CH673325A5

CH673325A5 -

Info

Publication number: CH673325A5
Application number: CH2017/87A
Authority: CH
Inventors: Lubomyr Dr-Ing Turanskyj; Manfred Dipl-Ing Heinen; Joachim Dr-Ing Kotzur
Original assignee: Gutehoffnungshuette Man
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1987-05-25
Publication date: 1990-02-28
Also published as: JPS62278378A; IT8720554A0; IT1204631B; NL8701089A; DE3617393C1; US4723781A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung zum Abdichten der zwischen einem Innenraum und Aussenraum liegenden Durchführung einer Welle mit io Zuführbohrungen für unter höherem Druck zuführbare Sperrflüssigkeit als der Druck im Innenraum ist, sowie sich beiderseits dieser Zuführbohrungen erstreckenden Teildichtspalten, wobei der innenraumseitige Teildichtspalt als Gewindewellendichtung mit Rückforderung in Richtung auf 15 die Sperrflüssigkeitszuführung ausgebildet ist.

Gewindewellendichtungen sind bekannt. Sie haben gegenüber einer Dichtung mit glattem Dichtspalt den Vorteil, dass sie mittels in die den Dichtspalt begrenzende Welle bzw. in das den Dichtspalt begrenzende Gehäuse unter 20 einem Winkel zur Achsrichtung eingearbeiteter Nuten eine Rückforderung der unter der Wirkung des am Austritt der Zuführbohrungen gegenüber dem Innenraum erhöhten Druckes von den Zuführbohrungen über den inneren Dichtspalt abströmenden Sperrflüssigkeit bewirken, so dass diese 25 Sperrflüssigkeitsleckage begrenzt bleibt. Die in den Innenraum eintretende Sperrflüssigkeit wird in den meisten Fällen durch Kontaminierung mit dem darin befindlichen Verfahrensgas unbrauchbar.

Dieser Effekt der Rückforderung tritt jedoch erst bei 30 höheren Drehzahlen ein, für die die Nuten der Gewindewellendichtung ausgelegt sind. Bei Stillstand der Welle und niedrigen Drehzahlen, wie Sie z. B. auch bei Turbinenantrieb im Turnbetrieb auftreten, ergeben sich stärkere Leckagen.

Als Stillstandsdichtung und Dichtung für niedrige Dreh-35 zahlen ist eine axiale Gleitringdichtung bekannt, welche nur geringe Sperrflüssigkeitsleckagen hat. Bei höheren Drehzahlen werden jedoch zu hohe Gleitgechwindigkeiten erreicht, die zum Überhitzen und Zersetzen der Sperrflüssigkeit führen.

40 Auch ist es aus der DE-PS 834 930 bekannt, diese Gleitringe bei höheren Drehzahlen durch einen von einem umlaufenden Ring erzeugten Schleuderdruck abzuheben, wobei die Abdichtung dann durch den umlaufenden Flüssigkeitsring erfolgt.

45 Diese Abdichtung hat den Nachteil, dass die umlaufende Sperrflüssigkeit infolge, der Scheibenreibung bei fehlendem Flüssigkeitsaustausch stark erhitzt wird.

Ausserdem bildet der rotierende Flüssigkeitsring mit dem im Innenraum angrenzenden Verfahrensgas eine zylinder-50 förmige Trennfläche, die insbesondere bei durch axiale Wellenverschiebungen bedingten, in axialer Richtung breiten rotierenden Flüssigkeitsringen zu radialen Sekundärströmungen mit entsprechender Gasaufnahme in der Sperrflüssigkeit führen kann.

55 Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wellendichtung zu schaffen, welche im gesamten Drehzahlbereich und im Stillstand extrem kleine Sperrflüssigkeitsleckagen aufweist, ohne dass ein Verschleiss der Dichtung durch zu hohe Temperaturen auftritt.

60 Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass zwischen den inneren und äusseren Teildichtspalten eine Scheibe mit grösserem Aussendurchmesser als dem Durchmesser des inneren Teildichtspaltes angeordnet ist, die mit dem Dichtungsgehäuse eine Pumpkammer bildet, in der 65 bei höheren Drehzahlen eine radiale Drucksteigerung der zuführbaren Sperrflüssigkeit erfolgt und in deren radial äusseren Bereich Bohrungen münden, die in Verbindung mit einer Druckkammer stehen, die von dem Dichtungsgehäuse

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und einem am innenraumseitigen Ende der Gewindewellendichtung angeordneten Gleitring gebildet wird, welcher bei Stillstand der Welle und niedrigen Drehzahlen durch eine Axialkraft in Richtung des Aussenraums erzeugende Elemente und Gaskräfte axial gegen die Welle bzw. Wellenbüchse gedrückt und bei höheren Drehzahlen durch die über die rotierende Scheibe erzeugte radiale Drucksteigerung von der Welle bzw. Wellenbüchse abgehoben wird.

