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Verfahren zur berührungsfreien. Abdichtung von Wellen oder Stangen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur berührungsfreien Abdichtung von
Wellen oder Stangen mittels flüssiger Kohlensäure als Speirmedium.
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Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Ab-
dichtung von
Wellen bekannt, die als Dichtmittel feste, flüssige oder gasförmige Medien verwenden.-So
ist es bereits bekannt, zum Abdichten Blei und Paraffin zu verwenden, die als feste
Dichtmittel anzusehen sind und die beide bei stillstehender Welle in festem Aggregatzustand
Verwendung finden. Beirn Rotieren der Wellen schmelzen diese Stoffe und bilden im
Spalt eine flüssige Sperrschicht. Nach der USA.-Patentschrift 2 799 522 muß
die entstehende Reibungswärme in einem getrennten Kühlkreislauf abgeführt werden,
um das abdichtende Medium in den entsprechenden Aggregatzustand zu versetzen. Abgesehen
von der komplizierten Bauweise und dem unwirtschaftlichen Betrieb einer solchen
Anlage ist diese für das Abdichten höherer Drücke mit diesen Medien nicht möglich.
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Bei dem Dichtungsverfahren mit Hilfe flüssiger Dichtmittel werden
alle Flüssigkeiten, insbesondere Wasser und öl, verwendet. Bei diesen Verfahren
liegt der Nachteil darin, daß bei allen Spaltdichtungen aus konstruktiven Gründen
der Spalt nicht beliebig klein gehalten werden kann, so daß ein derartiges Dichtungsverfahren
zu größeren Sperrmittelverlusten führt.
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Bei der Verwendung gasförmiger Sperrmedien, wie Luft- und Wasserdampf,
sind die aus dem Kompressoren- und Dampfturbinenbau bekannten Verfahren vorwiegend
in Spaltdichtungen, insbesondere in Labyrintlidichtungen, eingesetzt. Auch hier
liegt der Nachteil in einer konstruktiv festgelegten Spaltweite, die nicht unterschritten
werden kann, so daß wiedertun größere Leckverluste die Folge sind. Außerdem haben
diese Spaltdichtungen auch bei Stillstand der Welle große Leckverluste.
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Dem erfindungsgemäßen Dichtungsverfahren liegt die Aufgabe zugrunde,
die bei den bekannten Dichtungsverfahren aufgetretenen Mängel zu vermeiden und eine
berührungsfreie Abdichtung von Wellen oder Stangen mit Hilfe flüssiger Kohlensäure
als Sperrmedium zu ermöglichen. Die Abdichtung wird durch eine Zustandsänderung
des Sperrmediums (von flüssig zu fest) erreicht ohne zusätzlichen konstruktiven
Aufwand zur Heranführung besonderer Medien zur Veränderung des Aggregatzustandes.
Da im wesentlichen kein Verschleiß auftritt, entfallen auch die bei den üblichen
Wellendichtungen erforderlichen periodischen Kontrollen und Reparaturen, die besonders
bei Dich ' Ongen in Reaktornähe notwendig sind. Außerdem ist die Dichtung
auch für Wellen mit einer gewissen Translation verwendbar.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren tritt ein verflüssigtes Gas, beispielsweise
C02, in eine g#altdichtung ein und entspannt sich im Spalt auf den Zwischendruck
P, der oberhalb des Tripelpunktes liegt. Eine Teilmenge des noch flüssigen C02 wird
mit Hilfe einer Pumpe auf den Anfangszustand gepumpt und erneut zum Dichten verwendet.
Die Restmenge des flüssigen CO2 erfährt eine weitere Entspannung in einer zweiten,
nachgeschalteten Spaltdichtung, wobei eine Änderung des Aggregatzustandes des Sperrmediums
in feste und gasförinige Bestandteile erzielt wird. Die festen, eisförmigen Anteile
verschließen den Spalt derart, daß nur noch eine minimale Leckage aus dem zweiten
Spalt nach außen dringt und so gegenüber einer Spaltdichtung, die nur mit reiner
Flüssigkeit als Sperrmedium arbeitet, eine erhöhte Dichtwirkung aufweist. Die Dichtwirkung
wird durch die Wahl des Zwischendruckes P, vor dem zweiten Spalt und durch die Wahl
der Spaltdichtungen beeinflußt. Das Verfahren ist prinzipiell auch ohne das Einstellen
eines Zwischendruckes P, anwendbar. Jedoch kann dem Spalt, in dem die festen Teilchen
zum Abdichten herangezogen werden, auf diese Weise eine definierte Lage gegeben
werden, während sonst die Änderung des Aggregatzustandes an einer von außen nicht
kontrollierbaren Stelle iin Spalt vor sich geht und für die Bestimmung der Leckage
keine eindeutig bestimmte Dichtlänge angenommen werden kann.
