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Die
Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung mit einem Dichtmittel
zur Hermetisierung eines bewegten Maschinenelementes einer Kompressionskältemaschine
mit natürlichem
Arbeitsmittel, insbesondere Wasser.
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Eine
derartige Dichtungsanordnung ist charakterisiert durch eine beträchtliche
Relativbewegung in den Grenzflächen
zwischen der Dichtungsanordnung und dem bewegten Maschinenelement.
Bewegte Maschinenelemente können
beispielsweise rotierende Wellen oder axial bewegte Kolbenstangen sein.
Zur Abdichtung bewegter Maschinenteile sind beispielsweise Gleitdichtringe,
Radial-Wellendichtungen
und Labyrinth-Wellendichtungen bekannt. Konstruktiv bedingt ergibt
sich zwischen den bewegten Maschinenelement und der Dichtungsanordnung notwendiger
Weise ein, wenn auch sehr enger Dichtspalt. Auch der engste Dichtspalt
ermöglicht
jedoch einem Fluid oder einem Gas ein Durchgang in jede Richtung
des Dichtspaltes der Dichtungsanordnung.
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Die
gattungsgemäße Dichtungsanordnung betrifft
Kompressionskältemaschinen,
bei denen ein bewegtes Maschinenelement das hermetisierte Gehäuse der Kompressionskältemaschine
durchdringt, wie zum Beispiel die Antriebswelle eines Verdichters, dessen
Antriebsmotor außerhalb
des hermetisierten Gehäuses
der Kompressionskältemaschine
angeordnet ist. Hierbei kommt der Abdichtung des bewegten Maschinenelementes
wie der Antriebswelle, zwischen der Umgebung und dem Arbeitsraum
der Kompressionskältemaschine
eine besondere Bedeutung zu.
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Bei
Kompressionskältemaschinen
mit der Verwendung von FCKW-haltigen
Kältemitteln
ist das Austreten des Arbeitsmittels aus dem Arbeitsraum der Kompressionskältemaschine
in die Atmosphäre zu
verhindern, um der schädlichen
Ozonschichtzerstörung
und dem Treibhauseffekt entgegen zu wirken. Bei den gattungsgemäßen Kompressionskältemaschinen
mit natürlichem
Kältemittel,
insbesondere Wasser, als Arbeitsmittel, bei denen der Betriebsdruck
im Arbeitsraum unter dem Umgebungsdruck liegt, ist die Hermetisierung
der Kompressionskältemaschine
gegenüber
der Atmosphäre
vor allem zur Vermeidung des Eindringens von Gasen in den Arbeitsraum,
die unter den Betriebsbedingungen der Kompressionskältemaschine
nicht kondensieren, sehr wichtig. Beispielsweise führen die
gasförmigen Bestandteile
der Umgebungsluft – ausgenommen den
in der Luft enthaltenen Wasserdampfanteil –, die sich unter den Betriebsbedingungen
der Kompressionskältemaschine
mit Wasser bzw. Wasserdampf nicht verflüssigen, zur Störung des
Kälteprozesses. Nach
dem Daltonschen Gesetz verschiebt das eindringende Gas bei gleichem
Gesamtdruck die Partialdruckverhältnisse
der Gasbestandteile im Arbeitsraum in der Form, dass der Partialdruck
des Wasserdampfes sinkt. Damit sinkt bei gleichem Gesamtdruck die
Sättigungstemperatur
des Wasserdampfes bzw. muss der Druck für die Erzielung einer bestimmten
Kondensationstemperatur des Wasserdampfes erhöht werden. Beide Effekte verschlechtern
die energetische Effektivität
des Kälteprozesses.
