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(Gasdichter Abschluss von rotierenden und kippbaren Apparaturen, wie Ölen, Trommeln od. dgl.
Die axiale Abdichtung von rotierenden und kippbaren Apparaturen, wie Öfen, Trommeln od. dgl., ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, welche ihre Ursache in unvermeidlichen Ausführungungenauigkeiten und in der durch Abnutzung hervorgerufenen Verlagerung der bewegten Teile haben.
Bei Einrichtungen (wie Öfen, Brenntrommeln, Trockentrommeln u. dgl. ), die bei höheren Temperaturen
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anfänglich vorhandene genaue Passung der bewegten Teile sehr rasch teilweise oder ganz verlorengeht und nicht selten auch Klemmungen und Zerstörungen grösseren Umfanges verursacht werden. Man ist daher in vielen Fällen gezwungen, von Anfang an zwischen den bewegten Teilen Spiel zu lassen und auf präzisen Lauf zu verzichten. Hiezu kommt, dass zahlreiche der bisher verwendeten Dichtungsorgane, wie grosse Stopfbüchsen, Labyrinthdiehtungen, Harmonikaverschlüsse u. a., sehr empfindlich gegen Temperatureinflüsse und Verstaubung sind und bei einmal eingetretener Schädigung ihre Funktionsfähigkeit sehr bald ganz verlieren.
Alle diese Umstände haben zur Folge, dass man in vielen Fällen, in denen eine gute Abdichtung sehr erwünscht wäre, auf eine solche verzichtet und die damit verbundene geringere Wirtschaftlichkeit und andere Nachteile in Kauf nimmt ; in den Fällen, bei denen eine bessere oder eine vollkommene Abdichtung unerlässlich ist, muss man zu häufigen Instandsetzungsarbeiten oder zu grundsätzlichen, sonst nicht erwünschten Änderungen im Gesamtaufbau der Anlage greifen.
Zwecks Ausschaltung dieser Schwierigkeiten verwendet die vorliegende Erfindung Anschluss- elemente (Köpfe), die bekannterweise in der Nähe ihres Schwerpunktes freibeweglich aufgehängt oder unterstützt und durch bewegliche Verbindungsstücke mit den feststehenden Teilen des Aggregates (Gas- leitungen, Füchse, Materiallutten u. dgl. ) verbunden sind ; diese Köpfe werden in axialer Richtung an den umlaufenden Teil der Apparatur angepresst, derart, dass sie sich mit einer zur Umdrehungsachse senkrechten oder nahezu senkrechten Stütz-und Dichtungsebene ständig satt an den umlaufenden Teil anlegen und alle seine Bewegungen-mit Ausnahme der umlaufenden-mitmachen. Zur Unterstützung der Köpfe dienen Balanciers, nachgiebige Federn oder andere gleiehwirkende Organe.
Das Anpressen in axialer Richtung kann durch Gewiehte, Federn oder andere gleiehwirkende Einrichtungen bewirkt werden und erfolgt erfindungsgemäss unabhängig von der lotrechten Unterstützung, wodurch wechselnden Innendrücken Rechnung getragen und in der Stütz-und Dichtungsfläche, wie später ausgeführt, eine ganz bestimmte Druckverteilung erzielt werden kann. Ein Abweichen des Kopfes längs der zur Um- drehungsachse senkrechten Stütz-und Diehtungsfläche wird erfindungsgemäss dadurch verhindert, dass beide Dichtungsflächen in geeigneter Weise gegeneinander zentriert sind.
Ein Mitdrehen des Kopfes wird durch Organe unmöglich gemacht, die erfindungsgemäss derart angeordnet sind, dass die das Mitdrehen verhindernden geringen Kräfte vom Zentrierring aufgenommen werden, ohne den Gleichgewichtszustand des Kopfes zu beeinträchtigen. Zur Verbindung der Köpfe mit den feststehenden Teilen dienen die bekannten Flüssigkeitsabschlüsse, Schläuche oder andere freibewegliehe Verbindungen, von denen die erstgenannten, wie später ausgeführt, erfindungsgemäss mit zweckentsprechenden Hilfseinrichtungen ausgestattet werden.
