DE2556900C2

DE2556900C2 - Vorrichtung zum Dichten beweglicher Teile

Info

Publication number: DE2556900C2
Application number: DE2556900A
Authority: DE
Inventors: Boyd Day Houston Tex. Boitnott
Original assignee: Gray Tool Co
Current assignee: Vetco Gray LLC
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1975-12-17
Publication date: 1983-03-03
Also published as: USRE29679E; FR2304849A1; JPS51111553A; NL164649C; NO140438C; GB1533062A; FR2304849B1; NL7601213A; US3990679A; DE2556900A1; CA1048989A; JPS5410066B2; NO140438B; NL164649B; IT1053968B; NO760146L

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dichten beweglicher Teile nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Vorrichtungen für Wellen- und Spindeldurchführun- so gen durch Gehäusewände oder dergleichen mit unterschiedlichem Druck beiderseits der Gehäusewand sind in Form von Stopfbuchsen oder radial an die Welle bzw. Spindel anpreßbaren Dichtringen, von denen mehrere hintereinander angeordnet sein können. allgemein bekannt.

Um bei mehreren Dichtelementen das der Hochdruckseite benachbarte Element vor vorzeitigem Verschleiß zu schützen, wird der abzudichtende Druck bzw. die Druckdifferenz zwischen der Hoch- und Niederdruckseite auf mehrere Dichtelemente oder Flcmcntengruppen verteilt (US-PS 28 5b 809). oder der Druck wird von einem Dichlcleincnt zum nächsten stufenweise abgebaut (US-PS 33 34 90b). wobei viele belastete Ventile für die Abstufung des Druckes '■'· verwendet werden.

Bekannt ist es (US-PS 31 99 87b). als Dichtmittel ein fhei.tfahik'cs plastisches Material, /. B. Kunststofl. /u verwenden, das mittels einer Druckeinrichtung in den Dichtraum gedrückt wird.

Zur Erzeugung des Anpreßdruckes auf Dichtungselemente ist es bekannt, daß auf einer Seite der Spindelbzw. Wellendurchführung unter Hochdruck stehende Medien zu verwenden, um die notwendigen Drücke bzw. Kräfte über Kolben und ein druckübertragendes Strömungsmedium wirksam werden zu lassen (US-PS 35 44 116).

Bekannt ist schließlich eine Dichtungsverrichtung (GB-PS 10 98 173), bei der die Druckbegrenzungseinrichtung mit einem beweglichen Kolben ausgestattet ist, dessen eine Stirnfläche dem Druck des abzudichtenden Fluids ausgesetzt ist und dessen andere Stirnseite auf den fließfähigen Werkstoff in einem Kanal Druck ausübt, der mit. einem ihn aufnehmenden Hohlraum in Verbindung steht, der ein Dichtelement enthält Die Druckbegrenzungseinrichtung weist ein Rückschlagventil auf, welches dem erwähnten Hohlraum zugeordnet ist. Der Kanal kann mit mehreren der erwähnten Hohlräume in Verbindung stehen.

Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß bei ihr der auf mehreren Dichtelementen lastende Druck gleich groß und nicht veränderbar ist. Die dem unter hohem Arbeitsdruck im Inneren des abzudichtenden Gehäuses näherstehenden Bereiche der Spindel stehen nämlich unter dem gleichen Diciitungsdruck wie die entfernter stehenden Bereiche, die einem niedrigeren Druck des Arbeitsmediums unterworfen sind. Da bei einer Bewegung der Spinde! zwischen ihrer Oberfläche und der Oberflüche des Dichtungsmediums große Reibungskräfte entstehen, wird bei Verwendung der Vorrichtung bei einer drehbaren Ventilspindel das Drehmoment zum Drehen der Spindel durch die Reibungskräfte wesentlich vergrößert und die Bedienbarkeit des die Spindel enthaltenden Absperrorgans erschwert.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches so auszubilden, daß die zum Drehen der gegeneinander abzudichtenden Teile notwendigen Kräfte ohne Beeinträchtigung der Dichtungsfunktion möglichst gering gehalten werden.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch angegebenen Merkmalen gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß infolge der Wahl eines kleineren Dichtdruckes durch die Wahl einer entsprechenden Ventilfeder zur Regelung des Anpreßdruckes bei einer der aufeinanderfolgenden Dichtstufen der auftretenden Reibungskräfte an der Spindel proportional zu dem dort auftretenden Druck der abzudichtenden Flüssigkeit kleiner werden und dadurch die Bedienbarkeit des die Dichtvorrichtung aufweisenden Maschinenteils, z. B. eines Absperrschiebers, erleichtert wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Querschnitt und teilweise im Aufriß dargestellte Seitenansicht eines Absperrschiebers, wobei der Absperrschieber in geschlossener und offener Stellung dargestellt ist:

F-' i g. 2 einen Querschnitt durch eine Ausfiihrungsfomi der Erfindung und

F i f. 3 einen Querschnitt einer weiteren Ausfühningsform der Erfindung.

In I'ig. I weis' ein Absperrschieber 10 einen Flanschten 12 und ein Spindcigeliäuse 14 auf. Ein Dichtungsring 13 dichtet die Teile 12 und 14 zueinander

ab, die durch Bolzen iS miteinander verbunden sind. Durch den Flanschteil 12 erstreckt sich eine Bohrung 16, durch die ein Fluid unter hohem Druck strömt. Es steht mit einem Innenraum 17 in Verbindung. Die Bohrung 16 kann einen Innendurchmesser von 5,1 cm aufweisen und für einen FIuid-Druck von 1400 bar ausgelegt sein.

Das Absperren des durch die Bohrung 16 strömenden Fluids erfolgt durch das Verschieben des Absperrgliedes 20 zum Absperrsitz 18 hin, der in dem Flanschteil 12 sitzt und die Bohrung 16 umgibt. Dichtungen 22 oder to dergleichen auf der Oberfläche des Absperrsiizes 18 dichten die Bohrung 16 ab, wenn sich das Absperrglied 20 in der entsprechenden Lage befindet. Das Absperrglied 20 wird aus der Stellung, in der es den Durchfluß des Fluids durch die Bohrung 16 vollständig sperrt (die Querschnittsdarstellung rechts von der Symmetrieachse in Fig. 1), in eine Stellung gebracht, wo das Fluid frei durch die Bohrung 16 hindurchströmen kann (vgl. den Querschnitt links von der Symmetrieachse in F i g. 1).

Die Bewegung des Ventilgliedes 20 aus der Absperrin die Durchlaßstellung wird vorzugsweise durch Einrichtungen vorgenommen, die mit einer möglichst geringen Relativbewegung zwischen den Bauteilen des Absperrschiebers 10 auskommen. Hierzu ist eine in einer Bohrung 25 drehbare Spindel 24 mit einem Gewindeteil 26 vorgesehen, wobei der Gewindeteil mit einem Gegengewinde 28 des Absperrglieds 20 zusammenwirkt. Die Spindel 24 ist in einem Lager 30 gelagert und kann durch Drehung eines Handrades 32, das an einem aus dem Spindelgehäuse 14 nach außen ragenden Teil der Spindel 24 angebracht ist, gedreht werden. Aufgrund der Gewindeverbindung zwischen den Teilen 26 und 28 der Spinde! 24 bzw. des Absperrglieds 20 verschiebt sich das Absperrglied 20, wenn daß Handrad 32 und damit die Spindel 24 gedreht wird. Dabei tritt jedoch keine axiale Verschiebung der Spindel 24 auf.

Gewünschtenfalls kann die Spindel 24 oberhalb des Spindelgehäuses 14 mit einer J-förmigen Ausfräsung 34. versehen sein. Mit Hilfe der Ausfräsung 34 läßt sich die Stopfbuchse 36 auch unter Druck austauschen. -to

Da die Spii.dcl 24 sich von einem unter hohem Druck (z. B. 1400 bar) stehenden Innenraum 17 nach außen in einem Bereich A erstreckt, in dem Atmosphf>rendruck oder ein anderer relativ niederer Druck herrscht, ist es erforderlich, Dichtungsmittel zum Abdichten der Spindel 24 vorzusehen. Die Dichtlingseinrichtungen 45 haben eine lange Lebensdauer und üben auf die Spindel 24 ein sehr geringes Bremsmoment aus. Wie insbesondere aus F i g. 2 zu ersehen ist, weisen die Dichtungseinrichtungen mehrere Dichtungselemente auf, wobei bei so dem Ausführungsbeispiel fünf Dichtungselemente 47, 48, 49, 50 und 51 vorgesehen sind. Das Dichtungselement 47 befindet sich eiern unter hohem Druck stehenden Innenraum 16 am nächsten und das Dichtungselement 51 befindet sich der Stopfbüchsenan- ^ Ordnung 53 zum Haltern der Dichtung und dem unter niederen Druck stehenden Bereich A am nächsten.

