CH626694A5

CH626694A5 - Shaft seal, in particular for large compressor shafts

Info

Publication number: CH626694A5
Application number: CH1279677A
Authority: CH
Inventors: Albert A Raimondi; Howard N Kaufman; Norman J Wood
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1976-10-29
Filing date: 1977-10-20
Publication date: 1981-11-30
Also published as: DE2744172A1; JPS5356458A

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung, insbesondere für grosse Verdichter wellen, mit einer dynamischen Dichtungsanordnung zur Abdichtung zwischen der Welle und einem Gehäuse bei umlaufender Welle. The invention relates to a shaft seal, especially for large compressor shafts, with a dynamic sealing arrangement for sealing between the shaft and a housing with a rotating shaft.

Bekannte Ringdichtungen und Gleitdichtungen in Verdichtern verschleissen schnell und bieten keine ausreichende Abdichtung gegen das Auslecken von Gas aus den Verdichtern. Known ring seals and sliding seals in compressors wear out quickly and do not offer sufficient sealing against gas leakage from the compressors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellendichtung der eingangs genannten Art verschleissarm und im Sinne einer besseren Abdichtwirkung zu verbessern. The invention has for its object to improve a shaft seal of the type mentioned low wear and in the sense of a better sealing effect.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Wellendichtung gemäss der Erfindung durch eine zusätzliche statische Dichtungsanordnung zur Abdichtung bei stehender Welle mit einem verschiebbaren, in Anlage mit einem Wellenabsatz bringbaren Dichtungsteil und einer Steuereinrichtung zur Betätigung des Dichtungsteils durch Beaufschlagung mit vorgebbaren Strömungsmitteldrücken gekennzeichnet. To solve this problem, such a shaft seal according to the invention is characterized by an additional static sealing arrangement for sealing when the shaft is stationary with a displaceable sealing part which can be brought into contact with a shaft shoulder and a control device for actuating the sealing part by acting on predeterminable fluid pressures.

Die erfindungsgemässe Wellendichtung ermöglicht das Zurückhalten eines verdichteten Mediums innerhalb eines Axialverdichters, indem ein Auslecken des Mediums um die Verdichterwelle herum sowohl bei umlaufender als auch bei stillstehender Welle verhindert wird. The shaft seal according to the invention enables a compressed medium to be retained within an axial compressor by preventing the medium from leaking around the compressor shaft, both when the shaft is rotating and when it is stationary.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die statische Dichtungsanordnung eine an der Welle befestigte und einen Axialabschnitt derselben umschliessende Hülse sowie einen das Dichtungsteil bildenden, ebenfalls einen Axialabschnitt der Welle umschliessenden und axial verschiebbaren Dichtungskolben auf, der, wenn die dynamische Dichtungsanordnung unwirksam ist, axial in Anlage an die genannte Hülse verschiebbar ist und dann eine das Auslecken des verdichteten Mediums aus dem Verdichtergehäuse verhindernde mechanische Dichtung bildet. Eine mit einem Ventil versehene Leitung dient zur Beaufschlagung einer Beaufschlagungsflache des Dichtungskolbens mit dem verdichteten Medium. According to a preferred embodiment of the invention, the static sealing arrangement has a sleeve fastened to the shaft and enclosing an axial section of the same, as well as a sealing piston forming the sealing part, also enclosing an axial section of the shaft and axially displaceable, which, when the dynamic sealing arrangement is ineffective, axially in System can be moved to said sleeve and then forms a mechanical seal preventing leakage of the compressed medium from the compressor housing. A line provided with a valve serves to act upon a pressurized surface of the sealing piston with the compressed medium.

