DE1208574B - Fliehkraftentlastete Dichtung fuer eine Welle - Google Patents

Fliehkraftentlastete Dichtung fuer eine Welle

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Publication number
DE1208574B
DE1208574B DEG29492A DEG0029492A DE1208574B DE 1208574 B DE1208574 B DE 1208574B DE G29492 A DEG29492 A DE G29492A DE G0029492 A DEG0029492 A DE G0029492A DE 1208574 B DE1208574 B DE 1208574B
Authority
DE
Germany
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sealing ring
shaft
centrifugal
seal
sealing
Prior art date
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Pending
Application number
DEG29492A
Other languages
English (en)
Inventor
Clarence Lockwood Hamm
William Widlansky
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE1208574B publication Critical patent/DE1208574B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/54Other sealings for rotating shafts

Description

  • Fliehkraftentlastete Dichtung für eine Welle Die Erfindung bezieht sich auf eine fliehkraftentlastete Dichtung für eine Welle, die sich innerhalb eines konzentrischen Zylinders dreht, mit einem spreizbaren Dichtungsring, der gleitend gegen die innere Oberfläche des Zylinders anliegt und der von auf die Fliehkraft ansprechenden Einrichtungen getragen ist, die sich mit der Welle drehen, wobei diese Einrichtungen der Einwirkung der Fliehkraft auf den Umfangsdichtungsdruck, der durch den umlaufenden Dichtungsring auf den Zylinder ausgeübt wird, ent-#yegetiwirken.
  • Wenn eine solche Dichtung bei Anlagen verwendet wird. die über einen weiteren Drehzahlbereich betrieben werden, können die hohen, den Dichtring gegen seine Gegendichtfläche pressenden Fliehkräfte, die sich im oberen Teil des Betriebsdrehzahlbereiches ausbilden. ztt einer raschen Abnutzung und infolge der Radlängsräume sogar zum Fressen des Dichtun`Ysrinbes führen. Wenn der Dichtungsring mit Untergröße ausgeführt ist, so daß bei hohen Drehzahlen gerade die richtige Dichtungswirkung gewährleistet wird, dann können die Dichtungsdrücke bei niedrigen Drehzahlen für eine einwandfreie Dichtungswirkung zu niedrig sein.
  • Es ist bereits eine Fliehkraftentlastung von Dichtungen, die keine ringförmigen Dichtungen sind, sondern geradlinig verlaufende Dichtungen, die sich in Richtung der Drehachse und parallel zur Drehachse erstrecken, bekannt. Diese besteht aus einem Doppelhebel, dessen eine Seite ein Fliehkraftgewicht aufweist und dessen andere Seite die Dichtung von der Fliehkraft entlastet. Diese bekannten Fliehkraftentlastungen können nicht ohne weiteres bei RingdichtUngen für Wellen verwendet worden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, speziell für Ringdichtungen eine Fliehkraftentlastung zu schai`fcn.
  • Erfindungsgemäß ist der spreizbare Dichtungsring an den unbeschwerten Enden von axial sich erstreckenden Gewichtshebeln getragen, die zwischen ihren Enden in axial sich erstreckenden Öffnungen schwenkbar gelagert sind, die in einem Flansch sind, der sich mit der Welle dreht, und Halterungsri!igo sind an der Welle vorgesehen, die die Gewichtshebel bzw. den spreizbaren Dichtungsrin- innerhalb der Flanschöffnungen halten.
  • Schutz wird nur für die Gesamtheit der im Anspruch gekennzeichneten Merkmale begehrt.
  • In den Figuren der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i a. 7. eine Ansicht der Dichtung, teilweise im Scannt, F i g. 2 eine Schnittansicht der Dichtung, F i g. 3 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Hebels, F i g. 4. eine zweite Ausführungsform der Dichtung mit zwei axial hintereinander angeordneten Dichtungsringen und F i g. S eine vergrößerte Darstellung des querverlaufenden, in Form einer Stufe abgesetzten Schnittes im Dichtungsring.
