DE2007225A1

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Publication number: DE2007225A1
Application number: DE19702007225
Authority: DE
Priority date: 1969-02-17
Filing date: 1970-02-17
Publication date: 1970-08-20
Also published as: GB1244142A; US3589737A

Description

Crane Packing Company in Morton Grove, Ill/USA

Vl ell endi chtung

Die Erfindung "bezieht sich auf die Abdichtung umlaufender Wellen, die im wesentlichen vertikal angeordnet sind, und zielt im besonderen darauf ab, das Ausströmen gasförmiger Medien entlang der Welle und durch eine Öffnung des Gehäuses zu verhindern, durch die sich die Welle hindurcherstreckt. Gegenüber herkömmlichen vergleichbaren Dichtungen soll die erfindungsgemäße Dichtung stark vereinfacht und dennoch insbesondere für Hochdruckbehälter geeignet sein, wie sie für die Unterbringung von Reaktoren als auch von giftigen oder gefährlichen Erzeugnissen Verwendung finden.

Auch soll durch die Erfindung eine verbesserte geschmierte mechanische Abdichtung für vertikale Wellen geschaffen werden, die sich durch die Wand eines Druckgasbehälters erstrecken, der absolut zuverlässig abgedichtet werden muß, ohne daß irgendwelche Pumpeinrichtungen für das Schmiermittel benötigt werden, wobei die Dichtung ein Minimum von Raum beansprucht.

Die Dichtung soll eine einmalige sein, die auch bei grossen Druckschwankungen zuverlässig arbeitet, gleichgültig ob sich die Welle dr.eht oder nicht. Darüber hinaus soll weder die Welle noch das Gehäuse zur Anbringung der Dichtung irgendwelche grundlegendes! Änderungen erfordern. . '

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Zu diesem Zweck könnzeichnet sich die erfindungsgemäße Dichtung für im wesentlichen vertikal angeordnete Wellen, die sich durch eine Öffnung eines Gehäuses erstrecken, wobei die Dichtung dazu dient, den Zwischenraum zwischen der Welle und • dem Gehäuse zu verschließen, und mit einem Schmiermittel arbeitet, dadurch, daß sich das Schmiermittel in einem Raum über der Dichtung und in einem Raum unter der Dichtung befindet, daß die unteren Abschnitte beider Räume durch eine ringförmige Kammer verbunden sind, welche die Dichtung aufnimmt, die auf ihrer einen Seite dem in der Kammer befindlichen Schmiermittel ausgesetzt ist,, und daß der obere Abschnitt des unteren Raumes mit dem Inneren des Gehäuses in Verbindung steht.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Figuren genauer beschrieben.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch einen Teil eines Druckbehälters, durch dessen Wand sich eine vertikal verlaufende Welle erstreckt, die mit einer erfindungsgemäßen Dichtung ausgestattet ist, und

die Figuren 2 bis 6 sind schematische Darstellungen, die aufeinanderfolgend die Art und Weise zeigen, in der das flüssige Schmiermittel an den sich gegeneinander drehenden Flächen der mechanischen Dichtung gehalten wird, selbst wenn eine beträchtliche Menge des Schmiermittels an der Dichtung vorbei ausgelaufen ist.

Der in Figur 1 dargestellte Behälter 10 kann aus einem Reaktorgehäuse, einem Tank oder dgl. bestehen und soll ein Medium unter hohem Druck enthalten. Das Medium kann ein Gas sein, das daran gehindert werden muß, aus dem Behälter 10 auszutreten. Durch eine dafür vorgesehene Öffmig 12 des Behälters erstreokt sich eine drehbare, vertikal verlaufende Welle 11. Die Öffnung 12 ist im wesentlichen durch einen röhrenförmigen Einsatz 13 verschlossen,

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der einen Befestigungsflansch Ik trägt, mit dem er auf dem Behälter 10 zentriert und angebracht ist.' Eine zentrale Öffnung 15 in dem Einsatz 13 besitzt einen etwas größeren Durch/messer als die Welle 11, wodurch sich zwischen dem Einsatz und der Welle ein ringförmiger Zwischenraum l6 ergibt. In dem Einsatz 13 ist eine ringförmige Ausnehmung 17 ausgebildet, die sich vom oberen Rand des Einsatzes nach unten erstreckt. Weiterhin besitzt der Einsatz 13 an seinem oberen-Ende eine Ausbohrung 18, deren Zweck nachfolgend noch geschildert wird. Diese Ausbohrung 18 'ebenso wie ein Teil der Ausnehmung 17 ist durch einen Deckel 19 verschlossen, der mittels Schraubbolzen oder auf sonstige übliche Weise (nicht dargestellt) an einem dazu vorgesehenen Befestigungsflansch 20 des Einsatzes 13 angebracht ist. · _

