[0001] Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit einem stationären Dichtungsgehäuse, einem rotierenden Bauteil sowie wenigstens einem rotierenden Gleitring und wenigstens einem stationären Gleitring.
[0002] Bei derartigen Dichtungen ist vielfach eine Umwälzung der Vorlage- bzw. Sperrflüssigkeit erforderlich. Dies erfolgt in der Regel über eine externe Umwälzpumpe oder über ein in die Gleitringdichtung integriertes Fördersystem und radial angeordneten Ein- und Auslassbohrungen für die Flüssigkeit. Bei einer anderen Lösung ist innerhalb der Gleitringdichtung eine zusätzliche Umlenkbuchse sowie ein Fördergewinde vorgesehen. Dieses Prinzip ermöglicht zwar eine optimale axiale Verteilung der Flüssigkeit, erfordert jedoch einen relativ hohen Platzbedarf und ist relativ aufwendig.
[0003] Sogenannte Patronendichtungen, welche masslich für vorhandene Stoppbuchsräume konzipiert sind, können diese Möglichkeit der Umwälzung nicht realisieren. Um auch bei Patronendichtungen ohne separate Pumpen auszukommen, wird in der DE-U-29 502 685 eine Fördereinrichtung offenbart, die auf dem Prinzip eines exzentrischen Druckraumes basiert. Bei dieser Dichtungsanordnung wird zwischen dem rotierenden Bauteil und dem stationären Gleitring ein Ringraum definiert, dessen radiale Abmessung zwischen einem Bereich mit minimaler und einem umfänglich dazu versetzten Bereich mit maximaler Abmessung divergiert.
Ferner ist eine Einrichtung zum Einlass einer Pufferflüssigkeit in den Ringraum an oder nahe bei dessen Bereich mit maximaler radialer Abmessung und eine Einrichtung zum Auslass der Pufferflüssigkeit aus dem Ringraum an oder nahe dessen Bereich mit minimaler radialer Abmessung vorgesehen. Das rotierende Bauteil weist förderwirksame Ausnehmungen in Form von Nuten auf, in denen sich aus der Pufferflüssigkeit gelöstes Gas aufgrund von Zentripetalkräften bevorzugt ansammelt, um zur Auslassöffnung und von dort nach aussen transportiert werden kann.
[0004] Eine weitere Gleitringdichtung ist aus der DE-U-20 212 246 bekannt. Sie weist wenigstens einen stationären Gleitring und wenigstens einen drehfest mit einem rotierenden Bauteil verbundenen rotierenden Gleitring auf, wobei das rotierende Bauteil eine zylindrische äussere Umfangsfläche vorsieht, die zusammen mit einer inneren Umfangsfläche des stationären Gleitrings einen Ringraum begrenzt. Ferner sind Mittel zum Einführen einer Flüssigkeit in den Ringraum und Mittel zum Abführen der Flüssigkeit aus dem Ringraum vorgesehen. Der stationäre Gleitring ist zentrisch um das rotierende Bauteil angeordnet und die zylindrische Umfangsfläche des rotierenden Bauteils ist im Bereich des Ringraums mit in axiale Richtungen verlaufenden Abflachungen versehen.
[0005] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringdichtung anzugeben, bei der die Verteilung der Flüssigkeit zur Schmierung und/oder Kühlung in axialer Richtung verbessert wird. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
[0006] Die erfindungsgemässe Gleitringdichtung besteht im Wesentlichen aus einem stationären Dichtungsgehäuse, einem rotierenden Bauteil, wenigstens einem rotierenden Gleitring sowie wenigstens einem stationären Gleitring. Ferner ist ein Ringraum vorgesehen, der durch den stationären Gleitring, das rotierende Bauteil, das Dichtungsgehäuse und den rotierenden Gleitring begrenzt wird und von einer Flüssigkeit zur Schmierung und/oder Kühlung durchströmt wird. In dem Dichtungsgehäuse sind zwei Bohrungen ausgebildet, die in den Ringraum münden und zum Zu- bzw. Abführen der Flüssigkeit dienen. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, um die Flüssigkeit in dem vom Dichtungsgehäuse begrenzten Bereich des Ringraums in Rotation zu versetzen.
