DE2354880C2

DE2354880C2 - Vorrichtung zum Abdichten von Wellen

Info

Publication number: DE2354880C2
Application number: DE2354880A
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Dr.-Ing. Bologna Tabacchi
Original assignee: Comitato Nazionale per lEnergia Nucleare CNEN
Current assignee: Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie lEnergia e lo Sviluppo Economico Sostenibile ENEA
Priority date: 1972-11-07
Filing date: 1973-11-02
Publication date: 1982-11-18
Also published as: FR2212900A5; GB1444996A; IT973416B; DE2354880A1; US3910585A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abdichten von Wellen, insbesondere von Zentrifugalpumpen, im Bereich des Durchganges der Welle durch die Wand, die eine Trennung zwischen einer Umgebung mit atmosphärischem Druc χ und einem Raum mit einem dazu unterschiedlichen Druck ausführt mit einer zylindrischen Trommel, die C-förmigen Radialschnitt aufweist und sich gegenüber der Welle öffnet, wobei sich in die Trommel wenigstens eine horizontale, kreisförmige Rippe bis nahe der Umfangswand der Trommel erstreckt und an der Welle befestigt ist mit wenigstens einer horizontalen Rippe, die an der Außenfläche der Trommel befestigt ist und um die Welle durch eine Einrichtung unabhängig zur Welle drehfähig ist, wobei die Trommel teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist.

Eine Vorrichtung zum Abdichten von Wellen gemäß dem Oberbegriff des Patentansp -uchs 1 ist bereits aus der US-PS 34 55 561 bekannt. Dabei wird zur optimalen Abdichtung die Dichtungsflüssigkeit in Drehung gesetzt, so daß Zentrifugalkräfte erzeugt werden, die einem Mehrfachen des Gewichts der Flüssigkeit entsprechen. Eine wirksame Abdichtung ist damit in dem Fall nicht sichergestellt, daß sich die betreffende Welle nicht dreht, da die zur Abdichtung erforderlichen Zentrifugalkräfte nicht erzeugt werden.

Aus der FR-PS 14 74 781 ist es ebenfalls bekannt, die Abdichtung mit Hilfe eines durch Zentrifugalkraft erzeugten Flüssigkeitsringes vorzunehmen, wobei innerhalb eines feststehenden, zur Welle koaxialen Dichtungsgehäuses ringförmige Dichtungselemente vorgesehen sind, die sich nahe an die zylindrische Wandung des Dichtungsgehäuses heranerstrecken. Die DE-PS 8 75 746 beschreibt eine Dichtung für Wellen mittels einer Sperrflüssigkeit die durch Zentrifugalkraft einen Flüssigkeitsring bildet, so daß ebenfalls nur bei Drehung der Welle eine optimale Abdichtung gewährleistet ist

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugründe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei sich nicht drehender Welle eine gute Abdichtung gewährleistet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich in die Trommel wenigstens eine weitere konische Rippe erstreckt, die schräg nach unten geneigt ist Und unter der bzw. den ersten Rippen liegt Und bis nahezu zur Umfangswand der Trommel reicht, wobei die weitere Rippe an der Welle befestigt ist, daß an der

Außenfläche der Trommel eine weitere konische, nach unten schräg verlaufende Rippe angeordnet ist, daß sich eine zylindrische Kammer mit C-förmigem Radialschnitt auf die Welle öffnet und koaxial zur Welle vorgesehen ist, in welche Kammer sich die an der Trommel angeordneten Rippen bis nahezu zur Umfangswand der Kammer erstrecken, daß die Kammer stationär und koaxial zur Welle und um die Trommel zur Aufnahme der Trommel angeordnet ist, daß der abzudichtende Raum mit Abschnitten unter den zugehörigen, untersten Rippen der Trommel und Kammer in Verbindung steht, während der Abschnitt über der zugehörigen obersten Rippe in der Trommel und Kammer mit der Atmosphäre in Verbindung steht

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Patentanspruch 2.

