DE1103700B

DE1103700B - Einrichtung zur dichten Durchfuehrung einer Welle durch ein Gehaeuse

Info

Publication number: DE1103700B
Application number: DEC17521A
Authority: DE
Inventors: Jean Vegezzi
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1956-12-21
Filing date: 1958-09-18
Publication date: 1961-03-30
Also published as: CH375571A; GB812046A; BE571216A

Description

Einrichtung zur dichten Durchführung einer Welle durch ein Gehäuse Die Erfindung betrifft eine vollkommene Abdichtung für Lager von Kompressoren oder ähnlichen Maschinen, die einer Atmosphäre ausgesetzt werden kann, die besonders stark korrodierend wirkt oder einen nachteiligen Verschleiß verursachen kann.
Es ist bereits bekannt, zur Konservierung eines Schmiermittels für eine Wellendurchführung und zum Schutz der Wellenlager gegen das Eindringen fester kleiner Teilchen die beiden im Betrieb sich gegeneinander bewegenden Hälften einer Dichtung aus einem keramischen Material herzustellen und jede Hälfte in Gummi zu lagern.
Es ist ferner bekannt, für die Abdichtung einer sich drehenden Welle die beiden sich gegeneinander bewegenden Dichtungshälften aus Polytetrafluoräthylen zu fertigen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur dichten Durchführung einer Welle durch ein Gehäuse, welches eine korrodierende Atmosphäre enthält, unter Verwendung einer Trockendichtung zwischen dieser korrodierenden Atmosphäre und einem Lager für die Welle, wobei die Trockendichtung aus einer mit der Welle fest verbundenen ersten Hälfte besteht, die eine Gleitfläche bildet, und ferner aus einer zweiten mit dem Gehäuse verbundenen Hälfte besteht, die ebenfalls eine Gleitfläche bildet, welche elastisch an die ersterwähnte Gleitfläche angedrückt wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die ganze Durchführungseinrichtung noch eine weitere Dichtung an sich bekannter Art, die mit Öl geschmiert wird, enthält und die zwischen der Trockendichtung und dem Lager liegt, daß ein inertes Gas unter einem Druck P2 in die Kammer eingeleitet wird, welche von der Trockendichtung, der ölgeschmierten Dichtung, der Welle und dem Gehäuse begrenzt wird, und daß der Druck P2 des inerten Gases zu dem Druck Pi der korrodierenden Atmosphäre auf der dem Inneren des Gehäuses zugewendeten Seite der Trockendichtung derart bemessen ist, daß wenigstens annähernd die Beziehung Pi ri=P2r, erfüllt ist, in welcher r, und r2 die Radien der beiden Gleitflächenränder bedeuten, welche mit der korrodierenden Atmosphäre und mit dem inerten Gas in Berührung stehen.
Die Erfindung, die auch noch weitere Verbesserungen enthält, wird an Hand der Zeichnungen näher beschrieben werden, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Fig.1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt ein Lager gemäß der Erfindung; Fig.2, 3 und 4 sind schematische Schnitte durch andere Ausführungsformen gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Welle A eines Kompressors und das Gehäuse C dieses Kompressors dargestellt. Es sei angenommen, daß sich die aggressive Atmosphäre links von der Fig. 1 befindet, während die rechte Seite der Welle in der umgebenden Luft in Richtung auf die Kupplung zu einem nicht dargestellten Antriebsmotor verläuft.
Auf der linken Seite der Fig. 1 sind zwei ringförmige Trennwände 1 und 3 dargestellt, die fest mit dem Gehäuse C verbunden sind und bis in die Nähe der Welle A reichen. Diese beiden Trennwände dienen dazu, die Drücke P, und P2 auf beiden Seiten einer nicht geschmierten Trockendichtung zu stabilisieren, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist und im ganzen mit 2 bezeichnet ist.
