Schwimmringdichtung mit Druckentlastung der Dichtiläche
Die Erfindung betrifft eine Schwimmringdichtung zur Abdichtung des Durchtritts einer Welle durch ein Gehäuse, mit Druckentlastung der unter Einwirkung eines Sperrmediums an einer Seitenwand einer Ausnehmung des Gehäuses anliegenden Dichtfläche des Schwimmringes.
Der Schwimmring einer solchen Dichtung umschliesst die Welle mit kleinem radialen Spiel. Bei unruhigem Lauf der Welle mit radialen Ausschlägen muss daher der Schwimmring die Bewegungen der Welle weitgehend mitmachen können. Bei hohen abzudichtenden Drücken wird die durch das Sperrmedium hervorgerufene axiale Anpresskraft, welche den Schwimmring dichtend gegen das Gehäuse drückt, so gross, dass die Welle nicht mehr fähig ist, den Ring radial zu verschieben. Es ist nicht zu vermeiden, dass es zu metallischer Berührung der Laufflächen kommt, was zu Abnützungen der Welle und/oder des Schwimmringes führt.
So ist es schon bekannt (DBP 1011050), in der der Druckölzuführung abgewandten Seite der Gehäuseausnehmung eine Ringnut vorzusehen, in die ö1 unter erhöhtem Druck zugeführt wird, wodurch der Ring von der Gehäusewand hydraulisch abgehoben wird, was ihn eigentlich erst zum Schwimmring macht. Diese Ausführung hat den Nachteil, dass zum Abheben des Ringes nicht der gleiche Druck verwendet werden kann wie für das Sperrmedium, sondern es muss ein höherer Druck dafür vorgesehen werden, um die vom Sperrmedium hervorgerufene axiale Anpresskraft kompensieren zu können. Das bedeutet, dass entweder eine Zusatzpumpe installiert werden muss, welche diesen höheren Druck aufbringt, oder dass die Hauptpumpe, welche das Sperrmedium fördert, auf den höheren Druck eingestellt wird und dieser dann durch ein Drosselorgan auf den zur Sperrung nötigen Druck reduziert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, die Dichtfläche eines Schwimmringes vollständig zu entlasten, ohne dafür einen höheren Druck als den im Sperrmedium zu verwenden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Schwimmring mit kleinem axialen Spiel in die Ausnehmung des Gehäuses eingepasst ist, so dass mindestens Teile beider Stirnseiten des Schwimmringes Dichtflächen bilden, dass mindestens ein Kanal einen Ringraum, der an die Dichtfläche der der Sperrmediumzuführung zum Schwimmring abgewandten Seite angrenzt, mit einer Sperrmediumleitung verbindet und dass ein an die Aussenkontur des Schwimmringes angrenzender ringförmiger Sammelraum für das Sperrmedium vorgesehen ist, der durch mindestens eine Leitung mit einem Raume niedrigeren Druckes verbunden ist.
In den beiden Figuren der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemässen Schwimmerdichtung dargestellt. Nach Fig. 1 ist der die Welle 12 umschliessende Schwimmring 1 mit sehr knappem axialen Spiel in die Ausnehmung 2 des Gehäuses 3 eingepasst. Dadurch bilden beide Stirnseiten des Schwimmringes 1 Dichtflächen 4 bzw. 5, die zwischen sich und den Seitenwänden der Ausnehmung 2 Dichtspalte freilassen. Das Sperrmedium wird durch die Leitung 6 zugeführt. In der einen Stirnseite des Schwimmringes 1, angrenzend an die Dichtfläche 5, ist der Ringraum 7 angeordnet, der durch den Kanal 8 mit der gegenüberliegenden, der Sperrmediumzuführung zugewandten Seite des Schwimmringes verbunden ist.
Diese Seite des Schwimmringes ist im radial aussenliegenden Bereich zurückgesetzt, so dass der ringförmige Raum 9 entsteht. Angrenzend an den Aussenumfang des Schwimmringes ist im Gehäuse 3 der ringförmige Sammelraum 10 angeordnet, der durch die Leitung 11 mit einem Raume niedrigeren Druckes, als er im Sammelraum 10 herrscht, verbunden ist.
Von dem durch die Leitung 6 zuströmenden Sperrmedium fliesst ein Teil durch das radiale Spiel zwischen dem Schwimmring 1 und der Welle 12 auf die Seite niedrigeren Druckes, in der Zeichnung nach rechts. Ein zweiter Teil des Sperrmediums fliesst durch den Kanal 8 in den Ringraum 7, von wo es entlang der Dichtfläche 5 abströmt. Ein dritter Teil des Sperrmediums fliesst durch den Dichtungsspalt, der zwischen der Dichtfläche 4 und der ihr gegenüberliegenden Seitenwand der Ausnehmung 2 gebildet ist, in den Sammelraum 10.
Da der Sammelraum 10 mit einem Raume niedrigeren Druckes in Verbindung steht, ist der in ihm herrschende Druck niedriger als der Anspeisedruck des Sperrmediums. Es wird sich daher entlang der Dichtfläche 4 ein Druckgefälle gegen den Raum 9 zu einstellen, welcher unter dem selben Druck steht wie der Sammelraum 10. Wesentlich ist dabei, dass mindestens eine derartige Drosselstelle zwischen der Anspeisestelle des Sperrmediums und dem Sammelraum vorhanden ist.
