DE2614884A1 - Axiale hydrodynamische gleitringdichtung - Google Patents

Description

• Axiale hydrodynamische Gleitringdichtung Die Erfindung betrifft eine axiale hydrodynamische Gleitringdichtung für Heißwasser-Hochdruckpumpen, insbesondere für Kernenergieeinrichtungen.
• Es sind Hochdruck-Gleitringdichtungen bekannt, die aus zwei bzw. mehreren durch kapillare Druckminderer miteinander verbundenen Gleitringen bestehen und deren Funktion die Druckmessung ist, Solche Konstruktionen weisen eine Reihe von Nachteilen auf, die sowohl durch die Druckaufteilung zwischen den einzelnen Stufen, als auch durch die eigentliche Konstruktion der einzelnen Stufen der Gleitringdichtungs-Kombination verursacht sind. Die Eingliederung von kapillaren Druckminderern zwischen den einzelnen Stufen der Gleitringdichtungs-Kombination erfordert entweder einen eingeschobenen Komplex eines Druckflfissigkeits-Kreislaufes oder die Verwendung von Zwischenkühlern vor bzw. hinter dem Kapillarrohr, was eine ungSinstige Betriebszuverlässigkeit der Dichtungsbaugruppe zur Folge hat. Kapillarrohre von gleichbleibendem Durchmesser lassen ungeachtet der Funktionsweise der Gleitringdichtung eine konstante Flüssigkeitsmenge durch, so daß bei einer Störung an der ersten Stufe der Gleitringdichtung die Wirksam.keit der frigen beiden Stufen nicht verbessert werden kann.
• Die starre Halterung der nichtmetallischen Dichtungsringe des Reibungspaares in massiven Metallfassungen durch Aufpressen bzw. Einkleben verursacht außer zusätzliche technische Herstellungsvorgänge, wie z. B, mechanisches Bearbeiten der eingeklebten oder eingepreßten Ringe, eine Reihe von Problemen. Insbesondere verschlechtert sich die Dichtungswirkung aufgrund von Kräfte- und Wärmeverzerrungen der Metalifassung, die sich auf nichtmetallische Ringe des Reibungspaares übertragen. Die Lebensdauer des aus Materialien verschiedener Härte hergestellten Reibungspaares wird durch die Beständigkeit des Materials von geringerer Härte bestimmt, die mit der Druckerhöhung der abzudichtenden Medien schnell abnimmt. Durch den Einsatz von Zwischenkühlern vor bzw. hinter den Kapillarrohren erhöht sich die Anzahl von in Serie geschalteten Elementen mit unterschiedlichen Zuverlässigkeitskoeffizienten, so daß die betriebssichere Funktionsfähigkeit, die sich aus den Zuverlässigkeits-Koeffizienten der einzelnen Elemente zusammensetzt, insgesamt stets niedriger ist als der kleinste Zuverlässigkeits-Koeffizient des einzelnen Elementes. Außerdem beanspruchen diese Dichtungs-Einrichtungen, welche Zwischenkühler vor oder hinter dem Kapillarrohr verwenden, einen nachteilig großen Bauraum.
• Aufgabe der Erfindung ist es also, eine Gleitringdichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die gegenüber bekannten Einrichtungen bei vereinfachter Herstellung zuverlässiger abdichtet und deren einzelne Dichtungselemente eine längere Lebensdauer haben.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Rohrleitungsschleifen einzefüzte Kapillare von KGhlmänteln umgeben sind, welche eine sekundäre Zuleitung und eine sekundäre Ableitung des Kühlwassers aufzuweisen haben.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die stationäre etallbuchse und die rotierende Metallbuchse der Dichtungsstufe auf ihren inneren Funktionsflächen Aufsitz-Ringflächen auf, in denen sich Halbkreisnuten befinden, wobei der rotierende und der stationäre nichtmetallische Dichtungsring auf beiden Seiten mit Aufsitz-Ringflächen versehen sind, von denen in einer inneren Aufsitz-Ringfläche eines der beiden Dichtringe Segmentaussparungen angeordnet sind.
• Ferner können vorteilhaft die offenen Enden von Halbkreisnuten auf dem inneren Umfang der Ring-Aufsitzflächen der stationären sowie der rotierenden Buchse in den Raum des niedrigeren Dichtungsdruckes münden.
• Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, daß die im Außenumfang der Ring-Aufsitzflächen des einen der beiden Dichtungsringe gebildeten Segmentaussparungen in den Raum des höheren Dichtunzsdruckes münden.
• Von Vorteil ist es ferner, wenn die nichtmetallischen Dichtungsringe aus Materialien gleicher Härte hergestellt sind.
• Im folrenden wird ein Ausffihrungsbeispiel der Erfindunz anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen achsialen Schnitt durch die aus drei Dichtungsstufen bestehende axiale hydrodynamische SleitrinZdichtung; Fiz. 2 ein Detail der Kapillare im Achsschnitt; Fig. 3 das System der (leitdichtungsstufe im Achsschnitt; Fig. 4 einen Teilschnitt durch die Rotationsbuchse; Fig. 5 eine Teilansicht des Arbeitsteiles der Buchse in Richtung des Pfeiles P; Pim. 6 einen Teilschnitt durch den nichtmetallischen Ring; Fig. 7 eine Teilansicht des Funktionsteiles des nichtmetallischen Ringes von Fig. 6 in Richtung des Pfeiles S.
