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EP0696336B1 - Dichtungsanordnung für eine durchführung einer welle durch ein gehäuse sowie verfahren zu ihrem betrieb - Google Patents

Dichtungsanordnung für eine durchführung einer welle durch ein gehäuse sowie verfahren zu ihrem betrieb Download PDF

Info

Publication number
EP0696336B1
EP0696336B1 EP94912461A EP94912461A EP0696336B1 EP 0696336 B1 EP0696336 B1 EP 0696336B1 EP 94912461 A EP94912461 A EP 94912461A EP 94912461 A EP94912461 A EP 94912461A EP 0696336 B1 EP0696336 B1 EP 0696336B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
fluid
chamber
seal arrangement
suction device
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP94912461A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0696336A1 (de
Inventor
Wolfgang Lehmann
Detlef Friebe
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens 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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0696336A1 publication Critical patent/EP0696336A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0696336B1 publication Critical patent/EP0696336B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F01D11/04—Preventing 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

Definitions

  • the invention relates to a sealing arrangement for a shaft having an axis to pass through a fixed housing which encloses an interior to which a fluid can be applied, from which the shaft emerges, with a ring surrounding the shaft, adjacent to seals along the axis and by at least one through the seals with the fluid-loaded vapor chamber, which is open to the environment.
  • the invention also relates to a method for operating such a sealing arrangement.
  • the invention relates in particular to a sealing arrangement for use on a steam turbine in order to seal a passage of a rotating shaft from a housing of the steam turbine.
  • Steam that exits the housing through a seal along the shaft is collected in a vapor chamber and released into the environment.
  • This vapor changes into mist due to condensation and is therefore visible on the sealing arrangement as a "vapor flag".
  • a simple function check for the sealing arrangement.
  • Such a simple function check is particularly interesting and in many cases desirable on a steam turbine for industrial purposes, the output of which is usually between approximately 1 MW and approximately 50 MW; In the case of such a steam turbine, the stress on the environment caused by a vapor vane is generally kept within acceptable limits.
  • Sealing arrangements for the passage of shafts are known in various forms in the prior art; in particular, there is a large variety of design options for the individual components of the sealing arrangements, in particular the seals themselves.
  • Sealing arrangements for use on steam turbines emerge from DE 26 43 484 A1 and DE 33 33 530 A1; Various design options for components of the sealing arrangements are also described in these documents.
  • EP 0 463 532 A1 relates to the disposal of steam which emerges from a sealing arrangement, this steam being condensed in a so-called "vapor condenser arrangement".
  • the main focus in this document is on the design of the vapor condenser itself. This is designed in particular as a pressure-less heat exchanger, which means that the vapor condensation takes place in it at about normal atmospheric pressure. Vapors are not released into the environment, but the vapors are fully condensed.
  • GB-PS 1 267 548 also relates to a sealing arrangement on a steam turbine of the type described in EP 0 463 532 A1.
  • the sealing arrangement should not only be usable for the passage of a rotating shaft, in particular an output shaft of a steam turbine, but also for the passage of a valve spindle which is displaceable and not necessarily rotatable along its axis.
  • the term "shaft” is to be interpreted here to include rotatable shafts and displaceable spindles.
  • Seals for sealing arrangements of the type described are described in function and design in the book "Thermal Turbomachinery” by W. Traupel, Springer-Verlag, Berlin 1977, Vol. 1, Chap. 10. Seals in particular of the type of the labyrinth seals are described in detail; other seals, in particular stuffing box seals, in particular stuffing box seals with carbon rings, are only mentioned in passing and are said to be disadvantageous for steam turbines in power plants. However, this remark obviously does not refer to the use of glands and / or carbon rings in seals for steam turbines intended for industrial purposes; According to DE 26 43 484 A1 and DE 33 33 530 A1, carbon ring seals are very common in such steam turbines.
  • a sealing arrangement of the type mentioned at the outset, together with a method for its operation, can be found in DE-PS 567 969.
  • the device described there provides for the application of several vapor chambers in different sealing arrangements with fluid, namely steam, from a single source. This is intended to relieve the environment of vapor from the steam, since in order to ensure a sufficient overpressure in each vapor chamber it is only necessary that fluid flows out of only a single sealing arrangement, namely that sealing arrangement in which the fluid between the vapor chamber and the chimney passes through which the fluid is blown off finds the least resistance.
  • DE-PS 451 680 relates to a differently designed sealing arrangement.
  • This sealing arrangement is characterized in that a vacuum is maintained in a chamber surrounding the shaft, which lies furthest along the shaft, which causes air to be drawn into the chamber along the shaft. This is to ensure that no steam gets into the environment.
  • the negative pressure is produced by an appropriately provided suction device which discharges the mixture of air and steam formed in the chamber into a chimney or into a recovery system.
  • a sealing arrangement of the type described at the outset always has, as already stated, a certain load of vapors in the environment which, under certain circumstances, may require special precautions for air pollution control.
  • the reliability of a function check using a vapor flag is only limited, since minor changes are difficult to detect.
  • the functional check must therefore essentially be limited to determining whether damage to the sealing arrangement has already occurred or not.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a sealing arrangement of the type mentioned at the outset which both restricts the load on the environment and provides reliable diagnosis, i.e. in particular, it allows a reliable determination that damage is in the offing.
