DE2545816B2

DE2545816B2 - Wellendichtung für Zentrifugalverdichter

Info

Publication number: DE2545816B2
Application number: DE2545816A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Creusot-Loire Sa Paris
Current assignee: Creusot-Loire Sa Paris
Priority date: 1975-07-11
Filing date: 1975-10-13
Publication date: 1978-03-23
Also published as: FR2317528B1; US3994503A; GB1514003A; JPS5723118B2; IT1062317B; DE2545816A1; DE2545816C3; FR2317528A1; JPS529102A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung für einen Zentrifugalverdichter mit einem Satz von Ringen, einer Sperrmittelzuführung und einer in Richtung auf eine äußere Gehäusestirnwand nachgeordneten Ringkammer mit Leckageabfluß, wobei durch den bei Stillstand des Verdichters in dieser Ringkammer entstehenden Druck ein im Gehäuse dichtend geführter Stellkolben gegen Federdruck an einen mit der Welle verbundenen Dichtring drückbar ist.

Derartige Dichtungen werden vor allem bei Zentrifugalverdichtern für toxische oder brennbare Gase verwendet, um einen Austritt dieser Gase zu verhindern. Sie können aber bei jeder umlaufenden Maschine, die ein unter Druck stehendes Gas enthält, eingesetzt werden.

Derartige berührungsfreie Festkörperring-Dichtungen mit Sperrmittelzufuhr arbeiten während des normalen Laufes des Kompressors durchaus befriedigend. Die Ringelemente sind mit Durchmesserspiel auf die umlaufende Welle des Kompressors aufgesetzt; das öl kann durch dieses Spiel zwischen Ringelementen und Welle abfließen und in diesen Spalten die Abdichtung gegen das Austreten von Gas über die Ausführungsstelle der Kompressorwelle verhindern.

Im Fall des Stillstandes des Kompressors, was auf ein schlechtes Arbeiten des Speisestromkreises für das öl der Garnitur mit Ölfilm oder im Falle eines zufälligen Stillsetzens des Kompressors aus irgendeinem anderen Grunde bedingt sein kann, ist die Abdichtung am Wellenaustritt des Kompressors nicht mehr gewährleistet.

Um diesen grundlegenden Nachteil zu vermeiden, wurde bei einer bekannten Wellendichtung der eingangs bezeichneten Gattung (DT-OS 16 53 728) noch eine Stillstandsdichtung am Wellenausgang zugeschaltet, in der bei Stillstand des Verdichters zwei b5 Dichtungsringe fest aneinander anliegen. Bei dieser bekannten Wellendichtung fließt nun während des Betriebs des Verdichters laufend Sperrmittel zwischen der Welle und dem Stellkolben der Stillstandsdichtung nach außen, so daß hier hinter dem Stellkolben noch ein besonderer Sammelraum für das durchtretende Sperrmittel mit einem eigenen Abführkanal vorgesehen ist. Wird die Stillstandsdichtung wirksam, wird also der Steükolben gegen den mit der Welle verbundenen Dichtungsring gedrückt, so erfolgt das Abdichten durch direkte Anlage einer Fläche des Stellkolbens an dem Dichtungsring. Der dabei auftretende und dichtende Flächendruck ist also direkt abhängig von dem Verhältnis zwischen dem auf den Stellkolben wirkenden Staudruck im Ringraum und dem der Kolbenverschiebung entgegenwirkenden Rückstellfeder. Eine individuelle Einstellung des Flächendrucks zum Abdichten ist also nicht möglich. Um den Flächendruck in gewissen Grenzen halten zu können, kann also der auf den Stellkolben wirkende Druck nicht besonders groß gewählt werden, was Schwierigkeiten bei Lösen des Stellkolbens nach einer längeren Betriebszeit, z. B. durch ölverhärtungen usw., mit sich bringen kann.

Bei einer anderen bekannten Dichtung (DT-AS 22 49 97<>) für einen Verdichter, bei dem das Flügelrad an dem in das Gehäuse ragenden Wellenende fließend befestigt ist, ist zwar ebenfalls eine stationäre Dichtung vorgesehen. Sie soll aber lediglich die Möglichkeit schaffen, die Verdichterwelle unter Beibehaltung der Abdichtung gegen den Austritt von Gas aus dem Verdichter bzw. den Eintritt von Luft in den Verdichter ausbauen zu können. Die stationären Dichtungen sind dabei zwischen dem Flügelrad und dem Stellkolben oder zwischen dem Flügelrad und dem Gehäuse angeordnet. Eine Abdichtung über eine Festkörper-Dichtung mit Sperrmittelzuführung ist nicht vorgesehen. Als Sperrmittel dient ein verdichtetes Gas, das über eine besondere Leitung zugeführt wird. Für einen längeren Stillstand müßte hier also laufend Druckgas zugeführt werden.