Dadurch, dass die gesamte bzw. ein grosser Teil der dem äusseren Teildichtspalt zugeführten Sperrflüssigkeit nach Austritt aus den Zuführbohrungen vorher durch die Kammer mit der rotierenden Scheibe geleitet wird, findet dort eine vollständige Abfuhr der erzeugten Reibungswärme statt. Auch hier steht die an der Scheibe rotierende Sperrflüssigkeit nicht mit dem im Innenraum vorhandenen Verfahrensgas in Verbindung, so dass hier bei Erzeugung der Pumpwirkung keine Vermischung mit Gas möglich ist.

Eine besonders gute Aussenkühlung des inneren Dichtspaltes wird erzielt, wenn die Zuführbohrungen für die Sperrflüssigkeit, in axialer Richtung betrachtet, am innenraumseitigen Ende des den inneren Dichtspalt in radialer Richtung aussen begrenzenden Dichtrings angeordnet sind. Dann kann die gesamte Sperrflüssigkeit zur Aussenkühlung dieses Dichtringes verwendet werden.

Dieser Dichtring ist dann zweckmässigerweise als I-förmiger Schwimmring ausgebildet, wobei die L-Form sowohl eine geringe Wandstärke des Dichtringes und damit eine gute Wärmeübertragung als auch eine gute radiale Dehnung bei Überhitzung sowie eine gute radiale Verschiebbarkeit insgesamt gewährleistet.

Zur Erzielung einer guten radialen Verschiebbarkeit ist es vorteilhaft, auch den äusseren Dichtspalt mit einem Schwimmring auf der Welle zu bilden.

Bei hohen Druckunterschieden zwischen Innenraum und Aussenraum ist es zweckmässig, den äusseren Dichtspalt mit mehreren in Reihe geschalteten Schwimmringen zu bilden.

Bei grossen Leckagen im äusseren Dichtspalt kann es jedoch auch vorteilhaft sein, einen Teil der zugeführten Sperrflüssigkeit über ein Drosselorgan separat gesteuert erst unmittelbar vor dem Eintritt in den äusseren Dichtspalt radial von aussen zuzuführen.

Auch ist die Führung eines Teils der im Bereich des innenraumseitigen Dichtspaltes zugeführten Sperrflüssigkeit durch eine Umführung um die Kammer mit der rotierenden Scheibe möglich, wobei diese Kammer dann von aussen gekühlt wird.

Ein Ausgleich beidseitig unterschiedlicher Drucke an der Scheibe kann auch durch Beeinflussung der radialen Drucksteigerung mit ein- oder beidseitig an der rotierenden Scheibe angebrachten Erhebungen, z. B. Pumpschaufeln, bewirkt werden.

Bei grossen Axialbewegungen der Welle kann durch eine axiale Verschiebbarkeit der Scheibe in der Pumpkammer auf der Welle verhindert werden, dass der Abstand der Scheibe von den sie axial begrenzenden Kammerwänden unterschiedlich wird.

Eine gewisse axiale Verschiebbarkeit ohne die Erzeugung von schädlichen Sekundärströmungen durch einseitig grossen Wandabstand kann durch axiale Verbreiterungen und Einschnürungen der rotierenden Scheibe sowie eine entsprechende Ausbildung der angrenzenden Kammerwände bewirkt werden.

Der gewünschte Abstand kann auch durch an der Kammerwand oder an der rotierenden Scheibe befestigten Distanzhaltern hergestellt werden die axial gegen die Seitenwände der Pumpkammer laufen, welche dann als Axiallager ausgebildet sein können.

Die Abdichtung des Gleitringes gegen das Dichtungsgehäuse zur Bildung einer Sperrflüssigkeitsdruckkammer kann durch einen Dichtring in Kombination mit einem Faltenbalg erfolgen, der zugleich die axiale Anpresskraft des Gleitringes an die Wellenschulter bei niedrigen Drehzahlen und Still-s stand bewirken kann.

Dies kann auch durch die Kombination zweier Dichtringe mit Druckfedern bewirkt werden, welche vom Innenraum aus gegen den axialen Gleitring gedrückt werden.

