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Stopfbüchse zur Abdichtung gegen gasförmige Medien Die Erfindung betrifft
eine Stopfbüchse zur Abdichtung gegen gasförmige Medien mit einer Anzahl von in
axial hintereinander angeordneten Kammern vorgesehenen, gegebenenfalls geteilten
und mit Deck-und/oder Stützringen versehenen Dichtringen, deren Dichtflächen durch
den jeweiligen Differenzdruck zwischen den Kammern gegen die Stange bzw. Welle und
eine Kammerseitenwand gedrückt werden, wobei die Kammern durch Drosselkanäle miteinander
verbunden sind, die einen gleichbleibenden Druckabbau von Kammer zu Kammer gewährleisten
sollen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Stopfbüchse für Kolbenstangen
von Trockenlaufverdichtern. Da die bei in einer Stopfbüchse hintereinandergeschalteten
gleichartigen Dichtringen nach bekannter Bauart an den Dichtflächen entlang strömende
Leckgasmenge bei der entstehenden Entspannung in ihrem Volumen zunimmt und demgemäß
bei gleichem Spaltquerschnitt von Ring zu Ring einen ständig erhöhten Durchflußwiderstand
erfährt, wird der Druck entlang der Stopfbüchse ungleichmäßig abgebaut, wobei der
in Richtung des zu erzeugenden Druckabfalls erste Dichtring den geringsten Druckabfall
und der letzte Dichtring den größten Druckabfall erzeugt.
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Da die auf den einzelnen Dichtring wirkende Druckdifferenz die Anpressung
seiner Dichtfläche an die Gleitfläche der abzudichtenden Kolbenstange oder Welle
bestimmt, unterliegen diese Dichtringe einem unterschiedlichen Abrieb, der an dem
in Richtung des zu erzeugenden Druckabfalls letzten Ring am größten ist. Auch die
Betriebstemperaturen der verschiedenen Dichtringe sind dabei unterschiedlich, so
daß örtlich Überhitzungen, insbesondere an den letzten Dichtringen, auftreten können.
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Um eine gleichmäßigere Druckverteilung an der Stopfbüchse zu erzielen,
ist es bekannt, verschiedene Kammern längs der Stopfbüchse mittels Gasleitungen
an verschiedene Druckstufen eines vielstufigen Verdichters anzuschließen. Diese
Lösung ist jedoch. bei einer Stopfbüchse an einem einstufigen Hochdruck-oder Nachschaltverdichter
nicht möglich.
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Um die Dichtringe einer solchen Stopfbüchse wenigstens annähernd gleichmäßig
zu belasten, damit sie zumindest annähernd einem gleichmäßigen Verschleiß unterliegen,
ist eine Anordnung bekanntgeworden, bei der die Dichtringe in axial hintereinander
angeordneten Kammern untergebracht sind und die Kammern durch Drosselkanäle miteinander
verbunden sind, die einen gleichbleibenden Druckabbau von Kammer zu Kammer gewährleisten
sollen.
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Als Dichtringe für derartige Stopfbüchsen sind tangential geteilte,
aus verschiedenen Segmenten bestehende Dichtringe bekanntgeworden. Diesen können
in bekannter Weise in Richtung des erzeugten Druckabfalls radial geteilte, aus mehreren
Segmenten bestehende Deckringe vorgelagert sein. Dabei gibt es bekannte Vorrichtungen,
welche die Deck- und Dichtringe in einer solchen Lage halten, daß die Segmente der
Deckringe die tangentialen Teilfugen der Dichtringe überdecken. Um die Dichtringe,
deren Werkstoff mit RÜCkAicht auf die Gleiteigenschaften und weniger auf die Formbeständigkeit
auszuwählen ist, gut zu lagern und ihre Reibungswärme gut abzuführen, können bekannterweise
in Richtung des erzeugten Druckabfalls nach den Dichtringen Stützringe angeordnet
sein, bei denen der Durchmesser der inneren Bohrung größer als der Durchmesser des
abzudichtenden Körpers ist. Um auch die Stützringe gut einbauen zu können, ist es
vorteilhaft, diese radial zu teilen, wobei sich die dabei entstehenden Segmente
entlang den Teilfugen berühren. Die geteilten Deckringe, Dichtringe und Stützringe
können durch ihren Umfang umschließende Schraubenfedern zusammengehalten sein.
