DE2408660A1

DE2408660A1 - Gekuehlte gleitringdichtung

Info

Publication number: DE2408660A1
Application number: DE19742408660
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Kuelzer; Ehrhard Dr Ing Mayer
Original assignee: Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH and Co
Current assignee: Burgmann Grundstuecksverwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 1974-02-22
Filing date: 1974-02-22
Publication date: 1975-08-28
Also published as: FR2262242A1; US4114899A; FR2262242B1; GB1495454A; DE2408660C3; DE2408660B2

Description

Patentanwälte ₂2. Februar

j !-M = 3 η-—j ^{A l}- * ' f™ Γ~· p\ r^

^ Akte; PGm 7701

Feodor Burgmann
Dichtungswerk ■>-

819 Wolfratshausen / BRD

Gekühlte Gleitringdichtung

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Gleitringdichtung mit einem mit der Welle rotierenden Gleitring und einem drehfest im Dichtungsgehäuse gelagerten Gegenring.

Für die Abfuhr der Reibungswärme des Gleit- und Gegenringes wird bei derartigen bekannten Dichtungen das abzudichtende Medium selbst verwendet. Ist dieses wegen seiner Art oder hohen Temperatur für solche Kühlzwecke ungeeignet, wird ein Kühlsystem vorgesehen, das an den Gleit- und Gegenringen eine Kühlflüssigkeit vorbeileitet, welche die Reibungswärme und/oder die von dem abzudichtenden Medium auf die Ringe übertragene Wärme abführt. Zu diesem Zweck wird bei bekannten Dichtungen die Kühlflüssigkeit mittels einer besonderen Pumpe oder durch Thermosyphoneffekt durch einen externen Wärmetauscher und das Dichtungsgehäuse im Kreislauf geführt oder es wird bei Verwendung der Dichtung für Pumpen ein Bruchteil von deren För-

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derflüssigkeit an'der Hochdruckseite entnommen, in einem Wärmetauscher gekühlt und in das Dichtungsgehäuse eingeführt, von wo es zur Siederdruckseite der abzudichtenden Pumpe strömt,

Der getrennt von der Dichtung angeordnete Wärmetauscher, zu dem außer den erforderlichen Verbindungsieitungen in der Regel noch Filter, Abscheider und Absperrventile hinzutreten, komplizieren den Einbau der Gleitringdichtung und kann auch bei einer Fehlbedienung zur Funktionsunfähigkeit der Dichtung führen. Aus diesem Grund dürfen auch keine getrennt angeordneten Wärmetauscher bei solchen Gleitringdichtungen verwendet werden, die in sogenannten "Usus"-Pumpen(,unabhängige Sicherheits- und Sabotagepumpenj eingesetzt werden, die für Katastrophenzwecke in Kernkraftwerken vorgesehen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gekühlte Gleitringdichtung zu schaffen, welche auch bei schwierigen Betriebsbedingungen, d. h. hoher Temperatur des abzudichtenden Mediums und/oder großer Gleitgeschwindigkeit, keine getrennt angeordneten Aggregate, insbesondere einen Wärmetauscher zu betriebssicheren Funktion benötigt.

i^rfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gekühlten Gleitringdichtung der eingangs genannten Art durch die Kombination der Kittel erreicht, daß der von dem abzudichtenden Medium

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beaufschlagte Gegenring axial unverschieblich im üichtungsgenäuse befestigt ist und im wesentlichen mit seiner gesamten, von der Gleitfläche abgewandten Stirnfläche und/oder seinem Umfang sn der Gehause-Sitzflache anliegt, und daß an der mit der freien Atmosphäre in Verbindung stehenden Außenseite des Dichtungsgehäuses Kühlrippen ausgebildet sind.

Durch diese Ausbildung ist es möglich, die Reibungswärme der Ringe und auch die von dem abzudichtenden Medium auf die Ringe übertragene Wärme mit geringem Wärmewiderstand auf das Dichtungsgehäuse zu übertragen und von diesem an die freie Atmosphäre abzugeben, so daß der Gleit- und Gegenring auf einer für die Betriebssicherheit ausreichend niedrigen Temperatur gehalten werden kann.