  • In F i g. 1 sind zwei konzentrische Hohlwellen 10 und 12 dargestellt. Bei der Verwendung der Dichtung nach der Erfindung wird vorteilhafterweise eine Abflußeinrichtung für das in der Achsrichtung fließende Schmiermittel vorgesehen. Das öl wird durch Öffnungen 13 in einem Zylinder oder einer Laufhülse 14 geführt, die an der inneren Mantelfläche der äußeren Welle befestigt ist. Diese Laufhülse ist vorzugsweise bei 14 a zur Gewichtseinsparung und zur Verbesserung der Kühlung ausgespart. Der ausgesparte Teil steht mit einer Anzahl von ölausflußöffnungen 15 in der Wand der äußeren Hohlwelle 12 in Verbindung.
  • Am äußeren Umfang der Innenwelle 10 ist ein Zylinder 16 befestigt, der als Träger oder Käfig zum 'fragen der wirksamen Teile der Dichtung dient. Der vordere und der hintere Abschnitt des Käfigs 16 sind mit in Umfangsrichtung verlaufenden Sitzen 18-18 versehen. Zwischen diesen befindet sich ein Mittelabschnitt 22, der einett Bund oder Flansch 24 trägt. Dieser Flansch hat einen wesentlich größeren Durchmesser als die übrigen Teile des Käfigs und ist mit einer Anzahl von axialen Durchgangsöffnungen 26 versehen, die bei 28 und 29 konisch angesenkt sind. Diese Öffnungen sind zur Aufnahme von Gewichtshebeln bestimmt. .
  • Eine Ausführungsform eines Gewichtshebels ist in F i g. 3 dargestellt. Dieser Gewichtshebel ist ein zylindrischer Zapfen 30 mit einem verbreiterten Endabschnitt 32 und einem in Achsrichtung verlaufenden Halsteil 34. Etwa in der Mitte dieses Halsteils befindet sich ein Bund 36, der einen halbkreisförmigen Querschnitt haben kann und der beim Einsetzen des Hebels in eine der Öffnungen 26 im Flansch des Käfigs ein Schwenklager für den Hebel bildet. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Öffnung so gewählt, daß zwischen der Leitung der Öffnung und dem Umfang des Bundes 36 eine punktweise Berührung auftritt, so daß eine Schwenkung erleichtert wird. Wenn der das Auflager bildende Bund einen halbkreisförmigen Querschnitt hat, können die öffnungen 26 etwas ausgespart sein, so daß diese jede nennenswerte Axialbewegung der Hebel nach Einschnappen in ihre Betriebsstellung verhindern. Am Ende des Halsabschnittes 34 befindet sich ein zweiter Bund 38, der eine Auflagefläche für den Dichtungsring bildet. Natürlich kann ein anders ausgebildeter Hebel an Stelle des Hebels 30 verwendet werden, z. B. ein am einen Ende gewichtsbelasteter Stab mit einem im Durchmesser verminderten Abschnitt zum Einsetzen in eine Öffnung 26. Zum Lagern des Stabes in schwenkbarer Weise könnte in dem im Durchmesser verminderten Abschnitt ein zur Achse querliegendes Loch vorgesehen sein, das zur Aufnahme eines in der Öffnung 26 gelagerten Schwenkzapfens dient.
  • Die Abdichtung wird durch die Verwendung eines an sich bekannten kreisförmigen, spreizbaren Dichtungsringes 40 erzielt. Dieser Dichtungsring, der aus einem ölbeständigen Lagermaterial hergestellt sein kann, wie Graphit oder Kohle, ist auf den mittleren Teil 22 des Käfigs aufgesetzt. Dieser Dichtungsring ist an der den verbreiterten Endabschnitten 32 der Hebel 30 gegenüberliegenden Seite des Flansches 24 angeordnet, also unmittelbar neben den Auflagerflächen 38. Die dem Flansch benachbarte radiale Stirnfläche des Dichtungsringes ist mit mehreren Blindlöchern 41 versehen, die zur Aufnahme der Bunde 38 dienen. Diese Blindlöcher erstrecken sich nur bis zu einem Teil der Dicke des Dichtungsringes in diesen hinein und sind so ausgebildet, daß der den Bund 38 unmittelbar umgebende Teil des Loches 41 einen nur geringfügig größeren Durchmesser hat als der Bund, so daß eine nur sehr geringe Schwenkbewegung der Hebel erforderlich ist, um die Fläche des Bundes mit der Lochleibung des Blindloches zur Berührung zu bringen. Jedes dieser Blindlöcher ist bei 42 erweitert, um die erforderliche Bewegungsfreiheit des Halsabschnittes 34 des Hebels zu gewährleisten.