Weiterhin sind in den vom Dichtungsgehäuse begrenzten Bereich des Ringraums Mittel vorgesehen, um die rotierende Flüssigkeit zu stauen und axial in den vom stationären Gleitring begrenzten Teil des Ringraums zu verteilen. Weiterhin weist der stationäre Gleitring in seiner den Ringraum begrenzenden Wandung in axialer Richtung verlaufende Führungsnuten auf, um die axiale Verteilung der Flüssigkeit zu unterstützen. Auf diese Weise kann eine wesentlich bessere axiale Verteilung der Flüssigkeit erreicht werden.
[0007] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0008] Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Mittel zum Stauen der rotierenden Flüssigkeit durch wenigstens eine Stauleitkante gebildet, die vorzugsweise an der den Ringraum begrenzenden Wandung des Dichtungsgehäuses ausgebildet ist.
[0009] Zweckmässigerweise sind im Bereich der zum Abführen der Flüssigkeit dienenden Bohrung und/oder im Bereich der zum Zuführen der Flüssigkeit dienenden Bohrung eine oder mehrere Stauleitkanten vorgesehen. Die Stauleitkanten können insbesondere so ausgebildet sein, dass - im Zusammenspiel mit der vorbeiströmenden Flüssigkeit und je nach Drehrichtung der rotierenden Flüssigkeit - die jeweilige Stauleitkante zum Stauen der Flüssigkeit dient oder eine Saugwirkung auf die in der angrenzenden Bohrung befindliche Flüssigkeit ausübt.
[0010] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
[0011] In der Zeichnung zeigen
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemässen Gleitringdichtung,
<tb>Fig. 2<sep>eine Seitenansicht der Gleitringdichtung,
<tb>Fig. 3<sep>eine schematische Darstellung der Strömungswege der Flüssigkeit,
<tb>Fig. 4<sep>eine Seitenansicht eines stationären Gleitrings,
<tb>Fig. 5<sep>eine Schnittdarstellung des Gleitrings gemäss Fig. 4 und
<tb>Fig. 6-Fig. 8,<sep>Längsschnittdarstellungen des Dichtungsgehäuses im Bereich der Mittel zum Zu- bzw. Abführen der Flüssigkeit mit verschieden ausgebildeten Stauleitkanten.
[0012] Die in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Gleitringdichtung besteht im Wesentlichen aus einem stationären Dichtungsgehäuse 1, einem rotierenden Bauteil 2, wenigstens einem rotierenden Gleitring 3 und einem stationären Gleitring 4. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gleitringdichtung als mit zwei rotierenden Gleitringen 3 und zwei stationären Gleitringen 4 ausgebildet. Das rotierende Bauteil 2 wird hier durch eine Wellenhülse gebildet, kann aber beispielsweise auch durch eine rotierende Maschinenwelle realisiert werden.
[0013] Der stationäre Gleitring 4, das rotierende Bauteil 2, das Dichtungsgehäuse 1 und der rotierende Gleitring 3 begrenzen einen Ringraum 5, der von einer Flüssigkeit (Pfeile 6) zur Schmierung und/oder Kühlung durchströmt wird. Zum Zu- bzw. Abführen der Flüssigkeit dienen Bohrungen 7, 8, die im Dichtungsgehäuse 1 ausgebildet sind und in den Ringraum 5 münden.
[0014] Weiterhin sind Mittel 2a vorgesehen, um die Flüssigkeit in dem vom Dichtungsgehäuse 1 begrenzten Bereich des Ringraums 5 in Rotation zu versetzen. Diese Mittel 2a werden im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Vielzahl von Abflachungen am rotierenden Bauteil 2 gebildet (siehe Fig. 2). Die äussere Umfangsfläche des rotierenden Bauteils wird in diesem Bereich abwechselnd durch zylindrische Teilflächen und Abflachungen gebildet. Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel 2a lediglich in dem vom Dichtungsgehäuse 1 begrenzten Bereich des Ringraums 5 vorgesehen.