Der Erfindung iiegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Wellendichtung der eingangs erwähnten Gattung so auszubilden, daß ein Durchtreten von Sperrmittel hinter den Stellkolben weitgehend verhindert wird und der Flächendruck an den Dichtringen der Stillstandsdichtung unabhängig von dem Verstelldruck des Stellkolbens gewählt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der ringförmige Stellkolben mittels einer Labyrinthdichtung gegenüber der Welle abgedichtet ist und auf seiner dem Laufrad abgewandten Stirnseite eine Ausnehmung aufweist, in der ein Ringkolben dicht gleitend geführt und über eine Feder abgestützt ist, der auf seiner freien Stirnseite einen Dichtungsring aufweist, der bei Verschieben des Stellkolbens gegen den Dichtungsring an der Welle andrückbar ist.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung sind am Dichtungskolben Anschlagstangen zur Begrenzung des Stellweges des Kolbens angeordnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß bei Stillstand des Zentrifugalverdichters nur eine mäßige und einstellbare Kraft auf die Dichtungsringe wirkt, daß zu Beginn aber der Vorschubbewegung des Schiebekolbens eine sehr große Kraft eingesetzt werden kann, um den Schiebekolben selbst zu lösen oder zum Entblocken des Dichtungskolbens, für den Fall, daß er während einer langen Zeit unbetätigt geblieben ist, wodurch sich eine Härtung der Dichtungen ergeben hat. In der üblichen industriellen Praxis muß man sich für den Fall des Stillstehens des Kompressors auf das Arbeiten der Dichtungsvorrich-

tung verlassen können, auch nach lange dauernden Betriebsperioden ohne Störung während sehr langen Zeiträumen, die bis zu einigen Jahren gehen können.

Ein Atisführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt in der Stellung bei laufendem Zentrifugalverdichter und

Fig.2 einen Axialschnitt durch die gleiche Dichtung bei stehendem Zentrifugalverdichter.

In den F i g. 1 und 2 ist lediglich ein Ende der umlaufenden Welle an ihrer Austrittsstelle aus dem Zentrifugalverdichter 1 dargestellt. Am Eintritt der umlaufenden Welle 2 in das Gehäuse 4 des Zentrifugalverdichters 1 ist eine Labyrinthdichtung 3 vorgesehen. Ihr folgt ein Wellendichtungsabschnitt mit Festkörperringen und Sperrmittelzufuhr. Dieser Abschnitt weist eine innere Ringkammer 6 auf, die in dem in das Gehäuse 4 eingesetzten Ringkörper 9 vorgesehen und aus den Festkörperringen 7 und 8 gebildet ist. Diese Ringe 7 und 8 sind auf die Welle mit einem leichten Radialspiel aufgesetzt. Der Festkörperring 7, der nach der Innenseite des Kompressors hin liegt, wird Innenring genannt, der Festkörperring 8, der die Ringkammer 6 nach der Seite der äußeren Atmosphäre begrenzt, wird äußerer Ring genannt. Ein elastisches Glied 10 drückt die relativ zur Ringkammer 6 nach außen gerichteten Stirnflächen der Ringe 7 und 8 gegen die entsprechenden Flächen in dem Ringkörper 9, so daß der Kontakt zwischen diesen Flächen, die sorgfältig bearbeitet sind, die Abdichtung der Ringkammer 6 gewährleistet.

Die Kammer 6 wird mit einem Sperrmittelfluid über einen Kreislauf gespeist, der eine Leitung 12 und ein Vorratsgefäß 13 enthält, das dank einer Speisepumpe 14 und einer Leitung für die Niveauregelung 15 im Vorratsbehälter auf konstantem Niveau gehalten wird. Der obere Teil des Vorratsbehälters 13 ist über eine Leitung 16 mit dem Inneren des Zentrifugalverdichters verbunden, um oberhalb des Sperrmittels in dem Vorratsbehälter 13 einen Druck aufrechtzuerhalten, der gleich dem des Gases ist, das sich in dem Zentrifugalverdichter befindet.

