DE2153403C3 - Gasgesperrte Wellendichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gasgesperrte Wellendichtung, insbesondere für Luft- und Gasverdichter mit hohen Drehzahlen, mit einem mit der

O Welle fest verbundenen und mit ihr umlaufenden

Dichtungsring und einem drehfesten und axial beweglichen Dichtungsring, der über eine doppelwandige Membran mit dem Gehäuse verbunden ist wobei die Zufuhr des Sperrmediums in den Dichtspalt durch den von der Membran eingeschlossenen Hohlraum und den drf hfesten Dichtungsring erfolgt und der Druck des Sperrmediums geringfügig über den des Arbeitsmediums eingeregelt ist.

Bei einer bekannten Wellendichtung dieser Bauart (USA -Patentschrift 2 077 038), bei der jedoch eine Dichtflüssigkeit als Sperrmedium verwendet wird, ist der nicht umlaufende Dichtring mittels zwei konzentrisch zur Wellenachse angeordneten, zwischen sich einen Ringraum einschließenden Well-Balgeu in axialer Richtung gehalten, gegen Rotationsmitnahme mittels einer Momentensperre gesichert und mittels einer ebenfalls konzentrisch zur Wellenachse angeordneten Schraubenfeder gegen den auf der Welle sitzenden umlaufenden Dichtring angepreßt, wobei das flüssige Dichtmedium aus einer ortsfesten Zuleitung in den Ringraum zwischen den Well-Bälgen eingeführt und von da in Kanälen des nicht umlaufenden Dichtringes einer gegen den umlaufenden Dichtring offenen Ringnut zugeleitet wird.

Diese Anordnung erscheint im Hinblick auf die Verwendung von flüssigem Dichtmedium durchaus vorteilhaft, wenn auch die Andrückung mittels einer kräftigen Schraubenfeder entgegen dem Druck der Well-Bälge der Aufrechterhaltung eines erheblichen Dichtflüssigkeitdruckes erforderlich macht, woraus sich auch eine beachtliche Menge an Leckflüssigkeit

ergibt. . . .

Bei vielen Prozessen ist einerseits eine größere Menge an Leckmedium aus prozeßtechnischen Gründen unerwünscht und schädlich und andererseits ist aus denselben Gründen die Verwendung einer Flüssigkeit als Dichtmedium zu vermeiden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gasgesperrte Wellendichtung so auszubilden, daß, ausgehend von der genannten USA.-Patentschrift 2 077 038, unter Anwendung eines sehr niedrigen Sperrgasdruckes und ferner eines sehr geringen Anpreßdruckes des nicht umlaufenden Dichtringes an den umlaufenden Dichtring eine absolute Dichtleistung erzielt wird, die zugleich einen minimalen Anfall an Leckgas gewährleistet.

Die Ausbildungsweise nach der Erfindung beruht auf dem Gedanken, auf eine Federanpressung des nicht umlaufenden Dichtringes zu verzichten und statt dessen die Anpreßkraft in axialer Richtung durch eine doppelwandige Membran auszuüben, deren Anpreßrichtung den nicht umlaufenden Dichtring nicht von dem umlaufenden Dichtring abhebt, sondern durch räumlich umgekehrte Anordnung andrückt. Damit erübrigt sich die Anordnung einer zusätzlichen, der Membrankraft entgegenwirkenden Druckfeder, und der gesamte Aufbau der Wellendichtung wird nicht nur vereinfacht, sondern auch in seiner Betriebssicherheit verbessert. Der nicht umlaufende Dichtring ist an einer sich radial erstreckenden, scheibenartigen doppe 1 wandigen Membran angebracht, die zugleich zur Zuführung des gasförmigen Dichtmediums dient.

Ausgehend von diesen Gesichtspunkten, besteht die Erfindung darin, daß die Membran aus zwei in axialem Abstand voneinander und konzentrisch zur Welle angeordneten Ringscheiben besteht, die an ih-

rc π Außenrändern mit dem Gehäuse und an ihren Innenrändern untereinander fest und dicht verbunden sind, daß der drehfeste Dichtungsring an der dem Arbeitsraum der Maschine zugewandten Ringscheibe dem umlaufenden Dichtungsring axial gegenüberliegend befestigt ist und daß die Ringe so ausgebildet sind, daß sie im Bereich der Sperrmediumzufuhr einen ringförmigen Verteilerraum bilden, von dem aus sich radial nach außen und innen zwei Dicht-palte erstrekken, von denen der zum Arbeitsraum hin führende Spalt einen größeren Durchflußwiderstand hat als der entgegengesetzt gerichtete Spalt, der in einen auf der Atmosphärenseite gelegenen Raum ausmündet, dessen eine Begrenzung die niederdruckseitige Membranscheibe ist und der mit einer Drossel gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen ist.