Der Dichtungskolben verschiebt sich axial in Anlage an die Hülse, wenn das in der genannten Leitung befindliche Ventil geschlossen und die dynamische Dichtungsanordnung ausser Betrieb gesetzt ist, und der Kolben bildet in dieser Stellung eine wirksame Dichtung, die zur Aufrechterhaltung der Abdichtung keine Energie verbraucht. Falls die dynamische Dichtungsanordnung versagt, so legt sich der Dichtungskolben der statischen Dichtungsanordnung automatisch an die Hülse an, gleichgültig, ob das genannte Ventil geöffnet oder geschlossen ist. The sealing piston moves axially into contact with the sleeve when the valve in the said line is closed and the dynamic sealing arrangement is deactivated, and in this position the piston forms an effective seal which does not use any energy to maintain the seal. If the dynamic sealing arrangement fails, the sealing piston of the static sealing arrangement automatically contacts the sleeve, regardless of whether the valve mentioned is open or closed.

Ausserdem drückt der Dichtungskolben im Betrieb mit umso grösserer Anlagekraft gegen die Hülse, je grösser der Druck des verdichteten Mediums ist. In addition, the sealing piston presses against the sleeve with greater contact force during operation, the greater the pressure of the compressed medium.

2 2nd

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

626 694 626 694

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt: Some embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. It shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Wellendichtung nach der Erfindung, wobei der Dichtungskolben der statischen Dichtungsanordnung zwei Stirnflächenbereiche mit gleichem Flächeninhalt AI und zwei Stirnflächenbereiche mit gleichem Flächeninhalt A2 aufweist und wobei einer der Stirnflächenbereiche mit einer Hülse zusammenwirkt, die eine durch ein strömungsmitteldichtes Gehäuse hindurchverlaufende Welle umschliesst, Fig. 1 shows a section through a shaft seal according to the invention, wherein the sealing piston of the static sealing arrangement has two end face areas with the same area AI and two end face areas with the same area A2 and one of the end face areas cooperates with a sleeve that a shaft passing through a fluid-tight housing encloses,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform, bei welcher der Dichtungskolben wiederum zwei Stirnflächenbereiche mit gleichem Flächeninhalt AI und zwei Stirnflächenbereiche mit gleichem Flächeninhalt A2 aufweist und einer dieser Flächenbereiche mit einem Wellenabsatz zusammenwirkt, 2 shows a section through a modified embodiment, in which the sealing piston in turn has two end face regions with the same surface area AI and two end face regions with the same surface area A2 and one of these surface regions interacts with a shaft shoulder,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform, bei welcher der Dichtungskolben vier Stirnflächenbereiche mit jeweils verschiedenem Flächeninhalt aufweist und einer der Flächenbereiche mit einer die Welle umschliessenden Hülse zusammenwirkt, 3 shows a section through a further embodiment in which the sealing piston has four end face regions each with different surface areas and one of the surface regions interacts with a sleeve enclosing the shaft,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine noch weitere Ausführungsform, bei welcher der Dichtungskolben wiederum vier unterschiedlich grosse Stirnflächenbereiche aufweist, von denen einer mit einem Wellenabsatz zusammenwirkt, 4 shows a section through yet another embodiment, in which the sealing piston in turn has four differently sized end face regions, one of which interacts with a shaft shoulder,

Fig. 5 einen Schnitt durch die Wellendichtung einer durch ein Verdichtergehäuse hindurchverlaufenden Verdichterwelle, 5 shows a section through the shaft seal of a compressor shaft passing through a compressor housing,

Fig. 6 eine Stirnansicht eines Dichtungskolbens, und 6 is an end view of a sealing piston, and

Fig. 7 einen Axialschnitt durch den in Fig. 6 gezeigten Dichtungskolben. Fig. 7 is an axial section through the sealing piston shown in Fig. 6.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines Axialverdichters, dessen Welle 10 von einer daran befestigten Hülse 12 bestimmter Länge umschlossen ist. Die Hülse 12 wird mittels einer auf die Welle 10 aufgeschraubten Haltemutter 14 in ihrer Lage gehalten. Mittels eines Dichtungselements 15, beispielsweise eines O-Ringes, ist die Hülse 12 gegen die Welle 10 abgedichtet. 1 shows a section through part of an axial compressor, the shaft 10 of which is enclosed by a sleeve 12 of a certain length attached to it. The sleeve 12 is held in position by means of a retaining nut 14 screwed onto the shaft 10. The sleeve 12 is sealed against the shaft 10 by means of a sealing element 15, for example an O-ring.