Das durch diese Massnahmen erzielte ständige und satte Aufeinanderliegen der Dichtungsflächen ermöglicht es, die Abdichtung selbst in einer von den bisherigen Ausführungen abweichenden, einfachen, wirksamen und betriebssicheren Weise durchzuführen. Sie erfolgt in der zur Drehachse senkrechten Stütz-und Dichtungsebene durch zwei aufeinandergleitende Diehtungsringe, von denen einer mit einer
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oder mit mehreren ringförmigen Nuten versehen ist. Diese werden erfindungsgemäss mit einer unter statischem Druck stehenden Flüssigkeit gefüllt, welche sich auf der ganzen Dichtungsfläche verteilt und gleichzeitig zur Abdichtung und Schmierung dient.
Durch Einschaltung eines Flüssigkeitsumlaufes kann diese Flüssigkeit auch zur Kühlung der Diehtungsflächen verwendet werden. Voraussetzung für das richtige Funktionieren der Fliissigkeitsabdichtung ist, dass die Ringe eben bleiben und nicht zu heiss werden. Im übrigen haben die Ringe selbst das Bestreben, eben zu bleiben, da vorstehende Teile sich immer in erster Linie abschleifen.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der durch axiale Anpressung hervorgerufene Flächen- druck grösser sein muss als der in der Dichtungsfläche herrschende grösste Flüssigkeitsdruck ; andernfalls klaffen die Dichtungsflächen auseinander und die Flüssigkeit rinnt teilweise aus.
Da der Flüssigkeitdruck von unten gegen oben abnimmt, ergeben sieh bei einem im Schwerpunkt unterstützten, vollkommen ausgewogenen und zentral angepressten Kopfe in den oberen Teilen der Dichtungsfläche unnötig hohe
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gemäss wird diesem Nachteile dadurch begegnet, dass der Kopf derart unterstützt bzw. angepresst wird, dass er sich in den unteren Teilen der Dichtungsfläche, dem zunehmenden Flüssigkeitsdrucke entsprechend, stärker anlegt als in den oberen.
Wie man dieses Ziel erreichen kann, soll im folgenden an einigen Beispielen gezeigt werden : Man kann den ganzen Kopf in seinem Schwerpunkte unterstützen, sein Gewicht aber nicht zur Gänze ausbalancieren ; der zum Absinken neigende Kopf legt sich dann durch das in der Dichtungsfläche auftretende Drehmoment in den unteren Teilen der Dichtungsfläche stärker an als in den oberen ; das nicht aus- geglichene Gewicht wird durch den Zentrierring aufgenommen. Es ist auch denkbar, den Kopf vollkommen auszubalancieren, den Unterstützungspunkt aber zwischen Schwerpunkt und Dichtungsfläche zu verlegen, so dass der Kopf zum Umkippen neigt.
Er legt sich auch in diesem Falle in den unteren Teilen der Dichtungsfläche stärker an als in den oberen, ohne dass jedoch unausgeglichene Gewichtskomponenten von der Zentrierung aufgenommen werden müssen. Man kann aber auch den Kopf im Schwerpunkte unterstützen und vollkommen auswiegen, die Angriffspunkte der in axialer Richtung wirkenden Kräfte her unter die Mittellinie senken, wodurch die beabsichtigte Druekverteilung ebenfalls hervorgerufen wird.
Selbstverständlich sind auch Kombinationen dieser drei Massnahmen oder andere Konstruktionen
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dass die spezifischen Drücke im ganzen Bereich der Diehtungsfläehe so eingestellt werden, dass ein nahezu konstanter Überdruck gegenüber dem örtlichen Flüssigkeitsdrucke besteht.
