DE10013153A1 - Dichtungsgehäuse für Gleitringdichtungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Dichtungsgehäuse für Gleitringdichtungen, insbesondere von Kreiselpumpen zur Förderung heißer Flüssigkeiten, wobei das Dichtungsgehäuse durch einen eine Welle umgebenden Spalt mit einem die Flüssigkeit enthaltenden Raum höheren Druckes in Verbindung steht, innerhalb eines vom Dichtungsgehäuse umschlossenen Dichtungsraumes Mittel zur Erzeugung einer Flüssigkeitszirkulation vorgesehen sind und eine Spülung des Gleitflächenbereiches der Gleitringdichtung erfolgt. Im Dichtungsraum ist ein Fördermittel zur Erzeugung einer Durchströmung angeordnet, im Bereich des Gleitflächenspaltes sind Mittel zur Strömungsgleichrichtung angeordnet und der Dichtungsraum weist einen Gassammelraum auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtungsgehäuse für Gleitringdichtungen, insbesondere von Kreiselpumpen zur Förderung heißer Flüssigkeiten, wobei das Dichtungsgehäuse durch einen eine Welle umgebenden Spalt mit einem die Flüssigkeit enthaltenden Raum höheren Druckes in Verbindung steht, innerhalb eines vom Dichtungsgehäuse umschlossenen Dichtungsraumes Mittel zur Erzeugung einer Flüssigkeitszirkulation vorgesehen sind und eine Spülung des Gleitflächenbereiches der Gleitringdichtung erfolgt.

Durch die EP-B 0 327 549 ist eine Kreiselpumpe zur Förderung heißer Flüssigkeiten bekannt, bei der ein Dichtungsgehäuse im Abstand zum heißen Pumpengehäuse angeordnet ist. Zwischen diesen beiden Bauteilen ist eine die Funktion einer Wärmesperre ausübende Distanzstrecke angeordnet, mit deren Hilfe die Wärmeübertragung vom heißen Pumpengehäuse zum Dichtungsgehäuse reduziert und die Wärmeabstrahlung verbessert werden soll. Ein die Distanzstrecke bildendes Gehäuseteil umhüllt die Pumpenwelle, wobei zwischen diesen beiden Teilen ein Spalt ausgebildet ist, durch eine Verbindung zwischen dem Dichtungsgehäuse und dem heißen Pumpenraum besteht. Der Dichtungsraum ist durch eine Trennwand in einen äußeren und einen inneren Bereich unterteilt, wobei innerhalb des inneren Bereiches vorgesehene Fördermittel eine den Gleitflächenbereich der Gleitringdichtung spülende Zirkulationsströmung erzeugen. Die sich im Dichtungsraum einstellende Zirkulationsströmung strömt vom äußeren Bereich über den Gleitflächenbereich in den inneren Bereich des Dichtungsraumes und von dort durch Bohrungen zurück in den äußeren Bereich. Der äußere Bereich des Dichtungsraumes verfügt über Mittel, die in Entfernung von der Gleitringdichtung angeordnet sind und zur Beruhigung der Flüssigkeitszirkulation dienen. Der äußere Bereich des Dichtungsraumes dient als großvolumiger, strömungsberuhigter und entlüftbarer Aufnahmeraum für abgeschiedenes Gas.

Die Konstruktion dieser Pumpe zielt zum einen darauf ab, im Bereich des Dichtungsgehäuses eine gute Wärmeabgabe an die Umgebung zu erhalten. Dies wird durch das großvolumige Dichtungsgehäuse erreicht, welches über eine große Wandfläche zur Wärmeabstrahlung verfügt. Weiterhin wird durch die Distanzstrecke zwischen dem heißen Pumpengehäuse und dem Dichtungsgehäuse die Wärmeübertragung zu reduzieren versucht. Eine solche große Wärmeübertragungs­ fläche steigert aber unnötigerweise die Herstellungskosten des Dichtungsgehäuses und eines damit ausgerüsteten Aggregates. Nachteilig bei dieser Lösung ist die Verwendung des äußeren Bereiches des Dichtungsraumes als Gassammelraum sowie dessen Ausrüstung mit Mitteln zur Beruhigung der Flüssigkeitszirkulation. Denn beide Maßnahmen verschlechtern die Wärmeübertragung, da ein angesammeltes Gaspolster gleichermaßen als Isolierung dient, in dessen Bereich eine schlechtere Wärmeübertragung von der heißen Flüssigkeit auf die kühle Wandfläche stattfindet.

