DE2228296B2 - Doppelt wirkende gekühlte Gleitringdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine doppelt wirkende gekühlte Gleitringdichtung mit einer im Dichtungsgehäuse angeordneten, von der abzudichtenden umlaufenden Welle angetriebenen Pumpvorrichtung, die 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 fördert, und mit einem den zweiten mit den ersten

ίο 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

Bei einer bekannten Gleitringdichtung dieser Art (DE-OS 19 13 397) wird der Überdruck des genannten zweiten Raums zur Hochdruckseite, der zur Verhinderung des Eindringens von Fremdkörpern in den Dichtspalt und wegen anderer funktionsbedingter Gründe erwünscht ist, durch eine Verbindung der Einspeisestelle des Rezirkulationskreises mit einem gasbeladenen Vorratsbehälter erreicht Dieser Vorratsbehälter ersetzt das durch Leckage aus der Dichtung entweichende Sperr- und Kühlmedium und wird seinerseits durch eine getrennte Hochdruck-Pumpe ständig nachgefüllt Um die Abmessungen der Pumpvorrichtung für die Kreislaufführung des Sperr- und Kühlmediums räumlich klein und deren Verlustwärme gering zu haken, wurde bisher bei den bekannten Gleitringdichtungen ein möglichst geringer Strömungswiderstand im Rezirkulationskreis angestrebt. Das Durchsatzvolumen an Sperr- und Kühlmedium im Rezirkulationskreis ist durch die aus der Dichtung abzuführende Wärmemenge und die in der Dichtung einzuhaltenden Temperaturgrenzen vorgegeben, welche von der Art und dem Einsatzgebiet der Dichtung abhängen. Unter diesen Gesichtspunkten wird auch der Überdruck des zweiten Raumes zur Hochdruckseite bemessen, welcher üblicherweise 1 —3 atü beträgt. Der Oberdruck selbst wird im wesentlichen durch den Druck des gasbeladenen Vorratsbehälters bestimmt, der mit der Einspeisestelle verbunden ist, deren Lage im Rezirkulationskreis bei den bekannten Konstruktionen praktisch frei wählbar ist, da wegen der darin vorhandenen geringen Strömungswiderstände und damit Druckabfälle der Überdruck an der Hochdruckseite nur wenig beeinflußt wird.

Derartige bekannte Gieitringdichtungen erfüllen zwar die an sie gestellten Anforderungen und erlauben auch die Verwendung eines von dem abzudichtenden Medium abweichenden Sperr- und Kühlmedium, sind aber wegen des gasbeladenen Vorratsbehälters und insbesondere wegen der diesen speisenden gesonderten Pumpe und der den Inhalt des Vorratsbehälters anzeigenden und steuernden Vorrichtungen sehr kostenaufwendig.

Für doppelt wirkende Gleitringdichtungen ist es ferner bekannt (DE-OS 15 25 927) im Inneren des Dichtungsgehäuses eine radiale Scheidewand anzuordnen, welche mit einem Drosselspalt einen Gegenring oder einen zwischen beiden rotierenden Gegenringen gelegenen Wellenbund umschließt, so daß ein den niederdruckseitigen stationären Gleitring umgebender erster Raum und ein den hochdruckseitigen stationären Gleitring umgebender zweiter Raum vorliegt. Diesem zweiten Raum wird von einer externen Quelle ein Sperr- und Kühlmedium unter einem Druck zugeführt,

