DE1901676A1

DE1901676A1 - Dichtungsanordnung zur Stroemungsbegrenzung laengs umlaufender Wellen,welche durch OEffnungen in Waenden ragen,die Bereiche hoeheren Druckes von solchen niedrigeren Druckes trennen

Info

Publication number: DE1901676A1
Application number: DE19691901676
Authority: DE
Inventors: Singleton Norman R
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-01-15
Filing date: 1969-01-14
Publication date: 1969-10-02
Also published as: SE340550B; NL6900511A; ES159807U; FR1600076A; BE726545A; US3529838A; ES159807Y; CH502539A; GB1193604A

Description

PATH NTANWALT

ing. B. HOLZES

89 AUOSBUUO

14

. SlSTS

W. 422

Augsburg, den 10. Januar 1969

Westinghouse Electric Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania, Vereinigte Staaten von Amerika,

Dichtungsanordnung zur Strömungsbegrenzung längs umlaufender Wellen, welche durch öffnungen in Wänden ragen, die Bereiche höheren Druckes von solchen niedrigeren Druckes trennen

Die Erfindung betrifft Dichtungsanordnungen zur Strömungsbegrenzung längs umlaufender Wellen, welche durch öffnungen in Wänden ragen, die Bereiche höheren Druckes von solchen niedrigeren Druckes trennen, bestehend aus einem im wesentlichen radial von der betreffenden Welle abstehenden Flansch mit Dichtfläche und einem die Welle umgreifenden

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Dichtungskörper, der mit Bezug auf die betreffende Wand dichtend angeordnet ist und eine der Wellenflansch-Dichtfläche gegenüberstehende Dichtfläche aufweist, wobei der zwischen diesen beiden Dichtflächen gebildete Zwischenraum einen Verbindungsweg zwischen dem betreffenden Bereich höheren Druckes und dem betreffenden Bereich niedrigeren Druckes bildet und eine Engstelle aufweist, zu welcher hin W er sich von dem Bereich höheren Druckes aus zunehmend verengt, wobei ferner die Dichtfläche eines Dichtungskörpers dem in diesem Verbindungsweg herrschenden Druck ausgesetzt ist und wobei weiter eine von dieser Dichtfläche des Dichtungskörpers abgewandte Fläche des Dichtungskörpers bestimmter Größe mit dem höheren Druck beaufschlagt ist.

Die Wirkungsweise von solchen Wellendichtungen mit begrenztem Strömungsdurchsatz hängt von dem jeweiligen Ausgleich der in axialer Richtung auf den schwimmenden Dichtungskörper wirkenden hydrostatischen Druckkräfte ab. Jede Abweichung von dem Betriebsspiel des Dichtungskörpers verändert die Druckverteilung an der Dichtfläche des Dichtungskörpers derart, daß derselbe in seine Gleichgewichtsstellung zurückbewegt wird.

Außer Betrieb berühren die Dichtflächen des Dichtungs-

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körpers und eines Läufers einander beispielsweise unter dem Einfluß der Schwerkraft oder schwacher Druckfedern, welche den Dichtungskörper gegen den Läufer drücken. Sofern nicht der Dichtungskörper zuvor abgehoben wird, um die Dichtflächen bei der Druckeinwirkung und vor Drehung der Welle voneinander zu trennen, befinden sich die Oberflächen der Dichtflächen während der Drehung der Welle in gegenseitiger Berührung, so daß sie beschädigt' werden können.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei derartigen Wellendichtungen mit begrenztem Strömungs- · durchsatz eine Berührung der Dichtflächen während des Betriebes zu verhindern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abmessungen der Axialprojektion des den genannten verengten Strömungsweg bildenden Teiles der Dichtfläche des Dichtungskörpers mindestens so groß sind wie diejenigen der Axialprojektion der von dieser Dichtfläche abgewandten Fläche bestimmter Größe.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten AusfÜhrungsform beispielsweise in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben und zwar

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zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht im Schnitt einer

Wellendichtungsanordnung gemäß der Erfindung,

Pig. 2 eine grafische Darstellung, welche

die hydrostatischen Kräfte zeigt,

w die auf die Dichtungsringanordnung

nach Fig. 1 ausgeübt werden, und

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung-,

welche die hydrostatischen Kräfte darstellt, die auf Dichtungsringanordnungen bekannter Art ausgeübt werden.