Um den Einsatz 13 herum ist durch Aufschweißen eines röhrenförmigen Elements 21 auf den Flansch Ik und"eine Schulter 22 am oberen Ende des Einsatzes, wo dieser sich zur Aufnahme der Ausbohrung 18 erweitert, eine Kammer 23 zur Hindurchleitung eines Kühlmittels ausgebildet. Das röhrenförmige Element 21. ist zu diesem Zweck mit Einlaß- und Äusläßstutzen 2k bzw. 25 ausgestattet.

Die obere, zur Wellenachse normale Fläche 26 des Flansches 20 liegt unterhalb der oberen Stirnfläche 27 des Einsatzes 13 um'die Welle 11 herum. Diese tritt durch eine Öffnung 28 in dem.Deckel hindurch, und es ist der Ringraum zwischen der Wand dieser Öffnung und der Welle 11, der abgedichtet werden muß, um das Austreten des Behälterinhalts zn verhüten.

Die für diesen Zweck vorgesehene Dichtung ist eine in ihrer Gesamtheit mit 29 bezeichnete mechanische Wellendichtung. Sie muß in der Lage sein, den auftretenden Drücken, Temperaturen und Geschwindigkeiten standzuhalten, die sich beim Betrieb der Anordnung einstellen, von der die Welle 11 und der Behälter 10 Teile bilden. Im gezeigten Falle besteht die Dichtung 29 aus einem festliegenden Gleitring 30, cLer unter Zwischenlage eines nachgiebigen, deformier-

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baren Dichtungsringes 3I» vorzugsweise von rundem Profil, in geeigneter Weise abgedichtet an dem Deckel 19 angebracht ist. Dieser Gleitring 30 besitzt eine geläppte Stirnfläche 32, an der eine ebenso geläppte Stirnfläche 33 eines starren Dichtungsringes 34 anliegt, so daß sich zwischen den beiden Ringen eine zuverlässige Abdichtung ergibt. Der Dichtungsring Jk ist auf einem ersten Absatz 35 einer Hülse 36 angebracht, die ihrerseits mittels einer oder mehrerer Klemmschrauben 37 drehfest mit der Welle 11 verbunden ist. Die Hülse 36 ist gegenüber der Welle 11 wiederum durch einen elastischen Dichtungsring 38 abgedichtet.

In ihrem Inneren besitzt die Hülse 36 eine erste Ausbohrung 39, die sich über ihren mittleren Bereich hinauserstreckt, und eine zweite Ausbohrung 40, um die herum die Hülse einen Absatz 41 besitzt. Auch durch die Ausnehmung 17 in dem Einsatz 13 wird eine Hülse, 42, gebildet, deren Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Ausbohrung 39 ist, so daß zwischen der Hülse 36 und der Hülse 42 des Einsatzes ein ringförmiger Zwischenraum 43 besteht. Die Anordnung der Hülse 36 auf der Welle 11 ist so gewählt, daß ihre untere Stirnfläche 44 knapp über der unteren Stirnfläche 45 der Ausnehmung 17 zu liegen kommt. Die obere Stirnfläche 62 der Ausbohrung 39 in der Hülse 36 liegt oberhalb der oberen Stirnfläche 27 des Einsatzes 13. Auf diese Weise besteht eine Verbindung von dem ringförmigen Zwischenraum 16 zwischen der Welle 11 und dem Einsatz 13 um die Stirnfläche 27 herum, über den ringförmigen Zwischenraum 43, zwischen der Hülse 36 und der Hülse 42 und schließlich um die untere Stirnfläche 44 der Hülse 36 herum zu der Außenseite dieser Hülse. Der maximale Durchmesser des Absatzes 41 und der auf der Hülse 36 angeordneten Dichtung kann etwas geringer als der Außendurchmesser der Ausnehmung 17 sein, so daß sich die Verbindung um die Außenfläche dieser Hülse und die Dichtung herum fortsetzt.

