CH680607A5

CH680607A5 -

Info

Publication number: CH680607A5
Application number: CH261289A
Authority: CH
Inventors: Heinrich Lorenzen
Original assignee: Escher Wyss Ag
Priority date: 1989-07-12
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1992-09-30
Also published as: DE3925404A1; JPH0656215B2; JPH0351583A; DE3925404C2

Description

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CH 680 607 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine als axiale Gleitringdichtung ausgebildete Trockengasdichtung für eine drehende, durch eine Gehäusewand geführte Welle mit einer mit der Welle umlaufenden Wellenbüchse als Träger einer Dichtfläche und einem stationären Gleitring mit einer mittels eines Gases an die Dichtfläche gedrückten Gleitfläche, wobei auf der Dichtfläche und/oder Gleitfläche vom Aussen-rand geneigt zur Radialrichtung verlaufende Rillen zur Schmierung der Dichtfläche bzw. der Gleitfläche mittels Druckaufbau vorgesehen sind.

Solche axiale Wellendichtungen sind beispielsweise aus EP-B 13 678 bekannt und dienen dazu, den unter einem gewissen Druck stehenden Gehäuse-Innenraum einer Turbomaschine, beispielsweise eines Turbokompressors oder einer Turbine, an der Durchführung der Welle nach aussen oder zu einer Zwischenkammer abzudichten, um ein Ausströmen des Mediums aus dem Innenraum zu verhindern. Dies erfolgt mittels eines Sperrmediums, z.B. eines Gases, welches die Gleitfläche des Gleitringes an die Dichtfläche der Wellenbüchse drückt und somit den Austritt von Gas aus dem Innenraum minimali-siert, wobei die Leckage der Dichtung durch entsprechende Dichtungsringe auf einem kieinstmögli-chen Wert gehalten wird. Gleichzeitig wird ein Spalt zur berührungslosen Relativbewegung gebildet.

Bei der bekannten Wellendichtung werden die Vorteile aerodynamischer Dichtungen ausgenützt, bei denen das als Schmiermittel dienende Gas von aussen der Dichtfläche bzw. Gleitfläche über geneigte, z.B. schräge oder spiralförmige Rillen zugeführt wird, wodurch die Schmiermittel- bzw. Gasleckage wesentlich geringer ist als bei bekannten aerostatischen Dichtungen. Die geneigt zur Radialrichtung verlaufenden Rillen bewirken hierbei, dass das Schmiermittel bei Rotation der Welle mittels Pumpwirkung automatisch von aussen nach innen auf die Dicht- bzw. Gleitfläche derart verteilt wird, dass ein zweckmässiger Druckaufbau in radialer Richtung zustandekommt und dadurch eine reibungsarme Dichtung gebildet wird. Der Nachteil solcher Dichtungen ist, dass sie bei Bewegung in entgegengesetzter Richtung, beispielsweise bei einem Rücklauf der Turbomaschine, keine ausreichende Verteilung des Schmiermittels auf der Gleitfläche erlauben und daher verklemmen und festsitzen, oder gar zerstört werden können.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, und insbesondere eine Trockengasdichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein Festklemmen und eine Havarie der Weliendichtung bei einem Lauf der Welle entgegengesetzt zur vorgesehenen Drehrichtung vermieden wird.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Entlastungseinrichtung vorgesehen ist, welche bei einer Umkehr der Drehrichtung der Welle bzw. der Relativdrehung zwischen Dichtfläche und Gleitfläche eine Kraft entgegen der Anpressrichtung des Gleitringes an die Dichtfläche erzeugt.

Durch diese Entlastungseinrichtung wird bei Umkehr der Relativbewegung zwischen der Gleitfläche und der Dichtfläche eine solche Kraft entgegen der Anpressrichtung erzeugt, dass die Reibung auf ein ungefährliches Mass reduziert oder der Gieitring ganz von der Dichtfläche abgehoben wird.

Mit besonderem Vorteil weist diese Entlastungseinrichtung eine am Aussenkranz des Gieit-ringes und der gegenüberliegenden Fläche des Dichtungshalters vorgesehene Schrägführung auf. Durch die Reibung zwischen Dichtfläche und Gleitfläche wird ein Drehmoment auf den Gleitring ausgeübt, welches in der vorgesehenen Drehrichtung eine vorzugsweise in Umfangsrichtung gerichtete Kraft auf den Gleitring bewirkt, bei der entgegengesetzten Drehrichtung jedoch zusätzlich eine Kraftkomponente entgegen der Anpressrichtung des Gleitringes an die Wellenbüchse. Mit Vorteil weist eine solche Schrägführung eine oder mehrere über den Umfang verteilte, gegen die Drehachse geneigte Verschiebeflächen auf, die mit einem Gegenelement im anderen Teil zusammenwirken.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Wellendichtung im Schnitt längs der Wellenachse,

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine Dichtfläche bzw. eine Gleitfläche,