Im Anschluß an diesen Dichtungsabschnitt folgt eine äußere Ringkammer 18, die nach außen hin durch das Wellenlager 19 abgeschlossen wird. Die Ringkammer 18 kann direkt in dem Gehäuse 4 des Zentrifugalverdichters oder in einem unabhängigen Bauteil vorgesehen sein, der starr an diesem Gehäuse befestigt ist. Innerhalb dieser zylindrischen Kammer 18 ist ein Stellkolben 20 mit Dichtungen 21 dichtend geführt. Die Dichtung zwischen dem Stellkolben 20 und der Welle 2 wird durch eine Labyrinthdichtung 29 gesichert. An dem Stellkolben 20 sind Anschlagstangen 22 und 23 achsparallel befestigt, die zur Begrenzung seiner Stellwege durch Anschlag an dem Ringkörper 9 bzw. dem Lagerkörper 19 dienen. Die zu den Anschlagstangen 23 koaxial angeordneten Wickelfedern 24 beaufschlagen den Sperrkolben in Richtung vom Lagerkörper 19 weg. Im Inneren des Stellkolbens 20 ist auf der dem Laufrad 1 des Verdichters abgewandten Stirnseite eine ringförmige Ausnehmung 25 vorgesehen. Im Inneren dieser Ausnehmung 25 ist mittels Dichtungen 27 ein Ringkolben 26 dicht gleitend geführt und über Federn 28 am Stellkolben 20 abgestützt. An der nach außen gewandten Stirnfläche des Ringkolbens 26 ist ein Dichtungsring 30 festgelegt. Der Stellkolben 20 trägt auch einen Anschlag 31, der die Rückwärtsbewegung des Kolbens 26 und des Dichtungsringes 30 während der Rücklaufbewegung des Kolbens 20 nach hinten begrenzt.

An der umlaufenden Welie 2 ist mittels einer Halterung 33 ein Dichtungsring 32 festgelegt, der dem Dichtungsring 30 derart zugeordnet ist, daß bei einer axialen Bewegung des Dichtungsringes 30 beide Ringe dichtend aneinander zu liegen kommen. Die miteinander in Berührung kommenden Flächen der beiden Ringe 30 müssen sorgfältig bearbeitet sein.

In der F i g. 1 sind die beiden Dichtungsteile in

ίο derjenigen Stellung dargestellt, die sie einnehmen, wenn der Verdichter normal arbeitet. Unter diesen Bedingungen dreht sich die Welle 2, und die Abdichtung gegen das Austreten von Gasen längs dieser Welle 2 ist durch die berührungsfreie Festkörperring-Dichtung mit Sperrmittelzufuhr in folgender Weise sichergestellt: Das aus dem Vorratsbehälter 13 kommende Sperrmittel fließt durch die Leitung 12 in die Ringkammer 6; dieses Sperrmittel hat einen Druck, der größer als der Gasdruck in dem Verdichter ist, da der obere Teil des

M Vorratsbehälters 13 unter dem Druck dieses Gases steht und das Niveau des Vorratsbehälters 13 sich auf einer Höhe H oberhalb der Wellenachse des Verdichters befindet. Das. Sperrmittel in der Kammer 6 hat infolgedessen einen größeren Druck als er in der Kammer 18 herrscht, in der Atmosphärendruck vorhanden ist, und einen größeren Druck, als der Druck im Inneren des Verdichters. Das Sperrmittel fließt infolgedessen über den Durchtrittsspalt im Spiel zwischen den Festkörperringen 7 und 8 einerseits und der Welle 2 andererseits in die der Labyrinthdichtung 3 vorgelagerten Kammer 17 und in die Ringkammer 18. Das in der Kammer 17 eindringende Sperrmittel mischt sich mit dem Gas, das ggf. aus dem Inneren des Verdichters, heraustritt; die Emulsion wird Reinigern zugeführt. '

Andererseits fließt das Sperrmittel durch das Spiel zwischen dem äußeren Festkörperring 8 und der Welle 2 in die Ringkammer 18; aus dieser Kammer fließt es unter Schwerkraftwirkung in einen Behälter 37, der

■to über eine Leitung 36 auf atmosphärischem Druck gehalten ist, in der ein Abschlußventil 35 vorgesehen ist, das während des normalen Laufes des Verdichters auf Durchgang steht. Das Sperrmittel wird von dem Behälter 37 zu dem Vorratsbehälter 13 mittels einer Pumpe 14 zurückgeführt und trägt zum Aufrechterhalten eines konstanten Niveaus in dem Vorratsbehälter bei. Während des normalen Laufes des Verdichters wird der Stellkolben 20 durch die Federn 24 in seiner rückwärtigen Stellung gehalten, in der sich die Anschlagstangen 22 auf den Ringkörper 9 abstützen. In • dieser Stellung sind die als Dichtung dienenden Ringe 30 und 32 nicht miteinander in Berührung. Das Labyrinth 29, das die Abdichtung zwischen dem inneren Teil des Stellkolbens 20 und der Welle 2 aufrechterhält, verhindert das Austreten des Sperrmittels, das außerhalb der Kammer 18 längs der Welle abläuft.