  • a method for operating such a sealing arrangement is also to be specified.
  • a sealing arrangement for a shaft having an axis is passed through a fixed housing which encloses an interior to which a fluid can be applied, from which the shaft emerges, with a ring surrounding the shaft, adjacent to and along the axis of seals along the axis one of the seals through which the fluid can be applied to the vapor chamber, which is open to the environment, in which the vapor chamber is additionally connected to a suction device, the suction device being connected upstream of a control valve with which the suction effect can be adjusted.
  • the suction device With the suction device, it is possible to partially extract the fluid from the vapor chamber and thus to reduce the pollution of the environment; In addition, it can be achieved by suitable design and adjustment of the suction device that a well-defined, largely constant portion is sucked off from the fluid delivered to the vapor chamber as a whole, so that fluctuations in the delivery of the fluid through the seal relate solely to the rest released into the environment impact.
  • small fluctuations in the inflow of the fluid to the vapor chamber can cause large fluctuations in the outflow of the fluid into the environment, which can be detected easily and with the simplest means, in particular by just looking. In this way, a sensitive control of the inflow of the fluid to the vapor chamber, and thus a sensitive control of the sealing effect, of the sealing arrangement is possible.
  • the vapor chamber is connected to the environment via a vapor tube and the suction device is connected to the vapor tube.
  • the reaction of the suction device to a flow of the fluid in the seals and in the vapor chamber is thus kept low and the mode of operation of the seal arrangement is improved.
  • the control valve is used for sensitive adjustment of the flow balance formed with the suction device.
  • a jet pump in the manner of a steam jet pump is particularly suitable as a suction device, in which the fluid with which the housing is acted on serves as a propellant and is preferably supplied from the interior of the housing.
  • the thus strengthened sealing arrangement works largely independently next to the housing and the device accommodated in the housing, which significantly supports its operational safety.
  • a sealing chamber which surrounds the shaft and is adjacent to the seals on both sides along the axis and which can be supplied with fluid via an associated supply line, is furthermore preferably arranged in the sealing arrangement between the vapor chamber and the interior.
  • a barrier chamber can perform several functions: it can serve to provide defined thermodynamic conditions, in particular a defined pressure, in front of the vapor chamber, regardless of the conditions in the interior, in order to ensure that the seal leading to the vapor chamber is largely independent of the operation.
  • it can be ensured by appropriate adjustment of the pressure in the barrier chamber that the ingress of air into the interior is prevented; For this purpose, a corresponding overpressure must be set in the barrier chamber.
  • the supply line belonging to the barrier chamber is advantageously connected to the interior, in particular to an area of the interior in which there is an appropriate pressure for the barrier chamber. It should be noted that there is always a pressure drop in the interior of the housing of a working steam turbine due to the expansion of the steam along the turbine. According to the respective specification, a connection of the feed line to the inlet, outlet or to a tap of the steam turbine is possible.
  • a leakage chamber which surrounds the shaft and is adjacent along the axis on both sides of seals, from which fluid can be removed via an associated discharge line.
  • This discharge line can in particular be connected to a leakage condenser in which the discharged fluid is condensed.
  • This leakage condenser is preferably designed for condensing the fluid at a pressure which approximately corresponds to normal atmospheric pressure.
  • the leakage chamber can be used to form a defined one Pressure drop along the seal arrangement by maintaining a predetermined pressure in the leakage chamber that meets the requirements.
  • the flow of the fluid that reaches the vapor chamber can be influenced. This is particularly important if the sealing arrangement is subjected to a very high pressure from the interior of the housing, which can be the case, for example, in the area of the inflow of a steam turbine.
  • a sealing arrangement is particularly preferably designed for the simultaneous sealing of two bushings, each bushing having a vapor chamber connected to the suction device. In this way, a particularly good sealing effect can be ensured on each bushing with simple means.
  • a respective control valve is preferably located between each vapor chamber and the suction device, in order thus to enable individual adjustment of the suction effect for each vapor chamber; In this way, differences in the loading of the bushings from the interior can be compensated for. Functional differences determined in terms of production technology can also be compensated for. Larger functional differences are preferably compensated for by means of appropriate blocking and / or leakage chambers.
  • a sealing arrangement of any configuration the fluid being applied to the housing and the fluid flowing into the vapor chamber through at least one of the seals, is carried out according to the invention in such a way that the fluid is sucked out of the vapor chamber except for a remainder which is discharged into the environment is, the proportion of fluid sucked in by the suction device (8) being regulated by means of a control valve (10).
  • a predetermined constant proportion is expediently drawn off from the fluid which has flowed into the vapor chamber, so that the fluctuations in the flow acting on the vapor chamber of the fluid mainly to the rest released into the environment, and thus to the vapors.
  • This rest the can vary greatly in the event of changes in the sealing arrangement, simple inspection measures are accessible and offers an excellent possibility for function control. It is also limited in its quantity, so that it pollutes the environment to a small extent at most.
  • the sealing arrangement of any configuration is particularly suitable for use in a case in which the fluid is a vapor, preferably water vapor.
  • the remainder emerging from the sealing arrangement becomes noticeable as a cloud of fog, which is referred to as a "vapor plume". This is immediately accessible for visual monitoring; a change in the size of the cloud of fog is an immediate indication of a, possibly disadvantageous, change within the sealing arrangement.