[0015] Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen hat sich gezeigt, dass sich die rotierende Flüssigkeit ohne zusätzliche Massnahmen nur in sehr begrenztem Umfang in axialer Richtung, d.h. unter den Bereich der stationären Gleitringe 4, ausbreitet. Die Gleitringdichtung sieht daher in dem vom Dichtungsgehäuse 1 begrenzten Bereich des Ringraums 5 Mittel vor, um die rotierende Flüssigkeit zu stauen und axial in die von den stationären Gleitringen 4 begrenzten Teile des Ringraums zu verteilen. Diese Mittel zum Stauen der rotierenden Flüssigkeit werden im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Stauleitkanten 9, 10 gebildet. Die Stauleitkanten sind an der den Ringraum 5 begrenzenden Wandung des Dichtungsgehäuses 1, und zwar im Bereich der zum Zu- bzw. Abführen der Flüssigkeit dienenden Bohrungen 7, 8 vorgesehen.
[0016] Die zum Zuführen bzw. Abführen der Flüssigkeit dienenden Bohrungen 7, 8 münden tangential in den Ringraum 5 ein. Die Stauleitkanten 9, 10 können beispielsweise durch entsprechende Ausfräsungen im Bereich der den Ringraum 5 begrenzenden Wandung des Dichtungsgehäuses 1 ausgebildet werden, wie es insbesondere aus der Fig. 2ersichtlich wird. Je nach Rotationsrichtung des rotierenden Bauteils 2 dient die Bohrung 7 oder die Bohrung 8 zum Zuführen der Flüssigkeit und die jeweils andere Bohrung zum Abführen der Flüssigkeit. Dreht das rotierende Bauteil in Richtung des Pfeils 11 (siehe Fig. 2), dient die Bohrung 7 zum Zuführen und die Bohrung 8 zum Abführen der Flüssigkeit. Die Flüssigkeit wird dann in Richtung des Pfeils 11 im Ringraum 5 rotieren und trifft dann auf die Stauleitkante 10.
Durch diese Stauleitkante wird ein Teil der Flüssigkeit über die Bohrung 8 abgeführt und ein weiterer Teil rotiert weiter, während ein dritter Teil axial in die von den stationären Gleitringen 3 begrenzten Bereiche des Ringraums verteilt wird. Die Stauleitkante 9 im Bereich der Bohrung 7 zum Zuführen der Flüssigkeit übt hingegen eine Saugwirkung auf die in der Bohrung 7 befindliche Flüssigkeit aus. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit ohne externe Pumpe zu- bzw. abgeführt werden.
[0017] Ist die Drehrichtung des rotierenden Bauteils 2 umgekehrt (entgegen dem Pfeil 11), wirkt die Stauleitkante 9 zum Stauen der Flüssigkeit zum Stauen und axialen Verteilen der Flüssigkeit, während die Stauleitkante 10 die Sogwirkung auf die in der Bohrung 8 befindliche Flüssigkeit ausübt.
[0018] Um die axiale Verteilung der Flüssigkeit im Bereich der stationären Gleitringe 4 noch zu verbessern, weisen die stationären Gleitringe 4 in ihrer den Ringraum begrenzenden Wandung 4a in axialer Richtung verlaufende Führungsnuten 4b, 4c auf (siehe Fig. 4 und 5). Die Führungsnuten 4b, 4c haben dabei den gleichen Winkelabstand [alpha] wie die Mündungen der Bohrungen 7, 8. Die stationären Gleitringe 4 sind ausserdem mit Passnuten 4d, 4e versehen, um den stationären Gleitring 4 bezüglich des stationären Dichtungsgehäuses so auszurichten, dass die Führungsnuten 4b, 4c jeweils im Bereich der Bohrung 7 bzw. 8 münden. Auf diese Weise kann die durch die Stauleitkante 9 bzw. 10 gestaute Flüssigkeit in die Führungsnuten 4b bzw. 4c abgeleitet werden.