Bei umlaufender Welle 10 verteilt eine Ringdichtung 16 Dichtungsöl in einem zwischen der Ringdichtung 16 und der Hülse 12 gebildeten Dichtspalt 18. Da das Dichtungsöl unter höherem Druck als dem Druck des im Verdichterinneren 20 befindlichen verdichteten Mediums gehalten wird, strömt ein Teil des Dichtungsöls nach aussen zur Aussenluft 22, während der übrige Teil des Dichtungsöls nach innen zu einer Ablaufnut 24 hin strömt. With the shaft 10 rotating, an annular seal 16 distributes sealing oil in a sealing gap 18 formed between the annular seal 16 and the sleeve 12. Since the sealing oil is held under higher pressure than the pressure of the compressed medium inside the compressor 20, part of the sealing oil flows outwards Outside air 22, while the remaining part of the sealing oil flows inwards to a drain groove 24.

Während des Umlauf der Welle 10 findet ein Druckausgleich zwischen dem Verdichterinneren 20 und der Ablaufnut 24 statt, da ein Dichtungskolben 26 in einer nichtdichtenden Stellung 28 gehalten wird und deshalb Gas aus dem Verdichterinneren 20 durch einen Ringraum 30 und eine Öffnung 32 in die Ablaufnut 24 gelangen kann. Hört die Drehung der Welle 10 auf, wird der Dichtungskolben 26 axial in eine dichtende Stellung verschoben, in welcher sein Stirnflächenbereich 34 an der Hülse 12 anliegt. During the rotation of the shaft 10, pressure equalization takes place between the compressor interior 20 and the drain groove 24, since a sealing piston 26 is held in a non-sealing position 28 and therefore gas from the compressor interior 20 passes through an annular space 30 and an opening 32 into the drain groove 24 can. If the rotation of the shaft 10 stops, the sealing piston 26 is displaced axially into a sealing position in which its end face region 34 abuts the sleeve 12.

Ausser dem eben genannten Stirnflächenbereich 34 besitzt der Dichtungskolben 26 noch weitere Stirnflächenbereiche 36, 38 und 40. Die Stirnflächenbereiche 36 und 38 weisen jeweils einen Flächeninhalt A2 und die Stirnflächenbereiche 34 und 40 einen Flächeninhalt AI auf und A2 ist grösser als AI. Die Abdichtungseigenschaften der so gebildeten statischen Dichtungsanordnung werden durch Anordnung eines verformbaren Dichtungselements 42, das beispielsweise aus einem Elastomer besteht, am Stirnflächenbereich 34 verbessert. Wenn der Dichtungskolben 26 in seine dichtende Stellung verschoben wird, verformt sich das Dichtungselement 42 beim Anlegen an die In addition to the end face region 34 just mentioned, the sealing piston 26 has further end face regions 36, 38 and 40. The end face regions 36 and 38 each have a surface area A2 and the end surface regions 34 and 40 have a surface area AI and A2 is larger than AI. The sealing properties of the static sealing arrangement formed in this way are improved by arranging a deformable sealing element 42, which consists, for example, of an elastomer, on the end face region 34. If the sealing piston 26 is moved into its sealing position, the sealing element 42 deforms when it is placed against the

Hülse 12, so dass eine ausgezeichnete Abdichtung erzielt wird. Der Dichtungskolben 26 ist axial verschiebbar, indem er auf seinen Mantelflächenbereichen 44, 46 und 48 gleitet. Sleeve 12 so that an excellent seal is achieved. The sealing piston 26 is axially displaceable by sliding on its lateral surface areas 44, 46 and 48.