  • FIG. 1 The only figure in the drawing shows a schematic representation of a steam turbine 16, which is located in the interior 5 of a housing 4.
  • a steam line 21 steam is supplied to the steam turbine 16, and the steam expanded in the steam turbine 16 is discharged through an exhaust steam line 22. Due to the expansion of the steam, the steam turbine 16 sets the shaft 3 in rotation about its axis 2.
  • the shaft 3 is led out of the housing 4 at two bushings 1.
  • a vapor chamber 7 which surrounds the shaft 3 and is adjacent along the axis 2 by two seals 6 each. This vapor chamber 7 flows along the shaft 3 steam and is discharged through a vapor tube 9.
  • a control valve 10 is included in each suction line 17 in order to be able to regulate the proportion of the vapor extracted from the vapor tube 9 with great care.
  • a control valve 10 it is possible to replace the control valve 10 with a fixed throttle, for example an orifice, in particular if the demands on the sealing arrangement and its monitoring are not too high.
  • a leakage chamber 13 is integrated in the bushing 1, which likewise surrounds the shaft 3 and is adjacent to it by seals 6. Steam that enters the leakage chamber 13 along the shaft 3 through these seals 6 is partially discharged through an associated discharge line 14 and supplied to a leakage condenser 15.
  • the vapor pressure in the leakage condenser 15 can be determined; in this way, in particular an adjustment of the inflow to the vapor chamber 7 is possible.
  • the need for leakage chambers 13 and the leakage condenser 15 is not always given. In particular, if the vapor pressure in the housing 4 remains relatively low, a leakage condenser 15 can be dispensed with; if necessary, steam would then have to be discharged from an optionally available leakage chamber 13 through the exhaust steam line 22.
  • the left bushing 1 is connected to the housing 4 in the vicinity of the feed line 21, so that this bushing 1 is acted upon from the interior with steam which is under very high pressure.
  • a sealing chamber 11, which surrounds the shaft 3 is provided behind a seal 6 and communicates with the exhaust line 22 via a feed line 12, and thus with an area in the interior 5, which is under low pressure is connected.
  • the load on the further components of the left bushing 1, namely the leakage chamber 13 and the vapor chamber 7 is reduced and at least partially adjusted to the load on the components of the right bushing 1, which is connected to the housing 4 in the vicinity of the exhaust pipe 22 and accordingly, the burden is significantly lower. For this reason, no barrier chamber is provided in the right bushing 1.
  • the jet pump 8 which sucks steam out of the vapor pipes 9 via suction lines 17, is operated with steam which is removed from the interior 5 via part of the exhaust steam line 22 and the feed line 12.
  • This is provided in the example shown on the assumption that the steam turbine 16 is a so-called back pressure turbine from which the steam is released under a relatively high pressure.
  • back pressure steam turbines are widely used in industry. If, in another case, the pressure in the steam line 22 is not high enough, depending on the design of the steam turbine 16, steam for the jet pump 8 can be removed at another point, in particular from the inlet or a tap of the steam turbine 16.
  • the sealing arrangement described enables a simple function check of a shaft to be carried out and also allows a significant reduction in the load on its surroundings. It is particularly qualified for use on a steam turbine, in particular on a steam turbine for an industrial purpose with a power output between approximately 1 MW and 40 MW.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Durchführung (1) einer eine Achse (2) habenden Welle (3) durch ein feststehendes Gehäuse (4), welches einen mit einem Fluid beaufschlagbaren Innenraum (5) umschließt, aus dem die Welle (3) austritt, sowie ein Verfahren zu ihrem Betrieb. Die Dichtungsanordnung weist eine die Welle (3) umringende, entlang der Achse (2) beiderseits von Dichtungen (6) benachbarte und durch zumindest eine der Dichtungen (6) hindurch mit dem Fluid beaufschlagbare Wrasenkammer (7), die zu der Umgebung hin offen ist. Diese Wrasenkammer (7) ist zusätzlich mit einer Saugeinrichtung (8) verbunden. Erfindungsgemäß wird das Fluid, das in die Wrasenkammer (7) gelangt, bis auf einen Rest, der in die Umgebung abgeführt wird, abgesaugt. Hierdurch ist die Belastung der Umgebung deutlich verringerbar, und es kann eine wirksame Funktionskontrolle durch Überwachung des in die Umgebung abgeführten Restes erzielt werden. Die Dichtungsanordnung eignet sich besonders zur Anwendung an einer Durchführung (1) für eine Welle (3) einer Dampfturbine (16).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Durchführung einer eine Achse habenden Welle durch ein feststehendes Gehäuse, welches einen mit einem Fluid beaufschlagbaren Innenraum umschließt, aus dem die Welle austritt, mit einer die Welle umringenden, entlang der Achse beiderseits von Dichtungen benachbarten und durch zumindest eine der Dichtungen hindurch mit dem Fluid beaufschlagbaren Wrasenkammer, die zu der Umgebung hin offen ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Dichtungsanordnung.
  • Eine solche Dichtungsanordnung nebst einem Verfahren zu ihrem Betrieb geht hervor aus der DE-PS 576 969.