Für eine gleiche
Temperaturdifferenz zwischen Kondensator und Verdampfer der Kompressionskälteanlage
vergrößern sich
das Druckverhältnis
und die erforderliche Leistung für
den Verdichtungsvorgang. Das Eindringen von nur geringen Spuren
an Umgebungsluft verschlechtert die Effektivität des Kälteprozesses und führt beim Übersteigen
einer bestimmten Konzentration an nicht kondensierenden Gasen im
Arbeitsraum der Kompressionskältemaschine
gänzlich zum
Erliegen des Kälteprozesses.
Somit beeinflusst die Dichtungsqualität die Betriebssicherheit und
die energetische Effektivität
des Kälteprozesses
entscheidend.
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Angesichts
dieser Dichtungsaufgaben sind die gestellten Dichtungsanforderungen
an gattungsgemäße Dichtungsanordnung,
beispielsweise für
die Antriebswelle des Verdichters der Kompressionskältemaschine,
extrem hoch. Hinzu kommt, dass die Kompressionskältemaschinen mit Wasser als
Arbeitsmittel mit schnell laufenden Turboverdichtern unter sehr
hohen Drehzahlen betrieben werden, so dass folglich die Wellendichtung
der Antriebswelle thermisch hoch belastet ist und starkem Verschleiß ausgesetzt
ist. Zur Schmierung des Dichtspaltes zwischen der Antriebswelle
und der Dichtung sowie zur Abführung
der außerordentlich
hohen Reibwärme dienen
bekanntlich höherviskose
Dichtmittel, wie z.B. Öle,
die durch die Spalträume
in der Dichtung geleitet werden. Dabei treten unvermeidliche Leckagen
der höherviskosen
Dichtmittel in Richtung des Arbeitsraumes auf, die mit dem Arbeitsmittel
in Kontakt kommen. Dieser Vorgang beeinträchtigt den Kälteprozess
erheblich, besonders bei der Verwendung von Wasser als Kältemittel,
da Wasser und Öle
nicht mischbar sind. Das Eindringen von höherviskosen Partikeln des Dichtmittels
in den Kältekreislauf
ist daher unbedingt zu vermeiden. Ein Verzicht des als Schmier-
und Kühlmittel
dienenden Dichtmittels in der Dichtungsanordnung würde jedoch
mit erheblichen Verschleiß und Überhitzung
der Dichtung einhergehen und zu einem vorzeitigen Ausfall der Dichtung
führen.
Darüber
hinaus gewähren
die bekannten Wellendichtungen für
eine Antriebswelle unter diesen extremen Betriebsbedingungen eine
unzufrieden stellende Kühlung
der Dichtung und eine ungenügende
Dichtheit des Arbeitsraumes der Kompressionskältemaschine gegenüber der
Atmosphäre.
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Für die Abdichtung
der Antriebswelle eines Verdichters sind insbesondere Mehrfach-Wellendichtungen
bekannt, die zwei hintereinander auf der Antriebswelle angeordnete
Wellendichtungen aufweisen und zwischen denen eine die Antriebswelle
umfassende Sperrkammer ausgebildet ist. In der Sperrkammer zirkuliert über eine
Förderleitung
ein höherviskoses
Dichtmittel, das als Sperrflüssigkeit
die beide Dichtungen gegeneinander gasdicht abdichtet, die Reibwärme abführt und
gleichzeitig den Spalt zwischen Welle und Dichtungen schmiert. Diese Sperrflüssigkeit
steht unter einem Druck, der je nach der Dichtungsaufgabe in Bezug
auf den Druck im Arbeitsraum der Kompressionskältemaschine und dem Umgebungsdruck
eingestellt werden kann. Damit sind unter der Druckbelastung und
Zirkulation der Sperrflüssigkeit
eine zuverlässige
Trennung des Arbeitsmittels im Arbeitsraum zur Atmosphäre und eine bessere
Kühlung
der Dichtungsanordnung erzielbar. Jedoch bewirkt das einzustellende
Druckgefälle
der Sperrflüssigkeit
zum Umgebungsdruck im Einsatzfall der mit Unterdruck gegenüber der
Atmosphäre
betriebenen Kompressionskältemaschine
eine noch stärkere
Leckage der höherviskosen
Sperrflüssigkeit in
Richtung des niedrigeren Druckes im Arbeitsraum, was zu den vorbeschriebenen
unerwünschten
Effekten führt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Gewährleistung
einer hohen Lebensdauer die Dichteigenschaften der gattungsgemäßen Dichtungsanordnung
für eine
Kompressionskältemaschine
mit natürlichem
Arbeitsmittel, insbesondere Wasser, zu verbessern. Ein Schwerpunkt
der Aufgabe liegt in der Verbesserung der Dichtheit der Dichtungsanordnung
gegenüber
betriebsbedingt nicht kondensierenden Gase und gegenüber höherviskoser
Dichtmittel.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst. Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der
Erfindung.