Um das Abfließen von Leckmedium soweit als möglich zu vermindern, kann es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorteilhaft sein, den umlaufenden Dichtring im Bereich seines Zusammenwirkens mit dem feststehenden Dichtring mit kreisförmigen Dichtspitzen zu versehen. Weiterhin können erfindungsgemäß die aus einem weichen Werkstoff gefertigten kreisförmigen Dichtspitzen in den umlaufenden Dichtring eingesetzt sein und auf dem feststehenden Dichtring aus einem Werkstoff hoher Oberflächenhärte laufen.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, den Abfluß von Leckmedium in Richtung der Atmosphärenseite weitgehend zu verringern und daher die dort vorgesehene Drossel so wirksam als möglich zu gestalten. Sie kann daher nach einem zusätzlichen Erfindungsmerkmal als von der Membranstellung unabhängige Ringspitzendichtung ausgebildet sein. In Abwandlung dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, die Drosselwirkung von der Stellung der Membranwandung abhängig zu machen, und zwar in der Weise, daß die dem auf der Atmosphärenseite liegenden Raum nachgeschaltete Drossel als Dichtspalt ausgebildet ist, der sich zwischen der Membranwandung und einer ortsfesten Gegenfläche bildet.

Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Grundausführung euer solchen Dichtung:

Auf die umlaufende Welle 1 ist ein Dichtring 2 aufgesetzt, der in seinem äußeren Durchmesserbereich radiale Dichtspitzen, in seinem inneren Durchmesserbereich 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 bewegliehen Dichtringes 4 hat folgende Vorteile:

1. Radiale Fixierung des Ringes 4.

2. Reibungsireie axiale Beweglichkeit des Ringes 4.

.Ί. 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 Beeinflus-

sung der axialen Dichtringlage durch den Druck des Sperrgases im Zuführraum besteht.

5. Hie 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 p_s, dem Labyrinth 5 und dem Außendruck ρ_Λ abhängig ist. Der Sperrgabdruck wird über einen Differenzdruckregler nach dem Gasdruck p_(i geregelt, so daß eine bestimmte, nur kleine Druckdifferenz (p_s — p_(l) bei Schwankungen des Gasdruckes p_G immer eingehalten wird.

Das Sperrgas gelangt aus dem Raum S 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 Druck Verhältnisses dringt nur ein sehr geringer Anteil des Sperrgases durch die äußere Spitzendichtung 11 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 p_A als in S (p_s) herrscht.

Steigt der Gasdruck p_c, so steigt infolge der Differenzdruckregelung auch der Sperrgasdruck p_s. 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 auf die 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. üasgesperrte Wellendichtung, insbesondere für Luft- und Gasverdichter mit hohen Drehzahlen, mit einem mit der Welle fest verbundenen und mit ihr umlaufenden Dichtungsring und einem drehfesten und axial beweglichen Dichtungsring, der über eine doppelwandige Membran mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei die Zufuhr des Sperrmediums in den Dichtspalt durch den von Her Membran eingeschlossenen Hohlraum und den drehfesten Dichtungsring erfolgt und der Druck des Sperrmediums geringfügig über den des Arbeitsmediums eingeregelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus zwei in exialem Abstand voneinander und konzentrisch tür Welle angeordneten Ringscheiben (3) besteht, die an ihren Außenrändern mit dem Gehäuse und •n ihren Innenrändern untereinander fest und dicht verbunden sind, daß der drehfeste Dichtungsring (4) an der dem Arbeitsraum der Maschine zugewandten Ringscheibe dem umlaufenden Dichtungsring (2) axial gegenüberliegend befestigt ist und daß die Ringe (2,4) so ausgebildet sind, daß sie im Bereich der Sperrmediumzufuhr einen ringförmigen Verteilerraum (D) bilden, von dem aus sich radial nach außen und innen zwei Dichtspalte (9, 11) erstrecken, von denen der zum Arbeitsraum hin führende Spalt (11) einen größeren Durchflußwiderstand hat als der entgegengesetzt gerichtete Spalt (9), der in einen auf der Atmosphärenseite gelegenen Raum (Z) ausmündet, dessen eine Begrenzung die niederdruckseitige Membranscheibe ist und der mit einer Drossel (5, <) gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen ist.

2. Gasgesperrte Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Dichtring (2) im Bereich seines Zusammenwirkens mit dem feststehenden Dichtring (4) mit kreisförmigen Dichtspitzen versehen ist.

3. Gasgesperrtc Wellendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem weichen Werkstoff gefertigten kreisförmigen Dichtspitzen in den umlaufenden Dichtring (2) eingesetzt sind und auf dem feststehenden Dichtiring (4) aus einem Werkstoff hoher Oberflächenhärte laufen.

4. Gasgesperrte Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem auf der Atmosphärenseite liegenden Raum (Z) nachgeschaltete Drossel (5) als von der Membranstellung unabhängige Ringspitzendichtung ausgebildet ist.

5. Gasgesperrte Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem •uf der Atmosphärenseite liegenden Raum (Z) nachgeschalteie Drossel (6) als in ihrer Dichtwirkung von der Stellung der Membranwandung abhängiger Dichtspalt zwischen der Membranwandung und einer ortsfesten Gegenfläche ausgebildet ist.