DE2341431A1

DE2341431A1 - Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE2341431A1
Application number: DE19732341431
Authority: DE
Inventors: Goritsky Boris Sergeewitsch; Iwanow Wiktor Wasiliewitsch
Original assignee: GORITSKY BORIS SERGEEWITSCH; IWANOW WIKTOR WASILIEWITSCH
Current assignee: GORITSKY BORIS SERGEEWITSCH; IWANOW WIKTOR WASILIEWITSCH
Priority date: 1972-12-26
Filing date: 1973-08-16
Publication date: 1974-06-27
Also published as: SE400821B; FR2212017A5

Description

DfpWng. Dr- ^-

Frank Arnold Nix

Patentanwalt

Frankfort am Main 70

Gartenstraße 123 * 2341431

GLEITEINGDICHTUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich, auf Dich tungen, insbesondere auf Gleitringdichtungen für Maschinenwellen. .'

Die Erfindung kann für die Abdichtung solcher Maschinen wie beispielsweise Pumpen, Verdichter, Turbinen und Mischer in den Fällen /werwendet werden, wo Leckverluste des Mediums längs der Welle aus dem Innenraum der Maschine beseitigt oder beschränkt werden sollen. Dies ist besonders wichtig, wenn das zu verdichtende Medium unter hohem Druck steht und solche Eigenschaften wie chemische Aktivität, Radioaktivität, ToxLzität besitzt. Bekannt ist eine Gleitringdichtung für Maschinen-

409826/0261

wellen, die einen auf der Welle befestigten Gleitring, der sich in einem Hohlraum mit dem zu verdichtenden .Medium befindet, sowie einen im Maschinengehäuse angebrachten feststehenden Ring enthält, durch den ein Ende der abzudichtenden Welle mit einem Radialspiel herausragt. Hierbei besteht zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen des Gleit- und des feststehenden Ringes ein Spiel, dessen Größe beträchtlich geringer als die Größe des Radialspiels zwischen der Welle und dem feststehenden Ring ist.

Der Gleitring ist in bezug auf die Welle und der feststehende Ring in bezug auf das Maschinengehäuse mit Hilfe von Dichtungsringen abgedichtet, die in Nuten untergebracht sind, die jeweils an der Innenfläche des Gleitringes und im Maschinengehäuse an der Verbindungsstelle dieses Ringes mit dem feststehend en Ring ausgeführt sind.

Während der Arbeit dieser Dichtung dringt das zu verdichtende Arbeitsmittel in das stirnseitige Spiel zwischen den Ringen, fließt aus diesem in der zulässigen Leckmenge ab und dient obendrein als Schmierung bei der Drehung eines der Ringe in bezug auf den anderen. Überhaupt wird die Arbeitsfähigkeit dieser Dichtungen von den mechanischen Charakteristiken der Werkstoffe der Dicht ringe, und zwar von ihrer Härte, Verschleißfestigkeit, vom Reibfaktor bei deren relativer Bewegung, und. der Mikrcgeometrie ihrer reibender Flächen, d.h. den Hauheiten

409826/0281

dieser Oberflächen bestimmt. Gerade die Mkrorauheit der erwähnten Ringe ist es, die die Trockenreibung zwischen ihnen beseitigt und den Schmiervorgang hydrodynamisch erfolgen läßt.

Die Mikrdauheitswerte sind während der Arbeit der Dichtung unkontrollierbar. Während die mechanischen Charakteristiken der Binge praktisch konstant bleiben und von der Arbeitsdauer der Dichtung unabhängig sind, können sich die Mikrorauheitswerte ändern. Diese Änderungen haben zufälligen oder systematischen Charakter sowohl bei einer Vergrößerung der Mikrorauheit, beispielsweise beim Gelangen von Suspensions-^fceilchen in das Spiel zwischen den Ringen, wie auch bei der Abnahme derselben im falle des

Läppens der Bingflachen. Die Praxis hat gezeigt, daß jede Abweichung des Idikrorauheitswertes von der optimalen Größe, die ungefähr der Bearbeitungsgüte V1O-V11 entspricht, zu einer Ar- ^ tsver schlecht erung der Dichtung führt·

Semit besteht der Eauptnachteil der bekannten Dich tung in der Unbestimmtheit des Leckverlustes an zu verdichtendem Medium infolge unkontrollierbarer Änderung der Mikrorauheitsgrö£e. Aus demselben Grunde werden die Schmierbedingungen der Stirnflächen der Binge im Laufe der Dichtungsfunktion unkonstant.