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Dem
Arbeitsmittel des Kälteprozesses
werden als stofflich identisches Dichtmittel zusätzlich die Funktionen der gasdichten
Sperrung, der Schmierung und der Reibwärmeabfuhr in der Dichtungsanordnung übertragen.
Die unvermeidlichen Leckagen der Dichtungsanordnung in Richtung
der sich anschließenden
Bereiche führen
nunmehr zu keinem für
den Kälteprozess
nachteiligen Effekt. Einerseits ist der Austritt des aus natürlichem
Kältemittel
bestehenden Dichtmittels in Richtung der Umgebung unbedenklich,
insbesondere wenn es sich um Wasser handelt. Andererseits führt die
Undichtigkeit in Richtung des Arbeitsraumes lediglich zum Hinzutreten des
gleichstoffigen Dichtmittels zu dem im Kälteprozess verwendeten Arbeitsmittel
und verursacht kein betriebstechnisches Problem. Damit sind die
den Kälteprozess
gefährdenden
höherviskosen
Schmier- und Kühlmittel
abgelöst
und zudem das Eindringen von Luft in den Arbeitsraum durch die Schmier- Sperrwirkung
des Dichtmittels in den Dichtspalten der Dichtungsanordnung unterbunden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Dichtungsanordnung eine
Sperrkammer auf, die mit dem Dichtmittel gefüllt ist, wobei mit dem Dichtmittel ein
Druck in der Sperrkammer erzeugbar ist, der größer als der Druck in einer
nicht hermetisierten Umgebung der Kompressionskältemaschine ist. Bestimmungsgemäß umfasst
eine solche Sperrkammer der Dichtungsanordnung mit dem Dichtmittel
als Sperrflüssigkeit
das bewegte Maschinenelement, wie die Antriebswelle des Verdichters,
allseitig, so dass der erzeugte Überdruck
des Dichtmittels in der Sperrkammer gegenüber der atmosphärischen
Umgebung der Kompressionskältemaschine
das Eindringen von Luft und anderen nicht kondensierenden Gasen
aus der Umgebung in den Arbeitsraum der Kompressionskältemaschine
mit größtmöglicher
Sicherheit verhindert.
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Die
Sicherheit der Dichtfunktion der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung wird
weiterhin dadurch erhöht,
dass die Sperrkammer mit einem gegenüber der Umgebung offenen Behälter verbunden ist,
in welchem ein Flüssigkeitsspiegel
des Dichtmittels eine geodätische
Höhendifferenz über der
Sperrkammer aufweist. Infolge der geodätischen Höhendifferenz zwischen der Sperrkammer
und dem Flüssigkeitsspiegel
des Dichtmittels herrscht ein dauerhafter hydrostatischer Druck
der Flüssigkeitssäule über der
Sperrkammer, unabhängig
von einem Pumpenbetrieb eines Fördersystems
für die
Zirkulation und ggf. Druckhaltung des Dichtmittels. Im Betriebsstillstand
der Kompressionskältemaschine,
wenn z.B. die Antriebswelle nicht dreht und folglich die Temperatur
an der Wellendichtung sinkt, verliert die Wellendichtung gewöhnlich einen
Teil ihrer Dichtwirkung, weshalb für eine sichere Dichtung der
Druck in der Sperrkammer auch während
des Stillstands der Kompressionskältemaschine aufrecht gehalten
werden muss. Aus diesem Grund muss in herkömmlichen Dichtungsanordnungen
der Pumpenbetrieb des Fördersystems
während
der Stillstandsphase zum Zwecke der Druckhaltung fortgesetzt werden,
obwohl er hinsichtlich der Reibwärmeabfuhr
entbehrlich ist. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die Druckhaltung
permanent ohne zusätzlichen
Pumpenbetrieb und Energieaufwand aufrecht gehalten werden und bleibt
vor allen Dingen von Betriebsstörungen der
Förderpumpe
unbeeinflusst, was zu einer höheren
Sicherheit der Dichtungsanordnung führt.
