DE2030133A1

DE2030133A1 - Multi-stage high pressure mechanical seal

Info

Publication number: DE2030133A1
Application number: DE19702030133
Authority: DE
Inventors: Ehrhard Dr.-Ing. 8191 Eurasburg Mayer
Original assignee: FEODOR BURGMANN JR ASBEST U PA
Current assignee: FEODOR BURGMANN JR ASBEST U PA
Priority date: 1970-06-18
Filing date: 1970-06-18
Publication date: 1971-12-23

Description

Mehrstufige Höchstdruck-Gleitringdichtung Mit üblichen einstufigen Gleitringdichtungen kann, hauptsächlich aufgrund der bei der Wärmeableitung auftretenden Probleme ein maximaler Druck von ca. loo atü abgedichtet werden. Bei speziellen einstufigen Gleitringdichtungen mit hydrodynamischem Laufverhalten konnten Spitzenwerte von ca. 250 atil beherrscht werden. Die Reaktortechnik und die chemische Verfahrenstechnik fordern aber Dichtungen für Drücke von 500 atU und mehr, wobei große Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit verlangt wird. Multi-stage ultra-high pressure mechanical seal With the usual single-stage Mechanical seals can, mainly due to the heat dissipation occurring Problems a maximum pressure of approx. Loo atü can be sealed. With special single-stage mechanical seals with hydrodynamic running behavior achieved top values can be mastered by approx. 250 atil. Reactor technology and chemical process engineering but require seals for pressures of 500 atU and more, with great operational reliability and economy is required.

Aufgabe der ERfindung ist es, eine mehrstufige Höchstdruck-Gleitringdichtung zu schaffen, welche diese Anforderungen rfüllt.The task of the invention is to create a multi-stage high pressure mechanical seal to create that meets these requirements.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß ausgehend von der abzudichtenden Druckseite aufeinanderfolgend eine Doppeldichtung und eine Tandemdichtung auf der Welle angeordnet sind, daß die von dem ersten und zweiten Gleitringpaar der Doppeldichtung, dem Dichtungsgehä.use und der Welle begrenzte erste Kammer einerseits über eine Einlaßbohrung mit einer bezüglich des abzudichtenden Mediums wenige Atmosphären Uberdruck aufweisenden Quelle und andererseits Itber eine erste Drosselstrecke mit einer von dem zweiten Gleitringpaar der Doppeldichtung, dem ersten Gleitringpaar der Tandemdichtung, der Welle und dem Dichtungsgehäuse begrenznten zweiten Kammer verbunden ist, die ihrerseits über eine zweite Drosselstrecke mit einer eine AuslaBbohrung für das Kühl- und Sperrmedium aufweisenden dritten Kammer verbunden ist, die vom ersten und zweiten Gleitringpaar der Tandemdichtune, der Welle und dem Dichtungsgehäuse begrenzt ist.According to the invention this object is achieved in that, starting from the pressure side to be sealed is successively a double seal and a tandem seal are arranged on the shaft that of the first and second pair of sliding rings the double seal, the Dichtungsgehä.use and the shaft delimited the first chamber on the one hand via an inlet bore with a few atmospheres with respect to the medium to be sealed Overpressure having source and on the other hand Itber with a first throttle section one of the second pair of sliding rings of the double seal, the first pair of sliding rings the tandem seal, the shaft and the seal housing delimited second chamber is connected, which in turn via a second throttle section with an outlet hole for the cooling and barrier medium having third chamber is connected, which is from first and second pair of sliding rings of the tandem seal, the shaft and the seal housing is limited.

Abhängig von dem abzudichtenden Druck können der Doppeldichtung mehrere Gleitringdichtungen in Tandemanordnung nachgeschaltet sein, deren aufeinanderfolgende, jeweils von zwei,Gleitringpaaren, der Welle und dem Dichtungsgehäuse begrenzten Räume der Drossel strecken miteinander verbunden sind, so daß von Raum zu Raum ein stufenweise Druckabbau erfolgt und das Jeweilige Dichtungapaar nur den Differenzdruck zwischen zwei aufeinanderfolgenden Räumen aufzunehmen hat.Depending on the pressure to be sealed, the double seal can have several Mechanical seals be connected downstream in tandem, their successive, each limited by two pairs of sliding rings, the shaft and the seal housing Spaces of the throttle stretch are interconnected, so that one space from one space to another Gradual pressure reduction takes place and the respective seal pair only the differential pressure between two consecutive rooms.

