DE2714284C3

DE2714284C3 - Shaft seal arrangement with two mechanical seals connected axially one behind the other in the leakage path

Info

Publication number: DE2714284C3
Application number: DE19772714284
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(Grad.) 6370 Oberursel Nothacker
Original assignee: Flexibox 6000 Frankfurt GmbH
Current assignee: Flexibox 6000 Frankfurt GmbH
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1977-03-31
Publication date: 1981-02-26
Also published as: DE2714284A1; DE2714284B2

Description

Die Erfindung bezieht sL-h auf t_,ne Wellendichtungsanordnung mit zwei im LecUweg axial hintereinandergeschalteten Gleitringdichtungen, zwischen welchen eine Drossel vorgesehen ist, welche die Bildung zweier voneinander getrennter Sperräume bewirkt, deren jeder einer der beiden Gleitringdichtungen zugeordnet ist. wobei eine Sperr- und Kühlflüssigkeitszu- und -ableitung für den der nachgeschalteten Gleitringdichtung zugeordneten Sperraum vorgesehen ist. Eine Wellendichtungsanordnung dieser Art ist aus der DD-PS 56 415 bekannt.The invention relates sL-h to t_, ne shaft seal arrangement with two mechanical seals connected axially one behind the other in the LecUweg, between which a throttle is provided which causes the formation of two separate blocking spaces, the each one of the two mechanical seals is assigned. wherein a barrier and cooling liquid supply and -Discharge is provided for the blocking space assigned to the downstream mechanical seal. One Shaft sealing arrangement of this type is known from DD-PS 56 415.

Bei der bekannten Ausbildung wird auch im der produktseitigen Gleitringdichtung zugeordneten Sperrraum die Sperr- und Kühlflüssigkeit zum Zirkulieren gebracht wobei ständig ein etwas über dem Produktdruck liegender Druck aufrechterhalten wird. In der Zu- und Ableitung zum der atmosphärenseitigen Gleitringdichtung zugeordneten Sperraum ist je ein Ventil angeordnet, wobei die%e so gesteuert werden, daß der Druck unter Berücksichtigung des über den Drosselspalt noch überströmenden Sperr- und Kühlmittels nur wenig über dem Atmosphärendruck liegtIn the known design, there is also a blocking space associated with the product-side mechanical seal the sealing and cooling liquid circulated, with a constant slightly above the product pressure lying pressure is maintained. In the supply and discharge line to the mechanical seal on the atmospheric side assigned blocking space is each arranged a valve, the% e are controlled so that the Pressure taking into account the barrier and coolant still overflowing through the throttle gap is little above atmospheric pressure

Die bekannte Ausbildung ist deshalb sehr aufwendig, weil ?ine Pumpe vorhanden sein muß. die das Sperr- und Kühlmittel unter einem hohen, den Produktdruck sogar noch übersteigenden Druck zuführt, und weil Regeleinrichtungen vorhanden sein müssen, die die Zu- bzw Abströmung über die Ventile in Abhängigkeit von den Leckverhältnissen und Durchsatzmengen gerade in einem solchen Gleichgewicht halten, daß sich die gewünschten Drücke einstellen. Mit dieser Kompliziertheit der Hilfsaggregate ist eine entsprechend niedrige Zuverlässigkeit der Dichtungsanordnung und damit eine niedrige Sicherheit verbunden.The known training is very expensive because a pump must be present. the the lock and Supplying coolant under a high pressure that even exceeds the product pressure, and because control devices must be available, which the inflow and outflow via the valves depending on the Keep leakage ratios and throughput rates in such a balance that the set the desired pressures. This complexity of the auxiliary equipment is correspondingly low Reliability of the sealing arrangement and thus a low level of security associated.

Hinzu kommt, daß in jedem der Sperräume der Sperr- und Kühlflüssigkeitsdruck etwas höher aufrechterhalten werden muß als der jeweilige Gegendruck. Dies bedeutet, daß es schon im Normalbetrieb und erst recht bei einem Versagen einer der Dichtungen zu einem Obertreten der Sperr- und Kühlflüssigkeit kommen wird. Wenn z. B. das abzudichtende Produkt Äthylen ist, das in hochreiner Form zur Verfügung stehen muß, wäre ein Obertreten der Sperr- und Kühlflüssigkeit ganz unzulässig.In addition, the barrier and cooling liquid pressure are maintained somewhat higher in each of the locking spaces must be than the respective counter pressure. This means that it is already in normal operation and even more so if one of the seals fails, the barrier and cooling liquid will overflow will. If z. B. the product to be sealed is ethylene, which must be available in a highly pure form, a stepping over the barrier and cooling liquid would be completely inadmissible.