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In
einer günstigen
Ausgestaltung ist eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, mit der
ein Höhenniveau
des Flüssigkeitsspiegels
im Behälter
regelbar ist. Damit wird ein Füllstand
des Dichtmittels im Behälter
erfasst und eine Nachfülleinrichtung
zum Nachfüllen
von Dichtmittel beispielsweise in den Behälter angesteuert. Somit kann
der mit den Leckagen einhergehende Verlust an Dichtmittel automatisch ausgeglichen
werden. Mit der Erfassung des nachgefüllten Menge des Dichtmittels,
die mit der Verlustmenge an Dichtmittel übereinstimmt, oder mit der
Erfassung der zeitlichen Änderung
des Höhenniveaus des
Flüssigkeitsspiegels steht
ein objektiver Kontrollwert des Dichtheitszustandes der Dichtungsanordnung
zur Verfügung,
der dem Betreiber der Kompressionskälteanlage u. a. Aufschluss über die
Notwendigkeit von Instandhaltungsmaßnahmen gibt.
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Daneben
erweist sich das Dichtmittel, wenn es in einem vorzugsweise pumpenbetriebenen
Fördersystem
zirkuliert, insbesondere wenn in dem Fördersystem ein Wärmeübertrager
integriert ist, als besonders effektives Kühlmedium zur Abführung der
in der Dichtungsanordnung entstehenden extrem hohen Reibwärme.
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Vorteilhaft
ist in diesem Zusammenhang, wenn die ebenfalls thermisch belastete
Lageranordnung der Kompressionskältemaschine
in das wärmeabführende Fördersystem
eingebunden wird. Somit ist zusätzlich
eine für
den Kälteprozess
unbedenkliche Kühlung
der Lagerelemente der Lageranordnung, wie zum Beispiel der Lagerbuchsen,
möglich.
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Zur
Wärmeabführung aus
dem Dichtmittelkreislauf ist in einer besonders günstigen
Ausführung vorgesehen,
dass das Fördersystem
mit einem Verdampfer und/oder mit einem Kondensator der Kommpressionskältemaschine
verbunden ist. Somit kann mit der Einleitung und Entnahme des Dichtmittels
an geeigneten Sektionen des Kälteprozesses
die in der Dichtungsanordnung entstehende Reibungswärme direkt über den
Kälteprozess
der Kompressionskältemaschine
abgeführt
werden, womit sich ein gesonderter Wärmeübertrager im Fördersystem
vorteilhaft erübrigt.
Außerdem
hat ein mit dem Arbeitsraum der Kompressionskältemaschine in Verbindung stehendes
Fördersystem
den Vorteil, dass die beständigen
Leckagen des Dichtungssystems in Richtung des Arbeitsraumes keine
Zunahme der im Arbeitsraum befindlichen Arbeitsmittelmenge zur Folge haben,
so dass die Betriebsparameter für
den Kälteprozess
konstant gehalten werden.
