Vorrichtung zum Antreiben bewegbarer Teile bei chemischen und physikalischen Apparaturen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Antreiben bewegbarer Teile bei Apparaturen für die Durchführung chemischer und physikalischer Prozesse, insbesondere bei mit Überdrücken arbeitenden Apparaturen, welche Vorrichtung in einem Gehäuse angeordnet ist, welches einen Teil eines die anzutreibenden bewegbaren Teile enthaltenden Raums bildet.
Vorrichtungen der vorstehend bezeichneten Art werden z. B. benutzt, um Rührwerke in Autoklaven oder Pumpen für chemische Flüssigkeiten anzutreiben. Der Vorteil einer solchen Vorrichtung im Vergleich zu ausserhalb des Autoklaven angeordneten Vorrichtungen besteht darin, dass sich die Verwendung der gebräuchlichen Wellenabdichtungen vermeiden lässt; bei solchen Wellenabdichtungen ergibt sich der Nachteil, dass sich die Dichtpackungsringe abnutzen, so dass Undichtigkeiten auftreten, was insbesondere beim Arbeiten mit Überdrücken der Fall ist. Ausserdem treten infolge der Reibung Energieverluste auf, und für eine Erhöhung der Drehzahlen ergeben sich nur begrenzte Möglichkeiten.
Zwar kann man die genannten Nachteile ausschalten, indem man die Antriebsvorrichtung nach aussen hermetisch abkapselt, doch ergeben sich hierbei andere Nachteile auf Grund der Tatsache, dass die an den betreffenden Vorgängen teilnehmenden Medien um Teile der Vorrichtung herumströmen.
Es kann vorkommen, dass die Schmierung der Lager infolge Fehlens einer Schmierfähigkeit der erwähnten Medien erheblich gefährdet ist, oder, was noch schwerwiegender ist, dass mindestens solche Teile von diesen Medien angegriffen werden, zwischen denen Relativbewegungen auftreten.
Ziel der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile auszuschalten; im Hinblick hierauf sieht die Erfindung vor, dass die Lager der Vorrichtung in einer ein Schmiermittel enthaltenden Kammer angeordnet sind, die von dem Raum, welche die an dem betreffenden Vorgang teilnehmenden Medien enthalten, getrennt ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig 1 zeigt schematisch eine Ausbildungsform der Erfindung, die z. B. als Antriebsvorrichtung für das Rührwerk eines Autoklaven Verwendung finden kann.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für den gleichen Verwendungszweck.
In beiden Figuren umfasst die Vorrichtung einen Elektromotor mit einem Ständer 1 und einem Läufer 2, der eine Welle 3 antreibt. Das eine Ende der Welle 3 trägt ein in dem Autoklaven 5 angeordnetes Rühraggregat 4. Das Gehäuse 6 des Elektromotors ist auf einem Stutzen des Autoklaven 5 aufgesetzt.
Die Welle 3 läuft in innerhalb einer Schmierstoffkammer 8 angeordneten Lagern 7. Diese Kammer bildet den oberen Teil des Motorgehäuses und ist durch eine Dichtung 18 vom unteren Teil des Motorgehäuses abgedichtet. Der untere Teil des Gehäuses kommuniziert mit dem Behandlungsraum des Autoklaven 5. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein mit einem Dichtungsring 10 versehener Kolben 9 in einem Zylinder 11 angeordnet, dessen zu beiden Seiten des Kolbens liegende Räume über Rohrleitungen 12 bzw. 13 in Verbindung mit dem Behandlungsraum des Autoklaven 5 bzw. mit der Schmierstoffkammer 8 stehen. Auf der dem Behandlungsraum zugewandten Seite des Kolbens 9 ist eine Druckfeder 14 angeordnet.
In einem Zirkulationssystem 16 für den Schmierstoff ist ein Wärmeaustauscher 15 vorgesehen, und dieses System umfasst auch die Schmierstoffkammer 8 ; auf der Welle 3 sitzende Rührflügel bzw. Schaufeln 17 gewährleisten, dass der Schmierstoff während des Betriebes der Vorrichtung zirkuliert. Ein Schleifring 18 sorgt für eine ausreichende Abdichtung zwischen dem Behandlungsraum des Autoklaven 5 und der Schmierstoffkammer 8. Ferner ist der Autoklav mit einer Zuführungsleitung 19 und einer Entnahmeleitung 20 für das Behandlungsmedium ausgerüstet.
