DE1450285B2 - Mechanical seal - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit einem umlaufenden und einem feststehenden Gleitring, wobei ein Gleitring gegen den anderen unverschiebbar angeordneten Geitring axial angepreßt ist und ein Gleitring in seiner Dichtfläche eine Ringnut aufweist, die mit dem Flüssigkeit enthaltenden Hochdruckraum über eine als Drossel ausgebildete, im Gleitring angeordnete Leitung in Verbindung steht.The invention relates to a mechanical seal with a rotating and a fixed sliding ring, one sliding ring being axially pressed against the other non-displaceably arranged sliding ring and a sliding ring has an annular groove in its sealing surface, which is connected to the liquid containing The high-pressure chamber is connected via a line designed as a throttle and arranged in the sliding ring.
Mit den bekannten Gleitringdichtungen, von denen die Erfindung ausgeht und bei denen die in der Gleitfläche angeordnete Ringnut über eine Drossel· bohrung mit dem '.Hochdruckraum in Verbindung ; steht, soll die Aufgabe gelöst werden, die Spaltbreite zwischen den Gleitringen selbsttätig zu regulieren, indem bei zu engem Dichtspalt über die Drosselbohrung ein stärkerer Druckanstieg in der Ringnut und damit eine Spaltvergrößerung und umgekehrt entsteht. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, die Drosselbohrung einstellbar zu machen, um die Größe des sich selbst einstellenden Spaltes zu verändern.With the known mechanical seals from which the invention is based and in which the in the The annular groove arranged on the sliding surface is connected to the high-pressure chamber via a throttle bore; stands, the task should be solved to automatically regulate the gap width between the sliding rings, in that if the sealing gap is too narrow, there is a greater pressure increase in the annular groove via the throttle bore and thus an enlargement of the gap and vice versa. In this context it is also known to make the throttle bore adjustable to the size of the self-adjusting gap change.
Für sehr hohe Drücke, beispielsweise in der Größenordnung von 100 atü und mehr, sind mehrstufige Gleitringdichtungen verwendet worden, bei denen jede Dichtung nur einen Teildruck abzudichten hat. Dabei ist jedoch der Bauaufwand sowie der Platzbedarf für den Einbau verhältnismäßig groß.For very high pressures, for example in the order of 100 atmospheres and more, there are multistage Mechanical seals have been used in which each seal only seals a partial pressure Has. However, the construction costs and the space required for installation are relatively large.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer bekannten Gleitringdichtung mit einer Ringnut, die lediglich über den Dichtungsspalt mit dem Hochdruck- und dem Niederdruckraum in Verbindung steht, die Abdichtung insbesondere für hohe Drücke zu ver^ bessern, indem der Druckabbau zwischen dem Hochdruckraum und der Ringnut sowie zwischen der Ringnut und dem Niederdruckraum gesteuert wird.In contrast, the invention is based on the object, proceeding from a known mechanical seal with an annular groove that is only connected to the high pressure and the Low pressure chamber is connected to ver ^ the seal especially for high pressures improve by reducing the pressure between the high pressure chamber and the annular groove as well as between the Annular groove and the low pressure chamber is controlled.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringnut über eine weitere als Drossel ausgebildete, ebenfalls im Gleitring angeordnete Leitung mit dem Niederdruckraum in Verbindung steht.This object is achieved according to the invention in that the annular groove is formed via a further throttle, Also arranged in the sliding ring line is in communication with the low-pressure chamber.
Durch Bemessung der beiden Drosseln läßt sich ein bestimmter Druck in der Ringnut einstellen, so daß der Druckabbau an der gesamten Gleitfläche zwischen dem Hochdruckraum und dem Niederdruckraum nicht mehr einen Verlauf hat, der von den verschiedensten Einflüssen abhängig ist und deshalb nicht geradlinig ist, wie man theoretisch annimmt, sondern daß der Druckgradient zwischen dem Hochdruckraum und der Ringnut sowie zwischen der Ringnut und dem Niederdruckraum jeweils einen Wert aufweist, der von dem durch die Drosseln vorgegebenen Druck in der Ringnut bestimmt ist. Damit läßt sich die tatsächliche Druckverlaufslinie besser einstellen bzw.,anpassen.By dimensioning the two throttles, a certain pressure can be set in the annular groove, see above that the pressure reduction on the entire sliding surface between the high pressure chamber and the low pressure chamber no longer has a course that is dependent on the most varied of influences and therefore is not straight, as one theoretically assumes, but that the pressure gradient between the high pressure chamber and the annular groove and between the annular groove and the low pressure chamber, respectively has a value which is determined by the pressure in the annular groove predetermined by the throttles. The actual pressure curve can thus be better set or adapted.