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Die
Aufrechterhaltung des erfindungsgemäß vorgesehenen Druckniveaus
in der Sperrkammer oberhalb des Umgebungsdruckes erfordert eine
beständige
Druckdifferenz zwischen den Anbindungen des Fördersystems am Verdampfer bzw.
Kondensator und den Anbindungen des Fördersystems an der Sperrkammer,
die vorzugsweise durch einen entsprechenden Pumpendruck einer Förderpumpe
gewährleistet
werden kann. Für
eine genauere Regulierung des Pumpendruckes zur Druckhaltung in
der Sperrkammer ist es vorteilhaft, wenn in dem Fördersystem
eine einstellbare Drosseleinrichtung vorgesehen ist, die in Strömungsrichtung
des Dichtmittels der Sperrkammer nachgeordnet ist.
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Weist
das Fördersystem
zudem Absperrmittel auf, mittels derer die Sperrkammer gegenüber dem
Verdampfer bzw. dem Kondensator fluid- und gasdicht trennbar ist, kann beispielsweise
im Falle einer Störung
oder eines planmäßigen Stillstandes
der für
die Druckhaltung eingesetzten Förderpumpe durch
die Trennung das Druckniveau in der Sperrkammer gegenüber dem
Vakuumdruck im Arbeitsraum des Verdampfers bzw. Kondensators gehalten werden.
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Im
Falle des Zusammenwirkens des mit dem Arbeitsraum in Verbindung
stehenden Fördersystems
mit einem vorbeschriebenen erfindungsgemäßen offenen Behälter kann
dieser sowohl während des
Betriebes der Förderpumpe,
insbesondere aber während
des Stillstandes der Förderpumpe,
die Druckhaltung in der Sperrkammer sichern. Dabei ist es vorteilhaft,
wenn die Verbindungsleitung zur Sperrkammer ein Absperrmittel aufweist,
mittels dem die Sperrkammer gegenüber dem offenen Behälter fluid-
und gasdicht trennbar ist. So kann die Verbindungsleitung beispielsweise
bei der Druckhaltung durch die Förderpumpe
geschlossen gehalten werden. Das hat den Vorteil, dass die Genauigkeitsanforderungen
an die Regelung des Pumpendruckes der Förderpumpe geringer sind.
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Die
erfindungsgemäße Dichtungsanordnung wird
nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Die
zugehörigen
Zeichnungen zeigen in 1 eine schematische Darstellung
einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
mit einer Radialwellendichtung an einer nur auszugsweise dargestellten
Kompressionskältemaschine
und in einem weiteren Ausführungsbeispiel
in 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
mit einem alternativen Fördersystem.
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1 zeigt
eine im Bereich der Radialwellendichtung detaillierte, schematische
Darstellung der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung.
Eine Antriebswelle 1 verbindet einen, nur in 2 dargestellten
Turboverdichter 29, mit einem Antriebsmotor 30 (ebenfalls
nur in 2 ersichtlich). Der Turboverdichter 29 ist
in einem Arbeitsraum 2 einer Kompressionskältemaschine 3 angeordnet,
wogegen der Antriebsmotor 30 außerhalb des Arbeitsraumes 2 in
der atmosphärischen,
nicht hermetisierten Umgebung 4 der Kompressionskältemaschine 3 angeordnet
ist. Der Arbeitsraum 2, in dem sich das Arbeitsmittel 5 in flüssiger Form
als Wasser als auch in gasförmiger Form
als Wasserdampf befindet, ist durch ein vakuumdichtes Gehäuse 6 umgeben.
Im evakuierten Arbeitsraum 2 herrschen Arbeitsdrücke in einem
Bereich von ca. 1 bis 500 mbar absolut, so dass im Arbeitsraum 2 ein
deutlicher Unterdruck gegenüber dem
atmosphärischen
Druck der Umgebung 4 gegeben ist.