Dies führt zur Entstehung einer Havariesituation

4D9826/0261

beim Ausfall der Dichtung, die im Leckverlust an zu verdichtendem Medium über zulässige Grenzen hinaus oder im Festklemmen der Dichtung ihren Ausdruck finden kann.

Bekannt ist ferner eine Gleitringdichtung, in der an der Stirnfläche des feststehenden Ringes eine Ringnut ausgeführt ist, der über Zuleitungskanäle eine Sperrflüssigkeit oder das zu verdichtende Medium zugeführt wird, das vorher abgekühlt und von der Suspension gereinigt wurde (Patent der USA Hr.3015506). Diese konstruktive Lösung hebt die oben erwähnten Nachteile nicht auf, weil auch in diesem lall die Arbeitsfähigkeit der Dichtung von der unkontrollierbaren i»iikrorauheitsgröße der reibenden Ringflächen abhängig ist* Es wird lediglich die Schmiergüte derselben verbessert.

Außerdem ist eins Glsitriiigdicttung bekannt, in der an der Stirnfläche des feststehenden Hinges eine Reihe von längs einer Kreislinie gleichmäßig verteilten Vertie fungen ausgeführt ist, die mit der Stirnfläche des Gleitringes geschlossene Kammern bilden, die durch Zuleitungskanäle mit einer Quelle der Sperrflüssigkeit verbunden sind, die impulsartig unter einem Druck zugeführt wird, der den Druck aes zu verdichtenden Mediums etwas übersteigt. Zur Erzielung verschiedenphasiger Impulszuführung der Sperrflüssigkeit zu den Dichtungskammern wird eine Tauchkolbenpumpe mit einer Zylinderanzahl benutzt, die

40982 8/0261

23AU31

der Anzahl der Mchtungskammern gleich ist oder diese um ein mehrfaches übersteigt, oder es wird ein Phasenvertei ler verwendet, der mit der Quelle der Sperrflüssigkeit verbunden ist, die unter konstantem Druck zugeführt wird.

Dieser Aufbau der Dichtung gewährleistet eine stabile hydrodynamische Arbeitsweise der Dichtung, die von der Mikrorauheitsgröße der Ringflächen unabhängig ist.

Ein Hachteil dieser Dichtung besteht aber darin, daß ihr Aufbau kompliziert und zur Gewährleistung ihrer !Funktion eine Quelle verschiedenphasigen Impulsdruckes erforderlich ist, die keine ausreichend hohe Zuverlässigkeit besitzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine solche Gleitringdichtung zu schaffen, bei der eine stabile hydrodynamische Arbeitsweise gewährleistet wäre, die von der Mikrorauheitsgröße der reibenden Flächen des Gleit- und des feststehenden Ringes unabhängig ist.

einer

Diese Aufgabe wird "bei ν Gleitringdichtung für Maschinenwellen gelöst, die einen auf der Welle befestigten ■Gleitring, der in einem Hohlraum Ä&t ^₆₂₁ ^_x verdichtenden Medium befindlich ist, sowie einen im Maschinengehäuse angeordneten feststehenden Ring enthält, durch den mit einem Radialspiel ein Ende der abzudichtenden Welle herausragt, wobei zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen des Gleit- und des geststehenden Ringes ein Spiel

409826/0261

besteht, dessen Größe beträchtlich geringer als die Größe des Radialspiels zwischen der Welle und dem feststehenden Ring ist.