  • Um den kreisförmigen, spreizbaren Dichtungsring 40 in seiner Lage auf dem Mittelabschnitt 22 des Käfigs zu halten, und um zu verhindern, daß die Hebel 30 aus den Öffnungen 26 herausgleiten, sind Halteeinrichtungen vorgesehen. Die in F i g. 1 gezeigten Halteeinrichtungen bestehen aus zwei Metallringen 44 und 46. Diese Ringe sind auf die Kantenabschnitte 18 des Dichtungskäfigs aufgesetzt und können an diesen in beliebiger geeigneter Weise, z. B. durch Preßsitz, gehalten werden.
  • Die einander zugeordneten Flächen 47 und 48 des Dichtungsringes bzw. des Halteringes 46 sind mit geringer Toleranz bearbeitet, so daß sie in einer Radialebene liegende Dichtungsflächen bilden. Dies ist erforderlich, da der Dichtungsring kreisförmig ist und Öl durch die Mitte des Dichtungsringes bei 49 zwischen der äußeren Fläche 47 des Dichtungsringes und dem Haltering 46 entweichen könnte. Um sicherzustellen, daß diese radiale Dichtungswirkung kontinuierlich ist, ist eine Anzahl von Blindlöchern 50 in der Stirnfläche des Flansches 24, gegenüber dem Dichtungsring, und zwar vorzugsweise eines zwischen je zwei Löchern 26, vorgesehen. Diese Blindlöcher sind zur Aufnahme von Federn 52 vorgesehen, die am Dichtungsring 40 angreifen und diesen dauernd mit dem Ring 46 in Berührung halten.
  • Im Betrieb bildet die Laufhülse 14 eine axial liegende Lagerfläche für die Umfangsfläche des Dichtungsringes bei 54, so daß zwischen dem Dichtungsring und einer bearbeiteten Fläche 55 an der Laufhülse eine Dichtungswirkung erzielt wird. Die Verwendung der Laufhülse ist nicht unbedingt erforderlich, und an der inneren Mantelfläche der Außenwelle könnte eine beliebige bearbeitete Lagerfläche zum Zusammenwirken mit dem Dichtungsring vorgesehen sein.
  • Es wird eine fliehkraftentlastete Dichtung für Wellen gebildet, bei der der gewünschte Dichtungsdruck bei allen Drehzahlen der Welle sowie beim Stillstand aufrechterhalten bleibt. Um eine Dichtungswirkung ohne Rücksicht auf die Drehzahl zu gewährleisten, soll der Dichtungsring 40 mit etwas größerem Durchmesser ausgeführt sein als die Innenfläche der äußeren Welle (bzw. der Laufhülse). Der Dichtungsring wird dann durch einen stufenförmig verlaufenden Schnitt in der Querrichtung geteilt, wie bei 58 gezeigt. Wie aus der vergrößerten Darstellung in F i g. 5 ersichtlich, bilden die querliegenden Teile 59 und 60 des stufenförmigen Schnittes je einen schmalen Spalt, so daß der Dichtungsring, der etwas elastisch ist, durch Zusammendrücken in das Innere der Welle einpaßbar ist. Die stufenförmige Ausbildung des Schnittes ist so beschaffen, daß sie ein Durchsickern von Öl mit Sicherheit verhindert.