Zur Verstärkung der Kühlwirkung kann an der abzudichtenden Welle ein Lüfterrad befestigt sein, in dessen Luftstrom die Kühlrippen angeordnet sind. Anstelle dieses Lüfterrades oder ergänzend hierzu kann auch ein die Kühlrippen mindestens teilweise umgebendes Luftleitrohr über eine Leitung mit dem Kühlluftsystem des die abzudichtende Welle antreibenden Elektromotors bzw. eines von dieser »'eile getriebenen Generators verbunden sein.

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BAD ORIGINAL,

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V'.ine besonders zweckmäßige Anordnung ergibt sich, wenn der Gegenring r.iit seiner Gleitfläche dem abzudichtenden F:?um zugekehrt ist und an seinem Außenumfang mit dem abzudichtenden Hedium beaufschlagt ist. Bei dieser· Anordnung kann der Sitz des Gegenringes in einem ¹Jeil des Dichtungsgehäuses angeordnet werden, der von dem das abzudichtende Medium enthaltenen Raum vergrößerten Abstand aufweist und der großflächig der freien Atmosphäre ausgesetzt ist, so daß an diese verstärkt Y/ärme abgegeben werden kann.

Zur Abschirmung gegenüber dem abzudichtenden heißen Medium ist vorzugsweise zwischen dem abzudichtenden k_aum und dem Dichtspalt des Gleit- und Gegenringes eine die Welle mit geringem Spiel umgebende Vordrossel angeordnet. Diese verhindert, daß das abzudichtende Medium innerhalb des Dichtungsgehäuses zirkuliert und den Gleit- und Gegenring zusätzlich aufheizt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

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;'i£. 1 einen in der Langsmitxelebene

geführten vertikalen Schnitt durch eine erste Ausführungsforrn der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung,

Vig. P einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 eine Ansicht' einer von einem Elektromotor angetriebenen und mit der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung ausgestattete Pumpe, aus der die Verbindung mit dem Kühlluftsystem des Elektromotors ersichtlich ist.

Die in Figur 1 veranschaulichte, in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Gleitringdichtung ist an der der freien Atmosphäre A zugewandten Seite einer Wandung· 2 angebaut, welche eine das abzudichtende Medium enthaltenen Raum B abgrenzt und durch deren JJurchtrittsbohrung 3 die abzudichtende Welle hindurchgeführt ist.

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Die Wandung 2 ist im Bereich der Durchtrittsbohrung 3 mit vergrößerter Wandstärke ausgebildet. Auf der Welle 4 ist eine Wellenhülse 5 durch geeignete Mittel in Axialrichtung unverschieblich befestigt, gegen eine Verdrehung durch einen Keil 6 gesichert und gegenüber der Welle durch einen O-Ring 7 abgedichtet. Die mit minimalem radialen Spiel in die Durchtrittsbohrung einstehende und in diesem Abschnitt ihrer Länge mit Ringnuten 8 versehene Wellenhülse 5 steht in Richtung auf die freie Atmosphäre A vor. Durch das geringe radiale Spiel zwischen der Durchtrittsbohrung 3 und der Wellenhülse 5 in Verbindung mit den den Strömungswiderstand erhöhenden, nicht miteinander in Verbindung stehenden Ringnuten wird eine Vordrossel 9 geschaffen, welche bewirkt, daß im wesentlichen nur die durch Leckage aus der Gleitringdichtung austretende Menge am abzudichtendem Medium vom Raum B in das Innere der Gleitringdichtung gelangt.

Benachbart zur Wandung 2 ist auf der Wellenhülse 5 ein Haltering Io mittels einer Schraube 11 befestigt, welche mit ihrem Kopf 12 radial über den Haltering vorsteht. Der Haltering Io weist um seinen Umfang verteilte, zur Wellenachse 13 parallele Sacklochbohrungen 14 auf, welche Schraubenfedern 15 lagern. Die anderen Enden dieser Schraubenfedern 15 stützen sich gegen eine Trägerhülse l6 ab, die auf der Wellenhülse in Axialrichtung verschieblich gelagert ist und gegen Letztere mittels eines O-Ringes 17

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abgedichtet ist- Die Trägerhülse l6 weist an einem Ende einen den Haltering Io übergreifenden Kragen 16a auf, der mit einem achsparallelen Schlitz 18 den Kopf 12 der Befestigungsschraube 11 aufnimmt und hierdurch eine Verdrehungssieherung bewirkt, während sie an ihrem anderen Ende einen Gleitring 19 haltert.

