DE1087416B - Contact-free gap seal - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine berührungsfreie Spaltdichung für die Gehäusedurchführung einer umlaufenden Welle mit einem senkrecht oder konisch zur Wellenachse verlaufenden, vom abzudichtenden Medium durchströmten Dichtspalt zwischen den parallelen Stirnflächen eines mit der Welle fest verbundenen Flansches oder Bundes und eines im Gehäuse abgedichteten und axial verschieblichen Dichtringes, der auf einem ringförmigen Teil seiner dem Dichtspalt abgewandten Stirnfläche dem Druck des abzudichtenden Mediums ausgesetzt ist. Eine solche Spaltdichtung ist bekannt. Der Dichtring stellt sich dort unter dem Einfluß von im Dichtspalt auftretenden Wanddrücken des abzudichtenden Mediums und ferner von entgegenwirkenden, vom genannten Druck herrührenden Schließkräften selbsttätig auf kleinste Spaltbreite ein.The invention relates to a non-contact gap seal for the housing lead-through of a circumferential Shaft with a perpendicular or conical to the shaft axis from the to be sealed The medium flowing through the sealing gap between the parallel end faces of a firmly connected to the shaft Flange or collar and an axially displaceable sealing ring sealed in the housing, on an annular part of its end face facing away from the sealing gap, the pressure of the seal to be sealed Medium is exposed. Such a gap seal is known. The sealing ring is there under the influence of wall pressures of the medium to be sealed and occurring in the sealing gap furthermore by counteracting closing forces resulting from the pressure mentioned automatically to the smallest Gap width.
Bei Erhöhung der Drehzahl der Welle können aber Flansch bzw. Bund und Dichtring infolge unvermeidlicher Deformationen insbesondere der Welle leicht zur ao Berührung kommen, was verhindert werden muß. Die Gefahr der Berührung ist insbesondere dann gegeben, wenn die kritische Drehzahl der Welle hoch liegt. Beim Durchfahren einer solchen hochliegenden kritischen Drehzahl treten Wellenbiegeschwingungen größerer Amplitude und somit Schrägstellungen des Wellenflansches bzw. -bundes auf, wodurch sehr leicht die genannte Berührung eintreten kann.When the speed of the shaft is increased, however, the flange or collar and sealing ring can unavoidably Deformations in particular of the shaft easily come into contact, which must be prevented. the There is a particular risk of contact when the critical speed of the shaft is high. When driving through such a high critical speed, shaft bending vibrations occur larger amplitude and thus inclined positions of the shaft flange or collar, making it very easy said contact can occur.
Bei der bekannten Spaltdichtung auf dem Umfang des Dichtringes vorgesehene Schraubendruckfedern können diesbezüglich keine Abhilfe schaffen, da die Spiralfedern im Sinne der Vermeidung einer Berührung von Dichtring und Wellenflansch bzw. -bund nur für den Fall zur Wirkung kommen, daß der Druck des abzudichtenden Mediums auf den genannten ringförmigen Teil der dem Dichtspalt abgewandten Stirnfläche des Dichtringes im Verhältnis zum Druck im Dichtspalt zu groß wird. Die Gefahr der gegenseitigen Berührung bei genannten Wellendeformationen od. dgl. ist durch die genannten Federeinrichtungen nicht beseitigt. Die genannte Spaltdichtung ist also im Bereich der kritischen Wellendrehzahl nicht als unbedingt berührungsfrei anzusehen.In the known gap seal, helical compression springs are provided on the circumference of the sealing ring cannot remedy this as the spiral springs prevent contact of sealing ring and shaft flange or collar only come into effect in the event that the Pressure of the medium to be sealed on the said annular part of the facing away from the sealing gap The face of the sealing ring is too large in relation to the pressure in the sealing gap. The danger of mutual Contact with said wave deformations or the like is due to said spring devices not eliminated. The gap seal mentioned is therefore in the range of the critical shaft speed not to be regarded as absolutely non-contact.