Im Falle einer Störung der Pumpe 14 oder irgendeiner anderen Havarie in dem Sperrmittelspeisekreis für die Ringkammer 6 sinkt das Niveau in dem Vorratsbehälter 13 ab. Bei einem gewissen Niveau, das kleiner als das in der F i g. 1 angedeutete Niveau ist, hält eine in den F i g. 1 und 2 nicht dargestellte automatische Kontaktvorrichtung den Verdichter an. Die Festkörperringdichtung ist in diesem Moment noch immer durch

^h~> das. in dem Vorratsbehälter 13 zurückbleibende Sperrmittel gesichert, das stetig weiter über die Leitung 12 in die Ringkammer 6 und zwischen die Festkörperringe 7 und 8 sowie die Welle 2 strömt.

Um bei längerem Stillstand bzw. bei nachlassendem Druck im Vorratsbehälter eine dauerhafte Abdichtung gegen das Austreten von Gasen aus dem Verdichter zu erhalten, wird das Ventil 35 in der Leitung 36 für den Durchlauf des Sperrmittels geschlossen. Das Schließen des Ventils 35, während noch Sperrmittel in der Leitung 12 und auch noch Sperrmittel in dem Vorratsbehälter 13 vorhanden ist, bewirkt ein Ansteigen des Druckes in demjenigen Teil der Ringkammer 18, die zwischen der vorderen Stirnfläche des Ringkörpers 9 und dem Festkörperring 8 sowie der hinteren Stirnfläche, d. h. der zum Verdichter hin gerichteten Fläche, des Stellkolbens 20 liegt. Dieses Ansteigen des Druckes in diesem Teil der Ringkammer 18 bewirkt eine Bewegung des Stellkolbens 20 nach links (Zeichnung) in Richtung auf den Lagerkörper 19, da die Stirnfläche dieses Kolbens nicht mehr in Berührung mit dem Sperrmittel, sondern nur noch in Verbindung mit dem atmosphärischen Druck ist. Die Arbeitsfläche des Stellkolbens 20 ist groß, damit die von dem Sperrmittel auf diese Fläche ausgeübte Kraft das Lösen der Dichtungen gestattet, ganz unabhängig davon, wie der Zustand nach einer langen normalen Arbeitsperiode des Verdichters sein mag. Die Bewegung des Stellkolbens 20 setzt sich fort, bis die Anschlagstangen 23 gegen die Halterung des Lagers 19 anschlagen. Bevor der Stellkolben 20 zum Anschlag kommt, kommen die Dichtungsringe 30 und 32 in Berührung. Die weitere Bewegung des Stellkoibens 20 bewirkt das Zurücklaufen des Ringkolbens 26 in der Kammer 25 und das Zusammendrücken der Federn 28. Die erhebliche Kraft, die von dem Stellkolben ausgeübt wird, dessen Arbeitsfläche groß ist, erlaubt das Lösen der Dichtungen 27 und die Bewegungen des Kolbens 26, selbst wenn die Vorrichtung seit langer Zeit, beispielsweise mehrere Jahre, nicht in Betrieb gewesen ist. In der Stellung des Stellkolbens 20, die in der F i g. 2 dargestellt ist, berühren sich die Dichtungsringe 30 und 32, wobei der Kontaktpunkt durch den Kolben 26 und durch die Federn 28 bestimmt ist. Auf diese Weise kann man den Berührungsdruck zwischen den Dichtungsringen 30 und w 32 unabhängig von der Erzielung einer großen Lösekraft durch den Stellkolben 20 einstellen. Es genügt, die Kennwerte der Federn 20 geeignet zu wählen, um einen Abdichtdruck zu erzielen, der mit dem Material der Dichtungsringe 30 und 32 vereinbar ist.

