DE2228296A1 - Doppelt wirkende gekuehlte gleitringdichtung - Google Patents

Description

• Doppelt wirkende gekühlte Gleitringdichtung.
• Die Erfindung betrifft eine doppelt wirkende gekühlte Gleitringdichtung mit einer im Dichtungsgehäuse angeordneten von der abzudichtenden umlaufenden Welle angetriebenen, ein Sperr- und Kühlmedium aus einem von der Niederdruckseite durch ein Gleit- und Gegenringpaar getrennten ersten Raum in einen von der das abzudichtende Medium enthaltenden Hochdruckseite durch ein weiteres Gleit- und Gegenringpaar getrennten und bezüglich dieser Hochdruckseite einen Überdruck aufweisenden zweiten Raum fördernden Pumpvorrichtung und mit einem den ersten mit dem zweiten Raum verbindenden, mindestens einen Wärmetauscher enthaltenden Rezirkulationskreis für das Sperr- und Kühlmedium, welcher eine Einspeisestelle aufweist, die mit einer unter Druck stehenden, das durch Leckage entweichende Sperr- und Kühlmedium ersetzenden Quelle verbunden ist0 Bei einer bekannten Gleitringdichtung dieser Art wird der zur Verhinderung des Eindringens von Fremdkörpern in den Dichtspalt und wegen anderer funktionsbedingter Gründe erwünschte Überdruck des genannten zweiten Raumes zur Hochdruckseite erzielt, indem die Einspeisestelle des Rezirkulationskreises mit einem gasbeladenen Vorratsbehälter verbunden ist, Dieser Vorratsbehälter ersetzt das durch Leckage aus der Dichtung entweichenden Sperr- und Kühlmediums und wird seinerseits durch eine getrennte Hochdruck-Pumpe ständig nachgefüllt. Um die Abmessungen der im Dichtungsgehäuse angeordneten und das Sperr- und Kühlmedium durch den Wärmetauschdr im Kreislauf führenden Pumpvorrichtung räumlich klein und die von dieser selbst erzeugten Wärmeentwicklung gering zu halten, wird bei den bekannten Gleitringdichtungen ein möglichst geringer Strömungswiderstand im Rezirkulationskreis angestrebt. Das Durchsatzvolumen an Sperr- und Kühlmedium im Rezirkulationskreis ist durch die vom Wärmetauscher aufzuneXmende Wärmemenge und die einzuhaltenden Temperaturgrenzen vorgegeben, welche von der Art und dem Einsatzßebiet der Dichtung abhängen. Unter diesen Gesichtspunkten wird auch der Überdruck des zweiten Raumes zur Hochdruckseite vorgesehen, welcher üblicherweise 1-3 atü beträgt. Der Überdruck selbst wird im wesentlichen durch-den Druck der äußeren Quelle bestimmt, welche mit der Einspeisestelle verbunden ist* Die Lage der Einspeiseste.le im Rezirkulationskreislauf kann bei den bekannten Gleitringdichtungen praktisch frei gewählt werden, geringen da sie wegen der darin vorhandenen Strömungswiderstände und damit Druckabfälle ohne wesentlichen Einfluß auf die Druckverhältnisse, insbesondere den angestrebten Überdruck zur Hochdruckseite ist..Derartige Gleitringdichtungen erfüllen zwar die an sie gestellten Anforderungen und erlauben auch die Verwendung eines von dem abzudichtenden Medium abweichenden Sperr- und Kühlmedium im Kühlkreislauf der Dichtung, bedingen aber einen sehr hohen Aufwand, der ihren Einsatz in vielen Anwendungsfällen verbietet.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine doppelt wirkende gekühlte Gleitringdichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der gasbeladene Vorratsbehälter und die diesen speisende Pumpe und insbesondere die den Inhalt des Vorratsbehälters anzeigende und steuernde Vorrichtung entbehrlich werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Pumpvorrichtung für die Erzeugung eines Förderdruckes ausgelegt ist, der bei einem vorgegebenen Durchsatzvolumen an Sperr- und Kühlmedium mindestens gleich dem vorgesehenen Überdruck des zweiten Raumes zur Hochdruckseite ist, daß im Rezirkulationskreis Strömungswiderstände enthalten sind, die bei dem vorgegebenen Durchsatzvolumen in ihrer Gesamtheit einen Druckabfall bewirken, der mindestens gleich dem vorgesehenen Überdruck und kleiner als der genannte Förderdruck der Pumpvorrichtung ist, daß zwischen der Einspeisestelle und dem zweiten Raum im Rezirkulationskreis ein Strömungswiderstand enthalten ist, der bei dem vorgegebenen Durchsatzvolumen einen dem vorgesehenen Überdruck im wesentlichen entsprechenden Druckabfall erzeugt und daß die Einspeisestelle mit einer von dem abzudichtenden Medium beaufschlagten Zapfstelle der Hochdruckseite verbunden ist.
