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Druckmittelgespeiste Wellendichtung Die Erfindung bezieht sich auf
eine druckmittelgespeiste Wellendichtung mit einer Welle, einem die Welle umgebenden
Gehäuse, in gegenseitigem Axialabstand in dem Gehäuse gebildeten Hochdruck- und
Niederdruckgaskammern, einer zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckgaskammer
gebildeten Kammer für ein Dichtungsdruckmittel und einem Paar in der Druckmittelkammer
angeordneter Dichtringe jeweils mit einer unter drehender Gleitreibung in Anlage
an der Welle befindlichen Dichtfläche, von denen der eine
an der
Hochdruckseite und der andere an der Niederdruckseite der Druckmittelkammer angeordnet
ist.
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Bei bekannten Ausführungen einer Wellendichtung der genannten Att
wird ein Dichtungsdruclrmittel unter einem den in der Hochdruckgaskamiiier herrschenden
um ein-geringes Maß übersteigenden Druck der Druckmittelkammer zugeführt, um den
übertritt des Hochdruckgases von der Hochdruckzur Niederdruckgaskammer zu verhindern.
Dabei tritt eine gewisse Menge des Druckmittels von der Druckmittelkammer in die
Hochdruckgaskammer über, der größere Teil jedoch durch einen zwischen dem Dichtring
an der Niederdruckseite und der Welle gebildeten dünnen Spalt hindurch zur Niederdruckgaskammer.
Dabei wirkt das Druckmittel gleichzeitig als EXhlmittel zum Abführen der durch die
Reibung zwischen der sicb drehenden Welle und dem Dichtring an der niederdruckseite
entstehenden Wärme. Da der Anteil des in die Hochdruckgas-~~~kammer übertretenCen
Druckmittels dabei verloren gebot; ist also dieser- Anteil möglichst gering zu halten.
Aus diesem Grunde wird der Druck in der Druckmittelkammer - zweckmäßig nur um ein
äußerst geringes Maß über dem in der Hochdruckgaskammer herrschenden gehalten.
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Zu diese: Zweck wird der Druck des Druckmittels in der Druckmittelksmmer
bei bekannten Wellendichtungen der genannten Art in Abhangigkeit von Druckänderungen
in der Hochdruckgaskammer variiert, so daß-der Druckunterschied zwischen der Hochdruckgaskammer
und der Druckmittelkammer im wesentlichen konstant auf einem für die Abdichtung
ausreichenden Wert gehalten wird. Dadurch ändert sich jedoch auch die Menge des
den Dichtring an der Niederdruckseite zur Niederdruckgaskammer hin durchströmenden
Druckmittels, und somit auch die Kühlwirkung desselben gegenüber der zwischen dem
Dichtring und der Welle erzeugten Reibungswärme. Wird also der Gasdruck in der Hochdruckgasksmmer
und damit auch der Druck des Dichtungsdruckmittels sehr niedrig, so kann es vorkommen,
daß die zwischen dem Dichtring
an der Niederdruckseite und der
sich drehenden Welle ausströmende Druckmittelmenge nicht mehr für die Kühlung der
aufeinander gleitenden Flächen ausreicht, so daß diese sich übermäßig erhitzen und
möglicherweise verbrennen oder fressen.
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Ein wesentliches Ziel der Erfindung besteht darin, eine druckmittelgespeiste
Wellendichtung der genannten Art zu schaffen, welche frei von den vorstehend angeführten
Mängeln ist.
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Gemaß der Erfindung ist eine Wellendichtung der eingangs genannten
Art gekennzeichnet durch eine Dichtringhalterung, durch eine Einrichtung zum axialen
Verschieben der Dichtringhalterung und durch å jeweils wenigstens eine in der Gleitfläche
des Dichtrings an der Niederdruckseite und ion der Gleitfläche der Welle gebildete
Ringnut.
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Die erfindungsgemäße Wellendichtung gewährleistet durch ihre besondere
Ausbildung eine für die konstante Kühlung ausreichende Durchströmung des Dichtrings
an der Niederdruckseite, selbst wenn der in Abhängigkeit von dem in der Kochdruckgaskammer
herrschenden variierbare Druck des Dichtungsdruckmittels auf extrem niedrige Werte
absinkt.