Die Rückführung der Dichtungsflüssigkeit wird durch eine sehr einfache und kompakte Anordnung erreicht, wobei die Trommel und die Kammer koaxial zueinander angeordnet sind und auf gleicher Höhe liegen. Damit wird auch die Einhaltung eines bestimmten Niveaus der die Abdichtung hervorrufenden Flüssigkeit sichergestellt Da die Trommel und die Kammer koaxial zueinander und außerdem auf dem gleichen Niveau ergeordnet sind, läßt sich auf einfache Weise eine Zurückführung der Flüssigkeit ohne Einsatz eirer Pumpe erreichen, wobei die Zirkulation der Flüssigkeit durch die Zentrifugalkraft von der Trommel zur Kammer und aus der Kammer heraus erfolgt Die Schwerkraft wird dabei zur Zuführung der Flüssigkeit in die Trommel benutzt Auf diese Weise wird eine hydraulische Abdichtung zwischen der drehfähigen Trommel und dem Gehäuse sowie zwischen der Trommel und der Welle sichergestellt, wobei die Abdichtung auch bei Stillstand der Welle gegeben ist

Die Trommel ist vorteilhafterweise mit Öffnungen versehen, aus weichen die Flüssigkeit austritt, sobald ein bestimmter Flüssigkeitspegel überschritten wird. Die Flüssigkeit gelangt über die öffnungen in die Kammer; die Aufrechterhaltung eines bestimmten Flüssigkeitspegels in dei Kammer wird durch eine Leitung und einen mit dieser verbundenen Behälter gewährleistet, der außerdem über eine Leitung die Zuführung von Flüssigkeit zu der Kammer über weitere öffnungen sicherstellt Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Pegel der Flüssigkeit sowohl in der Kammer als auch in der Trommel auf einem bestimmten Niveau gehalten wird.

Die Abdichtung ist vorteilhafterweise unabhängig von einer Pumoe für die Flüssigkeit, die normalerweise von der sich drehenden Welle angetrieben wird; insbesondere wird eine ausreichende Abdichtung auch dann erhalten, wenn sich nicht die Welle, sondern nur die Trommel dreht Selbst wenn sich die Welle und die Trommel nicht drehen, wird eine Abdichtung infolge der schräg nach unten geneigten Rippen sichergestellt, die sowohl an der Trommel als auch an einer auf der Welle sitzenden Nabe ausgehend, befestigt sind. Damit erübrigt sich ein metallischer Kontakt zwischen den sich drehenden und nicht drehenden Maschinenteilen. Die Dichtung wirkt zuverlässig, wenn die Pumpe stillsteht und wenn auch die Trommel stillsteht

Da die Dichtung durch mehrere, in Serie angeordnete Elemente gebildet ist, wird der abzudichtende Druck in kleinere Stufen unterteilt Die Dichtung ist praktisch verschleißfrei, somit über eine lange Lebensdauer äußerst zuverlässig.

Anhand einer Zeichnung wird im folgenden eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zum Abdichten von Wellen beschrieben.

Die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung weist eine ringförmige Kammer 1 mit einer vertikalen zylindrisehen Wandung Ic und zwei horizontalen Wandungen, nämlich einer oberen Wandung la und einer unteren Wandung \b auf. An die untere Wandung \b schließt sich eine konzentrische, vertikale und zylindrische Wandung It/an, die über eine bestimmte Höhe in Richtung auf die obere Wandung la verläuft, wodurch ein Fenster mit bestimmter Höhe zwischen dem oberen Rand der Wandung id und der oberen Wandung la gebildet ist Die Wandung id umschließt die Welle 2 mit großem Spiel. Zwischen dem inneren Rand der Wandung la und der Welle 2 ist ein Ringspalt erheblicher Höhe offengelassen.

