DE1094060B - Abdichtvorrichtung fuer eine Welle - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtvorrichtung für eine durch eine Gehäusewandung geführte Welle, insbesondere mit hoher Umfangsgeschwindigkeit, mit zwischen Welle und Gehäusewandung ange-* ordneter, gegen Drehung gesicherter, jedoch axial 5 verschieblicher Büchse, welche die Welle mit Spiel umschließt und unter Federwirkung gegen einen auf der Welle angebrachten Bund oder eine Schulter gedrückt ist.

Im folgenden ist der Fall einer Welle mit Bund angenommen; für eine Welle mit Schulter gilt Entsprechendes.

Bei bekannten Abdichtvorrichtungen dieser Art ist zwischen die Büchse und das Gehäuse ein aus elastischem Werkstoff bestehender Dichtungsteil, z. B. ein Dichtungsring oder ein Dichtungsbalg, eingelegt, in dem die Büchse gehalten und dabei mehr oder weniger in ihn eingespannt ist.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die Büchse in der Gehäusewandung berührungsfrei, unter Bildung eines zwischen ihr und der Gehäusewandung liegenden Dichtungsspaltes gelagert ist. Die Dichtungswirkung des Spaltes beruht auf der Viskosität (Zähigkeit) des im Spalt befindlichen Fördermediums sowie auf der zwischen den einander zugekehrten Flächen des Gehäuses und der Büchse wirksamen Kapillarität, die ihrerseits von der Größe der einander zugekehrten Flächen der Teile abhängt, und zwar mit wachsender Fläche beider Teile zunimmt.

Die praktischen Versuche ergaben, daß die Dichtungswirkung des Spaltes ausreichend ist. Bei höheren, aufzunehmenden Druckdifferenzen kann der Spalt gegebenenfalls in Achsrichtung entsprechend langer ausgebildet werden. Eventuell kann ein Sperrmedium eingeleitet werden.

Die Büchse ist frei beweglich und vermag jeder geringen radialen oder axialen Bewegung oder Schwingung des Bundes, gegen den sie gedrückt wird, vollständig und ohne Verzögerung und auch praktisch ' ohne Änderung der Anpreßkräfte zu folgen. Diese bleiben bei Momentanauslenkung der Welle über den ganzen Umfang konstant. Die Büchse kann auch nicht etwa in irgendeiner schiefen Stellung, in die sie ein- '-'" mal auf Grund einer momentanen Bewegung von Bund und Welle gelangt ist und in der ■—· nach Rückkehr von Bund und Welle in die Normalstellung — die Dichtungswirkung an der Berührstelle zwischen Bund und Büchse mangelhaft wäre, festgehalten werden, wie es bei den erwähnten, bekannten Abdichtvorrichtungen häufig eintritt. Bei diesen übt der zwischen Büchse und Gehäuse befindliche Dichtungsteil (Dichtungsring) in einer solchen schiefen Stellung mitunter Kräfte auf die Büchse aus, die in der Größenordnung der durch die Feder hervorgerufenen, von der Büchse auf den Abdichtvorrichtung für eine Welle

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Wmterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Sdvwelm, Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 12. August 1959

Rene Strub, Winterthur (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

Bund ausgeübten Anpreßkräfte liegen. Bei Momentanauslenkung der Welle tritt dann bei diesen bekannten Abdichtvorrichtungen, außer der Undichtheit infolge verminderter Anpressung an gewissen Umfangsstellen, eine Störanfälligkeit auf, und zwar dadurch, daß an anderen Umfangsstellen die Büchse stärker als erwünscht angepreßt wird und dort Wärme erzeugt wird, die über die Büchse auf den sie haltenden Dichtungsteil geleitet wird, wodurch dieser nach einiger Zeit—-bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten bereits nach relativ kurzer Zeit — zerstört wird und ausgewechselt werden muß. Ähnliche Verhältnisse treten bei den in Rede stehenden, bekannten Abdient vor richtungen mit die Büchse haltendem Dichtungsteil bei momentaner oder länger anhaltender Axialverschiebung der Welle auf. Je nach Richtung der Axialverschiebung tritt dort eine Undichtheit infolge verminderter Anpressung oder eine zu große Anpresäung mit der erwähnten schädlichen, übermäßigen Wärmeerzeugung ein.

Da die Reibungswärme an der Welle also bei der neuen Äbdichtvorrichtung unschädlich bleibt, können größere Umfangsgeschwindigkeiten von z. B. 60 bis 120 msec-¹ und darüber angewendet oder ■—· bei gleichbleibender Drehzahl — größerer Wellenumfang benutzt werden.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Abdichtvorrichtung in einem schematischen Schnitt, bei dem die untere Hälfte der die Welle umgebenden Teile weggelassen ist.

Die Welle 1 z. B. einer Turbomaschine, etwa eines Kompressors, die eine Laufbüchse 2 und einen mit

009 650/248

ihr drehenden Bund 3 trägt, ist in einer Gehäusewandung 4 geführt. In dem Raum zwischen Welle 1 und Wandung 4 ist eine mit einem Graphitring 5 versehene Büchse 6 angeordnet, die mittels eines im Gehäuse sitzenden Arretierstiftes 7 gegen Drehung gesichert und durch eine Wendelfeder 8 gegen den Bund 3, also in der Zeichnung nach links gedrückt ist. Die Büchse 6 umschließt die Welle 1 mit Spiel 9; durch den dem Spiel entsprechenden Spalt kann jedoch kein Fördermedium aus dem Kompressor austreten, weil die Teile 5, 3 bei 11 gleitend aneinander-1 iegen.