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Im folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten
AusführungsbeiSpielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht. einer bekannten
druckmittelgpspeisten Wellendichtung, Fig. 2 eine Schnittansicht einer druckmittelgespeisten
Wellendichtung-gemäß der Erfindung, Fig. 3 bis 5 vergrößerte Teil-Schnittansichten
von Einrichtungen zum axialen Verschieben einer Dichtringhalterung in der erfindungsgemäßen
Wellendichtung und
Fig, -6 bis 10 schematisierte Teilansichten zur
Darstellung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen; drucknittelgespeisten Wellendichtung.
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Bei Anwendung der Symbole für die Viskosität des Dichtungsdruckmittels,
1 für die wirksame Länge der -Gleitflächen zwischen dem Dichtring an der Niederdruckseitre
und der sich drehenden-Welle in Axialrichtung derselben, P für den Druckunterschied
zwischen dem Druckmittel in der Druckmittelkammer und dem Gas in der Niederdruckgaskammer,
N für den an den Gleitflächen entstehenden Temperaturanstieg, Q für die Menge des
zwischen dem Dichtring an der Niederdruckseite und der sich drehenden Welle von
der truckmittelkammer in die Niederdruckgaskammer übertretenden Druck mittels und
/ t für den dabei eintretenden Temperaturanstieg in dem Druckmittel ergeben sich
die folgenden Beziehungen:
Aus der Beziehung (3) ist- zu erkennen, daß L t mit abnehmendem Gasdruck zunimmt.
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Bei der erfindungsgemäßen Dichtung läßt sich fl t Jedoch konstant
halten, indem man 1 in Abhängigkeit von der Verringerung von P verkleindrt und dadurch
die Abnahme von Q verhindert, um damit 0 niedrig zu halten.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine druckmittelgespeiste
Wellendichtung gemäß der Erfindung. Die gezeigte Anordnung ermöglicht einen sicheren
Betrieb in einem weiten Bereich ton Betriebsdrücken von höchsten Drücken bis zu
atmosphärischem Druck. Dadurch wird beispielsweite ein bisher als undurchführbar
angesehener Betrieb eines Gaskompressors bei atmosphärischem Druck unter den gleichen
Bedingungen möglich wie der normale Hochdruckbetrieb. Die Betriebsbedingungen brauchen
daher nicht in Abhängigkeit -on'den,Betriebsdrücken geändert zu werden.
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Vor der'Beschreibung der erfindungsgemäßen Wellendichtung anhand
von Fig. 2, sei zunächst eine bekannte Ausführung zum besseren Verständnis des Unterschiedes
zwischen dieser-und der Erfindung, anhand. von Fig, 1 beschrieben.
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In dieser Ausführung wird ein Dichtungsdruckm,it,t'el unter einem
den in einer Hochdruckgaskammer 4 herrschenden um ein geringes Maß übersteigenden
Druck einer Druckmittelkammer 5 zugeführt, um den Übertritt von Pruckgas aus der
Hochdruckgaskammer 4 in eine Niederdruckgaskammer 6 zu verhindern. Eine gewisse
Menge des Druckmittels strömt aus der Kammer 5 in die Kammer 4 Der größere Anteil
des Druckmittels strömt Jedoch zwischen einem, Dichtring 3 an der Niederdruckseite
und der Welle: 7 hindurch in-die Niederdruckgaskammer 6. Da der Zusammentritt des
Druckmittels mit dem Hochdruckgas möglichst vermied,;en werden soll, muß der zur
Hochdruckseite strömende Anteil des Druckmittels abgeführt werden, was zu beträchtlichn
Verlusten führt. Daraus ergeben sich bei der bekannten Anordnung die eingangs erwähnten
Nachteile.
