DE2228296B2 - Doppelt wirkende gekühlte Gleitringdichtung - Google Patents
Doppelt wirkende gekühlte GleitringdichtungInfo
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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. 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.
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