Erfindungsgemäß ist in den einander zugekehrten Stirnflächen des Gleit- und des feststehenden Ringes eine Reihe von längs einer Kreislinie gleichmäßig verteilten

Zusammenwirken

Vertiefungen ausgeführt, die bein ν der Ringe geschlossene Kammern bilden, deren Anzahl in dem Gleitring von dß^an .Anzahl in dem feststehenden Ring verschieden ist.

Dadurch bilden bei Drehbewegung des Gleitringes die in seiner Stirnfläche ausgeführten Vertiefungen abwechselnd Kammern mit den Vertiefungen und mit der Stirnfläche des feststehenden Ringes. Hierbei ändert sich periodisch hydraulische Widerstand iin Spielraum zwischen den Ringen, was zur Druckpulsation des in ihm enthaltenen Mediums und Gewährleistung stabiler hydrodynamischer Arbeitsweise der Dichtung führt, welche von der Mikrorauheitsgröße der reibenden Ringflächen unabhängig ist.

In einer der Ausführungsvarianten der Erfindung ist

mindestens eine der Vertiefungen des feststehenden Ringes

einer durch einen in diesem ausgeführten Kanal mit ν Sperrflüssigkeitsquelle verbunden, die dem Spielraum zwischen den Ringen unter einem konstanten Druck ,zugeführt wird, der den Druck des zu verdichtenden Mediums etwas über** steigt.

409826/0261

23ΑΗ31

Bei der Dichtung dieser Konstruktion fehlen Leckverluste des zu verdichtenden Mediums, und die Schmierung der Ringe geschieht durch Sperrflüssigkeit, deren Leckverlust vorgesehen ist.

In einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist jede der Vertiefungen des Gleitringes durch einen Kanal mit dem Hohlraum verbunden, in dem sich das zu verdichtende Medium befindet.

Diese Dichtungskonstruktion wird in jenen Fällen benutzt, wenn das zu verdichtende I&edium eine Suspension darstellt, deren Teilchen sich in den Dichtungskammern ansammeln. Hierbei ist periodisches Spülen der Kammern mit der Sperrflüssigkeit erforderlich.

Nachstehend wird eine eingehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen angefüL -c; in den Zeichnungen zeigtί

Fig.1 - Gleitringdichtung gemäß der Erfindung, im Längsschnitt;

Fig.2 - sich deckende Ansicht nach dem Pfeil A (links) und Ansicht nach dem Pfeil B von Fig.1;

Fig.3 - Gleitringdichtung gemäß der Erfindung, Ausführungsvariante, im Längsschnittί

Fig.4- - Ausführungsvariante der Gleitringdichtung, im Längsschnitt;

Fig.5 - do. Ausführungsvariante.

409826/0281

234U31

Die Gleitringdichtung enthält einen Gleitring 1, der auf einer Welle 2 der Maschine befestigt -ind in bezug auf diese mit Hilfe eines Ringes 3> abgedichtet ist, sowie einen feststehenden Ring 4, der in einem Gehäuse 5 der Maschine befestigt ist. Der feststehende Ring 4 ist in bezug auf das Gehäuse 3 mit Hilfe von Ringen 6 abgedichtet. Der Gleitring 1 befindet sich in einem Hohlraum mit dem zu verdichtenden Medium. Zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen des Gleitringes 1 und des feststehenden Ringes 4 besteht ein Spielraum 3 dessen Größe in Anhängigkeit von der Mikrorauheit der Ringflächen und der zulässigen Große des Leckverlustes des zu verdichtenden Mediums gewählt wird. Die Größe ° wird in Bruchteilen von Mikrometern oder in Mikrometern gemessen. In die öffnung des feststehenden Ringes 4 ragt ein Ende der abzudichtenden Welle 2. Um zu vermeiden, daß diese die Innenfläche des feststehenden Ringes 4 berührt, besteht zwischen ihm und der Welle 2 ein ringförmiges Radialspiel ζ^, dessen Größe wesentlich größer als die Größe ö zwischen den Stirnflächen der Ringe 1 und 4 ist. Zur Aufrechterhaltung während des Maschinenbetriebes der konstanten Größe . ν des stimseitigen Spiels ist zwischen den Ringen 1 und 4 eine Feder 7 vorgesehen, die zwischen dem Gehäuse 5 und einem Bund 8 angeordnet ist, der zum Anliegen der Feder 7 an der AußenseitjBnflache des Ringes 4 ausgeführt ist.