Zur Erhöhung der betriebssicherheit und beschleunigung der Montage, die insbesondere in strahlungsverseuchten Räumen wichtig ist, wird die gesamte Dichtung erfindungsgemäß als einbaufertige Einheit ausgebildet. Zu dem gleichen Zweck sind vorzugsweise auch die Drosselstrectken innerhalb des Dichtungsgehäuses angeordnet, wobei eine Einstellbarkeit des Drossel querschnittes von außen vorzugsweise vorgesehen wird.To increase operational safety and accelerate assembly, which is particularly important in radiation-contaminated rooms is the entire seal designed according to the invention as a ready-to-install unit. Are for the same purpose preferably also the throttle sections are arranged within the seal housing, wherein an adjustability of the throttle cross-section from the outside is preferably provided will.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Brfindung anhand der Zeichnung hervor, deren einzige Figur einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete höchstdruckdichtung darstellt.Further features and advantages of the invention will be apparent from the following Description of an embodiment of the invention based on the drawing, the only figure of which is a longitudinal section through a high-pressure seal designed according to the invention represents.

Das die Welle 1 umgebende Dichtungsgehäuse 2 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuseteil 2 a, das beiderseits von Gehäuseflanschen 2 b und 2 c begrenzt ist.The seal housing 2 surrounding the shaft 1 consists of an im essential cylindrical housing part 2a, the housing flanges on both sides 2 b and 2 c is limited.

In dem zylindrischen Gehäuseteil 2 a sind zwei zentrisch durchbohrte Zwischenflansche 2 d und 2 e angeordnet, welche durch eine ringförmige Innenschulter 2 f und durch Distanzhülsen 2 g und 2 h festgelegt sind und die drei Kammern 3 a, 3 b und 3 c nach außen und in Axialrichtung begrenzen.In the cylindrical housing part 2 a two are centrally drilled Intermediate flanges 2 d and 2 e arranged, which by an annular inner shoulder 2 f and are fixed by spacer sleeves 2 g and 2 h and the three chambers 3 a, 3 b and 3 c limit outwards and in the axial direction.

In der ersten, der Produkten-æeite der Dichtung benachbarten Kammer 3 a, in welche eine das zylindrische Gehäuseteil 2 a durchdringende Einlaßpbohrung 4 mündet, ist eine in ihrer G-samtheit mit 5 bezeichnete doppelt wirkende Gleitringdichtung angeordnet, welche zwei Gleitringpaare enthält, die jeweils aus einem abgedichtet im Gehäuseflansch 2 b bzw. im Zwischenflansch 2 d gelagerten stationären Gegenring 6, 6' und einem mit der Welle 1 umlaufenden Gleitring 7, 7t bestehen. Die umlaufenden Gleitringe 7, 7' sind drehfest aber in Axialrichtung gegen Andruckfedern verschieblich und abgedichtet auf einerW§llenhülse 8 befestigt, welche sich bis über den Gehäuseflansch 2 c hinaus erstreckt und dort mit einer Verdrehungssicherung, insbesondere einer Schraube 9 an der Welle 1 befestigt ist.In the first chamber adjacent to the product side of the seal 3 a, in which a cylindrical housing part 2 a penetrating Einlaßpbohrung 4 opens, is a double-acting mechanical seal designated in its entirety with 5 arranged, which contains two pairs of sliding rings, each consisting of a sealed in the housing flange 2 b or in the intermediate flange 2 d mounted stationary counter ring 6, 6 'and a with the shaft 1 rotating slide ring 7, 7t exist. The rotating slide rings 7, 7 'are non-rotatable but displaceable in the axial direction against pressure springs and sealed on a shaft sleeve 8, which extends over the housing flange 2 c also extends and there with an anti-twist device, in particular one Screw 9 is attached to the shaft 1.

In die Kammer 3 a wird über die Einlaßbohrung 4 ein Kühl-und Sperrmedium mit einem geringen Uberdruck von ca. 2-10 atü bezüglich der Produkten-Seite zugeführt. Beträgt daher der abzudichtende Druck P1= 500 atü, so wird in der Kammer 3 a ein Druck P2 von ca. 510 atü aufrechterhalten, wobei das Kühl-und Sperrmedium in ausreichender Menge zugeführt wird, um die Leckmenge zur Produktenrseite und die über eine später erläuterte Drosselbohrung 10 abströmende Menge auszugleichen.A cooling and blocking medium is introduced into the chamber 3 a via the inlet bore 4 with a slight overpressure of approx. 2-10 atmospheres relative to the product side. Therefore, if the pressure to be sealed is P1 = 500 atü, a will be in the chamber 3 a Maintain pressure P2 of approx. 510 atm, the cooling and barrier medium in sufficient Amount is supplied to the leakage amount to the product side and the one later explained throttle bore 10 to compensate for the outflowing amount.

