DE1182000B

DE1182000B - Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE1182000B
Application number: DEB65695A
Authority: DE
Inventors: Herbert E Tracy
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1957-01-26
Filing date: 1959-04-04
Publication date: 1964-11-19
Also published as: US2949321A

Description

Gleitringdichtung Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung zum Abdichten einer Wellendurchführung gegen ein Medium mit extrem niedriger Temperatur, z. B. -165°C, deren Gleitring mittels eines Balges gegenüber dem Maschinengehäuse axial verschieblich abgedichtet ist.
Beim Fördern von Medien, die extrem niedrige Temperaturen aufweisen; z. B. beim Fördern von flüssigem Sauerstoff, nimmt auch die Pumpe extrem niedrige Temperaturen an. Unter anderem muß daher den Dichtungen der Pumpe besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, da jegliche Luftfeuchtigkeit, die an die Dichtungen gelangt, sofort zur Bildung von Eis führt. Die Eisbildung würde die Dichtung unwirksam machen und ihre Reparatur bzw. ihren Ausbau erfordern. Es ist daher notwendig, Vorkehrungen zu treffen, die ein In-B.erüh-rung-Kommen der Dichtungen mit der Außenluft verhindern.
Es ist bekannt, ein thermostatisch gesteuertes Ventil, durch das ein Kältemittel strömt, mit einem die Luft abhaltenden Gehäuse zu umgeben, um einmal feuchte Luft vom Ventil und insbesondere von dessen Dichtungsbalg abzuhalten, zum anderen um eine Wärmeisolierung herbeizuführen. Es ist außerdem eine Stopfbüchsendichtung für Stangen bekannt, die gegen Medien mit sehr niedrigen Temperaturen, wie flüssigem Sauerstoff, abdichten soll. Zu diesem Zweck ist zwischen zwei axial hintereinander argeordneten Dichtungen eine Sperrkammer vorgesehen, die mit einem Sperrmedium beschickt wird. Dieses Sperrmedium soll infolge seines Wärmegehaltes ein Bereifen der Dichtung verhindern. Schließlich sind Gleitringdichtungen bekannt, die von einem Sperrraum umgeben sind, in dem sich ein Sperrmedium befindet.
Allen diesen bekannten Anordnungen ist gemeinsam, daß die Sperrmedien nicht verhindern können, daß es noch zu Niederschlägen an den Dichtungen kommt, da sie immer noch einen gewissen Anteil an Feuchtigkeit enthalten.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die bekannten Anordnungen zu verbessern. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise auf der dem abzudichtender Medium abgewandten Seite der Gleitringdichtung ein Sperraum vorgesehen ist, dem ein Trokkengas zugeführt wird.
Der Sperraum ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung für das Trockengas versehen, außerdem ist in ihm eine an sich bekannte Führungsbuchse für das Trockengas vorgesehen, die in den Balg der Gleitringdichtung eingreift, axial bis in den Bereich der Gleitflächen geführt ist und die Welle mit Abstand umgibt. Dabei muß darauf hingewiesen werden, daß es bei Gleitringdichtuhgen bekannt ist, Führungsbuchsen, die die Welle gegebenenfalls auch mit Abstand umgeben, für ein Medium, das zu dem Gleitring bzw. den Gleitflächen zu leiten ist, anzuordnen. In diesem bekannten Fall sollen diese Buchsen ein Hinleiten eines Kühlmediums zu den Gleitflächen erzwingen.
Es ist zweckmäßig, die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung für das Trockengas derart anzuordnen, daß das Gas zwischen dem Balg und der Führungsbuchse zugeleitet und nach Umströmen des den Gleitflächen zugewandten Emdes der Buchse zwischen letzter und der Welle aus dem Sperraum austritt.
Der Gleitring auf der Buchse ist in an sich bekannter Weise axial verschiebbar geführt. Außerdem sind Durchbrüche im Führungsbereich des Gleitringes vorgesehen, die den Durchtritt des Trockengases zulassen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Sperraum in einer Isolierkammer angeordnet, in die das Trockengas nach dem Verlassen des Sperraumes einfließt und die gegenüber der Außenluft durch eine Wellenspaltdichtung abgeschlossen ist. Die Isolierkammer wird zweckmäßig durch einen am die Gleitringdichtung aufnehmenden Maschinengehäuse befestigten Mantel und einen ein Lager aufnehmenden Abschlußfiansch gebildet.
Die so auspbildete Gleitrngdichtung stellt eine erhebliche Verbesserung für Dichtungen dar, welche bei extrem niedrigen Umgebungstemperaturen arbeiten können, was z. B: `dann von Bedeutung ist, wenn stark unterkühlte Flüssigkeiten, z. B. flüssiger Sauerstoff, gefördert werden müssen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung :dargestellt und wird nachfolgend be§chrieschrieben. Die Zeichnung stellt eine Gleitringdichtung zum Abdichten einer Wellendurchführung für eine Pumpe .im Querschnitt dar.
Eine umlaufende Welle 1 wird durch einen Elektromotor oder einen anderen, nicht dargestellten Motor angetrieben, der einen Abschlußflansch 2 aufweist, in welchem die Welle 1 in einem Lager 3 gelagert ist. Das freie Ende der Welle 1 ragt in das Maschinengehäuse 4 hinein, welches aus inneren und äußeren Gehäuseteilen 5 bzw. 6 besteht. Diese Gehäuseteile sind an ihrem Außenumfang mittels Schrauben zusammengefügt.
Innerhalb des Maschinengehäuses 4 befindet sich eine Pumpenkammer 8, in welcher auf der Welle 1 ein Zentrifugalpumpenrad 9 bekannter Art angeordnet ist, das mehrere mit Abstand auf den Umfang angeordnete Auslaßöffnungen 9' aufweist. Das Rad 9 wird vorzugsweise mit Keilen 10 auf der Welle 1 befestigt und durch eint, Hutmutter 11 gehalten. Zwischen dem Rad 9 und°den inneren und äußeren Gehäuseteilen 5 und 6 'des Maschinengehäuses 4 sind Ringe oder Buchsen 10' vorgesehen.