Durch die Anordnung der Dichtringe auf grösseren xo Durchmesser als des Durchmessers der Dichtfläche des Gleitringes kann eine zusätzliche Dichtkraft bei Wellenstillstand durch höhere Gasdrücke im Innenraum erzeugt werden, so dass der Gleitring dann als Stillstandsdichtung wirksam ist, auch bei abgeschalteter Sperrflüssigkeitszufuhr. ls Die Erfindung wird nachstehend anhand von Schnittzeichnungen einiger Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung nach der Erfindung,

20 Fig. 2 eine getrennte Zuführung von Sperrflüssigkeit zur Wellendichtung,

Fig. 3 eine Umführungsleitung für Sperrflüssigkeit, Fig. 4 eine Scheibe mit beidseitigen Erhebungen,

Fig. 5 eine Scheibe mit beidseitigen Verbreiterungen und 25 Einschnürungen,

Fig. 6 eine axial auf der Welle verschiebbare Scheibe mit Distanzhaltern und

Fig. 7 eine andere Ausführung der Abdichtung der Druckkammer.

30

Nach Fig. 1 ist die flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung in einem Dichtungsgehäuse (8) zum Abdichten der Durchführung der Welle (3) zwischen einem Innenraum (1) und einem Aussenraum (2) angeordnet. Über Zuführbohrungen (4) 35 wird Sperrflüssigkeit zugeführt, die aussen über den Schwimmring (15) strömt. Anschliessend strömt der grössere Teil der Sperrflüssigkeit über die Pumpkammer (9) und den äusseren Teildichtspalt (6), der von einem Schwimmring (17) und der Wellenbüchse ( 16) gebildet wird, zum Aussenraum 40(2).

Ein kleiner Teil der Sperrflüssigkeit wird über den inneren Teildichtspalt (5), der von dem Schwimmring (15) und der Wellenbüchse (16) gebildet wird, zu dem Dichtspalt (26) geleitet, der von einer Axialschulter der Wellenbüchse (16) 45 und einem davor angeordneten Gleitring (13) gebildet wird. Bei Stillstand der Welle und niedrigen Drehzahlen wird der Gleitring (13) durch den Faltenbalg (14) und Gaskräfte axial gegen die Schulter der Wellenbüchse (16) gepresst,

wobei der Druck der zugeführten Sperrflüssigkeit nur gering-50 fügig über dem Gasdruck im Innenraum liegt. Dadurch wirkt die Gleitringdichtung als Stillstandsdichtung.

Bei höheren Drehzahlen wird durch die Rotation der Scheibe (7) im Aussenbereich (10) der Pumpkammer ein gegenüber dem Zuführdruck erhöhter Sperrflüssigkeitsdruck 55 aufgebaut. Dieser erhöhte Sperrflüssigkeitsdruck wird über Bohrungen (11) in die Druckkammer (12) übertragen. Dadurch wird die von dem Faltenbalg (14) und dem Gasdruck im Innenraum (1) ausgeübte Axialkraft in Richtung des Aussenraumes überwunden und der Gleitring (13) in 60 axialer Richtung von der Wellenbüchsenschulter weg bis zum Anschlag (27) im Dichtungsgehäuse bewegt. Bei der dadurch bedingten starken Vergrösserung des Dichtspaltes (26) entfällt die Dichtfunktion des Gleitringes (13), der dadurch vor Verschleiss geschützt ist. Die Abdichtung über-65 nimmt hier nun der innere Schwimmring (15), der mit in die Wellenbüchse (16) eingearbeiteten Dichtnuten (35) nunmehr als Gewindewellendichtung wirkt, die den Sperrflüssigkeits-strom zum Innenraum durch die Gegenförderwirkung der

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bei dieser Drehzahl optimal arbeitenden Wellennuten begrenzt. Bei grossen Druckdifferenzen zwischen Zuführbohrung und Innenraum kann sich anschliessend an das innenraumseitige Ende der Gewindewellenende ein zwischen der Wellenbüchsenschulter und der Gleitringfläche, die den Dichtspalt begrenzt, ein rotierender Sperrflüssig-keitsring bilden, der durch seine Pumpwirkung zur Begrenzung der inneren Sperrflüssigkeitsmenge beitragen kann. In Fig. 2 ist eine zusätzliche Zuführung (28) mit Drossel

(29) vorgesehen, die bei sehr grossen Sperrflüssigkeits-mengen einen Teil der Sperrflüssigkeit unmittelbar dem äusseren Dichtspalt zuführt.