Zusätzlich hat man es in der Hand, die Druckverlaufslinie durch Wahl des Abstandes der Ringnut zum Außen- bzw. Innendurchmesser an der Gleitringdichtung zu beeinflussen.In addition, you have it in your hand, the pressure curve by choosing the distance between the ring groove and the outer or inner diameter of the mechanical seal to influence.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jede Drossel für gleiche Druckdifferenzen vorgesehen, wobei die Ringnut im radial mittleren Bereich der Dichtfläche liegt. Hierdurch ergibt sich eine bessere Anpassung des Druckverlaufs an die als theoretisch angenommene Gerade zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruckraum.In an advantageous embodiment of the invention, each throttle is provided for the same pressure differences, wherein the annular groove lies in the radially central area of the sealing surface. This results in a better adaptation of the pressure curve to the theoretically assumed straight line between the High pressure and the low pressure room.
Ferner kann in vorteilhafter Weise in der Flüssigkeitszuleitung zwischen dem Hochdruckraum und der Ringnut eine Kühlvorrichtung vorgesehen sein. Auch hierdurch wird die Lebensdauer der Gleitringe verlängert. Furthermore, in an advantageous manner in the liquid supply line between the high pressure chamber and the Annular groove a cooling device can be provided. This also extends the service life of the sliding rings.
Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt (An exemplary embodiment is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows (
F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Gleitringdichtung, F i g. 1 an axial section through a mechanical seal,
F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1 in vergrößertem Maßstab,F i g. 2 shows a section along line 2-2 in FIG. 1 on an enlarged scale,
F i g. 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2 durch die Gleitringe.F i g. 3 shows a partial section along the line 3-3 in FIG. 2 through the slip rings.
In der Zeichnung ist mit 1 eine Pumpe oder ein anderes Gehäuse bezeichnet, das eine Bohrung 2 für eine sich drehende Welle 3 aufweist. An der Außenfläche des Gehäuses 1 ist mittels Schrauben 4 ein ringförmiger Flansch 5 befestigt, der eine zentrale Bohrung 6 für einen Wellenabschnitt 7 verringerten Durchmessers aufweist.In the drawing, 1 designates a pump or other housing that has a bore 2 for has a rotating shaft 3. A screw 4 is provided on the outer surface of the housing 1 annular flange 5 attached, which reduced a central bore 6 for a shaft section 7 Has diameter.
An der Welle 3 ist ein umlaufender Gleitring 8 befestigt, dessen Ende 10 eine verhältnismäßig breite radiale Dichtfläche 9 aufweist.A rotating slide ring 8 is attached to the shaft 3, the end 10 of which is relatively wide having radial sealing surface 9.
Durch eine Bohrung 12 im Längsteil 11 des Gleitringes 8 ist ein ringförmiger Raum geschaffen, in dem eine U-förmige Dichtung 13 angeordnet ist, die mit Hilfe eines keilförmigen Spannringes 15 und einer Feder 16 auf einen Sitz 14 und ferner gegen die Welle 3 und die innere Wand der Bohrung 12 gepreßt ist. Ein Ring 17 hat einen Schulterabschnitt 17', der auf einem Ansatz 18 der Welle 3 sitzt.Through a bore 12 in the longitudinal part 11 of the sliding ring 8, an annular space is created in which a U-shaped seal 13 is arranged, which with the help of a wedge-shaped clamping ring 15 and a spring 16 is pressed onto a seat 14 and further against the shaft 3 and the inner wall of the bore 12 is. A ring 17 has a shoulder section 17 ′ which sits on a shoulder 18 of the shaft 3.
Der Gleitring 8 besitzt axial gerichtete Mitnehmeransätze 8 a, die außerhalb des Spannringes 15 liegen und in Schlitze 15 α einer äußeren Hülse 15 b greifen. Von dem Ansatz 18 der Welle 3 erstrecken sich axial Schlitze 19, in die die Köpfe 20 von Mitnehmerbolzen 21 greifen; diese Bolzen führen radial durch Öffnungen 22 in dem Ring 17 und greifen in die vorgenannten Längsschlitze 15 α der äußeren Hülse 15 b, so daß der Gleitring 8 mit Welle 3 über die Mitnehmeransätze 8 a, die Hülse 15 b und die Mitnehmerbolzen 21 drehfest, jedoch axial frei beweglich verbunden ist. Diese Bauweise ist bekannt.The sliding ring 8 has axially directed driver lugs 8 a, which are outside of the clamping ring 15 and engage in slots 15 α of an outer sleeve 15 b. From the extension 18 of the shaft 3, slots 19 extend axially, into which the heads 20 of driving pins 21 engage; these bolts lead radially through openings 22 in the ring 17 and engage in the aforementioned longitudinal slots 15 α of the outer sleeve 15 b, so that the sliding ring 8 with shaft 3 via the driver lugs 8 a, the sleeve 15 b and the driver pins 21 rotatably, however is axially freely movable. This construction is known.