Im übrigen gehört zu der Dichtung 29 in der dargestellten Form ein nachgiebiges, deformierbares Dichtungselement, etwa in

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Gestalt des Dichtungsringes ^6, das zwischen dem starren Dichtungsring 3k und dem mittleren Absatz 35 angeordnet ist. Auf dem Absatz 35 ist durch eine oder mehrere Klemmschrauben ^8 drehfest mit der Hülse 36 ein ringförmiges Element k7 angebracht, in dem mehrere Federn k9 innerhalb entsprechender Ausnehmungen Platz finden, die zwischen dem Element k7 und dem Dichtungsring 3k zusammengepreßt werden, um das letztere fortwährend gegen den Gleitring 30 zu drücken. Indessen kommen auch andere Ausführungen an Stelle der beschriebenen mechanischen Dichtung 29 in Betracht, die in bestimmten Fällen, beispielsweise bei besonders hoher Temperatur, hohem Druck und hoher Geschwindigkeit der sich gegeneinander drehenden Teile, Vorteile bieten mögen.

Der Gleitring 30 bildet zusammen mit der Ausbohrung 18 in dem röhrenförmigen Einsatz 13 einen oberen Raum zur Aufnahme eines flüssigen Schmiermittels, wie z. B. Öl, der über den Zwischenraum 51 zwisehen dem Gleitring 30 und der Wand der Ausnehmung 17 mit dem Inneren dieser Ausnehmung in Verbindung steht, in der sich die Hülse 36 zusammen mit dem drehbaren Teil der mechanischen Dichtung 29 dreht. Die Ausbohrung kO in der Hülse 36 bildet zusammen mit der Ausbohrung 17 einen zweiten, tiefer gelegenen Raum, 52, der seinerseits wiederum über den ringförmigen Zwischenraum k3, um die obere Stirnfläche 27 des Einsatzes I3 herum mit dem ringförmigen Zwischenraum zwischen der Welle 11 und dem Einsatz 13 in Verbindung steht. Es verdient bemerkt zu werden, daß der Zwischenraum .16 mit dem Behälterinhalt in Verbindung steht, der am Austreten gehindert werden soll. Das Schmiermittel wird in den Raum 51 und von dort in die Ausnehmung 17 durch eine Einfüllöffnung 53 des Deckels 19 eingegeben, die normalerweise durch eine Schraube 5k verschlossen ist. Die Schraube 5k besitzt einen Kopf 55, der in einer Erweiterung 56 der Öffnung 53 Platz findet, wo durch eine Schulter 57 als Diohtungssitz geschaffen wird. Die Schulter 57 liegt unterhalb der Stirnfläche 27 des Einsatzes 13, so daß, sobald der Baum 51 und die Ausnehmung 17 mit dem Schmiermittel gefüllt sind, kein Schmiermittel über den Zwischenraum 16 entlang der Welle in den Behälter 10 gelangen kann. Vielmehr wird

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der Füllvorgang abgebrochen werden, wenn der Spiegel des Schmiermittels die Schulter 57 erreicht.

Es versteht sich, daß zwischen den Flächen 32 und 33 des Dichtungsringes 3k bzw. des Gleitringes 30 bei der Schmierung dieser Flächen ein kleiner Leckverlust auftritt. Das übergetretene Schmiermittel würde sich in dem Raum zwischen der Hülse 36 und den Hingen JO und 3^ ansammeln und schließlich über den Gleitring 30 hinweg bis zu der Öffnung 28 ansteigen. Es verdient bemerkt zu werden, daß der Gleitring 30 nicht bis zur Oberfläche des Deckels 19 reicht, sondern kurz unterhalb derselben endet, so daß eine ringförmige Ausnehmung 58 entsteht, in der sich das übergetretene Schmiermittel ansammeln kann. Es ist erwünscht, diese Menge des Schmiermittels messen zu können, um festzustellen, wieviel Schmiermittel in der Ausnehmung 17 verblieben sein mag. Zu diesem Zweck ist in dem Deckel 19 ein Kanal 59 ausgebildet, der das in der Ausnehmung 58 angesammelte Schmiermittel in ein Rohr 60 gelangen läßt, von wo es in einen Behälter 6l, vorzugsweise eine Mensur, auslaufen kann. Die Mindestmenge an Schmiermittel, die für einen sicheren Betrieb erforderlich ist, kann experimentell ermittelt werden.