Fig. 3 zeigt eine andere Umführungsart der Sperrflüssigkeit um die Pumpkammer mittels Umführungsbohrungen

(30).

In Fig. 4 sind Erhebungen (18) an der Scheibe (7) angebracht, um die radiale Drucksteigerung vorteilhaft zu beeinflussen.

Fig. 5 zeigt eine Scheibe (7) mit beidseitigen axialen Verbreiterungen (33) und Einschnürungen (32) und eine entspre-5 chende Ausbildung der gegenüberliegenden Pumpkammerwände (34).

Fig. 6 zeigt eine axiale Verschiebbarkeit des Ringes (19) durch eine Führung (31) auf der Wellenbüchse (16). Die Führung (31) ist im Ausführungsbeispiel als Kerbverzahnung io ausgebildet. Axiale Distanzhalter (20) halten den Abstand zum Dichtungsgehäuse konstant, der in diesem Bereich als Axiallager (21) ausgebildet ist.

In Fig. 7 ist eine Abdichtung des Gleitringes (13) mit dem Kohleeinsatz (25) durch Dichtringe (22) und (23) sowie die ls Erzeugung der Anpresskraft durch Druckfedern (24) dargestellt.

B

3 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung zum Abdichten der zwischen einem Innenraum (1) und einem Aussenraum (2) liegenden Durchführung einer Welle (3) mit Zuführbohrungen (4) für unter höherem Druck zuführbare Sperrflüssigkeit als der Druck im Innenraum ist, sowie sich beiderseits dieser Zuführbohrungen erstreckenden Teildichtspalten (5, 6), wobei der innere Teildichtspalt (5) als Gewindewellendichtung mit Rückforderung in Richtung auf die Sperrflüs-sigkeitszuführung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den inneren und äusseren Teildichtspalten eine Scheibe (7) mit grösserem Aussendurchmesser als dem Durchmesser des inneren Teildichtspaltes angeordnet ist, welche mit dem Dichtungsgehäuse (8) eine Pumpkammer (9) bildet, in der bei höheren Drehzahlen eine radiale Drucksteigerung der zuführbaren Sperrflüssigkeit erfolgt und in deren radial äusseren Bereich (10) Bohrungen (11) münden, die in Verbindung mit einer Druckkammer (12) stehen, die von dem Dichtungsgehäuse und einem am innenraumseitigen Ende der Gewindewellendichtung angeordneten Gleitring (13) gebildet wird, welcher bei Stillstand der Welle und niedrigen Drehzahlen durch eine Axialkraft in Richtung des Aus-senraums erzeugende Elemente (14) und Gaskräfte axial gegen die Welle (3) bzw. Wellenbüchse (16) gedrückt und bei höheren Drehzahlen durch die über die rotierende Scheibe erzeugte radiale Drucksteigerung von der Welle bzw. Wellenbüchse abgehoben wird.
2. Flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, dass der innere Teildichtspalt (5) radial aussen durch einen inneren Schwimmring (15) begrenzt ist.
3. Flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Schwimmring (15) im Querschnitt L-förmig ist.
4. Flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Dichtspalt (6) von der Welle (3) bzw. Wellenbüchse (16) und einem äusseren Schwimmring (17) gebildet ist.
5. Flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Dichtspalt von mehreren äusseren Schwimmringen gebildet ist.
6. Flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein- oder beidseitig an den Stirnflächen der Scheibe (7) die Drucksteigerung der Sperrflüssigkeit beeinflussende Erhebungen (18) angebracht sind.
7. Flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (7) ein- oder beidseitig axiale Verbreiterungen (33) und/oder Einschnürungen (32) aufweist und die Pumpkammerwände (34) entsprechend ausgebildet sind.
8. Flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (7) durch einen Ring (19) ersetzt wird, der durch eine Führung (31) axial auf der Welle beweglich ist.
9. Flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der axial verschiebbare Ring (19) durch Distanzhalter (20) und Lagerflächen (21) in seiner axialen Lage zur Pumpkammer gehalten ist.
10. Flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (13) durch einen Faltenbalg (14) und einen Dichtring (22) gegen das Dichtungsgehäuse (8) abgedichtet ist.
11. Flüssigkeitsgesperrte Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (13) in seinem radial äusseren Bereich durch Dichtringe

(22,23) gegen das Dichtungsgehäuse (8) abgedichtet und die axiale Anpresskraft durch Federn (24) bewirkt wird.