Der Gleitring 19 liegt unter der Wirkung der Schraubenfedern 15 an einem stationären Gegenring 20 an. Dieser stützt sich mit seiner vom Gleitring 19 abgewandten, in einer Radialebene zur Wellenachse 13 gelegenen anderen Stirnfläche 21 gegen eine Sitzfläche 22 ab, welche in einen Deckelflansch 23 _a eines in seiner Gesamtheit mit 23 bezeichneten Dichtungsgehäuses ausgebildet ist. Ein in Bohrungen der Stirnfläche 21 und der Sitzfläche 22 einstehender, achsparalleler Stift 24 bewirkt eine Verdrehungssicherung. In radialer Richtung wird der Gegenring 2o von einem Spannflansch 23b gehalten, der mit einer zylindrischen Sitzfläche 26 am Außenumfang 27 des Gegenringes angreift. Ein radial nach innen vorstehender Kragen 28 des Spannflansches 23b greift unter Zwischenschaltung eines O-Ringes 29 an einer Ringschulter des Gegenringes 20 an, so daß Letzterer abgedichtet wird und mit ständiger Vorspannung an seiner Sitzfläche 22 gehalten wird. Die Stirnfläche 21 und der Umfang 27 des Gegenringes 20 ₃ sowie die Sitzfläche 22 des Deckelflansches 23 a und die zylindrische Sitz-

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fläche 26 des Spannflansches 23b sind genau bearbeitet, so daß ein günstiger Wärmeübergang vom Gegenring 2o einerseits zum Deckelflansch 23 _a bzw. Spannflansch 23bandererseits gegeben ist.

Der Deckelflansch 23 ^a ist unter Zwischenschaltung des Spannflansches 23 Jb und eines im wesentlichen rohrförmigen Gehäuseteils 23 £ durch um den Umfang verteilte, zur Wellenachse 13 parallele Stehbolzen 30 mit Müttern 31 mit der Wandung 2 verbunden, deren die Durchtrittsbohrung 3 umgebender Bereich 23 ja einen Bestandteil des Dichtungsgehäuses 23 bildet. Innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteils 23 c ist mit radialem Spiel die Trägerhülse 16 angeordnet. Eine in eine Ringnut 32· der Wellenhülse 5 eingreifende Lasche 33 ist von einer im rohrförmigen Gehäuseteil 23 £ eingeschraubten Schraube 34 gehalten. Die Lasche 33 und die Schraube 34 dienen nur zum Zusammenhalt der Gleitringdichtung im Einbauzustand und werden während des Betriebs entfernt.

Zur Ableitung der durch die Reibung des Gleitringes 19 am Gegenring 2o entstehenden Wärme und der mit dem abzudichtenden Medium aus dem Raum B eindringenden Wärme ist im wesentlichen die gesamte Außenfläche des Dichtungsgehäuses 23 mit Kühlrippen ausgestattet. Ein erster Teil 35 a der Kühlrippen ist in Form von zur ttilen- \ achse 13 konzentrischen Ringen an der Stirnfläche des Deckelflansches 23 a ausgebildet. Am Außenumfang dieses Deckelflansches

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und des rohrförmigen Gehäuseteils 23 c befindet sich ein weiterer Teil 35 _b, 35 _c_ der Kühlrippen in -Form von Ringen, die in zur Wellenachse 13 senkrechten Ebenen liegen.