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Dichtungsanordnung zur Anwendung an einer Dampfturbine, um eine Durchführung einer rotierenden Welle aus einem Gehäuse der Dampfturbine abzudichten. Dabei wird Dampf, der durch eine Dichtung hindurch entlang der Welle aus dem Gehäuse austritt, in einer Wrasenkammer gesammelt und in die Umgebung entlassen. Durch Kondensation verwandelt sich dieser Dampf in Nebel und ist somit an der Dichtungsanordnung als "Wrasenfahne" sichtbar. Er bietet auf diese Weise eine einfache Funktionskontrolle für die Dichtungsanordnung. Eine solche einfache Funktionskontrolle ist besonders interessant und vielfach wünschenswert an einer Dampfturbine für industrielle Zwecke, deren Leistungsabgabe üblicherweise zwischen etwa 1 MW und etwa 50 MW liegt; bei einer derartigen Dampfturbine erhält sich insbesondere die Beanspruchung der Umgebung durch eine Wrasenfahne in der Regel in annehmbaren Grenzen.
  • Dichtungsanordnungen für Durchführungen von Wellen sind im Stand der Technik in vielfältigen Formen bekannt; insbesondere gibt es eine große Vielzahl von Ausführungsmöglichkeiten für die einzelnen Komponenten der Dichtungsanordnungen, insbesondere die Dichtungen selbst. Dichtungsanordnungen zur Anwendung an Dampfturbinen gehen hervor aus der DE 26 43 484 A1 und der DE 33 33 530 A1; auch verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für Komponenten der Dichtungsanordnungen sind in diesen Schriften beschrieben. Die EP 0 463 532 A1 betrifft die Entsorgung von Dampf, welcher aus einer Dichtungsanordnung austritt, wobei dieser Dampf in einer sogenannten "Wrasendampfkondensator-Anordnung" kondensiert wird. Das Hauptaugenmerk liegt in dieser Schrift auf der Ausgestaltung des Wrasendampfkondensators selbst. Dieser ist insbesondere ausgelegt als druckloser Wärmetauscher, was bedeutet, daß in ihm die Kondensation des Wrasendampfes etwa bei normalem Atmosphärendruck erfolgt. Ein Entlassen von Wrasendampf in die Umgebung findet nicht statt, sondern der Wrasendampf wird vollständig kondensiert.
  • Die GB-PS 1 267 548 betrifft ebenfalls eine Dichtungsanordnung an einer Dampfturbine nach Art derjenigen, die in der EP 0 463 532 A1 beschrieben ist. Die Dichtungsanordnung soll nicht nur für eine Durchführung einer rotierenden Welle, insbesondere eine Abtriebswelle einer Dampfturbine, sondern auch für eine Durchführung einer entlang ihrer Achse verschiebbaren und nicht notwendigerweise drehbaren Ventilspindel verwendbar sein. In diesem Sinne soll vorliegend der Begriff "Welle" so ausgelegt werden, daß er drehbare Wellen und verschiebbare Spindeln gleichermaßen umfaßt.
  • Dichtungen für Dichtungsanordnungen der beschriebenen Art sind in Funktion und Auslegung beschrieben in dem Buch "Thermische Turbomaschinen" von W. Traupel, Springer-Verlag, Berlin 1977, Bd. 1, Kap. 10. Es sind insbesondere Dichtungen nach Art der Labyrinthdichtungen eingehend beschrieben; andere Dichtungen, namentlich Stopfbuchsendichtungen, insbesondere Stopfbuchsendichtungen mit Kohleringen, werden nur am Rande erwähnt und als unvorteilhaft für Dampfturbinen in Kraftwerken bezeichnet. Diese Bemerkung bezieht sich jedoch offensichtlich nicht auf die Verwendung von Stopfbuchsen und/oder Kohleringen in Dichtungen für Dampfturbinen, die für industrielle Zwecke bestimmt sind; ausweislich der DE 26 43 484 A1 und der DE 33 33 530 A1 sind Kohleringdichtungen in solchen Dampfturbinen sehr wohl üblich.
  • Eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art nebst einem Verfahren zu ihrem Betrieb geht hervor aus der DE-PS 567 969. Zusätzlich ist bei der dort beschriebenen Einrichtung vorgesehen, mehrere Wrasenkammern in verschiedenen Dichtungsanordnungen aus einer einzigen Quelle mit Fluid, und zwar Dampf, zu beaufschlagen. Hiermit soll eine Entlastung der Umgebung von Wrasendampf erreicht werden, da zur Gewährleistung eines ausreichenden Überdrucks in jeder Wrasenkammer nur noch erforderlich ist, daß aus nur einer einzigen Dichtungsanordnung Fluid entströmt, nämlich derjenigen Dichtungsanordnung, bei der das Fluid zwischen der Wrasenkammer und dem Schornstein, durch den das Fluid abgeblasen wird, den geringsten Widerstand vorfindet.
  • Die DE-PS 451 680 betrifft eine anders gestaltete Dichtungsanordnung. Diese Dichtungsanordnung ist gekennzeichnet dadurch, daß in einer die Welle umringenden Kammer, welche entlang der Welle am weitesten außen liegt, ein Unterdruck aufrechterhalten wird, der bewirkt, daß entlang der Welle Luft in die Kammer hineingesaugt wird. Dies soll sicherstellen, daß keinerlei Dampf in die Umgebung gelangt. Der Unterdruck wird von einer entsprechend vorgesehenen Absaugevorrichtung hergestellt, welche das in der Kammer gebildete Gemisch aus Luft und Dampf in einen Kamin oder in eine Rückgewinnungsanlage abführt.