409826/0261

Erfindungsgemäß ist an den einander zugekehrten Stirnflächen des Gleitringes 1 und des feststehenden Hinges 4 eine Reihe von längs Kreislinien gleichen Durchmessers gleichmäßig verteilten Vertiefungen ausgeführt, jeweils 9 und 10. Die Anzahl der Vertiefungen 9 und 10 (J¹Xg.2) ist in den Ringen 1 und 4 in der Regel verschieden. Überhaupt wird das Verhältnis der Anzahl der Vertiefungen 9 und 10 in den Ringen 1 und 4 auf dem Versuchsweg für jeden konkreten Fall festgelegt. Hierbei wird in erster Linie die Art des zu verdichtenden Mediums, die Größe des zulässigen Leckverlustes desselben und die Abmessungen der Dichtung selber berücksichtigt. Beispielsweise weist in der Dichtung einer Welle von 120 mm Durchmesser, die sich mit einer Geschwindigkeit von 2900 U/min dreht, verwendet in einem Apparat, der Wasser unter einem Druck von I50 at enthält, der feststehende Ring 4 an der Stirnfläche zwei Vertiefungen auf, während der Gleitring deren 1-7 hat. Der Leckverlust an zu verdichtendem Medium ist hierbei konstant und beträgt 200 l/h bei zulässiger Leckgröße von I5OO l/h.

Diese Konstruktion der Dichtung gestattet es, eine stabile hydrodynamische Arbeitsweise der Dichtung zu erzeugen, die von Änderungen der Mikrorauheit der Stirnflächen des Gleitringes 1 und des feststehenden Ringes 4 unabhängig ist.

409826/0261

JO

Die Vertiefungen 9 und 10 stellen bogenförmige Abschnitte -der Ringnut dar. Die l'iefe der Vertiefungen 9 und 10 ist gleich und ebenfalls wesentlich größer als die Größe des Spiels zwischen den Hingen 1 und 4. Das Volumen der Vertiefungen 9 und 10 wird meist in den Fällen berechnet, wenn ein Gas als das zu verdichtende Medium auftritt.

Die Vertiefungen 9 und 10 bilden bein Zusammenwirken der Hinge geschlossene Kammern.

In einer der Äusführungsvarianten der Erfindung ist jede der Vertiefungen 10 (Fig.3) im feststehenden Ring 4 über einen Kanal 11 mit einer SperrflüssigkeitsqueHe, beispielsweise einer Pumpe oder einem Druckbehälter (nicht abgebildet) verbunden. Hierbei übersteigt der Sperrflüssigkeitsdruck etwas den Druck des zu verdichtenden Mediums. Diese Konstruktion der dichtung wird in jenen Fällen benutzt, wenn ein Leckverlust an zu verdichtender Flüssigkeit unzulässig ist, beispielsweise bei der Wellenabdichtung von Kr eis lauf pumpen in den Atomkraftwerken.

Wenn das zu verdichtende Medium eine feindisperse Suspension darstellt, deren Teilchen sich in den Dichtungs-r kammern ansammeln und diese vollständig füllen können, ist periodisches Spülen dieser Kammern erforderlich, was die Demontage der Dichtung voraussetzt. Zur Vereinfachung der Kammernspülung sind in einer der Ausführungsvarianten der

409826/0261

ar M

Erfindung im Gleitring 1 (Fig.4) Kanäle 12 ausgeführt, die jede der Vertiefungen 9 mit dem Hohlraum verbinden, in dem sich das zu verdichtende Medium befindet.