[0019] In Fig. 3 sind die Wege der Flüssigkeit in der Gleitringdichtung schematisch dargestellt. Der Pfeil a kennzeichnet dabei die über eine der beiden Bohrungen 7, 8 zugeführte Flüssigkeit, der Pfeil b stellt die rotierende Flüssigkeit im Bereich des vom Dichtungsgehäuse begrenzten Bereichs des Ringraums 5 dar. Die axial zu den Gleitringen 3, 4 verteilte Flüssigkeit wird durch die Pfeile c, d und die über eine der beiden Bohrungen 8, 7 abgeführte Flüssigkeit wird durch den Pfeil e gekennzeichnet.
[0020] Durch die Stauleitkanten 9, 10 ergibt sich eine deutlich verbesserte axiale Verteilung der Flüssigkeit, die durch die in den stationären Gleitringen 4 ausgebildeten Führungsnuten 4b, 4c noch verbessert wird. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Führungsnuten vorgesehen werden.
[0021] Wie insbesondere aus Fig. 6zu ersehen ist, ist die axiale Breite b des vom Dichtungsgehäuse 1 begrenzten Bereichs des Ringraums 5 deutlich grösser als der Durchmesser der Bohrungen 7, 8. Vorzugsweise beträgt die Breite des axialen Bereichs des Dichtungsgehäuses 1 etwa das 1.2- bis 6-Fache des Durchmessers der Bohrung. Je grösser die Breite des axialen Bereiches des Dichtungsgehäuses 1 bezüglich des Durchmessers der Bohrungen ist, umso grösser ist auch die Wirkfläche der Staukanten 9, 10. Die Geometrie und bzw. der Winkel der Staukanten 9 und 10 wirkt sich dabei unmittelbar auf die Strömung und die axiale Verteilung der Flüssigkeit aus.
[0022] In den Fig. 6-Fig. 8 sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele für die Ausbildung der Stauleitkanten dargestellt. Im Ausführungsbeispiel 6 sind die Stauleitkanten 9 bzw. 10 gerade ausgebildet, während die Stauleitkanten 9, 10 nach aussen gewölbt und die Stauleitkanten 9, 10 gemäss Fig. 8 nach innen gewölbt sind. Die Stauleitkanten 9 bzw. 10 bewirken gegenüber der Ausführungsform gemäss Fig. 6 eine stärkere axiale Verteilung der Flüssigkeit, während diese Wirkung bei den Stauleitkanten 9 bzw. 10 gemäss Fig. 7verringert ist.
The invention relates to a mechanical seal with a stationary seal housing, a rotating component and at least one rotating seal ring and at least one stationary seal ring.
In such seals a circulation of the original or sealing liquid is often required. This is usually done via an external circulation pump or via a conveyor system integrated in the mechanical seal and radially arranged inlet and outlet holes for the liquid. In another solution, an additional deflection bushing and a delivery thread is provided within the mechanical seal. Although this principle allows an optimal axial distribution of the liquid, but requires a relatively large amount of space and is relatively expensive.
So-called cartridge seals, which are designed massively for existing stop book rooms, can not realize this possibility of circulation. In order to manage even with cartridge seals without separate pumps, a conveyor is disclosed in DE-U-29 502 685, which is based on the principle of an eccentric pressure chamber. In this sealing arrangement, an annular space is defined between the rotating component and the stationary sliding ring, the radial dimension of which diverges between a region with a minimum area and a region offset to a maximum extent with a maximum dimension.
Further, means for introducing a buffer liquid into the annulus at or near its maximum radial dimension region and means for discharging the buffer liquid from the annulus at or near its minimum radial dimension region are provided. The rotating component has delivery-effective recesses in the form of grooves, in which gas dissolved from the buffer liquid preferably accumulates due to centripetal forces and can be transported to the outlet opening and from there to the outside.