• Die dargestellte hydrodynamische Gleitringdichtung umfaßt drei Stufen I, II, III mit jeweils einer Hochdruckdichtung, von denen jede sich-aus einem Dichtungskörper 1, einer stationären Flanschbuchse 2 und einer auf einer Welle 4 festgekeilten rotierenden Flanschbuchse 3 zusammensetzt. Am Umfang der Flanschteile der Buchsen 2, 3 sind Bundringe 21, 31 anzeordnet. In dem Bundring 21 der stationären Buchse 2 ist ein stationärer nichtmetallischer, beispielsweise ein Rohlenstoff-Dichtring 5, angeordnet, woreren im -Bundring 31 der rotierenden Buchse 3 ein itiitlsufender nichtmetallischer Dichtring 6 gelagert ist. Zwischen dem Dichtungskörper 1 und der stationären Flanschbuchse 2 sind Druckfedern 7 vorgesehen. Die 1. Stufe der axialen hydrodynamischen Cleitringdichtung ist mit einem Zulauf 8 für Druck-Kühlwasser versehen, und die letzte Stufe III der C,leitringdichtung weist eine Ableitung 9 auf. Die Druckseiten der einzelnen Stufen I, II, III der Gleitringdichtung sind durch Rohrschleifen 10, 10' miteinander verbunden, wobei in Jeder dieser Fohrschleifen 10, 10' hintereinandergeschaltete Kapillare 11, 11' eingebaut sind, di im Kühlmantel 12, 12' liegen. Die Kapillare 11, 11' ist in der Rohrschleife 10, 10' durch Druckminderstopfen 13, 13' gehalten. In der Rohrschleife 10, 10' befindet sich vor dem übergang zur Kanillare 11, 11' ein Wärmefühler 14, 14'. An den Kühlmantel 12, £2' ist sowohl die Sekundärleitung 15, 15' des Kühlwassers, in der eine von den Signalen des Wärmefühlers 14, 14' betätigte Regelarmatur 17, 17' sitzt, als auch eine Sekundär-Ableitung 16, 16' angeschlossen. Der eigentliche Verlauf der Kapillare 11, 11' ist durch deren Länge bestimmt und wird in der Regel in einer Schraubenlinie mit dem Durchfluß in der Richtung von unten nach oben verlegt.
• Die an die I. Stufe der axialen hydrodynamischen Gleitringdichtung über die Zuleitung 8 herangeführte Kühlflüssigkeit nimmt die Wärme dieser I. Stufe der Gleitringdichtung auf und gelangt anschließend zur weiteren II. Stufe über die Rohrschleife 10, in der die Kapillare 11 eingebaut ist.
• In der Kapillare 11 findet eine Druckminderung auf einen für den Eintritt in die II. Stufe der Gleitringdichtung geforderten Wert und zßeichzeitig eine Abkühlung des durchströmenden Kühlwassers auf einen durch den Wärmefühler 14 eingestellten Wert statt. In die II. Stufe der Dichtung gelangt das Eühlwasser mit einer entsprechenden Temperatur und einem entsprechenden Druck. Nach dem Verlassen der II. Stufe-der axialen hydrodynamischen Gleitringdichtung strömt das Kühlwasser, welches die Wärme dieser II. Stufe aufgenommen hat, durch die Rohrschleife 10'. Während der Durchströmung durch die Kapillare ii, wiederholt sich der gesamte Vorgang der Temperatur- und Druckminderung des Kühlwassers auf die gleiche Weise, wie dies in der Kapillare 11 der Rohrschleife 10 der Fall war. In die III. Stufe der axialen hydrodynamischen Gleitringdichtung tritt das Y,ühlwasser mit dem minimalen geforderten Druck und der entsnrechenden Temperatur. Aus dieser letzten Stufe wird das Kühlwasser huber die Ableitung 9 in den Kreislauf geleistet.
• Nach Fig. 3 besteht jede Stufe der axialen hydrodynamischen Gleitringdichtung aus dem in der Nabe 18 gelagerten und gegen den Achsschub durch einen Deckel 19 festgelegten Dichtungskörper 1, in dem die auf dem Umfang des Flanschteiles mit dem Bundring 21 versehene stationäre metallische Flanschbuchse 2 lagert. Im Bundring 21 ist der stationäre nichtmetallische, vorzugsweise aus Kohlenstoff bestehende, Dichtring 5 aufgenommen.
• Auf dem abgesetzten Ende der Welle 4 ist die rotierende metallische Flanschbuchse 3 aufgekeilt, die an ihrem Umfang des Flanschteiles den Bundring 31 enthält, in dem der rotierende, nichtmetallische Dichtring 6 aus vorzugsweise Kohlenstoff lagert. Der Dichtungskörper 1 weist an seiner Stirnfläche Bohrungen 20 auf, in denen sich Federn 7 abstützen, welche den aus der stationären Flanschbuchse 3 und dem stationären Dichtring 5 gebildeten ortsfesten Teil genen den aus der rotierenden Planschbuchse 3 und dem rotierenden Dichtring 6 bestehenden umlaufenden Teil der Dichtung drtckt. Zur Ausschaltung einer wormänderunrX der Kohlenstoff-Dichtringe 5, 6 bei .DruckAnderunren auf der Seite höheren Druckes sind auf den inneren Funktionsflächen 22, 32 der stationären vlanschbuchse 2 und der rotierenden Flanschbuchse 3 Ring-Sitzflächen und Läppflächen 23, 33 gebildet, in denen Halbringnuten 24, 34 angebracht sind, deren offene Enden in den Dichtungsraum mit niedrigerem Druck münden. Damit wird beim Einhalten einer ausreichenden i3reite der Sitzflächen 23, 33 der Wirkungsbereich des höheren Druckes verengt, was einen Ausgleich der Druckkräftemomente zur Folge hat und so Verformungen der Dichtrinre 5, 6 verhindert, welche die Lebensdauer dieser Ringe bedeutend beeinflussen. Der stationäre Kohlenstoffring 5 und der rotierende Kohlenstoffring 6 sind beiderseitig mit symmetrischen geläppte Ring-Sitzflächen 51, 52, 61, 62 versehen, wobei auf den Reibflächen zwecks des thermohydrodynamischen Effektes die innere Ring-Sitzfläche 52, 62 eines der beiden Dichtringe 5, 6 zum Raum des höheren Druckes geöffnete Segment-Aussparungen 53, 63 aufweist. Durch die gegenseitige Gleitbewegung der Dichtflächen 52, 62 bildet sich hinter der Segmentaussparung 53, 63 ein Flüssigkeitskeil, welcher die Kühlung verbessert, die Reibung beider Dichtringe 5, 6 verringert und somit deren Lebensdauer verlängert. Zwecks Drehmomentübertragung sind die Dichtringe 5, 6 auf ihrem Umfang mit Keilpresslingen 54, 64 versehen, in welche die entsprechende Zunge des Bundringes 21, 31 eingreift.
• Durch diese Gestaltung der Sitz flächen der stationären und der rotierenden Buchse, sowie der Dichtringe wird ein Ausgleich der Kräfte- sowie der Wärme-Formänderungen der Gleitdichtungs-Funktionsteile erreicht, was eine bedeutende Verlängerung ihrer Lebensdauer zur Folge hat.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Axiale hydrodynamische Gleitringdichtung mit mindestens zwei miteinander durch Kapillarrohr-Druckminderern verbundenen axialen Dichtungsstufen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß in Rohrleitungsschleifen (10, 10') eingefügte Kapillare (11, 11') von Kühlmänteln (12, 12') umgeben sind, welche eine sekundäre Zuleitung (15, 15') und eine sekundäre Ableitung (16, 16') des Kühlwassers aufzuweisen haben.