Durch den in der Kammer 3 a aufrechterhaltenen Druck P2 wird mit Sicherheit ein Austritt des abzudichtenden, evtl. hoch erhitzten oder toxo-den Mediums verhindert, während andererseits das saubere Sperrmedium wegen der geringen Druckdifferenz von P2 zu P1 und der beaufschlagung des Gleitringpaares 6, 7 am Außenumfang nur mit einer minimalen Leckrate in den abzudichtenden Raum eindringen kann.Due to the pressure P2 maintained in the chamber 3 a, with certainty the leakage of the medium to be sealed, possibly highly heated or toxic medium, is prevented, while on the other hand the clean barrier medium because of the low pressure difference of P2 to P1 and the application of the sliding ring pair 6, 7 on the outer circumference only with can penetrate the space to be sealed with a minimal leakage rate.

Die auf die Borste folgenden Kammern 3 b, 3 c, nehmen eine Tandemdichtung 11 auf, wobei jeder Kammer ein Gleitringpaar 12, 13 bzw. 12', 13' zugeordnet ist, das in seiner Anordnung und Ausbildung im wesentlichen dem Gleitringpaar 6',7' entspricht, wobei de' stationären Gegenringe 12, 12' im Zwischenflansch 2 e, bzw. Gehäuseflansch 2 c gelagert sind. Zur VerhinderLu?g auch geringer unerwünschter mechanischer Deformationen der Gegenringe und zur Erzielung einer optimalen Wärmeableitung sollen hierbei die abstützenden Rückenflächen aller unter hohem Druck stehenden Gleitringe 6', 12, 12', wie auch die für sie inden Flanschen 2 d, 2 e und 2 c, vorgesehenen Stützflächen und die Stützflächen dieser Flansche mit der gleichen Toleranz und Rauhigkeit wie die Gleitflächen der Gegenringe bearbeitet sein.The chambers 3 b, 3 c following the bristle take a tandem seal 11, each chamber being assigned a pair of sliding rings 12, 13 or 12 ', 13', which essentially corresponds in its arrangement and design to the pair of sliding rings 6 ', 7', where de 'stationary counter rings 12, 12' in the intermediate flange 2 e, or housing flange 2 c are stored. To prevent low undesired mechanical deformations of the counter rings and to achieve optimal heat dissipation should this supporting back surfaces of all sliding rings 6 ', 12, which are under high pressure, 12 ', as well as the support surfaces provided for them in the flanges 2 d, 2 e and 2 c and the support surfaces of these flanges with the same tolerance and roughness as the sliding surfaces of the counter rings must be machined.

In den Zwischenflanschen 2 d, 2 e sind die Kammern 3 a, 3 b bzw. 3 b, 3 c verbindende Drosselbohrungen 10 bzw. 14 angeordnet deren Durchlaßquerschnitt durch von außen zugängliche Drosselschrauben 15 einstellbar ist.(fgur für die Drosselbohrung 14 in der Zeichnung dargestellt.) In die Kammer 3 c mündet weiterhin eine Auslaßbohrung 16 für das Kühl- und Sperrmedium, die bei Dichtungen für vertikale Wellen z. B. Rührwerkswellen, höher als der Dichtspalt des Gleitringpaares 12t, 13', angeordnet ist, um dessen Trockenlauf zu verhindern. Die in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Bohrungen 4, 10 14 und 16 sollen zur Erzielung einer intensiven Kühlungmöglichst um 1800 gegeneinander versetzt sein, so daß sich der mit 17 bezeichnete, prinzipielle Strömungsverlauf des Kühl-und Sperrmediums ergibt, das durch die Auslaßbohrung über eine weitere Drossel 18 die Dichtung verläßt.The chambers 3 a, 3 b and 3 are located in the intermediate flanges 2 d, 2 e b, 3 c connecting throttle bores 10 and 14 respectively arranged their passage cross-section adjustable by externally accessible throttle screws 15. (fgur for the throttle bore 14 shown in the drawing.) In the chamber 3 c also opens an outlet hole 16 for the cooling and barrier medium that is used in seals for vertical shafts, for. B. Agitator shafts, arranged higher than the sealing gap of the sliding ring pair 12t, 13 ' is to prevent it from running dry. The successive ones in the axial direction Bores 4, 10, 14 and 16 should be as possible to achieve intensive cooling around 1800 be offset from one another, so that the designated 17, principal Flow profile of the cooling and barrier medium results, which is passed through the outlet bore another throttle 18 leaves the seal.

