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Axiale hydrodynamische Gleitringdichtung Die Erfindung betrifft eine
axiale hydrodynamische Gleitringdichtung für Heißwasser-Hochdruckpumpen, insbesondere
für Kernenergieeinrichtungen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Von Vorteil ist es ferner, wenn die nichtmetallischen Dichtungsringe
aus Materialien gleicher Härte hergestellt sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.