DE1173341B

DE1173341B - Shaft seal arrangement for centrifugal pumps, especially submersible pumps, with lip and slip ring seals connected in series

Info

Publication number: DE1173341B
Application number: DET17467A
Authority: DE
Inventors: Bror Erick Harald Ehlin
Original assignee: Tornborg and Lundberg AB
Current assignee: Tornborg and Lundberg AB
Priority date: 1958-11-13
Filing date: 1959-11-11
Publication date: 1964-07-02
Also published as: DK98930C

Description

Wellendichtungsanordnung für Kreiselpumpen, insbesondere Tauchpumpen, mit hintereinandergeschalteter Lippen- und Schleifringdichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtungsanordnung für Kreiselpumpen, insbesondere Tauchpumpen mit einem glockenförmigen, ein Pumpenrad und einen Antriebsmotor enthaltenden Gehäuse, die im Betrieb völlig oder teilweise in Wasser eingetaucht werden können. Bei solchen Pumpen arbeitet die Wellendichtung unter sehr ungünstigen Bedingungen, da das Wasser gewöhnlich verschmutzt und mit Sand oder anderen, einen Verschleiß verursachenden Teilchen, gemischt ist, so daß der Motor und die Lager in kurzer Zeit beschädigt werden würden, wenn Wasser durch die Wellendichtungen hindurchtreten kann.Shaft seal arrangement for centrifugal pumps, especially submersible pumps, with lip and slip ring seals connected in series The invention relates to on a shaft seal arrangement for centrifugal pumps, especially submersible pumps with a bell-shaped housing containing an impeller and a drive motor, which can be completely or partially immersed in water during operation. In such Pumping the shaft seal works under very unfavorable conditions, as the water usually dirty and covered with sand or other wear-causing agents Particles mixed, so that the motor and bearings are damaged in a short time if water can pass through the shaft seals.

Es sind Schleifringe enthaltende einfache und doppelte Wellendichtungen bekannt, bei denen die aufeinandergleitenden Flächen durch eine Feder gegeneinandergedrückt werden. Es ist auch bekannt, eine oder mehrere Lippendichtungen aus elastischem Material zu verwenden, deren Dichtungslippen auf der Welle schleifen.They are single and double shaft seals containing slip rings known in which the surfaces sliding on one another are pressed against one another by a spring will. It is also known to have one or more lip seals made of elastic Use material whose sealing lips grind on the shaft.

Schließlich ist auch die Hintereinanderschaltung einer Lippen- und Schleifringdichtung schon bekanntgeworden, die aber kompliziert ausgeführt, schwer auszuwechseln ist und keine Einheit bildet.Finally, the series connection of a lip and Slip ring seal has already become known, but it is complicated and difficult is to be replaced and does not form a unit.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannten Dichtungen zu verbessern und eine Schleifringdichtung und eine oder mehrere Lippendichtungen zu einer eine Einheit bildenden Wellendichtung zusammenzufassen, welche eine geringe Anzahl von Einzelteilen erfordert, leicht auswechselbar ist, und bei welcher der Dichtdruck der Lippendichtungen selbsttätig gesteuert wird. Zur Lösung der gestellten Aufgaben wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine nicht drehbare, axial verschiebbare und axial elastisch gelagerte Hülse, welche .die Motorwelle umgibt, den ruhenden Schleifring sowie eine oder mehrere elastische Dichtungslippen trägt, die gegen einen an der Motorwelle befestigten Konus anliegen, und daß sich innerhalb der Hülse eine Schraubenfeder befindet, die sich in an sich bekannter Weise gegen eine Schulter an dieser Welle abstützt und so angeordnet ist, daß sie den sich drehenden Schleifring auf den erst erwähnten ruhenden Schleifring preßt und auf die Hülse eine Kraft überträgt, mit der die Dichtungslippen gegen den erwähnten Konus gedrückt werden.The invention is now based on the object of the known seals to improve and a slip ring seal and one or more lip seals to combine to form a unitary shaft seal, which has a low Requires number of items, is easily interchangeable, and in which the Sealing pressure of the lip seals is controlled automatically. To solve the posed Objects is proposed according to the invention that a non-rotatable, axially displaceable and axially elastically mounted sleeve, which surrounds the motor shaft, the resting Slip ring and one or more elastic sealing lips that act against abut a cone attached to the motor shaft, and that is within the sleeve a coil spring is located, which is in a known manner against a shoulder is supported on this shaft and is arranged so that it catches the rotating slip ring presses on the first mentioned stationary slip ring and transmits a force to the sleeve, with which the sealing lips are pressed against the mentioned cone.