Die in Pig. 1 dargestellte Dichtungsanordnung weist ein fc Gehäuse 10 mit einer Wandung 11 auf, die eine Kammer 12 bildet. Innerhalb des Gehäuses 10 ist eine Welle Ik drehbar gelagert, die mit einem Läufer 16 versehen ist, welcher eine Dichtfläche 18 aufweist. Die Welle Ik ist von einem Dichtungskörper 20 umgeben, der eine Dichtfläche 22 aufweist, welche der Dichtfläche 18 gegenüberliegt. Der Dichtungskörper ist im Querschnitt im wesentlichen L-förmig und besitzt einen

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axial abstehenden Teil 21, der sich in eine Ausnehmung 23 eines ringförmigen Halteelementes 24 hinein erstreckt, welch letzteres im Gehäuse 10 befestigt ist. Das flalteelement 24 ist mit einem Vorsprung 28 ausgebildet, der zwischen der Welle 14 und dem Schenkel 21 sowie oberhalb eines radial nach innen abstehenden Schenkelteils 26 des Dichtungskörpers 20 angeordnet ist.

Die axiale Beweglichkeit de3 Dichtungskörpers 20 wird durch das Spiel 2? zwischem dem Schenkelteil 26 und dem Vorsprung 28 des Hälbeelements 24 begrenzt. Die Drehbeweglichkeit des Dichtungskörpers 20 wird durch eine Anzahl Stifte 29 begrenzt^ die im Vorsprung 28 des Elements 24 befestigt sihd und sich in kreisförmige Ausnehmungen 31 im Schenkeltsii 26 hinein erstrecken, deren Durchmesser etwas größer ais der Durchmesser der Stifte 29 ist» Der Dichtüngs-20 Wird in de*· Ausnehmung 23 durch einen Haltering

der in dsm Halteelsöi#nt Uh dutch Schrauben 32 befestigt üttd sb angeordnet ist, daß er an einer Schulter 33 am DiöntüngSkörper 20 anliegt*

ΐίίίί ein Lööken dös Strömungsmittels aus der Druckkammer längs des Wegös iwischön dem sich nach unten erstreckenden Teil 28 und dem Öichtungskörper 20 zu Verhindern, ist in

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dem axial vorspringenden Teil 21 des Dichtungskörpers 20 ein geeignetes Organ, z.B. ein Dichuungsring 3,4, in einer Ringnut 35 angeordnet. Der Dichtungsring 34 besteht aus elastischem Material und befindet sich.unter Druckbelastung, zwischen dem Vorsprung 28 und dem Dichtungskörper 20, um ein Vorbeilecken von B^lüssigkeit zu verhindern, jedoch eine axiale Bewegung de3 Dichtungskörpers 20 zu ermöglichen. Ein zusätzlicher Dichtungsring 36 kann nahe der Wand il des Gehäuses 10 in einer tJinfangsnut 3f in der Außenfläche des üaiteelenients 2h angeordnet sein, um längs der Trennfuge zwischen der Qehäusewand 11 und dem Halteelement 24 eine Strömung aus dem Bereich 12 heraus zu verhindern,*

Die Dichtfläche 22 des Dichtungskörpers liegt untep der Wirkung von symmetrisch in Abstand voneinander angeordneten leichten Sehraubenfedern 40 an der Dichtfläche des Läufers 16 an* die zwischen einer oberen Fläche 42 aiii Diohtungskörper* und einer inneren fläche 44 in Aüsftehmüfigen 46 des Halteeiemenfcs 24 untep Druck stehen» Die 5*iäehe 42 des DichfcüngskÖrpers 20 ist dem in der Kammer herrschenden Drück ausgesetzt» Dei* Dichtungskörper 20 efmbgliöht eihe geregelte Leckströmung längs eines zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtflächen 18 und 22 des Läufers 16 und des Dichtungskörpers 20 gelegenen Dicht-

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spaltes 50 aus der Druckkammer 12 heraus zum Bereich 48 hin. Der Dichtspalt 50 erstreckt sich zwischen einer Hochdruckseite 52 und einer Miederdruckseite 51 des Dichtungskörpers Die Dichte des Mediums bzw. der Flüssigkeit im Spalt 50 und damit der Grad der Leckströmung durch den Spalt 50 hindurch werden durch die Gestalt des Dichtungskörpers 20 bestimmt.