  • An einer Dichtungsanordnung der eingangs beschriebenen Art tritt stets, wie bereits ausgeführt, eine gewisse Belastung der Umgebung mit Wrasendampf auf, welche unter Umständen spezielle Vorkehrungen zur Luftreinhaltung erforderlich machen kann. Darüber hinaus ist die Zuverlässigkeit einer Funktionskontrolle anhand einer Wrasenfahne nur eingeschränkt, da kleinere Veränderungen nur schwer erkennbar sind. Die Funktionskontrolle muß sich daher im wesentlichen beschränken auf die Feststellung, ob ein Schaden an der Dichtungsanordnung bereits eingetreten ist oder nicht. Eine regelrechte Diagnose der Wellendichtungsanordnung mit dem Ziel, eine quantitative Aussage über die Funktionstüchtigkeit der Dichtungsanordnung zu erhalten und einen Schaden bereits im Stadium seiner Anbahnung zu erkennen, ist nicht möglich.
  • Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche sowohl eine Einschränkung der Belastung der Umgebung als auch eine zuverlässige Diagnose, d.h. insbesondere eine zuverlässige Feststellung, daß sich ein Schaden anbahnt, erlaubt. Es soll auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Dichtungsanordnung angegeben werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Dichtungsanordnung für eine Durchführung einer eine Achse habenden Welle durch ein feststehendes Gehäuse, welches einen mit einem Fluid beaufschlagbaren Innenraum umschließt, aus dem die Welle austritt, mit einer die Welle umringenden, entlang der Achse beiderseits von Dichtungen benachbarten und durch eine der Dichtungen hindurch mit dem Fluid beaufschlagbaren Wrasenkammer, die zu der Umgebung hin offen ist, angegeben, bei der die Wrasenkammer zusätzlich mit einer Saugeinrichtung verbunden ist, wobei der Saugeinrichtung ein Stellventil vorgeschaltet ist, mit dem die Saugwirkung einstellbar ist.
  • Mit der Saugeinrichtung ist es möglich, das Fluid aus der Wrasenkammer teilweise abzusaugen und damit eine Reduzierung der Belastung der Umgebung zu erreichen; darüber hinaus kann durch geeignete Auslegung und Einstellung der Saugeinrichtung erreicht werden, daß von dem insgesamt der Wrasenkammer zugestellten Fluid ein wohldefinierter, weitgehend konstanter Anteil abgesaugt wird, so daß Schwankungen in der Zustellung des Fluids durch die Dichtung sich allein auf den in die Umgebung entlassenen Rest auswirken. Somit können kleine Schwankungen im Zufluß des Fluids zu der Wrasenkammer große Schwankungen im Ausfluß des Fluids in die Umgebung bedingen, welche problemlos und mit einfachsten Mitteln, insbesondere durch bloßes Hinsehen, nachweisbar sind. Auf diese Weise ist eine empfindliche Kontrolle des Zuflusses des Fluids zu der Wrasenkammer, und damit eine empfindliche Kontrolle der Dichtwirkung, der Dichtungsanordnung möglich. Besonders bevorzugt ist, daß die Wrasenkammer über ein Wrasenrohr mit der Umgebung verbunden und die Saugeinrichtung an das Wrasenrohr angeschlossen ist. So wird die Rückwirkung der Saugeinrichtung auf eine Strömung des Fluids in den Dichtungen und in der Wrasenkammer gering gehalten und die Wirkungsweise der Dichtungsanordnung verbessert. Das Stellventil ist dabei zur feinfühligen Einstellung des mit der Saugeinrichtung gebildeten Fließgleichgewichtes.
  • Als Saugeinrichtung kommt insbesondere eine Strahlpumpe nach Art einer Dampfstrahlpumpe in Betracht, in der das Fluid, mit dem das Gehäuse beaufschlagt wird, als Treibmittel dient und vorzugsweise aus dem Innenraum des Gehäuses zugeführt wird. Die solcherart ertüchtigte Dichtungsanordnung arbeitet weitgehend autark neben dem Gehäuse und der in dem Gehäuse untergebrachten Einrichtung, was ihre Betriebssicherheit wesentlich unterstützt.
  • Weiterhin bevorzugt ist in der Dichtungsanordnung zwischen der Wrasenkammer und dem Innenraum eine die Welle umringende, entlang der Achse beiderseits von Dichtungen benachbarte Sperrkammer angeordnet, welcher über eine zugehörige Zuleitung Fluid zustellbar ist. Im vorliegenden Rahmen kann eine solche Sperrkammer mehrere Funktionen erfüllen: Sie kann dazu dienen, vor der Wrasenkammer unabhängig von den Verhältnissen im Innenraum definierte thermodynamische Verhältnisse, insbesondere einen definierten Druck, bereitzustellen, um eine weitgehend betriebsunabhängige Beaufschlagung der zur Wrasenkammer führenden Dichtung sicherzustellen. Außerdem und gegebenenfalls zusätzlich kann durch entsprechende Einstellung des Drucks in der Sperrkammer sichergestellt werden, daß ein Eindringen von Luft in den Innenraum verhindert wird; hierzu ist in der Sperrkammer ein entsprechender Überdruck einzustellen. Die zur Sperrkammer gehörige Zuleitung ist vorteilhafterweise an den Innenraum angeschlossen, insbesondere an einen Bereich des Innenraums, in dem ein für die Sperrkammer angemessener Druck herrscht. Es sei bemerkt, daß im Innenraum des Gehäuses einer arbeitenden Dampfturbine stets ein Druckgefälle herrscht, bedingt durch die Entspannung des Dampfes entlang der Turbine. Entsprechend der jeweiligen Vorgabe ist ein Anschluß der Zuleitung am Einlaß, Auslaß oder an einer Anzapfung der Dampfturbine möglich.