Es ist bekannt, daß eine derartige Stabilisierung von Vorteil ist und daß die optimalen Abdichtungsbedingungen realisiert sind, wenn folgende Gleichung gilt: Pi*ri-P2-y2=0-11 i ist der äußere Radius des linken Dichtungsringes in Fig. 1, der fest mit der Welle A verbunden ist; r2 ist der innere Radius des rechten Dichtungsringes, der fest mit dem Gehäuse C des Kompressors verbunden ist; Pi ist der Druck der aggressiven Atmosphäre in Abhängigkeit vom Kompressor; P2 ist der Druck eines neutralen Gases, der mit F, in einer solchen Relation steht, daß die Einrichtung zur Einjustierung des Druckes ist mit S schematisch angedeutet; der Pfeil f zeigt die Zuführung des neutralen Gases an. Die Dichtung 2 ist korrosionsbeständig und selbstschmierend und kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden.
In Fig.2 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt.
Ein Ring 12 ist über eine elastische Dichtungsanordnung, die mit 13 schematisch angedeutet ist, mit dem Gehäuse C des Kompressors verbunden und derart ausgebildet, daß der Ring 12 nach links gegen einen zweiten Ring 11 gedrückt wird, der fest mit der Welle <<I verbunden ist.
Der Ring 12 besteht aus einem metallischen Trägerstück, das mit einem porösen, gesinterten Metall überzogen ist, das mit einem Schmiermittel getränkt ist, das auf seiner Oberfläche einen Film bildet. Der metallische Trägerkörper verleiht dem Ring eine gute thermische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit. während die getränkte Schicht ihrerseits eine Selbstschmierung, ein Gleitlager und Widerstandsfähigkeit beim Gebrauch gewährleisten.
Der metallische Trägerkörper kann aus irgendeinem Metall guter Wärmeleitfähigkeit bestehen. Das zur Verkleidung dienende poröse Metall, das den Einflüssen der aggressiven Atmosphäre, beispielsweise Uranhekafluorid (UF6) widerstehen soll, kann beispielsweise aus Monelmetall, einer Legierung mit annähernd folgender Zusammensetzung bestehen: Ni 67%, Cu 300%, Fe 1,4%, Si 0,11fl/o, Mn 1%, C 0,15°/o, aus Nickel, aus Berylliumbronze, aus Legierungen, die unter der Bezeichnung »Stelit« bekannt sind (Legierungen der Zusammensetzung C 2 bis 3 0/0, Co 40 bis 55%, Cr 25 bis 35"/o, W10 bis 20%), aus Stahl NSM 22, aus Sinteraluminium usw. Die Imprägnationsschicht des letztgenannten Metalls kann aus beispielsweise Polytetrafluoräth.ylen bestehen, das unter dem Handelsnamen »Teflon« bekannt ist und etwa 0,01 bis 0,04 mm dick sein kann.
Der andere Ring 11 wird aus einem der obenerwähnten Metalle gebildet, soll jedoch nicht porös sein und ist vollkommen bearbeitet und eingeschliffen.
Die Dichtung 2 der Fig. 1 kann nötigenfalls auch aus mehreren Ringpaaren 11 und 12 gebildet werden. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist einer der beiden Ringe 14 oder 15 selbstschmierend im obenerwähnten Sinne ausgebildet, und beide Ringe sind elastisch mit der Achse A bzw. dem Gehäuse C verbunden.
Der Ring 14 wird durch ein Wellrohr 13 elastisch gehaltert, das nach rechts drückt und das auf der Welle A durch Einklemmen zwischen einer Schulter der Welle und einem Dichtungsring 19 befestigt ist.
Der Ring 15 ist über ein zweites Wellrohr 13 mit dem Gehäuse C des Kompressors verbunden, so daß der Ring 15 nach links gegen den Ring 14 gedrückt wird.
Fig.4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für die Abdichtung 2 in Fig. 1, die erlaubt, auf beiden Seiten der Dichtung annähernd gleiche Drücke anzuwenden.
Zwei selbstschmierende Ringe 16 und 16' werden elastisch mit ihren äußeren Rändern durch eine im ganzen mit 13a bezeichnete elastische Vorrichtung gedrückt, die mit dem Gehäuse C des Kompressors verbunden ist. Zwischen den Ringen liegt eine ringförmige Lamelle 17, die am Innenrand zwischen einer Schulter der Welle A und einem Ring 18 eingeklemmt ist. Die Lamelle 17 besteht aus einem der erwähnten Metalle, ist jedoch nicht porös und ist sehr gut bearbeitet und geschliffen. Sie dreht sich zwischen den Ringen 16 und 16'.