In der eine zweite Ausführungsform der Erfindung veranschaulichenden Figur 2 sind ähnlich ausgebildete und eine vergleichbare Funktion wie in Figur 1 ausübende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen, ergänzt durch einen Index, bezeichnet. Das Dichtungsgehäuse 23 ' ist mit einem nur abgebrochen veranschaulichten Flansch J>S an einer (nicht dargestellten) Wandung befestigt, welche einen das abzudichtende Medium enthaltenden Raum B von der freien Atmosphäre A abgrenzt. Der rohrförmige Gehäuseteil 23.C.¹ weist eine zentrale, radial nach innen gerichtete Ringrippe 37 auf, in der die stirns-eitige Sitzfläche 22' und die zylindrische Sitzfläche 26' für den stationären Gegenring 2o' ausgebildet ist. Der Spannflansch 23 _b' ist innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteils 23 J3¹ angeordnet und an der Ringrippe 37 mittels mehrerer, um den Umfang verteilter Schrauben 38 gehalten. Der Gegenring 2o' bildet zusammen mit dem Gleitring I9' eine Primärdichtung, d.h. die unter dem Druck des abzudichtenden Mediums stehende Dichtung.

An der axial anderen Seite der Ringrippe 37 ist eine weitere stirnseitige Sitzfläche 39 und zylindrische Sitzfläche 4o ausgebildet, in denen ein zu einer Sekundärdichtung gehöriger Gegenring 4l unbeweglich gelagert und durch einen. Stift 42 an einer

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Verdrehung gesichert ist. An der Gleitfläche dieses Sekundär-Gegenringes 41 liegt ein Gleitring 43 unter der Spannung von Schraubenfedern 44 an, deren andere Enden sich gegen den Boden eines Gehäuses 45 abstützen, das seinerseits in einem an der Welle 4^f festen Trägerring 46 gehalten ist.

Durch die Ringrippe 37 ist eine mit einer (nicht dargestellten) Sicherheitsabsaugung verbundene Bohrung 47 zu einem zwischen der Primär- und Sekundärdichtung gelegenen Raum 48 geführt.

Durch um den Umfang verteilte, angenähert viertelkreisförmige Aussparungen in dem über das Gehäuse 45 der Sekundärdichtung vorspringenden hohlzylindrischen Abschnitt des Dichtungsgehäuses 23^f, sowie in dem radial äußeren Teil der Ringrippe 37 sind sternförmig vorstehende Kühlrippen 35 ^d ausgebildet, die sich im wesentlichen in die Wellenachse 13' enthaltenden Ebenen erstrecken. Ein Luftleitrohr 49 umschliesst, ausgehend von der freien Stirnseite des Dichtungsgehäuses die Kühlrippen 35 & auf einem Teil ihrer axialen Erstreckung und steht über diese Stirnseite vor. Innerhalb des vorstehenden Teils des Luftleitrohres 49 ist ein in Achsialrichtung förderndes Lüfterrad 50 angeordnet, das von der Welle 4' angetrieben wird und zwischen den Kühlrippen 35 d einen Kühlluftstrom C hindurchdrückt _f der angenähert radial zum Dichtungsge-

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häuse austritt.

Anstelle des Lüfterrades 5o oder ergänzend zu diesem kann, wie in Figur 3 veranschaulicht ist, das freie Ende des Luftleitrohres ^9 an eine Leitung 51 angeschlossen sein, die mit dem Kühlluftsystem eines die Welle A¹ antreibenden Elektromotors verbunden ist. Zweckmäßig wird die Leitung 51 an die Saugseite des Ventilators des Elektromotors angeschlossen, so daß der Kühlluftstrom C entgegengesetzt zu der in Figur 2 angegebenen Richtung verläuft. Wird zusätzlich das in Figur 2 dargestellte Lüfterrad verwendet, so ist dieses mit entgegengesetzter Förderrichtung auszubilden.

Bei allen Ausführungsformen bestehen die stationären Gegenringe vorzugsweise aus einem Material hoher Wärmeleitfähig-U und großer Festigkeit, z.B. Wolframcarbid.

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Claims

22.Februar 197*1

Akte: PGm 7701

Patentansprüche.

