DE2138362A1

DE2138362A1 - Wellendichtung für Druckmittelbehandlungsmaschinen

Info

Publication number: DE2138362A1
Application number: DE19712138362
Authority: DE
Inventors: Leonard Peter Monroeville; Huesgen Eugene Leo Jeannette; Pa. Damratowski (V.StA.). P
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1970-11-02
Filing date: 1971-07-31
Publication date: 1972-05-10
Also published as: NL7111249A; GB1349070A; DE2138362B2; US3695621A; FR2113465A5; DE2138362C3; CH538619A; JPS544021B1

Description

PATENTANWÄLTE - 4 IJQOQ4

dr.ing. H. NEGENDANK - dipl-ing. H. HAUCK · dipl-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN ZXJSTELLTJNGSANSCHRIFT:- HAMBURG 36 · NEUER WAIL

TEL. 36 74 28 UND 3641 IS

TELEGH. NEOEDAPATENT HAMBTTHG

Carrier Corporation München is · mozartstr.

TEI..5 3800 8β

Parkway · teleor. negeüapatent München

Syracuse, Hew York 13201/USA .._

_2 [ HAMBURG, I>0.

Wellendichtung für DruckmittelbehandlLingsmaschincn

!"Sines eier Hauptprobleme die bei den Betrieb von Hochdruckdreiianlagen auftreten, ist die Schaffung· einer wirksamen Wellendichtung zum Verhindern des Ausfließens von Betriebsgas von dem Druckbereich der Anlage zu einem Bereich verhinderten Drucks, wie z.B. die Atmosphäre. Das Problem wird noch schwieriger, wenn die Geschwindigkeit der Maschine erhöht wird Line, der Druck des Betriebsgases ansteigt.

.iiS sind viele Dichtungskonstruktionen erdacht worden, die ,jedoch aus verschiedenen Gründon nicht zufriedenstellend ra-en. Z. B. gestatten einige derartiger Dichtungskonstruktionc-n ein starkes Auslaufen beim Abstellen der Haschine. Andere ergeben einen übermäßigen Leistungsverlust bei hoher Geschwindigkeit Lind wieder andere versagen einfach nach nur kurzer Betriebsdauer, iloch andere erfordern einen hohen Genauigkeitsgrad, der zur Aufrechterhaltung eines regulierten

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Spielraums oder der Ebenheit von zusammenarbeitenden Teilen notwendig ist, wodurch sich übermäßig hohe Konstruktionskosten ergeben.

Die erfindungsgemäße Dichtungskonstruktion umfaßt Teile von einfacher Form, so daß sie wirtschaftlich herzustellen sind und in einer Konstruktionsanordnung zusammengesetzt werden, die den Zweck erfüllt, eine wirksame Abdichtung unter allen Betriebsbedingungen vom Stillstand bis zu Hochgeschwindigkeits- und Hochdruckarbeitsgängen zu schaffen, und eine außerordentlich lange Lebensdauererwartung besitzt.

Sin ringförmiges Statorteil ist in dem stationären Gehäuse einer sich drehenden Maschine, z.B. eines Gasverdichters, . in konzentrischer Anordnung zu der Laufradwelle befestigt. Eine DichtungsmaBchette ist in dem Stator angeordnet und kann sich in diesem begrenzt axial und radial bewegen. Die Innenfläche des Stators ist so ausgebildet, daß sie die Form der Dichtungsmanschette ergänzt, um einen Dichtungsöl aufnehmenfen Raum zwischen dem Stator und der Manschette zu schaffen. Die Dichtungsmanschette und das Statorteil sind so ausgebildet, daß der Bereich der Außenfläche der Dichtung, der in Kontakt mit dem Dichtungsöl steht, den Flächenbereich der Manschettenbohrung überschreitet, in der Wärme erzeugt wird, und folglich wird die Dichtungsmanschette angemessen gekühlt.

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±n den. Zeiclinungen, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, ist:

Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine Dichtungskonstruktion

gemäß vorliegender Erfindung und Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Konstruktion, die in dem rechten unteren Teil der Fig. 1 dargestellt ist.