Durch den Kanal 8 - es können auch deren mehrere vorgesehen sein - steht im Ringraum 7 der volle Anspeisedruck des Sperrmediums zur Verfügung, solange der Schwimmring mit seiner Dichtfläche 5 an der ihr gegenüberliegenden Seitenwand der Ausnehmung 2 anliegt. In diesem Falle ist die Summe der auf diese (in der Zeichnung rechte) Stirnseite wirkenden Druckkräfte vorerst zu gross und der Schwimmring hebt sich von der Seitenwand der Ausnehmung 2 ab.
Dabei sinkt der Druck im Ringraum 7 und auch im Sammelraum 10 nimmt der Druck wegen der stärkeren Drosselwirkung entlang der Dichtfläche 4 ab.
Damit der Schwimmring und die Seitenwände der Ausnehmung 2 sich während des Betriebes nicht metallisch berühren, müssen die auf die beiden Stirnseiten des Schwimmringes einwirkenden Druckkräfte sich das Gleichgewicht halten. Das kann erreicht werden, wenn die Gestaltung der Drosselstelle entlang der Dichtfläche 4, die Dimensionierung des Kanals 8 und der Leitung 11 und die radiale Anordnung und Erstreckung des Ringraumes 7 und des Raumes 9 aufeinander abgestimmt sind.
Eine derartige Möglichkeit ist in Fig. 2 dargestellt.
Der Schwimmring 1 ist auch im radial innenliegenden Bereich an der der Sperrmediumzuführung zugewandten Seite zurückgesetzt, so dass ein weiterer ringförmiger Raum 13 entsteht, der verständlicherweise unter dem Anspeisedruck des Sperrmediums steht. Durch Anderung der radialen Lage oder der radialen Ausdehnung der verbleibenden Dichtfläche 4 kann die Summe der Druckkräfte, die auf diese Stirnseite des Schwimmringes wirkt, in weiten Grenzen verändert werden. Im allgemeinen wird sich der äussere, radial ausserhalb des Ringraumes 7 liegende Teil 5a der Dichtfläche 5 weiter nach aussen erstrecken als die Dichtfläche 4.
Nach der Fig. 2 ist der Ringraum 7 in der der Dichtfläche 5 gegenüberliegenden Seitenwand der Ausdehnung 2 des Gehäuses 3 untergebracht. Er ist über den Kanal 15 mit der Sperrmediumleitung 6 verbunden. Der Sammelraum 10 ist über eine durch den Schwimmring 1 hindurchführende Leitung 14 mit einem Raume niedrigeren Druckes verbunden.
In beiden Ausführungsbeispielen kann der Sammelraum 10 praktisch wegfallen, indem er radial nur so schmal bemessen wird, wie für die erforderliche Bewegungsfreiheit des Schwimmringes gerade nötig ist.
Seine Funktion kann in diesem Falle vom Raume 9 übernommen werden. Zu bemerken wäre auch noch, dass der Druck im Sammelraum 10 in weiten Grenzen verändert werden kann, was durch die Anordnung mehrerer Leitungen 11 oder 14 unterstützt wird, doch ist zu berücksichtigen, dass die Verluste an Sperrmedium umso grösser werden, je stärker der Druck absinkt.
Der Ringraum 7, der Sammelraum 10 und die Räume 9 und 13 können sowohl im Schwimmring als auch im Gehäuse angeordnet sein. Auch kann es vorteilhaft sein, den Ringraum 7 in mindestens drei Kammern zu unterteilen und zu jeder Kammer mindestens einen Kanal zu führen. Das Abheben des Schwimmringes von der Seitenwand der Ausnehmung 2 kann dadurch vergleichmässigt werden.
Bei der beschriebenen Schwimmringdichtung kann für die Druckentlastung dasselbe Sperrmedium und unter demselben Drucke verwendet werden wie für die Abdichtung. Es wird dadurch eine Vereinfachung erzielt, indem entweder eine zusätzliche Hochdruckpumpe oder ein zusätzliches Drosselorgan eingespart wird.
Floating ring seal with pressure relief on the sealing surface
The invention relates to a floating ring seal for sealing the passage of a shaft through a housing, with pressure relief of the sealing surface of the floating ring that rests against a side wall of a recess of the housing under the action of a barrier medium.
The floating ring of such a seal encloses the shaft with little radial play. If the shaft runs unevenly with radial deflections, the floating ring must therefore largely be able to follow the movements of the shaft. At high pressures to be sealed, the axial contact force caused by the barrier medium, which presses the floating ring sealingly against the housing, becomes so great that the shaft is no longer able to move the ring radially. It is unavoidable that there is metallic contact with the running surfaces, which leads to wear on the shaft and / or the floating ring.
