Wellenabdichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wellenabdichtung, bei welcher ein gegen das Maschi nengehäuse abgedichteter, axial verschiebbarer, unter Federwirkung gegen einen Wellenbund gepresster Dichtungsring Verwendung findet, der mindestens eine durch Kanäle mit Öl versorgte Ölringnut auf weist.
In Fig. 1 der Zeichnung ist eine zum Stand der Technik gehörende Anordnung schematisch wieder gegeben. Mit 1 ist die Maschinenwelle, mit 2 der Wellenbund, mit 3 der Dichtungsring, mit 4 das Ge häuse und mit 5,5' sind flexible Dichtungen bezeich net. Der Kanal 6 führt zur Ölringnut 7, die Ölzulei- tung hat die Bezugsziffer B. Eine Feder 9 presst den Dichtungsring gegen den Wellenbund.
Die Nachteile des Bekannten lassen sich erkennen, wenn man die in axialer Richtung auf den Dichtungsring wirkenden Kräfte näher betrachtet. Hierzu seien die Angaben von Fig. 1 zu Grunde gelegt. Dort bedeutet pL den Luftdruck, po den Druck des Dichtungsöles und pG den Gasdruck; F stellt die Federkraft dar. Die ver schiedenen Durchmesser sind mit D1 bis D5 benannt.
Es ist angenommen, dass der Ölfilm zwischen dem Dichtungsring und dem Wellenbund sich .bis zum Durchmesser D4 erstreckt. Eine einfache Rechnung ergibt nun, dass die Summe aller horizontalen Kräfte, die am Dichtungsring angreifen, aus folgender Bezie hung ermittelt werden kann:
EMI0001.0030
Hierbei ist 4p = p,)-p" eine Druckdifferenz, welche normalerweise zwischen 0,2 bis 1 Atm. vari iert wird.
Die vorstehende Gleichung für I'H zeigt, dass nicht nur die Federkraft auf den Dichtungsring wirkt, sondern auch die vom Öl- und Gasdruck her rührenden Kräfte. Bei gasgekühlten elektrischen Ma schinen wählt man nun zur Verbesserung der Küh lung p.;
erheblich höher als pL. Dann kann die An- presskraft so hoch werden, d'ass die Bildung eines ge nügenden Ölfilmes auf der Gleitfläche zwischen dem Wellenbund und dem Dichtungsring unmöglich ist, so dass eine unzulässige Erwärmung eintritt. Die Ab hängigkeit vom Gas- und Öldruck ist insbesondere bei solchen Maschinen von Nachteil, bei denen der Gasdruck zwecks Anpassung .der Kühlung an die Be lastung während des Betriebes verändert wird.
Ein hoher Gasdruck bringt die vorgenannten Schwierig keiten mit sich, während ein niedriger Druck dazu führt, dass relativ viel Öl nach der Innenseite der Maschine durchsickert, was zu einer Verunreinigung des Wasserstoffes und einer Verschmutzung des Ma schineninneren infolge von Ölnebel führt.
Die geschilderten Mängel lassen sich vermeiden, wenn erfindungsgemäss der zur Berührungsfläche zwi schen dem Gehäuse und der dem Wellenbund näher liegenden Dichtung des Dichtungsringes gehörende Durchmesser zumindest näherungsweise so gross ist wie der zur äusseren Kante der am Wellenbund an liegenden Fläche des Dichtungsringes gehörende Durchmesser und wenn die Differenz zwischen dem Druck des Dichtungsöles und dem Gasdruck einen zumindest näherungsweise konstanten Wert besitzt. Der erzielbare Vorteil ergibt sich
unmittelbar aus der obigen Beziehung für ZH. Es ist hierin nämlich Di=Ds und dp=konstant zu setzen, so dass man 1H <I>= c<B>(D'-</B></I> D,) n/4 -f- <I>F</I> erhält. Damit die auf den Dichtungsring wirkende Kraft eine unveränderliche Grösse hat, wird es also erforderlich,
bestimmte kon struktive Abmessungen einzuhalten und gewisse Re lationen zwischen dem Öldruck und dem Gasdruck herzustellen. Das letztere lässt sich in einfacher Weise dann erzielen, wenn ein vom Gasdruck gesteuertes Ventil den Druck des Dichtungsöles so einstellt, dass dieser stets um einen konstanten Betrag über dem Gasdruck liegt.