Zur Vermeidung von Gratbildungen an den Dichtungsflächen ist es wesentlich, dass der mit Nuten versehene Ring aus weicherem Material hergestellt wird als der gegenüberliegende glatte Ring. Die Ringe schleifen sich nur an den Stirnflächen, u. zw. oben ab und können so lange eingebaut bleiben, bis sie nahezu vollkommen verschlissen sind. Die Abnutzung in der Stützfläche des Zentrierringes ist sehr gering, da die hier normal zur Drehachse wirkenden Kräfte durch geeignete Ausbalancierung nahezu auf Null gebracht werden können.
Es ist ferner wichtig, dass die Dichtungsnuten dauernd rein gehalten werden ; zu diesem Zwecke werden erfindungsgemäss die Nuten in den umlaufenden Ringen angeordnet und durch in sie eingreifende bewegliche Finger gereinigt, die von den feststehenden Ringen ausgehen. Für die Verbindung des in gewissen Grenzen beweglichen Kopfes der Apparatur mit den feststehenden Teilen (Rohr-oder Leitungsanschluss) werden die bekannten Flüssigkeitsabschlüsse verwendet.
Sie besitzen jedoch den Nachteil, dass sie sehr leicht verstauben und dass bei hohen Gastemperaturen unter dem Einflusse der strahlenden Hitze und des ständigen Gasweehsels ein erheblicher Teil der Flüssigkeit verdunstet, so dass diese ständig nachgefüllt werden muss und unter Umständen auch stark eindic1. -t. In manchen Fällen ist es auch unerwünscht, dass erhebliche Teile der Sperrflüssigkeit in Dampfform in das Gas übergehen.
Diesen Nachteilen wird gemäss vorliegender Erfindung dadurch begegnet, dass auf den glatten Innenrand der Flüssigkeitszarge ein glatter ringförmiger Schutzkörper aufgesetzt wird, welcher möglichst genau, aber leichtverschieblich in die Tauchglocke eingepasst ist. Dieser Körper besitzt nach innen geneigte Flächen, auf denen der sieh ablagernde Staub abrutscht ; da sich der Abschlusskörper in horizontaler Richtung auf dem Innenrand der Zarge und in vertikaler Richtung in der Glocke frei verschieben kann, hindert er die wechselseitige Verschiebung von Glocke und Schüssel in keiner Weise.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung dargestellt, u. zw. zeigen die Fig. 1, 2 und 3 Längsschnitte, Kreuzrissansicht und Grundriss der Abdichtung nach der Erfindung, während die Fig. 4 und 5 die Zentrierringe mit zugehörigen Druekdiagrammen darstellen. Fig. 6 zeigt eine Einzelheit im Längsschnitt und vergrösserten Massstab, die Verbindung des beweglichen Ofenkopfes mit den feststehenden Teilen der Apparatur betreffend.
Die auf Laufringen und Rollen ruhende und mit einem Hals versehene Trommel a (Öfen, Brenn-
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sich der in gewissen Grenzen freibeweglich Kopf d mit dem Dichtungsring e, der den Ring b zwecks Zentrierung von aussen umfasst. Im Dichtung-un Zentrierring e sind Kanälchen für die Zufuhr der Sperrflüssigkeit und für das Entweichen der Luft vorgesehen, die in der Ölvase f und in dem Entitiftungs-
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Zugstangen j und j'durch die in den Auflagern k und k' unterstützten Balanciers l und l'und durch die
Gegengewichte m und 'freischwebend erhalten. Das Anpressen in axialer Richtung erfolgt durch die Zugstangen ib und n'unter Vermittlung der Kragarme o und o'und der Schraubenfedern p und p'.
Die an den Kragarmen o und o'in vertikaler Richtung angreifenden Zugstangen f und verhindern in beiden Richtungen ein Mitdrehen des Kopfes ; sie sind in der Mittelebene der Zentrierungsfläche angeordnet und haben gegenüber den festen Stützpunkten s und s'so viel Spiel, als zur freien Beweglichkeit des Kopfes d in den nötigen Grenzen erforderlich ist.