Der Dichtungskolben 26 wird dadurch in seine nichtdich-s tende Stellung 28 gebracht und dort gehalten, dass man durch Öffnen eines Ventils 54 verdichtetes Strömungsmittel aus dem Verdichterinneren 20 durch eine Leitung 52 zum Stirnflächenbereich 36 strömen lässt, während gleichzeitig ein Ventil 56 geschlossen, ein Ventil 58 geöffnet und ein Ventil 60 geschlos-lo sen ist, so dass der Raum vor dem Stirnflächenbereich 38 und die damit in Verbindung stehende Leitung 66 in die Aussenluft 22 entlüftet werden. The sealing piston 26 is thereby brought into its non-sealing position 28 and held there in that, by opening a valve 54, compressed fluid can flow from the interior of the compressor 20 through a line 52 to the end face region 36, while at the same time a valve 56 is closed, a valve 58 is opened and a valve 60 is closed, so that the space in front of the end face area 38 and the line 66 connected therewith are vented into the outside air 22.

Soll der Dichtungskolben 26 in seine dichtende Stellung gebracht werden, wird das Ventil 54 geschlossen, das Ventil 56 is wird geöffnet, um den Raum vor dem Stirnflächenbereich 36 und die damit in Verbindung stehende Leitung 64 in die Aussenluft 22 zu entlüften, das Ventil 58 wird geschlossen und das Ventil 60 wird geöffnet, um unter hohem Druck stehendes Strömungsmittel aus dem Verdichterinneren 20 durch das 20 Ventil 60 und die Leitung 66 zum Stirnflächenbereich 38 zu leiten. If the sealing piston 26 is to be brought into its sealing position, the valve 54 is closed, the valve 56 is opened in order to vent the space in front of the end face region 36 and the line 64 connected therewith into the outside air 22, the valve 58 becomes is closed and valve 60 is opened to direct high pressure fluid from compressor interior 20 through valve 60 and conduit 66 to face region 38.

Um den Strömungsmitteldurchtritt durch den Ringspalt 30 zwischen der Welle 10 und der Innenwandung 68 des Dichtungskolbens möglichst klein zu halten und zu drosseln, ist die 25 Kolbeninnenwandung 68 mit einer eingeschnittenen schrau-benlinienförmigen Nut 70 versehen, die eine Labyrinthdichtung bildet. Diese Labyrinthdichtungsnut bringt ausserdem den Vorteil, dass sie bei Drehung der Welle 10 mit dieser zusammen eine Art Pumpwirkung ergibt, die verhindert, dass Dich-30 tungsöl in das Verdichterinnere eindringt. In order to keep the flow of fluid through the annular gap 30 between the shaft 10 and the inner wall 68 of the sealing piston as small as possible and to restrict it, the inner wall 68 of the piston 68 is provided with an incised screw-shaped groove 70, which forms a labyrinth seal. This labyrinth sealing groove also has the advantage that when the shaft 10 rotates together with it, it produces a type of pumping action which prevents sealing oil from penetrating into the interior of the compressor.

Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung ist mit folgenden Ausnahmen identisch mit der Anordnung nach Fig. 1: Der Stirnflächenbereich 40 des Dichtungskolbens 26 wirkt in der dichtenden Stellung des Kolbens mit einem Wellenabsatz 72 zusam-35 men, wodurch die Notwendigkeit der Hülse 12 und der Haltemutter 14 entfällt; das verformbare Dichtungselement 42 ist anstatt am Stirnflächenbereich 34 am Stirnflächenbereich 40 angeordnet; die nicht dichtende Kolbenstellung ist mit 29 bezeichnet; und die Ventile 54, 56, 58 und 60 werden im 40 umgekehrten Sinne wie in Fig. 1 betätigt, so dass sie den Dichtungskolben 26 anstatt an die Hülse 12 gegen den Wellenabsatz 72 in seine dichtende Stellung drängen. The arrangement shown in FIG. 2 is identical to the arrangement according to FIG. 1 with the following exceptions: the end face region 40 of the sealing piston 26 interacts with a shaft shoulder 72 in the sealing position of the piston, which eliminates the need for the sleeve 12 and Retaining nut 14 omitted; the deformable sealing element 42 is arranged on the end face region 40 instead of on the end face region 34; the non-sealing piston position is designated 29; and the valves 54, 56, 58 and 60 are operated in the opposite direction as in FIG. 1 so that they push the sealing piston 26 into its sealing position instead of against the sleeve 12 against the shaft shoulder 72.

