DE102005036668B3 - Hydraulic machine for use as water or pump turbine has a labyrinth seal with an annular chambers, annular gap channels and connecting channels - Google Patents
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Abstract
Die
Erfindung betrifft eine Wasserturbine oder Pumpturbine oder sonstige
hydraulische Maschine
- mit einem feststehenden und einem umlaufenden
Bauteil;
- zwischen den Bauteilen befindet sich eine Labyrinthdichtung,
die aus den beiden Bauteilen gebildet ist und durch die beim Betrieb
ein Leckagestrom fließt;
-
die Labyrinthdichtung umfasst eine Mehrzahl von ringförmigen Kammern
sowie diese leitend miteinander verbindende ringspaltförmige Kanäle.
Die
erfindungsgemäße Wasserturbine
oder Pumpturbine oder sonstige hydraulische Maschine weist die folgenden Merkmale
auf:
- die ringförmigen
Kammern haben einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt;
-
die ringspaltförmigen
Kanäle
sind derart angeordnet, dass der Leckagestrom sowohl beim Eintritt
in eine Kammer als auch beim Austritt aus dieser um mehr als 90° umgelenkt wird;
-
die Verbindungskanäle,
die an ein- und dieselbe Kammer angeschlossen sind, sind gegeneinander
versetzt.The invention relates to a water turbine or pump turbine or other hydraulic machine
- With a fixed and a rotating component;
- Between the components is a labyrinth seal, which is formed from the two components and through which a leakage current flows during operation;
- The labyrinth seal comprises a plurality of annular chambers and these conductive interconnecting annular gap-shaped channels.
The water turbine or pump turbine or other hydraulic machine according to the invention has the following features:
- The annular chambers have a rectangular or square cross-section;
- The annular gap-shaped channels are arranged such that the leakage flow is deflected both when entering a chamber and at the outlet from this by more than 90 °;
- The connecting channels, which are connected to one and the same chamber, are offset from each other.
Description
Die
Erfindung betrifft das Gebiet der hydraulischen Maschinen, insbesondere
eine Wasserturbine oder eine Pumpturbine. Sie betrifft insbesondere das
Gebiet der Labyrinthdichtungen. Als Beispiel für eine solche hydraulische
Maschine wird auf
Bei solchen Maschinen läuft ein Laufrad innerhalb eines feststehenden Gehäuses um, so dass zwischen den beiden ein Spalt entsteht. Der Spalt muss gegen Leckage abgedichtet werden, um den Leckagestrom so weit wie möglich zu minimieren. Zum Abdichten sind Labyrinthdichtungen bekannt. Diese gibt es in einer Vielzahl von Ausführungsformen. Die einfachste Form ist das sogenannte glatte Labyrinth, bei welchem die Begrenzungswände des Lichtspaltes frei von Sprungstellen sind und mehr oder minder parallel nebeneinander verlaufen. Eine weitere Ausführungsform ist das gestufte Labyrinth, bei dem die miteinander zusammenarbeitenden Flächen treppenförmig sind. Ferner sind zahlreiche Labyrinthe bekannt, die eine Vielzahl von kleinen ringförmigen Kammern aufweisen, sowie ringspaltförmige Kanäle, die die Kammern miteinander verbinden.at such machines is running an impeller within a fixed housing, so that between the both create a gap. The gap must be sealed against leakage to minimize the leakage current as much as possible. For sealing Labyrinth seals are known. These come in a variety of embodiments. The simplest form is the so-called smooth labyrinth, in which the boundary walls of the light gap are free of jumps and more or less parallel next to each other. Another embodiment is the tiered labyrinth where the collaborating surfaces jagged are. Furthermore, numerous labyrinths are known that have a variety from small annular Have chambers, and annular gap-shaped channels, the chambers with each other connect.
Bekannte
derartige Labyrinthdichtungen gehen beispielsweise aus der
Man ist bestrebt, den Leckagestrom durch den Dichtspalt so weit wie möglich zu minimieren, da er Verlustleistung bedeutet. Gleichzeitig soll der Herstellungsaufwand so klein wie möglich sein. Bei den bekannten Labyrinthdichtungen werden diese beiden Merkmale nicht im notwendigen Maße erfüllt.you Strives to the leakage current through the sealing gap as far as possible to minimize, since it means power loss. At the same time the manufacturing cost to be as small as possible. In the known Labyrinth seals will not need these two features in the necessary Dimensions met.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Labyrinthdichtung anzugeben, die für Strömungsmaschinen wie Wasserturbinen oder dergleichen geeignet ist, die eine weitgehende Minimierung des Leckagestromes erbringt und die außerdem einen minimalen Herstellungsaufwand hat.Of the The invention is therefore based on the object, a labyrinth seal specify that for turbomachinery such as water turbines or the like is suitable, which is an extensive one Minimizing the leakage current and providing one more has minimal production costs.
Diese Aufgabe wird mit einer Labyrinthdichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.These The object is achieved with a labyrinth seal according to claim 1.