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Ferner sind zur Entlastung der Dichtfläche von Dichtringen an der
dem Überdruck zugewandten Breitseite derselben angeordnete Radialnuten bekannt,
durch die sich der Druck zwischen Außenseite und Dichtfläche ausgleichen kann.
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Schließlich ist eine Stopfbüchse mit einer Anzahl von Dichtringen
bekanntgeworden, bei der diesen Dichtringen Drosselringe mit radialer Teilung und
dichtem Stoß in Richtung des zu erzeugenden Druckabfalls vorangesetzt sind. Da die
Spaltquerschnitte
dieser Drosselringe zwischen Dichtfläche und Gleitfläche
vergleichsweise groß sind; können die im Leckgasstrom erzeugbaren Druckdifferenzen
nur vergleichsweise klein sein, wobei jedoch die Leckgasmenge, bezogen auf den Normalzustand,
groß ist.
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Erfindungsgemäß soll bei Stopfbüchsen der eingangs beschriebenen Art
nunmehr in Richtung des zu erzeugenden Druckabfalls hinter den Kammern mit Dichtringen
mindestens eine Kammer mit an sich bekannten, berührungsfrei gegenüber der Stange
oder Welle ausgebildeten Ringen vorgesehen sein, deren Ringspalt als die die benachbarte
Kammer verbindende Drosselstelle dient, und die Drosselkanäle sollen mit fortschreitendem
Druckabfall größere Querschnitte aufweisen.
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Mit dem Vorschlag; die Drosselringe den Dichtringen nachzuordnen,
kann ein größerer Druckabfall im Leckgas -erzielt: werden als bei der bisherigen
Ausführung, weil sich das Leckgas beim Durchtritt durch die Drosselstellen in den
Kammern mit Dichtringen bereits weitgehend entspannt und sein Volumen wesentlich
vergrößert -hat. -Wegen--dieser Volumenvergrößerung der Leckgasmenge und der angestrebten
Vergleichmäßigung des Druckabfalls wird zusätzlich vorgeschlagen, daß in Verbindung.
mit der Anordnung nach dem vorstehenden Vorschlag die in Richtung fallenden- Druckes
aufeinanderfolgenden Dichtringe Drosselkanäle mit zunehmendem Querschnitt oder jeweils
eine zunehmende Anzahl von Drosselkanälen aufweisen.
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Der Fortschritt- -der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich insbesondere
dadurch, däß bei dieser gegenüber Stöpfbüchsdichtürigen mit in Kammern angeordneten
berührungsfreien Ringen bei gleicher Zahl von Ringen und gleich großen abzubauenden
Druckdifferenzen geringere, durch die Leckgasmenge verursachte Verluste eintreten
und gegenüber Stopfbüchsdichtungen mit sich berührenden Ringen, bei denen gegebenenfalls
auch eine Druckabstufung durch Drosselbohrungen zwischen den Kammern vorgesehen
sein kann, dadurch, daß durch die nachgeschalteten berührungsfreien Dichtringe in
bekannter Weise große Druckdifferenzen abgebaut werden können, ohne das ein Verschleiß
dieser Ringe zu befürchten ist, wodurch sich bei insgesamt gleicher Ringzahl die
Möglichkeit ergibt, die Berührungsdichtungsringe mit geringeren Druckdifferenzen
zu belasten und dadurch. -den Verschleiß dieser Ringe zu verringern.
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Als bevorzugte Dichtringe für die erfindungsgemäße Anordnung.--werden
solche vorgeschlagen, bei denen in an sich bekannter Weise in den Dichtflächen Taschen
angeordnet sind, die zum Zweck der radialen Entlastung der Ringe über radiale Bohrungen
mit dem zugeordneten Kammerraum in Verbindung stehen. Bei einer besonders zweckmäßigen
Ausbildungsform können diese Taschen mit zur Seite niederen Druckes führenden Längsnuten
versehen sein, wobei letztere:in_ Verbindung mit den radialen Bohrungen die die
:benachbarten Kammern verbindenden Drosselkanäle darstellen. Axiahmten, die, wie
an sich bekanntgeworden,' von den Taschen in den Dichtflächen zum Raum höheren Druckes
hin verlaufen, stellen lediglich einen wahlweisen Ersatz für die genannten Radialbohrungen
dar. Somit können sie in dem Kanalsystem gemäß des Vorschlages nicht als Drosselkanäle
zwischen den beiden benachbarten Kammern dienen. Die vorliegende Erfindung ist durch
die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Dabei stellt
F i g.1 den Schnitt durch eine Stopfbüchse dar; F i g. 2 zeigt die Draufsicht auf
einen Dichtring und F i g. 3 die Ansicht auf eines seiner Segmente in Richtung auf
die Dichtfläche.
