DE2558651C3 - Wellendichtung mit einem mit der Welle umlaufenden Dichtring - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung mit einem mit der Welle umlaufenden Diduring und beidseitig gegenüber in besonderen Gehäuseteilen angeordneten, axial beweglichen und in Richtung auf den umlaufenden Dichtring unter Federwirkung stehenden, nicht umlaufenden Dichtringen, mit zwischen diesen gebildeten, mittels in Kanälen zugeführteni Sperrmediiim aufrechterhaltenen Diehtspulten und mit einem gemeinsamen Abflußkanal sowie mit Abdichtungen zwischen jedem der beiden umlaufenden Dichtringe und dem zugeordneten Gehäuseteil.

Aus der DE-OS 21 34 964 ist eine Dichtung bekannt, bei der ein einziger feststehender Dichtring vorhanden ist, der elastisch mittels eines gasdichten als elastische Wand ausgebildeten Balges im Gehäuse aufgehängt ist, welche ihn gegen den mit der Welle umlaufenden Dichtring preßt. Ein zwischen dem umlaufenden und dem feststehenden Dichtring eingeblasener Gasstrom trennt im Betrieb die Berührungsflächen beider Dichtlinge und bildet ein Gaspolster, das ein Berühren der Dichtringe verhindert.

Bei einseitiger Anordnung der radialen Dichtfläche können durch die axiale Anpreßkraft und die vom .Sperrgas im Dichtspalt erzeugte Reibungswärme ungleichmäßige Verformungen des Umlaufringes auftreten, die bei höheren Druckdifferenzen und Umfangsgeschwindigkeiten in der Größenordnung der bei dieser Didilungsbauart extrem kleinen Dichtspalthöhen liegen können, so daß es /um axialen Anstreifen zwischen dem Hinlaufenden und nicht umlaufenden Dichtring und zum Verschleiß der Dichtflächen kommen kann. Außerdem ist eine Kombination der Sperrgasdichtung mit einer anderen Dichtung herkömmlicher Bauart zur Aufnahme der hohen Druckdifferenz aber auch schon im Falle gleichen Druckes auf beiden Seiten der Dichtung ei forderlich, wenn das mit dem Verf.ihrensgas vertragliche Sperrgas tier SpciTgasdkhtung nicht auch mit dem Medium im nach außen an die Sperrgasdichtung angrenzenden Raum, im allgemeinen der Atmosphäre, in Berührung kommen darf.

Gasdichtungen herkömmlicher Bauart, z. B. Labyrinthdichtungen haben den Nachteil erheblicher Leckgasströme, während Flüssigkeitsdichtungen als äußere Dichtung im Falle eines beispielsweise giftigen Sperrgases in der inneren Dichtung ein aufwendiges Sperrflüssigkeitsentgasungssystem erforderlich machen. Außer-

i» dem ergeben sich bei Flüssigkeitsdichtungen hohe mechanische Reibungsverluste, die den Einsatz einer Sperrflüssigkeit wegen deren Konsistenz und Dichte bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten ausschließen und engste Dichtspalte nicht ermöglichen.

!'· Bei der bekannten gasgesperrten, mit Kugellagern versehene Wellendichtung nach der US-PS 32 60 530 handelt es sieh im wesentlichen um eine Kontrolleinrichtung zur Anzeige eines aufgetretenen Schadens in der Abdichtung des Lager-Ringraumes zu den angren-

-'<' zenden Verfahrensräumen bzw. zur Atmosphäre. Diese Dichtung behebt nicht die eingangs beschriebene Schwierigkeit, die Dichtungsflächen vor Verschleiß zu schützen, da nicht gleichzeitig Gleit- und Gegenring abgefedert sind und das Sperrmedium nicht so

-'■' zugeführt wird, daß dadurch Dichtspalte aufrecht erhalten bleiben.

Die Wellendichtung nach der US-PS 24 67 970 weist einen mittels eines O-Rings auf der Welle festgelegten Dichlnng und mittels Bälgen gehaltene nicht umlaufen-

i» de Dichtringe auf. Die Gleitflächen werden mittels eines mit einem unter Druck stehenden Fluid mischbaren Schmiermittel geschmiert. Es ist dabei nicht erwähnt, daß Sperrgas allein verwendet werden kann, wodurch erst die geringen Spalte ermöglicht werden. Darüber

^1; hinaus ist nicht sichergestellt, daß durch den O-Ring der mitlaufende Dichlring auf der Welle sicher gegen Verdrehen gehalten und ausreichend axial abgefedert ist.