Die elastischen Mittel 13 in Fig. 2 und 3 bzw. 13a in Fig. 4 sind in diesen Figuren nur schematisch angedeutet; sie können durch irgendeine geeignete Abdichtungsanordnung verwirklicht werden, die in der Lage ist, die zusammenwirkenden Elemente der Abdichtung elastisch gegeneinander zu drücken.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist außer der gemäß der Erfindung ausgebildeten Abdichtung eine zweite Berührungsdichtung 7 aus einem korrosionsbeständigen Material vorgesehen, die durch ein bekanntes, geeignetes Öl geschmiert ist. Zwischen der Trennwand 3 und der Dichtung 7 ist ein schematisch durch einen Ventilatorflügel6 angedeutetes Gebläse angeordnet, das eine Zirkulation zwischen den Räumen mit den Drücken P3 und P4 in Pfeilrichtung bewirkt. Ferner ist eine Filteranordnung 5 vorhanden, deren Ausgang im Raum mit dem Druck P3 mündet und deren Eingang im Raum mit dem Druck P4 liegt. Diese Anordnung bezweckt, das in dem Raum mit dem Druck P2 befindliche neutrale Gas von den der Dichtung 7 ausgehenden Öldämpfen zu reinigen und diese Dämpfe zu entfernen. Auf diese Weise wird weder die erfindungsgemäße Dichtung 2 noch die in Fig. 1 links von 1 befindliche Atmosphäre durch Öldämpfe verunreinigt. Gewünschtenfalls kann man parallel zum Filter 5 einen zweiten Filterkreis vorsehen, der es erlaubt, den einen Filterkreis abzutrennen, wenn er gesättigt ist, bevor der Kompressor aus Wartungsgründen stillgelegt wird.
Der zwischen den Dichtungen 2 und 7 eingeschlossene Raum enthält außer dem neutralen Gas Spuren von Öl und Spuren der aggressiven Atmosphäre, wenn durch die Dichtung 2 keine vollständige Abdichtung gegenüber dieser Atmosphäre stattfindet. Diese Spuren hängen von der Güte der Dichtungen 2 und 7 und der Filteranordnung 5 ab.
Rechts von der Dichtung 7 ist ein übliches Lager 8 angeordnet, das die Welle A im Kompressorgehäuse lagert; es ist eben, zylindrisch oder konisch, je nach dem Verwendungszweck. Das Lager wird je nach der Drehgeschwindigkeit des Kompressors entsprechend geschmiert, beispielsweise durch Ölumlauf oder durch Verspritzen eines Ölnebels; der Eintritt des Öls ist schematisch durch die Leitung H angedeutet.
Schließlich ist rechts vom Lager 8 eine letzte Dichtung 9 von üblicher Ausbildung mit geschmierten Flächen angeordnet, die auf der rechten Seite mit der unter Atmosphärendruck stehenden Umgebungsluft in Berührung ist. Sie dient zur Abtrennung des zwischen den Dichtungen 7 und 9 befindlichen Raums von der Atmosphäre.
Die Schmierung der Dichtung 7 und 9 soll reichlich sein; das Öl führt den größten Teil der in den Dichtungen entstehenden Wärme ab. Die Kühlung dieses Öls wird durch einen schematisch gezeichneten Wärmeaustauscher 4 gewährleistet, der gegebenenfalls durch einen Wasserumlauf E gekühlt wird.