  • Der etwas elastische Dichtungsring 40 ist bestrebt, im zusammengedrückten Zustand den ursprünglichen Durchmesser beizubehalten. Da nun der Dichtungsring einen etwas größeren Durchmesser hat, liegt dieser an der Laufhülse mit genügend großem Restdruck an, um ein Durchsickern von Öl zu verhindern. Wenn der Dichtungsring nicht für hohe Betriebsdrehzahlen bestimmt wäre und es im Betrieb keine Wärmedehnung bzw. Kontraktion gäbe, würde diese Ausbildung ausreichen. Unter den Betriebsbedingungen bei hohen Drehzahlen steigt jedoch der Druck der Umfangsfläche des Dichtungsringes gegen die äußere Welle an, und zwar in erster Linie infolge der hohen Fliehkräfte sowie auch wegen der durch die Reibungswärme erzeugten Wärmedehnung. Wenn nun keine Einrichtung vorgesehen ist, um diese Drucksteigerung auszugleichen, wird der Dichtungsring sich sehr rasch abnutzen und es kann sogar ein Fressen auftreten. Die Dichtung kann nun mit Hilfe der beschriebenen Anordnung der Hebel unter Ausnutzung der beim Betrieb der Welle mit hoher Drehzahl in der Dichtung auftretenden Fliehkraft selbsttätig entlastet oder selbstausgleichend gemacht werden. Mit anderen Worten, die verbreiterten Enden 32 der Hebel 30 haben mit zunehmender Fliehkraft das Bestreben, sich nach außen zu bewegen, da die Hebel um ihre Schwenkpunkte 36 frei schwenkbar sind. Dies hat eine Einwärtsschwenkung der anderen Hebelenden zur Folge. Diese Enden tragen die Bunde 38, die, da sie an den Wänden der Blindlöcher 41 anliegen, der Fliehkraft entgegenwirken, die bestrebt ist, die Spalte bei 59 und 60 zu vergrößern und den Dichtungsring auf einen größeren Durchmesser zu spreizen. Da die Schwenkbewegung der Hebel eine Funktion der Fliehkraft ist, ist der Ausgleich selbsttätig der Drehzahl angepaßt, und die gewünschte Dichtungswirkung ist bei allen Drehzahlen gewährleistet. Die rasche Abnutzung oder auch ein Fressen der Dichtung infolge von Wärmedehnung und hohen Fliehkräften wird verhindert. Wenn der Dichtungsring aus einer Scheibe aus Graphit, Kohle od. dgl. besteht, kann es erwünscht sein - obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist - irgendeine Versteifungseinrichtung, z. B. ein in der Scheibe eingebettetes, dünnes Metallband. vorzusehen.
  • F i g. :1 zeigt eine Dichtung für eine Welle mit zwei axial hintereinander angeordneten Dichtungsringen, die in der gleichen Weise arbeitet, wie die oben beschriebene Dichtung. Die Dichtung besteht, wie die i' ei F (lur zeigt, aus nem Käfi- 16', einer Anzahl von Hebeln 30', z«,-ei Ringen 44' und 46' und zwei Dichtungsringen 62' und 64'. Die Dichtungsringe sind beiderseits einer in der Mitte angcordneten Halteeinrichtung vorgesehen, die die Form einer Zwischenwand 65 haben kann und mit dem Käfig aus einem Stück besteht. Die beiden Dichtungsringe bilden mit der Trennwand radial liegende Dichtungsflächen 66 und 67. Die Flanschteile 22' bis 24' sind mit mehreren achsparallelen Blindlöchern und Schraubenfedern ausgestattet, welche bestrebt sind, die Dichtungsringe gegen die ein Widerlager bildende Trennwand anzudrücken.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Fliehkraftentlastete Dichtung für eine Welle, die sich innerhalb eines konzentrischen Zylinders dreht, mit einem spreizbaren Dichtungsring, der gleitend gegen die innere Oberfläche des Zylinders anliegt und der von auf die Fliehkraft ansprechenden Einrichtungen getragen ist, die sich mit der Welle drehen, wobei diese Einrichtungen der Einwirkung der Fliehkraft auf den Umfangsdichtungsdruck, der durch den umlaufenden Dichtungsring auf den Zylinder ausgeübt wird, entgegenwirken, dadurch gekennzeichn e t, daß der spreizbare Dichtungsring (40) von den unbeschwerten Enden (38) von axial sich erstreckenden Gewichtshebeln (30) getragen ist, die zwischen ihren Enden (bei 36) in axial sich erstreckenden Öffnungen (26) schwenkbar gelagert sind, die in einem Flansch (24) angeordnet sind, der sich mit der Welle (10) dreht, und daß Halterungsringe (44,46) an der Welle vorgesehen sind, die die Gewichtshebel bzw. den spreizbaren Dichtungsring innerhalb der Flanschöffnungen halten. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 812 754, 532 463; deutscLie Auslegeschrift Nr. 1012 310; USA: Patentschriften Nr. 2 866 655, 2 076 787, 2 352 2 36.
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