DE2460314A1

DE2460314A1 - Wellendichtung

Info

Publication number: DE2460314A1
Application number: DE19742460314
Authority: DE
Inventors: Roy Dipl Ing Weldon
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1975-07-03
Also published as: GB1497257A

Description

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Gebrüder Su 1 ζ er Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Wellendichtung

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung für eine ' Zentrifugalmaschine,-z.B..eine Pumpe, welche Dichtung axial verschiebbar ist, dichtend gegen eine von der Welle getragenen Dichtfläche anliegt und durch die Axialverschiebung von der Dichtfläche abheben kann. Die erfindungsgemässe Dichtung wird vor allem für Maschinen angewendet, bei denen weitere Dichtungselemente, beispielsweise Labyrinth-Dichtungen, vorhanden sind-, die beispielsweise nur während, des Betriebes der Maschine wirksam, im Stillstand jedoch weniger effektvoll sind. Die Erfindung ist besonders geeignet für Zentrifugalpumpen.

Vor allem grosse Pumpen, die bei hohen Geschwindigkeiten und hohen Drücken arbeiten, beispielsweise Speisepumpen von grossen Dampferzeugern, haben WeI !«..ndicht elemente, deren Wirksamkeit mindestens zum Teil von der Drehzahl der Welle abhängt. Solche Dichtungen sind beispielsweise Labyrinth-Dichtungen und dynamische Wellendichtungen. Andere Dichtelemente, die bei Stillstand der Welle besonders wirksam sind, werden durch die Bewegung der Welle sehr schnell verschlissen. Es sind daher verschiedene

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Dichtelemente bekannt, die von der Drehzahl beeinflusst sind, so dass die beiden Dichtflächen bei einer bestimmten Geschwindigkeit in bzw. ausser Kontakt treten. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es schwierig ist, derartige Dichtungen so zu konstruieren, dass sie mit Sicherheit unmittelbar beim Stillstehen der Welle wirksam werden, ohne dass sie bereits vorher zur Wirkung kommen, und dass sie umgekehrt mit grosser Zuverlässigkeit unwirksam werden, sobald die Welle zu drehen beginnt. Deshalb sind solche Dichtungen so ausgelegt, dass sie bereits bei mittleren Drehzahlen wirksam werden; sie sind daher ebenfalls einem schnellen Verschleiss unterworfen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wellendichtung zu schaffen, die die Aufgabe der Abdichtung während des Stillstandes übernimmt und - um den geschilderten Verschleiss zu reduzieren nicht zu früh, d.h. bei noch zu hoher Drehzahl, wirksam und unmittelbar beim Anlaufen der Pumpe unwirksam wird.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch ein axial verschiebbares, ringförmiges Dichtelement, das mit einem doppelt wirkenden Ringkolben verbunden ist und durch ein Steuerorgan, das wahlweise jede der beiden Kolbenflächen mit einer Druckquelle verbindet. Die erfindungsgemässe Konstruktion gewährleistet, gesteuert von einer geeigneten Betriebsgrösse der Maschine über das Steuerorgan, ein schnelles Inkontaktbringen

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und ebenso ein unmittelbares Abheben der beiden Dichtflächen, von denen eine mit der "Welle umläuft.

Die neue Wellendichtung eignet sich, wie bereits angedeutet, besonders für Stillstandszeiten der Maschine; dabei kann das Steuerorgan vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Energiezufuhr zum Antriebsmotor der Maschine gesteuert werden, wobei zusätzlich dem Steuerorgan ein Verzögerungselement zugeordnet sein kann, um beispielsweise vor dem gegenseitigen Kontakt der beiden Dichtflächen die Drehzahl der Welle auf einen für diese Flächen unschädlichen Wert zu erniedrigen.