Die Konstruktion der Pumpe bildet keinen Teil der Erfindung, sondern ist bekannt. Ihr äußeres Gehäuse 6 ist an seiner Außenseite mit einer sich axial erstreckenden Hülse 12, welche eine innere Dichtungskammer 13 begrenzt, versehen. In der Dichtungskammer 13 ist auf der Welle 1 ein Gegenlaufring 14 angeordnet, der ebenfalls bekannt ist und vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, Bronze od. dgl. besteht. Der Gegenlaufring 14 weist eine Gleitfläche 15 auf, welche geläppt ist, um mit einer ähnlich geläppten Stirnfläche 16. eines Gleitringes 17, welcher vorzugsweise aus Kohle od. dgl. besteht, zusammenzuwirken. Der Gleitring 17 ist in einem die Welle 1 konzentrisch umgebenden Haltering 18 angeordnet.
Um die aus dem Haltering 18 - und dem Gleitring 17 bestehende Anordnung zur Aufrechterhaltung des Dichtungskontaktes zwischen den Flächen 15 und 16 auf dem Gegenlaufring 14 und dem Gleitring 17 axial zu bewegen, wird um die Welle 1 eine Druckfeder 25 angeordnet, die mit ihrem einen Ende auf den Haltering 18 wirkt. Das andere Ende der Feder 25 wird durch einen Flansch 26, welcher mittels Schrauben 26 an der Hülse 12 befestigt ist, gestützt. Dieser Flansch 26' bildet eine Endwand für die innere Dichtungskammer 13, durch welche sich die Welle 1 erstreckt.
Eine Führungsbuchse 27 ist im Flansch 26 angeordnet und erstreckt sich axial konzentrisch zu der Welle 1. Die Buchse 27 hat einen Bund 28, welcher in einer Ansenkung 29 im Flansch 26 aufgenommen und durch eine Sicherungsschraube 30 od. dgl. darin befestigt ist. Das andere Ende der Buchse 27 ragt in den Haltering 18 hinein, um denselben zu stützen und zu zentrieren. Zu diesem Zweck ist der Innenumfang des Halteringes 18 abwechselnd mit Durchbrüchen 31 und Rippen 32 versehen, wobei die Rippen 32 den Außenumfang der Buchse 27 berühren.
Ein Teil der Pumpenflüssigkeit, welche aus den Öffnungen 9' des Zentrifugalpumpenrades 9 austritt, fließt durch den Spalt 10" in die Dichtungskammer 13.Zwischen der sich axial erstreckenden Feder 25 und der Buchse 27 ist ein Balg 33 angeordnet. Dieser Balg 33 ist an einem Ende am Haltering 18 und an seinem anderen Ende am Flansch 26 befestigt. So wird jegliche durch die inneren Ringe oder Buchsen 10.' in die Dichtungskammer 13 fließende Pumpenflüssigkeit infolge des Dichtungskontaktes zwischen den Gleitflächen 15 und 16 und des Balges 33 gegen ein Lecken an der Welle abgedichtet, wobei der Balg 33 als Trennwand dient. Außerdem ist vorzugsweise zwischen dem Flansch 26 und der Endfläche der Hülse 12 eine Dichtungsscheibe oder ein Dichtungsring 34 angeordnet, um einen Verlust von Pumpenflüssigkeit zwischen diesen Teilen zu verhindern. Um einen Kreislauf der Pumpenflüssigkeit in der Kammer 13 zu ermöglichen, wird durch die Nabe des Rades 9 ein Rücklaufkanal 8' vorgesehen, welcher in die Saugseite- der Pumpe mündet.
Es ist wünschenswert und notwendig, daß die zur Zentrierung für den den Gleitring 17 aufnehmenden Haltering angeordnete Buchse 27 sowie der Innenumfang des Gleit- und Halteringes 17 bzw. 18 sowie des Balges 33 sich ebenfalls in einer feuchtigkeitsfreien Umgebung befinden, wenn flüssiger Sauerstoff oder Stickstoff oder andere Flüssigkeiten gepumpt werden; da während dieses Pumpvorganges das Pumpgerät beträchtlichen tiefen Temperaturen ausgesetzt ist. Demzufolge ist der Flansch 26 mit einer Einlaßöffnung 35 versehen, welche einen Einsatz oder eine Auffangvorrichtung 36 aufnimmt, so daß ein trockenes Gas (z. B. Stickstoff) durch die Einlaßöffnung 35 und axial zwischen die Buchse 27 und den Balg 33 sowie durch die Durchbrüche 31 am Haltering 18 und von dort um das freie Ende der Buchse 27 und axial zwischen die Welle und die Buchse 27 geführt werden kann, wie durch die Pfeile angegeben ist. Das trockene Gas kann dann frei durch die Auslaßöffnung 35' in den Isolierraum fließen. So entfernt der trockene Stickstoff jegliche feuchtigkeitsführende Luft von der Dichtung, so daß die Rippen 32 des Halteringes 18, welche den Gleitring 17 auf der Buchse 27 zentrieren, keinerlei Eisauflagerungen aufweisen, was im anderen Falle durch Kondensation der Feuchtigkeit auf den Dichtungsteilen hervorgerufen werden würde.
Um die Bildung von Eis, auf der Dichtungsanordnung und insbesondere auf der Außenfläche der Hülse 12 und dem Flansch 26 weiter zu verringern, ist vorzugsweise um die Anordnung herum ein Mantel 37 vorgesehen. Dieser Mantel wird, wie es bei 38 gezeigt ist, einerseits an einen Ansatz des Flansches 38', welcher vorzugsweise mittels Schrauben 7 am Maschinengehäuse 4 befestigt ist, angeschweißt oder anderweitig befestigt, andererseits, wie es bei 39 gezeigt ist, durch SchwAeißen od. dgl. an einem Ansatz des Flansches 40 befestigt, welcher wiederum durch Schrauben 41 am Abschlußflansch 2 des nicht gezeigten Motors befestigt ist. Der Mantel 37 ist mit einer Öffnung 42 versehen, durch welche das Einsatzstück 36 hindurchragt, und ein Ring 43 dichtet die Öffnung 42 gegen den durch sie hindurchführenden Trockengaskanal ab. Demzufolge ist zwischen dem Mantel 37 und der Dichtungsanordnung ein Isolierraum vorgesehen, welcher mit Trockengas, das durch die Dichtungskonstruktion bei verhältnismäßig niedrigem Druck, z. B. in der Größenordnung von 0,7 kg/cm2, gepumpt wird, gefüllt ist. Ein Entweichen von Trockengas aus dem Isolierraum ist durch eine Wellenspaltdichtung 44 und durch das Lager 3 möglich, was außerdem die Freihaltung des Lagers von Eisablagerungen unterstützt.