In Fig. 1 ist mit 10 die Stiriwandkonstruktion eines typisclien Bruckmaschinengehäuses, z.B. eines Gaskompressorgehäuses, bezeichnet. Die Stirnwand ist mit einem Durchgang ausgebildet, durch den sich die Laufradwelle 11 von dem Hochdruckbereich 12 an der rechten Seite der Figur zu einem iliederdruckbereich erstreckt, wie er durch den Kanal 13 angedeutet ist, der sich in herkömmlicher Weise in die Atmosphäre oder zu einem auf Atmosphärendruck gehaltenen Dichtungsölsammeibehälter erstreckt. Die innere Stirnwandung des Durchgangs kann an dem Gehäuse 10 angeformt oder durch ein ringförmiges Teil 15 gebildet sein, das z.3. durch Kopfschrauben 17 an der Gehäusekonstruktion 10 fest angebracht ist. Falls es verwendet wird, dient das Teil 15 vorteilhafterweise dazu, ein Labyrinthdichtungsglied 20 in Stellung zu bringen und zu halten, das die Welle 11 an dem Hochdruckbereich 12 umgibt.

Die Dichtungskonstruktion der vorliegenden Erfindung umfaßt ein ringförmiges Statorteil 23, das in dem Gehäusedurchgang sri der Stiniwandung oder dem Teil 15 anliegend angeordnet ist. Die Dichtungskonstruktion umfaßt _:auch ein Dichtungsmanschettenteil, das innerhalb des Teils 2j? gelagert und mit einen

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zylindrischen Teil 24 ausgebildet ist, der die Welle 11 mit Drehsitzspiel umschließt. Die Dichtungsmanschette weist auch einen Teil auf, der winkelförmig zu dem zylindrischen Teil 24 und der Welle 11 angeordnet ist. Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, geht der zylindrische Teil 24 der Dichtungsmanschette in einen konischen Teil 25 über, der in einen gegen das Teil 15 anliegenden, radial angeordneten Teil 27 ausläuft.

Die Innenfläche des.Statorteils 23 ist so ausgebildet, daß sie sich mit der Form der Dichtungsmanschette ergänzt, und so bemessen, daß sie einen die Manschette umgebenden Raum 30 schafft, der durch radial verlaufende Kanäle 35 mit einer in der Außenfläche des Stators 23 gebildeten ringförmigen Nut 31 verbunden ist. Unter Druck stehendes Dichtungsöl wird zu der am Umfeig verlaufenden Nut 31 durch einen Kanal 37 geleitet, der mit einer unter Druck stehenden Dichtungsölquelle in Verbindung steht. In dieser Anordnung wird der die Manschette umgebende Kanal 30 mit einem Dichtungsölstrom versorgt. Der radiale Flanschteil 27 der Dichtungsmanschette, der gegen das Teil 15 anliegt, befindet sich in Wärmeübertragungsanlage mit diesem. Dieser Teil 27 ist auch mit einen O-Ring 40 versehen, um eine Dichtungsanlage gegen das Teil 15 herzustellen. Der Flanschteil 27 der Dichtung ist auch mit einem O-Ring 41 versehen, um eine Dichtungsan-

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lage gegen das Statorteil 23 herzustellen. Die O-Ringe 40 und 41 zusammen mit der Dichtung 25 und den Teilen 15 und 23 sind so "bemessen, daß sie die gewünschte Vorspannung auf die Dichtung 25 geben. Sine oder mehr Aussparungen 43 sind in der Außenfläche des Flanschteils 27 zur Aufnahme von Stiften 45 gebildet, die zur Verhinderung einer Drehung der Dichtungsmanschette dienen, ohne deren schwimmende axiale und radiale Bewegung in dem Stator 23 zu stören.

Das Ende des zylindrischen Teils 24 der Manschette, das dem in den Teil 25 übergehenden Ende entgegengesetzt ist, schließt in axialem Abstand von dem entgegengesetzten Ende des Stators 23 ab und schaft dadurch einen ringförmigen Kanal 48, der mit dem Raum 30 zur Abführung des Dichtungsöls aus demselben gegen die Welle 11 in Verbindung steht. Die Bohrung des zylindrischen Teils 24 der Manschette ist mit einer am Umfang verlaufenden Nut 50 ausgebildet, die der Welle 11 gegenüberliegt und mit dem das Dichtungsöl aufnehmenden Raum 30 durch eine Vielzahl von umfangsmäßig im Abstand angeordneten, radial verlaufenden Kanälen 51 in Verbindung steht.

