DE1453725B2 - Dichtungsanordnung zum abdichten des antriebsmotors eines aus antriebsmotor und pumpe bestehenden tauchfaehigen aggregats gegenueber einem das aggregat umgebenden stroemungsmittel - Google Patents

Description

schnitte des Dichtungsabschnittes bei verschiedenen Verhältnissen und entsprechenden Flüssigkeitsständen.

In F i g. 1 besitzt das in einem Bohrloch befindliche Aggregat einen elektrischen Motor 10, dessen oberes Ende an eine Dichtungsanordnung 11 angeschlossen ist. Das obere Ende der Dichtungsanordnung 11 ist an einer Pumpe 12 angeschlossen. Über eine durch die Dichtungsanordnung 11 geführte Welle 18 treibt der Motor 10 die Pumpe 12 an.

Die Dichtungsanordnung 11 besitzt ein rohrförmiges Gehäuse 13, dessen oberes Ende mit einer Dichtungskappe 14 und dessen unteres Ende mit einem Zwischenwandkörper 15 verbunden ist, wobei ein zweites Gehäuse 16 sich unterhalb des Zwischenwandkörpers 15 erstreckt und an ihm angeschlossen ist, während ein Kupplungsstück 17 an dem unteren Ende des zweiten Gehäuses 16 angebracht ist. Diese Teile sind axial ausgerichtet und durch entsprechende Mittel in abdichtender Beziehung verbunden, um die durch sie hindurchführende Welle 18 drehbar und dichtend zu lagern.

Ein Stützrohr 19, dessen Innendurchmesser größer ist als der Durchmesser der Welle 18, umgibt die Welle 18 und ist an seinem unteren Ende in dem Zwischenwandkörper 15 befestigt. An seinem oberen Ende wird das Stützrohr 19 von einem Befestigungsteil 20 gehalten, das im unteren Ende der Dichtungskappe 14 verankert ist. In dem Stützrohr 19 ist eine Vielzahl von buchsenartigen Lagern 21 befestigt, die die Welle 18 drehbar lagern. Weiterhin ist ein Kugellager 22 in der Dichtungskappe 14 angebracht.

Das zweite Gehäuse 16 besitzt ein Drucklager 23, das zwei Funktionen erfüllt, nämlich die Welle drehbar gegen axialen Druck zu lagern und die Schmier- und Kühlflüssigkeit an den Motor 10 und von diesem abzuführen.

In der Welle 18 sind seitliche Bohrungen 28 vorgesehen, die mit der axialen Bohrung 24 in Verbindung stehen, damit die Motorflüssigkeit durch einen Durchlaß 29 in dem Zwischenwandkörper 15 und einem ringförmigen Durchlaß 30 zwischen dem Stützrohr 19 und der Welle 18 nach oben oder unten steigen kann. Die buchsenartigen Lager 21 sind deshalb mit einer herkömmlichen Nut versehen. Das Befestigungsteil 20 hat Öffnungen 31, um den Austausch von Schmiermittel zwischen dem ringförmigen Durchlaß 30 und einer ringförmigen Schmiermittelkammer 32 zu ermöglichen. Die Schmiermittelkammer 32 steht somit in unmittelbarer Flüssigkeitsverbindung mit dem Motor 10 und gestattet eine Ausdehnung bei Erwärmung.