Das Schließen des Ventils 35 kann nach dem Stillsetzen des Verdichters von Hand erfolgen; ein Bedienungsmann, der mit der Überwachung des Verdichters betraut ist, schließt dieses Ventil, sobald er sich von dem Stillsetzen des Verdichters überzeugt hat. In diesem Fall gestattet die Sperrmittelreserve in dem Reservebehälter 13 einen gewissen Zeitraum für den Eingriff, bevor Gas in die Atmosphäre austreten kann.

Man kann das Schließen des Ventils 35 auch automatisch durchführen, sobald das Sperrmittelniveau bis auf ein bestimmtes Bezugsniveau abgesunken ist. Man kann beispielsweise diese Art des automatischen Schließens mittels eines Servomotors 40 mit einfacher Arbeitsrichtung durchführen. Sobald in der Leitung 12 der Sperrmittelstand auf das Niveau des Servomotors 40 abgesunken ist, schließt eine Feder das Ventil 35.

Wenn sich die Dichtungsringe 30 und 32 berühren, wie dies in der Fig.2 dargestellt ist, stellen sie eine Sperre für das Hindurchfließen von Sperrmittel und Gas dar, zusammen mit den Reinigern und dem Ventil 35, das geschlossen ist. Der Verdichter bleibt im Stillstand, das Ventil 35 bleibt geschlossen. Der Stellkolben 20 wird in seiner Stellung festgehalten, in die er durch den Druck des Sperrmittels in der Ringkammer 18 bewegt wurde, selbst wenn der Sperrmitteldurchlauf fortgesetzt wird, da das Gas, das in dem Verdichter enthalten ist, dann nach außen aus dem Verdichter bis in die Ringkammer 18 austreten und dort eine Emulsion mit dem Sperrmittel bilden kann. Das Sperrmittel-Fluid (Öl oder ggf. Emulsion), dessen Druck größer als der atmosphärische Druck ist, wird dann weiter die Abdichtung gewährleisten, indem es einen Druck auf die rückwärtige Stirnfläche des Stelikolbens 20 ausübt. Andererseits kann das Fortschreiten des Gases in Richtung auf die äußere Atmosphäre nicht über die Dichtungsringe 30, 32 gehen, die so ausgelegt und aneinander angedrückt sind, daß das Austreten von Gasen unmöglich ist. Ein verlängerter Stillstand des Verdichters hat infolgedessen keinen Einfluß auf mögliche Gas-Austritte in die Atmosphäre.

Nach einer Reparatur, wenn die Speisung der Festkörperring-Dichtung 7 und 8 mit Sperrmittel erneut möglich ist, öffnet man das Ventil 35, was ein Entleeren des Teiles der Ringkammer 18 bewirkt. Der Druck in diesem Teil der Ringkammer 18 geht dann auf den Wert des Atmosphärendruckes zurück, und die Kraft, die auf den Stellkolben 20 durch das Sperrmittel ausgeübt wird, das sich in diesem Teil der Kammer befindet, sinkt auf Null. Die Federn 24 bringen dann den Stellkolben 20 so weit zurück, bis sich die Anschlagstangen 22 an den Ringkörper 9 anlegen. Der Stellkolben ist wieder in seine in F i g. 1 dargestellte Lage zurückgekehrt, und bei seiner Rückwärtsbewegung hat er den Ringkolben 26 dank des Anschlagriegels 31 mitgenommen, der die Dichtungsringe 30 und 32 voneinander trennt. Man kann also den Verdichter wieder anfahren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wellendichtung für einen Zentrifugalverdichter mit einem Satz von Ringen, einer Sperrmittelzuführung und einer in Richtung auf eine äußere i Gehäusestirnwand nachgeordneten Ringkammer mit Leckageabfluß, wobei durch den bei Stillstand des Verdichters in dieser Ringkammer entstehenden Druck ein im Gehäuse dichtend geführter Stellkolben gegen Federdruck an einen mit der Welle verbundenen Dichtring drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Stellkolben (20) mittels einer Labyrinthdichtung (29) gegenüber der Welle (2) abgedichtet ist und auf seiner dem Laufrad abgewandten Stirnseite eine is Ausnehmung (23) aufweist, in der ein Ringkolben (26) dicht gleitend geführt und über eine Feder (28) abgestützt ist, der auf seiner freien Stirnseite einen Dichtungsring (30) aufweist, der bei Verschieben des Stellkolbens gegen den Dichtungsring (32) an der Welle (2) andrückbar ist.

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Dichtungskolben (20) Anschlagstangen (22, 23) zur Begrenzung des Stellweges des Kolbens (20) angeordnet sind.