der größer als der Druck des abzudichtenden Mediums ist Die für die Kühlung des zweiten Raumes maßgebliche Menge an frisch zugeführtem Sperr- und Kühlmedium ist durch das über ein Drosselventil nach außen abgelassene sowie das durch den Drosselspalt in s den ersten Raum entweichende Volumen bestimmt Dieser erste Raum erhält weiterhin über ein Drosselventil von der erwähnten Druckquelle Sperr- und Kühlmedium zugeführt, das über ein zweites Drosselventil nach außen abgelassen wird, wobei durch die ι ο Stellung dieser beiden Ventile im Raum 1 ein bezüglich des Raumes 2 wesentlich niedrigerer Druck eingestellt und das für die Wärmeabfuhr erforderliche Durchsatzvolumen bestimmt wird. Bekannt ist es ferner, die das Sperr- und Kühlmedium liefernde Druckquelle, bei- is spielsweise eine Schmierölpumpe, nur mit dem ersten Raum zu verbinden und den Drosselspalt als druckerzeugende Dichtung auszubilden, welche im zweiten Raum einen gegenüber der Druckquelle und dem ersten Raum erhöhten, über dem abzudichtenden Druck liegenden Druck bereitstellt Eine Kühlung des zweiten Raumes erfolgt nur insoweit, als das bereits im ersten Raum aufgeheizte Sperr- und Kühlmedium von der druckerzeugenden Dichtung in den zweiten Raum gefördert und aus diesem wieder abgelassen wird. Für den Fall der Ausbildung mit einem Drosselspalt ist nachteilig, daß eine sehr leistungsfähige externe Druckquelle bereitstehen muß, welche das Sperr- und Kühlmedium mit einem höheren als dem abzudichtenden Druck zuführen kann und ferner in der Lage ist, bei diesem hohen Druck auch das für die Kühlung erforderliche Durchsatzvolumen abzugeben. Im Falle azr Ausbildung mit einer druckerzeugenden Dichtung müßte diese ebenfalls die erwähnte hohe Leistungsfähigkeit aufweisen, sofern die beim Bekannten angestrebte hohe Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Raum aufrecht erhalten werden soll, bzw. es muß bei kleinerer Druckdifferenz eine entsprechend leistungsfähige externe Pumpe hinzutreten. In jedem Fall ist ein hoher apparativer und Energieaufwand erforderlich, wobei letzterer in unerwünschter Weise zur Aufheizung des Sperr- und Kühlmediums beiträgt.

Bei einer anderen bekannten doppelt wirkenden gekühlten Gleitringdichtung (Prospektblatt »Rührer GDD-Tab. 1« der Firma Asrxst- und Gummiwerke Martin Merkel KG) ist zwischen den beiden Gleit- und Gegenringpaaren ein die abzudichtende Welle tragendes Wälzlager angeordnet das einen den niederdruckseitigen Gleit- und Gegenring zugeordneten ersten Raum von einem dem hochdruckseitigen Gleit- und Gegerringpaar zugeordneten zweiten Raum abgrenzt, der mit dem ersten Raum durch einen äußeren Rezirkulationskreis verbunden ist. Dieser enthält eine aus einem das Sperr- und Kühlmedium enthaltenden, zur Atmosphäre offenen Vorratsbehälter saugende Pumpe, welche das Medium über einen Wärmetauscher in den zweiten Raum fördert, von dem es praktisch ungehindert durch das Wälzlager in den ersten Raum übertritt und dann durch ein Drosselventil in den Vorratsbehälter zurückgelangt

Die Pumpe ist daher für eine Fördermenge entsprechend der aus der Dichtung abzuführenden Wärme und für eine Druckhöhe entsprechend dem Druck des abzudichtenden Mediums, vermehrt um den gewünschten Überdruck des zweiten Raums gegenüber diesem Medium zu bemessen. Die Pumpe erfordert folglich eine große Antriebsleistung und erzeugt selbst erhebliche Verlustleistung, die durch den Wärmetauscher wieder abgeführt werden muß.

Für einfach wirkende Gleitringdichtungen ist es bekannt (US-PS 28 24 759), zur Umwälzung des durch das abzudichtende Medium gebildeten Kühlmediums durch einen einen Wärmetauscher enthaltenden äußeren Rezirkulationskreislauf eine im Dichtungsgehänse angeordnete Pumpe zu verwenden, deren Pumpenrad einen Bestandteil des mit der Welle umlaufenden Gleitringes bildet Da die Pumpe an der Stelle ihres höchsten Drucks mit dem abzudichtenden Medium in Verbindung steht wird jede Leckage der Gleitringdichtung durch ungereinigtes abzudichtendes Medium ersetzt das somit in den Kühlkreislauf gelangt

Aufgabe der Erfindung ist es, eine doppelt wirkende gekühlte Gleitringdichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Pumpvorrichtung nur für eine Druckhöhe im wesentlichen in der Größe des gewünschten Oberdrucks des zweiten Raums zur Hochdruckseite zu bemessen ist und daß ein gasbelade ner Vorratsbehälter sowie ^ne diesen speisende gesonderte Pumpe und insbesondei e. die den Inhalt des Vorratsbehälters anzeigende und steuernde Vorrichtung entbehrlich werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daU — in an sich bekannter Weise — das abzudichtende Medium selbst als Sperr- und Kühlmedium verwendet ist und eine vor· der Hochdruckseite ausgehende Zapfstelle die unter Druck stehende Quelle bildet daß im Rezirkulationskreis zwischen der Einspeisestelle und dem zweiten Raum ein entsprechend der Höhe des beabsichtigten Überdrucks bemessener Strömungswiderstand enthalten ist und daß im Rezirkulationskreis und/oder zwischen der Zapfstelle und der Einspeisestelle ein Filter angeordnet ist