Der Erfinder ist dabei von einer Labyrinthdichtung ausgegangen, die eine Vielzahl von ringförmigen Kammern aufweist, ferner Ringspalt-Kanäle, die die Kammern miteinander verbinden. Ein Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die ringförmigen Kammern einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Hierdurch wird die Herstellung erleichtert. Die betreffenden Flächen, aus welchen eine Kammer aufgebaut ist, lassen sich durch Einstechen herausarbeiten. Die Begrenzungsflächen der Kammern verlaufen somit parallel beziehungsweise senkrecht zueinander.Of the Inventor is based on a labyrinth seal, the a variety of annular Has chambers, further annular gap channels, the chambers with each other connect. An idea of the invention is that the annular chambers have a rectangular or square cross-section. hereby the production is facilitated. The areas concerned, off which a chamber is constructed, can be by piercing work out. The boundary surfaces of the chambers run thus parallel or perpendicular to each other.
Das wesentliche erfindungsgemäße Merkmal besteht in der Ausrichtung der Kammern einerseits, das heißt der Lage der Begrenzungsflächen, und der Verbindungskanäle zwischen zwei einander benachbarten Kammern andererseits. Dabei werden die Kanäle erfindungsgemäß derart angeordnet, dass der Leckagestrom sowohl beim Eintritt in eine Kammer als auch beim Austritt aus einer Kammer um mehr als 90 Grad umgelenkt wird. Das dritte kennzeichnende Merkmal besteht darin, dass der Einlass in eine Kammer und der Auslass aus einer Kammer gegeneinander versetzt sind, so dass der Leckagestrom nicht in einem Kurzschluss vom Einlass zum Auslass der Kammer direkt, das heißt auf kürzestem Weg durchströmt. Der Strömungsweg durch die Kammer soll nach der Umlenkung gegenüber der Strömungsrichtung im Verbindungskanal möglichst groß sein.The essential feature of the invention consists in the orientation of the chambers on the one hand, that is the location the boundary surfaces, and the connection channels between two adjacent chambers on the other. there become the channels according to the invention arranged that the leakage flow both when entering a chamber and deflected by more than 90 degrees when exiting a chamber becomes. The third characteristic feature is that the Inlet into a chamber and the outlet from a chamber against each other are offset so that the leakage current is not in a short circuit from the inlet to the outlet of the chamber directly, ie by the shortest route flows through. The flow path through the chamber after the deflection relative to the flow direction in the connecting channel be as big as possible.
Die genannten Merkmale haben sich als optimal im Sinne eines Behinderns der Leckageströmung und damit einer Minimierung des Leckagestromes erwiesen.The mentioned features have been found to be optimal in the sense of a hindrance the leakage flow and thus a minimization of the leakage current proven.
Die Umlenkung des Leckagestroms beim Wechsel von einem Verbindungskanal in eine Kammer sowie beim Wechsel von einer Kammer in einen Verbindungskanal könnte sehr groß sein, theoretisch beispielsweise annähernd 180 Grad. Dies wird man jedoch vermeiden, da hierbei scharte Kanten entstehen, die in besonderem Maß erosionsgefährdet sind. Um eine dauerhafte Konfiguration zu gewährleisten, wird die Umlenkung in der Größenordnung von 130 bis 170 Grad liegen. Die Strömungsrichtung in einem Verbindungskanal und die Strömungsrichtung in der nachgeschalteten Kammer bilden beispielsweise einen Winkel von 30 Grad miteinander, was einer Umlenkung von 150 Grad entspricht.The Deflection of the leakage current when changing from a connection channel in a chamber as well as when changing from a chamber into a connecting channel could be very be great theoretically approximate, for example 180 degrees. This will be avoided, however, because there are sharp edges arise, which are particularly prone to erosion. Around To ensure a permanent configuration, the diversion becomes in the order of magnitude from 130 to 170 degrees. The flow direction in a connecting channel and the flow direction in the downstream chamber, for example, form an angle of 30 degrees with each other, which corresponds to a deflection of 150 degrees.
Die Erfindung sowie der Stand der Technik sind anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:The Invention and the prior art are based on the drawing explained in more detail. In this is shown in detail as follows:
Die
in
Das
Laufrad
Für die Erfindung
entscheidend ist eine Labyrinthdichtung
Aus
Der
von oben nach unten fließende
Leckagestrom wird sowohl beim Eintritt in eine der Kammern als auch
beim Austritt jeweils um deutlich mehr als 90 Grad umgelenkt. Im
vorliegenden Falle beträgt
die Umlenkung ca. 120 Grad. Die ringförmigen Kammern
Etwas
anders sieht es aus bei der Ausführungsform
gemäß
Die
Verbindungskanäle
Die
Querschnitte der ringförmigen
Kammern
Die
genannten Kammerverbindungskanäle sind
bei der Ausführungsform
gemäß
Die
vorbekannten Ausführungsformen
sind in den
Bei
der Ausführungsform
gemäß
- 11
- LaufradWheel
- 1.11.1
- Laufradbogenwheel arch
- 1.21.2
- Laufradkranzrotor ring
- 1.31.3
- Laufradschaufelnimpeller blades
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- Turbinendeckelturbine cover
- 44
- Saugrohrsuction tube
- 55
- Einlaufspiraleenema spiral
- 66
- Leitapparatdiffuser
- 77
- Laufradwelleimpeller shaft
- 88th
- Labyrinthdichtunglabyrinth seal
- 8.18.1
- Ring im Laufradkranzring in the wheel rim
- 8.28.2
-
Ring
im Gehäuse
2 Ring in the case2 - 9.19.1
- Kammerchamber
- 9.29.2
- Kammerchamber
- 9.39.3
- Kammerchamber
- 10.110.1
- Verbindungskanalconnecting channel
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