Fig. 3a und b Aufsichten auf den Kranz eines Gleitringes bei vorschriftsgemässer Rotationsrichtung und bei Rotation in Gegenrichtung, und

Fig. 4 eine Aufsicht auf den Kranz bei einem anderen Ausführungsbeispiel.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist eine Welle 1 dichtend durch die Gehäusewand 2 beispielsweise einer Turbomaschine von einer Stelle höheren Druckes Pi zu einer Stelle tieferen Druckes Pa geführt. Die Dichtung weist eine auf die Welle 1 aufgesetzte Wellenbüchse 3 auf, welche die Welle 1 mit einem Radialspalt 4 umgibt, während ihr hülsenförmiges Ende 3' an der Aussenseite auf der Welle 1 elastisch federnd aufliegt. Die Wellenbüchse 3 trägt auf ihrer Aussenseite einen Dichtkörper 5, welcher auf seiner Aussenseite eine kreisringförmige Dichtfläche 6 bildet.

Weiterhin weist die Dichtung einen in dem in das Gehäuse 2 eingeführten Dichtungshalter 2' stationären, d.h. nicht-rotierenden, aber axial und in Umfangsrichtung mit einem kleinen Spiel verschiebbaren Gleitring 7 auf, welcher an seiner Innenseite 7' gegenüber einem Ansatz 8 des Dichtungshalters zentriert ist. An der nach innen gekehrten Seite trägt der Gleitring 7 einen Gleitkörper 9 aus einem Material guter Gleiteigenschaft mit einer der Dichtfläche 6 zugekehrten Gleitfläche 9'.

Über eine Leitung 10 wird der Wellendichtung vom Gehäuse 2 aus ein Gas mit einem Druck Ps zugeführt, welcher ein wenig höher sein kann als der abzudichtende Druck Pi der Turbomaschine. Dabei kann das Gas der Turbomaschine selbst entnommen oder als externes Fremdgas zugeführt werden. Das Gas drückt auf die Rückseite des Gleitringes 7 und

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drückt diese an die Wellenbüchse 3, so dass die Dichtfläche 6 auf der Gleitfläche 9' des stationären Gleitkörpers 9 aufliegt und ein Austritt des Gases aus dem Gehäuseinneren weitgehend verhindert wird. Die trotzdem noch austretende geringe Menge von Gas wird über eine Leitung 13 abgeführt.

Ausserhalb der beschriebenen Dichtung ist zur Erzielung einer noch besseren Dichtwirkung oder als Notdichtung eine zweite ähnlich aufgebaute Gleitringdichtung 14 vorgesehen, auf die jedoch gegebenenfalls auch verzichtet werden kann.

Wie in Fig. 2 dargestellt, sind auf der Dichtfläche 6 oder auf der Gleitfläche 9' vom äusseren Rand 17 ausgehende, z.B. spiralförmige Rillen 18 vorgesehen. Diese Rillen 18 verlaufen geneigt zur Radialrichtung R, wodurch bewirkt wird, dass in der vorgesehenen richtigen Drehrichtung das Gas mittels Pumpwirkung von aussen in die Rillen hineingefördert und durch den Druckaufbau eine hinreichende Gasschmierung der Dichtfläche und der Gleitfläche gewährleistet wird.

Bei umgekehrter Drehrichtung wird der Druckaufbau im Spalt so ungenügend, dass es zum Kontakt zwischen Dichtfläche und Gleitfläche kommt, so dass keine ausreichende Schmierung vorhanden ist und die Gefahr des Festfressens oder Festsitzens der Dichtung besteht, was zur Zerstörung der Dichtung und zur Havarie führen kann. Um dies zu verhindern, ist als Rücklaufsicherung eine Entlastungseinrichtung 19 am Aussenkranz 11 des Gleitringes 7, bzw. der Gegenfläche 20 des Dichtungshalters vorgesehen. Diese bewirkt, dass bei einer Umkehr der Drehrichtung automatisch eine Gegenkraft auf den Gleitring 7 ausgeübt wird, welcher die Gleitfläche 9' von der Dichtfläche 6 entlastet oder ganz zurückzieht.

Diese Entlastungseinrichtung 19 kann aus Keilen 21 am Aussenkranz 11 des Gleitringes 7 bestehen, mit weichen ebenfalls keilförmige Vorsprünge 22 an der Innenfläche 20 des Dichtungshalters 2' zusammenwirken. Diese Keile 21 bzw. Vorsprünge 22 weisen jeweils an einer Seite eine geneigt zur Achsenrichtung A verlaufende Verschiebefläche 21' bzw. 22' auf, und an der anderen Seite in Achsenrichtung verlaufende Anschlagflächen 21" bzw. 22".

Fig. 3a zeigt die Entlastungseinrichtung im normalen Betrieb, d.h. bei der vorgesehenen Drehrichtung der Welle 1. Da der Gleitring 7 von der Dichtfläche 6 mittels Reibung mitgenommen wird, liegen hierbei die Anschlagflächen 21" und 22" aneinander. Da diese Flächen in Achsenrichtung orientiert sind, tritt im wesentlichen lediglich eine Kraft in Um-fangsrichtung P auf. Damit dienen diese Anschlagflächen 21" und 22" als Drehsicherung für den Gleitring 7.