Ein offenes oberes Ende 33 der Dichtungskappe 14 steht in unmittelbarer Verbindung mit der Außenflüssigkeit. In der Dichtungskappe 14 ist eine Buchse 34 befestigt, die die Welle 18 umgibt, um das Eindringen von Fremdkörpern zu verhindern. In der Dichtungskappe 14 sind mehrere Ringdichtungen 35, 36 und 37 vorgesehen. Jede der Ringdichtungen 35, 36 und 37 besteht aus einem sich drehenden Dichtungskörper 38 mit einer radialen Dichtungsfläche 39, die auf der radialen Fläche eines feststehenden Dichtungskörpers 40 gleitet. Der sich drehende Dichtungskörper 38 der Ringdichtung 35 wird mittels einer zusammengedrückten Schraubenfeder 41, die sich auf einem auf der Welle 18 befestigten Sprengring 42 abstützt, elastisch gegen den feststehenden Dichtungskörper 40 gedrückt. Die Ringdichtungen 36 und 37 zeigen in entgegengesetzte axiale Richtungen und daher erstreckt sich eine einzelne, unter Vorspannung eingebaute Schraubenfeder 43 zwischen den sich drehenden Dichtungskörpern 38, um diese elastisch gegen die feststehenden Dichtungskörper 40 zu drücken. Der sich drehende Dichtungskörper 38 einer jeden Ringdichtung 35, 36 oder 37 schmiegt sich eng an die Welle 18 an und dreht sich mit ihr. Dadurch muß jede Flüssigkeit, die zwischen dem offenen

ίο oberen Ende 33 und der Schmiermittelkammer 32 strömt, zwischen den aneinander anliegenden radialen Flächen jedes Dichtungskörpers 38, 40 hindurch. Die Ringdichtungen 35,36 und 37 bilden drei getrennte Sperrkammern, die die Welle 18 innerhalb der Dichtungskappe 14 umgeben. Die Sperrkammer 44 ist oberhalb der Ringdichtung 35 angeordnet. Die Sperrkammer 45 ist zwischen den Ringdichtungen 35 und 36 und eine weitere Sperrkammer 46 zwischen den Ringdichtungen 36 und 37 vorgesehen. Die Schmiermittelkammer 32 steht in unmittelbarer Verbindung mit der Ringdichtung 37.

Eine Bohrung 47 in der Dichtungskappe 14 steht über einen Durchlaß 48 mit der Sperrkammer 45 in Verbindung. Eine Steigleitung 49 ist in die Dichtungskappe 14 aufgeschraubt und mit der Bohrung 47 verbunden. Die Steigleitung 49 führt in den unteren Abschnitt der Schmiermittelkammer 32. Ihr unteres Ende 50 mündet knapp über dem Zwischenwandkörper 15.

Eine Bohrung 51 in der Dichtungskappe 14 ist mit der Sperrkammer 46 verbunden (F i g. 3 bis 6). Eine weitere Steigleitung 52 ist daran angeschlossen. Das untere offene Ende 53 ist im wesentlichen in derselben Höhe wie das untere Ende 50 der Steigleitung 49 angeordnet.

Eine weitere Bohrung 54 ist mit der Sperrkammer 44 verbunden. Das untere offene Ende 56 der damit verbundenen Steigleitung 55 ist im unteren Abschnitt der Schmiermittelkammer 32 im wesentlichen in derselben Höhe wie die offenen Enden 50 und 53 der anderen Steigleitungen 49 und 52 angeordnet.

Es sei angenommen, daß die Schmiermittelkammer 32, der ringförmige Durchlaß 30, die Steigleitungen 49, 52 und 55 und die Sperrkammern 44, 45 und 46 mit Schmiermittel angefüllt sind. Da die Sperrkammer 44 mit der Außenflüssigkeit in Verbindung und daher unter deren Druck steht und da weiterhin die verschiedenen Bohrungen in der Dichtungskappe 14 über die Steigleitungen 49, 52 und 55 in Verbindung stehen, ist der Flüssigkeitsdruck auf jeder Seite von allen Ringdichtungen 35, 36 und 37 im wesentlichen gleich. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß trotz der Tatsache, daß der Flüssigkeitsdruck an jeder Seite einer derartigen Ringdichtung derselbe ist, bei einem Ausfall oder schlechten Arbeiten der Dichtung während der Drehung der Welle 18 ein Durchfluß von Flüssigkeit durch die Dichtung stattfindet. Obwohl die Gründe hierzu nicht völlig klar sind, ist die Flußrichtung immer dieselbe und kann vielleicht mit der Theorie erklärt werden, daß die Ringdichtung als Zentrifugalpumpe wirkt. Insbesondere mit Bezug auf die Ringdichtung 35 ist festgestellt worden, daß beim Versagen dieser Dichtung ein Fluß von der Sperrkammer 45 in die Sperrkammer 44 stattfindet. In gleicher Weise bildet sich bei einem Versagen der Ringdichtung 36 ein Flüssigkeitsstrom von der Sperrkammer 45 nach unten in die Sperrkammer 46 aus, da die Ringdichtung 36 umgekehrt zur Ringdichtung