  • Besonders bevorzugt ist, insbesondere in Verbindung mit einer soeben beschriebenen Sperrkammer, zwischen der Wrasenkammer und dem Innenraum eine die Welle umringende, entlang der Achse beiderseits von Dichtungen benachbarte Leckagekammer vorgesehen, von welcher über eine zugehörige Ableitung Fluid abführbar ist. Diese Ableitung kann insbesondere an einen Leckagekondensator angeschlossen sein, in dem das abgeführte Fluid kondensiert wird. Dieser Leckagekondensator ist vorzugsweise ausgelegt zur Kondensation des Fluids bei einem Druck, der dem normalen Atmosphärendruck in etwa entspricht. Die Leckagekammer ist einsetzbar zur Bildung eines definierten Druckgefälles entlang der Dichtungsanordnung, indem in der Leckagekammer ein vorgegebener, den Anforderungen entsprechender Druck aufrechterhalten wird. Darüber hinaus kann durch Einstellen des Drucks in der Leckagekammer der Strom des Fluides, der zu der Wrasenkammer gelangt, beeinflußt werden. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn die Dichtungsanordnung aus dem Innenraum des Gehäuses mit einem sehr hohen Druck beaufschlagt wird, was beispielsweise im Bereich der Einströmung einer Dampfturbine der Fall sein kann.
  • Mit besonderem Vorzug ist Dichtungsanordnung ausgestaltet zur gleichzeitigen Abdichtung zweier Durchführungen, wobei jede Durchführung eine mit der Saugeinrichtung verbundene Wrasenkammer aufweist. Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln eine besonders gute Dichtwirkung an jeder Durchführung sichergestellt werden. Vorzugsweise befindet sich zwischen jeder Wrasenkammer und der Saugeinrichtung ein jeweiliges Stellventil, um somit für jede Wrasenkammer eine individuelle Einstellung der Saugwirkung zu ermöglichen; hierdurch können insbesondere Unterschiede in der Beaufschlagung der Durchführungen aus dem Innenraum heraus ausgeglichen werden. Auch fertigungstechnisch bestimmte funktionelle Differenzen sind ausgleichbar. Größere funktionelle Differenzen werden vorzugsweise ausgeglichen mittels entsprechender Sperr- und/oder Leckagekammern.
  • Der Betrieb einer Dichtungsanordnung jedweder Ausgestaltung, wobei das Gehäuse mit dem Fluid beaufschlagt wird und der Wrasenkammer durch zumindest eine der Dichtungen das Fluid zufließt, erfolgt erfindungsgemäß dergestalt, daß das Fluid aus der Wrasenkammer bis auf einen Rest, der in die Umgebung abgeführt wird, abgesaugt wird, wobei der von der Saugeinrichtung (8) angesaugte Fluid anteil mittels eines Stellventils (10) geregelt wird. Hierbei wird günstigerweise von dem insgesamt in die Wrasenkammer eingeströmten Fluid ein vorgegebener konstanter Anteil abgesaugt, so daß sich die Schwankungen in dem die Wrasenkammer beaufschlagenden Strom des Fluids hauptsächlich dem in die Umgebung entlassenen Rest, und damit der Wrasenfahne, mitteilen. Dieser Rest, der bei Veränderungen in der Dichtungsanordnung stark schwanken kann, ist einfachen Inspektionsmaßnahmen zugänglich und bietet eine hervorragende Möglichkeit zur Funktionskontrolle. Er ist auch in seiner Menge beschränkt, so daß er allenfalls in geringfügigem Maße die Umgebung belastet.
  • Besonders geeignet ist die Dichtungsanordnung jedweder Ausgestaltung zur Anwendung in einem Fall, in dem das Fluid ein Dampf, vorzugsweise Wasserdampf, ist. Vor allem in dem Fall, in dem das Fluid Wasserdampf ist, macht sich der aus der Dichtungsanordnung austretende Rest bemerkbar als Nebelwolke, die als "Wrasenfahne" bezeichnet wird. Diese ist unmittelbar der visuellen Überwachung zugänglich; eine Größenveränderung der Nebelwolke ist ein unmittelbares Anzeichen für eine, möglicherweise nachteilige, Veränderung innerhalb der Dichtungsanordnung.