Als Druckquelle kann zweckmässigerweise das Fördermedium dienen, falls die neuartige Wellendichtung in unter Druck stehenden Systemen verwendet wird. So lässt sich die Erfindung besonders im Speisepumpensystem eines Dampferzeugers verwenden, wobei das Arbeitsmittel des Dampferzeugers - z.B. das Kondensat oder das Sperrwasser einer dynamischen Wellendichtung - als Druckmedium benutzt werden kann. Weist das Pumpensystem neben einer Hauptpumpe noch eine bezüglich des Druckes auf niedrigerem Niveau liegende Hilfspumpe auf, so ist es möglich, als Druckmedium für den Ringkolben Fördermittel auf der Saug- oder Druckseite der Hilfspumpe zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels

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im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt in.einem Längsschnitt die neuartige Wellendichtung, sowie rein schematisch die zugehörige Steueranordnung für die Verschiebung der einen Dichtfläche.

Die Zeichnung zeigt Teile einer Welle 1 und eines Gehäuses 2 einer axialen Zentrifugalpumpe, die als Speisewasserpumpe für einen Dampferzeuger dient; die nicht dargestellten Laufräder der verschiedenen Pumpenstufen sind links von den in der Zeichnung gezeigten Wellenteilen angeordnet; die Welle 1 ist an einem Ende in einem nicht dargestellten Lager auf der rechten Seite des gezeigten Teiles gelagert. Die Leckage des Fördermittels zwischen dem Gehäuse 2 und der Welle 1 wird während des Betriebes durch eine konventionelle vielstufige, dynamische Wellendichtung verhindert, deren letzte Stufe 3 in der Zeichnung angedeutet ist. Eine derartige Dichtung, die während des Betriebes völlig ausreicht, ist.beim Stillstand der Pumpe weniger wirksam.

Daher ist eine weitere Dichtung vorgesehen, die demgegenüber während des Stillstands wirksam ist und während des Betriebes der Pumpe nicht zur Wirkung kommt.

Diese Dichtung enthält einen Wellenbund 4, der mit der Welle 1 durch einen Keil 5 verbunden ist, sowie einen Dichtungsring 6, von dem eine Endfläche mit einer axialen Dichtfläche 7 des

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Weilenbundes 4 mittels eines ringförmigen, doppelt wirkenden, Kolbens 8 in und ausser Kontakt gebracht werden kann, wobei der Kolben 8 mit dem Dichtring 6 aus einem Stück besteht und in .einer zylindrischen Ausnehmung 9 im stationären Teil des Pumpengehäuses gleitet.

Druckwasser kann der grösseren Fläche des Kolbens 8 über einen Kanal 11 zugeführt und von dieser weggeführt werden, der über ein Anschlussstück 12 mit einer Leitung 13 verbunden ist; diese führt - über ein weiteres, nicht gezeigtes Anschlussstück - zu einem Gehäuseteil 14, von dem aus eine weitere Leitung 15 zu einem Steuerorgan 16 geht, das am Pumpengehäuse befestigt ist. Weiterhin kann Druckwasser der kleineren Fläche des Kolbens 8 zu- und von dieser weggeführt werden durch einen Kanal 17, der gegenüber dem Kanal 11 versetzt angeordnet ist; der Kanal 17 führt über ein dem Stück 12 ähnliches Anschlussstück, eine der Leitung 13 ähnliche Leitung und ein weiteres Anschlussstück durch den Gehäuseteil 14 zu einer Leitung 18, die ihrerseits mit dem Steuerorgan 16 verbunden ist.

Das Organ 16 hat einen Einlass 19 für das Druckwasser, das von einer nicht gezeigten Hilfspumpe geliefert wird; die Hilfspümpe entnimmt dem Speisewassergefäss des Dampferzeugers Wasser und führt es der Speisepumpe, deren Dichtung in der Zeichnung gezeigt ist, zu; zwei Abflussöffnungen 21 und 22 führen vom Ventil in einen nicht dargestellten Ablauf.