Es ergibt sich somit eine leicht auswechselbare, nur aus wenigen Einzelteilen bestehende Dichtung, bei welcher außerdem der Vorteil erzielt wird, daß die Einstellung der Dichtungslippen entsprechend ihrer Abnutzung und die Aufrechterhaltung des Dichtdruckes der Schleifringdichtung durch die gleiche Feder erfolgt. Vorteilhaft ist die Hülse an dem axial nachgiebigen Mittelteil einer im wesentlichen flachen, elastischen Membran befestigt, die an ihrem Rand gehalten wird und im rechten Winkel zur Welle unmittelbar neben dem Läufer angeordnet ist. Schließlich kann die der Membran zugekehrte Seite des Pumpenläufers offen sein.The result is an easily replaceable one that consists of only a few individual parts existing seal, which also has the advantage that the setting the sealing lips according to their wear and the maintenance of the sealing pressure the slip ring seal is carried out by the same spring. The sleeve is advantageous at the axially flexible central part of a substantially flat, elastic Diaphragm attached, which is held on its edge and at right angles to the shaft is arranged immediately next to the runner. Finally, the one facing the membrane Side of the pump rotor must be open.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Beispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen axialen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Wellendichtung.The invention is illustrated below with reference to the drawing using an example explained in more detail. The drawing shows an axial section through a preferred one Embodiment of the shaft seal.

Die gezeigte Dichtungsanordnung wird in Anwendung auf eine Tauchpumpe üblicher Art mit einem glockenförmigen, doppelwandigen Gehäuse beschrieben, in welchem ein Elektromotor eingeschlossen ist. Die Zeichnung zeigt lediglich den unteren Mittelteil der Pumpe, in welchem sich der Läufer 11 befindet. Dieser Läufer ist am unteren freitragenden Ende einer senkrechten Antriebswelle 13 befestigt, die unmittelbar mit dem Elektromotor 15 gekuppelt ist. Der Läufer ist zwischen dem Boden 17 des Innengehäuses und .dem Boden 21 des Außengehäuses angeordnet. Der Boden des Außengehäuses ist mit einer Öffnung 19 versehen, so daß, wenn das Pumpenrad 11 läuft, Wasser durch die Öffnung 19 nach oben gesaugt und durch den Raum zwischen der Außen- und der Innenwand des Gehäuses gefördert und aus diesem zu einer angeschlossenen Ablaufleitung weitergefördert wird. Die Innenseite der durch die beiden Böden gebildeten Pumpenkammer ist mit einem Schutzüberzug 23 aus Gummi versehen.The seal arrangement shown is applied to a submersible pump conventional type described with a bell-shaped, double-walled housing in which an electric motor is included. The drawing shows only the lower middle part the pump in which the rotor 11 is located. This runner is at the bottom cantilevered end of a vertical drive shaft 13 attached directly is coupled to the electric motor 15. The runner is between the floor 17 of the Inner housing and .dem bottom 21 of the outer housing. The bottom of the outer case is provided with an opening 19 so that when the impeller 11 is running, water through the opening 19 is sucked up and through the space between the exterior and the Inner wall of the housing promoted and from this to one connected Drain line is further promoted. The inside of the formed by the two floors The pump chamber is provided with a protective cover 23 made of rubber.

