DE2248572C3

DE2248572C3 - Hydrodynamic mechanical seal

Info

Publication number: DE2248572C3
Application number: DE19722248572
Authority: DE
Inventors: Josef 6703 Limburgerhof Behr
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date: 1972-10-04
Filing date: 1972-10-04
Publication date: 1976-01-02
Also published as: DE2248572B2; DE2248572A1; AT324060B; CH567217A5

Description

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Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Gleitringdichtung, bestehend aus einem gegenüber dem Gehäuse und einem gegenüber der Welle drehgesicherten Gleitring, wobei einer dieser Ringe abgedichtet gegenüber dem ihm zugeordneten Maschinenteil, in Richtung auf den anderen Ring verschiebbar ist und im Bereich der im übrigen planen Gleitfläche eine geringfügig rückversetzte, zum Raum höheren Druckes sich öffnende, als Vorsteuerfläche dienende Eintriusfläche aufweist (s. DT-AS 12 67 498 und DT-OS 14 75 886). Solche Ausführungen hydrodynamischer Dichtringe haben den Nachteil, daß sie bei Berührungen infolge von Druckschwankungen im Bereich der relativ schmalen Engstelle durch Spaltverschleiß ihre Charakteristik (Druckmengenkennlinie) stark verändern.The invention relates to a hydrodynamic mechanical seal, consisting of one opposite the Housing and a sliding ring secured against rotation with respect to the shaft, one of these rings being sealed relative to the machine part assigned to it, displaceable in the direction of the other ring is and in the area of the rest of the planar sliding surface a slightly set back, higher to the room Pressure that opens up, serving as a pilot control surface (see DT-AS 12 67 498 and DT-OS 14 75 886). Such designs of hydrodynamic sealing rings have the disadvantage that they are at Contact as a result of pressure fluctuations in the area of the relatively narrow constriction due to gap wear change their characteristics (pressure quantity characteristic) significantly.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, diesen Nachteil zu vermeiden, wobei die Lösung, ausgehend von einer hydrodynamischen Gleitringdichtung der eingangs genannten Art, darin besteht, daß in der planen Gleitfläche im Bereich des hydraulischen Abdichtdurchmessers (d„), jedoch mit Abstand von der zum Raum niederen Druckes gelegenen Kante der Gleitfläche, sich erstreckende Nuten angeordnet sind, die über Zuleitungen mit Zuflußöffnungen in Verbindung stehen, welche sich in der riickversetzten Eintrittsfläche mit Abstand voa der Eintrittskante befinden.The invention has for its object to avoid this disadvantage, the solution, starting from a hydrodynamic mechanical seal of the type mentioned, consists in that in the planar sliding surface in the area of the hydraulic sealing diameter (d "), but at a distance from that to the room lower pressure located edge of the sliding surface, extending grooves are arranged, which over Supply lines are connected to inflow openings, which are located in the set-back inlet area at a distance from the leading edge.

Bei dem Begriff des hydraulischer. Abdichtdurchmessers (d_n) handelt es sich um den Durchmesser, bei dem der auf die Rückseite des Gleitringes wirkende höhere Druck von dem auf der Rückseite wirkenden niederen Druck getrennt ist und durch die Sekundärdichtung festgelegt wird.With the concept of hydraulic. Sealing diameter (d _n ) is the diameter at which the higher pressure acting on the rear side of the sliding ring is separated from the lower pressure acting on the rear side and is determined by the secondary seal.

Zweckmäßige Ausführungsvarianten einer derart ausgebildeten hydrodynamischen Gleitringdichtung können entweder darin bestehen, daß die Verbindungsleitung aus den in der Gleitfläche angeordneten Nuten selbst besteht oder daß die Verbindungsleitungen aus im bzw. am Gleitring angeordneten Bohrungen bzw. Rohrleitungen bestehen. Im letzteren Falle ist auch eine Ausbildung möglich und gegebenenfalls zweckmäßig, bei der die Nuten als sich nur über einen Teil des Umfangs des Ringes erstreckende Taschen ausgebildet sind und jede dieser Taschen mit jeweils einer am Ring um 180° gegenüberliegenden Zuflußöffnung verbunden ist.Appropriate design variants of a hydrodynamic mechanical seal designed in this way can either consist in that the connecting line from the arranged in the sliding surface There are grooves themselves or that the connecting lines consist of bores arranged in or on the sliding ring or pipelines exist. In the latter case, training is also possible and if necessary expedient in which the grooves as only extending over part of the circumference of the ring Pockets are formed and each of these pockets with one opposite on the ring by 180 ° Inflow opening is connected.