Ein feststehender Gleitring 24 ist in der Bohrung 6 des Flansches 5 angeordnet. In einer Ringnut am äußeren Umfang des Gleitringes 24 ist ein O-Dichtring 26 eingelegt, der sich gegen die Innenwandung einer Bohrung 25 des Flansches 5 legt. Der Flansch 5 besitzt ferner eine Bohrung 27 geringeren Durchmessers, die einen ringförmigen Sitz für einen zweiten O-Dichtring 28 bildet, der einen Axialabschnitt 29 verringerten Durchmessers des Gleitringes 24 umgibt. Die Dichtringe 26 und 28 verhindern, daß unter Druck stehende Flüssigkeit aus der Bohrung 2 des Gehäuses zwischen dem Gleitring 24 und dem Flansch 5 ausfließt.A stationary sliding ring 24 is arranged in the bore 6 of the flange 5. In an annular groove on the outer circumference of the sliding ring 24 an O-sealing ring 26 is inserted, which is against the inner wall a bore 25 of the flange 5 sets. The flange 5 also has a bore 27 of smaller diameter, which forms an annular seat for a second O-sealing ring 28, which has an axial section 29 reduced diameter of the slip ring 24 surrounds. The sealing rings 26 and 28 prevent that under Pressurized liquid from the bore 2 of the housing between the sliding ring 24 and the Flange 5 flows out.
Zwischen der radial äußeren Dichtfläche 30 und der radial inneren Dichtfläche 31, an denen der Druckabbau erfolgt, ist eine Ringnut 32 angeordnet, in die Flüssigkeit mit einem bestimmten Zwischendruck geleitet wird, so daß der Druckgradient zwischen dem Hochdruckraum und der Ringnut 32 sowie zwischen dieser-und dem Niederdruckraum einstellbar ist.Between the radially outer sealing surface 30 and the radially inner sealing surface 31, on which the If the pressure is reduced, an annular groove 32 is arranged in the liquid at a certain intermediate pressure is passed, so that the pressure gradient between the high pressure chamber and the annular groove 32 as well can be set between this and the low-pressure chamber.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführung ist der Gleitring 24 mit einer Einlaßleitung 33 und einer Auslaßleitung 34 versehen, die zwischen den Dichtringen 26, 28 mit im Flansch 5 ausgebildeten Anschlüssen 35 bzw. 36 in Verbindung stehen.In the embodiment shown in the drawing, the sliding ring 24 is provided with an inlet line 33 and an outlet line 34 is provided which is formed between the sealing rings 26, 28 with in the flange 5 Connections 35 and 36 are in communication.
Vom Hochdruckraum gelangt Flüssigkeit durch einen Anschluß 37 im Flansch 5 und eine Leitung 38Liquid passes from the high pressure chamber through a connection 37 in flange 5 and a line 38
in eine Drossel, wobei die Leitung 38 vorzugsweise als Rohrschlange ausgebildet ist und somit als Drossel dient, und von dieser über den Anschluß 35 in die Ringnut 32.in a throttle, wherein the line 38 is preferably designed as a coil and thus as Throttle is used, and from this via the connection 35 into the annular groove 32.
Andererseits ist die Ringnut 32 über den Anschluß 36 und eine Leitung 39, in der eine Drossel angeordnet ist, mit Atmosphäre verbunden. Die Leitung 39 ist ebenfalls vorzugsweise als Rohrschlange aus- : gebildet und dient als Drossel. Die Ausflußgeschwindigkeit soll möglichst gering sein, beispielsweise in der Größenordnung von einigen Tropfen/Minute. Von der Ringnut 32 aus betrachtet, wirkt die Leitung 39 als Druckstaueinrichtung und die Leitung 38 als Druckmindereinrichtung.On the other hand, the annular groove 32 is arranged via the connection 36 and a line 39 in which a throttle is connected with atmosphere. The line 39 is also preferably designed as a pipe coil. : formed and serves as a throttle. The outflow velocity should be as low as possible, for example in of the order of a few drops / minute. Viewed from the annular groove 32, the line acts 39 as a pressure retaining device and the line 38 as a pressure reducing device.