Die Anordnung nach Fig. 3 ist mit folgenden Ausnahmen mit derjenigen nach Fig. 1 identisch: Der Stirnflächenbereich 45 38 wird ständig durch die Aussenluft 22 beaufschlagt; der Flächeninhalt des Stirnflächenbereiches 36 ist grösser als derjenige des Stirnflächenbereiches 38, der Flächeninhalt des Stirnflächenbereiches 38 ist grösser als derjenige des Stirnflächenbereiches 40 und dieser wiederum ist grösser als der so Flächeninhalt des Stirnflchenbereiches 34. The arrangement according to FIG. 3 is identical to that according to FIG. 1 with the following exceptions: the end face region 45 38 is constantly acted upon by the outside air 22; the area of the end face area 36 is greater than that of the end face area 38, the area of the end face area 38 is greater than that of the end face area 40 and this in turn is larger than the area of the end face area 34.

Die Anordnung nach Fig. 4 entspricht derjenigen nach Fig. 2 mit der Ausnahme, dass der Flächeninhalt des Stirnflächenbereiches 38 grösser als derjenige des Stirnflächenbereiches 36 ist, der Flächeninhalt das Stirnflächenbereiches 36 55 grösser als derjenige des Stirnflächenbereiches 34 und dieser wiederum grösser als der Flächeninhalt des Stirnflächenbereiches 40 ist. The arrangement according to FIG. 4 corresponds to that according to FIG. 2 with the exception that the area of the end face area 38 is greater than that of the end face area 36, the area of the end face area 36 55 is greater than that of the end face area 34 and this in turn is greater than the area of the End area 40 is.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines Axialverdichters, dessen Welle 110 mit einem Dichtungsöl 112 wird aus 6o einem Behälter 113 entnommen, in welchen es aus einem Hochdruckabscheider 114 oder einer anderen Einrichtung zur Trennung von Strömungsmitteln unterschiedlicher Dichte gelangt ist, und wird mittels einer Pumpe 116 mit grösserem Druck als dem Druck des verdichteten Mediums 118 zur Welle 65 110 gefördert. Das Dichtungsöl 112 strömt durch eine Leitung 120 und wird während des Wellenumlaufs durch eine Ringdichtung 122 in dem zwischen der Ringdichtung und einer Hülse 126 gebildeten Dichtspalt verteilt. Die Hülse 126 Fig. 5 shows a section through part of an axial compressor, the shaft 110 with a sealing oil 112 is removed from 60o a container 113, in which it came from a high-pressure separator 114 or another device for separating fluids of different densities, and is by means of a pump 116 with greater pressure than the pressure of the compressed medium 118 is conveyed to the shaft 65 110. The sealing oil 112 flows through a line 120 and is distributed during the shaft circulation through an annular seal 122 in the sealing gap formed between the annular seal and a sleeve 126. The sleeve 126

626694 626694

4 4th

umschliesst die Welle 110 und wird dort mittels einer auf die Welle aufgeschraubten Haltemutter 128 gehalten. Ein Dichtungselement 129, beispielsweise ein O-Ring, dichtet die Hülse 126 gegen die Welle 110 ab. Ein Druckregler 130 hält den Druck des Dichtungsöls 112 um ein vorgebbares Mass über dem Druck des verdichteten Mediums 118, so dass ein Teil des zur Ringdichtung 122 zugeführten Dichtungsöls in eine Ablaufnut 134 strömt. Der restliche Teil des zur Ringdichtung 122 zugeführten Dichtungsöls 112 strömt zur Aussenluft 132 aus und von dort in den Behälter 113. Das in die Ablaufnut 134 gelangte Dichtungsöl läuft in den Hochdruckabscheider 114 ab. surrounds the shaft 110 and is held there by means of a retaining nut 128 screwed onto the shaft. A sealing element 129, for example an O-ring, seals the sleeve 126 against the shaft 110. A pressure regulator 130 maintains the pressure of the sealing oil 112 by a predeterminable amount above the pressure of the compressed medium 118, so that part of the sealing oil supplied to the ring seal 122 flows into a drain groove 134. The remaining part of the sealing oil 112 supplied to the ring seal 122 flows out to the outside air 132 and from there into the container 113. The sealing oil that has entered the drain groove 134 runs off into the high-pressure separator 114.