35 eingebaut ist. Ähnlich findet ein Flüssigkeitsstrom beim Ausfall der Ringdichtung 37 von der Sperrkammer 32 nach oben in die Kammer 46 statt.

Über einen Durchlaß 60 in dem Zwischenwandkörper 15 wird in den Boden der Schmiermittelkammer 32 eine Trennflüssigkeit mit einem höheren spezifischen Gewicht als das zuvor eingefüllte Schmiermittel eingelassen. Durch die Einführung der Trennflüssigkeit wird ein Teil des Schmiermittels nach oben durch die Steigleitung 55 und die Bohrung

54 in die Sperrkammer 44 verdrängt und tritt aus dem offenen oberen Ende 33 der Dichtungskappe 14 aus. Die gewählte Trennflüssigkeit ist gegenüber der Motorflüssigkeit indifferent, das heißt unlöslich, und auf Grund des unterschiedlichen spezifischen Gewichts bildet sich ein Trennspiegel 61 zwischen der Trennflüssigkeit und dem Schmiermittel. Beim Einfüllen weiterer Trennflüssigkeit durch den Durchlaß 60 hebt sich der Trennspiegel 61 in der Schmiermittelkammer 32 an und verdrängt das Schmiermittel nach oben durch die Steigleitung 55, bis der Trennspiegel 61 das untere offene Ende 56 der Steigleitung

55 erreicht hat. Von jetzt an wird die Trennflüssigkeit nach oben durch die Steigleitung 55 gedrängt, und sigkeiten in dem Motor und der Dichtungsanorc 11 verursacht wird, veranlaßt nur ein Heber Senken des Trennspiegels 62 in der Steigleitui der Bohrung 54 und der Sperrkammer 44. E: daher keine Bohrlochflüssigkeit in die Schmierr kammer 32 ein, noch kann sie in Berührung mi' Schmiermittel kommen.

In F i g. 6 ist ein Betriebszustand gezeigt, be: die Ringdichtung 35 versagt oder schlecht art

ίο Wie zuvor beschrieben wurde, verläuft die Strö von der Sperrkammer 45 nach oben in die S kammer 44. Anfangs strömt das in der Steigle 49, der Bohrung 47, dem Durchlaß 48 und der S kammer 45 vorhandene Schmiermittel durch Ringdichtung 35 in die Sperrkammer 44 und mengt sich mit der Bohrlochflüssigkeit. Jedoch ringert dieses anfängliche Auslaufen das Ge;: volumen des Schmiermittels und der Trennflüssi in der Dichtungsanordnung 11. Der Trennspieg steigt daher in der Schmiermittelkammer 32 an Trennspiegel 62 fällt in der Bohrung 54 und Steigleitung 55 ab. Da der Trennspiegel 61 übe untere Ende 50 der Steigleitung 49 ansteigt, wir; durch nur Trennflüssigkeit in die Steigleitung 4S

die Menge des Schmiermittels in der Gehäusekammer 25 Bohrung 47 und den Durchlaß 48 ansteigen

32 bleibt konstant.

Es wird so lange Trennflüssigkeit eingefüllt, bis das Schmiermittel vollständig aus der Steigleitung 55, der Bohrung 54 und der Sperrkammer 44 verdrängt ist. Dieser Flüssigkeitsstand ist im wesentlichen in F i g. 3 gezeigt.