Gemäss Fig. 1 ist die Rohrleitung 13 in das Zirkulationssystem 16 eingeschaltet, doch ist dies nicht unbedingt erforderlich. Sollte die Kammer 8 nicht genügend Raum für die Unterbringung der Rührflügel 17 bieten, könnte man alternativ eine Umwälzpumpe in den Kreislauf 16 einschalten. Ausserdem kann an dieses Leitungssystem eine Rohrleitung angeschlossen sein, die zum Ergänzen des Schmierstoffvorrats dient.
Der Abdichtungsschleifring 18 eignet sich insbesondere zur Verwendung bei ununterbrochen arbeitenden Apparaturen. Bei unterbrochenem Betrieb, insbesondere wenn längere Unterbrechungen vorkommen, kann es vorteilhafter sein, eine weiche Dichtpackung zu verwenden. Die durch die Feder
14 aufzubringende zusätzliche Last liegt in der Grössenordnung von 0,5 bis 1kg/cm2; das Vorhandensein dieses Überdrucks des Schmierstoffs bewirkt, dass beim Auftreten einer geringfügigen Undichtigkeit niemals das Behandlungsmedium längs der Dichtung 18 zu der Schmierstoffkammer 8 hindurchsickern kann, so dass der Schmierstoff nicht verunreinigt wird. Weil Schmierstoff längs der Dichtung 18 zum Behandlungsraum durchsickern kann, ist diese Ausführung nur zulässig in den Fällen wo eine geringfügige Verunreinigung des Behandlungsmediums mit dem Schmierstoff keine Beschwerde ist.
Es ist jedoch darauf zu achten, dass der Schmierstoffvorrat in ausreichendem Masse ergänzt wird. Dies kann leicht in der Weise geschehen, dass man eine Schmierstoffpumpe vorsieht, die an den Kreislauf 16 oder die Leitung 13 mit Hilfe einer Speiseleitung angeschlossen ist und ständig unter Druck stehenden Schmierstoff zuführt.
Jede Gefahr, dass diese Anordnung zu einem übermässig hohen Schmierstoffdruck in dem System führt, kann dadurch ausgeschaltet werden, dass man den Kolben 9 in Richtung seiner Längsachse mit einer sich verjüngenden Nut versieht, deren Tiefe von der Schmierstoffseite zu dem Dichtungsring 10 allmählich abnimmt, wobei mit dieser Nut eine Abflussleitung in Verbindung steht. Je höher der Schmierstoffdruck ist, desto mehr wird der Kolben 9 in Fig. 1 nach rechts geschoben, und desto breiter wird der Austrittsquerschnitt für den Schmierstoff, so dass der Schmierstoffdruck wieder abnimmt. Der Kolben bewegt sich dann erneut nach links, so dass der Austrittsquerschnitt für den Schmierstoff allmählich wieder verkleinert wird. Auf diese Weise wird schliesslich ein Gleichgewichtszustand erreicht.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel eignet sich insbesondere für Prozesse, die sich bei hohen Temperaturen abspielen, denn das Kühlsystem ermöglicht die Verwendung eines Wärmeaustauschers von beliebiger Leistungsfähigkeit, so dass jederzeit Gewähr für eine ausreichende Kühlung des Schmierstoffs gegeben ist.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausbildungsform ist die angetriebene Welle 3 teilweise hohl ausgebildet, und die Lager 7 sind auf einer feststehenden zentralen Achse 21 angeordnet, deren eines Ende mit dem Gehäuse 6 verbunden ist. Zwischen der Welle 3 und der Achse 21 befindet sich die Schmierstoffkammer 8, in deren einem Ende ein Kolben 9 angeordnet ist, bei dem es sich hier um einen ringförmigen Kolben handelt. Dieser Kolben ist auf einer Seite dem Druck des Behandlungsmediums und auf der anderen Seite dem Schmierstoffdruck ausgesetzt. Die Abdichtung zwischen dem Kolben 9 und der Welle 3 erfolgt durch den äusseren Dichtungsring lOa, während ein innerer Dichtungsring lOb eine Abdichtung zwischen dem Kolben 9 und der Achse 21 bewirkt.
Die Achse 21 ist teilweise hohl und bildet einen Raum 22, durch den ein Kühlmittel hindurchgeleitet werden kann. Zu diesem Zweck sind an den Raum 22 eine Zuführungsleitung 23 und eine Abflussleitung 24 angeschlossen. Auch das Gehäuse 6 ist mit einem Kühlkanal 25 versehen. Damit das Behandlungsmedium zwischen dem Raum im oberen Teil des Gehäuses 6 und dem Behandlungsraum des Autoklaven 5 besser zirkulieren kann, ist eine Leitung 26 vorgesehen, die z. B. an den Autoklaven 5 selbst oder an die ihn speisende Leitung angeschlossen sein kann.
