DE202008008158U1

DE202008008158U1 - Gleitringdichtungsanordnung mit integrierter Wärmeübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE202008008158U1
Application number: DE202008008158U
Authority: DE
Original assignee: Burgmann Industries GmbH and Co KG
Current assignee: EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: US20110169225A1; EP2286118A1; WO2009152991A1; JP2011524504A

Abstract

Gleitringdichtungsanordnung, umfassend
– einen ersten stationären Gleitring (2),
– einen zweiten rotierenden Gleitring (3), welcher sich gemeinsam mit einem rotierenden Bauteil (4) dreht,
– wobei die Gleitringe (2, 3) einander gegenüberliegende Gleitflächen aufweisen, welche zwischen sich einen Dichtspalt (5) begrenzen,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der stationäre Gleitring (2) eine integrierte Wärmeübertragungseinrichtung umfasst, welche in einem Innenbereich (2b) des stationären Gleitrings (2) angeordnet ist, und der stationäre Gleitring eine Einlassöffnung (12) zum Zuführen eines Kühlmediums und eine Auslassöffnung (13) zum Abführen des Kühlmediums umfasst, wobei das Kühlmedium den Innenbereich (2b) des Gleitrings von der Einlassöffnung (12) zur Auslassöffnung (13) durchströmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welche eine integrierte Wärmeübertragungseinrichtung umfasst.
Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Hierbei können während einer Anwendung relativ hohe Temperaturen an der Gleitringdichtung auftreten. Hohe Temperaturen werden dabei unter anderem aufgrund hoher Temperaturen des abzudichtenden Mediums, beispielsweise bei Heißwasseranwendungen oder bei Anwendungen in der Raffinerieindustrie und der petrochemischen Industrie, verursacht. Aufgrund der hohen Temperaturen der abzudichtenden Medien können hierbei die Bauteile der Gleitringdichtung ebenfalls relativ hohe Temperaturen annehmen. Hierbei kann es jedoch zu Verwerfungen an den Gleitflächen der Gleitringe kommen. Dies führt insbesondere zu Beschränkungen von Einsatzbereichen der Gleitringdichtungen, insbesondere bei Anwendungen für heiße Medien.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Erweiterung eines Einsatzbereiches der Gleitringdichtungsanordnung auch bei hohen Temperaturen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung weist dabei den Vorteil auf, dass sie eine verbesserte Wärmeabfuhr durch Vorsehen einer in den Gleitring integrierten Wärmeübertragungseinrichtung ermöglicht. Hierbei ist es erfindungsgemäß nicht notwendig, große Mengen von Kühlmedium zu verwenden, sondern eine an der Gleitringdichtung auftretende Wärme kann unmittelbar in der Nähe des Entstehungsortes mit reduzierter Kühlmittelmenge abgeführt werden. Hierzu sind am stationären Gleitring eine Einlassöffnung zum Zuführen des Kühlmediums und eine Auslassöffnung zum Abführen des Kühlmediums vorgesehen. Die integrierte Wärmeübertra gungseinrichtung ist dabei in einem Innenbereich des stationären Gleitrings angeordnet und verbindet die Einlassöffnung mit der Auslassöffnung. Hierdurch kann erfindungsgemäß effektiv eine Temperatur an der Gleitringdichtung, insbesondere unmittelbar an einem Dichtspalt zwischen den Gleitflächen der Gleitringe, reduziert werden, so dass insgesamt eine erhöhte Lebensdauer und auch bessere Laufeigenschaften der Gleitringdichtungsanordnung erreicht werden können. Auch kann eine eventuell durch Reibung erzeugte Wärme zwischen den beiden Gleitringen unmittelbar und schnell abgeführt werden. Hierdurch ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass ein gegebenenfalls vorhandener Trockenlauf der Gleitringdichtungsanordnung durch die effektive Wärmeabfuhr mittels der in den stationären Gleitring integrierten Wärmeübertragungseinrichtung gegebenenfalls über einen längeren Zeitraum stattfinden kann. Somit weist die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung auch verbesserte Notlaufeigenschaften auf.
Besonders bevorzugt umfasst die integrierte Wärmeübertragungseinrichtung eine poröse Innenstruktur, welche im Innenbereich des stationären Gleitrings angeordnet ist. Die poröse Innenstruktur umfasst dabei eine Vielzahl von untereinander verbundenen Poren, durch welche das Kühlmedium strömen kann. Da die poröse Innenstruktur im gesamten Innenraum des stationären Gleitrings angeordnet ist, kann auch der gesamte Gleitring mit dem Kühlmedium durchströmt werden, so dass eine effektive und gleichmäßige Kühlung erreicht werden kann.
Vorzugsweise bildet die poröse Innenstruktur dabei einen gesamten Innenbereich des stationären Gleitrings, wobei der Innenbereich durch einen Randbereich mit vorzugsweise gleichbleibender Dicke begrenzt wird.
Vorzugsweise ist die poröse Innenstruktur aus Siliziumcarbid hergestellt. Dies führt zu einem Innenbereich mit Poren mit im Wesentlichen gleicher Größe, wobei benachbarte Poren jeweils miteinander verbunden sind.
Weiter bevorzugt ist der Randbereich des stationären Gleitrings ebenfalls aus Siliziumcarbid hergestellt.
Um ein gleichmäßiges Durchströmen des gesamten stationären Gleitrings mit Kühlmittel zu ermöglichen, ist vorzugsweise die Einlassöffnung um 180° gegenüber der Auslassöffnung angeordnet. Hierdurch wird es ermöglicht, dass das Kühlmedium ausgehend von der Einlassöffnung entlang beider Hälften des stationären Gleitrings zur Auslassöffnung strömt. Vorzugsweise ist hierbei ein Durchmesser der Einlassöffnung gleich einem Durchmesser der Auslassöffnung.
Weiter bevorzugt ist der stationäre Gleitring im Schnitt rechteckig ausgebildet und der poröse Innenbereich ist entlang des Umfangs ebenfalls gleichbleibend im Schnitt rechteckig ausgebildet.
Um sicherzustellen, dass eine gesamte Breite des stationären Gleitrings mit dem Kühlmittel durchströmt wird, beträgt vorzugsweise ein Durchmesser der Einlassöffnung ca. ein Drittel oder mehr als ein Drittel einer Breite des Innenbereichs des stationären Gleitrings.
Vorzugsweise wird als Kühlmittel Wasser oder alternativ ein Sperrmittel der Gleitringdichtungsanordnung verwendet.
Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung wird insbesondere bei Heißwasseranwendungen, bei Anwendungen in Raffinerien oder bei Anwendungen in der Petrochemie, oder bei kritischen Anwendungen, z. B. in explosionsgeschützten Räumen, verwendet. Auch kann die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung bevorzugt bei Mehrfachdichtungen, bei denen eine Durchspülung und Kühlung direkt mit dem Vorlage- oder Sperrmedium erfolgt, verwendet werden.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung 1. Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 einen sta tionären Gleitring 2, welcher an einem Gehäusebauteil 11 angeordnet ist, und einen rotierenden Gleitring 3, welcher an einer rotierenden Welle 4 angeordnet ist und gemeinsam mit der Welle 4 um eine Rotationsachse X-X rotiert. Der rotierende Gleitring 3 wird dabei mittels einer Fixiereinrichtung 6 an der rotierenden Welle 4 fixiert. Die Fixiereinrichtung 6 ist mittels eines Schraubelements 8, z. B. einer Wurmschraube, an der Welle 4 befestigt. Ferner sind in der Fixiereinrichtung 6 ein oder mehrere Federelemente 7 angeordnet, welche in axialer Richtung der Welle eine Vorspannkraft über eine Druckringscheibe 9 auf den rotierenden Gleitring 3 aufbringen. Der rotierende Gleitring 3 ist ferner mittels eines ersten O-Rings 10 an der Welle 4 abgedichtet.
Im Betrieb wird zwischen dem stationären Gleitring 2 und dem rotierenden Gleitring 3 ein umlaufender Dichtspalt 5 aufrechterhalten, über den in bekannter Weise eine Abdichtung zwischen zwei Räumen erfolgt.
Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist der stationäre Gleitring 2 derart aufgebaut, dass er einen äußeren Randbereich 2a und einen vom Randbereich 2a umschlossenen Innenbereich 2b mit rechteckigem Querschnitt umfasst. Der Innenbereich 2b ist dabei als integrierte Wärmeübertragungseinrichtung ausgebildet und wird durch eine Vielzahl von einzelnen Poren 14 gebildet, welche jeweils mit benachbarten Poren verbunden sind. Dadurch ist der Innenbereich 2b als poröse Innenstruktur ausgebildet, durch welche ein Kühlungsmedium hindurchströmen kann. Hierzu sind im stationären Gleitring 2 eine Einlassöffnung 12 und eine Auslassöffnung 13 gebildet. Die Einlassöffnung 12 steht mit einer Zulaufbohrung 17, welche im Gehäusebauteil 11 vorgesehen ist, in Verbindung und die Auslassöffnung 13 steht mit einer Ablaufbohrung 18 in Verbindung. Der stationäre Gleitring 2 ist mittels eines zweiten und dritten O-Rings 15, 16 gegenüber dem Gehäusebauteil 11 abgedichtet.
Wie in 1 durch den Pfeil A angedeutet, wird ein Kühlungsmedium durch die Zulaufbohrung 17 und die Einlassöffnung 12 in den porösen Innenbereich 2b des stationären Gleitrings 2 zugeführt. Da die Poren 14 im gesamten Innenbereich 2b des stationären Gleitrings 2 gebildet sind, wird über die Poren 14 eine Verbindung zwischen der Einlassöffnung 12 und der Auslassöffnung 13 gebildet, durch welche das zugeführte Kühlungsmedium hindurchströmen kann. Dabei kann, da die Einlassöffnung 12 und die Auslassöffnung 13 einander um 180° gegenüberliegen, das Küh lungsmedium durch beide Ringhälften des stationären Gleitrings 2 zur Auslassöffnung 13 strömen. Von der Auslassöffnung 13 wird das Kühlmedium dann über die Ablaufbohrung 18 abgeführt (Pfeil B). Während des Durchströmens des Kühlmediums durch den stationären Gleitring 3 kann das Kühlmedium dabei Wärme aufnehmen und somit eine Temperaturabsenkung unmittelbar am stationären Gleitring 2 und insbesondere am Dichtspalt 5 ermöglichen. Da ein Durchmesser der Einlassöffnung 12 und der Auslassöffnung 13 jeweils ca. ein Drittel einer Breite C des Innenbereichs 2b aufweist, wird sichergestellt, dass ausreichend Kühlungsmedium auch an den inneren Randbereich 2a des stationären Gleitrings 2 strömen kann.
Somit wird erfindungsgemäß eine in den stationären Gleitring 2 integrierte Wärmeübertragungseinrichtung bereitgestellt, welche für eine direkte und unmittelbare Abfuhr von Wärme im Bereich des Dichtspalts 5 sorgt. Die Vielzahl der Poren 14 im Innenbereich 2b des stationären Gleitrings 2 stellen somit eine Mikrowärmeübertragungseinrichtung bereit, wodurch insbesondere Verwerfungen der Gleitflächen der Gleitringe 2, 3 vermieden werden können. Ferner kann durch die Wahl einer Vorlauftemperatur des Kühlungsmediums leicht eine definierte Temperatur im Dichtspalt 5 eingestellt werden, wobei insbesondere auch eine Temperatur des stationären Gleitrings 2 auf einem Temperaturniveau des Kühlungsmediums gehalten werden kann. Erfindungsgemäß kann somit eine schnellere und signifikant verbesserte Abfuhr einer durch Gleitreibung und/oder durch das abzudichtende Produkt angetragene Wärme erreicht werden. Somit kann erfindungsgemäß eine Lebensdauer der Gleitringdichtungsanordnung signifikant verlängert werden und zusätzlich durch die verbesserte Wärmeabfuhr im Bereich des Dichtspalts auch bessere Notlaufeigenschaften der Gleitringdichtungsanordnung, z. B. bei einem Trockenlauf, welcher zu erhöhter Reibung und damit erhöhter Wärme führt, ermöglicht werden. Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung wird vorzugsweise bei Anwendungen mit höheren Temperaturen bzw. schlechten Schmiereigenschaften an der Gleitringdichtung verwendet. Durch die in den stationären Gleitring 2 integrierte Wärmeübertragungseinrichtung ist es auch möglich, dass beispielsweise bei Heißwasseranwendungen eine obere Temperaturgrenze für das Heißwasser heraufgesetzt werden kann. Dabei kann die integrierte Wärmeübertragungseinrichtung sehr kostengünstig bereitgestellt werden. Durch die effektive Wärmeübertragung über den porösen Innenraum 2b bei einer relativ dünnen Wandstärke des Randbereichs 2a kann ferner auch eine Menge an Kühlmedium im Vergleich mit dem Stand der Technik signifikant reduziert werden, so dass dies auch zu reduzierten Betriebskosten für das Kühlmedium führt. Zusammenfassend kann somit insbesondere ein Temperatureinsatzbereich der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung erhöht werden.