Am Beginn der Nuten auf der Hochdruckseite ist die plane Stirnseite also schwach rückversetzt bzw. abgesetzt. Durch den so gebildeten Absatz dringt ein Fluid hohen Druckes, z. B. Wasser in die Nuten, wodurch eine gleichmäßige Öffnungskraft entsteht, durch die ein Abstand zwischen den beiden Ringen erzwungen wird. Die Höhe des Absatzes, der als schräg abfallende Fläche ausgebildet sein kann, ist für die durchfließende Wassermenge maßgeblich. Die eingearbeiteten Nuten können radial, tangential oder irr irgendeinem Winkel gerade oder bogenförmig ausgeführt werden. Durch den sehr niedrigen Absatz kann nur eine sehr kleine, vorzubestimmende Wassermen?e hindurchfließen. Bei der Wellenabdichtung nach der Erfindung ist auf diese Weise die Gefährdung funktionswichtiger Teile durch Abnutzung, wie sie bei den bekannten Ausführungen vorherrschen, vermindert.At the beginning of the grooves on the high pressure side, the flat face is slightly set back or discontinued. A high pressure fluid such. B. water in the grooves, whereby a uniform opening force is created, which forces a gap between the two rings will. The height of the paragraph, which can be designed as a sloping surface, is for the The amount of water flowing through is decisive. The incorporated grooves can be radial, tangential or irr be made straight or arcuate at any angle. Due to the very low sales only a very small amount of water to be determined will flow through it. When sealing the shaft according to the Invention is in this way the endangerment of functionally important parts by wear and tear, as in the known designs prevail, reduced.

Es sind zwar auch schon Gleitringdichtungen bekanntgeworden mit einem axial fest auf der rotierenden Welle befestigten und einem axial verschiebbaren, gegen Verdrehung gesicherten, am Gehäuse montierten Dichtring, bei dem in einem der beiden Ringe Nuten verschiedenster Art in die Stirnfläche der Hochdruckseite und der Niederdruckseite eingearbeitet sind (DT-OS 19 28 675, FR-PS 20 27 317 und 15 97 609, GB-PS 1017 921, US-PS 35 27 465). Diese besitzen jedoch, wie im Fall der DT-OS 19 28 675, weder eine plane Gleitfläche noch Nuten, die mit Abstand von der Eintrittskante beginnen, noch sich in den Bereich des hydraulischen Abdichtdurchmessers (d_H) erstrecken. Dagegen laufen die Nuten hier entgegengesetzt bis an die Eintrittskante, was eine Druckregulierung durch die geringfügig rückversetzte Eintrittsfläche verhindert. Die übrigen bekannten Ausführungen besitzen keine Vorsteuerfläche in Form einer solchen rückversetzten Eintrittsfläche wie beim Erfindungsgegenstand, die in Verbindung mit den genannten Nuten die Öffnungskraft der Dichtung gewährleistet und ebenfalls keine Nutenanordnung mit Abstand von der Eintrittskante im Sinne der Erfindung, Die Nuten sind vielmehr bei nichtrotierender Welle, im Gegensatz zu denen des Anmeldungsgegenstandes, wirkungslos.Mechanical seals have also become known with a sealing ring that is axially fixed on the rotating shaft and one that is axially displaceable, secured against rotation and mounted on the housing, in which one of the two rings has grooves of various types incorporated into the end face of the high pressure side and the low pressure side (DT-OS 19 28 675, FR-PS 20 27 317 and 15 97 609, GB-PS 1017 921, US-PS 35 27 465). However, as in the case of DT-OS 19 28 675, these have neither a flat sliding surface nor grooves that begin at a distance from the leading edge, nor extend into the area of the hydraulic sealing diameter (d _H ) . On the other hand, the grooves run in the opposite direction up to the leading edge, which prevents pressure regulation through the slightly set back entry surface. The other known designs do not have a pilot control surface in the form of such a set-back entry surface as in the subject of the invention, which ensures the opening force of the seal in connection with the mentioned grooves and also no groove arrangement at a distance from the leading edge in the sense of the invention, the grooves are rather with a non-rotating shaft , in contrast to those of the subject of the application, ineffective.