In den Fällen, wo das zu verdichtende Medium eine verhältnismäßig hohe Zähigkeit besitzt, wird eine Dichtung verwendet, die in Fig»3 dargestellt ist.

In dieser Dichtung besitzt nur einer der Ringe, im vorliegenden Fall der G>-leitring 1, Kanäle 12, die jede der Vertiefungen 9 mit dem Hohlraum verbinden, der vom zu verdichtenden Medium gefüllt ist.

Die Gleitringdichtung arbeitet folgenderweise. Während der Arbeit des Aggregats oder beim Füllen desselben mit Flüssigkeit oder Gas füllt das zu verdichtende Medium, das im Aggregat unter Druck steht, das stirnseitige Dpiel c zwischen den Hingen 1 und 4 und gelangt zum l'eil in das Ringspiel ß ,, zwischen der Welle 2 und dem feststehenden Ring 4. Bei Drehung der Welle 2 zusammen mit dem Gleitring 1 bilden ihre Vertiefungen 9 abwechselnd Kammern mit der Stirnfläche des feststehenden Ringes 4 und mit den Vertiefungen 10 in diesem.

Infolge der gegenseitigen Lagenänderung der Vertiefungen 9 und 10 ändert sich der hydraulische Widerstand des

C
Speis ο zwischen den Ringen 1 und 4. In der Lage, da die Vertiefungen 9 und 10 zusammenfallen, erreicht der hydraulische Widerstand des Spiels ö seine maximale Größe,

409826/0261

und zwar dadurch, daß die mittlere Weglänge des Flüssigkeit sstroms, der durch den Spielraum ο abflief% maximal ist. In den Fällen, wenn die Vertiefungen 9 und 10 Kammern mit der Stirnfläche des gegenüberliegenden Einges bilden, ist der hydraulische Widerstand des Spielraums minimal. In jeder Zwischenstellung des Gleitringes 1 in bezug auf den feststehenden Ring 4 hat der hydraulische Widerstand des Spielsfcaums ο einen Zwischenwert zwischen dem minimalen und dem maximalen. Wenn die flüssigkeit durch den

C
Spielraum ° unter Druck fließt, so führt der sich ändernde hydraulische Widerstand desselben zu einer Druckpulsation in den Kammern, die mit einer Frequenz stattfindet, die von der Drehgeschwindigkeit der Welle 1 und der Anzahl der Vertiefungen 9 und 10 im Gleitring 1 und dem feststehenden Hing 4 bestimmt wird, sowie mit einer Amplitude, die vom Druck des zu verdichtenden Mediums und der Änderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Widerstandes des Spiels e abhängig ist. Diese Druckpulsation ruft eine Mikrovibration des feststehenden Hinges 4 der Dichtung hervor, wodurch hydrodynamische Schmierungsverhältnisse im Spiel ί der Dichtung geschaffen ws*älß.

Die optimale i?requenz und Amplitude der Druck puls at ionen in den geschlossenen Dichtungskammern, die einen minimalen Iieckverlust des Mediums gewährleisten, sind von den Abmessungen der Dichtung, dem Druckgefälle, der Dichte und Zähigkeit des zu verdichtenden Mediums abhängig und

409826/0261

werden in der Regel auf dem Versuchsweg bestimmt, was in dem oben dargelegten Beispiel gezeigt ist.

Es muß auch berücksichtigt werden, daß die !Frequenz der Druckpulsationen mit der Eigenfrequenz der Dichtungselement e nicht zusammenfallen soll·

In dem Pail, wenn ein Leckverlust des zu verdichtenden Mediums unzulässig ist, wird die Dichtung benutzt, die in Fig.2 dargestellt ist. Hierbei wird gleichzeitig mit dem Füllen des Aggregats durch das Medium die Sperrflüssigkeitsquelle eingeschaltet, die die Sperrflüssigkeit über die im feststehenden Hing 4 ausgeführten Ka -

C " ■ ■

näle 11 dem stirnseitigen Spiel <- unter konstantem Druck zuführt·

Der Druck der Sperrflüssigkeit übersteigt etwas den Druck des zu verdichtenden Mediums. Ein Leckverlust der Sperrflüssigkeit ist zulässig, deshalb verdrängt die Sperrflüssigkeit aus dem Seitenspiel das zu verdichtende Medium und fließt durch das ringförmige Spiel ο * zwischen dem feststehenden Hing 4 und der Welle 2 teilweise ab.