Claims

Gleitringdichtungsanordnung, umfassend – einen ersten stationären Gleitring (2), – einen zweiten rotierenden Gleitring (3), welcher sich gemeinsam mit einem rotierenden Bauteil (4) dreht, – wobei die Gleitringe (2, 3) einander gegenüberliegende Gleitflächen aufweisen, welche zwischen sich einen Dichtspalt (5) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass – der stationäre Gleitring (2) eine integrierte Wärmeübertragungseinrichtung umfasst, welche in einem Innenbereich (2b) des stationären Gleitrings (2) angeordnet ist, und der stationäre Gleitring eine Einlassöffnung (12) zum Zuführen eines Kühlmediums und eine Auslassöffnung (13) zum Abführen des Kühlmediums umfasst, wobei das Kühlmedium den Innenbereich (2b) des Gleitrings von der Einlassöffnung (12) zur Auslassöffnung (13) durchströmt.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den stationären Gleitring (2) integrierte Wärmeübertragungseinrichtung eine poröse Innenstruktur mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Poren (14) aufweist.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Innenstruktur im gesamten Innenbereich (2b) des stationären Gleitrings (2) gebildet ist und der Innenbereich (2b) von einem Randbereich (2a) mit insbesondere gleichbleibender Dicke umgeben ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Innenstruktur aus Siliziumcarbid hergestellt ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich aus Siliziumcarbid hergestellt ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (12) gegenüber der Auslassöffnung (13) angeordnet ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der Einlassöffnung (12) gleich einem Durchmesser der Auslassöffnung (13) ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich (2b), in welchem die Wärmeübertragungseinrichtung angeordnet ist, einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der Einlassöffnung (12) bzw. der Auslassöffnung (13) ungefähr ein Drittel einer Breite des Innenbereichs (2b) des stationären Gleitrings (2) aufweist.