Der Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, für heiße Flüssigkeiten enthaltende Dichtungsgehäuse von Gleitringdichtungen eine Gestaltung zu entwickeln, mit deren Hilfe bei geringer Baugröße und ohne zusätzliche äußere Hilfseinrichtungen eine gute Kühlwirkung erreicht wird. Die Lösung dieses Problems sieht vor, daß ein Fördermittel eine Durchströmung im Dichtungsraum erzeugt, daß im Bereich des Gleitflächenspaltes Mittel zur Gleichrichtung der Strömung angeordnet sind und daß der Dichtungsraum einen Gassammelraum aufweist.

Mit dieser Lösung wird erreicht, daß infolge der Drallströmung eine Durchströmung des Dichtungsgehäuses mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten an der den äußeren Bereich des Dichtungsraumes begrenzenden Wand des Dichtungsgehäuses stattfindet. Infolge der hohen Geschwindigkeit wird die Wärmeübertragung von der Flüssigkeit auf die wärmeabstrahlende Wandfläche des Dichtungsgehäuses wesentlich verbessert. Somit kann einem kostensparend ausgebildeten kleineren Dichtungsgehäuse durch verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem Dichtungsraum und der darin befindlichen heißen Flüssigkeit eine erheblich verbesserte Wärmeabstrahlungsleistung erreicht werden. Die im Bereich des Gleitflächenspaltes angeordneten Mittel zur Strömungsgleichrichtung bewirken eine sehr intensive Kühlung und verhindern an der Gleitringdichtung die Entstehung von eventuellen Gasansammlungen. Sollten sich Gasansammlungen bilden, so werden sie durch die gleichgerichtete Strömung sofort entfernt. Überhitzungen des Gleitflächenspaltes werden damit verhindert.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß im Dichtungsraum eine sich in Richtung der Welle erstreckende, die Welle und die Gleitringdichtung umgebende Trennwand angeordnet ist, die Trennwand den Dichtungsraum in einen äußeren und einen inneren Bereich unterteilt, wobei der äußere und innere Bereich durch mehrere Verbindungsöffnungen zur Erzeugung einer Zirkulationsströmung flüssigkeitsführend miteinander verbunden sind. Mittels dieser Maßnahme wird die Durchströmung im Dichtungsraum verbessert und eventuelle Gasansammlungen in einen anderen Bereich des Dichtungsraumes geführt. Im Bereich des Gleitflächenspaltes ist die Trennwand mit Mittel zur Gleichrichtung der eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Drallströmung versehen. Infolge der hohen Drallströmung wird die im Dichtungsraum zirkulierende Flüssigkeit an der äußeren Wandfläche gut gekühlt und die Entstehung von Gasansammlungen wird unterbunden. Das Mittel zur Gleichrichtung der drallbehafteten Durchströmung beruhigt den Drall im Bereich der Gleitflächen. Der Drall im äußeren Bereich verursacht ein Druckgradient der Strömung, der von außen nach innen gerichtet ist. Infolgedessen wird die drallberuhigte Strömung dann gezielt auf den Gleitflächenbereich der Dichtung getrieben und sie transportiert die dort entstehende Reibungswärme sowie eventuell vorhandene oder sich bildende Gasansammlungen sofort ab. Vom Gleitflächenspalt fließt die Zirkulationsströmung durch den von der Trennwand nach außen begrenzten inneren Bereich des Dichtungsraumes zum Drall erzeugenden Fördermittel zurück. Die Länge der Trennwand ist gleich oder größer der axialen Erstreckung der Gleitringdichtung. Somit wird eine ausreichend lange Beruhigungsstrecke geschaffen, durch die Gasansammlungen konzentriert werden können.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind an einem Trennwandende das eine Durchströmung erzeugende Fördermittel angeordnet und am anderen Trennwandende Mittel zur Strömungsgleichrichtung angeordnet. Vom Fördermittel strömt die Zirkulationsflüssigkeit mit hoher Umfangsgeschwindigkeit entlang der äußeren Wand des Dichtungsgehäuses und verbessert dort aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeit den Wärmeübergang auf die kühlende Wandfläche. Durch die hohe Drallströmung ergibt sich ein wesentlicher zusätzlicher Vorteil. In dem Dichtungsgehäuse befindliche Gase werden aufgrund der Fliehkräfte separiert. Sie sammeln sich infolge der unterschiedlichen Stoffdichte auf kleineren Durchmesser im Gassammelraum der Trennwand. Somit ist die auf größeren Durchmesser befindliche Wand des Dichtungsgehäuses vollständig von der zu kühlenden Flüssigkeit benetzt und steht ohne isolierende Gaspolster für eine gute Wärmeabteilung zur Verfügung.