  • Besonders wichtig ist die Anwendung der Dichtungsanordnung jedweder Ausgestaltung an einer Dampfturbine, welche von dem Gehäuse umschlossen ist und die Welle in Rotation versetzt. Speziell an einer Dampfturbine für einen industriellen Zweck, bei der die Welle vielfach eine sehr hohe Rotationsfrequenz erreicht, ist die Überwachung der entsprechend hoch beanspruchten Dichtungsanordnung von großer Bedeutung. In diesem Zusammenhang von großer Bedeutung ist auch, daß die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung mit sehr wenig apparativem Aufwand auskommt und insbesondere keine aufwendige Apparatur für diagnostische Zwecke erfordert; damit kommt die Erfindung den im Zusammenhang mit Dampfturbinen für industrielle Zwecke üblichen Preisvorstellungen sehr entgegen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist aus der Zeichnung ersichtlich.
  • Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Dampfturbine 16, welche sich im Innenraum 5 eines Gehäuses 4 befindet. Durch eine Zudampfleitung 21 wird der Dampfturbine 16 Dampf zugeführt, und der in der Dampfturbine 16 entspannte Dampf wird durch eine Abdampfleitung 22 abgeführt. Durch die Entspannung des Dampfes setzt die Dampfturbine 16 die Welle 3 in Rotation um ihre Achse 2. An zwei Durchführungen 1 ist die Welle 3 aus dem Gehäuse 4 herausgeführt, Zur Erläuterung bestimmter Merkmale wird nunmehr auf beide Durchführungen 1 gemeinsam Bezug genommen. In jede Durchführung 1 einbezogen ist eine Wrasenkammer 7, welche die Welle 3 umringt und entlang der Achse 2 von jeweils zwei Dichtungen 6 benachbart ist. Dieser Wrasenkammer 7 fließt entlang der Welle 3 Dampf zu und wird jeweils durch ein Wrasenrohr 9 abgeführt. Aus dem Wrasenrohr 9 gelangt der Dampf in die Umgebung, wo er kondensiert und als Nebel, als sogenannte "Wrasenfahne", sichtbar wird. An jedes Wrasenrohr 9 angeschlossen ist eine Saugleitung 17, die zu einer Saugeinrichtung 8, nämlich einer Strahlpumpe, führt. Mit dieser wird aus dem Wrasenrohr 9 ein Teil des Dampfes abgesaugt. Neben der Reduzierung der Belastung der Umgebung wird. dadurch ein sehr empfindlicher Indikator für den Zustand der Durchführung 1 gebildet, denn selbst eine kleine Schwankung im Zufluß des Dampfes zu der Wrasenkammer 7 wird als merkliche Größenveränderung der Wrasenfahne unmittelbar sichtbar. Somit kann eine Funktionsstörung der Dichtungen 6 frühzeitig, womöglich bevor sie sich zu einem regelrechten Schaden entwickelt, erkannt werden. In jede Saugleitung 17 einbezogen ist ein Stellventil 10, um den Anteil des aus dem Wrasenrohr 9 abgesaugten Dampfes feinfühlig regulieren zu können. Als Vereinfachung ist, insbesondere bei nicht all zu hohen Anforderungen an die Dichtanordnung und ihre Überwachbarkeit, ein Ersatz des Stellventils 10 durch eine fest eingestellte Drossel, z.B. eine Blende, möglich.
  • Zwischen jeder Wrasenkammer 7 und dem Innenraum 5 ist in die Durchführung 1 eine Leckagekammer 13 integriert, welche gleichfalls die Welle 3 umringt und entlang dieser von Dichtungen 6 benachbart ist. Dampf, der entlang der Welle 3 durch diese Dichtungen 6 hindurch in die Leckagekammer 13 gelangt, wird teilweise durch eine zugehörige Ableitung 14 ab- und einem Leckagekondensator 15 zugeführt. Durch Wahl des Dampfdrucks in dem Leckagekondensator 15 kann der Dampfdruck in der Leckagekammer 13 festgelegt werden; hierüber ist insbesondere eine Einstellung des Zuflusses zu der Wrasenkammer 7 möglich. Die Notwendigkeit für Leckagekammern 13 und den Leckagekondensator 15 ist nicht immer gegeben. Insbesondere dann, wenn der Dampfdruck in dem Gehäuse 4 relativ gering bleibt, kann auf einen Leckagekondensator 15 verzichtet werden; gegebenenfalls wäre dann Dampf aus einer wahlweise vorhandenen Leckagekammer 13 durch die Abdampfleitung 22 abzuführen.
  • Die linke Durchführung 1 ist in der Nähe der Zudampfleitung 21 an das Gehäuse 4 angeschlossen, so daß diese Durchführung 1 aus dem Innenraum beaufschlagt wird mit Dampf, der unter sehr hohem Druck steht. Um diesen Druck zumindest teilweise zu kompensieren, ist, ausgehend vom Innenraum 5, hinter einer Dichtung 6 eine die Welle 3 umringende Sperrkammer 11 vorgesehen, die über eine Zuleitung 12 mit der Abdampfleitung 22, und damit mit einem Bereich im Innenraum 5, der unter relativ geringem Druck steht, verbunden ist. Hierdurch wird die Belastung der weiteren Komponenten der linken Durchführung 1, namentlich der Leckagekammer 13 und der Wrasenkammer 7, reduziert und zumindest teilweise angeglichen an die Belastung der Komponenten der rechten Durchführung 1, die in der Nähe der Abdampfleitung 22 an das Gehäuse 4 angeschlossen ist und dementsprechend wesentlich geringer belastet wird. Aus diesem Grunde ist bei der rechten Durchführung 1 keine Sperrkammer vorgesehen.