Ein Temperaturanstieg hat zur Folge, daß sich das Schmiermittel und die Trennflüssigkeit in der Dichtungsanordnung 11 ausdehnen. Dadurch gelangt Flüssigkeit nach oben durch die Steigleitung 55 und die Bohrung 54 in die Bohrlochflüssigkeit. Bis der Trennspiegel 61 unter das offene Ende 56 der Steigleitung 55 abfällt, wird eine Menge Trennflüssigkeit durch die Steigleitung 55 hochgedrängt. Daraufhin kann Schmiermittel in die Steigleitung 55 einströmen. Das Schmiermittel steigt auf Grund seines geringeren spezifischen Gewichts in Form von Tröpfchen oder eines feinen Stromes in der Steigleitung 55, der Bohrung 54 zur Sperrkammer 44 auf. Wenn die Motordurch die Ringdichtung 35 in Richtung der Pfei strömen. Da die Trennflüssigkeit ein größeres ε fisches Gewicht als die Bohrlochflüssigkeit hat, melt sie sich am Boden der Sperrkammer 44 an fließt durch die Bohrung 54 nach unten in die ί leitung 55. Ein fortwährendes Lecken der Ring tung 35 hat somit keinen Verlust von Schmierr und Trennflüssigkeit zur Folge, sondern nur ·: Umlauf.

Nach dem gleichen Prinzip fließt bei Ausfai; Ringdichtung 36 Flüssigkeit durch die Steigleitun die Bohrung 47 und den Durchlaß 48 in die S^r kammer 45 und dann durch die Ringdichtung Z die Sperrkammer 46. Von dort strömt sie durcr Bohrung 51 und die Steigleitung 52 wieder in Schmiermittelkammer 32 zurück. Diese umlauf Flüssigkeit kann entweder Trennflüssigkeit Schmiermittel sein, was von der jeweiligen Ste: des Trennspiegels 61 abhängt. In gleicher Weise

temperatur ihren maximalen Wert erreicht, hört das 45 ein Ausfall der Ringdichtung 37 zur Folge,

Aufsteigen von Schmiermittel nach oben durch die Steigleitung 55 auf, und der Trennspiegel 61 befindet sich auf der Höhe der offenen Enden 50, 53 und 56. Beim Abkühlen der Flüssigkeiten in dem Motor und der Dichtungsanordnung findet wieder eine Volumenverminderung statt. Wie insbesondere aus F i g. 5 ersichtlich ist, zieht sich durch diese Volumenverminderung die in der Sperrkammer 44, der Bohrung 54 und der Steigleitung 55 vorhandene Trennflüssigkeit zurück, und es folgt die Bohrlochflüssigkeit. Durch diese Verringerung des Flüssigkeitsvolumens steigt der Trennspiegel 61 in der Schmiermittelkammer 32 an. Ein zweiter Trennspiegel 62 wird in der Steigleitung 55 gebildet. Das Volumen der Steigleitung 55 ist verhältnismäßig groß, so daß bei der Volumenverringerung der Trennspiegel 62 nicht unter das offene Ende 56 sinken kann. Bei Wiedererwärmung und Volumenvergrößerung wird der Trennspiegel 62 in der Steigleitung und der Bohrung 54 wieder angehoben. Ein wiederholtes Ein- und Ausschalten des Motors 10, durch das ein Ausdehnen und Zusammenziehen der Flüs-Schmiermittel von der Schmiermittelkammer 32 oben in die Sperrkammer 46 gelangt und dann d die Bohrung 51 und die Steigleitung 52 wieder ii Schmiermittelkammer 32 zurückfließt. Der Ai: und folglich das Lecken von mehr als einer Ringdichtungen 35, 36 und 37 zur gleichen Zeil nur zur Folge, daß Flüssigkeit in einer der besc benen Richtungen umläuft.