It is already known (DBP 1011050) to provide an annular groove in the side of the housing recess facing away from the pressurized oil supply, into which oil is fed under increased pressure, whereby the ring is lifted hydraulically from the housing wall, which actually makes it a floating ring. This design has the disadvantage that the same pressure cannot be used to lift the ring as for the barrier medium, but a higher pressure has to be provided in order to be able to compensate for the axial contact pressure caused by the barrier medium. This means that either an additional pump has to be installed, which applies this higher pressure, or that the main pump, which conveys the barrier medium, is set to the higher pressure and this is then reduced to the pressure required for blocking by a throttle device.
The present invention is based on the task of relieving the sealing surface of a floating ring completely without using a higher pressure than that in the barrier medium.
This object is achieved according to the invention in that the floating ring is fitted into the recess of the housing with small axial play, so that at least parts of both end faces of the floating ring form sealing surfaces that at least one channel forms an annular space that faces away from the sealing surface of the sealing medium supply to the floating ring Side adjoins, connects to a barrier medium line and that an annular collecting space adjoining the outer contour of the floating ring is provided for the barrier medium, which is connected by at least one line to a space of lower pressure.
In the two figures of the drawing, exemplary embodiments of a float seal according to the invention are shown. According to FIG. 1, the floating ring 1 surrounding the shaft 12 is fitted into the recess 2 of the housing 3 with very little axial play. As a result, both end faces of the floating ring 1 form sealing surfaces 4 and 5, which leave 2 sealing gaps between them and the side walls of the recess. The barrier medium is supplied through line 6. In one end face of the floating ring 1, adjacent to the sealing surface 5, the annular space 7 is arranged, which is connected by the channel 8 to the opposite side of the floating ring facing the barrier medium supply.
This side of the floating ring is set back in the radially outer area, so that the annular space 9 is created. Adjacent to the outer circumference of the floating ring, the annular collecting space 10 is arranged in the housing 3 and is connected by the line 11 to a space with a lower pressure than that prevailing in the collecting space 10.
Part of the barrier medium flowing through the line 6 flows through the radial play between the floating ring 1 and the shaft 12 to the side of lower pressure, to the right in the drawing. A second part of the barrier medium flows through the channel 8 into the annular space 7, from where it flows off along the sealing surface 5. A third part of the barrier medium flows through the sealing gap which is formed between the sealing surface 4 and the opposite side wall of the recess 2 into the collecting space 10.
Since the collecting space 10 is connected to a space with a lower pressure, the pressure prevailing in it is lower than the feed pressure of the barrier medium. There will therefore be a pressure gradient against the space 9 along the sealing surface 4, which is under the same pressure as the collecting space 10. It is essential that there is at least one such throttle point between the feed point of the barrier medium and the collecting space.
Through the channel 8 - several of them can also be provided - the full feed pressure of the barrier medium is available in the annular space 7 as long as the floating ring with its sealing surface 5 rests on the opposite side wall of the recess 2. In this case, the sum of the pressure forces acting on this end face (on the right in the drawing) is initially too great and the floating ring lifts off the side wall of the recess 2.
In the process, the pressure in the annular space 7 drops and the pressure in the collecting space 10 also decreases because of the stronger throttling effect along the sealing surface 4.
So that the floating ring and the side walls of the recess 2 do not touch each other metallically during operation, the pressure forces acting on the two end faces of the floating ring must be balanced. This can be achieved if the design of the throttle point along the sealing surface 4, the dimensions of the channel 8 and the line 11 and the radial arrangement and extension of the annular space 7 and the space 9 are coordinated with one another.
Such a possibility is shown in FIG.
The floating ring 1 is also set back in the radially inner area on the side facing the barrier medium feed, so that a further annular space 13 is created, which is understandably under the feed pressure of the barrier medium. By changing the radial position or the radial expansion of the remaining sealing surface 4, the sum of the compressive forces acting on this end face of the floating ring can be changed within wide limits. In general, the outer part 5a of the sealing surface 5, which is located radially outside the annular space 7, will extend further outwards than the sealing surface 4.
According to FIG. 2, the annular space 7 is accommodated in the side wall of the extension 2 of the housing 3 opposite the sealing surface 5. It is connected to the barrier medium line 6 via the channel 15. The collecting space 10 is connected to a space of lower pressure via a line 14 passing through the floating ring 1.
In both exemplary embodiments, the collecting space 10 can practically be dispensed with in that it is only dimensioned radially as narrow as is just necessary for the required freedom of movement of the swimming ring.
In this case, its function can be taken over by room 9. It should also be noted that the pressure in the collecting space 10 can be changed within wide limits, which is supported by the arrangement of several lines 11 or 14, but it must be taken into account that the more the pressure drops, the greater the loss of barrier medium .
The annular space 7, the collecting space 10 and the spaces 9 and 13 can be arranged both in the floating ring and in the housing. It can also be advantageous to subdivide the annular space 7 into at least three chambers and to lead at least one channel to each chamber. The lifting of the floating ring from the side wall of the recess 2 can thereby be evened out.
In the case of the floating ring seal described, the same barrier medium and under the same pressure can be used for the pressure relief as for the seal. A simplification is achieved in that either an additional high-pressure pump or an additional throttle element is saved.