2. Gleitringdichtunz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor die Kanillaren (11, 11') in die Rohrleitungsschleifen (10, 10') ein Wärmefühler (14, 14') zur Betätigung einer in die sekundäre Zuleitung (15, 15') des Kühlwassers eingebauten Regelarmatur (17, 17') eingeschlossen ist.

3. Dichtungsstufe für eine axiale hydrodynamische Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einer stationären Buchse mit einem stationären nichtmetallischen Dichtring und einer rotierenden Buchse mit rotierendem nichtmetallischen Dichtring, dadurch gekennzeichnet, daß die stationäre Metallbuchse (2) sowie die rotierende Metallbuchse (3) auf ihren inneren Funktionsrlächen (22, 32) Ring-Aufsitzflächen (23, 33) aufweisen, in denen sich Halbkreisnuten (24, 34) befinden, und daß der rotierende nichtmetallische Dichtungsring (6) sowie der stationäre nichtmetallische Dichtungsring (5) auf beiden Seiten mit Aufsitz-Ringflächen (51, 52, 61, 62) versehen sind, wobei die innere Aufsitz-Ringfläche (52, 62) eines der beiden Dichtungsringe (5, 6) Segmentaussparungen (53, 63) enthält.

4, Dichtungsstufe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Enden der Halbkreisnuten (24, 34) auf dem inneren Umfang der Ring-Aufsitzflächen (23, 33) der stationären sowie der rotierenden Buchse (2, 3) in den Raum des niedrigeren Dichtungsdruckes münden,

5. Dichtungsstufe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im äußeren Umfang der Ring-Aufsitzflächen (23, 33) des einen der beiden Dichtungsringe (5, 6) gebildeten Segmentaussparungen (53, 63) in den Raum des höheren Dichtungsdruckes münden.

6. Dichtungsstufe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmetallischen Dichtungsringe (5, 6) aus Materialien gleicher Härte bestehen.