DE102010054873A1 - Mechanical seal with a pressure device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung eines Produktmediums an einer Produktseite (50) von einer Atmosphärenseite (60), umfassend wenigstens eine Gleitringdichtung (10, 20) mit einem rotierenden Gleitring (11, 21) und einem stationären Gleitring (12, 22), wobei zwischen dem rotierenden und stationären Gleitring ein Dichtspalt (13, 23) definiert ist, und eine Sperrdruckvorrichtung (3), welche ein Sperrfluid zum Dichtspalt (13, 23) zuführt, wobei die Sperrdruckvorrichtung (3) eine Zuleitung (30) zum Zuführen des Sperrfluids und einen Verdampfer (31) umfasst, wobei der Verdampfer (31) in der Zuleitung (30) angeordnet ist und Sperrfluid verdampft, wobei die Zuleitung (30) an einem Sperrraum (9) nahe der Gleitringdichtung (2) mündet und wobei die Zuleitung (30) derart mit der Produktseite (50) verbunden ist, dass Produktmedium als Sperrfluid von der Produktseite (50) über die Zuleitung (30) in den Verdampfer (31) und vom Verdampfer (31) in den Sperrraum (9) gelangt.The invention relates to a mechanical seal arrangement for sealing a product medium on a product side (50) from an atmosphere side (60), comprising at least one mechanical seal (10, 20) with a rotating slide ring (11, 21) and a stationary slide ring (12, 22), wherein a sealing gap (13, 23) is defined between the rotating and stationary sliding ring, and a barrier pressure device (3) which supplies a barrier fluid to the sealing gap (13, 23), wherein the barrier pressure device (3) comprises a supply line (30) for supplying the Blocking fluid and an evaporator (31), wherein the evaporator (31) is arranged in the supply line (30) and vaporizing barrier fluid, wherein the feed line (30) opens at a lock space (9) near the mechanical seal (2) and wherein the supply line (30) is connected to the product side (50) such that product medium as a barrier fluid from the product side (50) via the feed line (30) in the evaporator (31) and from the evaporator (31) in the Sperrrau m (9) arrives.
Description
Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit einer verbesserten Sperrdruckvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Gleitringdichtung.The invention relates to a mechanical seal with an improved barrier pressure device and a method for operating such a mechanical seal.
Es ist bekannt, bei Gleitringdichtungsanordnungen Sperrdruckvorrichtungen zu verwenden, um eine Leckage eines abzudichtenden Produktmediums zu einer Atmosphärenseite zu vermeiden. Die Sperrdruckvorrichtungen werden mit einem Druck betrieben, welcher höher ist als ein Druck an der Produktseite. Hierdurch ergibt sich immer eine Leckage des Sperrfluids in das Produktmedium an der Produktseite. Als Sperrfluid werden üblicherweise Inertfluide verwendet. Es gibt jedoch auch Anwendungen, bei denen vermieden werden muss, dass Sperrfluid in das Produktmedium gelangt. Eine Lösung hierzu ist ein aufwändiger Leckageabzug, bei dem die durch die Gleitringdichtung hindurch gehende Leckage des Sperrfluids abgezogen wird und so verhindert wird, dass das Sperrfluid in das Produktmedium gelangt. Derartige Vorrichtungen sind jedoch sehr aufwändig und teuer.It is known to use sealing pressure devices in mechanical seal assemblies in order to prevent leakage of a product medium to be sealed to an atmosphere side. The barrier pressure devices are operated at a pressure which is higher than a pressure on the product side. This always results in a leakage of the barrier fluid in the product medium on the product side. As a barrier fluid usually inert fluids are used. However, there are also applications where it must be avoided that barrier fluid enters the product medium. One solution to this problem is an elaborate leakage trigger, in which the leakage of the barrier fluid passing through the mechanical seal is drawn off and thus prevents the barrier fluid from entering the product medium. However, such devices are very complicated and expensive.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer Sperrdruckvorrichtung bereitzustellen, welche bei einfachem und kostengünstigem Aufbau verhindert, dass das Produktmedium durch ein Sperrfluid verunreinigt wird.It is therefore an object of the present invention to provide a mechanical seal assembly with a barrier pressure device, which prevents simple and inexpensive construction that the product medium is contaminated by a barrier fluid.
Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by a mechanical seal assembly having the features of claim 1 and a method having the features of
Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung eines Produktmediums an einer Produktseite von einer Atmosphärenseite umfasst wenigstens eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden und einem stationären Gleitring sowie eine Sperrdruckvorrichtung. Die Sperrdruckvorrichtung führt ein Sperrfluid einem zwischen dem rotierenden und stationären Gleitring gebildeten Dichtspalt zu. Die Sperrdruckvorrichtung umfasst dabei eine Zuleitung zum Zuführen des Sperrfluids und einen Verdampfer, welcher in der Zuleitung angeordnet ist. Der Verdampfer stellt dabei sicher, dass das in die Zuleitung eingeführte Sperrfluid verdampft und in gasförmigem Zustand zum Dichtspalt zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird dabei das Sperrfluid von der Produktseite entnommen. Somit wird als Sperrfluid verdampftes Produktmedium verwendet, so dass es zu keiner Verunreinigung des Produktmediums mit Fremdmedium aus der Leckage aus der Sperrdruckvorrichtung kommt. Der Verdampfer stellt dabei sicher, dass nur gasförmiges Sperrfluid zur Gleitringdichtung gelangt. Somit kann erfindungsgemäß auf einfache und kostengünstige Weise eine Sperrdruckvorrichtung vorgesehen werden, welche als Sperrfluid verdampftes Produktmedium verwendet. Der Verdampfer ist dabei in einer Zuleitung von der Produktseite zu einem Sperrraum am Dichtspalt angeordnet.The mechanical seal assembly according to the invention for sealing a product medium on a product side of an atmosphere side comprises at least one mechanical seal with a rotating and a stationary seal ring and a barrier pressure device. The barrier pressure device supplies a barrier fluid to a sealing gap formed between the rotating and stationary seal rings. The barrier pressure device in this case comprises a supply line for supplying the barrier fluid and an evaporator, which is arranged in the supply line. The evaporator ensures that the barrier fluid introduced into the supply line is evaporated and supplied in the gaseous state to the sealing gap. According to the invention, the barrier fluid is removed from the product side. Thus, as a barrier fluid evaporated product medium is used, so that there is no contamination of the product medium with foreign medium from the leakage from the barrier pressure device. The evaporator ensures that only gaseous barrier fluid reaches the mechanical seal. Thus, according to the invention, a barrier pressure device can be provided in a simple and cost-effective manner, which uses product medium vaporized as barrier fluid. The evaporator is arranged in a supply line from the product side to a blocking space at the sealing gap.
Besonders bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung zwei Gleitringdichtungen, so dass eine doppelt wirkende Gleitringdichtungsanordnung vorliegt. Hierdurch kann eine sehr sichere Abdichtung des Produktmediums von der Atmosphärenseite ermöglicht werden.Particularly preferably, the mechanical seal assembly according to the invention comprises two mechanical seals, so that a double-acting mechanical seal arrangement is present. In this way, a very secure sealing of the product medium can be made possible from the atmosphere side.
Um beispielsweise bei einem Aggregatausfall oder in Notsituationen einen Druck in der Sperrdruckvorrichtung aufrecht erhalten zu können, umfasst die Sperrdruckvorrichtung vorzugsweise ein in der Zuleitung angeordnetes Rückschlagventil, welches ein Rückströmen des Sperrfluids zur Produktseite verhindert. Das Rückschlagventil ist vorzugsweise in Strömungsrichtung der Zuleitung nach dem Verdampfer angeordnet.In order to be able to maintain a pressure in the barrier pressure device, for example, in the event of a unit failure or in emergency situations, the barrier pressure device preferably comprises a check valve arranged in the supply line, which prevents backflow of the barrier fluid to the product side. The check valve is preferably arranged in the flow direction of the supply line to the evaporator.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sperrdruckvorrichtung einen Speicher, welcher an der Zuleitung angeordnet ist. Hierdurch kann unabhängig von einer Zuführung von neuem Sperrfluid das Sperrsystem über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden.According to a further preferred embodiment of the invention, the barrier pressure device comprises a memory, which is arranged on the supply line. As a result, regardless of a supply of new barrier fluid, the locking system can be maintained over a longer period of time.
