rührende Hydraulikleitung

31 und eine Zweigleitung 32 (Mg. 1) direkt in die Druckkammer 7 der Pumpe 6 einmündet.

Auf diese Weise werden die Kolben 20 stets mit einem Druck beaufschlagt, der proportional dem Pumpendruck in der Druckkammer 7 ist, d. h. mit zunehmender Drehzahl werden auch die Kolben 20 mit zunehmender Kraft gegen den Schwimmring -18 gepreßt und halten diesen zwischen den Kolben 20 und dem Gehäusering 23 fest, so daß Wellenschwingungen von weniger als 150 um nicht auch den Schwimmring zu Schwingungen anregen. Diese Haltekraft ist jedoch nicht so staik, daß der Schwimmring evtl. auftretenden größeren Wellenverlagerungen.nicht zu folgen vermag* - ■

Um jedoch die Betriebssicherheit der Dichtung bei sehr kleinen Drehzahlen, wie beispielsweise., beim: iurnbetrieb sicherzustellen, ist an die Hydraulikleitung 31 noch ein weiterer Abzweig 33 zu einer Hilfspumpe 34 angeschlossen. Beide Zweigleitungen

32 und 33 sind über Ventile 35 und 36 einzeln absperrbar. Durch diese Hilfspumpe 34 kann nach Schließen;; des .'Ventils 35 auch beim I'urnbetrieb eine erforderliche Anpreßkraft für die Kolben 20 und damit eine Stabilisierung des Schwimmringes 18 erreicht werden. ^_ .

(Jm die auftretenden Wellenschwingungen messen zu können, ist

J 50982170388 . >. 6 -

PA 73/8926

neben der eigentlichen Schwimmringdichtung 17 in iig. 2 noch ein induktiver Schwingungsmesser 37 gezeigt, der über entsprechende Meß- und Auawertgeräte zur Steuerung und Anpassung des Hydraulikdruckes für die Anpreßkraft des Schwimmringes herangezogen werden kann.

Hit der beschriebenen Schwimmringdichtung und ihrer Anwendung im Kühlwasseranschlußkopf eines '!turbogenerators ergibt sich jedoch noch ein weiterer wesentlicher Vorteil. Durch die Verwendung einer derartigen Schwimmringdichtung in der der Kühlwasserauatrittskaimner benachbarten 'Hrennwand läßt sich eine bisher bei Spaltdichtungen erforderliche Druckreduzierkammer, die zwischen der Aualäßkammer und der eigentlichen Spaltwasserkammer angeordnet war, einsparen, so daß dadurch Kühlwasseranschlußkopf und Welle verkürzt werden können.

Die Schwimmringdichtung nach der Erfindung ist a.nhand der Anwendung im Kühlwasseranschlußkopf eines Eurbogenerators gezeigt. Aufbau und Anwendung dieser Dichtung sind jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können bei allen anderen Pumpen und zur Abdichtung umlaufender Wellen verwendet werden, bei denen Schwingungen der Welle auftreten, und ilüssigkeitaräume unter Überdruck gegen die Außenatmosphäre oder üäurae mit atmosphärischen Druck abgedichtet werden müssen.

8 Ansprüche
2 !Figuren

509821 /0388 " ⁷ "

Claims

PA 73/8926

Pa ten tap sprüche .

Schwimmringdichtung für umlaufende Wellen zur Abdichtung eines mit einer Flüssigkeit unter Überdruck gefüllten Raumes gegenüber einem Kaum atmoaphäriaclien Druckes, insbesondere bei FlüssigkeitStumpen, mit einem den Schwimmring in seiner radialen" Lage atabilisierenden.und gegen eine radiale Gehäuaewandung pres a en den Druckmittel, dadurch gekennzeichnet, daß ala .Druckmittel mindeatens ein hydrau- : lisch betätigter Kolben (.20); vorgesehen iat, der an eine Druckquelle mit einem proportional zur Drehzahl anateigenden Druck angeschlossen ist. ' · ; . -
2. Schwimmringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ..als Druckquelle die Hochdruck^Pörclerkammer.tT) der Flüssigkeitspümpe(6)selbst dient, - :
3. Schwimmringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zuschaltbare Hilfspumpe (34) als zusätzliche : Druckquelle vorgesehen ist». . :
4. Schwimmringdichtung nach Anspruch 1 bis 3, äadurch gekennzeichnet, daß bei Kühlmittelpumpen für flüssigkeitsgekühlte Läufer von Turbogeneratoren die Schwimmringdiehtung (.17) . in der G-ehäusewandung (16) zwischen der Kühlwa:sserauslaß-· kammer (12) und der benachbarten Spaltwasaerkammer (13) angeordnet und die den Kolben (20) beaufschlagende Hydraulikleitung (31) an die Hochdrückkammer (7) der Kühlmittelpumpe (6) einerseits und an eine Hilfspumpe (34) andererseits angeschlossen ist.
5. Schwiramringdichtung nach Anspruch 1 oder 4, äadurch gekennzeichnet, daß der Sehwimmring (18) an einem Ende einen radialen Flansch (21) aufweist, dessen eine .Planke über einen umlaufenden Vorsprung (22) a.n einem abnehmbaren Dichtungs- ;.", gehäusering (23) anliegt und auf dessen andere Flanke mehrere, axial verschiebbar angeordnete Kolben (20) einwirken,

. --' ;'.;■-■," 6 09821 /C33 8 8 -8-

PA 73/8926

deren .kammern (24) über eine Hydraulikleitung (31) mit der Hochdruckkammer (7) der !Flüssigkeitspumpe (6) in Verbindung stehen.
6. Schwimmringdichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die liydraulikleitung 31 einen Abzweig (33) zu einer riilfspumpe (34) aufweist.
7. Schwimmringdichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitungen (32, 33) von der Purapen-if'örderkammer (7) und der Hilfspumpe (34) über Absperrventile (35, 36) wahlweise zuschaltbar sind.
8. Schwimmringdichtung nach Anspruch. 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Kolben (20) einwirkende xiydraulikdruck zusätzlich über einen Wellenschwingungsmeaser (37) in Abhängigkeit von der Schwingungshöhe regelbar ist.

509821 /0388