• Im Gegensatz zu bekannten Gleitringdichtungen wird der vorgesehene Überdruck nicht durch den Druck der mit der Einspeisestelle verbundenen Quelle erzeugt, sondern durch die im Dichtungshäuse angeordneten Pumpvorrichtung in Verbindung mit einer entsprechenden Auslegung des Rezirkulationskreises und einer bestimmten Lage der Einspeisestelle, welche selbst unter dem Druck der Hochdruckseite steht.
• Hierdurch wird aber nicht nur der Vorteil erreicht, daß eine weitere außerhalb der Dichtung gelegene Pumpe, sowie Vorratsbehälter und sonstiger Zubehör entbehrlich werden, sondern es entfallen auch automatische Steuerungseinrichtungen für die Einstellung des Druckes an der Einspeisestelle, weil bei mit konstanter Drehzahl umlaufender Welle der Förderdruck der Pumpvorrichtung unabhängig von Druckschwankungen an der Hochdruckseite konstant bleibt, so daß sich auch bei derartigen Schwankungen immer ein im wesentlicheF konstanter Überdruck vom zweiten Raum zur Hochdruckseite aufrechterhalten bleibt.
• Mindestens ein Teil des zwischen dem zweiten Raum und der Einspeisestelle enthaltenen Strömungswiderstandes des Rezirkulationskreises kann durch den Wärmetauscher und/oder ein Filter gebildet sein. Dieser Strömungswiderstand kann aber auch ganz oder teilweise aus einer zusätzlich eingefügten Drosselstrecke gebildet sein, welche vorzugsweise aus einem einstellbaren Ventil besteht, das in einer vorteilhaften Ausbildungsform als ein einen Durchfluß in Richtung zum zweiten Raum hinderndes Rückschlagventil ausgebildet ist, wobei im Rezirkulationskreis ein Filter der Einspeisestelle nachgeschaltet ist. Durch letztere Maßnahmen kann verhindert werden, daß schädliche Partikel in die Gleitringdichtung gelangen, wenn kein Filter zwischen der Zapfstelle an der Hochdruckseite und der Einspeisestelle vorgesehen oder betriebsbereit ist. Zweckmäßig ist aber zwischen der Zapfstelle und der Einspeisestelle ein Filter dann einzuschalten, wenn im Rezirkulationskreis ein Filter fehlt, oder wenn das abzudichtende Medium stark mit schädlichen Partikeln beladen ist, um dem im Rezirkulationskreis enthaltenen Filter die Aufgabe vorzubehalten, nur den Abrieb der Gleit- und Gegenringe selbst auszuschalten.
• Vorteilhaft mündet die Zapfstelle in eine von der Hochdruckseite durch eine Engstelle abgegrenzte Kammer, welche die Leckage des hochdruckseitigen Gleit- und Gegenringpaares aufnimmt. In diese Kammer dringt somit von der Hochdruckseite nur ein Volumen an abzudichtenden Medium und darin enthaltener schädlicher Partikel ein, welche der Leckage an dem niederdruckseitigen Gleit- und Gegenringpaar entspricht.
• Eine weitero/Verbesserung kann erzielt werden, wenn die Engstelle durch eine mit der Welle umlaufende Schleuderscheibe gebildet ist, welche durch Fliehkraftwirkung in dem durchtretenden Medium enthaltene Partikel abschleudert und somit nicht zur Zapfstelle gelangen läßt.