Keine der genannten Wcllendichtungcn kann gleich-

lii /eilig eine aus dem Verfahrensraum herausgeführte Welle nahezu hermetisch auf der einen Seite gegen diesen Raum und auf der anderen Seite gegen die Atmosphäre oder einen weiteren angrenzenden Verfahrensraum abdichten und den mit der Welle umlaufenden

>~> Dichtring mit Hilfe eines Sperrgases vor Verschleiß und Verformungen durch die angrenzenden nicht umlaufenden Dichtringe zu schützen.

Bei der in der US-PS 2)^r>>492 beschriebenen Anordnung sind die beiden nicht umlaufenden Dichtrin-

"><> ge an den Gehäuseteilen gegenüber Atmosphäre und Verfahrensraum über Dichtungsringe abgedichtet axial beweglich in zylindrischen Führungen verschiebbar angeordnet. Naturgemäß können solche Dichtungen nicht völlig gasundurchlässig sein, wie dies bei

>) geschlossenen, federndelastischeii Wänden der Fall ist. Der mitlaufende Dichtring ist bei der bekannten Ausbildungsweise starr auf der Welle befestigt.

Die beiden nicht umlaufenden Dichtringe sind nur mit einem Sperrmedium beaufschlagt, weshalb nur eine

w) Zuführungsleitung und auch nur ein Zuführungsraum vorhanden ist.

Der Erfindung liegt, ausgehend von dem bekannten Stand der Icihnik, die Aufgabe zugrunde, eine berührungslose Wellendichtung zu schaffen, bei der

tii Veifoinniiigen des umlaufenden Dichtringes auch bei höheren Driiikdifferen/en vermieden und daher sehr kleine Dkhtspalte ermöglicht weiden und mit der der Verfahrensraum n.ihc/u hermetisch und fast leikagefrei

gegenüber der Atmosphäre abgedichtet werden kann.

Ausgehend von der berührungslosen Wellendichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 besteht die Lösung der gestellten Aufgabe darin, daß .ium gasdichten Abdichten zwischen nicht umlaufendem Dichtring und Gehäuseteil elastische Wände vorgesehen und daß der mitlaufende Dichtnng gasdicht und axial verschiebbar zwischen zwei federnden Hülsen angeordnet sind und die beiden nicht umlaufenden Dichtringe mit zwei unterschiedlichen, miteinander verträglichen, Sperrgasen beaufschlagt sind, wobei dem atmosphärenseitigen, nicht umlaufenden Dichtnng ein mit der Atmosphäre und dem verfahrensraumseitigen nicht umlaufenden Dichtring ein mit dem Verfahrensgas verträgliches Sperrgas zugeführt wird.

Wegen seiner geringeren Dichte und wegen seiner Kompressibilität weist ein Gas als Sperrmedium besondere Eigenschaften auf. Die gestellte Aufgabe kann auch bei der Anpassung der betroffenen in der US-PS 25 55 492 beschriebenen Bauteile nur mit Sperrgasen gelöst werden. Wenn auch nach der US-PS 25 55 492 die Leckage so gering wie möglich gehalten werden soll, so wird mit einem gewissen Leckstrom gerechnet, der in einer Aufbereitungsanlage zur Wiederverwendung gereinigt werden soll. Dies setzt einen nicht unerheblichen Leckstrom geradezu voraus.

Nach der Aufgabe der Erlindung kommt eine Wiederverwendung des Leckgases nicht nur nicht in Frage, sondern es muß die anfallende Leckgasmenge minimal sein. Dies ist nur möglich, wenn die die Dichtspalte bildenden Abstände zwischen dem mitlaufenden Dichtring und den nicht umlaufenden Dichtringen sehr klein gehalten werden können.

Dies schließt aus, daß die Dichtringe fest eingespannt etwa auf der Welle oder mit Bohrungen versehen und mittels Schaltbolzen von Schrauben geführt werden. Schon das Anbringen von Bohrungen oder das Einspannen auf dem Wellenzapfen hätte schädliche Auswirkungen dahingehend, daß die Dichtspalte — ein Anlaufen würde einen erheblichen Schaden bedeuten — größer gehalten werden müßten, als es erforderlich ist, um die Menge des austretenden Lecksperrgases auf geringste Spuren zu verringern. Nur die Unversehrtheit der Dichtringe durch auch nur geringste Formänderungen infolge von auf diese einwirkenden mechanischen Kräften ermöglicht es, die Dichlspalte derart klein zu halten und damit die Leckage nahezu auf Null zu begrenzen.