Claims

Patentansprüche: 1. Gleitringdichtung zum Abdichten einer Wellendurchführung gegen ein Medium mit extrem niedriger Temperatur, z. B. -165° C, deren Gleitring mittels eines Balges gegenüber dem Maschinengehäuse axial verschieblich abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise auf der dem abzudichtenden Medium abgewandten Seite der Gleitringdichtung ein Sperraum vorgesehen ist, dem ein Trockengas zugeführt wird.
2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung für das Trockengas versehenen Sperraum eine an sich bekannte Führungsbuchse (27) für das Trockengas vorgesehen ist, die in den Balg (33) der Gleitringdichtung eingreift, axial bis in den Bereich der Gleitflächen (15) geführt ist und die Welle (1) mit Abstand umgibt.
3. Gleitringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (35) und die Auslaßöffnung (35') für das Trockengas derart angeordnet sind, daß das Gas zwischen dem Balg (33) und der Führungsbuchse (27) zugeleitet und nach Umströmen des den Gleitflächen (15) zugewandten Endes der Buchse zwischen letzterer und der Welle (1) aus dem Sperraum austritt.
4. Gleitringdichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, da.ß der Gleitring (17) auf der Buchse (27) in an sich bekannter Weise axial verschiebbar zentriert geführt ist und Durchbrüche (31) im Führungsbereich des Gleitringes vorgehen sind, die den Durchtritt des Trockengases zulassen. .
5. Gleitningdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperraum in einer Isolierkammer angeordnet ist, in die das Trockengas nach dem Verlassen :des Sperraumes einfließt und die gegenüber der Außenluft durch eine Wellenspaltdichtung (4) abgeschlossen ist.
6. Gleitringdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkammer durch einen am die Gleitringdichtung aufnehmenden Maschinengehäuse (4) befestigten Mantel (37) und einen ein Lager (3) aufnehmenden Abschlußflansch (2) gebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 858 261, 733 939, 913 375, 946 743; deutsche Auslegeschrift Nr. 1073 261; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1756 097; deutsche Auslegeschrift F14624XII/47f (bekanntgemacht am 23. 2. 1956); französische Patentschrift Nr. 938 068; britische Patentschriften Nr. 810 088, 857 943.