Innerhalb der Kammer 1 ist eine ringförmige Trommel 4 angeordnet, die aus zwei horizontalen Wandungen, nämlich einer oberen ringförmigen Wandung 4a und einer unteren ringförmigen Wandung 46, einer sich zwischen letzteren erstreckenden v.· ikalen zylindrischen Wandung 4c und einer zweiten zylirdrischen vertikalen Wandung 4t/besteht, die sich vom inneren Rand der Wandung 4b nach oben bis auf gleiche Höhe wie die Wandung It/ erstreckt Hierdurch wird innerhalb der Trommel 4 ein im Längsschnitt rechteckiger Raum gebildet

Auf der äußeren Fläche der Trommel 4 sind mehrere, vorzugsweise fünf Rippen 6 bzw. 6' vorgesehen, die gleichmäßigen Abstand voneinander haben. Die Rippen reichen bis nahe an die äußere zylindrische Wandung Ic des Gehäuses 1 heran. Vier Rippen 6 sind horizontal angeordnet während die untere Rippe 6' konisch nach unten geneigt ist

Die Trommel 4 ist gegenüber der Welle 2 mittels zweier Lager 5 drehbar gelagert Die Lager 5 sind zwischen der Welle 2 und einer Hülse 4e eingesetzt, wobei sich die Hülse 4e vom Innenrand der Wandung 4a der Trommel nach oben erstreckt Auf der Welle 2 sitz · eine Nabe 8 fest, die an ihrer Außenfläche mit einer Reihe von Rippen 9 bzw. 9' versehen ist Nach der Zeichnung sind .nsgesamt drei Rippen 9 bzw. 9' vorgesehen, die im Abstand zueinander angeordnet sind und durch ein Fenster bzw. eine Öffnung 4/ hindurch in den innenraum der Trommel 4 hineinragen. Zwei dieser Rippen 9 sind als horizontale Kreisringscheiben 9 ausgebildet, die dritte Rippe 9' ist konisch nach unten geneigt und reicht bis nahe an die Wandung 4b der Trommel 4.

Von der oberen Wand 4a der Trommel 4 erstreckt sich die Hülse 4e durch einen ringförmigen Spalt 5a zwischen der oberen Wandung la und der Welle 2. Am oberen Ende des Spaltes 5a ist der Läufer 12 eines elektrischen Ringmotors angeordnet, dessen Stator 13 fest in ein»";i glockenförmigen Gehäuse 13a untergebracht ist, das auf der Kammer 1 sitzt Der Läufer 12 und der Stator 13 liegen kcaxial zur Welle 2. Dei läufer 12 weist an der oberen Seite eine ringförmige Verlängerung 12a auf, die zwischen zwei Wälzlagern 126.12c gelagert ist Der Motor ist somit zusammen mit der Trommel 4 auf der Welle 2 mittels Lager 126,12c und 5 gelagert, so daC die Trommel 4 sowohl gegenüber der Welle 2 wie auch gegenüber der Kammer frei (drehen kann.
Auf der Kammer 1 sitzt ein Behälter 14, aus dem die Kammer 1 und die Trommel 4 teilweise gefüllt werden. Am Boden des Behälters 14 ist eine Leitung 16 vorgesehen, die in die Kammer 1 führt und nahe der Hülse 4e endet. In diesem Bereich ist die Wandung 4a mit einer

Reihe von Öffnungen 19' versehen und ein konischer Schutzkragen 18 erstreckt sich nach oben und innen. Radial außerhalb des Schutzkragens 18 befindet sich eine weitere Reihe von öffnungen 19, die in einem solchen radialen Abstand von der Wandung 4c angeordnet sind, wie er für die Dicke bzw. den Pegel der gewünschten Dichtungsflüssigkeit gewünscht ist.

