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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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Wellendichtungen dieser Art sind aus einer Vorrichtung zur Herstellung von Scherbeneis gemäß der Druckschrift
DE 91 16 102 U1 bekannt. Die Wellendichtringe dichten eine um einen feststehenden Rohrschlangenverdampfer drehbar gelagerte Eistrommel ab, in der sich ein fluider Wärmeträger befindet. Die Verdampferbefestigung des Rohrschlangenverdampfers durchdringt den Verschlussdeckel der Eistrommel. Als Abdichtung der Antriebswelle eines in der Eistrommel befindlichen drehbaren Rührrades dient eine Wellendichtung in Form einer Gleitringdichtung. Der Rohrschlangenverdampfer ist an einer Kältemaschine angeschlossen, die außerhalb der Eistrommel und der umgebenden Wanne angeordnet ist.
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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 Höhe über der Sperrkammer aufweist. Infolge der 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 Kompressionskältemaschine 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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Bezugszeichenliste
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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