Die soweit beschriebene Dichtung arbeitet wie folgt:

Es sei angenommen, daß sowohl der untere als auch der obere Raum 51 bzw. 52 mit Schmiermittel gefüllt sind, ebenso wie auch der ringförmige Zwischenraum ^3 und der Raum um die Hülse J6. herum, weiterhin, daß die Schraube 5^ eingesetzt ist und die Öffnung 53 verschließt, Die Drehung der Welle 11 führt nun zu einer Relativbewegung zwischen der Hülse 36 einschließlich des drehbaren Teiles der mechanischen Dichtung 29 und dem Gleitring 30. Der Inhalt des Behälters 10 soll dem normalen Betriebsdruck ausgesetzt sein und aus einem Gas bestehen, das somit von oben her auf das in dem Zwischenraum 4·3 befindliche Schmiermittel drüokt. Der Gesdruok über-

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trägt sich durch das Schmiermittel gleichmäßig in allen Sichtungen auf sämtliche Teile der Dichtung, die mit dem Schmiermittel in Berührung treten, auf diese Weise wird das Schmiermittel zwischen die Flächen 32 und 33 des Gleitringes bzw. des starren Dichtungsringes 3^- gedrückt, um diese zu schmieren. Dieser Zustand ist schematisch in Fig. 2 angedeutet. Dabei tritt zwischen diesen Flächen ein Leckverlust auf, durch den sich die Menge des Schmiermittels innerhalb des ringförmigen Raumes *Π vermindert, wobei Gas an die Stelle des Schmiermittels tritt. Dieser Zustand ist in Fig. 3 gezeigt. Das leckende Schmiermittel gelangt über den Kanal 59 des Deckels 19 und das Rohr 60 in den Behälter 6l. Nachdem das Schmiermittel aus dem Raum ^3 verschwunden ist, wird das Schmiermittel aus dem unteren Raum 52 aufgezehrt, wobei es sich in dem Behälter 61 ansammelt. Unterdessen ist zwischen den Flächen 32 und 33 immer noch Schmiermittel vorhanden, um die dort erforderliche Schmier funkt ion zu erfüllen. Dies ist in Fig. k· gezeigt.

Ist der Schmiermittelvorrat in dem unteren Raum 52 erschöpft, so tritt Gas um die untere Stirnfläche *J4 herum in den Raum außerhalb der Hülse Jo über, und da dieses Gas leichter als das Schmiermittel ist, steifet es in Blasen nach oben in den oberen Raum 50· Auch dort verdrängt es nun^mehr das Schmiermittel, während immer noch die Flächen 32 und 33 geschmiert werden, wie dies Fig. 5 zeigt. Mittlerweile wird die Bedienungsperson an dem Behälter 61 festgestellt haben, daß die hinsichtlich einer sicheren Arbeitsweise der Dichtung maximal zulässige Schmiermittelmenge ausgetreten ist, und infolgedessen den Schmiermittelvorrat in den beiden Räumen 51 und 52 sowie dem ringförmigen Zwischenraum ^3 ergänzen. Hierzu wird die Schraube 5^ entnommen und das Schmiermittel entweder aus dem Behälter 6l oder aus einem Vorratstank für frisches Schmiermittel in die Öffnung 53 eingegeben, bis es die Höhe der Schulter 57 an der Einfüllöffnung erreicht.

Eine in der Dichtung hervorgerufene Wärme überträgt sich auf den röhrenförmigen Einsatz 13 und von dort auf das durch die Kammer 2"} hindurchtretende Kühlmittel. Auf diese Weise ist bei der

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beschriebenen Anordnung nur eine mechanische Dichtung zur Abdichtung eines Gases erforderlich im Gegensatz zu einer doppelten Dichtung mit unter Druck befindlicher Schmiermittelkammer, wie sie normalerweise für diesen Zweck vorgesehen wird. Die Dichtflächen werden stets mit Schmiermittel beaufschlagt, obgleich nur eine begrenzte Menge Schmiermittel Verwendung findet. Der Austritt dieses Schmiermittels durch Leckverluste kann beständig kontrolliert werden, so daß, wenn der Schmiermittelspiegel sich den Dichtflächen nähert, dies durch die Bedienungsperson sofort erkannt wird, die den Schmiermittelvorrat ergänzen kann. Da der Schmiermitteldruck sich von dem Behälterinhalt selbst herleitet, ist keine besondere Pumpe erforderlich, um den Schmiermitteldrück aufrechtzuerhalten. Die Verwendung einer mit einem Absatz versehene Hülse macht es möglich, eine ausgeglichene mechanische Dichtung zu verwenden, so daß jedem sich normalerweise bei Mischgeräten oder sonstigen Einrichtungen mit vertikaler Welle einstellenden Druck zuverlässig entsprochen werden kann.