Bei Umkehr der Drehrichtung der Welle 1 wird der Gleitring 7, wie in Fig. 3b gezeigt, ebenfalls mittels Reibung vom Dichtkörper der umlaufenden Wellenbüchse mitgenommen und die Verschiebeflächen 21' und 22' kommen zur Auflage und drücken mit einer gewissen Kraft aufeinander. Da diese Flächen jedoch schräg zur Achse der Welle orientiert sind, entsteht eine Kraftkomponente in Achsenrichtung A, welche den Gleitring 7 von der Dichtfläche 6 entlastet und bei hinreichender Kraft sogar von diesem abhebt. Es kann daher nur eine geringe oder überhaupt keine Trockenreibung entstehen, welche die Dichtung abnützen oder zerstören könnte.

Wie in Fig. 4 gezeigt, kann anstatt der keilförmigen Vorsprünge 21 auch ein Element anderer Art vorgesehen sein, beispielsweise ein Stift oder eine Rolle 23. Voraussetzung ist lediglich, dass dieses Gegenstück auf einer schrägen Verschiebefläche 22' zu gleiten oder abzurollen vermag.

Es wird bemerkt, dass die Anschlagfläche 22" auch anders ausgeführt sein kann, beispielsweise ebenfalls als Rolle 23' und/oder als entgegengesetzt zur Gleitfläche 22' geneigte Fläche, wodurch im Normalbetrieb eine zusätzliche Anpresskraft oder eine Entlastungskraft des Gleitringes 7 an die Dichtfläche 6 erzeugt wird.

Vorteilhaft ist es, mehrere Rückstelleinrichtun-gen 19 am Umfang des Gleitringes 7 vorzusehen, vorzugsweise in symmetrischer Anordnung am Aussenkranz, beispielsweise zwei Rückstelieinrichtun-gen diametral gegenüber oder eine grössere Anzahl in sternförmiger Anordnung zwecks gleichmässiger Krafteinleitung und Vermeidung eines Kippmomentes.

Claims

Patentansprüche

1. Als axiale Gleitringdichtung ausgebildete Trockengasdichtung für eine drehende, durch eine Gehäusewand (2) geführte Welle (1) mit einer mit der Welle umlaufenden Wellenbüchse (3) als Träger einer Dichtfläche (6) und einem stationären Gleitring (7) mit einer mittels eines Gases an die Dichtfläche (6) gedrückten Gleitfläche (9'), wobei auf der Dichtfläche (6) und/oder Gleitfläche (9') vom Aussen-rand (17) geneigt zur Radialrichtung (R) verlaufende Rillen (18) zur Schmierung der Dichtfläche (6) bzw. der Gleitfläche (9') mittels Druckaufbau vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entlastungseinrichtung (19) vorgesehen ist, welche bei einer Umkehr der Drehrichtung der Welle (1) bzw. der Relativdrehung zwischen Dichtfläche (6) und Gleitfläche (9') eine Kraft entgegen der Anpressrichtung des Gleitringes (9') an die Dichtfläche (6) erzeugt.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungseinrichtung (19) eine am Aussenkranz (11) des Gleitringes (7) oder der gegenüberliegenden Fläche (20) eines Dichtungshalters (2') vorgesehene Schrägführung (21', 22') aufweist, welche bei einer in der zur vorgesehenen Drehrichtung der Welle (1) entgegengesetzten Drehrichtung durch das durch die Reibung zwischen Dichtfläche (6) und Gleitfläche (9') auf den Gleitring (7) ausgeübte Drehmoment eine Kraftkomponente entgegen der Anpressrichtung des Gleitringes (7) an die Dichtfläche (6) erzeugt.

3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägführung eine oder mehrere über den Umfang (11 ) des Gleitringes bzw. der gegenüberliegenden Gehäusewand (20) verteilte, gegen die Drehachse geneigte, mit einem Gegenelement im anderen Teil zusammenwirkende Verschiebeflächen (21', 22') aufweist.

4. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn-

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zeichnet, dass die Verschiebeflächen aus wenigstens einer zur Achsenrichtung schrägen Fläche (21') am Aussenkranz (11) des Gleitringes (7) bzw. an der gegenüberliegenden Fläche (20) des Dichtungshalters und einem damit zusammenwirkenden 5 Gegenelement (22', 23) im anderen Teil bestehen.

5. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement eine der schrägen Verschiebefläche (21') entsprechende schräge Gegenfläche (22') aufweist. 10

6. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement eine mit der schrägen Verschiebefläche (21') zusammenwirkende Rolle (23) aufweist.

7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1-6, da- 15 durch gekennzeichnet, dass am Gleitring (7) mehrere symmetrisch über den Umfang (11) verteilte Entlastungseinrichtungen (19) vorgesehen sind.

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