In Fig. 4 sind die Druckverhältnisse in der Dichtungsfläche bei vollkommen ausgewogenem Kopfe,
Unterstützung im Schwerpunkte und zentraler Anpressung dargestellt ; die konstante Vorspannung im Verein mit dem von unten nach oben abnehmenden Flüssigkeitsdruck ergibt in den oberen Teilen unnötig grosse spezifische Flächenpressungen. Fig. 5 zeigt als Beispiel eine der oberwähnten Möglichkeiten zur Verbesserung der Druckverhältnisse. Auch hier ist der Kopf vollkommen ausgewogen und zentral angepresst, doch liegt der Unterstützungspunkt nicht im Schwerpunkte des Kopfes, sondern zwischen diesem und der Dichtungsfläehe ;
das dadurch entstehende Kippmoment bewirkt in der als Einspannebene dienenden Dichtungsfläche zusätzliche Spannungen, durch welche sich auf der ganzen Dichtungsfläche ein nahezu konstanter resultierender Flächendruck einstellt. Die axiale Vorspannung kann nunmehr wesentlich geringer gewählt werden.
In Fig. 6 ist die Verbindung des beweglichen Ofenkopfes mit den feststehenden Teilen unter Zuhilfenahme eines Flüssigkeitsabschlusses h dargestellt. Hiebei ist die Tauchgloeke mit t, die feststehende Zarge mit u und ein besonderer Schutzring mit a ; bezeichnet. Der Schutzring sitzt auf dem glatten Innen-
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innen geneigten Flächen des Ringes x sichern in jeder Stellung desselben den Flüssigkeitsverschluss vor dem Eindringen von Staub, ermöglichen dennoch aber ein freies Spiel zwischen den Rohren t und u.
Gegenüber den offenen Zargen u bietet der Schutzring a ; folgende Vorteile : Er verhindert nahezu vollständig die Ablagerung von Staub in dem Innenraum der Zarge, schützt die Sperrflüssigkeit vor strahlender Hitze, schafft oberhalb der Sperrflüssigkeit einen gegen Gaswechsel gesicherten Raum, der sich mit Flüssigkeitsdämpfen, den herrschenden Temperatur Verhältnissen entsprechend, sättigt, wodurch die weitere Verdunstung der Sperrflüssigkeit nahezu ganz unterbunden wird, und dämpft bei plötzlichen Drucksteigerungen (Explosionen) den auf den Flüssigkeitsabschluss wirkenden Stoss, so dass das Gas Zeit hat, durch die für die Druckentlastung vorgesehenen Organe zu entweichen.
Das lästige Auswerfen von Sperrflüssigkeit wird dadurch in den meisten Fällen vermieden. Die Form des Schutzringes x richtet sich nach der Form der Glocke.
Hervorgehoben sei schliesslich noch, dass es für das Wesen der Erfindung gleichgültig ist, wie die
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Es ändern sich dadurch nur die zum Ausbalancieren und zum axialen Anpressen erforderlichen Kräfte.
Selbstverständlich ist es auch möglich, zwischen die Dichtungsflächen an Stelle einer Flüssigkeit halbfeste Stoffe, wie Schmierfette, oder feste Stoffe, wie Graphit, einzuführen.
Die Erfindung eignet sieh sowohl für kippbare Apparaturen, wie Martinofen und Mischer, als auch für umlaufende Einrichtungen, wie drehbare Retorten, Drehrohröfen u. dgl. ; sie gewährleistet eine vollkommene Abdichtung auch dann, wenn sich die Apparatur ausdehnt und verzieht oder wenn Achsenschwenkungen oder andere gröbere Unregelmässigkeiten im Gange des Ofens auftreten. Die Abnutzung an den Dichtungsflächen ist dank der guten Schmierung gering und beeinträchtigt die Dichtheit
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PATENT-ANSPRÜCHE :
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Gasdichter Abschluss von rotierenden und kippbaren Apparaturen, wie Öfen, Trommeln od. dgl., unter Verwendung freibeweglicher und in der Mitte ihres Schwerpunktes unterstützter Anschlusselemente (Köpfe), die in axialer Richtung an den bewegten Teil der Apparatur angepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützung der Köpfe und ihre axiale Anpressung durch voneinander unabhängige Vorrichtungen erfolgen.