Um die genannten Nachteile der anfangs beschriebenen Spaltdichtung zu beseitigen oder praktisch zu beseitigen, wird gemäß der Erfindung für eine solche Dichtung vorgeschlagen, auf der Einströmseite des Dichtspaltes in der den Dichtspalt begrenzenden Stirnfläche des Dichtringes radial verlaufende Nuten vorzusehen, die sich nur auf einem Teil der radialen Länge des Dichtspaltes erstrecken. Die Anordnung solcher Radialnuten hat eine Vergrößerung der Dichtspaltbreite bei steigender Drehzahl der Welle zur Folge, und zwar aus folgendem Grund:In order to eliminate the mentioned disadvantages of the gap seal described at the beginning or practically to eliminate is proposed according to the invention for such a seal on the inflow side of the Providing a sealing gap in the face of the sealing ring delimiting the sealing gap with radially extending grooves, which only extend over part of the radial length of the sealing gap. The order such radial grooves increases the width of the sealing gap as the speed of the shaft increases Consequence, for the following reason:
Berührungsfreie SpaltdichtungNon-contact gap seal
Anmelder:Applicant:
LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1
DipL-Ing. Hans Linnecken, Essen,
ist als Erfinder genannt wordenDipL-Ing. Hans Linnecken, Essen,
has been named as the inventor
Das in der Nähe der Welle in den Dichtspalt radial einströmende Medium wird durch die Drehung des Wellenbundes bzw. -flansches normal zur Einströmrichtung, also in Umfangsrichtung, mitgerissen. Hierdurch wird das Medium aus dem in wellenaxialer Richtung breiten Radialnutraum in den in wellenaxialer Richtung schmalen Dichtspalt umgelenkt. Der Umlenkwiderstand und somit die Dichtspaltbreite werden um so größer, je größer die Drehzahl wird. Bei jeder Drehzahl herrscht aber Gleichgewicht zwischein den auf die Stirnseiten des Dichtringes wirkenden Mediumdruckkräften. Bei höheren Drehzahlen strömt dann pro Zeiteinheit etwas mehr Medium durch den Dichtspalt, was in Kauf genommen werden muß und wegen der gemäß der Erfindung für höhere Wellendrehzahlen erreichten Berührungsfreiheit auch in Kauf genommen werden kann. Bei Steigerung der Drehzahl entfernt sich der Dichtring immer mehr vom Wellenflansch bzw. -bund. Die Anordnung der Radialnuten hat also eine Vergrößerung des Dichtspaltes bei steigender Drehzahl zur Folge, so daß die Spaltdichtung gemäß der Erfindung für sämtliche Drehzahlen der Welle praktisch berührungsfrei arbeitet. Etwaige Wellendeformationen bei höheren Drehzahlen führen praktisch nicht mehr zur Berührung von Dichtring und Wellenflanschen bzw. -bund.The medium flowing radially into the sealing gap near the shaft is caused by the rotation of the Shaft collar or flange normal to the inflow direction, i.e. in the circumferential direction, is carried along. Through this the medium moves from the radial groove space, which is wide in the axial direction of the shaft, into the axial groove space Diverted towards the narrow sealing gap. The deflection resistance and thus the sealing gap width become greater, the greater the speed. At every speed, however, there is an equilibrium between them the medium pressure forces acting on the end faces of the sealing ring. At higher speeds a little more medium then flows through the sealing gap per unit of time, which has to be accepted and also because of the freedom from contact achieved according to the invention for higher shaft speeds can be accepted. As the speed increases, the sealing ring moves further and further away from the Shaft flange or collar. The arrangement of the radial grooves thus increases the sealing gap increasing speed result, so that the gap seal according to the invention for all speeds the shaft works practically without contact. Any shaft deformations result at higher speeds practically no longer for contact between the sealing ring and the shaft flange or collar.