Another mechanical seal is known from DE-U-20 212 246. It comprises at least one stationary seal ring and at least one rotating seal ring rotatably connected to a rotating member, wherein the rotating member provides a cylindrical outer peripheral surface defining an annulus together with an inner peripheral surface of the stationary seal ring. Further, means for introducing a liquid into the annulus and means for discharging the liquid from the annulus are provided. The stationary seal ring is arranged centrally around the rotating component and the cylindrical peripheral surface of the rotating component is provided in the region of the annular space with flats extending in axial directions.
The invention is an object of the invention to provide a mechanical seal, wherein the distribution of the liquid for lubrication and / or cooling is improved in the axial direction. According to the invention, this object is solved by the features of claim 1.
The inventive mechanical seal consists essentially of a stationary seal housing, a rotating component, at least one rotating seal ring and at least one stationary seal ring. Further, an annular space is provided, which is bounded by the stationary seal ring, the rotating member, the seal housing and the rotating seal ring and is flowed through by a liquid for lubrication and / or cooling. In the seal housing two holes are formed, which open into the annulus and serve to supply and discharge of the liquid. Furthermore, means are provided to enable the liquid in the region bounded by the seal housing of the annular space in rotation.
Furthermore, means are provided in the bounded by the seal housing portion of the annular space to accumulate the rotating fluid and to distribute axially in the limited of the stationary seal ring part of the annular space. Furthermore, the stationary seal ring in its annular space bounding wall in the axial direction extending guide grooves to support the axial distribution of the liquid. In this way, a much better axial distribution of the liquid can be achieved.
Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
According to a preferred embodiment, the means for stowing the rotating liquid are formed by at least one Stauleitkante, which is preferably formed on the annular space bounding wall of the seal housing.
Conveniently, one or more Stauleitkanten provided in the region of the serving for discharging the liquid bore and / or in the region of the serving for supplying the liquid bore. The jam guide edges can in particular be designed so that - in cooperation with the flowing liquid and depending on the direction of rotation of the rotating liquid - the respective jam leading edge serves to jam the liquid or exerts a suction effect on the liquid located in the adjacent bore.
Further advantages and embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the description and the drawing.
In the drawing show
<Tb> FIG. 1 <sep> is a schematic longitudinal sectional view of the mechanical seal according to the invention,
<Tb> FIG. 2 <sep> a side view of the mechanical seal,
<Tb> FIG. 3 <sep> is a schematic representation of the flow paths of the liquid,
<Tb> FIG. 4 <sep> is a side view of a stationary slip ring,
<Tb> FIG. 5 <sep> is a sectional view of the sliding ring according to FIGS. 4 and
<Tb> FIG. 6-Fig. 8, <sep> Longitudinal views of the seal housing in the region of the means for supplying and discharging the liquid with differently shaped Stauleitkanten.
The mechanical seal shown in Figs. 1 and Fig. 2 consists essentially of a stationary seal housing 1, a rotating member 2, at least one rotating seal ring 3 and a stationary seal ring 4. In the illustrated embodiment, the mechanical seal with two rotating Sliding rings 3 and two stationary slide rings 4 are formed. The rotating component 2 is formed here by a shaft sleeve, but can for example also be realized by a rotating machine shaft.
The stationary seal ring 4, the rotating member 2, the seal housing 1 and the rotating seal ring 3 define an annular space 5, which is flowed through by a liquid (arrows 6) for lubrication and / or cooling. For supplying or discharging the liquid are bores 7, 8, which are formed in the seal housing 1 and open into the annular space 5.
Furthermore, means 2a are provided to enable the liquid in the region bounded by the seal housing 1 of the annular space 5 in rotation. These means 2a are formed in the illustrated embodiment by a plurality of flats on the rotating component 2 (see Fig. 2). The outer peripheral surface of the rotating member is formed in this area alternately by cylindrical faces and flats. According to a particular embodiment of the invention, the means 2a are provided only in the area bounded by the seal housing 1 of the annular space 5.
