DE2228296C3 - Doppelt wirkende gekühlte Gleitringdichtung - Google Patents

Doppelt wirkende gekühlte Gleitringdichtung

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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 Oberdruck 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 Oberdruck 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 halten, 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 rxc Hochdruckseite
■to bemessen, welcher üblicherweise 1 — 3 atü beträgt Der Überdruck 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 Gleitringdichtungen 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 ■> den ersten Raum entweichende Volumen uesiii;n;:i. 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 Stelling dieser beider. 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, beispielsweise eine SchmierölpumpR, 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 l=n 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 der 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 Asbest- 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 nochdruckseitigen Gleit- und Gegenringpaar zugeordneten zweiten Raum abgrenzt, der mit dem ersten Raum durch einen äußeren Rezirkulutionskreis 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 es diesem Medium zu bemessen. Die Pumpe erfordert folglich eine große Antriebsleistung und erzeugt selbst erhebliche Verlustleistung, die durch den Wärmetauscher wieder abgeführt wurde·) "nuß
Für einfach wirkencw CtL.irimfdiijb'unecr; ist 2s bekannt (US-PS 28 24 759), zur Umwälzung dci durch -i.15 abzudichtende Medium gebildeten Kühlmediums riurch einen einen Wärmetauscher enthaltenden äußere» Rezirkülaiionskreislauf eine im Dichtung^gef-ause angeordnete Pumpe zu verwenden, deren Pumpenrad einen Bestandteil des mit der Welle umlaufenden Gleitringes bildet Da die Pumpe an der Stelle ihres höchsten Dn:cks 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 Überdrucks des zweiten Raums zur Hochdruckseite zu bemessen ist und daß ein gasbeladener Vorratsbehälter sowie eine diesen speisende gesonderte Pumpe und insbesondere die den Inhalt des Vorratsbehälters anzeigende und steuernde Vorrichtung entbehrlich werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß — in an sich bekannter Weise — das abzudichtende Medium selbst als Sperr- und Kühlmedium verwendet ist und eine von 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 Weitei bildung ist der Strömungswiderstand mindestens zum Teil durch den Wärmetauscher und/oder ein Filter und/oder ein einstellbares Ventil gebildet, wobei vorteilhaft das Ventil als 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, welche die Leckage des hochdruckseitigen Gleit- und Gegenringpaares aufnimmt. In diese Kammer dringt 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 Pumpvorrichtung aus einem an der Welle koaxial befestigten und gf^en diese abgedichteten Außengewinde und f inem das Außengewinde ohne Berührung mit geringem Spiel umgebenden, gegenläufig ausgebildeten, ani Dichtungsgehäwse befestigten un>.i gegen dieses abgedichteten innengewinde. Eine solche Pumpvorrichtung ei' ;"bt die Erzeugung eines Pumpendrukkes, wie er fjr Hie Zwzcke eier vorliegenden L:!in<iuri£ benötigt wird, und zwar ohne daß ώ<· Pump\ orricin ■•■g wesentlich mehr Platz beansprucht, als für die beiden Gleit- und Oegenringpaare und für deren Traghülsen
und Federanordnung ohnehin erforderlich ist.
Im folgenden wird ein Ausfuhrungsbeispiel 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 der 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 Niederdruckseite π 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 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 Bodenteil bzw. 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 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 Rezirkulationskreis 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 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 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 r> 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·
ία 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 Schleuder-
ι1» scheibe 25 vorbei über die Kammer k durch die Zapfstelle ζ und das Magnetfilter 23 das abzudichtende, gereinigte Medium zur Einspeisestelle e gelangen. Von hier kann dieses abzudichtende Medium, welches auch das Sperr- und Kühlmedium biidei, über den WSi ineiaü scher 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 Einspeisestelle e findet anschließend nur insoweit statt, als Sperr- und Kühlmedium durch Leckage verlorengeht. Der Druck an der Einspeisestelle entspricht daher dem Druck ph der Hochdruckseite Λ.
Bei umlaufender Welle 1 fördert die Pumpvorrichtung c das Sperr- und Kühlmedium in einem Kreislauf
in 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 'iulässi gen Ein- und Austrittstemnc-uuren 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 Überdn.ick entfpricht Die Pumpvorrichtung c ist so zu bemessen, daß sie bei dem vorgegebenen Durchsatzvolumen an Sperr- und Kühlmedium einen Förderdruck aufweist der mindesten- so groß ist wie der zwischen Auslaßbohrung 17 und der Einspeisestelle
so e hervorgerufene Druckabfall, vermehrt um den Druckabfali im restlichen Teil des Zirkulationski cislaufes.
Bei umlaufender Pumpvorrichtung c stellt sich in dem zweiten Raum b ein Druck pt 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 pfc 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
7 8
aufweisende Wandung 2 durch direkte Wärmeleitung Nabe des Pumpenrades 3, so daß das hochdruckseitige
das Dichtungsgehäuse 14 und insbesondere den Gleit- und Gegenringpaar to, 12, nur über einen relativ
Gegenring 12 und den diesen abdichtenden O-Ring engen ringförmigen, gekühlten Kanal, durch den nur die
unzulässig erwärmt. Das Bodenteil 14', welches Leckage strömt, mit der Hochdruckseite h in Verbin-
aufgrund der darin enthaltenen Ringkammer 28 eine 5 dung steht und daher auch nicht durch das abzudichten-
beträchtliche axiale Länge aufweist, umschließt mit de Medium selbst erhitzt werden kann,
geringem radialem Abstand die Wcllonhülse 4 bzw. die
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
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 (ty und dem zweiten Raum (b) ein entsprechend der Höhe des beabsichtigten Überdrucks bemessener Strömungswidet stand (18) enthalten ist und daß im Rezirkulationskreis und/oder zwischen der Zapfstelle und der Einspeisestelle ein Filter (19; 23) angeordnet 3t.
2. Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand mindestens zum Teil durch den Wärmeaustauscher und/ooer ein Filter und/odeir 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) deir Einspeisestelle (tynachgeschaltet ist.
4. Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfstelle (z) von einer von der Hochdruckseite (h) 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 -'ie Engstelle durch eine nahe einer ortsfesten Wand (2) angeordneten, mit der Welle (1) umlaufende Schleuderscheibe (25) gebildet ist.
6. Doppelt wirkende Gleitringdichtung naclh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpvorrichtung (c) aus einem an der Welle (1) koaxial befestigten und gegen diese abgedichtetem 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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