Es können zusätzlich in der dem Dichtspalt zugekehrten Stirnfläche des Dichtringes in an sich be-In addition, in the end face of the sealing ring facing the sealing gap in per se
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kannter Weise ring- oder ringsegmentförmige Nuten angeordnet sein, die in der Nähe der Ablaufseite des Dichtringes liegen und in ebenfalls bekannter Weise mit dem Raum höheren Druckes verbunden sein, wobei die Verbindung durch leitungen erfolgt, in die ■drosselbare Absperrhähne oder Ventile eingeschaltet sind. Dies bringt den Vorteil, daß die durch die beschriebene Wirkung der Radialnuten in Abhängigkeit von der Drehzahl sich einstellende Dichtspaltbreite wunschgemäß oder nach Erfordernis verändert werden kann. Eine Vergrößerung kann z. B. erforderlich sein, wenn die die Dichtspaltbreite mitbestimmenden, bei einer fertigen Spaltdichtung unveränderbaren radialen und zirkulären Abmessungen der Radialnuten zu klein geraten sind, so daß bei einer hohen Drehzahl der Welle die Dichtspaltbreite noch zu klein ist. Hierzu sei bemerkt, daß die Dichtspaltbreite als Funktion der Drehzahl bei gegebenen genannten Radialnutabmessungen und gegebener Radiamutenzahl im voraus nicht genau ermittelt werden kann, und zwar insbesondere wegen der mathematisch nicht genau berechenbaren Strömungsverhältnisse in dem aus den Radialnuten und dem Dichtspalt bestehenden Strömungsraum und der nicht vorausberechenbaren Reibungsverhältnisse an der Abdichtung des Dichtringes im Gehäuse.be arranged in a known manner ring or ring segment-shaped grooves in the vicinity of the outlet side of the Sealing ring lie and be connected in a known manner with the space of higher pressure, wherein The connection is made through lines in which ■ throttling shut-off cocks or valves are switched on are. This has the advantage that the radial grooves are dependent on the described effect the sealing gap width which is established by the speed can be changed as desired or as required can. An enlargement can e.g. B. may be required if the joint-determining the sealing gap width a finished gap seal unchangeable radial and circular dimensions of the radial grooves too small are advised, so that the sealing gap width is still too small at a high speed of the shaft. For this it should be noted that the sealing gap width as a function of the speed for given radial groove dimensions mentioned and given number of radii cannot be precisely determined in advance, in particular because of the mathematically not precisely calculable flow conditions in the one from the radial grooves and the sealing gap existing flow space and the non-predictable friction conditions on the sealing of the sealing ring in the housing.
Bei Anordnung mehrerer ringsegmentförmiger Nuten kann jede dieser Nuten durch eine absperr- und drosselbare Leitung an den Raum höheren Druckes angeschlossen sein. Biegt sich nämlich die Welle unter der Last nach einer Seite durch, so wird dadurch der Flansch oder Bund schräggestellt. Für den Fall, daß die Durchbiegung nach einer Richtung wirkt und nicht mit der Welle umläuft, kann man durch unterschiedliche Beaufschlagung der ringsegmentförmigen Nuten eine Anpassung des Dichtringes an die Schräglage des Flansches oder Bundes erzielen.When a plurality of ring segment-shaped grooves are arranged, each of these grooves can be blocked off by a throttable line must be connected to the room with higher pressure. Namely, if the shaft bends under it the load to one side, the flange or collar is tilted. In case that the deflection acts in one direction and does not revolve with the shaft, one can use different Acting on the ring segment-shaped grooves an adaptation of the sealing ring to the inclined position of the Achieve flange or collar.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Spaltdichtung gemäß der Erfindung dargestellt.In the drawing, exemplary embodiments of the gap seal according to the invention are shown.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer solchen Dichtung, wobei oberhalb der Welle eine andere Ausführung einer Druckraum-Ringsegmentnut-Verbindung und eine andere Ausführung der Abdichtung des Dichtringes im Gehäuse als unterhalb der Welle dargestellt ist;Fig. 1 shows a longitudinal section of such a seal, with a different design above the shaft a pressure chamber ring segment groove connection and another design of the sealing of the Sealing ring in the housing is shown as below the shaft;
Fig. 2 und 3 zeigen Ansichten des Dichtringes vom Dichtspalt her, wobei gemäß der Fig. 2 ringförmige und gemäß der Fig. 3 ringsegmentförmige Nuten an der dichtspaltseitigen Stirnfläche des Dichtringes vorgesehen sind.2 and 3 show views of the sealing ring from the sealing gap, wherein according to FIG. 2, annular and according to FIG. 3, ring segment-shaped grooves are provided on the end face of the sealing ring on the sealing gap side are.