Da sich der Dichtspalt bei unerwünschter Schrägstellung eines der beiden Dichtringe auf der einenSince the sealing gap increases in the event of an undesired inclination one of the two sealing rings on one

Seite verengt und auf der anderen Seite erweitert, kann eine zweckmäßige Weiterbildung nach der Erfindung in einer Ausführung bestehen, bei der die in die Stirnseite des einen Dichtringes eingearbeiteten Nuten als Taschen radial im Bereich des hydraulischen Abdichtdurchmesser" (d_H) angeordnet sind und über Bohrungen und Umführungskanäle mit jeweils einer Flüssigkeitszulaufbohrung an einer am Dichtring um 180° gegenüberliegenden, im Ilochdruckbereir,h der abgesetzten Eintrittsfläche befindlichen Stelle verbunden sind. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß bei Schrägstellung des Dichtringes für die Seite der Dichtspaltverengung eine Nutenzulaufbohrung auf der entgegengesetzten Seite im erweiterten Spalt liegt und die Druckwasserzuführung drosselt und für die Seite der Spalterweiterung eine Nutenzulaufbohrung auf der entgegengesetzten Seite in der Spaltverengung liegt und die Druckwasserzuführung begünstigt. Hierdurch steigt der Druck in der Nutentasche des engen Spaltes an, so daß die Schrägstellung ausgeglichen wird. Sämtliche Zulaufbohrungen liegen dabei auf der abgesetzten, als Vorsteuerfläche wirkenden Eintrittsfläche des Dichtringes.Side narrowed and expanded on the other side, an expedient development according to the invention can consist of an embodiment in which the grooves machined into the end face of one sealing ring are arranged as pockets radially in the area of the hydraulic sealing diameter " (d _H ) and via bores and bypass channels are each connected to a fluid inlet bore at a point on the sealing ring opposite by 180 ° and located in the Ilochdruckbereir, h of the stepped inlet surface. The advantage of this design is that when the sealing ring is inclined for the side of the sealing gap narrowing, a groove inlet bore on the opposite side lies in the widened gap and the pressurized water supply throttles and for the side of the gap widening there is a groove feed bore on the opposite side in the narrowed gap and promotes the pressurized water supply. This increases the pressure in the groove pocket of the narrow gap, so that the inclination is compensated. All inlet bores are located on the stepped inlet surface of the sealing ring, which acts as a pilot control surface.