Bei Beginn der Drehung der Welle 110 gleitet der Dichtungskolben 136 aus seiner dichtenden Stellung 139 in eine nichtdichtende Stellung 138, nachdem das Ventil 140 geöffnet worden ist und verdichtetes Strömungsmittel 118 durch eine Leitung 142 und Öffnungen 146 zu einem Stirnflächenbereich 144 des Dichtungskolbens 136 gelangen und Druck beaufschlagen kann. Solange die Ringdichtung 122 in Betrieb ist, kann kein verdichtetes Strömungsmittel 118 durch den Dichtspalt 124 auslecken. Da die Projektionsfläche 144A des in Richtung des Pfeiles 145 in Fig. 7 projezierten Stirnflächenbereiches 144 grösser als der auf der anderen Kolbenseite gelegene Stirnflächenbereich 148 ist, drängt eine nicht ausgeglichene Kraft den Dichtungskolben 136 in die nichtdichtende Stellung 138. Der Stirnflächenbereich 150 bleibt mit der Aussenluft 132 in Verbindung, so dass eine Differenz der Beaufschlagungsflächen an den beiden axial gegenüberliegenden Enden des Dichtungskolbens 136 vorhanden ist und das verdichtete Strömungsmittel eine nicht ausgeglichene Kraft auf den Kolben ausüben kann. Kugelsperren 152 verriegeln den Dichtungskolben 136, nachdem sich dieser in seine nichtdichtende Stellung 138 verschoben hat. Der Dichtungskolben 136 arbeitet jedoch auch ohne die Kugelsperren zufriedenstellend. At the start of shaft 110 rotation, the sealing piston 136 slides from its sealing position 139 to a non-sealing position 138 after the valve 140 has been opened and compressed fluid 118 passes through a conduit 142 and openings 146 to an end face region 144 of the sealing piston 136 and pressure can act. As long as the ring seal 122 is in operation, no compressed fluid 118 can leak through the sealing gap 124. Since the projection surface 144A of the end face region 144 projected in the direction of the arrow 145 in FIG. 7 is larger than the end face region 148 located on the other piston side, an unbalanced force forces the sealing piston 136 into the non-sealing position 138. The end face region 150 remains with the outside air 132 in connection so that there is a difference in the pressurizing surfaces at the two axially opposite ends of the sealing piston 136 and the compressed fluid can exert an unbalanced force on the piston. Ball locks 152 lock the sealing piston 136 after it has moved to its non-sealing position 138. However, the sealing piston 136 works satisfactorily even without the ball locks.

Wenn die Drehung der Welle 110 aufhört, wird kein Dichtungsöl 112 mehr zur Ringdichtung 122 gepumpt und das Ventil 140 wird geschlossen. Eingeschlossenes Strömungsmittel 118 kann nunmehr durch den Dichtspalt 124 aus der Ablaufnut 134 in die Aussenluft 132 auslecken. Da nunmehr auf die Stirnflächenbereiche 144 und 150 nur der Aussenluftdruck und auf den Stirnflächenbereich 148 ein grösserer Gasdruck wirkt, wird die Sperrkraft der Kugelsperren 152 überwunden und der Dichtungskolben 136 in Anlage an die Hülse 126 in seine dichtende Stellung 139 gedrängt. Ein Ventil 154 ermöglicht nach dem Schliessen des Ventils 140 eine zusätzliche Entlüftung in die Aussenluft 132. When shaft 110 stops rotating, seal oil 112 is no longer pumped to ring seal 122 and valve 140 is closed. Trapped fluid 118 can now leak out of the drain groove 134 into the outside air 132 through the sealing gap 124. Since only the outside air pressure acts on the end face regions 144 and 150 and a greater gas pressure acts on the end face region 148, the locking force of the ball locks 152 is overcome and the sealing piston 136 is pressed into its sealing position 139 in contact with the sleeve 126. After the valve 140 has been closed, a valve 154 enables additional ventilation into the outside air 132.