Die Welle 1 weist einen festen Bund 2 auf. Ein im dargestellten Schnitt L-förmiger Dichtring 3 mit den Schenkeln 18 und 19 ist so· gegen das Gehäuse 9, das den abzudichtenden Raum 23 umschließt, abgedichtet, daß er wellenaxial verschieblich ist. Zur Abdichtung dient entweder eine Berührungsdichtung in Form einer Packung 10 oder ein Wellrohr 11 nach Art eines Faltenbalges. In der Stirnfläche 17 des axialen Dichtringschenkels 18 befinden sich radial verlaufende Nuten 4, von deren »radialen, zirkulären und axialen Abmessungen die Spaltbreite 22 des Dichtspaltes 24 beeinflußt wird. Die Wirkung dieser Nuten bei Steigerung der Wellendrehzahl ist oben ausführlich beschrieben worden. Die Spaltbreite 22 ist der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Bundes 2 und des Dichtringes 3.The shaft 1 has a fixed collar 2. An L-shaped sealing ring 3 in the illustrated section with the Legs 18 and 19 are sealed against the housing 9, which encloses the space 23 to be sealed, that it is axially displaceable. Either a contact seal in the form of a seal is used for sealing Pack 10 or a corrugated tube 11 in the manner of a bellows. In the end face 17 of the axial sealing ring leg 18 there are radially extending grooves 4, of which »radial, circular and axial Dimensions, the gap width 22 of the sealing gap 24 is influenced. The effect of these grooves when increased the shaft speed has been described in detail above. The gap width 22 is the distance between the opposite end faces of the collar 2 and the sealing ring 3.
In radialem Abstand von den äußeren Enden der Radialnuten 4 ist auf der Stirnfläche 17 des Dichtringes 3 eine Ringnut 5 angebracht, in die eine oder mehrere Bohrungen 6 münden. Die Bohrungen 6 stehen über Leitungen 7 und drosselbare Absperrhähne oder Ventile mit dem abzudichtenden Raum 23 höheren Druckes in Verbindung. Die Ringnut 5 kann auch in Ringsegmentnuten Sa aufgeteilt sein (Fig. 3), wobei dann an jede Ringsegmentnut 5 a mindestens eine drosselbare Leitung 7 über eine Bohrung 6a (s. Fig. 1) angeschlossen ist. Die Leitungen 7 verbinden den Spalt 24 über die Bohrungen 6 a mit dem Raum 23. Sie sind an Gehäusebohrungen 6 & angeschlossen. Über ein Ventil 8 kann durch Drosselung des Durchgangsquerschnittes die Spaltbreite 22 verändert werden. Die Nuten 5 oder Sa können auch über Bohrungen 12 im Dichtring 3 mit dem Raum 23 verbunden sein. Ein schematisch dargestelltes Ventil 21 dient hier als Drosselorgan.At a radial distance from the outer ends of the radial grooves 4, an annular groove 5 is provided on the end face 17 of the sealing ring 3, into which one or more bores 6 open. The bores 6 are connected to the higher pressure space 23 to be sealed via lines 7 and throttling shut-off cocks or valves. The annular groove 5 can also be divided into Ringsegmentnuten Sa (Fig. 3), then connected to each Ringsegmentnut 5 a at least one restrictable line 7 via a bore 6a (s. Fig. 1). The lines 7 connect the gap 24 via the bores 6 a with the space 23. They are connected to housing bores 6 &. The gap width 22 can be changed via a valve 8 by throttling the passage cross section. The grooves 5 or Sa can also be connected to the space 23 via bores 12 in the sealing ring 3. A schematically shown valve 21 serves here as a throttle element.