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Das Abdichtungsverfahren unterscheidet sich im wesentlichen von den
eingangs aufgeführten Spaltdichtungen mittels Sperrinittel dadurch, daß die Änderung
des Aggregatzustandes vom flüssigen Zustand
in den festen nicht
wie bei Blei oder Paraffin durch Entzug von Wärme erfolgt, sondern daß die Änderung
durch Entspannen eines verflüssigten Gases von einem höher-en auf einen niederen
Druck erfolgt. Dieses Verfahren ist sowohl bei stillstehender als auch bei rotierender
Welle anwendbar. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verengt sich der Spalt durch
die Bildung fester Teilchen selbsttätig im Betrieb, so daß der Vorteil gegenüber
der mit Flüssigkeiten gesperrten Dichtungen zu kleineren Leckagen führt. Ein besonderer
Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Welle im Stillstand sofort durch
»einfrieren« abgedichtet wird, ein Vorteil, der bei flüssigen und gasförmigen Sperrmedien
nicht erreicht wird.
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Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Dichtung ist beispielsweise
in der Zeichnung im Schnitt dargestellt.
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Es wird der Fall angenommen, daß der Wellenstumpf einer Arbeitsmaschine
vertikal in einen Kernreaktor hineinragt, welcher mit C02 als Wärmeträger unter
hohem überdruck arbeitet. Das Sperrniedium ist C02 und gelangt in flüssigem Zustand
unter dem Druck Pl bei 1 in die Kammer 2, in der es in an sich bekannter
Weise einen Flüssigkeitsring bildet, hervorgerufen durch die Fliehkraft an der Scheibe,
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die auf der Welle 4 befestigt ist. Der Druck P, ist gleich P., im Reaktor
5. Aus der Kammer 2 fließt das Kohlendioxyd über 6 zur Rückkühlung
ab, um schließlich bei 1 wieder zugeführt zu werden. In der Verdampfungskammer
7 wird das flüssige CO., das in geringen Mengen durch den Spalt 8,dringen
kann, verdampft. Die Verdampfungskammer wird zu diesem Zweck entweder beheizt oder,
falls die Umgebungstemperatur hoch ist, aus einem gut wärmeleitfähigen Werkstoff
hergestellt. Durch das Verdampfen des C02 entsteht ein Gaspolster, welches das Eintreten
von radioaktiven Gasen über das Labyrinth 9 verhindert. Damit ist #die Vorstufe
der Abdichtung zum Reaktor 5 geschaffen.
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In der Hauptstufe der Dichtung fließt das Sperrmedium aus der Kammer
2 in den ringförmigen Spalt 10 (vorgeschaltete Drosselstrecke), der zwischen
Welle 4 und Drosselkörper 11 gebildet ist, und entspannt sich darin auf einen
Zwischendruck P", bei dem das Sperrmedium noch flüssig ist. Aus der Kammer 12 wird
das teilentspannte CO , abgesaugt und dem Kreislauf bei 1 wieder zugeführt.
Ein Teil des flüssigen C02 entspannt sich in der zweiten Drosselstrecke
13 (Erstarrungsstrecke) auf den AtmosphärendruckP.. Dabeizist der Drosselkörper
11 so gehalten, daß er wenig Wärme zu speichern vermag, so daß sich die Flüssigkeit
ohne Wärmeaufnahme entspannt. Das hat zur Folge, daß in der Drosselstrecke
13 eine Eisschicht entsteht, wobei das Dichtmittel aus dem flüssigen in den
festen Aggregatzustand übergeht. Die Reibung zwischen Welle und Eisschicht bewirkt
die Bildung eines Flüssigkeitsfifines zwischen Welle und Drosselkörper, eo daß der
Drosselkörper auf der Welle »schwimmt« und keine Berührung zwischen metallischen
Teilen eintritt. Um ein Selbstzentrieren des Drosselkörpers zu erreichen, ist dieser
über eine Membran, einen Federbalg oder einen Manschettenring 14 elastisch gelagert,
wobei Achsschübe in Richtung des niedrigsten Druckes P, durch einen balligen Stützring
15 aufgenommen werden. Zur Abdichtung gegen die Kanimer 12 dient die Manschettendichtung
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