Zwar sind auch schon Dichtungsausführungen bekannt (DT-PS 2134 964, GB-PS 8 22 467 und 10 32 864) mit taschenförmigen Nuten und Bohrungen in der Stirnfläche eines der beiden Gleitringe. Es handelt sich hierbei jedoch um über Drosseln bzw. Drosselkanäle von außen, also fremdgesteuerte Dichtungen ohne selbsttätige Vorsteuerfläche. Schrägstcllprobleme der Ringe werden von diesen Vorveröffentlichungen nicht berührt.Seal designs are already known (DT-PS 2134 964, GB-PS 8 22 467 and 10 32 864) with pocket-shaped grooves and holes in the face of one of the two sliding rings. It This is, however, a matter of externally controlled seals via throttles or throttle channels without automatic pilot control surface. Weird problems of the rings are not affected by these prior publications.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Ausführung der Gleitringdichtung nach der Erfindung mit mehreren geraden, tangential angeordneten Nuten in der Stirnfläche eines der Dichtringe, welche sich vom Bereich der abgesetzten Eintrittsfläche zum Bereich des hydraulischen Abdichtdurchmessers ((I₁₁) erstrecken und die F i g. 3 und 4 eine solche mit auf besondere Weise verlaufenden Dichtringnuten. Bei dieser Ausführung liegen, über Bohrungen bzw. Umführungskanäle verbunden, die eingearbeiteten Nuten im Bereich jenseits des hydraulischen Abdichtdurchmessers und die Zuläufe im Bereich der abgesetzten Eintrittsfläche.The F i g. 1 and 2 show an embodiment of the mechanical seal according to the invention with several straight, tangentially arranged grooves in the end face of one of the sealing rings, which extend from the area of the stepped entry surface to the area of the hydraulic sealing diameter ((I ₁₁ ) and FIG. 3 and 4 one with sealing ring grooves running in a special way.

Die Wirkungsweise ist folgende: Die Hauptbestandteile der Dichtung sind nach F i g. 1 und 2 der Gleitring 1, der auf der Welle 2 mitrotiert und mit dem Rundschnurring 3 abgedichtet ist und dessen Stirnseite 4 rechtwinklig zur Wellenmitte und radial gerade verläuft, sowie der im Gehäuse 5 gegen Rotation mit dem Stift 6 gesicherte Gegenring 7, der seinerseits axial verschiebbar und mit dem Rundschnurring 8 im Gehäuse 5 abgedichtet ist. In die radiale Stirnfläche 9 dieses Ringes sind beliebig viele Nuten 10 eingearbeitet, die an der Seite des höheren Druckes in einer geringfügig abgesetzten Fläche 12 beginnen und zur Niederdruckseite bis in den Bereich jenseits des hydraulischen Abdichtaurchmessers (d_h) geführt sind. Zur Überwindung der Reibung des Rundschnurringes 8 können Federn 13 eingebaut werden. Das abzudichtende Medium hohen Druckes im Raum 11 dringt in den erweiterten Spalt 14 ein, an dessen Ende sich die durchfließende Menge aufteilt und ein Teil in die Nuten 10 nur wenig gedrosselt, eine gleichmäßige Öffnungskraft bewirkend, bis an das Nutende gelangt und ein anderer Teil durch den verengten Spalt 15 zur Seite des niedrigeren Druckes 11. Dabei kann die Durchflußmenge durch die Hohe des Absatzes zwischen den Flächen 9 und 12 sowie durch den Durchmesser des Absatzes, die Radialerstreckung der Spalte 14 und 15 und durch die Lage der Nuten 10 zum hydraulischen Abdichtdurchmesser »du« vorausbestimmt werden.The mode of operation is as follows: The main components of the seal are shown in FIG. 1 and 2, the sliding ring 1, which rotates on the shaft 2 and is sealed with the O-ring 3 and whose end face 4 runs at right angles to the shaft center and radially straight, as well as the counter ring 7 secured against rotation in the housing 5 with the pin 6, which in turn is axially is displaceable and sealed with the O-ring 8 in the housing 5. Any number of grooves 10 are incorporated into the radial end face 9 of this ring, starting on the side of the higher pressure in a slightly offset surface 12 and leading to the low pressure side into the area beyond the hydraulic sealing diameter (d _h ) . To overcome the friction of the O-ring 8, springs 13 can be installed. The high pressure medium to be sealed in space 11 penetrates into the widened gap 14, at the end of which the amount flowing through is divided and a part is only slightly throttled in the grooves 10, causing an even opening force until it reaches the end of the groove and another part passes through the narrowed gap 15 to the side of the lower pressure 11. The flow rate can be determined by the height of the shoulder between the surfaces 9 and 12 and by the diameter of the shoulder, the radial extent of the gaps 14 and 15 and the location of the grooves 10 to the hydraulic sealing diameter "You" are predetermined.

