DE2519689C2 - Dichtungsanordnung für eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Welle - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche I und 2.

Eine Dichtungsanordnung dieser Art ist aus der DE-AS 21 35 344 bekannt, wobei durch Erzeugung definierter Schmierfilmbereiche eine Verbesserung der Sperrflüssigkeitsdichtung erreicht werden soll. Die hierzu dienende Buchse vermag allen Relativbewegungen der Wellenachse gegenüber dem Maschinengehäuse zu folgen.

Andererseits ist es bekannt, daß beim Durchlaufen kritischer Drehzahlen bei rotierenden Wellen an der Welle oder den Dichtungen Schäden auftreten können.

In der CH-PS 160 247 ist zur Verschiebung der

kritischen Drehzahl eine Hilfslagerung für die Welle vorgesehen, deren Lagerschalen an die Welle anpreßbar sind.

Zur Einstellung des Lagerspieles zwischen einer Welle und einem in radialer Richtung dehnbaren, geschlitzten Gleitlagerring ist es ferner bekannt, an einer inneren oder äußeren Umfangsfläche des Gleitlagerringes eine nach außen abgedichtete Ausnehmung vorzusehen, in die ein Druckmittel zur Erzeugung von radial wirkenden Druckfeldern leitbar ist <DE-AS 12 84 176).

Aufgabe der Erfindung ist es, die Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß neben einer Sperrflüssigkeitsdichtung eine variable radiale Abstützkraft für die Welle erreicht werden kann, die eine Erhöhung der kritischen Drehzahl zuläßt, wobei gleichzeitig eine Axialkraft für eine Lagestabiiisierung der Dichtung aufbringbar sein soll.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den in den Kennzeichen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmale.

Eine vorzugsweise Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine Turbo-Maschine mit einer erfindungsyemäßen Dichtungsanordnung;

F i g. 2 einen Teilschnitt nach Linie 2-2 in F i g. 1;

Fig.3 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform und

F i g. 4 einen Querschnitt nach Linie 4-4 in F i g. 3.

Gemäß Fig. 1 weist eine Turbo-Maschine 10 eine Ringdichtung 12 auf. Obwohl hier nur eine Dichtung dargestellt ist, können selbstverständlich auch zusätzliche Dichtungen 12 am anderen Ende der Welle 16 angeordnet werden. Die Turbo-Maschine 10 weist ferner ein Gehäuse 14 mit einer in diesem drehbar gelagerten Rotorwelle 16 auf. Fig. 1 ist nur ein Teilschnitt durch die Turbo-Maschi re und zeigt weder die an der Welle 16 angebrachten Rotoren noch die die Welle 16 im Gehäuse 14 halternden Lager.

Das Gehäuse 14 besitzt eine Ausnehmung 18 sowie eine Ausnehmung für die Ringdichtung 12(24) mit einer angeordneten Fläche 20. Durch das Gehäuse 14 erstreckt sich eine Bohrung 22 für unter Druck stehendes Dichtungsfluid oder Schmiermittel.

Die Dichtung 12 weist einen ringförmigen Dichtungskörper 24 auf, der eine im Gehäuse 14 ausgebildeten Radialfläche 20 benachbarte Stirnseite 26 und eine in der Ausnehmung 18 angeordnete zweite Stirnseite 28 besitzt. Eine im Dichtungskörper 24 ausgebildete und sich durch die Stirnseiten 26 und 28 hindurch erstreckende Bohrung 30 umgibt die Rotorwelle 16, wobei letztere in der Bohrung drehbar ist und an dieser dicht anliegt. In der Bohrung 30 der Dichtung ist eine Ausnehmung 32 vorgesehen, die über Bohrungen 34 und 36 mit der Ausnehmung 18 in Verbindung steht. Wie deutlicher aus F i g. 2 zu ersehen ist, ist die Ausnehmung 32 im wesentlichen bogenförmig geformt und nimmt nur einem Teil des Innenumfangs der Dichtung 24 ein. Die Ausnehmung 32 kann etwa beschrieben werden als Teil eines Kreises, der gegenüber der Bohrung 30 einen unterschiedlichen Durchmesser und Mittelpunkt aufweist. Ein in die Ausnehmung 18 des Gehäuses 14 eingebrachtes Druckfluid gelangt über die Bohrungen 34 und 36 in die Ausnehmung 32 und übt innerhalb der Ausnehmung 32 auf die Dichtung 24 einen Druck aus.

der zur Folge hat, daß die Dichtung radial auf die Welle 16 gedruckt wird.

