DE2153403A1 - Gasgesperrte wellendichtung - Google Patents

Description

• Gasgesperrte WeLlendichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine gasgesperrte Wellendichtung für hohe Drehzahlen, die eine Leckage des abzudichtenden Gases verhindert und nur sehr geringe Mengen des Sperrgases in den Gasraum eintreten läßt.
• In Luft- und Gasverdichtern mit hohen Drehzahlen werden verschiedene Wellendichtungssysteme eingesetzt, die alle ihre spezifischen Anwendungsgebiete haben. Durch Kombination verschiedener Systeme lassen sich fast alle bisher an Dichtungen gestellte Anforderungen erfüllen. Es gibt jedoch Grensfälle, in denen bisher bekannte Dichtungsausführungen keine befriedigende Lösung des Dichtungsproblems bieten. In einem solchen Grenzfall soll die vorliegende Erfindung Abhilfe schaffen.
• Die häufig eingesetzten Labyrinthdichtungen sind berührungsfreie Dichtungen und aufgrund ihres einfachen Aufbaus sehr betriebssicher. Sie haben den Nachteil, daß sie bei größeren abzudichtenden Drücken axial sehr breit ausgeführt werden müssen und daß eine beachtliche Leckage an zu verdichtendem Medium in die Atmosphäre austritt. Absaugung der Leckage und Rückführung in die Ansaugeleitung des Verdichters vermindert zwar die Leckage, gefügt aber oft noch nicht den Anforderungen.
• In den Fällen, in denen eine Leckage unzulässig ist, kann durch Sperrung mit einem Sperrgas Abhilfe geschaffen werden. Hier geraten größere Mengen Sperrgas in den Verdichter, was in chemischen Kreisläufen auch nicht erwünscht ist.
• Eine sehr gute Abdichtung ermöglichen flüssigkeitsgesperrte Schwimmringdichtungen und flüssigkeitsgekühlte Gleitringdichtungen. Bei ihnen kann jedoch nicht vermieden werden, daß geringe Mengen Sperr- bzw. Kühlflüssigkeit in den Gasraum gelangen. Selbst wenn die Sperrflüssigkeit nur tropfenweise eindringt, kann unter Umständen der Sperrmittelverlust bei Dauerbetrieb unzulässig groß sein. Bei Gleitringdichtungen ist überdies durch eine maximal zulässige Gleitgeschwindigkeit eine Grenze der Anwendung gesetzt.
• Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, eine gasgesperrte,selbstregelnde Wellendichtung zu schaffen, die die oben genannten Nachteile vermeidet, die eine radiale Fixierung des Dichtringes und dessen reibungsfreie axiale Beweglichkeit und axiale Federung sicherstellt, und die bei kleinen Druckdifferenzen (Sperrgas- Arbeitsgas) den Gasraum nach außen vollkommen abdichtet bei gleichzeitig nur minimalem Eindringen von Sperrgas in das Arbeitsgas.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Dichtungsgehäuse zwei parallel eingespannte, radial angeordnete Membranen vorgesehen sind, die einen mit einer Zuführöffnung und Abströmöffnungen versehenen Zwischenraum für das Sperrgas bilden; wobei durch die Öffnungen das Sperrgas durch einen auf den Membranen befestigten Dichtring dem Verteilerraum zugeführt wird, und der Dichtring druckgasseitig mit einem auf der Welle umlaufenden Gegenring der in seinem äußeren lurchmesserbereich eine oder mehrere lichtspitzen besitzt und in seinem inneren durch messerbereich eine vorgezogene, auf gleicher Ebene mit den Dichtspitsen befindliche oder zurückversetzte Dichtfläche aufweist, eine Dichtung bildet, wobei durch das Zusammenwirken der Membranvorspannung mit dem Sperrgasspaltstrom eine durch anfanglich geringfugiges Einschneiden der Spitzen in den Ring hervorgerufene Stellung des mit Spitzen versehenen teiles des Gegenringes mit der Gegenfläche des Ringes stabilisiert wird, und daß bei einer Gasdruckänderung infolge einer konstanten Druckdifferenz zwischen Gasdruck und Sperrgasdruck und einer nachgeschalteten Dichtung, die bei Gasdruckänderung eine Änderung des Druckes im Raum Z hervorruft1 die ursI)rRngliclle Stellung der Dichtringe zueinander erhalten bieibi..
• Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
• lig. 1 zeigt die Grundausführung einer solchen Dichtung: Auf die umlaufende Welle 1 ist ein Dichtring 2 aufgesetzt, der in seinem äußeren Durchmesserbereich radiale lichtspitzen, in seinem inneren lurchmesserbereich eine vorgezogene radiale Dichtfläche besitzt.
• Zwei ringförmige, im Gehäuse eingespannte, federnde Membranen 3, die an ihrem inneren Durchmesser so miteinander verbunden sind, daß zwischen ihnen ein nach außen gasdichter Raum entsteht, tragen einen Dichtring 4, der aus einem weicheren Werkstoff als der Ring 2 besteht. Die Membranen 3 weisen eine Zuführöffnung 10 und eine Ausströmöffnung 8 auf.
• Diese Art der Befestigung des beweglichen Dichtringes 4 hat folgende Vorteile: 1. Radiale Fixierung des Ringes 4.
• 2. Reibungsfreie axiale Beweglichkeit des Ringes 4.
• 3. Axiale Federung des Ringes 4. Er kann mit Vorspannung gegen den Ring 2 laufen.
• 4. Sperrgas kann zwischen den beiden Membranen 3 zugeführt werden, so daß keine Beeinflussung der axialen Dichtringlage durch den Druck des Sperrgases im ZuSührraum besteht.
• 5. Die Außenflächen der federnden Membranen 3 bewirken die druckabhängige Stabilisierung der Dichtspalte zwischen Ring 2 und 4.
• Die beiden aufeinander laufenden Dichtringe 2 und 4 sind konstruktiv so ausgebildet, daß die äußeren Spitzen des Ringes 2 geringfügig in den weicheren Gegenring 4 einlaufen, während sich in der inneren Spaltdichtung der beiden Ringe eine bestimmte Spaltweite einstellt, die vom Sperrgasdruck PS, dem Labyrinth 5 und dem Außendruck PA abhängig ist. Der Sperrgasdruck wird über einen Differenzdruckregler nach dem Gasdruck PG geregelt, so daß eine bestimmte, nur kleine Druckdifferenz (PS-PG) bei Schwankungen des Gasdruckes PG immer eingehalten wird.
• Das Sperrgas gelangt aus dem Raum 5 durch den Raum zwischen den Membranen 3 und den Bohrungen in 3 und 4 in den Ringraum D. Auf Grund des hohen Widerstandsbeiwertes und des geringen konstanten Druckverhältnisses dringt nur ein sehr geringer Anteil des Sperrgases durch die äußere Spitzendichtung in den Gasraum G ein. Der weitaus größte Teil der Sperrgasmenge strömt durch den radialen Dichtspalt in den Raum Z und durch die Labyrinthdichtung 5 in den Raum A ab, in dem ein niedrigerer Druck PA als in S (P5) herrscht.
• Steigt der Gasdruck PG, so steigt infolge der Differenzdruckregelung auch der Sperrgasdruck PS.
• Auf Grund der vergrößerten Druckdifferenz zum Raum Z vergrößert sich der Durchfluß durch den inneren Ringspalt, der Spalt wird erweitert. Da das nachgeschaltete Labyrinth 5 jedoch den Abfluß in den Raum A drosselt, steigt der Druck in Z an. Der Druck auf die Membran 3 verringert den Dichtspalt zwischen 2 und 4 wieder so weit, daß die Spitzendichtung ihre optimale Dichtfunktion gegenüber dem Gasraum behält. Bei Gasdruckabsenkung ist diese Spaltregelung aufsdie gleiche Weise wirksam.
• Fig. 2 ist eine Erweiterung der Ausführung in Fig. 1.