Abwandlungen in Einzelheiten gegenüber der dargestellten Ausführungsform sind selbstverständlich im Rahmen der Erfindung möglich.

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Claims

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(l.yDichtung· fur im wesentlichen vertikal angeordnete Wellen,

die sich durch eine öffnung eines Gehäuses erstrecken, wobei die Dichtung dazu dient, den Zwischenraum zwischen der Welle und dem Gehäuse zu verschließen, und mit einem Schmiermittel arbeitet, dadurch gekennzeichnet , daß sich das Schmiermittel in einem Raum (50) über der Dichtung (29) und in einem Raum (52) unter der Dichtung befindet, daß die • unteren Abschnitte beider Räume durch eine ringförmige Kammer verbunden sind, welche die Dichtung aufnimmt, die auf ihrer einen Seite dem in der Kammer befindlichen Schmiermittel ausgesetzt ist, und daß der obere Abschnitt des unteren Raumes mit dem Inneren des Gehäuses (10) in Verbindung steht.
2. Dichtung nach Anspruch 1, wobei die eigentliche Dichtung eine mechanische Wellendichtung ist, dadurch g e k e η η zeichnet, daß auf der Welle (11) eine Hülse (36) angeordnet ist, die sich zwischen dem oberen (50) und dem unteren riaum (52) nach unten erstreckt, und daß die eigentliche Dichtung aus einem feststehenden Teil (30) und einem drehbaren Teil (3^) besteht, der auf der Hülse angebracht ist und eine radiale Stirnfläche (33) aufweist, mit der er in dichtendem Kontakt auf dem feststehenden Teil rotiert.
3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (10) oder ein daran angesetztes Teil (13) koaxial zu der Gehäuseöffnung (12) eine ringförmige Ausnehmung (17) aufweist, in die sich die Hülse (36) erstreckt, um mit ihrem unteren Ende den unteren Raum (52) zu begrenzen.
4. Dichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet ,

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daß die Hülse (36) an ihrem unteren Ende eine Ausbohrung (*K)) aufweist, die zusammen mit der unteren Stirnfläche der ringförmigen Ausnehmung (17) den unteren Raum (52) bildet.
5. Dichtung nach Anspruch 3 oder ^, dadurch gekennzeichnet , daß die Hülse (36) von den Wänden der ringförmigen Ausnehmung (1?) einen'Abstand einnimmt, wodurch die ringförmige Kammer gebildet wird, welche die beiden Räume (50, 52) verbindet, sowie eine weitere ringförmige Klammer (^·3)> mit der der obere Abschnitt des unteren

ψ Raumes mit dem Gehäuseinneren verbunden ist.
6. Dichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch g ekennzeichnet, daß die Ausnehmung (17) teilweise durch einen Deckel (19) abgedeckt ist, an dem der feststehende Teil (30) der Dichtung (29) angebracht ist, der zusammen mit dem Deckel einen Verschluß für die ringförmige Ausnehmung ergibt und zusammen mit der Hülse (36) einen Ringraum (58) bildet, in dem sich das durch die Dichtung leckende Schmiermittel sammelt, das durch eine Leitung (60) abströmen kann.

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7. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der obere Abschnitt des unteren Raumes mit dem Gehäuseinneren über eine ringförmige Kammer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet , daß der Spiegel des Schmiermittels in dieser ringförmigen Kammer (^3) unterhalb des

unter oberen Endes (27) dieser Kammer liest und/dem nach unten gerichteten Druck eines in dem Gehäuse (10) befindlichen Gases steht.
8. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche einschließlich Anspruoh 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Gehäuse (10) koaxial zu der Öffnung (12) ein röhren-

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förmiger Einsatz (13) aufgesetzt ist, der die Welle (11) umgibt, und daß sich die ringförmige Ausnehmung (17) in diesem Einsatz befindet.
9. Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Deckel (19) eine mit dem oberen Raum (50) in Verbindung stehende EinfüllöffVnung (53) aufweist, in der eine Markierung (57) vorgesehen ist, die den optimalen Spiegel für das Schmiermittel innerhalb der ringförmigen Ausnehmung (17) anzeigt.

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