An der Stirnseite 26 der Dichtung 24 ist ein Paar von in axialer Richtung vorstehenden, ringförmigen Flanschen 38 angeordnet. Die Flansche 38 wirken mit der Fläche 20 des Gehäuses 14 derart zusammen, daß sie an letztem dicht anliegen und eine Reibverbindung bilden. Angesichts der Dichtungsverbindung der Flansche 38 mit der Fläche 20 wird an der dem Druckfluid in der Ausnehmung ausgesetzten Dichtung 24 ein Differential(druck)-Bereich erzeugt Daher übt das Druckmittel auf die Dichtung 24 eine Druckkraft aus, die die Neigung hat, sie an die Fläche 20 anzudrücken. Der Betrag der Kraft kann durch Veränderung des Druckes oder durch Veränderung der Anordnungen der Flansche 38 variiert werden.

Zwischen der Dichtung 24 und dem Gehäuse erstreckt sich eine Haltestift 40, der eine relative Drehbewegung zwischen der Dichtung 12 und dem Gehäuse 14 verhindert. Der Stift 40 ist derart angeordnet, daß die Ausnehmung 32 wie gewünscht angeordnet ist, um eine radiale Durchbiegung in einer vorher bestimmten Richtung zu erzielen.

Zur Verhinderung des Entweichens von Druckfluid aus der Ausnehmung 18 ist eine zweite oder innere ringförmige Dichtung 42 vorgesehen, in der die Rotorwelle 16 bei gleichzeitiger Abdichtung drehbar angeordnet ist. Ein Austritt des Fluids an der Dichtung 42 vorbei nach außen ist durch einen O-Ring 44 verhindert, der im Gehäuse 14 unter Bildung einer jo dichten Verbindung mit der Dichtung 42 angeordnet ist.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der bevorzugten Ausführungsform erläutert. Wie vorstehend erwähnt, ist die Rotorwelle 16 mit (hier nicht dargestellten) Rotoren versehen und in (hier nicht dargestellten), an jedem Ende des Gehäuses 14 angeordneten Lagern gelagert. Wenn sich die Welle 16 dreht, hat sie die Neigung, sich infolge ihrer Masse und der Rotoren in radialer Richtung durchzubiegen, wobei eine derartige Durchbiegung verschieden stark ist, wenn verschiedene kritische Drehzahlen der Welle bei wachsender Drehgeschwindigkeit der Welle 16 durchlaufen werden.

Zur Erhöhung der kritischen Drehzahl der Welle 16 wird in die Ausnehmung 18 Druckfluid eingebracht, das auf die Stirnseite 28 der Dichtung 24 wirkt und diese dicht an die Räche 20 des Gehäuses 14 andrückt. Die Dichtung 24 wird durch diese Kraft in relativ fester Stellung gehalten, bis die Welie 16 Kräfte entwickelt, die zur Überwindung der Reibkraft ausreichen und die zur Folge haben, daß die Dichtung 24 sich relativ zur Fläche 20 bewegt. Wie vorstehend erwähnt, kann die Reibkraft sowie die Radialkraft durch Veränderung des Druckes des Fluids in der Ausnehmung 18 variiert werden. Somit kann, wenn bei der Wellenbetriebsdrehzahl relativ hohe Vibrationskräfte erwartet werden, der Druck erhöht werden, um erhöhte Reib- und Radialkräfte zu erzielen und um die Welle 16 auszusteifen und die kritische Drehzahl der Welle 16 zu erhöhen. Da die Dichtung 24 zwischen den die Welle 16 haltemden Lagern angeordnet ist, erhält die Weile 16 eine zusätzliche Aussteifung infolge der auf die Welle 16 durch die Dichtung 12 ausgeübten Kraft.

Nachfolgend wird die Ausführungsform gemäß F i g. 3 erläutert F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer ringförmigen Dichtung 50. Die Dichtung 50 kann an Stelle der vorstehend beschriebenen Dichtung 12 in die Turbo-Maschine 10 eingesetzt werden.