Bei der beschriebenen Dichtungsanordnung das unvermeidliche Lecken einer Ringdichtung nen Gesamtverlust an Flüssigkeit in dem Motor der Dichtungsanordnung zur Folge, sondern be¹ einfach einen Umlauf dieser Flüssigkeit durch leckende Ringdichtung. Außerdem gelangt s während des Leckseins einer Ringdichtung Schmiermittel nicht mit der Außenflüssigkeit in running: Es wird somit ein schädliches Verme verhindert. Daher bedeutet der Ausfall einer Γ dichtung nicht eher den Ausfall der Dichtungsar nung, als bis die Ringdichtung bei stillsteher Motor versagt und die Außenflüssigkeit in die E tungsanordnung einsickert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 mindestens so groß wie die durch betriebsbed; Patentansprüche: Temperaturändeningen hervorgerufene Volui änderung des Schmiermittels ist.

1. Dichtungsanordnung zum Abdichten des Eine Dichtungsanordnung dieser Art ist bek

Antriebsmotors eines aus Antriebsmotor und 5 (USA.-Patentschrift 2 783 400). Die in der Sehr Pumpe bestehenden tauchfähigen Aggregats ge- mittelkammer angeordnete Trennflüssigkeit hat genüber einem das Aggregat umgebenden Strö- Zweck, Temperaturausdehnungen des Schmiernut mungsmittel mit einer oberhalb des Antriebs- wie sie beim Absenken des Aggregats beispielsv motors angeordneten, mit Schmiermittel gefüllten in ein Bohrloch und bei Inbetriebnahme des Ag Schmiermittelkammer, deren oberer Abschnitt io gats auftreten, abzufangen. Dehnt sich beispielsw über eine Strömungsverbindung mit dem An- das Schmiermittel aus, so senkt sich der Oberfläc! triebsmotor verbunden ist, mit mindestens einer spiegel der Trennflüssigkeit in der Schmiermi oberhalb der Schmiermittelkammer angeordneten, kammer ab, während der Oberflächenspiegel die Antriebswelle umgebenden Ringdichtung, die Trennflüssigkeit in der Steigleitung ansteigt, währ die Schmiermittelkammer gegenüber dem um- 15 bei Abkühlen des Schmiermittels die Trennflüssig: gebenden Strömungsmittel abdichtet, einer Steig- sich umgekehrt verhält. Temperaturänderungen leitung, die den unteren Abschnitt der Schmier- Schmiermittels haben somit lediglich ein »Pende mittelkammer mit dem umgebenden Strömungs- der Trennflüssigkeit zur Folge, ohne daß dadurch. _v mittel oberhalb der Ringdichtung verbindet, und Dichtungsfunktion der Dichtungsanordnung bet einer Trennflüssigkeit, die ein größeres spezifi- 20 trächtigt wird.

sches Gewicht als das Schmiermittel besitzt und Wenn jedoch die oberhalb der Schmiermittelkr;

den unteren Abschnitt der Schmiermittelkammer mer angeordnete Ringdichtung leck wird, ist mindestens bis zur Mündungsebene der Steig- unvermeidlich, daß die umgebende Flüssigkeit . leitung sowie mindestens einen Teil der Steig- dem Schmiermittel in Berührung gelangt. Bei . leitung füllt, wobei das Volumen der Steigleitung 25 bekannten Dichtungsanordnung ist zwar mit ■ mindestens so groß wie die durch betriebsbedingte Schmiermittelkammer eine zweite Schmiermittelka Temperaturänderungen hervorgerufene Volumen- mer in Reihe geschaltet, die ebenfalls mit eir änderung des Schmiermittels ist, ge kenn- Steigleitung und einer Ringdichtung ausgebildet : zeichnet durch mindestens eine von zwei Hierdurch ist eine gewisse Sicherung für den F; Ringdichtungen (35, 36) abgedichtete Sperrkam- 30 daß eine der Ringdichtungen leck wird, vorgesehe mer (45), die über eine sich mindestens bis zur bei Leckwerden beider Ringdichtungen versagt jede Mündungsebene der ersten Steigleitung (55) er- auch diese Anordnung.

streckende Steigleitung (49) mit dem unteren Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ei.