Durch die Maßnahme, daß die Trennwand auf der dem äußeren Bereich des Dichtungsraumes zugekehrten Seite einen Gassammelraum aufweist, wird in vorteilhafter Weise ein die Durchströmung und die Kühlungswirkung in keiner Weise beeinträchtigender Aufbau eines Dichtungsgehäuses möglich. Denn eine eventuelle Gasansammlung erfolgt dann in einem mittleren Bereich des Dichtungsraumes, wodurch dessen Wandfläche vollflächig für Kühlzwecke zur Verfügung steht. Weiterhin wird somit der Bereich entlang der Welle von Gasansammlungen freigehalten. Schädigungen des Gleitflächenbereiches werden somit vermieden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, daß das Fördermittel mit der Welle rotiert oder als ein Laufrad, ein Fördergewinde, ein Förderring oder dergleichen ausgebildet ist. Durch die Anordnung des Fördermittels an dem vom Gleitflächenbereich entfernten Trennwandende ergibt sich eine größere Wegstrecke, entlang derer die im Dichtungsgehäuse zirkulierende Flüssigkeit über eine längere Verweildauer an der kühlenden Wand des Dichtungsgehäuses verbleibt.

Zur Sammlung von Gasen, die innerhalb des Dichtungsgehäuses aus der heißen Flüssigkeit ausgeschieden werden, ist an der Trennwand zwischen radial nach außen weisenden Wandflächen der Gassammelraum angeordnet. Diese Lösung bietet zwei die Kühlwirkung entscheidend verbessernde Vorteile. Infolge der Drallströmung im äußeren Bereich des Dichtungsgehäuses bewirken die vorherrschenden Zentrifugalkräfte eine Separierung zwischen Gas und Flüssigkeit. Infolge der höheren Dichte wird die zu kühlende Flüssigkeit nach außen an die kühle Wandfläche gepreßt, während das leichtere Gas sich im Bereich der rotierenden Welle ansammelt und damit den Wärmeübergang zwischen zu kühlender Flüssigkeit und kalter Wandfläche nicht mehr behindern kann.

Die weitere Ausgestaltung, wonach der Gassammelraum in axialer Entfernung zum Gleichrichtungsmittel der Drallströmung angeordnet ist, begünstigt die Ausbildung eines Dichtungsgehäuses mit kleinen Außendurchmessern und in Material sparender Bauart.

Zur Entfernung eines eventuell angesammelten Gasvolumens verfügt der Dichtungsraum über an sich bekannte Entlüftungseinrichtungen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Entlüftungseinrichtung als ein den äußeren Bereich des Dichtungsraumes durchdringendes und in den Gassammelraum hineinragendes Tauchrohr ausgebildet ist. Dieses Tauchrohr kann Bestandteil einer Verschraubung sein und ermöglicht eine problemlose Entfernung des sich während des Betriebes im Bereich der Trennwand ausbildenden Gasvolumens. Die Entlüftungseinrichtung verfügt über eine Einbaulage, die auch während eines Stillstandes eine Abfuhr des sich dann im äußeren Bereich des Dichtungsraumes ansammelnden Gasvolumens ermöglicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1 ein Dichtungsgehäuse mit darin angeordneter Trennwand und die

Fig. 2 ein Dichtungsgehäuse ohne Trennwand.

In der Fig. 1 ist ein Dichtungsgehäuse 1 gezeigt, innerhalb dessen eine Trennwand 2 angeordnet ist. Die Trennwand 2 bildet somit im Dichtungsraum 3 einen äußeren Bereich 4 und einen inneren Bereich 5 aus. Innerhalb des inneren Bereiches 5 ist eine Gleitringdichtung 6 angeordnet. Die Gleitringdichtung 6 dichtet den einen Druck p1 und eine Temperatur T1 aufweisenden Bereich gegenüber der Atmosphäre A ab. Durch den Spalt 8, der zwischen der Welle 7 und einer Wärmesperre 9 angeordnet ist, gelangt heiße Flüssigkeit in den Dichtungsraum 3.