Wenn das zu verdichtende Medium eine feindisperse Suspension von festen Teilchen in Flüssigkeit darstellt, die im Laufe der Zeit sich in den Vertiefungen 9 und 10 des Gleitringes 1 und des feststehenden Binges 4 ansammeln, so wird die Dichtung benutzt, die in Fig. 4 dargestellt ist. Hierbei übersteigt der Sperrflüssigkeits-

409826/0261

druck wiederum den Druck des zu verdichtenden Mediums, deshalb verdrängt die Sperrflüssigkeit das zu verdichtende Medium aus den Vertiefungen 9 und 10 und fließt in den Kanal 12 hindurch, wobei sie eine Spülung der Vertiefungen 9 und 10 ausführt. Das zu verdichtende Medium und die Sperrflüssigkeit werden hierbei teilweise vermischt.

Soll die Amplitude der Druckpulsation vergrößert werden, so wird die Dichtung benutzt, die in i'ig.5 dargestellt ist. In dieser Dichtung wird der Druck in den Kammern derselben nicht nur vom hydraulischen Widerstand des Spiels ν , sondern auch von der relativen Lage der Vertiefungen 9 und 10 des Gleitringes 1 und des feststehenden Binges 4- bestimmt. Dies bedeutet, daß beim Zusammenfallen der Vertiefung 10 des feststehenden Ringes 4- Bit der Vertiefung 9 des Gleitringes 1 der Druck im Volumen der gebildeten Kammern bis auf den Druck des zu verdichtenden Mediums sprunghaft ansteigt, das in die Kammern durch die Kanäle 12 gelangt. Dadurch wird das zähe zu verdichtende Medium in das Seitenspiel ο verdrängt, wodurch, die Schmierung der Dichtungsringe gewährleistet wird.

409826/0261

Claims

PATENTANSPRÜCHE

./Gleitringdichtung für Maschinenwellen, die einen auf einer Welle befestigten Gleitring, der sich in einem Hohlraum mit zu verdichtendem Medium befindet, sowie einen im Maschinengehause angeordneten feststehenden Ring enthält, durch den mit einem Radialspiel ein Ende der abzudichtenden Welle herausragt, wobei zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen des Gleit- und des feststehenden Ringes ein Spiel besteht, dessen Größe beträchtlich geringer als die Größe des Radialspiels zwischen der Welle und dem feststehenden Ring ist, dadurch gekennzeichnet , daß in den einander zugekehrten Stirnflächen des Gleitringes (1) und des feststehenden Ringes (4) eine Reihe von längs Kreislinien

gleichmäßig verteilten Vertiefungen (9 und 10) ausgeführt

Zusammenwirken
ist, die beim ν d._er Ringe (1 und 4) geschlossene

Kairoern bilden, deren Anzahl im Gleitring (1) von deren Anzahl im feststehenden Ring (4) verschieden ist.

r
2. Gleitingdichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß mindestens eine der Vertiefungen (10) des feststehenden Ringes (4) durch
einen in diesem ausgeführten Kanal (11) mit einer Quelle für Sperrflüssigkeit verbunden ist, die dem Spielraum ο zwischen den Ringen unter einem konstanten Druck zugeführt

409826/0261

234Η31

wird, der den Druck des zu verdichtenden Mediums etwas übersteigt.

5. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Vertiefungen (9) des Gleitringes (1) durch einen Kanal (12) mit dem Hohlraum verbunden ist, in dem sich das zu verdichtende Medium befindet.

AO9826/0261

Leerseite