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Am
Durchgang der Antriebswelle 1 durch das Gehäuse 6 ist
bündig
zu diesem Gehäuse 6 eine Radialwellendichtung 7 auf
der Antriebswelle 1 angeordnet. Die Radialwellendichtung 7 hat
ein Dichtungsgehäuse 8,
das eine Sperrkammer 9 umschließt. In dem Dichtungsgehäuse 8 befinden
sich zwei Radialwellendichtringe 10, 11, die auf
der Antriebswelle 1 einander gegenüberliegend in der Sperrkammer 9 eingepasst
sind. Die Sperrkammer 9 wird von einem fluiden Dichtmittel 12 durchströmt, das
mit dem Arbeitsmittel 5 stofflich identisch ist, also auch
Wasser ist. Das Dichtmittel Wasser 12 dient in der Radialwellendichtung 7 als
Schmier-, Sperr- und Kühlmedium.
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Im
oberen Bereich hat das Dichtungsgehäuse 8 eine Zuflussöffnung 13 und
im unteren Bereich eine Abflussöffnung 14,
wobei Zuflussöffnung 13 und Abflussöffnung 14 mit
einem Fördersystem 15 verbunden
sind. Das Fördersystem 15 weist
eine Rohrleitung 16 auf, über die das Wasser 12 mittels
einer Pumpe 17 in einem Kreislauf zirkuliert, um den Wärmeabtransport
der Reibungswärme,
die durch die Reibungsarbeit der Radialwellendichtung 7 entsteht, zu
realisieren. In dieses Fördersystem 15 ist
dazu ein Wärmeübertrager 18 eingebunden.
Im Wärmeübertrager 18 wird
die an der Radialwellendichtung 7 entstehende Wärme, die
von dem Wasser 12 in der Sperrkammer 9 aufgenommen
wird, an einen sekundären
Kühlkreislauf 19 abgegeben.
In dieser Weise dient das Dichtmittel Wasser 12 zusätzlich als
Kühlmedium.
Nach dem Wärmeübertrager 18 gelangt
das nunmehr gekühlte
Wasser 12 über
die Rohrleitung 16 des Fördersystems 15 zu
einem gegenüber
der atmosphärischen
Umgebung 4 offenen Behälter 20,
in den das Wasser 12 aus der Rohleitung 16 frei
einströmt.
Der offene Behälter 20 steht über eine
Verbindungsleitung 21 zwischen dem Behälter 20 und der Zuflussöffnung 13 mit
der Sperrkammer 9 in Verbindung und ist mit dem Wasser 12 gefüllt, wobei
das Wasser einem Flüssigkeitsspiegel 22 bildet,
auf dem der atmosphärische
Umgebungsdruck einwirkt. Der Behälter 20 ist
somit in das Fördersystem 15 eingebunden
und dabei derart oberhalb der Radialwellendichtung 7 angeordnet,
dass eine Flüssigkeitssäule über der
Sperrkammer 9 entsteht und ein hydrostatischer Druck des
Dichtmittels 12 in der Sperrkammer 9 aufgebaut
wird, der entsprechend einer geodätischen Höhendifferenz des Flüssigkeitsspiegels 22 über der
Sperrkammer 9 größer ist
als der Umgebungsdruck. Dieser hydrostatischer Druck in der Sperrkammer 9 wirkt
permanent und unabhängig vom
Förderdruck
der Pumpe 17 sowohl gegenüber der Umgebung 4 als
auch gegenüber
dem Arbeitsraum 2, so dass eine besonders sichere gasdichte Trennung
des Arbeitsraumes 2 von der Umgebung 4 erzielt
wird. Das Wasser 12 mit seinem Druckgefälle in Richtung des jeweils
niederen Druckes presst einerseits die Radialwellendichtringe 10, 11 gut
an die Antriebswelle 1 an und sorgt andererseits für einen dauerhaften
Flüssigkeitsfilm
zwischen der Antriebswelle 1 und der Radialwellendichtung 7.
