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DE1503539B2 - LIQUID SEAL FOR TURBO MACHINERY - Google Patents

LIQUID SEAL FOR TURBO MACHINERY

Info

Publication number
DE1503539B2
DE1503539B2 DE19651503539 DE1503539A DE1503539B2 DE 1503539 B2 DE1503539 B2 DE 1503539B2 DE 19651503539 DE19651503539 DE 19651503539 DE 1503539 A DE1503539 A DE 1503539A DE 1503539 B2 DE1503539 B2 DE 1503539B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
shaft
sealing body
housing
seal
guide surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19651503539
Other languages
German (de)
Other versions
DE1503539A1 (en
Inventor
Ludwig Dipl.-Ing.; Niessing Heinz; 4200 Oberhausen Kortenkamp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Original Assignee
Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gutehoffnungshutte Sterkrade AG filed Critical Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Publication of DE1503539A1 publication Critical patent/DE1503539A1/en
Publication of DE1503539B2 publication Critical patent/DE1503539B2/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D11/04Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type using sealing fluid, e.g. steam
    • 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
    • F16J15/441Free-space packings with floating ring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsdichtung für die Wellendurchführung bei Turbomaschinen, insbesondere bei höheren Drücken des Arbeitsmediums, mit einem durch eine Sperrflüssigkeit gefüllten Ringzwischenraum und einem darin befindliehen, in radialer Richtung mit der Welle beweglichen Dichtungskörper.The invention relates to a liquid seal for the shaft passage in turbo machines, especially at higher pressures of the working medium, with a barrier fluid filled annular space and one located therein, movable in the radial direction with the shaft Seal body.

Es ist bereits bekannt, bei Luft- und Gasverdichtern die Abdichtung an der Welle als Flüssigkeitsdichtung auszubilden. Dabei handelt es sich um ringförmige Dichtungskörper, die an ihrem inneren Umfang die Welle umgeben und mittels eines äußeren Ansatzes beiderseits im Gehäuse geführt sind. Durch radiale Spalte zwischen dem Gehäuse und dem Dichtungskörper beiderseits des Führungsansatzes ist eine be- grenzte Radialverlagerung des Dichtungskörpers gegenüber dem Gehäuse entsprechend etwaigen Bewegungen der Welle grundsätzlich möglich. Eine solche Radialverlagerung wird jedoch bei hohen Überdrücken innerhalb der Maschine erschwert oder gar verhindert, weil dann sehr große Reibungswiderstände an der vom Innendruck axial belasteten Führungsfläche zu überwinden sind. Die Folge davon sind durch Scherbeanspruchung auftretende Schäden am Dichtungskörper. It is already known in air and gas compressors to seal the shaft as a liquid seal to train. These are annular sealing bodies, which on their inner circumference Surround the shaft and are guided on both sides in the housing by means of an external approach. By radial The gap between the housing and the sealing body on both sides of the guide attachment is a limited radial displacement of the seal body relative to the housing corresponding to any movements the shaft is basically possible. Such a radial displacement is, however, at high overpressures within the machine difficult or even prevented, because then very large frictional resistance on the from Internal pressure axially loaded guide surface must be overcome. The consequence of this are through shear stress occurring damage to the seal body.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkeitsdichtung zu schaffen, durch deren Ausführung die Scherbeanspruchung einer solchen Dichtung eliminiert wird und der innere Überdruck der Maschine beliebig groß werden kann.In contrast, it is the object of the invention to provide a liquid seal by making it the shear stress of such a seal is eliminated and the internal overpressure of the Machine can be of any size.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Außenseite des Zwischenraumes die durch den axialen Innendruck der Maschine belastete seitliche Führungsfläche des Dichtungskörpers gegenüber dem Gehäuse oder einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Ringkörper nur etwa den gleichen Durchmesser wie die Welle im Bereich der Dichtung hat, wobei die Welle auf der axial belasteten Führungsfläche einen Absatz mit einem etwas geringeren Durchmesser hat, und daß auf der Innenseite des Zwischenraumes der Dichtungskörper an seiner Stirnseite ebenfalls eine Führungsfläche gegenüber dem Gehäuse oder einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Ringkörper mit nur wenig größerem Durchmesser als die Welle hat, und der unter dem Druck der Sperrflüssigkeit stehende Zwischenraum sich auch hier bis an die Führungsflächen des Dichtungskörpers erstreckt.This object is achieved in that on the outside of the space the Lateral guide surface of the sealing body opposite, which is loaded by the axial internal pressure of the machine the housing or an annular body firmly connected to the housing only have approximately the same diameter as the shaft has in the area of the seal, the shaft having a shoulder with a slightly smaller diameter on the axially loaded guide surface has, and that on the inside of the gap, the sealing body on its end face as well a guide surface opposite the housing or an annular body firmly connected to the housing with only a slightly larger diameter than the shaft, and which is under the pressure of the barrier fluid standing space extends here as well up to the guide surfaces of the sealing body.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß infolge des Fortfalls der Scherbeanspruchung der Dichtungskörper in an sich bekannter Weise aus einem nichtmetallischen Werkstoff hergestellt ist.Another advantage of the invention is that as a result of the elimination of the shear stress Sealing body is made in a known manner from a non-metallic material.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawings and will be described in more detail below explained. It shows