Eine weitere Leitung 17 verbindet den Raum oberhalb des Flüssigkeitspegels in dem Behälter 14 mit dem Innenraum der Kammer 1. Die Eintrittsöffhung der Lei- to tung 17 befindet sich in einem Abstand zu der Wandung W Ic der Kammer 1, welcher der Höhe des gewünschten Flüssigkeitspegels entspricht

Der Flüssigkeitspegel in dem Behälter 14 wird mit Hilfe eines Tanks 20 konstant gehalten, der ein Einlaßventil 22' und ein Auslaßventil 22 aufweist Das Auslaßventil 22 wird durch ein automatisches Kontrollorgan (nicht gezeigt) überwacht, das mit der Sicherung des Motors verbunden ist. Der Tank 2ö wird über das Ventii 22* mit Flüssigkeit gefüllt; wenn das Ventil 22' geschlossen und Ventil 22 offen ist, fließt die Flüssigkeit vom Tank 20 in den Behälter 14, sobald der Flüssigkeitspegel im Behälter unterhalb der Austrittsöffnung einer Verbindungsleitung 21 ist, die in den Behälter 14 reicht

Es können folgende drei Zustände vorliegen:

a) Sowohl die Pumpe als auch die Trommel 4 stehen still. Die Ventile 22 und 22' sind geschlossen und der Behälter 14 ist leer. Die Kammer 1 und die Trommel 4 sind mit Flüssigkeit bis etwa zu dem in 30 ^c) der Zeichnung gestrichelt eingetragenen Niveau gefüllt Das Medium innerhalb des Pumpengehäuses, dessen Lecken durch die Dichtung verhindert werden soll, soll nicht durch das Spiel zwischen der Pumpen-Welle 2 und der Wandung 3 des Pumpengehäuses und durch das Spiel der Welle 2 und der inneren Wandung 4d der Trommel 4 hindurch in den Raum 23 und den Raum zwischen der Wandung \d der Kammer 1 und der Wandung 4b der Trommel 4 entweichen. Das Medium kann aber infolge der Dichtungsflüssigkeit innerhalb des Raumes 23, der durch die geneigte Rippe 9' und die innere Wandung 4d definiert ist sowie wegen der gleichen Dichtungsflüssigkeit innerhalb des Raumes zwischen der Wandung lc/und 4c/nicht entweichen.

Die Pumpe steht still Und die Trommel 4 rotiert. Der Motor mit dem Läufer 12 und der Stator 13 treiben die Trommel 4 an, wodurch die Flüssigkeit innerhalb der Trommel 4 und innerhalb der Kammer 1 zentrifugiert werden, zum einen durch Reibung der Flüssigkeit mit der Trommel 4 und zum anderen durch Reibung zwischen der Flüssigkeit in der Kammer 1 mit der Außenfläche der Trommel 4

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Ventils 22 gelangt Flüssigkeit in den Behälter 14 und dann über die Leitung 16 in die Trommel 4. Der Pegel der Flüssigkeit an der Trommel 4c kann aber nur bis zu der öffnung 19 reichen; überschüssige Flüssigkeit fließt über die Öffnung 19 in die Kammer 1 ab. In der Kammer 1 ist die Dicke des Flüssigkeitsmantels an der Wandung Ic durch die öffnung der Leitung 17 begrenzt Überschüssige Flüssiykeit fließt durch die Leitung 17 zurück in den Behälter 14.

Sowohl die Pumpe als auch die Trommel 4 rotieren. Dieser FkII ist ähnlich dom vorhergehenden b); die Wirkung der Zentrifugalkraft auf die Dichtungsflüssigkeit ist jedoch durch die Rippenelemente 9, 9', die im gleichen Drehsinn rotieren wie die Trommel 4, erhöht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Vorrichtung zum Abdichten, von Wellen, insbesondere von Zentrifugalpumpen, im Bereich des Durchganges der Welle durch eine Wand, die eine Trennung zwischen einer Umgebung mit atmosphärischem Druck und einem Raum mit einem dazu unterschiedlichen Druck ausführt, mit einer zylindrischen Trommel, die C-förmigen Radialschnitt aufweist und sich gegenüber der Welle öffnet, wobei sich in die Trommel wenigstens eine horizontale, kreisförmige Rippe bis nahe der Umfangswand der Trommel erstreckt und an der Welle befestigt ist, mit wenigstens einer horizontalen Rippe, die an der Außenfläche der Trommel befestigt ist und um die Welle durch eine Einrichtung unabhängig zur Welle drehfähig ist, wobei die Trommel teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet,