Der in den Fig. 6 und 7 mehr im einzelnen dargestellte Dichtungskolben 136 weist Vertiefungen 156 auf, in welche s die Kugeln der Kugelsperren 152 einrasten können und dadurch den Kolben in seiner nichtdichtenden Stellung 136 arretieren. Ein Strömungsmitteldurchtritt zwischen den Stirnflächenbereichen 144,150 und 148 wird durch Dichtungselemente 158, beispielsweise O-Ringe, verhindert. Am Stirnflächenbereich 159 ist ein verformbares Dichtungselement 160 angeordnet, welches, wenn es durch den Dichtungskolben 136 in Anlage an die Hülse 126 gepresst wird, eine Strömungsmitteldichte Abdichtung herstellt und verdichtetes Strömungsmittel innerhalb des Verdichters hält. The sealing piston 136 shown in more detail in FIGS. 6 and 7 has depressions 156 into which s the balls of the ball locks 152 can snap and thereby lock the piston in its non-sealing position 136. A fluid passage between the end face areas 144, 150 and 148 is prevented by sealing elements 158, for example O-rings. Arranged on the end face region 159 is a deformable sealing element 160 which, when pressed by the sealing piston 136 in abutment against the sleeve 126, produces a fluid-tight seal and holds compressed fluid within the compressor.

Ist der Druck des verdichteten Mediums 118 gleich Pg und der Aussenluftdruck gleich Pa und bezeichnet man die wirksame Fläche des Stirnflächenbereiches 148 mit AI, die wirksame Fläche des Stirnflächenbereiches 150 mit A2, die Projektionsfläche 144A des Stirnflächenbereiches 144 mit A3 und die wirksame Fläche des Flächenbereiches 159 mit A4, so müssen die folgenden Gleichungen erfüllt sein, damit der Dichtungskolben 136 in der gewünschten Weise arbeitet: If the pressure of the compressed medium 118 is Pg and the outside air pressure is Pa, the effective area of the end face area 148 is denoted by AI, the effective area of the end face area 150 by A2, the projection area 144A of the end face area 144 by A3 and the effective area of the area area 159 with A4, the following equations must be satisfied for the sealing piston 136 to operate in the desired manner:

Für die Verschiebung in die nichtdichtende Stellung 138: PgA3>PaA2+PgAl + Reibung an den Flächen 162 und 164 For the shift to the non-sealing position 138: PgA3> PaA2 + PgAl + friction on surfaces 162 and 164

Für die Verschiebung in die dichtende Stellung 139: PgAl+PaA2>Pa(A3+A4)+Entriegelungskräfte + Reibung an den Flächen 162 und 164. For the shift to the sealing position 139: PgAl + PaA2> Pa (A3 + A4) + unlocking forces + friction on surfaces 162 and 164.

Der Dichtungskolben 136 ist zwischen seiner nichtdichtenden Stellung 138 und seiner dichtenden Stellung 139 verschiebbar, indem er axial auf seinen Mantelflächenbereichen 162 und 164 gleitet. Um einen Durchtritt von Strömungsmittel 118 durch den Ringspalt 166 zwischen der Welle 110 und der Kolbeninnenfläche 168 möglichst klein zu halten und zu drosseln, ist eine schraubenlinienförmige, eine Labyrinthdichtung bildende Nut 170 in die Kolbeninnenfläche geschnitten. Während der Drehung der Welle 110 erzeugt diese Labyrinthdichtungsnut 170 zusammen mit der Welle eine Pumpwirkung, die verhindert, dass Dichtungsöl 112 in das Verdichterinnere gelangt und das verdichtete Medium 118 verunreinigt. Die Abdichtfähigkeit des Dichtungskolbens 136 ist um so grösser, je grösser der Druck des verdichteten Mediums 118 ist, der das elastomerische Dichtungselement 160 gegen die Hülse 126 45 drängt. The sealing piston 136 is displaceable between its non-sealing position 138 and its sealing position 139 by sliding axially on its lateral surface areas 162 and 164. In order to keep a flow of fluid 118 through the annular gap 166 between the shaft 110 and the piston inner surface 168 as small as possible and to restrict it, a helical groove 170, which forms a labyrinth seal, is cut into the piston inner surface. During the rotation of the shaft 110, this labyrinth sealing groove 170, together with the shaft, creates a pumping action that prevents sealing oil 112 from getting into the interior of the compressor and contaminating the compressed medium 118. The sealing ability of the sealing piston 136 is greater, the greater the pressure of the compressed medium 118, which urges the elastomeric sealing element 160 against the sleeve 126 45.