F i g. 1 eine bisher übliche Ausführung eines Dichtungskörpers bei einem Turboverdichter undF i g. 1 a previously common design of a sealing body in a turbo compressor and

F i g. 2 eine Ausführung gemäß der Erfindung.F i g. 2 shows an embodiment according to the invention.

F i g. 1 zeigt die bisher übliche Ausführung bei einem Turboverdichter, dessen Welle 1 am Austritt aus dem Gehäuse 2 von einem ringförmigen Dichtungskörper 3 umgeben ist, der mit geringem radialen Spiel s in einen stirnseitigen Gehäusedeckel 4 eingesetzt ist. Der ebenfalls ringförmige Führungsansatz 3' am äußeren Umfang des Dichtungskörpers ragt in eine Aussparung 5 des Gehäusedeckels hinein, der außerdem mit einer Bohrung 6 für die Zuführung der Dichtungsflüssigkeit versehen ist. Auch im Dichtungskörper 3 befindet sich, vorzugsweise an derselben Umfangsstelle, eine im wesentlichen radiale Bohrung 7 zur Weiterleitung der Dichtungsflüssigkeit in einen Ringraum 8, der die Welle 1 unmittelbar umgibt und axial beiderseits von der Lagermetallschicht 9 des Dichtungskörpers 3 begrenzt ist.F i g. 1 shows the conventional design for a turbo compressor, the shaft 1 of which is surrounded at the outlet from the housing 2 by an annular sealing body 3 which is inserted into a housing cover 4 on the end face with little radial play s. The likewise annular guide extension 3 'on the outer circumference of the sealing body protrudes into a recess 5 of the housing cover, which is also provided with a bore 6 for the supply of the sealing liquid. Also in the sealing body 3, preferably at the same circumferential point, there is an essentially radial bore 7 for forwarding the sealing fluid into an annular space 8 which directly surrounds the shaft 1 and is axially delimited on both sides by the bearing metal layer 9 of the sealing body 3.

Der innerhalb des Gehäuses 2 des Verdichters herrschende Druck übt nun auf den Dichtungskörper 3 in der Pfeilrichtung eine axiale Kraft auf den Dichtungskörper aus, die sich als Scherbeanspruchung des Führungsansatzes 3 auswirkt und aus folgender Beziehung ergibt:The pressure prevailing inside the housing 2 of the compressor now exerts on the sealing body 3 in the direction of the arrow exerts an axial force on the seal body, which results in shear stress of management approach 3 and results from the following relationship:

— P1 - P 1

· π· Π

d2 2 · πd 2 2 π

■-, (D■ -, (D

dabei bedeutet P1 = innerer Überdruck der Maschinewhere P 1 = internal overpressure of the machine

in atü,
d1 = mittlerer Durchmesser der Seiten
in atü,
d 1 = mean diameter of the sides

fläche des Führungsansatzes 3',
d2Durchmesser der Welle 1.
area of the guide approach 3 ',
d 2 - diameter of the shaft 1.