• Für die erfindungsgemäße Gleitringdichtung ist eine Pumpvorrichtung besonders geeignet, die aus einem an der WeIle koaxial befestigten und gegen diese abgedichteten Außengewinde und einem das Außengewinde ohne Berührung mit geringem Spiel umgebenden, gegenläufig ausgebildeten, am Dichtung gehäuse befestigten und gegen dieses abgedichtete Innengewinde besteht, Eine derartige Pumpvorrichtung erlaubt die Erzeugung eines Pumpendruckes, wie er für die Zwecke der vorliegenden Erfindung benötigt wird, und zwar ohne daß wesentlich mehr Platz beansprucht wird, als für die beiden Gleit- und Gegenringpaare und deren Trägerhülsen und Federanordnungen ohnehin erforderlich ist0 Im Folgenden wird.ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, welche einen Längsschnitt durch die Gleitringdichtung sowie eine schematische Darstellung des Rezirkulationskreises und dessen Verbindung zur Zapfstelle an der Hochdruckseite zeigt.
• Die Gleitringdichtung dient zur Abdichtung der Durchtrittssteile einer umlaufenden Welle 1 gegenüber einer Wandung 2, welche eine Hochdruckseite h gegenüber einer Niederdruckseite n trennt. Bei speziellen Anforderungen an die Dichtung kann die Hochdruckseite h auch aus dem Innenraum einer vorgeschalteten weiteren Dichtung und die Niederdruckseite n gleichfalls aus dem Innenraum einer nachgeschalteten anderen Dichtung bestehen, Mit der Welle 1 ist drehfest einerseits ein auf der Hochdruckseite h angeordnetes Pumpenrad 3 und eine sich über die ganze axiale Länge der Dichtung erstreckende Wellenhülse 4 befestigt, welche gegenüber der Welle mit einem O-Ring abgedichtet ist. Die Wellenhülse trägt angenähert in der Mitte ihrer axialen Erstreckung einen Ring 5, auf welchem wiederum ein beiderseits vorstehender hohlzylindrischer Körper 6 konzentrisch zur Wellenachse befestigt ist, in dessen Außenumfang ein Fördergewinde 7 eingeschnitten ist.
• In den beiden, von der Wellenhülse 4-, dem Ring 5 und dem hohlzylindrischen Körper 6 gebildeten ringförmigen Vertiefungen sind zwei Trägerhülsen 8, 8'angeordnet, welche jeweils durch O-Ringe gegen den Innenumfang des hohlzylindrischen Körpers 6 bzwo die Wellenhülse 4 abgedichtet sind, in Axialrichtung der Welle verschieblich aber drehfest mit dieser verbunden sind und durch Druckfedern 9 so vorgespannt sind, daß sie sich voneinander zu entfernen trachten.
• In jeder Trägerhülse 8,8 ist ein Gleitring 1o, 11 befestigt.
• Unter der Wirkung der Druckfedern 9 sind'die Gleitringe 1o und 11 jeweils gegen einen Gegenring 12 bzwo 13 angepreßt, Die Gegenringe sind ortsfest im Bodenteil bzwo Deckelteil eines Dichtungsgehäuses 14 gelagert, dessen zentraler, hohlzylindrischer Teil die Dichtung umgibt und im Bereich des als Außengewinde ausgebildeten umlaufenden Fördergewindes 7 ein dieses mit nur geringem Spiel umschliessendes, gegenläufig ausgebildetes stationäres Innengewinde 15 aufweist. Das Außengewinde 7 und das Innengewinde 15 bilden den aktiven Teil einer in ihrer Gesamtheit mit c bezeichneten Pumpvorrichtung. Beiderseits der Pumpvorrichtung befindet sich jeweils ein ringförmiger Raum, wobei der erste Raum a von dem Gleit- und Getenringpaar 11, 13 gegen die Niederdruckseite n abgegrenzt ist und mit einer Einlatbohrung in Verbindung steht, während der zweite Raum b durch das andere Gleit- und Gegenringpaar 1o, 12 von der Hochdruckseite h getrennt ist und mit einer Außlaßbohrung 17 in Verbindung steht.
• Die Auslaßbohrung 17 ist über einen in seiner Gesamtheit mit r bezeichneten Rezirkulationskreis mit der Einlaßbohrung 16 verbunden, welcher aufeinanderfolgend ein kombiniertes Drossel- und Rückschlagventil 18, ein Magnetfilter 19 zur Abscheidung von Verschleißpartikeln, ein Entlüftungsventil 20 und einen Wärmetauscher 21 enthält.
• Der Magnetfilter 19 kann zusätzliche Absperrventile 22 aufweisen, damit ohne Betriebsunterbrechung ein by-pass während seiner Reinigung geschaffen werden kann. Eine zwischen dem Magnetfilter 19 und dem Drossel- und Rückschlagventil 18 gelegene Einspeisestelle e ist über ein weiteres Magnetfilter 23, das ebenfalls Absperrventile 24 zur Schaffung eines by-pass enthalten kann, mit einer Zapfstelle z verbunden, welche in eine ringförmige Kammer k mündet, die von der Wellenhülse bzw. dem Pumpenradschaft, dem Dichtungsgehäuse, dem hochdruckseitigen Gleit- und Gegenringpaar, sowie von einer Schleuderscheibe 25 begrenzt ist. Die Schleuderscheibe rotiert mit der Welle 1 und nimmt den Die umgebenden Ring an abzudichtenden Medium mit, sodaß darin evtl. enthaltene schwerere Partikel durch Zentrifugalkraft abgeschleudert werden, bevor sie in die Kammer k gelangen können.