Innerhalb des Dichtungsraumes 3 ist ein Fördermittel 10 angeordnet, welches mit der Welle 7 rotiert. Dieses Fördermittel 10, das hier als Kreiselpumpenlaufrad ausgebildet ist, erzeugt im äußeren Bereich 4 entlang der Wandfläche 11 eine Drallströmung hoher Geschwindigkeit, wodurch ein besserer Wärmeübergang und damit ein besserer Wärmeabtransport von der im Raum 3 befindlichen heißen Flüssigkeit an die Wandfläche 11 des Dichtungsgehäuses 1 erfolgt. Da das Fördermittel 10 am einen Ende des Dichtungsraumes 3 und am Ende der Trennwand 2 angeordnet ist, ergibt sich eine relativ lange Kühlfläche an der Wandfläche 11. Wenn die zu kühlende Flüssigkeit an der Wandfläche 11 entlang geströmt ist, wird sie durch drallberuhigende Mittel 12 als gerichtete Strömung direkt auf den Gleitflächenbereich 13 der Gleitringdichtung 6 geleitet. Infolge der im Gleitflächenbereich 13 erfolgenden Strömungsumlenkung und der sich dabei ausbildenden Turbulenzen findet dort auch ein guter Wärmeübergang zwischen den zu kühlenden Gleitflächen und dem Fördermedium statt. Danach strömt die Flüssigkeit durch den inneren Bereich 5 des Raumes 3 zurück zum Fördermittel 10 um von neuem als Zirkularströmung zurückgefördert zu werden.

Wird während des Betriebes dieser Gleitringdichtung aus dem im Dichtungsraum 3 befindlichen Fördermittel ein Gas ausgeschieden, so sammelt sich dieses infolge der Zentrifugalkräfte im Gassammelraum 14 an. Dieser ist in axialer Richtung neben den Drallberuhigungsmitteln 12 angeordnet, wodurch der Durchmesser bzw. die äußeren Abmessungen des Dichtungsgehäuses 1 kleingehalten werden können. Von der Trennwand 2 in radialer Richtung abstehende Wandflächen 15, 16, die hier an den Enden der Trennwand 12 gezeigt sind, sich aber auch an anderer Position befinden können, wird der Gassammelraum 14 in axialer Richtung begrenzt. Die innerhalb des Dichtungsraumes 3 vorherrschenden Zentrifugalkräfte bewirken eine Ansammlung eines eventuellen Gasvolumens im Gassammelraum 14. Sollten sich auch im Gleitflächenbereich 13 Gasansammlungen bilden, so werden diese durch die über die Drallberuhigungsmittel 12 einströmende Flüssigkeit und aufgrund des Druckunterschiedes im Bereich 5 mitgerissen und vom Fördermittel 10 zum äußeren Bereich 4 des Dichtungsraumes 3 transportiert. Da die Bereiche 4 und 5 in Relation zu ihrer radialen Erstreckung eine wesentlich größere axiale Erstreckung aufweisen, ergibt sich für mitgerissene Gasblasen im äußeren Bereich 4 des Dichtungsraumes 3 eine genügend große Verweildauer, um von den dort herrschenden Zentrifugal­ kräften in den Gassammelraum 14 gedrückt zu werden. Die Entlüftung des Gassammelraumes erfolgt durch eine an sich bekannte Entlüftungseinrichtung 18. Diese als Verschlußschraube ausgebildete Entlüftungseinrichtung 18 verfügt über ein Tauchrohr 19, mit dessen Hilfe eine Gasansammlung aus dem Gassammelraum 14 nach außen geleitet wird.

Sollte bei dieser Gleitringdichtungsanordnung während des Betriebes eine eventuelle Leckage entstehen, so wird diese die Gleitringdichtung 6 passierende Leckage durch die verschließbare Öffnung 17 kontrolliert abgeführt.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zeigt ein Dichtungsgehäuse 1, in dessen Dichtungsraum 3 auf die Anordnung einer Trennwand verzichtet wurde. Mit der Welle 7 rotiert ein Fördermittel 10, welches hier als ein Rad mit Fördergewinde 20 gestaltet ist. Das Fördermittel 10 ist im Dichtungsraum 3 im Bereich einer Stirnseite 21 und mit Abstand zu dem im Bereich der anderen Stirnseite 22 des Dichtungsraumes 3 befindlichen Gleitflächenbereich 13 der Gleitringdichtung 6 angeordnet. Durch den räumlichen Abstand zwischen Fördermittel 10 und Gleitflächenbereich 13 ergibt sich eine relativ lange Kühlstrecke für diese Drallströmung. Die vom Fördermittel 10 ausgehende Drallströmung fließt entlang der Wandfläche 11 zur Stirnseite 22, wo sie umgelenkt und durch die drallberuhigenden Mittel 12 als gerichtete Strömung auf den Gleitflächenbereich 13 der Gleitringdichtung 6 gelangt. Infolge der im Gleifflächenbereich 13 erfolgenden Strömungsumlenkung und der sich dabei ausbildenden Turbulenzen findet dort auch ein guter Wärmeübergang zwischen den zu kühlenden Gleitflächen und dem Fördermedium statt. Vom Gleifflächenbereich 13 strömt die Flüssigkeit zum Fördermittel 10 zurück.