Falls das Produktmedium ein sehr toxisches Medium ist, bei dem unter allen Umständen verhindert werden muss, dass das toxische Produktmedium zur Atmosphärenseite gelangt, ist vorzugsweise noch eine dritte Dichtung vorgesehen, welche der Gleitringdichtung zur Atmospährenseite nachgeschaltet ist.If the product medium is a very toxic medium, which must be prevented under all circumstances, that the toxic product medium reaches the atmosphere side, preferably a third seal is provided, which is the mechanical seal downstream of the atmosphere side.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sperrdruckvorrichtung ferner eine Vereisungsschutzeinrichtung, insbesondere bei kryogenen Anwendungen. Die Vereisungsschutzeinrichtung verhindert insbesondere, dass sich Luftfeuchtigkeit als Eis an atmosphärenseitigen Flächen der Gleitringdichtung niederschlägt. Die Vereisungsschutzeinrichtung umfasst vorzugsweise einen Hohlraum zwischen der Gleitringdichtung und der Atmosphäre, so dass sich gegebenenfalls Eis an den Wänden des Hohlraums bildet und nicht auf Bauteilen der Gleitringdichtung. Alternativ können die atmosphärenseitigen Flächen auch mit einem zusätzlichen Quenchmedium beaufschlagt werden, wobei das Quenchmedium den Vereisungsschutz übernimmt.According to a further preferred embodiment of the invention, the barrier printing device further comprises an anti-icing device, in particular in cryogenic applications. In particular, the anti-icing device prevents atmospheric moisture from precipitating as ice on the atmosphere-side surfaces of the mechanical seal. The anti-icing device preferably comprises a cavity between the mechanical seal and the atmosphere, so that optionally ice forms on the walls of the cavity and not on components of the mechanical seal. Alternatively, the atmosphere-side surfaces can also be acted upon by an additional quench medium, wherein the quench medium takes over the icing protection.
Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung von flüssigem Kohlendioxid verwendet, so dass das Sperrmedium gasförmiges Kohlendioxid ist. Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung wird vorzugsweise bei Pumpen verwendet, wobei die Zuleitung von einem Druckanschluss aus zum Sperrraum an der Gleitringdichtung führt und die Gleitringdichtungsanordnung eine Pumpenwelle abdichtet. Die Erfindung kann ferner auch bei anderen Flüssiggasanwendungen vorteilhaft eingesetzt werden.Particularly preferably, the mechanical seal assembly according to the invention is used to seal liquid carbon dioxide, so that the Blocking medium is gaseous carbon dioxide. The mechanical seal assembly according to the invention is preferably used in pumps, wherein the supply line leads from a pressure port to the lock chamber on the mechanical seal and the mechanical seal assembly seals a pump shaft. The invention can also be advantageously used in other liquefied gas applications.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Gleitringdichtungsanordnung ermöglicht durch Verwendung von verdampftem Produktmedium als Sperrfluid somit eine einfache und sichere Abdichtung des Produktmediums, ohne dass fremdes Medium als Sperrfluid in das Produktmedium gelangen kann. Da das Sperrfluid aus dem abzudichtenden Produkt über eine Zuleitung abgezogen wird und über einen Verdampfer geführt wird, kann immer sichergestellt werden, dass nur gasförmiges Sperrfluid zur Gleitringdichtung geführt wird. Das Verfahren wird besonders bevorzugt in Verbindung mit Pumpen eingesetzt, wobei das Sperrfluid aus einem Druckanschluss der Pumpe entnommen wird.The inventive method for operating a mechanical seal assembly allows by using vaporized product medium as a barrier fluid thus a simple and secure sealing of the product medium without foreign medium can get as a barrier fluid in the product medium. Since the barrier fluid is withdrawn from the product to be sealed via a supply line and is passed through an evaporator, it can always be ensured that only gaseous barrier fluid is guided to the mechanical seal. The method is particularly preferably used in conjunction with pumps, wherein the barrier fluid is removed from a pressure port of the pump.
Um zu verhindern, dass bei einer Unterbrechung der Zufuhr des Sperrfluids das Sperrfluid rückwärts durch die Zuleitung zurück zur Produktseite strömt, ist vorzugsweise ein Rückschlagventil in der Zuleitung angeordnet.In order to prevent the blocking fluid from flowing backwards through the supply line back to the product side when the supply of the blocking fluid is interrupted, a check valve is preferably arranged in the supply line.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, a mechanical seal assembly according to a preferred embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
Wie aus
Die Welle
Ferner weist die Gleitringdichtungsanordnung
Wie aus
Wie aus
Die Erfindung wird vorzugsweise bei Kohlendioxidanwendungen als Gasdichtung eingesetzt, wobei das Produktmedium flüssiges Kohlendioxid ist und eine Sperrung der doppelten Gleitringdichtung dann mittels dem im Verdampfer
Es sei angemerkt, dass bei einer anderen Verwendung als bei einer Pumpe in der Zuleitung (
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