• Von der Hochdruckseite h kann an der Schleuderscheibe 25 vorbei über die Kammer k durch die Zapfstelle z und das Magnetfilter 23 das abzudichtende, gereinigte Medium zur Einspeisestelle e gelangen, Von hier kann dieses abzudichtende Medium, welches auch das Sperr- und Kühlmedium bildet, über den Wärmetauscher 21 und die Einlaßbohrung 16 in die Dichtung eindringen und füllt dann den ersten Raum a, die Pumpvorrichtung c sowie den zweiten Raim b. Eine weitere Einströmung an der Einspeisestelle e findet anschliessend nur insoweit statt, als Sperr- und Kühlmedium durch Leckage verloren-geht. Der Druck an der Einspeisestelle entspricht daher dem Druck Ph der Hochdruckseite h.
• Bei umlaufender Welle 1 fördert die Pumpvorrichtung c das Sperr- und Kühlmedium in einem Kreislauf vom ersten Raum a in den zweiten Raum.b und über den Rezirkulationskreis r zurück zum ersten Raum a. Das Volumen an in der Zeiteinheit im Kreislauf zu führendem Sperr- und Kühlmedium ist durch die aus der Dichtung abzuführende Wärmemenge und die zulässigenEin- und Austrittstemperaturen vorgegeben. Der Überdruck zwischen dem zweiten Raum b und der Hochdruckseite h d. h. die Druckdifferenz ph Ph, ergibt sich aus der speziellen Bauart der Dichtung, deren Einsatzgebiet und beträgt üblicherweise 1-3 atüO Gemäß der Erfindung wird das zwischen der Einspeisestelle e.und der Auslaßbohrung 17 gelegene Drossel- und RückscElagventil 18 so eingestellt, daß es (gf. unter Berücksichtigung weiterer in diesem Zweig enthaltener Strömungswiderstände) einen Strömungswiderstand aufweist, welcher dem gewünschten Überdruck entspricht. Die Pumpvorrichtung e ist erfindungsgemäß so zu bemessen, daß sie bei dem vorgeE,ebenen Durchsatzvolumen an Sperr- und Kühlmedium einen Förderdruck aufweist, der mindestens so groß ist, wie der zwischen Auslaßbohrung 17 und der Einspeisestelle e hervorgerufene Druckabfall, vermehrt um den Druckabfall im restlichen Teil des Zirkulationskreislaufes.
• Bei umlaufen'der Pumpvorrichtung c stellt sich in dem zweiten Raum b ein Druck Pb ein, der gleich dem Druck Ph, vermehrt um den Druckabfall zwischen der Einspeisestelle e und der Auslaßbohrung 17 ist. Der Druck im ersten Raum a entspricht dem Druck Ph, reduziert um den im restlichen Rezirkulationskreis r vorhandenen Druckabfall0 Falls das abzudichtende indium eine hohe Temperatur aufweist, ist in dem den hochdruckseitigen Gegenring 12 lagernden Bodenteil 14' des Dichtungsgehäuses 14 eine Ringkammer 28 angeordnet, der über eine Zulaufbohrung 26 ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, zugeführt wird, das über eine Ablaufbohrung 27 wieder austritt, Diese Ringkammer verhindert, daß die im wesentlichen die Temperatur des abzudichtenden Mediums aufweisende Wandung 2 durch direkte Wärmeleitung das Dichtungsgehäuse 14 und insbesondere den Gegenring 12 und den diesen abdichtenden O-Ring unzulässig erwärmt. Das Bodenteil 14', welches aufgrund der darin enthaltenen Ringkammer 28 eine beträchtliche axiale Länge aufweist, umschließt mit geringem radialem Abstand die Wellenhülse 4 bzw. die Nabe des Pumpenrades 3, sodaß das hochdruckseitige Gleit- und Gegenringpaar lo, 12, nur über einen relativ engen ringförmigen, gekühlten Kanal, durch den nur die Leckage strömt, mit der Hochdruckseite h in Verbindung steht und daher auch nicht durch das abzudichtende Medium selbst erhitzt werden kann.