In den Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht wiedergegeben. Mit 3' ist der Dichtungsring, mit 4' das Maschinen gehäuse bezeichnet. Die übrigen Teile haben die glei chen Bezugsziffern wie die entsprechenden Teile der Fig. 1. Fig. 3 stellt eine Ansicht in Richtung A von Fig. 2 dar.
Anhand von Fig. 4 soll erläutert werden, wie sich das Eindringen von Dichtöl in das Maschineninnere verhindern lässt. Wie zu erkennen ist, wirkt auf die Ölscheibe von der Erstreckung<I>a</I> der Öldruck<I>B,</I> der Gasdruck C und die Fliehkraft der Scheibe selbst. Unter Berücksichtigung des erforderlichen Kräfte gewichtes lässt sich dann der Wert von<I>dp,</I> das heisst die konstant zu haltende Differenz zwischen Öldruck und Gasdruck rechnerisch leicht bestimmen.
Shaft seal The present invention relates to a shaft seal in which an axially displaceable sealing ring, which is sealed against the machine housing, is pressed against a shaft collar under spring action and has at least one oil ring groove supplied with oil through channels, is used.
In Fig. 1 of the drawing an arrangement belonging to the prior art is shown schematically again. With 1 the machine shaft, with 2 the shaft collar, with 3 the sealing ring, with 4 the Ge housing and with 5.5 'flexible seals are designated net. The channel 6 leads to the oil ring groove 7, the oil supply line has the reference number B. A spring 9 presses the sealing ring against the shaft collar.
The disadvantages of the known can be seen if one looks more closely at the forces acting on the sealing ring in the axial direction. This is based on the information from FIG. 1. There pL means the air pressure, po the pressure of the sealing oil and pG the gas pressure; F represents the spring force. The different diameters are named D1 to D5.
It is assumed that the oil film between the sealing ring and the shaft collar extends up to diameter D4. A simple calculation now shows that the sum of all horizontal forces acting on the sealing ring can be determined from the following relationship:
EMI0001.0030
Here, 4p = p,) - p "is a pressure difference which is normally varied between 0.2 and 1 atm.
The above equation for I'H shows that not only the spring force acts on the sealing ring, but also the forces from the oil and gas pressure. In the case of gas-cooled electrical machines, one now chooses p to improve the cooling;
considerably higher than pL. Then the contact force can be so high that the formation of a sufficient oil film on the sliding surface between the shaft collar and the sealing ring is impossible, so that impermissible heating occurs. The dependence on the gas and oil pressure is particularly disadvantageous in machines in which the gas pressure is changed for the purpose of adapting the cooling to the load during operation.
A high gas pressure brings the aforementioned difficulties with it, while a low pressure leads to a relatively large amount of oil seeping through to the inside of the machine, which leads to contamination of the hydrogen and contamination of the inside of the machine as a result of oil mist.
The deficiencies described can be avoided if, according to the invention, the diameter belonging to the contact surface between tween the housing and the seal of the sealing ring closer to the shaft collar is at least approximately as large as the diameter belonging to the outer edge of the surface of the sealing ring lying on the shaft collar and if the The difference between the pressure of the sealing oil and the gas pressure has an at least approximately constant value. The achievable advantage arises
directly from the above relationship for ZH. Here we have to set Di = Ds and dp = constant, so that 1H <I> = c <B> (D'- </B> </I> D,) n / 4 -f- <I> F </I> receives. So that the force acting on the sealing ring has a constant magnitude, it is necessary to
to adhere to certain constructive dimensions and to establish certain relations between the oil pressure and the gas pressure. The latter can be achieved in a simple manner if a valve controlled by the gas pressure adjusts the pressure of the sealing oil so that it is always a constant amount above the gas pressure.
In FIGS. 1 to 4, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in simplified form. With 3 'the sealing ring is referred to with 4' the machine housing. The remaining parts have the same reference numerals as the corresponding parts in FIG. 1. FIG. 3 is a view in the direction A of FIG.
Using FIG. 4, it is intended to explain how the penetration of sealing oil into the interior of the machine can be prevented. As can be seen, the oil pressure <I> B, </I> the gas pressure C and the centrifugal force of the disk itself act on the oil disk from the extension <I> a </I> the value of <I> dp, </I> that means the difference between oil pressure and gas pressure to be kept constant can be easily determined by calculation.