Es ist ersichtlich, daß der konische Teil 25 der Dichtungsmnnschette von der Welle 11 nach außen in der Richtung zum Druckbereich 12 hin divergiert. Auch ist der Flanschteil 27 im Abstand von der Welle 11 angeordnet. Bei dieser von den

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Teilen 25, 27 gebildeten, winkelförmig angeordneten Konstruktion überschreitet der Bereich der Außenfläche der Manschette erheblich den Bereich der Bohrungsfläche des zylindrischen Teils 24. Dies hat zur Folge, daß ein größerer äußerer Bereich der Manschette von dem in dem Raum 30 fließenden Dichtungsöl berührt und gekühlt wird. Die Wärme, die an der Bohrungsfläche des zylindrischen Teils 24 durch das Vorhandensein des Ölwiderstands in

w dem verhältnismäßig engen Zwischenraum zwischen der Bohrungsfläche und der Welle erzeugt wird, wird durch Fortleitung zu den Dichtungsteilen 25, 27 geführt und von der Außenfläche der Dichtungsteile 24, 25 27 durch den Ölfluß in dem Raum 30 abgeleitet. Demzufolge wird die Dichtungsmanschette in einer schnelldrehenden Anlage der beschriebenen Art auf einer zufriedenstellenden Betriebstemperatur gehalten. Das zwischen den zylindrischen Teil 24 und die Welle 11 geleitete, unter Druck gesetzte Dichtungsöl dient dazu, den Durchfluß von Druckbetriebsgas abzusperren, das von dem Bereich 12 durch die Labyrinthdichtung 20 strömen kann.

Vorzugsweise werden ZerlegungsdichtungsmaEchefcten, wie z.B. 55, 56, 57, verwendet, um ein Druckgefälle des Dichtungsöls zu dem Dichtungsölabflußkanal 13 zu schaffen. Diese schwimmenden Dichtungsmanschetten sind in ringförmigen Statorteilen 60,

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61, 62 gelagert, die in dem an der Stirnwand 10 des Gehäuses gebildeten Durchgang montiert und axial gegeneinander und gegen den Stator 23 anliegend angeordnet sind. Alle diese Statorteile sind gegen eine Axialbewegung in dem Durchgang durch Halteringquadranten 67 gesichert, die in einer umfangsraäßig verlaufenden Nut in der Stirnwand 10 angebracht sind. Die Statorteile 60, 61, 62 v/erden durch Keile 70 an einer Drehung gehindert.

Ein ringförmiges Endstück 73 ist gegen die Ringquadranten 67 durch Kopfschrauben 74 gespannt, die sich durch das Stück 73 erstrecken und in den Stator 62 geschraubt sind. Eine äußere Labyrinthdichtung 75 ist an dem Stück 73 durch Kopfschrauben 77 befestigt.

Die schwimmenden Zerlegungsdichtungsmanschetten 55,56, 57 sind in in den Statorteilen 60, 61 und 62 gebildeten, umfangsmäßig verlaufenden Ausnehmungen angeordnet. Die Außenseiten der Manschetten 55, 56, 57 sind mit Dichtungen 80 versehen, die in geeigneter Lage angebracht sind, um die Axialbelastung der Dichtungen 80 infolge des Druckgefälles über die Dichtungen 80 auf ein Mindestmaß zurückzuführen.

Das Dichtungsöl, das dem Kanal 37 zum Durchfluß durch den Raum 30 ageführt wird, wird auf einem Druck etwas über dem Druck des Betriebsgases gehalten. Folglich ist ein angemessener Dichtungsölfluß durch den Kanal 48, entlang der Welle unter

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schwimmenden Zerlegung?dichten 55, 56, 57 zu dem ülablaßkanal 13 sichergestellt. Ls wurde jedoch bei Fehlen des Ölringraums in der Nut 50 festgestellt, daß der Wellenpump-Vorgang einen Unterdruck an der Schnittstelle von 48 und und 11 erzeugt, der sich dein Diff erentialöldichtungsdruck annähern oder diesem gleichkommen kann* Wenn dies eintritt, wird der kleine Gleitringraum zwischen der Dichtung 24 und der Kelle 11 mit einem Dichtungsöl-Gas-Gemisch gefüllt und " Gas kann durch den Ringraum zwischen 24 und 11 zu 48 strömen und sich vermischen und an das Dichtungsöl ^verlorengehen.