In diesem Falle ist das durch die Achse 21 gebildete Kühlsystem sehr gut für die Verwendung eines Kühlmittels geeignet, das innerhalb der Achse verdampft und dann ausserhalb derselben wieder kondensiert wird; grundsätzlich kann jedoch jedes geeignete Kühlmittel verwendet werden.
Eine weitere aus den Zeichnungen nicht ersichtliche Möglichkeit besteht darin, für eine Ergänzung des Schmierstoffvorrats dadurch zu sorgen, dass man innerhalb der Achse 21 eine Leitung anordnet, die mit der Kammer 8 in Verbindung steht; in die sem Falle kann auch der Schmierstoff ausserhalb des Gehäuses gekühlt werden.
In jedem Falle kann der Ständer 1 des Elektromotors in der üblichen Weise isoliert sein.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist lediglich die Anwendung der Erfindung bei den in Autoklaven vorgesehenen Rührwerken veranschaulicht, doch ergeben sich weitere umfangreiche An wendungsmöglichkeiten für die Erfindung, z. B. beim Pumpen von chemischen Flüssigkeiten sowie bei Rührwerken, Reaktionseinrichtungen, Mischern, Extraktoren, Zentrifugen und ähnlichen Trenn- oder Abscheidevorrichtungen.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 sind in dem Autoklav Temperaturen von bis zu 3500 C zulässig.
Wenn die Temperaturen diesen Wert überschreiten, bedarf die Kühlung des Schmierstoffs besonderer Beachtung. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ermöglicht das Arbeiten mit einer grösseren Kühlleistung, so dass es sich insbesondere zur Verwendung bei höheren Temperaturen eignet.
Ferner lässt sich die erfindungsgemässe Vorrichtung bei jedem beliebigen Druck benutzen, womit gemeint ist, dass man sowohl mit Überdrücken als auch mit Unterdrücken arbeiten kann.
Neben ihrer Anwendbarkeit in der chemischen Industrie besitzt die Erfindung weitere Anwendungsmöglichkeiten bei Kernreaktoranlagen, z. B. beim Hantieren mit radioaktive Materialien enthaltenden Stoffen oder beim Transport solcher Stoffe.
Device for driving movable parts in chemical and physical apparatus
The invention relates to a device for driving movable parts in apparatus for carrying out chemical and physical processes, in particular in apparatus working with excess pressure, which apparatus is arranged in a housing which forms part of a space containing the movable parts to be driven.
Devices of the type described above are z. B. used to drive agitators in autoclaves or pumps for chemical liquids. The advantage of such a device compared to devices arranged outside the autoclave is that the use of the customary shaft seals can be avoided; Such shaft seals have the disadvantage that the packing rings wear out, so that leaks occur, which is the case in particular when working with excess pressures. In addition, energy losses occur as a result of the friction, and there are only limited possibilities for increasing the speed.
It is true that the disadvantages mentioned can be eliminated by hermetically encapsulating the drive device from the outside, but this results in other disadvantages due to the fact that the media participating in the relevant processes flow around parts of the device.
It can happen that the lubrication of the bearings is seriously endangered due to the lack of lubricity of the media mentioned, or, what is even more serious, that at least those parts are attacked by these media between which relative movements occur.
The aim of the invention is to eliminate the disadvantages mentioned above; In view of this, the invention provides that the bearings of the device are arranged in a chamber containing a lubricant, which is separated from the space containing the media participating in the process in question.
The invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings of several exemplary embodiments.
Fig. 1 shows schematically an embodiment of the invention, the z. B. can be used as a drive device for the agitator of an autoclave.
Fig. 2 is a schematic representation of a further embodiment for the same purpose.
In both figures, the device comprises an electric motor with a stator 1 and a rotor 2 which drives a shaft 3. One end of the shaft 3 carries a stirring unit 4 arranged in the autoclave 5. The housing 6 of the electric motor is placed on a socket of the autoclave 5.
The shaft 3 runs in bearings 7 arranged within a lubricant chamber 8. This chamber forms the upper part of the motor housing and is sealed off from the lower part of the motor housing by a seal 18. The lower part of the housing communicates with the treatment space of the autoclave 5. In the embodiment according to FIG. 1, a piston 9 provided with a sealing ring 10 is arranged in a cylinder 11, the spaces of which are located on both sides of the piston via pipes 12 and 13 in Are connected to the treatment room of the autoclave 5 or to the lubricant chamber 8. A compression spring 14 is arranged on the side of the piston 9 facing the treatment room.