  • Die Strahlpumpe 8, der über Saugleitungen 17 Dampf aus den Wrasenrohren 9 absaugt, wird betrieben mit Dampf, der dem Innenraum 5 über einen Teil der Abdampfleitung 22 und der Zuleitung 12 entnommen wird. Dies ist im dargestellten Beispiel vorgesehen unter der Annahme, daß die Dampfturbine 16 eine sogenannte Gegendruck-Turbine ist, aus der der Dampf unter einem relativ hohen Druck entlassen wird. Solche GegendruckDampfturbinen werden in der Industrie vielfach eingesetzt. Ist in einem anderen Fall der Druck in der Abdampfleitung 22 nicht hoch genug je nach Auslegung der Dampfturbine 16, so kann Dampf für die Strahlpumpe 8 an einer anderen Stelle, insbesondere vom Einlaß oder einer Anzapfung der Dampfturbine 16, entnommen werden. Über eine Treibmittelleitung 18 und ein Stellventil 19 gelangt der als Treibmittel dienende Dampf zur Strahlpumpe 8,wo er den aus den Wrasenrohren 9 gesaugten Dampf aufnimmt und von wo er durch eine Ableitung 20 abgeführt wird; diese Ableitung führt im dargestellten Fall zum Leckagekondensator 15.
  • Die beschriebene Dichtungsanordnung ermöglicht eine einfache Funktionskontrolle einer Durchführung einer Welle und gestattet darüber hinaus eine deutliche Verringerung der Belastung ihrer Umgebung. Sie ist besonders qualifiziert zur Anwendung an einer Dampfturbine, insbesondere an einer Dampfturbine für einen industriellen Zweck mit einer Leistungsabgabe zwischen etwa 1 MW und 40 MW.

Claims (13)

  1. Dichtungsanordnung für eine Durchführung (1) einer eine Achse (2) habenden Welle (3) durch ein feststehendes Gehäuse (4), welches einen mit einem Fluid beaufschlagbaren Innenraum (5) umschließt, aus dem die Welle (3) austritt, mit einer die Welle (3) umringenden, entlang der Achse (2) beiderseits von Dichtungen (6) benachbarten und durch zumindest eine der Dichtungen (6) hindurch mit dem Fluid beaufschlagbaren Wrasenkammer (7), die zu der Umgebung hin offen ist,
    dadurch gekennzeichet, daß die Wrasenkammer (7) zusätzlich mit einer Saugeinrichtung (8) verbunden ist, wobei zwischen der Saugeinrichtung (8) und der Wrasenkammer (7) ein Stellventil (10) eingesetzt ist.
  2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Wrasenkammer (7) über ein Wrasenrohr (9) mit der Umgebung verbunden und die Saugeinrichtung (8) an das Wrasenrohr (9) angeschlossen ist.
  3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Saugeinrichtung (8) eine Strahlpumpe (8) ist, welche zur Zustellung von als Treibmittel dienendem Fluid mit dem Innenraum (5) verbunden ist.
  4. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen der Wrasenkammer (7) und dem Innenraum (5) eine die Welle (3) umringende, entlang der Achse (2) beiderseits von Dichtungen (6) benachbarte Sperrkammer (11) angeordnet ist, welcher über eine zugehörige Zuleitung (12) Fluid zustellbar ist.
  5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, bei der die Zuleitung (12) an den Innenraum (5) angeschlossen ist.
  6. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen der Wrasenkammer (7) und dem Innenraum (5) eine die Welle (3) umringende, entlang der Achse (2) beiderseits von Dichtungen (6) benachbarte Leckagekammer (13) angeordnet ist, von welcher über eine zugehörige Ableitung (14) Fluid abführbar ist.
  7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, bei der die Ableitung (14) an einen Leckagekondensator (15) angeschlossen ist.
  8. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Welle (3) zwei Durchführungen (1) durch das Gehäuse (4) hat, deren jede eine mit der Saugeinrichtung (8) verbundene Wrasenkammer (7) aufweist.
  9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, bei der der Saugeinrichtung (8) vor jeder Wrasenkammer (7) ein jeweiliges Stellventil (10) vorgeschaltet ist.
  10. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Gehäuse (4) eine Dampfturbine (16) umschließt, durch die die Welle (3) in Rotation versetzbar ist.
  11. Verfahren zum Betrieb einer Dichtungsanordnung für eine Durchführung (1) einer eine Achse (2) habenden Welle (3) durch ein feststehendes Gehäuse (4), welches einen mit einem Fluid beaufschlagten Innenraum (5) umschließt, aus dem die Welle (3) austritt, mit einer die Welle (3) umringenden, entlang der Achse (2) beiderseits von Dichtungen (6) benachbarten und durch zumindest eine der Dichtungen (6) hindurch mit dem Fluid beaufschlagten Wrasenkammer (7), die zu der Umgebung hin offen und zusätzlich mit einer Saugeinrichtung (8) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid aus der Wrasenkammer (7) bis auf einen Rest, der in die Umgebung abgeführt wird, mittels der Saugeinrichtung (8) abgesaugt wird, wobei der von der Saugeinrichtung (8) angesaugte Fluid anteil mittels eines Stellventils (10) geregelt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Fluid ein Dampf, vorzugsweise Wasserdampf, ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Welle (3) rotiert.
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