1.), Gekühlte Gleitringdichtung mit einem mit der Welle rotierendem Gleitring und einem drehfest im Dichtungsgehäuse gelagerten Gegenring, gekennzeichnet durch die Kombination, daß der von dem abzudichtendem Medium beaufschlagte Gegenring (20, 20^f) axial unverschieblich im Dichtungsgehäuse (23; 23') befestigt ist und im wesentlichen mit seiner gesamten von der Gleitfläche abgewandten Stirnfläche (21; 21') und/oder seinem Umfang (27;27^f) an der Gehäuse-Sitzfläche (22,26; 22', 26') anliegt, und daß an der mit der freien Atmosphäre (A) in Verbindung stehenden Außenseite des Dichtungsgehäuses (23; 23') Kühlrippen (35 a, 35 b, 35 c; 35 d) ausgebildet sind.

2.) Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil (35a) der Kühlrippen in Form von zur Wellenachse (13) konzentrischen Ringen an der der freien Atmosphäre (A) zugewandten Stirnfläche des Dichtungsgehäuses (23) ausgebildet ist.

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3.) Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil (33 b, 35 c) der Kühlrippen als vom Außenumfang des Dichtungsgehäuses (23 a, 23 b) vorstehende, in zur Wellenachse (13) senkrechten Ebenen gelegene Ringe ausgebildet ist.

4.) Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil (35 d) der Kühlrippen in sternförmiger Anordnung und im wesentlichen parallel zu die Wellenachse (13¹) enthaltenden Ebenen vom Außenumfang und/oder der Stirnfläche des Dichtungsgehäuses (23') vorsteht.

5·) Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Kühlrippen (35 d) verbleibenden Luftkanäle von einer Stirnseite des Dichtungsgehäuses (23') zu dessen äußerem Umfang führen.

6.) Gekühlte Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftleitblech die Kühlrippen (35 d) mindestens teilweise umgibt.

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7·') Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k (.- n.n ζ e i e h η e t, daß das Luftleitblech· als Le Ltrohr (49) ausgebildet 5_st.

8.) Gekühlte Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der abzudichtenden Welle (4') ein Lüfterad (5o) befestigt ist, in dessen Luftstrom die Kühlrippen (35 d) angeordnet sind.

9·) Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das in Axialrichtung fördernde Lüfterad (50) innerhalb des axial über die Stirnseite des Dichtungsgehäuses (23') vorstehenden Leitrohres (49) angeordnet ist.

lo.) Gekühlte Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9 j dadurch gekennzeichnet, daß das Luftleitrohr (49) über eine Leitung (51) mit dem Kühlluftsystem eines die abzudichtende Welle (4') antreibenden Elektromotors (52) bzw. eines von dieser Welle getriebenen Generators verbunden ist.

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11.) Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h η e t, daß mindestens der Gegenring (20; 20', 41) aus einem Werkstoff hoher mechanischer Festigkeit besteht, dessen Wärmeleitzahl größer als 50 Kcal/m h C ° ist.

12.) Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 11 _} dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Gegenring (20; 20', 4l) aus Wolframcarbid besteht.

13.) Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenring (20; 20') mit seiner Gleitfläche dem abzudichtenden Raum (B) zugekehrt ist und an seinem Außenumfang mit dem abzudichtenden Medium beaufschlagt ist.

l4.) Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 13, d adurch gekennzeichnet, daß zwischen dem abzudichtenden Raum (B) und dem Dichtspalt des Gleit- und Gegenringes (19_} 20) eine die Welle (13) mit-geringem Spiel umgebende Vordrossel (9) angeordnet ist.

15·) Gekühlte Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer der Primärdichtung atmosphärenseitig

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vorgeschalteten Sekundärdichtung, dadurch g ek e ,η η ζ e i chne t, daß das Dichtungsgehäuse (23') eine zentrale, radial nach innen vorstehende Ringrippe (37) aufweist, an der beiderseits Sitzflächen (22', 27', 39, 40) ausgebildet sind, in denen jeweils der Gegenring (20* , Hl) der Primär- bzw. Sekundärdichtung unbeweglich und großflächig anliegend gelagert ist und daß die Kühlrippen (35d) im Bereich dieser Ringrippe ausgebildet sind.

F/Zi.2

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