Das Dichtungselement 47, das dem unter hohem Druck stehenden Innenraum 17 am nächsten liegt, kann aus einem rohrförmigen Teil 55 bestehen. Dieses rohrförmige Teil 55 besitzt eine Innendichtung 56. die eine Abdichtung /.wischen dem rohrförmigen Teil 55 und der Welle 24 bewirkt, und eine Außcndichtiing 57. die eine Abclichtung /wischen dein rohrförmigen Teil 55 und der Bohrung 25 für die Spindel 24 darstellt. Ils kann ^h"' tin Innengewinde 58 vorgesehen scm. das in ein Außengewinde des dancbenliegenden Diclitiin.irsele iiiiMits 48 eingreift. ΛιιΙ.'.,' dem l)ii'liiutiL'se!eme;it -17 kann jedes andere Dichtungselement einen entsprechenden rohrförmigen Teil 60 mit einer Innendichtung 61 und einer Außendichtung 62 aufweisen.

Die Anordnung der Dichtungselemente 47 bis 51 ist so gewählt, daß auf die einzelnen Dichtlingselemente nur jeweils ein Bruchteil des gesamten Druckunierschiedes wirkt, der zwischen dem unter hohem Druck stehenden Innenraun 17 und dem unter relativ niederem Druck stehenden Außenraum A auftritt. Dies wird dadurch bewirkt, daß ein Kunststoff 80 oder ein entsprechendes plastisches oder viskos fließendes Material unter einem bestimmten Druck in die jeweiligen in den Dichtungselementen 48, 49,50 und 51 ausgebildeten Hohlräume 64 eingegeben wird. Jeder Hohlraum 64 befindet sich zwischen den Dichtungen 56 und 61 und 57 und 62 oder zwischen zwei Dichtungen 61 und zwei Dichtungen 62. Der unter Druck stehende Kunststoff 80 ergibt zwischen zwei benachbarten Dichtungselementen einen Druck, so daß die Druckdifferenz zwischen den benachbarten Dichtungselementen kleiner als die Druckdifferenz zwischen dem unter hohen Druck stehenden Innenraum i> und dem unter relativ niederem Druck stehenden Außenraum A ist

Eine Dichtungseinrichtung 45 wirkt wie folgt, um sicherzustellen, daß der Differenzdruck oder der Wirkdruck an irgendeinem der Dichtungselemente 47 bis 61 nicht größer ist als der Druck, den das Dichtungselement bei starker Beanspruchung aushalten könnte:

Der Kunststoff 80 wird mit einem Druck von 1120 bar in den Hohlraum 64 des Dichtungselements 48 eingespritzt. Das bedeutet, daß dann, wenn der Leitungsdruck (d.h. der Druck im Innenraum 17) 1400 bar beträgt, der Differenzdruck über dem Dichtungselement 47 1400 - 1120 = ?80 bar ist. In den Hohlraum 64 im Dichtungselement 49 wird Kunststoff mit einem Druck von 840 bar eingespritzt. Das bedeutet. daß der Differenzdruck über dem Dichtungselement 48 Π20 - 840 = 280 bar ist. In den Hohlraum 64 des Dichtungselements 50 wird Kunststoff unter einem Druck von 560 bar eingespritzt, so daß der Differenzdruc¹' über dem Dichtungselement 49 840 — 560 = 280 bar ist. In den Hohlraum 64 im Dichtungselement 51 wird Kunststoff mit einem Druck von 280 bar eingespritzt, so daß der Differonzdruck über dem Dichtungselement 50 560- ?80 = 280 bar ist. Hinter das Dichtungselement 51 braucht kein Kunststoff eingespritzt zu werden, vielmehr herrscht im Bereich hinter dem Dichtungselement 51 Atmosphärendruck oder ein anderer relativ niederer Druck A. Daher ist der Differenzdruck über dem Dichtungselement 51 280 bar minus Atmosphärendruck. An keinem der Dichtungselemente tritt daher ein größerer Differenz druck als 280 bar auf. Die Dichtungselemente haben natürlich eine wesentlich längere Lebensdauer, wenn an ihnen ein Druckunterschied von 280 bnr anstatt 1400 bar anliegt. Daher können für die Dichtungselement auch relativ kostengünstige Materialien verwendet werden. Weiterhin ist das durch die Dichtungselemente auf die SpincH 24 ausgeübte Bremsmoment bzw. die Reibwirkung wesentlich geringer, wenn allmählich abnehmende Drücke auftreten, als wenn an einer Dichtung ein Druckunterschied von 1400 ha,· anlief:!. Daher kann eine Bedienungsperson das Handrad 32 auch dann drehen, wenn das im Rohr 16 fließende fluid unter citiei·· Druck v< ί 1400 bar sieht.