Um die Welle 13 herum ist ein Schmiermittelbehälter 25 angeordnet, der durch den Boden 17 des Innengehäuses, eine zylindrische Seitenwand 27, die sich vom Boden 17 nach oben erstreckt, und eine obere Abschlußwand 29 gebildet wird. Die Welle 13 ist mittels eines Wälzlagers 31 in der oberen Abschlußwand 29 gelagert und mit dieser durch eine elastische Dichtungshülse 22 abgedichtet.A lubricant container 25 is arranged around the shaft 13, through the bottom 17 of the inner housing, a cylindrical side wall 27 that extends extends upward from the bottom 17, and an upper end wall 29 is formed. The shaft 13 is mounted in the upper end wall 29 by means of a roller bearing 31 and sealed with this by an elastic sealing sleeve 22.

Der Boden des Innengehäuses ist als Bund 35, gleichachsig die Welle 13 umgebend, nach oben gezogen, welcher einen verhältnismäßig großen Abstand von der Welle hat. In den Raum zwischen dem Bund und der Welle ist ein Dichtungsaggregat eingesetzt, das durch den Boden 17 des Innengehäuses und/oder den Bund 35 mit einem gewissen axialen Spiel, jedoch nicht drehbar, gehalten wird und gleitend gegen die Welle anliegende Dichtungselemente enthält. Das Dichtungsaggregat umfaßt eine Hülse 37, die eine zylindrische Außenfläche aufweist und mit enger Passung in der zylindrischen Bohrung des Bundes 35 geführt ist und ferner mit diesem mittels eines Dichtungsrings 39 abgedichtet ist. Die Hülse 37 wird durch eine Gummimembran 41 gehalten, welche die Form einer flachen, kreisförmigen Scheibe hat, die in eine ausgedrehte Ausnehmung in der Außenfläche des Gehäusebodens 17 eingesetzt ist. An ihrer Oberseite ist die Membran mit einem ersten ringförmigen Flansch 43 versehen, der an der zylindrischen Wandung der Ausnehmung in Anlage gehalten wird und in seiner Lage durch einen Wulst 45 gehalten wird, sowie mit einem zweiten ringförmigen Flansch 47 von kleinerem Durchmesser, welcher das Ende der Hülse 37 umgibt und mit einem umgebogenen Rand an eine Nut der letzteren eingreift. Durch die elastische Nachgiebigkeit der Membran 41 wird ein gewisses axiales Spiel der Hülse 37 ermöglicht.The bottom of the inner housing is a collar 35, on the same axis as the shaft 13 surrounding it, pulled upwards, which is a relatively large distance from the wave has. A sealing unit is located in the space between the collar and the shaft used, the through the bottom 17 of the inner housing and / or the collar 35 with a Some axial play, but not rotatable, is held and sliding against the Contains sealing elements in contact with the shaft. The sealing unit comprises a sleeve 37, which has a cylindrical outer surface and with a tight fit in the cylindrical Bore of the federal government 35 is guided and further with this by means of a sealing ring 39 is sealed. The sleeve 37 is held by a rubber membrane 41, which has the shape of a flat, circular disc that fits into a turned recess is inserted into the outer surface of the housing base 17. At the top is that Diaphragm provided with a first annular flange 43 which is attached to the cylindrical Wall of the recess is held in contact and in its position by a bead 45, as well as with a second annular flange 47 of smaller size Diameter surrounding the end of the sleeve 37 and with a bent edge engages in a groove of the latter. Due to the elastic resilience of the membrane 41 a certain axial play of the sleeve 37 is made possible.