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

B B

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

626 694

PATENT CLAIMS

1. Shaft seal, in particular for large compressor shafts, with a dynamic sealing arrangement for sealing between the shaft and a housing with a rotating shaft, characterized by an additional static sealing arrangement (26) for sealing when the shaft is stationary (10) with a displaceable, in system with a shaft shoulder (12; 72) bringable sealing part and a control device (54, 56, 58, 60) for actuating the sealing part by acting on predeterminable fluid pressures.

2. Shaft seal according to claim 1, characterized in that the displaceable sealing part is an annular piston (26) enclosing the shaft (10), forming an annular gap, which is axially displaceable between a non-sealing position (28; 29) and a sealing position and has a plurality of radial end face regions (34, 36, 38, 40), of which a first end face region (34; 40) in the sealing position of the piston interacts with a seat surface arranged on the shaft shoulder (12; 72).

3. Shaft seal according to claim 2, characterized in that a second end face region (36) located on one piston end face is selectively capable of being pressurized with fluid under pressure and one end face region (40) located on the other piston end face, and that the control device (54, 56 ) controls the application of the second end face region so that the resulting axial force acting on the piston in each case ineffective dynamic sealing arrangement (16) in its sealing position in which the first end face region (34) abuts the seat surface (12), and at effective dynamic sealing arrangement urges into its non-sealing position, in which the first end face region is exposed to the pressurized fluid.

4. Shaft seal according to claim 3, characterized in that the control device has a valve (54) controlling the access of pressurized fluid to the second end face region (36).

5. Shaft seal according to claim 2, characterized in that a second end face region (38 or 36) located on one piston end face and a third end face region (36 or 38) located on the other piston end face under the control of the control device (54, 56, 58, 60) each can be acted upon with higher or lower fluid pressure in such a way that the resulting axial force acting on the piston in each case pushes the piston into its sealing position when the shaft (10) is at a standstill, in which the first end face region (40) bears against the seat surface (72) , and with the rotating shaft urges into its non-sealing position, in which the first end face region is exposed to the higher fluid pressure.

6. Shaft seal according to claim 5, characterized in that the control device comprises a valve (60) for connecting the second end face region (38 or 36) and a valve (54) for connecting the third end face region (36 or 38) with the higher fluid pressure Valve (58) for connecting the second end face region and a valve (56) for connecting the third end face region with the lower fluid pressure.

7. Shaft seal according to claim 5 or 6, characterized in that, in each case when projecting into a plane perpendicular to the axis, the second end face region (38 or 36) and the third end face region (36 or 38) are equal to one another, but larger than the first end face region 40) are.

8. Shaft seal according to claim 5 or 6, characterized in that, in each case when projecting into a plane perpendicular to the axis, the second end face region (38 or 36) larger than the third (36 or 38) end face region and this in turn larger than the first end face region (40 ) is.

9. Shaft seal according to one of claims 2 or 3, characterized by a locking device (152, 156) for locking the piston (136) in its non-sealing position.

10. Shaft seal according to one of claims 2 or 3, characterized in that on the first end face region

(159) of the piston (136) a deformable sealing element

(160) is arranged.

11. Shaft seal according to one of claims 2 or 3, characterized in that the piston inner wall facing the shaft (10; 110) is provided with a labyrinth seal (70; 170).