A heat exchanger 15 is provided in a circulation system 16 for the lubricant, and this system also comprises the lubricant chamber 8; Agitator blades or blades 17 seated on the shaft 3 ensure that the lubricant circulates during operation of the device. A slip ring 18 ensures a sufficient seal between the treatment space of the autoclave 5 and the lubricant chamber 8. Furthermore, the autoclave is equipped with a supply line 19 and a removal line 20 for the treatment medium.
According to FIG. 1, the pipeline 13 is switched into the circulation system 16, but this is not absolutely necessary. If the chamber 8 does not offer enough space to accommodate the agitator blades 17, a circulation pump could alternatively be switched on in the circuit 16. In addition, a pipeline can be connected to this line system, which serves to replenish the lubricant supply.
The sealing slip ring 18 is particularly suitable for use with continuously operating equipment. In the event of interrupted operation, especially if longer interruptions occur, it may be more advantageous to use a soft packing. The by the pen
The additional load to be applied is in the order of magnitude of 0.5 to 1 kg / cm2; the presence of this overpressure of the lubricant has the effect that if a slight leak occurs, the treatment medium can never seep through the seal 18 to the lubricant chamber 8, so that the lubricant is not contaminated. Because lubricant can seep along the seal 18 to the treatment room, this design is only permissible in cases where a slight contamination of the treatment medium with the lubricant is not a problem.
However, it must be ensured that the lubricant supply is adequately replenished. This can easily be done in such a way that a lubricant pump is provided which is connected to the circuit 16 or the line 13 with the aid of a feed line and constantly supplies lubricant under pressure.
Any risk that this arrangement leads to an excessively high lubricant pressure in the system can be eliminated by providing the piston 9 with a tapering groove in the direction of its longitudinal axis, the depth of which gradually decreases from the lubricant side to the sealing ring 10, with a drain line is connected to this groove. The higher the lubricant pressure, the more the piston 9 is pushed to the right in FIG. 1, and the wider the outlet cross-section for the lubricant becomes, so that the lubricant pressure decreases again. The piston then moves to the left again so that the outlet cross-section for the lubricant is gradually reduced again. In this way a state of equilibrium is finally reached.
The embodiment described above is particularly suitable for processes that take place at high temperatures, because the cooling system enables the use of a heat exchanger of any performance, so that sufficient cooling of the lubricant is guaranteed at all times.
In the embodiment shown in FIG. 2, the driven shaft 3 is partially hollow, and the bearings 7 are arranged on a stationary central shaft 21, one end of which is connected to the housing 6. Between the shaft 3 and the axis 21 there is the lubricant chamber 8, in one end of which a piston 9 is arranged, which here is an annular piston. This piston is exposed to the pressure of the treatment medium on one side and the pressure of the lubricant on the other. The seal between the piston 9 and the shaft 3 is effected by the outer sealing ring 10a, while an inner sealing ring 10b creates a seal between the piston 9 and the axle 21.
The axis 21 is partially hollow and forms a space 22 through which a coolant can be passed. For this purpose, a supply line 23 and a discharge line 24 are connected to the space 22. The housing 6 is also provided with a cooling channel 25. So that the treatment medium can better circulate between the space in the upper part of the housing 6 and the treatment space of the autoclave 5, a line 26 is provided which, for. B. can be connected to the autoclave 5 itself or to the line feeding it.
In this case, the cooling system formed by the axle 21 is very suitable for the use of a coolant which evaporates within the axle and is then condensed again outside the same; in principle, however, any suitable coolant can be used.
Another possibility, which cannot be seen from the drawings, is to provide for a replenishment of the lubricant supply by arranging a line within the axis 21 which is in communication with the chamber 8; in this case, the lubricant outside the housing can also be cooled.
In any case, the stator 1 of the electric motor can be insulated in the usual way.
In the embodiments described, only the application of the invention in the stirrers provided in the autoclave is illustrated, but there are further extensive possible applications for the invention, for. B. when pumping chemical liquids as well as agitators, reaction devices, mixers, extractors, centrifuges and similar separation or separation devices.
In the device according to FIG. 2, temperatures of up to 3500 ° C. are permissible in the autoclave.
If the temperatures exceed this value, the cooling of the lubricant requires special attention. The exemplary embodiment according to FIG. 1 enables working with a greater cooling capacity, so that it is particularly suitable for use at higher temperatures.
Furthermore, the device according to the invention can be used at any pressure, which means that it is possible to work with both positive and negative pressures.
In addition to its applicability in the chemical industry, the invention has other uses in nuclear reactor plants, e.g. B. when handling substances containing radioactive materials or when transporting such substances.