Weiter ist die Büchse 6 unter Freilassung eines Dichtungsspaltes 12 lose in der Gehäusewandung 4 geführt. Auf einen Dichtungsteil, etwa einen Gummiring zwischen Büchse 6 und Wandung 4, in dem die Büchse 6 mehr oder weniger stark eingespannt wäre, ist verzichtet. Auf Grund des in dem Spalt 9 befindlichen Mediums wird die Büchse dynamisch zentriert, auf Grund des Spieles 12 gegenüber dem Gehäuse vermag sie jeder geringfügigen Bewegung (Wackelbewegung) des Bundes 3 und damit jeder Schwingung und Auslenkung der Welle 1 zu folgen und auch sofort wieder in die Normalstellung zurückzukehren. Sie kann nicht in einer schiefen Stellung gehalten werden, in der die Abdichtung an der Stelle 11 mangelhaft wäre. Das im Spalt 12 befindliche Medium unterstützt bei Auslenkungen der Welle 1 die Zentrierung der Büchse 6, weil dann der Spalt 12 auf derjenigen Seite, nach der die Welle ausgelenkt wird, kleiner wird, der Druck sich dort also erhöht, während der Spalt 12 auf der gegenüberliegenden Seite vergrößert wird, so daß dort der Druck sinkt.

In der Zeichnung ist ferner angedeutet, wie beispielsweise gegen den Bund 3 von der anderen Seite her zugleich eine Büchse 6' mit Graphitring 5' gedrückt sein kann. Die Büchse 6' besitzt gegenüber der Welle 1 dasselbe Spiel 9 und gegenüber einem anderen Gehäuseteil dasselbe Spiel 12 wie die Büchse 6.

Wenn die Welle 1 z. B. 100 mm Durchmesser hat, kann das Spiel 9 bei gasförmigem Zwischenfilm z. B. etwa 0,05 bis 0,1 mm, bei flüssigem Zwischenfilm z. B. etwa 0,1 bis 0,5 mm, größenordnungsmäßig also etwa 0,1% des Wellendurchmessers betragen. In der gleichen Größenordnung liegt auch das Spiel 12. Die in Achsrichtung zu messende, wirksame Länge des Spaltes 12 ist variabel und hängt davon ab, wie groß die Differenz der beiderseitigen Drücke und wie groß der Spalt 12 quer zur Achsrichtung ist. Je größer der Spalt 12 quer zur Achsrichtung ist, um so länger muß er bei gleicher aufzunehmender Druckdifferenz sein. Die Länge des Spalts 12 wird in der Regel größenordnungsmäßig etwa das lOOfache des in radialer Richtung gemessenen Betrages sein.

Die Abdichtvorrichtung läßt sich mit Vorteil anwenden, wenn keine zu hohen Differenzen von Drükken beiderseits der Dichtung bestehen, weil dann die durch den Spalt 12 austretende Menge an Leckmedium gering ist. Die Vorrichtung wird besonders dann verwendet, wenn der Austritt von kostspieligem oder gefährlichem, z. B. radioaktiv verseuchtem, brennbarem oder explosiblem Fördermedium verhindert werden soll, z. B. im Fall von zur Kühlung eines Kernreaktors verwendetem CO₂-GaS oder bei Förderung von Ammoniak oder Freon im Rahmen von Kälteanlagen. Dabei kann gegebenenfalls durch Spalt 12 ein Sperrmedium hindurchgeleitet sein, was besonders dann vorteilhaft ist, wenn durch die Abdichtvorrichtung höhere Druckdifferenzen aufgenommen werden sollen.

Die Ringe 5, 5' können auch aus anderem, leicht abreibbarem, gegebenenfalls metallischem Material bestehen. Die Büchsen 6, 6' sind in der Regel aus metallischem Werkstoff, z. B. Messing, hergestellt, können aber auch aus einem Kunststoff, z. B. einem unter dem Namen Teflon bekannten Polytetrafluoräthylen bestehen. Gegebenenfalls kann auf die Ringe 5, 5' verzichtet sein, und Büchsen 6, 6' werden selbst unmittelbar gegen den Bund 3 gedrückt. Bei einer abgewandelten Ausführungsform besitzt die Welle 1 statt eines Bundes eine entsprechende Schulter, gegen die dann lediglich von einer Seite her eine Büchse 6 gedrückt werden kann.

Gegebenenfalls sind im Spalt 12 an der Büchse 6 oder (und) am Gehäuse 4 Labyrinthvorrichtungen, z. B Nuten oder in den Spalt hineinragende Rippen, Ringe od. dgl. angebracht. In diesem Fall kann die axiale Länge des Spaltes relativ gering sein. In jedem Fall dürfen aber die Labyrinthvorrichtungen bei etwas schiefer Lage der Büchse 6 den anderen Teil nicht berühren.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Abdichtvorrichtung für eine durch eine Gehäusewandung geführte Welle, insbesondere mit hoher Umfangsgeschwindigkeit, mit zwischen Welle und Gehäusewandung angeordneter, gegen Drehung gesicherter, jedoch axial verschieblicher Büchse, welche die Welle mit Spiel umschließt und unter Federwirkung gegen einen auf der Welle angebrachten Bund oder eine Schulter gedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (6) in der Gehäusewandung (4) berührungsfrei, unter Bildung eines zwischen ihr und der Gehäusewandung liegenden Dichtungsspaltes (12) gelagert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsspalt (12) Labyrinthe enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift »Power« (III. 1956), S. 123, 129.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 009 650/248 11.60