Es ist v/Unschenswert, die Öl-Gas-Grenzschicht in dem Ringraum zwischen 24 und 11 aufrechtzuerhalten, um eine wirksame Abdichtung zu gewährleisten. Die bemerkenswerte Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Dichtung ist in großem Iiaße auf den Dichtungsöldruckringraum in der Hut 50 zurückzuführen, die sich zwischen den Enden der Bohrung in dem zylindrischen Teil 24 befindet. Der ölringraum schafft eine vollständige Flüssigkeitsdichtung, die die Ifellenpunpwirkungen auf den Differentiäldruck auf ein I-iindestmaß zurückführen und aufgrund der Bildung von Taylor-Wirb ein ε·η der Cl-Gas-Grenzschicht als Sperre für den Gasfluß wirken soll, wodurch ein Gasgintritt in den Dichtungsölfluß verhindert oder in wesentlichen ausgeschaltet wird.

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Claims

■Fatentans'prüche :

/ 1MDrehwellendichtung für Druckmittelb.ehandlungsanlagen mit einem stationären Druckgehäuse (10) und einer Laufradwelle (11), die in dem Gehäuse gelagert ist und sich von einem Druckbereich (12) zu einem Bereich (13) verminderten Drucks erstreckt, gekennzeichnet durch eine Gasdichtungskonstruktion zum Verhindern des Durchflusses von Betriebsgas entlartg der Welle (11) von dem Druckbereich (12) zu dem Bereich (13) verminderten Drucks, wobei die Dichtungskonstruktion ein ringförmiges Dichtunjsstatorteil (23), das fest in dem Gehäuse gelagert ist und die- Welle (11) umgibt, und ein Dichtungsmanschettenteil aufweist, das in dem Statorteil angeordnet ist, wobei d.as l-'anschottenteil mit einem zylindrischen Teil (24) ausgebildet ist, der mit einer Bohrung mit Drehsitzspiel auf der Welle versehen ist, die Bohrung des zylindrischen Teils mit einer umfangsnäßig verlaufenden Nut (50) ausgebildet ist, die der. tf eile, gegenüberliegt, das Statorteil so aiB-■-;Gstoltet ist, daß es einen Dichtungsöl aufnehmenden Raum schafft, der die Dichtungsmanschette zur_Aufnahme von Dichtungsöl unter Druck umschließt, und der zylindrische Teil (24) dar Dichtungsmanschette mit radial aageordneten, umfangsmäßig irn Abstand liegenden Kanälen (51) ausgebildet ist, die DicLtun/jsöl von dom Raun zu der Hut leiten.

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2) Wellendichtungskonstruktion nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsraansdnettenteil mit einem winkelförmig angeordneten Teil (25) versehen ist.

3) Wellendichtungskonstruktion nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der winkelförmig angeordnete Teil (25) des Dichtuiigsmanschettenteils sich in Dichtungsanlage mit dem Gehäuse (10) befindet.

4) Wellendichtungskonstruktion nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der winkelförmig· angeordnete Teil (25) des Dichtungsmanschettenteils in v/ärraeubertragunfickontakt mit kaltem Dichtungsöl steht.

5) Wellendichtungskonstruktion nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des zylindrischen Teils (24) des Dichtungsmanschettenteils geringer als dessen gesamte axiale Länge ist.

6) Weilendichtungskonstruktion nach Patentanspruch 1 , daiui-cii gekennzeichnet, daß die axiale Läii^e des Dichtun^EnarECiicttenteils geringer als die axiale LYnrjo des Dichtung::-— statorteils (23) ist.

7) Wellendichtungskonstriiktion nach Patentanspruch 2, djcniwii gekennzeichnet, daß der winkelförmig angeordnete Tej.l (?5) des Dichtungsmanscliettenteils sich m Dicntun^üanlfe^-o .sit.

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einen iiaide des Dichtungsstatorteils befindet, während das entgegengesetzte "^nde des Dichtungsmanschettenteils in axial-3ia Abstand von dem .entgegengesetzten Ende des Dichtungsstatorteils ausläuft.

G) Wellendichtungskonstruktion nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein i;nde des zylindrischen Teils des Dichtungsinanschettenteils in einen konischen Teil (25) überseht, der von der Welle in einer Richtung zu dem Druckbereich (12) hin nach außen divergiert.

9) Vieilendichtungskonstruktion nach Patentanspruch 8, dadurch fjekennzeiclmet, daß ein Ende des zylindrischen Teils (24) des Dichtungsmanschettenteils in einen konischen Teil (25) übergeht, der von der Welle in einer Richtung zu dem Druckbereich (12) hin nach außen divergiert und in einen radialen Flanschten (27) ausläuft, der sich in Dichtungsanlage mit de;a Dichtung statorteil (23) befindet.

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