Dasselbe gilt prinzipiell auch für die Verwendung von Gasen als Sperrmedien, um die Dichtflächen auf einem Abstand zu halten, bei dem der Leckverlust an dem mit dem Verfahrensmedium vermischten Sperrgas annähernd auf Null herabzudrücken ist.

Durch die gleichhohe F.rzeugiing von Reibungswärme auf beiden radialen !lachen des umlaufenden Dichtringes wird ferner gleichmäßige Temperaturverteilung und damit eine geringere Verformung des Umlaufringcs durch Temperatureinflüsse bewirkt, was insbesondere bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten, bei denen größere Reibungswärmen im Sperrgas in der Dichtfläche erzeugt werden, von Bedeutung ist. Verformungen des Umlaiiliinges durch Druckunter schiede werden dadurch weitgehend vermieden, daß an den radialen Dkliill.klien des Umlaiifringes beidseitig Axialkräfte angreifen, die sich gegenseitig aufheben, so dalt es /u keiner Vcrwolhung des Unilaufringes in axialer Richtung kommt. Außeidem k.inti die anfallende Druckdifferenz, /wischen Veifahrensgas und Außen raum auf beide Sperrgasdichiungen aufgeteilt werden. Durch Wahl eines mit dem Außenraum verträglichen Sperrgases in der äußeren Dichtung werden auch hierfür die Vorteile eines geringen Sperrgasverbrauches bzw. der Fortfall einer Flüssigkeitsdichtung mit aufwendigem Sperrflüssigkeits-Entgasungssystem wirk sam.

Durch Wahl eines mit dem Verfahrensgas verträglichen Sperrgases wird verfahrensraumseitig eine Veiunreinigungdes Verfahrensgases vermieden.

Das neue Dichtungssystem ist daher so ausgestaltet, daß an dem Umlaufring praktisch überhaupt keine Verformungskräfte mehr wirksam werden. Die fehlende axiale Belastung des Umlaufringes erlaubt den Einsatz von schmalen Ringen, so daß die Unwuchtkräfte reduziert werden und somit die maximal zulässige Drehzahl weit nach oben verschoben werden kann.

Ein Alisführungsbeispiel de»" gasgesperrten Wellendichtung ist in der Zeichnung dargestellt.

Eine rotierende Welle 4 ist aus einem unter Überdruck siehenden Gehäuse (nicht dargestellt) herausgeführt, wobei dl·; Wellendichtung eine Abdichtung zwischen dem Arbeitsraum (obere Hälfte) und der Atmosphäre (untere 1 lälfte der Zeichnung) besorgt. Mit der Welle 4 ist ein umlaufender Dichtring ) drehfest, jedoch axialverschieblich verbunden.

Im Bereich der Wellendichtung ist die Welle f von einer Gehäusewaml 10 umgeben, in die zwei Gehäuseflansche 5.7 und ib /in Welle 4 hin nach imien vorspringen. Die Gehäuseflansche 5a, 5fa sind im Querschnitt etwa L-förmig ausgebildet, wobei ein Schenkel des L parallel z.ti der Gehäuseinnenwand IO liegt und mit dieser abgedichtet verbunden ist. und der andere Schenkel frei nach innen ragt.

Am freien Schenkel der Gehäusdlansche %.i b/w. 56. die gegenüber den feststehenden Dichtringen 1./. \b spiegelbildlich angeordnet sind, sind elastische Wände 2;i und 2b befestigt, die einen doppelten Zweck er füllen. Zum einen bilden sie eine Abdichtung des toruslöriiiigen Raumes zwischen Gehäuse 10 und Welle 4; zum anderen ist in ihnen eine Federkraft gespeichert, die paarig angeordnet, die feststehenden Dichtlinge l.i und 1/j auf den umlaufenden Dichtring ) drücken, wobei die Anpreßflächen zwischen den Dichtringen l.i und I/> sowie ) einen kleinen Abstand (Dichtspalt) aufweisen und unter Gasdruck stehen. Der Dichtspalt ermöglicht eine relative Bewegung der Dichtringe gegeneinander ohne nennenswerte Reibungsverluste.