Als drallberuhigende Mittel 12 können Rippen, Nuten oder andere eine Leitfunktion ausübende Elemente im Bereich der Stirnseite 22 des Dichtungsraumes 3 Verwendung finden. Es ist auch möglich, hierfür entsprechend angeordnete Köpfe von Schrauben oder Nieten vorzusehen.

Diese vom Herstellungsaufwand einfachere Lösung ist zum Einsatz bei Flüssigkeiten geeignet, deren Entgasungseigenschaften gering ist oder deren Abfluß aus dem Dichtungsraum und an die umgebende Atmosphäre keine Gefährdung darstellt. Eine Entlüftung des Dichtungsraumes 3 würde dann über die Entlüftungseinrichtung 18 und während einer Stillstandsphase erfolgen. Eventuelle vorhandene Gasanteile würden sich dann im oberen Bereich des Dichtungsraumes 3 ansammeln und könnten von dort entfernt werden.

Claims (11)

1. Dichtungsgehäuse (1) für Gleitringdichtungen (6), insbesondere von Kreiselpumpen zur Förderung heißer Flüssigkeiten, wobei das Dichtungsgehäuse (1) durch einen eine Welle (7) umgebenden Spalt (8) mit einem die Flüssigkeit enthaltenden Raum höheren Druckes in Verbindung steht, innerhalb eines vom Dichtungsgehäuse (1) umschlossenen Dichtungsraumes (3) Mittel zur Erzeugung einer Flüssigkeitszirkulation vorgesehen sind und eine Spülung des Gleitflächenbereiches (13) der Gleitringdichtung (6) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Dichtungsraum (3) ein Fördermittel (10) zur Erzeugung einer Durchströmung angeordnet ist, daß im Bereich des Gleitflächenspaltes (13) Mittel (12) zur Strömungsgleichrichtung angeordnet sind und daß der Dichtungsraum (3) einen Gassammelraum (14) aufweist.

2. Dichtungsgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Dichtungsraum (3) eine sich in Richtung der Welle (7) erstreckende, die Welle (7) und die Gleitringdichtung (6) umgebende Trennwand (2) angeordnet ist, die Trennwand (2) den Dichtungsraum (3) in einen äußeren (4) und einen inneren (5) Bereich unterteilt, wobei der äußere und innere Bereich (4, 5) durch mehrere Verbindungsöffnungen zur Erzeugung einer Zirkulationsströmung flüssigkeits­ führend miteinander verbunden sind.

3. Dichtungsgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Trennwand (2) gleich oder größer der axialen Erstreckung der Gleitringdichtung (6) ist.

4. Dichtungsgehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Trennwandende das eine Durchströmung erzeugende Fördermittel (10) angeordnet ist und daß am anderen Trennwandende Mittel (12) zur Strömungsgleichrichtung angeordnet sind.

5. Dichtungsgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (2) auf der dem äußeren Bereich (4) des Dichtungsraumes (3) zugekehrten Seite einen Gassammelraum (14) aufweist.

6. Dichtungsgehäuse nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördermittel (10) mit der Welle (7) rotiert.

7. Dichtungsgehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördermittel (10) ein Laufrad, ein Fördergewinde (2), ein Förderring, ein Mitnehmer oder eine Feder der Gleitringdichtung (6) selbst oder dergleichen ist.

8. Dichtungsgehäuse nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Trennwand (2) der Gassammelraum (14) zwischen radial nach außen weisenden Flächen (15, 16) angeordnet ist.

9. Dichtungsgehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Trennwand (2) angebrachte Gassammelraum (14) in axialer Entfernung zum Gleichrichtungsmittel (12) der Drallströmung angeordnet ist.

10. Dichtungsgehäuse nach einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsraum (3) mit einer an sich bekannten Entlüftungseinrichtung (18) versehen ist.

11. Dichtungsgehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungseinrichtung (18) als ein den äußeren Bereich des Dichtungsraumes (3) durchdringendes und in den Gassammelraum (14) hineinragendes Tauchrohr (19) ausgebildet ist.