Wie in der Zeichnung gezeigt, wird ein sich fortschreitend verengender Strömungsquerschnitt dadurch erhalten, daß die Fläche 22 zwischen dem Kreis 5^ und der Außenkante 52 des · Dichtungskörpers 20 etwas von der gegenüberliegenden Fläche 18 des Läufers 16 weg kegelig zulaufend gestaltet ist. Der Winkel zwischen den Flächen 18 und 22 ist in der Zeichnung übertrieben groß dargestellt. Für eine-solche Gestaltung der Dichtflachen ist die Bezeichnung Kegelflächendichtung bekannt geworden. Dichtungen anderer Arten mit geregeltem Strömungsdurchsatz, beispielsweise Stufenflächendxchtungen, können in Verbindung mit der Erfindung ebenfalls verwendet werden. Es wird daher bei einem bestimmten Strömungsdurchsatz eine Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit zwischen den konzentrischen Kreisen 52 und 54 und dementsprechend eine Verringerung des Flüssigkeitsdruckes erhalten.

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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen.Hochdruckwellendichtung hängt von dem Ausgleich der hydrostatischen Druckkräfte ab, die in axialer Richtung auf den Dichtungskörper wirken. Der Strömungeweg 50 zwischen dem Dichtungskörper und dem sich drehenden Läufer 16.ist so ausgebildet» daß am Dichtungskörper nur beim Betriebsspiel eine restliche axiale Kraft gleich Hull erhalten wird. Eine Abweichung W vom Betriebsspiel verändert die Druckverteilung an der primären Dichtfläche 22 des Dichtungskörpers 20, so daß der letztere in ßleichgewichtsstellung zurückbewegt wird..

Vor der ünterdrucksetzung befinden sich die Dichtflächen bei 54 in Berührung miteinander, welche Stelle durch den Überschneidungsdurchmesser 21, wie in Fig. 1 gezeigt, oder durch den Halbmesser I von der Mittellinie L-L, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, bestimmt wird. Der Durchmesser 21 b bestimmt das innere Ende des schräg zulaufenden Teils der Dichtfläche 22 des -Dichtungsringes 20.

Wenn die Innenflächen der Dichtflächen zu flach oder zu spitz zulaufend sind, kann eine Abdichtung am Überschneidungsdurchmesser stattfinden, was eine restliche hydrostatische Kraft ergibt, wie in Fig. 3 gezeigt, welche eine Anhebung des Dichtungsringes zur Gleichgewichtsstellung

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verhindert. Pig. 3 zeigt die Druckkräfte, welche auf eine Dichtflächenanordnung bei aneinander anliegenden Dichtflächen und bei einem Ausgleichdurchmesser 2B bzw. Halbmesser B wirken, die jeweils kleiner als der überschneidungsdurchmesser 21 bzw. der Halbmesser I sind, wie in Fig. 3 gezeigt. In diesem Falle ist der axiale Vorsprung der Dichtfläche 22· kleiner als der axiale Vorsprung der Flächen A des Dichtungskörpers, so daß durch, den Druck auf die Flächen A der Dichtungskörper 20' bei 5^^f in Anlage an den Läufer gedrückt wird, wodurch eine Strömung durch den Strömungsweg 50 verhindert wird.

In der in Fig. 3 gegebenen grafischen Darstellung ist der Austrittsdruck an der Dichtung mit P und der Eintrittsdruck mit P. bezeichnet, die Gesamtabhebekraft ist mit LF und die Gesamtsitzkraft ist mit SF bezeichnet. Wie durch die schaffierte Fläche NSF in Fig. 3 angedeutet ist, ist die Sitzkraft am Dichtungskörper 20* größer als die Abhebekraft am Dichtungskörper, wenn der Ausgleichdurchmesser kleiner als der Überschneidungsdurchmesser ist.