l-.s können verschiedene Vorrichtungen verwendet werden, um den Kunststoff HO oder ein entsprechendes

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MiitLTi.ι' 'int dem gecignc'en Diml· cin/u'-p^ru/e^ri und. "der den Is Ii list Mi ill RO ι ■ τ !.:>, \1 ,t t lti.i I .ml "einen gceiL'iieiei Drink /·, brille';. Wie in Jen I , _L·. I imii .' dargestellt iM. k.in η beispielsweise fur jede«, it'· Dichuingseiememc 48 bis 51 eiiuibiiches NnJ₁-K ent:'; 70 verwende! wurden, dessen Auslallöffnung 72 mit den Hohlraum 64 in Verbindung sieh' Der mit dem Ventil 70 unter emem 'gesummten Druck eingespritzte Kunstsioff wird dui'h das Veii'il 70 .nif diesem Druck gehalten.

(-.Hu- weitere \'ir:: η 111 r ι >r /um Aufrechterhalten eines bestimmten Drucke- κι einem Hohlraum M ist sehcma'.iseh in Fi g. 2 J.r gestellt. Diese Vorrichtung weisl ein-.: ;iiil.kre DriickuuHle 75 auf. die über eine Leitung nut einer Öffnung 64 in Verbindung steht. Durch umstellen des kunstsioffdrucks oder eines entsprechenden Materials m der Druckquelle 7i wird der Druck im I iohlraum f>4 vorgegeben

!!ine weitere V.-.rrii-htiing /;;r Aüfrt;: iücrh:;!·.««? des Druckes ist in Fig. 3 dargestellt und allgemein mit 75 versehen. Diese Vorrichtung weist den Vorteil auf, dall kein höherer Druck a'¹ den Dichtungen angelegt /ti werden braucht, als dies im Hinblick auf den l.eitungsdruck erforderlich ist (anstelle des in Fig. 3 dargestellten Aiisführuiigsbeispiels kann auch ein l.insprit/\entil 70 verwendet werden). Die Vorrichtung 75 weist einen in einem Kanal 81 angeordneten, beweglichen Kolben 77 auf. dessen eine Seite mit dem unter hohem Druck stehenden Innenraum 17 in Verbindung steht und dessen andere Seite gegen den im Kanal 81 unter Druck stehenden Kunststoff 80 oder ein entsprechendes Material drückt. F.s kann eine Feder 79 vorgesehen sein, um zusammen mit dem Druck im Innenraiim 17 zu wirken und den Kunststoff 80 unter Druck zu halten. In jedem Durchgan:.' 86 /wischen dem jeweiligen Hohlraum 64 jnd den· kanal 81 ist jeweils ein Rückschlag- bzw. Druckminderungentil 82, 83, 84 oder 85 angeordnet, das den Druck am Dichtungselement au; em·.¹!' WM-gegebenen Wert wiiimdrn. de; imli'rh.ilh dem κι de- l.cituiu: 16 auftretenden Dm. κ heg'. Die Ventile 82 !>i Hi können in irgendeiner I "im ausgebildet scm *. .Mviigsv. eise besitzt ;edes \enttl eiüen \ enii^!-ü' 87. eir· be^ogiMhes ν\·ηΐιίι:ίκ·υ π/ν. einen \'eiit;.telk-r 88. ίιη.-ιι mit dem beweglichen VeIiIiIg¹Ie(I HH in VVrhind'.iiii: ,teheiuien Slol.iel b/w \ enliUi. hilft W oder ein '.-m-pret. hendes (ilied. und einer am N'enliisioHel S^uiid ■'■■ ui V.-ntiltclU·· H« ;mgreifenden \Orspanneinnchiii'ig b/u. Ventilfede'. um .len Ventil teller K8 all den \enliKil/ 87 /u ilrn. · en. I Ji,: Vorspanueinriclr ngen können als Wendel!.- lern, beispielsweise in I in :n der dargestelllen I edei η 40. 4|, 42 b/w. 93 ausgebildet scm. Die I 1 'erkoiisia: ·(■ le-k-r Feder wird so gewählt, daß der zugehörige Ventilteller 88 nur bei einem vorgegebenen Druck offnei. Beispielsweise ist die Federk, ms'.mte der Feder 40 so gewählt, dall das Ventil 82 mn öffnet, wenn der Druck im K:i!!.i! 8! gröüer :;!··. 2'~<> !>;;:· ·\\ W'-:"; t!'ih"^r '·■■ Innenraum 17 ein Druck von I ιοί bar herrscht, steht der Kunststoff im Hohlraum 64 des Dichtunuseleiiicnts 68 unter einem Druck von 1400 _'8O ^ 1120 bar. In entsprechender Weise ist die Federkonstante fiir die Feder 91 so gewählt, dal'· das Ventil 8i nur bei einem Druck von 560 bar öffnet. Die I ederkonslante der Feder 92 ist so gewühlt, dall das \ entil 84 nur bei einem Druck über HM) bar öffnet, und d:-e FederV uisunte der Feder ''^ ist so gewählt, daß das \ entil 85 nur bei einem Druck über 1120 bar öffnet. Daher tritt auch hier an keinem Dichtungselement eine Druckdifferenz auf. die großer als 280 bar ist.