Innerhalb der Hülse 37 sind zwei elastische hülsenförmige Dichtungslippen 49, 51 aus Gummi, Leder oder irgendeinem künstlichen Material befestigt, welche gegen einen an der Welle 13 befestigten konischen Körper 53 anliegen und die vorzugsweise durch umgebende Schraubenfedern in Anlage an diesem Körper gehalten werden. Am oberen Ende der Hülse 37 ist eine zweite Dichtung angeordnet, die aus zwei ebenen Dichtungsscheiben 55 und 57 aus Hartmetall bestehen. Die obere Scheibe 55 ist an einer Endplatte 59 befestigt, die in das Ende der Hülse 37 eingeschraubt und daher feststehend ist, während die untere Dichtungsscheibe 57 an einem auf der Welle angebrachten und an deren Drehung teilnehmenden Ring 61 befestigt ist. Der Ring 61 ist auf der Welle axial verschiebbar und mit dieser durch einen Dichtungsring 63 abgedichtet. Der Ring 61 nimmt an der Drehung der Welle infolge der Reibung des Dichtungsringes 63 teil und wird durch eine Schraubenfeder 65 nach oben gedrückt, die zur Welle konzentrisch ist und deren unteres Ende sich gegen eine Schulter abstützt, welche an einem auf der Welle befestigten Ring 67 vorgesehen ist.Inside the sleeve 37 are two elastic sleeve-shaped sealing lips 49, 51 made of rubber, leather or any artificial material attached, which abut against a conical body 53 attached to the shaft 13 and preferably are held in contact with this body by surrounding coil springs. At the top At the end of the sleeve 37, a second seal is arranged, which consists of two flat sealing washers 55 and 57 are made of hard metal. The upper disk 55 is on an end plate 59 attached, which is screwed into the end of the sleeve 37 and is therefore fixed, while the lower sealing washer 57 is attached to and attached to one on the shaft whose rotation participating ring 61 is attached. The ring 61 is on the shaft axially displaceable and sealed with this by a sealing ring 63. Of the Ring 61 slows down the rotation of the shaft due to the friction of the sealing ring 63 part and is pressed upwards by a helical spring 65 which is concentric to the shaft is and the lower end is supported against a shoulder, which on a the shaft attached ring 67 is provided.

Da die Feder 65 das Bestreben hat, sich in Achsrichtung auszudehnen, wird der Ring 61 und damit die an diesem befestigte Dichtungsscheibe 57 in Anlage an die an der Hülse 37 befestigte Dichtungsscheibe 55 gedrückt, so daß ein ausreichender Auflagerdruck an dieser Dichtungsstelle besteht. Durch diesen Druck wird die Hülse 37 nach oben verlagert, wobei die Membran 41 elastisch nachgibt, so daß die Dichtungslippen 49, 51 durch die Wirkung der Feder 65 angedrückt werden. In dem Maße, in welchem die Dichtungslippen sich abnutzen, werden sie an dem konischen Körper 53 immer weiter nach oben gedrückt, da, wenn,*r Auflagerdruck die Dichtungsh'abdn=t;,ch die Schraubenfeder 65 aust und die Hülse 37 nach oben drückt, bis im wesentlichen der gleiche Auflagerdruck der Dichtungslippen wiederhergestellt ist. Dieser Bewegung wirkt jedoch bis zu einem gewissen Grade die Membran 41 entgegen.Since the spring 65 tends to expand in the axial direction, the ring 61 and thus the sealing washer 57 attached to it come into contact pressed to the attached to the sleeve 37 sealing washer 55, so that a sufficient There is bearing pressure at this sealing point. This pressure causes the sleeve 37 shifted upwards, the membrane 41 yields elastically, so that the sealing lips 49, 51 are pressed on by the action of the spring 65. To the extent to which As the sealing lips wear, they become wider and wider on the conical body 53 pushed upwards because, if, * r bearing pressure the sealing h'abdn = t;, ch is the helical spring 65 aust and the sleeve 37 pushes upwards until substantially the same bearing pressure the sealing lips are restored. However, this movement works up to one to a certain extent the membrane 41 opposes it.