Durch die Drosselbohrungen 1o, 14 und die Drossel 16 kann ein stufenweiser Abbau des abzudichtenden Drucks in den Kammern 3 a -D c, vorgenommen werden, so daß z. B. bei einem abzudichtenden Druck p1 von 500 atü in der Kammer 3 a ein Druck von P 2 von .510 atü, in der Kammer 3 b ein Druck p3 von 34o atü und in der Kammer 3 c ein Druck p4 von 2 atü herrscht, wobei die Gleitringpaare nur mit den entsprechenden Differenzdrücken belastet werden. Derartige Differenzdrücke können aber bei einer vorzugsweise angewendeten hydrodynamischen Ausbilo dung der Dichtungsgleitflächen einwandfrei beherrscht werden.Through the throttle bores 1o, 14 and the throttle 16, a step-by-step Reduction of the pressure to be sealed in the chambers 3 a -D c, be made, so that z. B. at a pressure to be sealed p1 of 500 atü in the chamber 3 a pressure from P 2 of .510 atmospheres, in chamber 3 b a pressure p3 of 340 atmospheres and in the chamber 3 c a pressure p4 of 2 atm prevails, whereby the sliding ring pairs only with the corresponding Differential pressures are loaded. Such differential pressures can, however, with a preferably applied hydrodynamic training of the sealing sliding surfaces be perfectly mastered.

Von besonderer Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit ist, daß die Dichtung zusammen mit dem Gehäuse 1 und der Wellenhülse 8 als komplette montagefertige Einheit geliefert wird, wobei erst nach vdlständiger Montage eine in eine Nut der Wellenhülse eingreifende und sich am Gehäuseflansoh 2 c abstützende Montagelehre 8' entfernt wird. Hierdurch kann einv schnelle Montage ohne zeitraubende Justierarbeit erreicht werden, das insbesondere für strahlenverseuchte Räume in der Eernkraft-Technik von besonderer Bedeutung ist.Of particular importance for economic efficiency and operational safety is that the seal together with the housing 1 and the shaft sleeve 8 as a complete A ready-to-assemble unit is delivered, whereby a engaging in a groove of the shaft sleeve and supported on the housing flange 2 c Assembly jig 8 'is removed. This allows a quick assembly without time consuming Adjustment work can be achieved, especially for radiation-contaminated rooms in the Eernkraft-Technik is of particular importance.

Claims

P a t e n t a n s p r ü Q h e.

Multi-stage high-pressure U-ring seal, characterized in that that starting from the pressure side to be sealed successively a double seal (5) and a tandem seal (11) are arranged on the shaft (1) that cie of the first and second pair of sliding rings (6,7; 6 ', 7') of the double seal, the seal housing (2) and the shaft delimited chamber (3a) on the one hand via an inlet bore (4) with one a cooling and barrier medium with one with respect to the medium to be sealed a few Atmospheres overpressure having source and on the other hand via a first throttle section (10) with one of the second pair of sliding rings (6t, 7 ') of the double seal, the first Limited slip ring pair (12, 13) of the tandem seal, the shaft and the seal housing second chamber (3b) is connected, which in turn via a second throttle section (14) with an outlet bore (16) for the cooling and barrier medium third chamber (3c) is connected, which the first and second pair of sliding rings (12, 13; 12 ', 13') of the tandem seal, the shaft and the seal housing.

2. Multi-stage ultra-high pressure mechanical seal according to claim 1, characterized characterized in that the double seal (5) has several Mechanical seals are downstream in 'landing order, their successive, of each two pairs of sliding rings, the shaft and the seal housing limited chambers Throttle sections are connected in series.

3. Multi-stage ultra-high pressure mechanical seal according to claim 1 or 2, characterized in that the throttle sections (10, 14) within the seal housing (2) are arranged.

4. High-level ultra-high pressure mechanical seal according to claim 2 or 3, characterized in that the throttle sections (10, 14) than in which the stationary Counter ring (6 ', 12) of the second pair of sliding rings of the double seal (5) or

of the first pair of sliding rings of the llAndendichtung (11) receiving Intermediate flanges (2d, 2e) arranged holes are formed.

5. Multi-stage ultra-high pressure mechanical seal according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that at least one throttle section (14) from the outside adjustable (15) is formed.

6. Multi-stage high pressure mechanical seal according to one of the preceding Claims, characterized in that the inlet bore (4) the throttle sections (10, 14) and the outlet bore (16), which follow one another in the axial direction, are each arranged offset from one another by 1800.

7. Multi-stage high pressure mechanical seal according to one of the preceding Claims, characterized in that the outlet bore (16) with a vertical shaft (1) higher than the sealing gap of the pair of sliding rings on the atmosphere side (12 ', 13') is arranged.

8. Multi-stage ultra-high pressure mechanical seal according to claim 1, characterized characterized in that all rotating slide rings (7, 7 ', 13, 13') on one common shaft sleeve (8) are arranged and that the entire seal including its housing (2) forms a ready-to-install unit.

9. Multi-stage ultra-high pressure mechanical seal according to claim 8, characterized characterized in that the shaft sleeve (8) relative to the housing (2) before the assembly is adjusted by an assembly jig (8 ') to be removed after assembly.

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