Wenn bei der vorstehend betrachteten Autbildung die Druckbeaufschlagung der Sperräume und derIf in the above Autbildung the pressurization of the locking spaces and the

ίο Drosselspalt zwischen diesen weggelassen wird, so handelt es sich um eine übliche Doppelgleitringdichtung aus vorgeschalteter Hauptdichtung mit nachgeschalteter Reservedichtung, bei der im Normalbetrieb die vorgeschaltete Dichtung das gesamte Druckgefälle aufnimmt, während die nachgeschaltete Dichtung in einer Schmiermittelumgebung läuft, ohne einer wesentlichen Druckdifferenz unterworfen zu sein. Bei einer solchen Ausbildung, bei der das bei Ausfallen der vorgeschalteten Dichtung austretende Produkt direktίο the throttle gap between these is omitted, so it is a common double mechanical seal consisting of an upstream main seal with a downstream one Reserve seal, in which, in normal operation, the upstream seal covers the entire pressure gradient while the downstream seal is running in a lubricating environment without substantial To be subject to pressure difference. In such a training, in which the failure of the upstream seal leaking product directly

μ zur nachgeschalteten Dichtung gelangt besteht die Gefahr, daß das Produkt hierbei das Schmiermittel von der nachgeschalteten Dichtung wegschleudert Diese Gefahr ist insbesondere dann gegeben, wenn das Produkt leicht siedet und im abgedichteten Raum in flüssiger Phase vorliegt Durch den Druckabfall beim Austreten aus der k-cken vorgeschalteten Hauptdichtung kommt es zu einer plötzlichen Verdampfung, wobei die Gase verpuffungsartig die nachgeschaltete Reservedichtung erreichen und deren Schmiermittelμ reaches the downstream seal, the There is a risk that the product will throw the lubricant away from the downstream seal There is a particular danger if the product boils slightly and is in the sealed room liquid phase is present Due to the pressure drop when exiting the k-cken upstream main seal there is a sudden evaporation, with the gases deflagrating the downstream Reach reserve seal and its lubricant

JO wegschleudern. Die Reservedichtung gerät dadurch in den Zustand der Trockenreibung oder Mischreibung und fällt selbst in kürzester Zeit aus.Throw JO away. The reserve seal gets in the state of dry friction or mixed friction and fails itself in a very short time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellendichtungsanordnung mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszubilden, daß der hohe Aufwand für die Zusatzeinrichtungen weitgehend in Forlfall kommt und dennoch die Funktionsfähigkeit auch dann gewährleistet ist. wenn die vorgeschaltete Gleitringdichtung ausfällt und die nachgeschaltete Gleitringdichtung die volle Abdichtung des abzudichtenden Produkts mit seinem vollen Druck übernehmen muß. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn das abzudichtende Medium ein leicht siedendes Produkt ist.The invention is based on the object of a shaft seal arrangement having the features according to the preamble of claim 1 in such a way that the high expenditure for the additional devices largely comes into play and the functionality is still guaranteed. if the upstream mechanical seal fails and the downstream mechanical seal fails completely of the product to be sealed must take over with its full pressure. This is of particular importance if the medium to be sealed is a low-boiling product.

■)5 Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der der vorgeschalteten Gleitringdichtung zugeordnete Sperraum über eine Leitung an den Oasraum eines Vorlagebehälters angeschlossen ist. dessen Flüssigkeitsraum einerseits mit■) 5 In order to solve the problem posed, according to the invention suggested that the upstream mechanical seal associated barrier space via a Line is connected to the oas space of a storage container. its liquid space on the one hand with

v> der Sperr- und Kühlflüssigkeitszuleitung. andererseits mit der Sperr- und Kühlflüssigkeitsableitung für den der nachgeschalteten Gleitringdichtung zugeordneten Sperraum verbunden ist. v> the barrier and coolant supply line. on the other hand, it is connected to the barrier and cooling liquid discharge for the barrier space assigned to the downstream mechanical seal.