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F i g.1 zeigt die Hälfte des Längsschnittes durch eine Stopfbüchse
zur Abdichtung einer Kolbenstange 1 in einem Gehäuse 2, wobei die überdruckseite
3 des abzudichtenden gasförmigen Mediums in der Zeichnung oben liegt. An der Überdruckseite
befindet sich eine berührungslose Drosselstelle 4, z. B. eine Labyrinthdichtung.
In dem anschließend erweiterten Teil des Gehäuses 3 mit zylindrischer Innenbohrung
sind axial hintereinander eine Anzahl von Elementträgerringen 5, ein Elementträgerring
6, ein Kammerring 8 und ein Elementträgerring 7 angeordnet, die alle winkelförmigen
Querschnitt haben, wodurch eine Anzahl von axial hintereinander angeordneten Kammern
gebildet wird. Mittels eines Flansches 9 ist die zylindrische Innenbohrung abgeschlossen,
w_ odurch die Elementträgerringe in axialer Richtung aneinandergedrückt werden.
Durch das Winkelprofil der Elementträgerringe werden Kammern gebildet, wobei in
die durch die Elementträgerringe 5 gebildeten Kammern in Richtung des Druckabbaues
je ein Deckring 10, ein Dichtring 11 und - falls erforderlich - ein Stützring 12
angeordnet sind, während in der in Richtung des Druckabbaues folgenden vom Elementträgerring
6 gebildeten Kammer. zwei Drosselringe 13 angeordnet sind. Dem Flansch 9 benachbart
ist der Elementträgerring 7 angeordnet, in dessen Kammer zwei Ringe 14 eingesetzt
sind. Zwischen den Elementträgerringen 6 und 7 ist ein den Elementträgerringen gleicher
oder ähnlicher Ring 8 vorgesehen, dessen Kammer 17 ohne eingesetzte Ringe bleibt,
aber mittels der Bohrungen 15, 16 an eine nicht gezeichnete Rohrleitung abschließbar
ist, durch die Leckgas aus der Kammer 17 entfernt werden kann. Dies- ist von Bedeutung,
wenn das Leckgas wegen seiner Gefährlichkeit nicht nach außen dringen darf oder
wenn sein Verlust teuer oder unerwünscht ist. Da die Ringe 10,11,12,13 und
14 zumindest aus Gründen einer Montagevereinfachung geteilt ausgebildet sind,
sind ihre Segmente durch um ihren Umfang gelegte Schraubenfedern 18 zusammengehalten.
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F i g. 2 zeigt die Draufsicht eines Dichtringes 11 gemäß F i g.1,
der in etwa tangentialer Richtung in drei Segmente 21, 22, 23 unterteilt ist. Die
Segmente 21 und 23 zeigen zwei verschiedene Arten von in den Dichtflächen ausgesparten
Taschen 24 bzw. 25, die. zum Zweck der radialen Entlastung der Ringe an ihren Dichtflächen
über radiale Bohrungen 26 bzw. 27, 28, 29 mit dem Außenumfang der Segmente und damit
in eingebautem Zustand mit dem zugehörigen Kammerraum in Verbindung stehen.
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F i g. 3 zeigt die Ansicht eines Segmentes 21 gemäß F i g. 2 auf die
Dichtfläche mit der Tasche 24 und der. Bohrung 26 und auf zwei von der Tasche 24
zur Seite niederen Druckes 17 führende Längsnuten 31, 32; die in Verbindung mit
der radialen Bohrung 26 die die benachbarten Kammern verbindenden Drosselkanäle
darstellen, mit deren Hilfe bei entsprechender Dimensionierung der angestrebte Ausgleich
der Anpreßkräfte der Dichtringe an die Kolbenstange und damit des Abriebes der Dichtringe
untereinander
erzielbar ist. Dicht- und Drosselringe können aus
einem porösen Material bestehen, dessen Durchlässigkeit die Strömung in den Kanälen
teilweise oder ganz ersetzen kann.