Das Wasser 12 als Dichtmittel 12 übernimmt
somit neben einer besonders zuverlässigen Dichtfunktion gegenüber der
Luft aus der Umgebung 4 der Kompressionskältemaschine 3 eine
gute Kühl-
und Schmierfunktion. Lediglich das für den Kälteprozess unschädliche Wasser 12 in
flüssiger
Form oder als Wasserdampf kann durch Undichtigkeiten der Radialwellendichtung 7 hindurch
treten. Die an der Radialwellendichtung 7 unvermeidlichen
Leckagen führen
in Richtung der Umgebung 4 zum unbedenklichen Austritt
von Wasser 12 in die Atmosphäre 4. In Richtung
des Arbeitsraumes 2 tritt das Wasser 12 zum gleichstoffigen
Arbeitsmittel 5 ohne betriebstechnische Probleme hinzu.
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Mittels
einer Regeleinrichtung 23 wird der Füllstand des Wassers 12 im
Behälter 20 geregelt,
so dass der Flüssigkeitsspiegel 22 des
Wassers 12 immer zwischen einem mit gestrichelter Linie
dargestellten oberen 24 und unteren Höhenniveau 25 liegt, um
einen vorbestimmten Druck des Dichtmittels 12 in der Sperrkammer 9 zu
sichern. Die Regeleinrichtung 23 erfasst über einen
Sensor, beispielsweise einem sinnbildlich dargestellten Schwimmerkontakt 26,
das aktuelle Höhenniveau
des Flüssigkeitsspiegels 22 im Behälter 20 und
steuert ein Regelventil 27 an, das einen entsprechenden
Zufluss von Wasser 12 über eine
separate Zuleitung 28 auslöst. Damit werden die Verluste
an Wasser 12 infolge der unvermeidlichen Leckagen an der
Radialwellendichtung 7 ausgeglichen.
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Unteres 25 und
oberes Höhenniveau 24 des Flüssigkeitsspiegels 22 sind
beispielsweise so eingestellt, dass die hierdurch erzielte geodätische Höhendifferenz
des Flüssigkeitsspiegels 22 über der
Sperrkammer 9 einen Druck des Dichtmittels 12 in
der Sperrkammer 9 bewirkt, der ausreicht, um die Rohrreibungsdruckverluste
in der Verbindungsleitung 21 zu kompensieren und ein Sieden
des Wassers 12 bei der Erwärmung durch die Reibwärme der
Radialwellendichtung 7 zu vermeiden.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
mit einem alternativen Fördersystem 15.
Hierbei sind die Rohleitungen 16 des Fördersystems 15 in
den Kältekreislauf,
zum Beispiel in eine Verdampfereinheit 31 der Kompressionskältemaschine 3 eingebunden. 2 zeigt
auszugsweise eine schematische Darstellung dieses Kältekreislaufes
der Kompressionskältemaschine 3 mit
der Verdampfereinheit 31 und der Verdichtereinheit 29,
die in den jeweiligen Arbeitsräumen 2 der
Kompressionskältemaschine 3 angeordnet
sind. Im Kreislauf des Kälteprozesses wird
das flüssige
Arbeitsmittel 5, hier Wasser, über eine nicht dargestellt
Entspannungseinrichtung der Verdampfereinheit 31 zugeführt, wo
es unter Wärmeentzug
aus beispielsweise einem sekundären
Medienkreislauf teilweise verdampft. Der nicht verdampfte Teil des
Arbeitsmittels 5 verbleibt in einem Flüssigkeitsreservoir 32 der
Verdampfereinheit 31. Der entstandene Wasserdampf wird über eine
Saugleitung 33 vom Turboverdichter 29 angesaugt,
komprimiert und an eine nicht dargestellte Kondensatoreinheit weitergeleitet,
wo er unter Wärmeabgabe
wieder verflüssigt
wird.