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Im Unterschied zu der bekannten Anordnung hat die in Fig. 2 gezeigte
Wellendichtung gemäß der Erfindung zusätzlich eine Dichtringhalterung 8 wenigstens
für den Dichtring 3 an der Niederdruckseite. In den einander gegenüberliegenden'Gleitflächen
des Dichtrings 3 an der Niederdruckseite und der Welle 7 ist Jeweils wenigstens
eine Ringnut gebildet.dBurch Verschieben der Dichtringhalterung 8 in Axialrichtung
der Welle 7 läßt sich so die jeweils wirksame Länge der Gleitflächen variieren.
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Fig. 6 zeigt den Zustand, in welchem die Gleitflächen ihre größte
wirksame Länge l1 haben, während der Dichtring 3 in Fig. 7 derart verschoben ist,
daß sich die wirksame Länge son 11 auf 12 verringert hat.
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In Fig. 8 und 9 ist eine vereinfachte Ausführung der erfindungsgdmäß-en
Anordnung gezeigt, sowie die damit erzielbare Änderung der wirksamen Länge zwischen
11 und 12.
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Die Verkiirzung der wirksamen Länge der Gleitflächen von 11 auf 12
ist durch Ausbildung von Jeweils wenigstens einer Ringnut 12, 13 im Dichtring 3
bzw. in der Welle 7 oder durch eine Querschnittsabnahme der Welle 7 erzielbar (Fig.
7 bzw. 10). Die in Fig. 6 und 7 gezeigte Ausführung mit mehreren Ringnuten um die
Welle herum und im Dichtring 3 ist insofern zweckmäßiger, als dadurch nur geringe
Axialverschiebungen des Dichtrings zum Verkurzen der wirksamen Gleitflächen erforderlich
sind, pur das axiale Verschieben des Dichtrings 3 an der Niederdruckseite der Dichtung
können verschiedenartige Einrichtungen vorhanden sein. Fig, 3 zeigt eine Anordnung,
in welcher zum Verschieben der Dichtringhalterung 8 eine in ein Gehäuse 1 der Dichtung
eingedrehte Schraube 9 vorgesehen ist. Die Dichtringhalterung 8 ist also im Gehäuse
1 verschieblich geführt und diesem gegenüber mit einer Rundringdichtung 14 hermetisch-
abgedichtet. Beim Zurückdrehen der Schraube kehrt die an der anderen Seite von dem
in der Hochdruckgasksmmer 4 beaufschlagte Dichtringhalterung 8 in ihre Endstellung
zurück; In Fig. 4 ist-anstelle der in Fig. 3 gezeigten Schraube 9 ein druck,5lgespeister
Zylinder 10 zum Verschieben der Dichtringhaltefung dargestellt.
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Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführung, in welcher anstelle der in Fig.
3 gezeigten Schraube 9 eine Feder 11 Verwendung findet. Die Spannung der Feder 11
ist yorzugsweise so ausgelegt, daß sie im Niederdruck-Betriebszustand, also bei
Abnahme des die Dichtringhalteruag 8 in Richtung auf die Niederdruckgaskammer 6
belastenden Drucks, diesen aberwindet und die Dichtrunghalterung rn Richtung auf
die Rochdruckgaskammer 4 verschiebt. Dadurch verringert sich dann die Länge der
wirksamen Gleitflächen zwischen dem Dichtring 7 an der Niederdruckseite und der
sich drehenden Welle 7 und damit der sonst durch den Druckabfall bewirkte Druckmittelverlust
zur Hochdruckseite hin ohne BeeintrachtigtIlg der
EiWlwirkung. Auf
diese Weise läßt sich also der Temperatur- der Temperatur-; anstieg über einen weiten
Betriebsbereich innerhalb angemessener Grenzen halten. Bei einem Anstieg des Drucks--
des Rochdruckgases überwindet-die Belastung der Dichtringhalterung 8 in; Richtung
auf die Niederdruckgaskammer 6 die Spannung der Feder 11, so daß also die Dichtringhalterung
8 in ihre Endlage zurückkehrt, wodurch die wirksame Länge der Gleitflächen sich
wieder vergrößert, um den Austritt des Dichtungsdruckmittels zu drosseln. Mit der
in der Aus-führung nach Fig. 5 gezeigten Feder 11 ist also eine selbsttätige Verschiebung
des Dichtrings 3-an der Unterdruckseite der Dichtung möglich;