Wie in den F i g. 3 und 4 gezeigt, um' JJt die Dichtung 50 einen Diehlungskörper 52 mit einer Stirnseite 54, die mit ringförmigen, axial verlaufenden Flanschen 56 versehen ist Ferner weist die Dichtung 50 eine Stirnseite 58 auf. Durch den Dichtungskörper 52 erstreckt sich eine die Enden 54 und 58 durchbrechende Bohrung 60. Die Bohrung 60 ist derart bemessen, daß sie die Welle 16 drehbar aufnimmt und dicht an dieser anliegt.

In einer am Außenumfang der Dichtung 52 ausgebildeten Nut 64 ist ein O-Ring oder eine ähnliche Dichtung 62 angeordnet Die Dichtung 62 ist derart bemessen, daß sie dicht am Gehäuse 14 anliegt, wenn die Dichtung 50 in der Turbo-Maschine 10 installiert ist. Wie dargestellt ist, isoliert die Dichtung 62 nur einen kleinen Bereich am Umfang der Dichtung 50. Der isolierte Bereich wird mit Hilfe eines Durchlasses 66 zum Niederdruckbereich hin in die Turbo-Maschine 10 entlüftet. Der Niederdruck auf den isolierten Bereich hat zur Folge, daß die Druckflüssigkeit in der Ausnehmung 18 die Dichtung 50 nach oben drückt, wie in den F i g. 3 und 4 gezeigt ist.

Ein Haltestift 68 ist in der Dichtung 52 dargestellt und dient zur Verhinderung einer relativen Drehbewegung zwischen der Dichtung 52 und dem Gehäuse 14.

Die Arbeitsweise der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist im wesentlichen die gleiche und weist die gleichen Ergebnisse auf, wie bei der vorstehend beschriebenen Dichtung 12, wenn die Dichtung in die Turbo-Maschine 10 eingesetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung für eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Welle, wobei das Gehäuse eine Ausnehmung aufweist, in der eine Ringdichtung angeordnet ist, die an der inneren Peripherie eine Ausnehmung aufweist, die über eine durch die Dichtung verlaufende Bohrung mit einer außerhalb der Dichtung vorgesehenen Druckmittelquelle in Verbindung steht, und an einer Stirnseite der Ringdichtung ein ringförmiger Flansch vorgesehen ist, der an dem Gehäuse anliegt und die Ringdichtung an der anderen Stirnseite, in einem zwischen ihrer äußeren Peripherie und Gehäuse gebildeten Ringraum ebenso wie in der Ausnehmung an ihrer inneren Peripherie von dem Druckmittel beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (32) sich nur über einen Teil der inneren Peripherie der Ringdichtung (24) erstreckt und über eine zusätzliche, radial durch die Dichtung verlaufende Bohrung (36) mit dem Ringraum zwischen äußerer Peripherie der Dichtung und Gehäuse verbunden ist, und an der einen Stirnseite der Ringdichtung ein zweiter, ebenfalls am Gehäuse anliegender Flansch (38) vorgesehen ist, so daß zwischen den beiden Flanschen (38) ein Differentialbereich gebildet wird.

2. Dichtungsanordnung für eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Welle, wobei das Gehäuse eine Ausnehmung aufweist, in der eine Ringdichtung _M angeordnet ist und an einer Stirnseite der Ringdichtung ein ringförmiger Flansch vorgesehen ist, der an dem Gehäuse anliegt und wobei die Ringdichtung an der anderen Stirnseite, von einem Druckmittel beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen Stirnseite der Ringdichtung ein zweiter, ebenfalls am Gehäuse anliegender Flansch (56) vorgesehen ist, so daß zwischen den beiden Flanschen (56) ein Differentialbereich gebildet wird, und daß an der äußeren Peripherie der Ringdichtung (58) ein von einer am Gehäuse (14) anliegenden O-Ringdichtung (62) umgrenzter Bereich vorgesehen ist, der über eine Bohrung (66) mit dem Niederdruckbereich verbunden ist.

3. Dichtungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ringdichtung (24, 58) ein mit dem Gehäuse zusammenwirkender eine Relativdrehung der Dichtung verhindernder Haltestift (40,68) vorgesehen ist.

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