daß sich in die Trommel (4) wenigstens eine weitere konische Rippe (90 erstreckt, die schräg nach unten geneigt ist und unter der bzw. den ersten Rippen (9) liegt und bis nahezu zur Umfangswand der Trommel reicht, wobei die weitere Rippe (9') an der Welle (2) befestigt ist,

daß an der Außenfläche der Trommel eine weitere konische, nach unten schräg verlaufende Rippe (6') angeordnet ist,

daß sich eine zylindrische Kammer (1) mit C-förmigem Radiilschnitt auf die Welle (2) öffnet und koaxial zur Welle vorgesehen ist, in welche Kammer sich die a-.i der Trommel (4) angeordneten Rippen (6, 6') bis nahezu zur Umf&ngswand der Kammer erstrecken,

daß die Kammer(l) stationär und koaxial zur Welle (2) und um die Trommel (4) zur Aufnahme der Trommel angeordnet ist,

daß der abzudichtende Raum mit Abschnitten unter den zugehörigen, untersten Rippen der Trommel und Kammer in Verbindung steht, während der Abschnitt über der zugehörigen obersten Rippe in der Trommel und Kammer mit der Atmosphäre in Verbindung steht
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,

daß eine obere Wand (4a) der Trommel (4) mit einem ersten Bereich von Öffnungen (19') versehen ist, die entlang eines Kreises koaxial zur Welle (2) in Abstand zueinander zur Zuführung der Dichtir ^sflüssigkeit aus einem Behälter (14) über eine erste Leitung (16) versehen ist, wobei der Ausgang der ersten Leitung Abstand zur Welle (2) einhält, der kleiner als der Abstand des ersten Bereichs mit Öffnungen (19') und kleiner als der Abstand eines Schutzkragens (18) gegenüber der Welle (2) ist, wobei der Schutzkragen (18) an einer Wand (4a) der Trommel (4) ausgebildet ist, daß ein zweiter Bereich mit Öffnungen (19) vorgesehen ist, die regelmäßig über einen Kreis angeordnet sind, der koaxial gegenüber der Welle (2) liegt Und einen Abstand zur Welle (2) einhält, der größer als der Abstand des ersten Bereiches mit Öffnungen und des Schutzkragens gegenüber der Welle (2) ist,

daß eine zweite Leitung (17) zur Verbindung der Innenseite der Kammer (1) an einer Position, die näher an der Welle (2) liegt als die Außenwand der Kamrrief, mit der Oberseite des Behälters (14) für

Dichtungsflüssigkeit vorgesehen ist, wodurch die Dichtungsflüssigkeit, die in die Trommel (4) gelangt, während des Betriebs gegen die Außenwand der Trommel geschleudert wird, um eine Schicht zu bilden, deren radiale Dicke gleich dem Abstand zwischen der letztgenannten Wand und dem zweiten Bereich mit öffnungen (19) ist, während die Flüssigkeit, welche diese Schicht überschreitet, über die öffnungen (19), die den zweiten Bereich biiJen, in die Kammer (1) abgegeben wird, in welcher diese Flüssigkeit gegen die Außenwand der Kammer bei einer Drehunp der Trommel durch Zentrifugalkraft verbracht wird, um eine Schicht zu bilden, deren radiale Dicke gleich dem Abstand zwischen der Außenwand und dem offenen Ende der zweiten Leitung (17) ist, während Flüssigkeit, die diese Schicht überschreitet, über die zweite Leitung (17) zu dem Behälter (14) zurückgeführt wird.