In zweckmäßiger Weiterbildung ist der Strömungswiderstand mindestens zum Teil durch den Wärmetauscher und/oder ein Filter und/oder ein einstellbares Ventil gebildet wobei vorteilhaft das Ventil ais ein einen Durchfluß in Richtung zum zweiten Raum hinderndes Rückschlagventil ausgebildet ist und im Rezirkulationskreis ein Filter der Einspeisestelle nachgeschaltet ist. Durch letztere Maßnahme wird bei fehlendem oder nicht betriebsbereitem Filter zwischen Zapfstelle und Einspeisestelle das Eindringen schädlicher Partikel in die Gleitringdichtung verhindert.

Zweckmäßig geht die Zapfstelle von einer von der Hochdruckseite durch eine Engstelle abgegrenzten Kammer aus, weiche die Leckage des hochdruckseitigen Gleit- und Gegenringpaares aufnimmt. In diese Kammer dring! somit nur ein Volumen an abzudichtendem Medium und darin enthaltener schädlicher Partikel ein, welches der Leckage an dem niederdruckseitigen Gleit- und Gegenringpaar entspricht. Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, wenn die Engstelle durch eine nahe einer ortsfesten Wand angeordnete, mit der Welle umlaufende Schleuderscheibe gebildet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die PumpvorricVitxng aus einem an der Welle koaxial befestigten und gegen diese abgedichteten Außengewinde und einem das Außengewinde ohne Berühru.ig mit geringem Spiel umgebenden, gegenläufig ausgebildeten, am Dichtungsgehäuse befestigten und gegen dieses abgedichteten Innengewinde. Eine solche Pumpvorrichtung erli nbt die Erzeugung eines Pumpendrukkes, wie er für die Zwecke der vorliegenden Erfindung benötigt wird, und zwar ohne daß die Pumpvorrichtung wesentlich mehr Platz beansprucht, als für die beiden Gleit- und Gegenringpaare und für deren Trägerhülsen

und Federanordnung ohnehin erforderlich ist.

Im. folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Zeichnung erläutert, welche einen Längsschnitt durch die Gleitringdichtung sowie eine schematische Darstellung des Rezirkulationskreises und dessen Verbindung mit der Zapfstelle an d«r Hochdruckseite zeigt.

Die Gleitringdichtung dient zur Abdichtung der Durchtrittsstelle einer umlaufenden Welle 1 gegenüber einer Wandung 2, welche eine Hochdruckseite h gegenüber einer Niederdruckseite η trennt. Bei speziellen Anforderungen an die Dichtung kann die Hochdruckseite h auch aus dem Innenraum einer vorgeschalteten weiteren Dichtung und die Niederdrucliseitc η 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 Welknhülse 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 W· llenhülse 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 bzw. die Wellenhülse 4 abgedichtet, in Axialrichtung der Welle verschieblich aber drehfest mit dieser verbunden und durch Druckfedern 9 so vorgespannt sind, daß sie sich voneinander zu entfernen trachten. In jeder Trägerhülse 8,8' ist ein Gleitring 10,11 befestigt.

Unter der Wirkung der Druckfedern 9 sind die Gleitringe 10 und 11 jeweils gegen einen Gegenring 12 bzw. 13 angepreßt. Die Gegenringe sind ortsfest im Bode Heil bzw. Deckelteil eines Dichtungsgehäuses i4 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 Gegenringpaar 11, 13 gegen die Niederdruckseite π abgegrenzt ist und mit einer Einlaßbohrung 16 in Verbindung steht, während der zweite Raum b durch das andere Gleit- und Gegenringpaar 10, 12 von der Hochdruckseite h getrennt ist und mit einer Auslaßbohrung 17 in Verbindung steht.