Durch die Erfindung wird eine Dichtflächengestaltung erzielt, welche gewährleistet, daß der Dichtungskörper in die Gleichgewichtsstellung angehoben wird, wenn Druck auf

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AO

die Dichtung ausgeübt wird. Wie in Pig. 1 und 2 gezeigt, ist die Gestaltung des Dichtungskörpers 20 derart, daß der Ausgleichdurchmesser 2B größer als der Überschneidungsdurchmesser 21 ist. Daher ist, wenn die Dichtflächen 22 und 18 einander bei 54 berühren, was am Überschneidungsdurchmesser der Fall ist, der letztere kleiner als der Ausgleichdurchmesser, was bedeutet, daß der dem Strömungsmittel ausgesetzte Teil der Dichtfläche 22 einen größeren Flächeninhalt als die Fläche A hat, welche durch den Ausgleichdurchmesser bestimmt wird. Dies ergibt eine restliche Abhebekraft NLF, die durch den schraffierten Bereich in Fig. 2 angegeben ist und die ausreicht, den Dichtungskörper in die Gleichgewichtsstellung abzuheben, wenn die Kammer 12 unter Druck gesetzt wird.

Der sich zwischen 51 und 54 befindende Teil der Dichtfläche 22 kann flach oder mit einem sehr kleinen Winkel ,X kegelig zulaufend sein.

Zu dem besonderen Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform ist zu erwähnen, daß der Überschneidungsdurchmesser 21 als kleiner als der Ausgleichdurchmesser 2B bezeichnet wird. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß bei der bevorzugten Ausführungsform der Dichtungskörper so ausgebildet ist, daß hoher Druck auf den Außenumfang des Dichtungskörpers 20

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ausgeübt Wird und .In der Hähe dea Innenumfanges des Dichtungskörpers 20 ein ni«4rig«rer Druek herrscht. Ferner ist zu erwähnen» daft der niederdruckbareion in der Nähe der Außenkante des Dichtutlgekörpers wirksam' sein kann und daß der überBohneidungsdurai»eBser, um an der Niederdruckseite des Auegleichdurchmessers au wirken, dann größer als der Ausgleichduronmesser des Diöhtungskörpers sein muß. In einem solchen Falle würde natürlich .die Gestaltung der kegelig !zulaufenden Teile der Diohtfläöhe umgekehrt wie bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform sein.

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INSPECTED

Claims

Patentansprüche

(1. bichtungsanordnung zur Strömungsbegrenzung längs umlaufender Wellen, welche durch öffnungen in Wänden ragen, die Bereiche höheren Druckes von solchen niedrigeren Druckes trennen, bestehend aus einem im wesentlichen radial von der betreffenden Welle abstehenden Plansch mit Dichtfläche und einem die Welle umgreifenden Dichtungskörper, der mit Bezug auf die betreffende Wand dichtend angeordnet ist und eine der Wellenflansch-Dichtfläche gegenüberstehende Dichtfläche aufweist, wobei der zwischen diesen beiden Dichtflächen gebildete Zwischenraum einen Verbindungsweg zwischen dem betreffenden Bereich höheren Druckes und dem betreffenden Bereich niedrigeren Druckes bildet und eine Engstelle aufweist, zu welcher hin er sich von dem Bereich höheren Druckes aus zunehmend verengt, wobei ferner die ψ Dichtfläche dieses Dichtungskörpers dem in diesem Verbindungsweg herrschenden Druck ausgesetzt ist und wobei weiter eine von dieser Dichtfläche des Dichtungskörpers abgewandte Fläche des Dichtungskörpers bestimmter Größe mit dem höheren Druck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Axialprojektion des den genannten verengten Strömungsweg bildenden Teiles der

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Dichtfläche des Dichtungskörpers mindestens"so groß sind wie diejenigen der Axialprojektion der von dieser Dichtfläche abgewandten Fläche bestimmter Größe.
2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der genannte Verbindungsweg von der Engstelle aus zu dem Bereich niedrigeren Druckes hin erweitert.
3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche des Wellenflansches flach ist und daß der Dichtungskörper zwecks Bildung der genannten Verengung bzw. der genannten Erweiterung konisch ausgebildet ist.

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