Claims (1)

1. Patent ansprüche

   1. Doppelt wirkende gekühlte Gleitringdichtung mis einer im Dichtungsgehäuse angeordneten, von der abzudichtenden umlaufenden Welle angebriebenen, ein Sperr- und Kühlmedium aus einem von der Niederdruckseite durch ein Gleit- und Ge;enringpaar getrennten ersten Raum in einen von der das abzudichtende Medium enthaltenden Hochdruckseite durch ein weiteres Gleit-und Gegenringpaar getrennten und bezüglich dieser Hochdruckseite einen Überdruck aufweisenden zweiten Raum fördernden Pumpvorrichtung und mit einen den ersten mit den zweiten Raum verbindenden, mindestens einen Wärmetauscher enthaltenden Rezirkulationskreis für das Sperr- und Kühlmedium, welcher eine Einspeisestelle aufweist, die mit einer unter Druck stehenden, das durch Leckage entweichende Sperr- und Kühlmedium ersetzenden Quelle verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Pumpvorrichtung (c) für die Erzeugung eines Börderdruckes ausgelegt ist, der bei einem vorgegebenen Durchsatzvolumen an Sperr- und Kühlmedium mindestens gleich dem vorgesehenen Überdruck (pb - Ph) des zweiten Raumes (b) zur Hochdruckseite (h) ist, daß im Rezirkulationskreis (r) Strömungswiderstände enthalten sind, die bei dem vorgegebenen Durchsatzvolumen in ihrer Gesamtheit einen Druckabfall (2 ßp) bewirken, der mindestens gleich dem vorgesehenen Überdruck (pb - Ph)und kleiner als der genannte Förderdruck der Pumpvorrichtung ist, daß zwischen der Einspeisestelle (e) und dem zweiten Raum (b) im Rezirkulationskreis (r) ein Strömungswiderstand enthalten ist, der bei dem vorgegebenen Durchsatzvolumen einen dem vorgesehenen Überdruck (Pb ~ Ph) im wesentlichen entsprechenden Druckabfall erzeugt und daß die Einspeisestelle (e) mit einer von dem abzudichtenden Medium beaufschlagten Zapfstelle (z) der Hochdruckseite (h) verbunden ist.

   2.) Doppelt wirkende Gleitringdichtung 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 mindestens ein Teil des zwischen dem zweiten Raum (b) und der Einspeisestelle (e) enthaltenen Strömungswiderstandes des Rezirkulationskreises (r) durch den Wärmetauscher (21) und/oder ein Filter (19) gebildet ist.

   30) Doppelt wirkende Gleitringdichtung 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 mindestens ein Teil des zwischen dem zweiLen Raum (b) und der Einspeisestelle (e) enthaltenenStrömungswiderstandes des Rezirkulationskreides (r) durch eine Drosselstrecke gebildet ist, 4.) Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Drosselstrecke aus einem einstellbaren Ventil (18) besteht.

   5.) Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach Anspruch 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ventil (18) als ein einen Durchfluß in Richtung zum zweiten Raum (b) hinderndes Rückschlagventil ausgebildet ist und im Rezirkulationskreis (r) ein Filter (19) der Einspeisestelle (e) nachgeschaltet ist.

   6.) Doppelt wirkende Gleitringdichtung 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 zwischen die Zapfstelle (z) und die Einspeisestelle (e) ein Filter (23) eingeschaltet ist0 70) Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zapfstelle (z) in eine von der Hochdruckstite (h) durch eine Engstelle abgegrenzte Kammer (k) mündet, welche die Leckage des hochdruckseitigen Gleit-und Gegenringpaares (1o, 12) aufnimmt.

   8.) Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t, daß. die Engstelle durch eine mit der Welle (1) umlaufende Schleuderscheibe (25) gebildet ist0 9.) Doppelt wirkende Gleitringdichtung 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 Pumpvorrichtung (c) aus einem an der Welle (1) koaxial befestigten und gegen diese abgedichteten Außengewinde (7) und einem das Außengewinde ohne Berührung mit geringem Spiel umgebenden, gegenläufig ausgebildeten, am Dichtungsgehäuse (14) befestigten und gegen dieses abgedichteten Innengewinde (15) besteht.

   1o.) Doppelt wirkende Gleitringdichtung 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 zwischen der die Hochdruckseite (h) begrenzenden Wadung (2) und dem den Raum (b) von der Hochdruckseite trennenden Gleit- und Gegenringpaar (10,12) eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlzone angeordnet ist0 11.) Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach Anspruch 1o, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kühlzone eine in dem der Hochdruckseite (h) zugewandten Boden-teil (14') des Dichtungsgehäuses (14) ausgebildete, alLseits geschlossene und mit Zu- und Ablaufbohrungen (26, 27) versehene Rinkammer (28) ist und daß das Bodenteil die Welle (1) bzwo eine mit dieser verbundene Hülse (4) unter Belassung eines geringen radialen Spieles umschliesst