Fs können jedoch auch andere F'inrichtungen verwendet werden, um den Druck in den Hohlräumen 64 in der gewünschten Größe zu halten: beispielsweise kann der Kolben 77 mit einer einstellbarer, äußeren Druckquelle anstatt mit dem Innenraum 17 in Verbindung stehen

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Dichten beweglicher Teile mit einem einen Innenraum aufweisenden Gehäuse, in dem sich ein unter hohem Druck stehendes Fluid befindet, mit einer Spindel, die sich durch das Gehäuse vom Innenraum zu einem Außenraum außerhalb des Gehäuses mit relativ niedrigem Druck erstreckt, mit einem Betätigungsglied zum Drehen der Spindel und mit einer Dichtungseinrichtung zwischen der Spindel und dem Gehäuse, die zwischen dem Innenraum und dem Außenraum angeordnet ist und aus mehreren hintereinander folgenden Dichtungselementen besteht, wobei die Dichtungselemente einen Hohlraum aufweisen, in is den ein fließfähiger Plastwerkstoff zur Begrenzung des Druckunterschieds an den Dichtelementen unter Druck gehalten wird, eine Druckbegrenzungseinrichtung einen beweglichen Kolben aufweist, dessen eine Stirnseite dem Druck des Fluids im Innenraum ausgesetzt «t und dessen andere Stirnseite auf den fließfähigen Plastwerkstoff in einem Kanal Druck ausübt, der mit jedem der Hohlräume in Verbindung steht, und die Druckbegrenzungseinrichtung Ventile aufweist, die jeweils einem Hohlraum zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (82 bis 85) eine mi; dem Kanal (81) in Verbindung stehende Ventükammer mit einem darin geführten Schaft (89) eines federbelasteten Ventilschließgliedes bzw. Ventiltellers (88) aufweist, der die Ventükammer mittels eines Ventilsitzes (87) gegen einer. Hohlraum (84) eines Dichtungselementes (47 bis 51) abschließt, und die zugehörige Vorspanneinrichtung bzw. Ventilfeder(90,91,92,93) derart bemessen ist, daß die Sch'leßkraft der sich aus der Differenz des Druckes im Kanal (81) ergebenden und der einem wählbaren Dichtungsdruck entsprechenden Kraft gleich ist, und daß die Ventilfedern (90, 91, 92, 93) bei den nacheinander folgenden Dichtungselementen so bemessen sind, daß die Schließkraft von dem Hochdruckinnenraum nach außen zunimmt.