In the experiments on which the invention is based, it has been shown that the rotating fluid can only be used to a very limited extent in the axial direction, without additional measures. under the region of the stationary seal rings 4, spreads. The mechanical seal therefore provides in the region of the annular space 5 delimited by the seal housing 1 means for stowing the rotating liquid and distributing it axially into the parts of the annular space delimited by the stationary slip rings 4. These means for jamming the rotating fluid are formed in the illustrated embodiment by jam guide edges 9, 10. The jam guiding edges are provided on the wall of the sealing housing 1 delimiting the annular space 5, specifically in the area of the bores 7, 8 serving for supplying or discharging the liquid.
The serving for supplying or discharging the liquid holes 7, 8 open tangentially into the annular space 5 a. The traffic jam edges 9, 10 can be formed, for example, by corresponding cutouts in the area of the wall of the sealing housing 1 delimiting the annular space 5, as can be seen in particular from FIG. Depending on the direction of rotation of the rotating component 2, the bore 7 or the bore 8 serves to supply the liquid and the respective other bore for discharging the liquid. If the rotating component rotates in the direction of the arrow 11 (see FIG. 2), the bore 7 serves for feeding and the bore 8 for discharging the liquid. The liquid will then rotate in the direction of the arrow 11 in the annulus 5 and then impinges on the jam leading edge 10.
Through this ram leading edge, a portion of the liquid is discharged through the bore 8 and a further part continues to rotate, while a third part is axially distributed in the areas of the annular space bounded by the stationary slip rings 3. The jam guide edge 9 in the region of the bore 7 for supplying the liquid, however, exerts a suction effect on the liquid located in the bore 7. In this way, the liquid can be supplied or removed without an external pump.
If the direction of rotation of the rotating component 2 is reversed (contrary to the arrow 11), the ram trailing edge 9 acts to jam the liquid for jamming and axial distribution of the liquid, while the ram trailing edge 10 exerts the suction effect on the liquid present in the bore 8.
In order to improve the axial distribution of the liquid in the region of the stationary seal rings 4, the stationary seal rings 4 in their annular space bounding wall 4a in the axial direction extending guide grooves 4b, 4c (see Figs. 4 and 5). The guide grooves 4b, 4c have the same angular distance [alpha] as the mouths of the holes 7, 8. The stationary seal rings 4 are also provided with fitting grooves 4d, 4e to align the stationary seal ring 4 with respect to the stationary seal housing so that the guide grooves 4b, 4c open in the region of the bore 7 and 8, respectively. In this way, the liquid jammed by the jam guide edge 9 or 10 can be diverted into the guide grooves 4b or 4c.
In Fig. 3, the paths of the liquid in the mechanical seal are shown schematically. In this case, the arrow a indicates the liquid supplied via one of the two bores 7, 8, the arrow b represents the rotating liquid in the region of the region of the annular space 5 bounded by the seal housing. The liquid distributed axially relative to the sliding rings 3, 4 is indicated by the arrows c, d and the liquid discharged via one of the two bores 8, 7 is identified by the arrow e.
By the Stauleitkanten 9, 10 results in a significantly improved axial distribution of the liquid, which is further improved by the trained in the stationary slide rings 4 guide grooves 4b, 4c. Of course, more than two guide grooves can be provided.
As can be seen in particular from Fig. 6, the axial width b of the limited by the seal housing 1 region of the annular space 5 is significantly larger than the diameter of the bores 7, 8. Preferably, the width of the axial region of the seal housing 1 is about 1.2 - up to 6 times the diameter of the hole. The greater the width of the axial region of the seal housing 1 with respect to the diameter of the bores, the greater the effective area of the blocking edges 9, 10. The geometry and / or the angle of the blocking edges 9 and 10 has a direct effect on the flow and the axial distribution of the liquid.
In FIGS. 6-FIG. 8, three different embodiments for the formation of the Stauleitkanten are shown. In the exemplary embodiment 6, the jam guide edges 9 and 10 are straight while the jam guide edges 9, 10 are curved outwards and the jam guide edges 9, 10 are curved inward as shown in FIG. Compared to the embodiment according to FIG. 6, the jam guiding edges 9 and 10 respectively cause a stronger axial distribution of the liquid, while this effect is reduced at the jam leading edges 9 and 10, respectively, according to FIG.