Die .Sperrgase werden über Zuführungslcitiingen herangeführt, die inneihalb der Gehäusewjnd 10 mit einem ersten Zuführungskanal 6 bzw. 7 beginnen, der die Gehäusewand durchdringt. Die Zuleitungen /u der Gehäusewand von außen her sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Speit gase werden über weitere Bohrungen It, 12 liinduicligeleitet, die winkelig durch die Gehäusellansche >.;, i/> geführt sind. Am I iide der Bohrungen II, 12 sind gebogene Röhrchen I), 1} vorgesehen, die eine Veibindung zwischen <ier geri.inn ten Bohrung und einer weiteren liohrtaig I» bzw lh bilden, die in den feststehenden Dichtungen l.i. I/i vorhanden sind. Die Buhiur.gen I >, 16 enden im Bereu h der bereits erw.ihnlen Dichlsp.iltc zwischen den Dichtringen Ij, I7>I>z\a J I >ie ÖHn.mg ist erueitei ι

l?'e abströmenden Gase gelangen zum einen I eil ms dem Dichtspalt zwisilien ilen Dulilrmgeii in eiiun gemeinsamen Ablalik.ui.il 4 Der andere Ieil fel.niiM in den Raum /wischen Welle und ledernden Hülsen (0 insbesondere in den Kaum 50, der im folgenden

hi'si'hi ii-licn wird.

ΛιιΙ der Welle 4 sind mitdrehende, ledernde I liilscn 40 iiliei Befestigungsvorrichtungen 41 veiinindcn. Der umlaufende King 3 ist über die federnden Hülsen 40 verbunden. Der umlaufende Ring 3 isl über die lcdi-imim Hülsen 40 auf der Welle befestigt, mit der Welle 4 ist er nicht direkt \ ei bunden. Ii kann sich je nach der auf ihn wirkenden Druckhclastung auf der WcIU axial einstellen. Die mit dem Vcrfahrcnsraum b/w.dei Atmosphäre in Verbindung stehenden Räume i> /wischen dci Welle 4 und den feststehenden Ringen la, 1/?sind möglichst klein ausgelegt.

Durch den Kanal 42 bzw. 41. der zum Verfahrensraum h/w. zur Atmosphäre gehört, stellt sich ein Druckgleichgewicht ein, das für einen Ausgleich der Kräfte sorgt, ι Die eingebauten Dichtungselcmente werden dabei nicht veiformt.

Dadurch, daß die Spähe zwischen den Dichtringen mittels des für jede [-!inzcldichtung gesonderten Spcrrgascs sclbsltätig in ihrer Breite eingestellt werden können, wird ein berührungsfreier Lauf der Dichtung garantiert. Der umlaufende Dichtring 3 ist zwischen federnden Hülsen 40 angeordnet und somit axial verschiebbar.

Die Funktion der Wellendichtung ist aus der Zeichnung erkennbar. Beispielsweise wird durch den Kanal 6 auf der verfahrensseitigcn Dichtungsstufc ein für das Verfahrensgas verträgliches .Sperrgas eingedrückt. Die atinosphärenscitigc Dichtungsstufc wird durch den Kanal 7 mit einem Sperrgas betrieben, das ohne Schaden in die Atmosphäre entweichen darf. Durch Vermischung dieses Sperrgases mit dem aus dem verfahrcnsseitigen Dichtring in den Mischbereich gelangenden verfahrensseitigen Sperrgas wird ein kontrollierter Abzug sichergestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Palentanspruch:

   Wellendichtung mit einem mit der Welle umlaufenden Dichtring und beidseitig gegenüber in besonderen Gehäuseteilen angeordneten, axial beweglichen und in Richtung auf den umlaufenden Dichtring unter Federwirkung stehenden, nicht umlaufenden Dichtringen mit zwischen diesen gebildeten, mittels in Kanälen zugeführtem Sperrmedium aufrechterhaltenen Dichtspalten und mit einem gemeinsamen Abflußkanal sowie mit Abdichtungen zwischen jedem der beiden unlaufenden Dichtringe und dem zugeordneten Gehäuseteil, dadurch gekennzeichnet, daß zum gasdichten Abdichten zwischen jedem der nicht umlaufenden Dichtringe (la, Xb) und dem zugeordneten Gehäuseteil je eine elastische Wand vorgesehen ist und der mitlaufende Dichtring (3) gasdicht und axial verschiebbar zwischen zwei federnden Hülsen (40) angeordnet ist und die beiden nicht umlaufenden Dichtringe (la. Xb) mit zwei unterschiedlichen, miteinander verträglichen, Sperrgasen beaufschlagt sind, wobei dem atmosphärenseitigen, nicht umlaufenden Dichtring (Xb) ein mit der Atmosphäre und dem vcifahrensraumseitigen nicht umlaufenden Dichtring (I a) ein mit dem Verfahrensgas verträgliches Sperrgas zugeführt wird.