Der Innendruck des Raumes 23 wirkt auf die dem Dichtungsspalt abgekehrte Stirnseite 20 des axialen Dichtringschenkels 19 und sucht den Dichtring 3 gegen den Bund 2 zu drücken. Im Dichtspalt 24 stellt sich bei jeder Drehzahl in radialer Richtung ein anderer Druckverlauf ein, der in entgegengesetzter Richtung auf den Dichtring 3 wirkt wie der Innendruck. Der Druckverlauf im Dichtspalt 24 hängt bei einer Drehzahl auch von den Abmessungen der Radialnut 4 ab. Bei jeder Drehzahl stellt sich die Spaltbreite 22 so ein, daß Gleichgewicht zwischen der gesamten axialen Druckkraft des durch den Dichtspalt strömenden Mediums und der vom Innendruck auf die Stirnseite 20 ausgeübten Axialkraft herrscht. Nach Erreichen dieses Gleichgewichtszustandes steht der Dichtring 3 bei jeder Drehzahl wieder still. Bei Drehzahlerhöhung wird die Dichtspaltbreite auf Grund der beschriebenen Wirkung der Radialnuten (Umlenkwiderstand) größer.The internal pressure of the space 23 acts on the end face 20 of the axial face facing away from the sealing gap Sealing ring leg 19 and seeks to press the sealing ring 3 against the collar 2. In the sealing gap 24 arises at each speed in the radial direction a different pressure curve, that in the opposite direction on the sealing ring 3 acts like the internal pressure. The pressure curve in the sealing gap 24 depends on one speed also on the dimensions of the radial groove 4. At every speed, the gap width 22 is set so that that equilibrium between the total axial compressive force of the flowing through the sealing gap Medium and the axial force exerted on the end face 20 by the internal pressure prevails. After reaching In this state of equilibrium, the sealing ring 3 comes to a standstill again at every speed. When the speed increases the width of the sealing gap increases due to the described effect of the radial grooves (deflection resistance).
Durch öffnen der Ventile 8 oder 21 kann zusätzlichBy opening the valves 8 or 21, you can also
Gas oder Flüssigkeit in die Ringnuten 5 bzw. Ringsegmentnuten Sa strömen. Es entsteht ein Stau im Dichtspalt 24. Dadurch stellt sich ein größerer Dichtspalt 24 ein als bei geschlossenen Leitungen 7. Hierdurch können also z. B. Mißverhältnisse der Abmessungen der Nuten 4 zur Größe der dichtspaltseitigen Stirnflächen des Dichtringes 3 nachträglich korrigiert werden.Gas or liquid flow into the annular grooves 5 or annular segment grooves Sa. A jam occurs in the sealing gap 24. This results in a larger sealing gap 24 than when the lines 7 are closed. B. discrepancies between the dimensions of the grooves 4 and the size of the sealing gap-side end faces of the sealing ring 3 are subsequently corrected.
Claims (3)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEL20965A DE1087416B (en) | 1955-01-24 | 1955-01-24 | Contact-free gap seal |
| CH338336D CH338336A (en) | 1955-01-24 | 1956-01-06 | Non-contact shaft seal |
| GB2357/56A GB822467A (en) | 1955-01-24 | 1956-01-24 | Contact-free shaft-seals |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEL20965A DE1087416B (en) | 1955-01-24 | 1955-01-24 | Contact-free gap seal |
| DE822467X | 1955-01-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1087416B true DE1087416B (en) | 1960-08-18 |
Family
ID=29403422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEL20965A Pending DE1087416B (en) | 1955-01-24 | 1955-01-24 | Contact-free gap seal |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1087416B (en) |
| GB (1) | GB822467A (en) |
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Also Published As
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|---|---|
| GB822467A (en) | 1959-10-28 |
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