Um diese axiale Kraft Ka bei einer Radialverlagerung der Welle zu überwinden, ist eine radiale Kraft Kr erforderlich, die sich aus folgender Beziehung ergibt:In order to overcome this axial force K a in the event of a radial displacement of the shaft, a radial force K r is required, which results from the following relationship:

Kr = P2- b · d2 , (2) K r = P 2 - b d 2 , (2)

dabei bedeutet P2 = die zulässige spezifische Flächenpressung auf der Welle,
b = die axiale Länge der Dichtung,
b · d2 = die ebene Projektion der ganzen Dichtungsfläche.
where P 2 = the permissible specific surface pressure on the shaft,
b = the axial length of the seal,
b · d 2 = the plane projection of the entire sealing surface.

Aus den vorstehenden Gleichungen ergibt sich unter Berücksichtigung auch des Reibungskoeffizienten und gegebenenfalls des Gewichtes des Dichtungskörpers 3, daß dieser sich bei einer derartigen Konstruktion und einem inneren Überdruck P1 in praktisch vielfach vorkommender Höhe nicht mehr verschieben läßt.From the above equations, taking into account also the coefficient of friction and possibly the weight of the sealing body 3, it can no longer be displaced in practically multiple levels with such a construction and an internal overpressure P 1.

F i g. 2 zeigt demgegenüber eine Ausführung gemäß der Erfindung. In diesem Falle hat der Dichtungskörper 10 am außenseitigen Ende eine Schulter 10', die mit gleichem radialen Abstand ί einen Wellenabsatz 1' mit im Vergleich zum Dichtungsdurchmesser d2 etwas geringeren Durchmesser umgibt. Dabei entspricht der mittlere Durchmesser d3, mit dem diese Schulter 10' seitlich gegen einen im Gehäusedeckel 4 fest eingesetzten Ringkörper 11 anliegt, etwa dem Dichtungsdurchmesser d2. Auf diese Weise ergibt sich nach Maßgabe der obigen Gleichung 1 (beim Einsetzen von d3 für J1), daß der innere Überdruck P1 der Maschine praktisch unendlich groß werden kann, ohne daß er eine axiale Scherbeanspruchung auf den Dichtungskörper 10 ausübt. Somit ist praktisch auch kein Widerstand gegen eine Radialverschiebung des Dichtungskörpers 10 bei Wellenverlagerungen mehr vorhanden. F i g. In contrast, 2 shows an embodiment according to the invention. In this case, the sealing body 10 has a shoulder 10 'at the outside end, which surrounds a shaft shoulder 1' with the same radial distance ί with a slightly smaller diameter compared to the sealing diameter d 2. The mean diameter d 3 with which this shoulder 10 ′ rests laterally against an annular body 11 firmly inserted in the housing cover 4 corresponds approximately to the seal diameter d 2 . In this way, in accordance with the above equation 1 ( if d 3 is substituted for J 1 ), the internal overpressure P 1 of the machine can be practically infinitely large without it exerting an axial shear stress on the sealing body 10. Thus, there is practically no resistance to radial displacement of the sealing body 10 in the event of shaft displacements.

Wesentlich ist bei dieser neuen Ausführung noch, daß der Dichtungskörper 10 auch an seiner gegenüberliegenden, dem Innenraum der Maschine zugekehrten Stirnfläche (in F i g. 2 rechts) von dem Ringkörper 11 bis nahe an den Dichtungsdurchmesser d2 der Welle 1 umfaßt wird. Außerdem erstreckt sich der zwischenIn this new embodiment, it is also essential that the sealing body 10 is also surrounded on its opposite end face facing the interior of the machine (on the right in FIG. 2) by the ring body 11 up to close to the sealing diameter d 2 of the shaft 1. In addition, the between

dem Ringkörper 11 und dem Dichtungskörper 10 liegende Innenraum 12, in welchem ein den Innendruck der Maschine etwas übersteigender Flüssigkeitsdruck herrscht, an beiden Stirnseiten des Dichtungskörpers 10 bis an dessen nahe an der Welle 1 bzw. dem Wellenabsatz 1" liegende Führungsflächen.the annular body 11 and the sealing body 10 lying interior 12, in which an internal pressure The liquid pressure slightly exceeding the machine prevails on both end faces of the sealing body 10 up to its guide surfaces which are close to the shaft 1 or the shaft shoulder 1 ″.