Die im Raum zwischen den Dichtungen 7 und 9 befindliche Atmosphäre enthält also Neutralgas, Öldämpfe und einen möglichst kleinen Prozentsatz Luft. Man kann natürlich gegebenenfalls in diesen Raum Neutralgas einführen, indem man eine Abzweigung von der Leitung f durch ein Ventil v vorsieht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur dichten Durchführung einer Welle durch ein Gehäuse, welches eine korrodierende Atmosphäre enthält, unter Verwendung einer Trockendichtung zwischen dieser korrodierenden Atmosphäre und einem Lager für die Welle, wobei die Trockendichtung aus einer mit der Welle fest verbundenen ersten Hälfte, die eine Gleitfläche bildet, und ferner aus einer zweiten mit dem Gehäuse fest verbundenen Hälfte besteht, die ebenfalls eine Gleitfläche bildet, welche elastisch an die ersterwähnte Gleitfläche angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ganze Durchführungseinrichtung noch eine weitere Dichtung (7) an sich bekannter Art, die mit Öl gegeschmiert wird, enthält und die zwischen der Trockendichtung (2) und dem Lager (8) liegt, daß ein inertes Gas unter einem Druck P2 in die Kammer eingeleitet wird, welche von der Trockendichtung (2), der ölgeschmierten Dichtung (7), der Welle (A) und dem Gehäuse (C) begrenzt wird, und daß der Druck P2 des inerten Gases zu dem Druck P1 der korrodierenden Atmosphäre auf der dem Inneren des Gehäuses zugewendeten Seite der Trockendichtung derart bemessen ist, daß wenigstens annähernd die Beziehung P1 r1 = P2 r2 erfüllt ist, in welcher r, und r2 die Radien der beiden Gleitflächenränder bedeuten, welche mit der korrodierenden Atmosphäre und mit dem inerten Gas in Berührung stehen (Fig. 1).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei kreisförmige Trennwände (1, 3), welche mit dem Gehäuse (C) bzw. mit der Welle (A) fest verbunden sind und bis dicht an die Welle bzw. an eine zylinderförmige Innenfläche des Gehäuses heranragen, beiderseits der Trockendichtung (2) vorgesehen sind (Fig. 1).
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas mittels eines von der Welle (A) angetriebenen Ventilators (6) von der Trockendichtung (2) zu der ölgeschmierten Dichtung (7) gefördert und über ein Filter (5) geführt wird, welches Spuren von Öl aus dem inerten Gas entfernt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hälfte der Trockendichtung (2) aus einem gut wärmeleitenden metallischen Träger besteht, die mit einer Schicht aus einem porösen Metall oder aus einer porösen Legierung, die gesintert ist und gegenüber Uranhexafluorid widerstandsfähig ist, überzogen ist und in an sich bekannter Weise aus Monelmetall, Nickel, Berylliumbronze, aus einer unter dem Namen »Stellit« bekannten Legierung, aus Stahl NSM 22 oder aus gesintertem Aluminium besteht, wobei diese Schicht mit einem dünnen Überzug aus Polytetrafluoräthylen versehen oder mit Polytetrafluoräthylen imprägniert ist, und daß die andere Hälfte der Trockendichtung ebenfalls aus einem der obengenannten Stoffe besteht, jedoch fein bearbeitet, geschliffen und nicht porös ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hälfte der Trockendichtung über ein Wellrohr (13) mit dem Gehäuse (C) verbunden ist und die andere Hälfte aus einem auf der Welle (A) befestigten Ring (11) besteht (Fig. 2).
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hälfte der Trockendichtung über ein Wellrohr (13) mit dem Gehäuse (C) verbunden und die andere Hälfte über ein gleichartiges Wellrohr mit der Achse (A) verbunden ist (Fig. 3).
7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gut wärmeleitende Ringe (16, 16'), die auf ihren einander zugewandten Flächen je einen Überzug aus einem porösen Metall oder einer porösen Legierung besitzen unter dem Druck einer Feder derart an der Innenfläche des Gehäuses angebracht sind, daß die einander zugewendeten Flächen von beiden Seiten an eine auf der Welle (A) befestigte Lamelle (17) angedrückt werden (Fig.4).
8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4 und 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der dem die korrodierende Atmosphäre enthaltenden Raum abgewendeten Seite des Wellenlagers (8) eine ölgeschmierte Dichtung (9) befindet, welche den das Wellenlager enthaltenden Raum gegen die Außenluft abdichtet, und daß gegebenenfalls zwischen die weitere Dichtung (7) und das Wellenlager (8) inertes Gas eingeleitet sowie gegebenenfalls das in der Dichtung (9) erhitzte Öl in einem Wärmeaustauscher (4) abgekühlt wird, bevor es wieder in den Raum zwischen Wellenlager und der Dichtung (9) eingeleitet wird (Fig. 1). In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 847 236; britische Patentschrift Nr. 734 794; Zeitschrift »Power« (11I. 1956), S. 118 bis 121.