Die Leitung 38 kann durch einen Wärmetauschermantel 40 geführt werden, um die hindurchfließende Flüssigkeit in den Fällen zu kühlen, wo hohe Temperaturen ein zusätzliches Problem darstellen. Ist beispielsweise der Hochdruck 210 atü, so wird in der Leitung 38 und der Drossel der Druck der Flüssigkeit in der Ringnut 32 auf etwa 105 atü herabgesetzt. Damit besteht ein Druckabfall über beide Dichtflächen 30, 31 von jeweils 105 atü, d. h. von 210 auf 105 atü, längs der Dichtfläche 30 und von 105 atü auf Atmosphärendruck längs der Dichtfläche 31.The line 38 can be passed through a heat exchanger jacket 40 to the flowing through Cooling liquid in cases where high temperatures are an additional problem. is For example, the high pressure 210 atü, the pressure of the liquid is in the line 38 and the throttle reduced in the annular groove 32 to about 105 atmospheres. There is thus a pressure drop across both sealing surfaces 30, 31 of 105 atü each, i.e. H. from 210 to 105 atmospheres along the sealing surface 30 and from 105 atmospheres to atmospheric pressure along the sealing surface 31.
Im Sinne der Erfindung wird die Ringnut 32 vorzugsweise so in dem Gleitring 24 angeordnet, daß die Dichtflächen 30 und 31 die gleiche Fläche aufweisen, so daß sich die Ringnut 32 in einem radialen Bereich zwischen den Dichtflächen 30 und 31 befindet, in dem normalerweise zu erwarten wäre, daß sich dort der Mittelwert des Druckgradienten längs der Dichtflächen der Gleitringe 8 und 24 befindet. Durch Einstellung eines Mitteldruckes wird tatsächlich erreicht, daß ein gleich großer Druckabbau von jeder der beiden radial ineinanderliegenden Teildichtflächen erzielt wird.According to the invention, the annular groove 32 is preferably arranged in the sliding ring 24 that the sealing surfaces 30 and 31 have the same area, so that the annular groove 32 in a radial Area between the sealing surfaces 30 and 31 is located in which would normally be expected that the mean value of the pressure gradient along the sealing surfaces of the sliding rings 8 and 24 is located there. By setting a medium pressure it is actually achieved that an equally large pressure reduction of each of the two radially nested partial sealing surfaces is achieved.
Ferner kann der starken Abnutzung und damit der geringen Lebensdauer derjenigen Teile der Gleitflächen entgegengewirkt werden, die auf der Seite des Hochdruckraumes liegen, wenn die abzudichtenden Drücke sehr hoch sind. Zu diesem Zweck wählt man den Druck in der Ringnut so, daß sich zwischen dem Hochdruckraum und der Ringnut ein größerer Druckgradient als zwischen der Ringnut und dem Niederdruckraum einstellt. Dadurch ergibt sich ein verbesserter Durchfluß der Flüssigkeit längs der Gleitfläche, so daß die Schmierung verbessert und die Reibung vermindert wird. Andererseits kann der Druck in der Ringnut auch im Verhältnis höher gewählt werden.Furthermore, the heavy wear and thus the short service life of those parts of the sliding surfaces be counteracted, which are on the side of the high pressure chamber when the to be sealed Pressures are very high. For this purpose one chooses the pressure in the ring groove so that between the high pressure chamber and the annular groove a greater pressure gradient than between the annular groove and the Adjusts the low pressure chamber. This results in an improved flow of the liquid along the Sliding surface, so that lubrication is improved and friction is reduced. On the other hand, the Pressure in the ring groove can also be selected to be proportionally higher.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Zweistufendichtung dargestellt, aber es ist selbstverständlich, daß zusätzliche Stufen angeordnet werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, so daß sogar noch höhere Drücke wirkungsvoll abgedichtet werden können. Die obenstehende Bezugnahme auf bestimmte Drücke ist ebenfalls nur als zur Veranschaulichung gegebenes Beispiel zu verstehen.In the drawing, a two-stage seal is shown as an exemplary embodiment, but it goes without saying that that additional stages can be arranged without falling within the scope of the invention leave so that even higher pressures can be effectively sealed. The above Reference to certain pressures is also given for illustrative purposes only Understand example.
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