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Über die
Rohrleitungen 16 des Fördersystems 15 wird
das dem Arbeitsmittel 5 stofflich identische Dichtmittel
(Wasser) 12 aus dem Flüssigkeitsreservoir 32 entnommen
und nach Durchlaufen des Dichtmittelkreislaufes wieder der Verdampfereinheit 31 zugeführt. Der
Pumpendruck der Förderpumpe 17 sorgt
in Zusammenwirken mit einer Drosseleinrichtung 34 dafür, dass
der Druck des Dichtmittels 12 in der Sperrkammer 9 auf
ein Druckniveau oberhalb des atmosphärischen Umgebungsdruckes gehalten wird.
Die Pumpe 17 in ihrer Funktion zur Druckhaltung muss dabei
die Druckdifferenz zwischen dem niedrigen Arbeitsdruck im Arbeitraum 2 der
Verdampfereinheit 31 und dem vorgesehenen Überdruck
in der Sperrkammer 9 permanent aufbringen. Im Fördersystem 15 sind
außerdem
Absperreinrichtungen 35, 36 vorgesehen, die bei
Bedarf die Sperrkammer 9 gegenüber der Verdampfereinheit 31 fluid-
und gasdicht trennen. Dabei kann die Drosseleinrichtung 34 zugleich
die Funktion der Absperreinrichtung 35 übernehmen. Bei Betriebsstillstand
der Pumpe 17 werden die Absperreinrichtungen 35, 36 geschlossen und
eine Absperreinrichtung 37 in der Verbindungsleitung 21 zwischen
dem offenen Behälter 20 und
der Sperrkammer 9 geöffnet,
wodurch in vorbeschriebener Weise der hydrostatischen Druck der
Flüssigkeitssäule auf
das Dichtmittel 12 in der Sperrkammer 9 einwirkt,
so dass eine ununterbrochene Druckhaltung über dem atmosphärischen
Umgebungsdruck in der Sperrkammer gewährleistet wird. Mit einer Anordnung
nach diesem Ausführungsbeispiel
wird unter Einsparung eines Wärmeübertragers 18 nach 1, die
in der Dichtungsanordnung erzeugte Reibungswärme mit dem Dichtmittel 12 über den
Kältekreislauf der
Kompressionskältemaschine 3 abgeführt.
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- 1
- Antriebswelle
- 2
- Arbeitsraum
- 3
- Kompressionskältemaschine
- 4
- Umgebung
der Kompressionskältemaschine, Atmosphäre
- 5
- Arbeitsmittel,
Wasser, Wasserdampf
- 6
- vakuumdichtes
Gehäuse
- 7
- Radialwellendichtung
- 8
- Dichtungsgehäuse
- 9
- Sperrkammer
- 10
- Radialwellendichtring
- 11
- Radialwellendichtring
- 12
- Dichtmittel,
Wasser
- 13
- Zuflussöffnung
- 14
- Abflussöffnung
- 15
- Fördersystem
- 16
- Rohrleitung
- 17
- Pumpe,
Förderpumpe
- 18
- Wärmeübertrager
- 19
- sekundärer Kühlkreislauf
- 20
- offener
Behälter
- 21
- Verbindungsleitung
- 22
- Flüssigkeitsspiegel
- 23
- Regeleinrichtung
- 24
- oberes
Höhenniveau
des Flüssigkeitsspiegels
- 25
- unteres
Höhenniveau
des Flüssigkeitsspiegels
- 26
- Schwimmerkontakt
- 27
- Regelventil
- 28
- Zuleitung
- 29
- Verdichter,
Turboverdichter, Verdichtereinheit
- 30
- Antriebsmotor
- 31
- Verdampfer,
Verdampfereinheit
- 32
- Flüssigkeitsreservoir
- 33
- Saugleitung
- 34
- Drosseleinrichtung
- 35
- Absperrmittel,
Absperreinrichtung
- 36
- Absperrmittel,
Absperreinrichtung
- 37
- Absperrmittel,
Absperreinrichtung