Als Sicherung gegen Verdrehen des Dichtungskörpers 10 dient in an sich bekannter Weise ein in den Ringkörper 11 eingesetzter Stift 13.As a safeguard against rotation of the sealing body 10 is used in a known manner in the Ring body 11 inserted pin 13.

Für entgegengesetzte oder wechselseitige Überdrücke, z. B. Entspannungsturbinen, lassen sich der Dichtungskörper 10, der Ringkörper 11 und die Welle 1 auch am inneren Ende der Dichtung im Sinne der Erfindung ausbilden.For opposite or reciprocal overpressures, e.g. B. relaxation turbines, the Sealing body 10, the ring body 11 and the shaft 1 also at the inner end of the seal within the meaning of the invention form.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Flüssigkeitsdichtung für die Wellendurchführung bei Turbomaschinen, insbesondere bei höheren Drücken des Arbeitsmediums, mit einem durch eine Sperrflüssigkeit gefüllten Ringzwischenraum und einem darin befindlichen, in radialer Richtung mit der Welle beweglichen Dichtungs1. Liquid seal for the shaft feedthrough in turbo machines, especially in higher pressures of the working medium, with an annular space filled with a barrier fluid and a seal located therein, movable in the radial direction with the shaft körper, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite des Zwischenraumes (12) die durch den axialen Innendruck der Maschine belastete seitliche Führungsfläche des Dichtungskörpers (10) gegenüber dem Gehäuse (2) oder einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Ringkörper (11) nur etwa den gleichen Durchmesser wie die Welle (1) im Bereich der Dichtung hat, wobei die Welle (1) auf der axial belasteten Führungsfläche (10') einen Absatz (1') mit einem etwas geringeren Durchmesser hat, und daß auf der Innenseite des Zwischenraumes (12) der Dichtungskörper (10) an seiner Stirnseite ebenfalls eine Führungsfläche gegenüber dem Gehäuse (2) oder einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Ringkörper (11) mit nur wenig größerem Durchmesser als die Welle (1) hat, und der unter dem Druck der Sperrflüssigkeit stehende Zwischenraum sich auch hier bis an die Führungsflächen des Dichtungskörpers erstreckt. body, characterized in that on the outside of the intermediate space (12) the Lateral guide surface of the sealing body (10) with respect to the housing (2) or a with the housing firmly connected ring body (11) only about the same diameter as the shaft (1) in the area of the seal, with the shaft (1) resting on the axially loaded guide surface (10 ') a shoulder (1 ') with a slightly smaller diameter, and that on the inside of the space (12) the sealing body (10) also has a guide surface opposite on its end face the housing (2) or an annular body (11) fixedly connected to the housing with only has a little larger diameter than the shaft (1) and that is under the pressure of the barrier fluid standing space extends here as well up to the guide surfaces of the sealing body. 2. Flüssigkeitsdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (10) in an sich bekannter Weise aus einem nichtmetallischen Werkstoff hergestellt ist.2. Liquid seal according to claim 1, characterized in that the sealing body (10) is made in a manner known per se from a non-metallic material. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
DE19651503539 1965-02-27 1965-02-27 LIQUID SEAL FOR TURBO MACHINERY Pending DE1503539B2 (en)

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DEG0042953 1965-02-27

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DE1503539A1 DE1503539A1 (en) 1969-09-11
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US3961798A (en) * 1975-10-03 1976-06-08 Carrier Corporation Shaft seal assembly
US5403019A (en) * 1993-05-03 1995-04-04 Dresser-Rand Company Balanced floating labyrinth seal

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Publication number Publication date
GB1133934A (en) 1968-11-20
DE1503539A1 (en) 1969-09-11
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