Nach F i g. 3 und 4 ist der Gleitring 1 auf der rotierenden Welle 2 mit dem Rundschnurring 3 abgedichtet. Seine Stirnseite 4 ist eben und rechtwinklig zur Wellenachse. Der im Gehäuse 5 mit dem Stift 6 gegen Rotation gesicherte Gegenring 7 ist axial verschiebbar und mit dem Rundschnurring 8 im Gehäuse 5According to FIG. 3 and 4, the sliding ring 1 is sealed on the rotating shaft 2 with the O-ring 3. Its end face 4 is flat and at right angles to the shaft axis. The one in the housing 5 with the pin 6 against Rotation secured counter ring 7 is axially displaceable and with the O-ring 8 in the housing 5

se abgedichtet. In die Stirnseite 9 des Gegenringes 7 sind taschenförmige Nuten 10 eingearbeitet, die bei dieser Ausführung radial im Bereich des hydrauliscl^n Abdichtdurchmessers d,_t angeordnet sind. Diese Nuten 10 sind über Bohrungen 16 und Umführungskanäle 17 mit den am Umfang um 180° versetzten Flüssigkeitszulaufbohrungen 18 verbunden. Die Zulaufbohrungen 18 befinden sich in der abgesetzten Fläche 12 im Bereich des höheren Druckes. Das aus dem Hochdruckraum 11 in den erweiterten Spalt 14 eintretende Medium geht nun zum Teil durch die Zulaufbohrungen 18, die Kanäle 17 und die Bohrungen 16 nur wenig gedrosselt in die Nuten 10, in denen infolge des Druckes eine Öffnungskraft entsteht, und zum anderen Teil durch den dadurch aufrechterhaltenen Spaltse sealed. Pocket-shaped grooves 10 are incorporated into the end face 9 of the counter ring 7, which in this embodiment are arranged radially in the region of the hydraulic sealing diameter d, _t . These grooves 10 are connected via bores 16 and bypass channels 17 to the liquid inlet bores 18 offset by 180 ° on the circumference. The inlet bores 18 are located in the stepped surface 12 in the area of the higher pressure. The medium entering the widened gap 14 from the high pressure chamber 11 now partially passes through the inlet bores 18, the channels 17 and the bores 16, only slightly throttled, into the grooves 10, in which an opening force arises as a result of the pressure, and the other part through the gap thus maintained

15. Mit der Höhe des Absatzes zwischen den Spaltflächen 9 und 12 durch den Durchmesser des Absatzes, die Radialerstreckung der Spalte und durch die Lage der Nuten zum hydraulischen Abdichtdurchmesser »d,i« kann die durch den Spalt durchtretende Leckmenge vorausbestimmt werden.15. With the height of the shoulder between the gap surfaces 9 and 12 through the diameter of the shoulder, the radial extent of the gap and the position of the grooves in relation to the hydraulic sealing diameter "d, i" , the amount of leakage through the gap can be determined in advance.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Hydrodynamic mechanical seal, consisting of a sliding ring secured against rotation with respect to the housing and a sliding ring secured against rotation against the shaft, one of these rings being sealed against the machine part assigned to it and being acted upon by a force which pushes it in the direction of the other ring, this ring has a flat sliding surface, which has a slightly set back, open to the space of higher pressure, serving as a pilot control surface inlet surface, characterized in that in the flat sliding surface in the area of the hydraulic sealing diameter (d _H ) but with a distance from the lower space Grooves (10) extending along the pressure edge of the sliding surface are arranged, which are connected via feed lines to inflow openings which are located in the recessed entry surface (12) at a distance from the entry edge.

2. Mechanical seal according to claim 1, characterized »5, characterized in that the connecting line from the grooves (10) arranged in the sliding surface themselves.

3. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the connecting line 3 » lines consist of bores or pipes (16, 17, 18) arranged in or on the sliding ring.

4. Mechanical seal according to claims 1 and 3, characterized in that the grooves (10) are designed as pockets extending only over part of the circumference of the ring and each of these pockets each with an inflow opening opposite to one another on the ring by 180 ° (18) is connected. *O