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Das Ventil 16 enthält einen Steuerschieber 23, der - wie gezeigt · mechanisch (oder über einen hydraulischen oder pneumatischen Servomechanismus) mit dem Eisenkern 24 einer Magnetspule 25 in Verbindung steht. Die Spule 25 ist über ein Verzögerungselement 26 und Kontakte 27 eines Hauptschalters 28, der für das Ein- und Ausschalten des Antriebsmotors 31 der Pumpe dient, an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen. Der Motor 31 selbst ist über Kontakte 29 mit einer Wechselspanrmngsquelle verbunden.

In der dargestellten Stellung des Hauptschalters 28 ist der Motor 31 ausgeschaltet, so dass die Pumpe nicht in Betrieb steht, während die Magnetspule 25 bei dieser Stellung des Schalters 28 unter Strom steht. Der Steuerschieber 23 ist daher durch den Kern 24, der Spule 25 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 32 in einer Stellung gehalten, in der die kleinere Seite des Kolbens 8 mit dem Ablauf 21 und die grössere Kolbenfläche.mit der Druckwasserquelle 19 verbunden sind; der Kolben 8 Und damit auch der Dichtungsring 6 werden somit nach links gepresst, so dass der Dichtungsring 6 mit der Fläche 7 des Wellenbundes 4 in Kontakt steht, um eine Abdichtung der beiderseits des Dichtelements liegenden Räume gegeneinander zu gewährleisten.

Ein Schliessen der Kontakte 29 des Hauptschalters 28 bewirkt eine Speisung des Motors 31 und ein Anlaufen der Pumpe; gleichzeitig werden die Kontakte 27 dabei geöffnet, womit die Spule

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stromlos wird. Durch die Kraft der Feder 32 wird der Steuerschieber 23 damit so verschoben, dass nunmehr die grössere Kolbenfläche des Kolbens mit dem Ablauf 22 und die kleinere mit dem Anschluss 19 für die Druckwasserquelle verbunden werden, was unmittelbar eine Verschiebung des Kolbens 8 nach rechts bewirkt.

Dadurch hebt der Dichtring 6 von der Dichtfläche 7 ab und die erfindungsgemässe Wellendichtung ist geöffnet: die Abdichtung der Welle wird nunmehr durch die erwähnten anderen Dichtungsmittel, nämlich durch die dynamische Wellendichtung 3 übernommen.

Beim Abschalten des Motors 31 werden die Kontakte 27 erneut geschlossen; da dabei die Kontakte 29 öffnen, beginnt die Pumpe 'auszulaufen und nach einer durch die Zeitkonstante"des Verzögerungselementes 26 vorgegebenen Zeitspanne flies st durch die. Magnetspule 25 ein Strom, der Kern 24 und der mit ihm verbundene Steuerschieber ZS werden nach links verschoben, so dass der Ring 6 wieder in dichtenden Kontakt mit der Dichtfläche 7 des Wellenbundes 4 tritt.

Die Zeitkonstante des Verzögerungselementes 26 ist so ausgewählt und eingestellt, dass der Ring 6 erst mit der Fläche 7 -in Kontakt tritt, wenn die Pumpendrehzahl auf einen für die Dichtflächen unschädlichen Wert abgefallen ist.

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Claims

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Patentansprüche

/ 1J Wellendichtung für eine Zentrifugalmaschine, z.B. eine Pumpe, welche Dichtung axial verschiebbar ist, dichtend gegen eine von der Welle getragene? Dichtfläche anliegt und durch Axialverschiebung von dieser Dichtfläche abheben kann, gekennzeichnet durch ein axial verschiebbares, ringförmiges Dichtelement (6), das mit einem doppelt wirkenden Ringkolben (8) verbunden ist, und durch ein Steuerorgan (16), das wahlweise jede der beiden Kolbenflächen mit einer Druckquelle verbindet.
2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (6) während des Stillstandes der Maschine gegen die Dichtfläche (7) anliegt.
3. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan (16) in Abhängigkeit von der Energiezufuhr zum Antriebsmotor (31) der Maschine gesteuert wird.
4. Wellendichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Steuerorgan (16) ein Verzögerungselement (26) zugeordnet ist, welches beim Abschalten des Antriebsmotors wirksam wird.
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