Die Auslaßbohrung 17 ist über einen in seiner Gesamtheit mit r bezeichneten Rezirkulaticnskreis mit der Einlaßbohrung 16 verbunden, welcher aufeinanderfolgend einen als kombiniertes Drossel- und Rückschlagventil ausgebildeten Strömungswiderstand 18, ein Magnetfilter 19 zur Abscheidung von Verschleißpartikeln, ein Entlüftungsventil 20 und einen Wärmetauscher 21 enthält Der Magnetfiher 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 gelegene Einspeisestelle e ist über ein weiteres Magnetfilter 23, das ebenfalls Absperrventile 24 zur Schaffung eines by-paß enthalten kann, mit einer Zapfstelle ζ 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 sie umgebenden Ring an abzudichten-Ht dem Medium mit, so daß darin evtl. enthaltene schwerere Partikel durch Zentrifugalkraft abgeschleudert werden, bevor sie in die Kammer k gelangen können.

Von der Hochdruckseite h kann an der Schleuderte scheibe 25 vorbei über die Kammer k durch die Zapfstelle /und das Magnetfilter 23 das abzudichtende, gereinigte Medium zur Einspeisestclle 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 Raum b. Eine weitere Einströmung an der Einspeinestelle c findet anschließend nur insoweit statt, als Sperr- und 2"> Kühlmedium durch Leckage verlorengeht. Der Druck an der Einspeisestelle entspricht daher dem Druck p/, der Hoc/.druckseite Λ.

Bei umlaufender Welle 1 fördert die Pumpvorrichtung c das Sperr- und Kühlmedium in einem Kreislauf so 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 zulässigen Ein- und Austrittstemperaturen vorgegeben. Der Überdruck zwischen dem zweiten Raum b und der Hochdruckseite h d. h. die Druckdifferenz pb—ph. ergibt sich aus der speziellen Bauart der Dichtung, deren Einsatzgebiet und beträgt üblicherweise 1— 3 atü. Der zwischen der Einspeisestelle e und der Auslaßbohrung 17 gelegene durch das Drossel- und Rückschlagventil gebildete Strömungswiderstand 18 wird so bemessen, daß er (ggf. unter Berücksichtigung weiterer in diesem Zweig enthaltener Strömungswiderstände) dem ge-

wünschten Überdruck entspricht Die Pumpvorrichtung r ist so zu bemessen, daß sie bei dem vorgegebenen Durchsatzvolumen an Sperr- und Kühlmedium einen Förderdruck aufweist, der mindestens so groß ist, wie der zwischen Auslaßbohrung 17 und der Einspeiser'ille e hervorgerufene Druckabfall, vermehrt um den Druckabfall im restlichen Teil des Zirkulationskreislaufes.

Bei umlaufender 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 p*, reduziert um den im restlichen Rezirkulationskreis r vorhandenen Druckabfall

Falls das abzudichtende Medium 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, so daß das hochdruckseitige Gleit- und Gegenringpaar 10, 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 Paten tanspröche:

1. Doppelt wirkende gekühlte Gleitringdichtung mit einer im Dichtungsgehäuse angeordneten, von der abzudichtenden umlaufenden Welle angetriebenen Pumpvorrichtung, die 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 Oberdruck aufweisenden zweiten Raum fördert, und mit einem den zweiten mit den ersten 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, dadurch gekennzeichnet, daß das abzudichtende Medium selbst als Sperr- und Kühlmedium verwendet ist und eine von der Hochdruckseite (h) ausgehende Zapfstelle (z) die unter Druck stehende Quelle bildet, daß im Rezirkulationskreis (r) zwischen der Einspeisestelle (e) und dem zweiten Raum, (b) ein entsprechend der Höhe des beabsichtigten Überdrucks bemessener Strömungswiderstand (18) enthalten ist und daß im Rezirkulationskreis und/oder zwischen der Zapfstelle und der Einspeisestelle ein Filter (19; 23) angeordnet ist.

2. Doppelt wi-kende Gleitringdichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand mind Uens zum Teil durch den Wärmeaustauscher und/oder ein Filter und/oder ein einstellbares Ventil gebildet ist.

3. Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil 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.

4. Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfstelle (z) von einer von der Hochdruckseite (ti) durch eine Engstelle abgegrenzten Kammer (k) ausgeht, welche die Leckage des hochdruckseitigen Gleit- und Gegenringpaares (10,12) aufnimmt.

5. Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Engstelle durch eine nahe einer ortsfesten Wand (2) angeordneten, mit der Welle (1) umlaufende Schleuderscheibe (25) gebildet ist.

6. Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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.