• Hier ist statt der nicht regelbaren Labyrinthdichtung 5 eine Spaltdichtung 6 vorgesehen, die ihre Spaltweite in Abhängigkeit von der axialen Stellung des Dichtringes 4 verändert. Durch Abstimmung der Spalten 6 und 7 wird hier eine verfeinerte und schneller reagierende Einstellung der äußeren Spitzendichtung ermöglicht.
• Fig. 3 zeigt eine veränderte Ausführung.
• Hier werden die der Elastizität wegen gewellten Membranen 3 durch den Gasdruck pG so belastet, daß sie den Dichtring 4 gegen den Ring 2 drücken. Der Abstand wird durch den Dichtspalt geregelt, der hier außen am Ring vorgesehen ist. Bei steigendem Gasdruck PG steigt infolge'der Differenzdruckregelung der Sperrgasdruck p5, der Dichtspalt wird mittels der jetzt größeren Durchflußmenge stabilisiert.
• Ein steigender Außendruck PA verringert zwar den Sperrgasdurchsatz und damit den Dichtspalt, durch die Erhöhung des Druckes PA auf der linken Seite der Membran 3 wird der Spalt auch hier wieder stabilisiert.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   Gasgesperrte Wellendichtung für hohe Drehzahlen, die eine Leckage des abzudichtenden Gases verhindert und nur sehr geringe Mengen des Sperrgases in den Gasraum eintreten läßt, d a d u r c h g e k en n z-e i c hn e t , daß im Dichtungsgehäuse zwei parallel eingespannte, radial.angeordnete Membranen (3) vorgesehen sind, die einen mit einer Zuführöffnung (10) und Abströmöffnungen (8) versehenen Zwischenraum für das Sperrgas bilden; wobei durch die Öffnungen (8) das Sperrgas durch einen auf den Membranen (3) befestigten Dichtring (4) dem Verteilerraum (D) zugeführt wird, und der Dichtring (4) druckgasseitig mit einem auf der Welle (1) umlaufenden Gegenring (2), der in seinem äußeren Durchuiesserbereich eine oder mehrere Dichtspitzen besitzt und in seinem inneren Durchmesserbereich eine vorgezogene, auf gleicher Ebene mit den Dichtspitzen befindliche oder zurückversetzte Dichtfläche (9) aufweist, eine Dichtung bildet, wobei durch das Zusainmernäriten der Membranvorspannung mit dem Sperrgasspaltstrom (9) eine durch anfänglic1l geringfügiges Einschneiden der Spitzen in den Ring (4) hervorgerufene Stellung des mit Spitzen versehenen Teiles des Gegenringes (2) mit der Gegenfläche des Ringes (4) stabilisiert wird, und daß bei einer Gasdruckanderung infolge einer konstanten Druckdifferenz zwischen Gasdruck und Sperrgasdruck und einer nachgeschalteten Dichtung (5), die bei Gasdruckänderung eine Änderung des Druckes im Raum Z hervorruft, die ursprüngliche Stellung der Dichtringe zueinander erhalten bleibt.
2. 2. Gasgesperrte Wellendichtung nach Anspruch 1, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h eine andere Ausführung des Ringes der außen statt der Dichtspitzen ebenfalls eine glatte Dichtfläche mit kleinem Dichtspalt besitzt.
3. 3. Gasgesperrte Wellendichtung nach Anspruch 1, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h in den Ring (2).

   eingesetzte Dichtspitzen aus weichen Werkstoffen, die auf einem harten Gegenring (4) laufen.
4. 4. Gasgesperrte Wellendichtung nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die nachgeschaltete Dichtung als von der Membranstellung unabhängige Dichtung (5) oder als von der Membranstellung abhängige Dichtung (6) ausgeführt ist.
5. 5. Gasgesperrte Wellendichtung nach Anspruch 1, d a -d u r c h- g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membranen (3) konzentrisch gewellt oder profiliert ausgebildet sind.
6. 6. Gasgesperrte Wellendichtung nach Anspruch 1, 2, 3 und 5, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h,-daß die Dichtung vom Gasraum gesehen hinter den Membranen (3) angebracht ist und die Spaltfläche zur Abstandshaltung der Ringe (2) und (4) im äußeren Durchmesserbereich liegt, wobei eine nachgeschaltete Dichtung entfällt.