Abschnitt der Schmiermittelkammer (32) in Ver- Dichtungsanordnung für ein derartiges tauchfähig bindung steht. 35 Aggregat zu schaffen, die auch bei Leckwerden ei

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, ge- Ringdichtung und temperaturbedingten Volume kennzeichnet durch eine zweite, von einer weite- änderungen eine einwandfreie Abdichtung zwisclu ren Ringdichtung (37) abgedichtete Sperrkammer dem Schmiermittel und der umgebenden Flüssigkc (46), die ebenfalls über eine sich mindestens bis gewährleistet.

zur Mündungsebene der beiden Steigleitungen 40 Die Erfindung erreicht dies bei einer Dichtung (55, 49) erstreckende Steigleitung (52) mit dem anordnung der eingangs genannten Art durch mi; unteren Abschnitt der Schmiermittelkammer (32) destens eine von zwei Ringdichtungen abgedichte in Verbindung steht. Sperrkammer, die über eine sich mindestens bis zi

Mündungsebene der ersten Steigleitung erstrecken

45 Steigleitung mit dem unteren Abschnitt der Schmie

mittelkammer in Verbindung steht.

Wenn bei dieser Anordnung eine der beiden Rini

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungs- dichtungen leck wird und somit Strömungsmittel ai: anordnung zum Abdichten des Antriebsmotors eines der Sperrkammer ausfließt, wird durch die mit de aus Antriebsmotor und Pumpe bestehenden tauch- 50 Sperrkammer verbundene Steigleitung Trennflüssk fähigen Aggregats gegenüber einem das Aggregat keit in die Sperrkammer angesaugt. Die Trennflüssig umgebenden Strömungsmittel mit einer oberhalb des keit strömt dann entweder unmittelbar oder über di Antriebsmotors angeordneten, mit Schmiermittel ge- andere Steigleitung (je nachdem, welche der beide füllten Schmiermittelkammer, deren oberer Abschnitt Ringdichtungen leck geworden ist) in die Schmier über eine Strömungsverbindung mit dem Antriebs- 55 mittelkammer zurück. Es entsteht somit eine Zirku motor verbunden ist, mit mindestens einer oberhalb lation der Trennflüssigkeit, ohne daß Schmiermitte der Schmiermittelkammer angeordneten, die An- oder umgebende Flüssigkeit durch die leck geworden triebswelle umgebenden Ringdichtung, die die Ringdichtung durchleckt.

Schmiermittelkammer gegenüber dem umgebenden An Hand der Zeichnungen wird in einem Aus

Strömungsmittel abdichtet, einer Steigleitung, die den 60 führungsbeispiel das Wesen der Erfindung nähe unteren Abschnitt der Schmiermittelkammer mit dem erläutert. Es zeigt

umgebenden Strömungsmittel oberhalb der Ring- Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein mit einen

dichtung verbindet, und einer Trennflüssigkeit, die Aggregat versehenes Bohrloch, ein größeres spezifisches Gewicht als das Schmier- F i g. 2 a, 2 b je einen Schnitt in vergrößerten

mittel besitzt und den unteren Abschnitt der Schmier- 65 Maßstab nach der Linie 2-2 in F i g. 1, wobei F i g. 2. mittelkammer mindestens bis zur Mündungsebene die obere und Fig. 2b die untere Hälfte der An der Steigleitung sowie mindestens einen Teil der Ordnung darstellt, Steigleitung füllt, wobei das Volumen der Steigleitung F i g. 3 bis 6 in schematischer Darstellung Längs