An ihrer Unterseite sind die Schaufeln des Läufers 11 miteinander durch eine Ringscheibe 69 verbunden, während die der Membran 41 zugekehrte Oberseite des Läufers offen ist. Daher hat der auf der Saugseite der in Betrieb befindlichen Pumpe erzeugte Unterdruck Zugang zum beweglichen Mittelteil der Membran und wirkt auf diese in Richtung nach unten. Dies hat zur Folge, daß unter Zusammendrückung der Feder 65 die Hülse 37 nach unten verschoben wird, so daß der Auflagerdruck zwischen den Dichtungslippen 49, 51 und dem konischen Körper 53 herabgesetzt wird und an dieser Stelle ein verringerter Verschleiß stattfindet. Die Dichtungswirkung wird hierdurch nicht beeinträchtigt, da der um das untere Ende der Welle herum vorhandene Unterdruck verhindert, daß das Wasser längs der Welle nach oben eindringen kann. Umgekehrt kann eine geringe Menge Öl aus dem Behälter 25 durch die ebene Dichtung 55, 57 in das Innere der Hülse 37 und aus dieser an den Dichtungslippen 51, 49 vorbeigesaugt werden. Wenn die Pumpe abgestellt wird und der äußere Wasserdruck auf einen Wert ansteigt, der der Eintauchtiefe entspricht, wird die Membran 41 nach oben gedrückt und werden die Dichtungslippen 49, 51 mit starkem Druck angedrückt, der jedoch nun geduldet werden kann, da die Welle 13 sich im Stillstand befindet und kein Verschleiß zu befürchten ist.The blades of the rotor 11 are connected to one another on their underside connected by an annular disk 69, while the membrane 41 facing upper side of the runner is open. Therefore, the one on the suction side has the one in operation The pump creates negative pressure access to the movable central part of the diaphragm and acts on this in the downward direction. This has the consequence that under compression the spring 65, the sleeve 37 is displaced downward, so that the bearing pressure between the sealing lips 49, 51 and the conical body 53 is lowered and on reduced wear takes place at this point. The sealing effect will not affected by this, as the one around the lower end of the shaft Underpressure prevents the water from penetrating upwards along the shaft. Conversely, a small amount of oil can escape from the container 25 through the flat seal 55, 57 into the interior of the sleeve 37 and sucked past the sealing lips 51, 49 from it will. When the pump is turned off and the external water pressure to a value increases, which corresponds to the immersion depth, the membrane 41 is pressed upwards and the sealing lips 49, 51 are pressed on with strong pressure, but this is now can be tolerated because the shaft 13 is at a standstill and no wear is to be feared.

Claims

Claims: 1. Shaft seal arrangement for centrifugal pumps, in particular Submersible pumps in which a lip seal and a slip ring seal are connected in series are, characterized in that a non-rotatable, axially displaceable and axially resiliently mounted sleeve (37) which surrounds the motor shaft (13), the stationary one Carries slip ring (55) and one or more elastic sealing lips (49, 51), which bear against a cone (53) attached to the motor shaft, and that inside the sleeve (37) is a helical spring (65), which is in itself is supported in a known manner against a shoulder on the shaft and is arranged in such a way that they put the rotating slip ring (57) on the first mentioned stationary slip ring (55) presses and transmits a force to the sleeve (37) with which the sealing lips (49, 51) are pressed against the mentioned cone (53).

2. Shaft seal arrangement according to claim 1, characterized in that the sleeve (37) on the axially flexible Central part of a substantially flat, elastic membrane (41) is attached, which is held at its edge and im right angle to the shaft is arranged immediately next to the runner.

3. Shaft seal arrangement according to claim 2, characterized in that the side of the pump rotor facing the membrane (11), as is known per se, is open. Publications considered: German Auslegeschrift No. 1011283; U.S. Patent Nos. 2,684,033, 1978 689, 1955 860; »Die Technik«, Volume 10, Issue 3, p. 176, Fig. 9.