The shaft seal obtained by the invention

*>"> anordnung ist relativ einfach im Aufbau. Im Normalbe trieb werden die Gleitringe der nachgeschalteten Gleitringdichtung nur mit geringem Druck belastet. Außerdem werden sie dauernd von Sperrflüssigkeit umgeben, und zwar auch dann, wenn die vorgeschaltete *>"> arrangement is relatively simple in structure. In normal operation, the sliding rings of the downstream mechanical seal are only loaded with low pressure. In addition, they are constantly surrounded by barrier fluid, even if the upstream

M) Gleitringdichtung undicht wird. Es wird somit die Schmierung der Gleitringe der nachgeschalteten Gleitringdichtung auch dann gewährleistet, wenn die vorgeschaltete Gleitringdichtung übermäßig leckt. Selbst wenn ein leicht siedendes Produkt durch dieM) the mechanical seal is leaking. It becomes the Lubrication of the sliding rings of the downstream mechanical seal is guaranteed even if the upstream mechanical seal leaks excessively. Even if a low-boiling product passes through the

h^r> vorgeschaltete Gleitringdichtung abzudichten ist, wird bei Leckage dieser Gleitringdichtung die Funktionsfähigkeit der nachgeschalteten Gleitringdichtung nicht beeinträchtigt. Zwar wird das durch die undichtebe sealed h ^r> upstream mechanical seal will not affect the functionality of the downstream mechanical seal leakage at the mechanical seal. Admittedly this is caused by the leaking

vorgeschaltete Gleitringdichtung tretende Produkt in dem dieser Gleitringdichtung zugeordneten Sperraum bei großer Volumenänderung in die Gasphase Obergehen, doch gelangt dieses Gas nicht unmittelbar an die nachgeschaltete Gleitringdichtung, so daß es hier auch nicht die Sperrflüssigkeit verdrängen kann. Das Gas wird vielmehr über die weite Leitung von dem der vorgeschalteten Gleitringdichtung zugeordneten Sperrraum zum Vorlagebehälter geleitet und drückt nun mit seinem eigenen Druck auf die Sperrflüssigkeit im Vorlagebehälter. Somit wird die SperrflüssigKeit unter den gleichen Druck wie die Leckage gesetzt und kann nicht durch diese von der nachgeschalteten Gleitringdichtung verdrängt werden. Daher bleibt die Schmierung der nachgeschalteten Gleitringdichtung auch dann erhalten, wenn die vorgeschaltete Gleitringdichtung undicht wird.upstream mechanical seal entering product the blocking space assigned to this mechanical seal passes into the gas phase in the event of a large change in volume, but this gas does not get directly to the downstream mechanical seal, so that it is here too cannot displace the sealing liquid. Rather, the gas is supplied via the wide line from that of the upstream mechanical seal is directed to the storage tank and now presses with it its own pressure on the sealing liquid in the storage tank. Thus, the barrier liquid is below set the same pressure as the leakage and cannot pass through this from the downstream mechanical seal be displaced. Therefore, the downstream mechanical seal remains lubricated if the upstream mechanical seal is leaking.

Wenn dafür gesorgt wird, daß im Vorlagebehälter das Leckmedium nur in Gasform vorhanden ist, dann kann sich dieses Gas allenfalls bis zur Sättigung mit der Sperrflüssigkeit mischen und es wird vor de · nachgeschalteten Gleitringdichtung immer eine Flüssigkeit anstehen, die sehr viel leichter abzudichten ist als das Leckagemedium. Damit die in den Vorlagebehälter gelangende Leckage hier nur in Gasform vorhanden sein kann, empfiehlt es sich noch, im Vorlagebehälter eine Heizung einzubauen, welche die nach dort gelangende Leckage entsprechend erwärmtIf it is ensured that the leakage medium is only present in gaseous form in the storage container, then it can This gas mixes with the sealing liquid at most until it is saturated and it is connected upstream of the downstream Mechanical seal, there is always a liquid that is much easier to seal than that Leakage medium. So that the leakage reaching the storage tank is only present here in gaseous form can be, it is still advisable to install a heater in the storage tank, which the after there any leakage is heated accordingly

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung weiter erläutert, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulichtThe invention is explained further below with reference to the drawing, which shows an exemplary embodiment illustrated

Die dargestellte Wellendichtungsanordnung dient dazu, das Produkt, beispielsweise einen leichten Kohlenwasserstoff, im Innenraum 1 der nicht näher gezeigten Pumpe mit der rotierenden Welle 2 gegenüber der Atmosphäre 3 abzudichten. Die Wellendichtungsanordnung weist eine vorgeschaltete Gleitringdichtung mit dem umlaufenden Gleitring 4 und dem mit diesem ; aarenden gehäusefesten Gegenring S und eine nachgeschaltete Gleitringdichtung mit dem umlaufenden Gleitring 6 und dem mit diesem oaarenden gehäusefesten Gegenring 7 auf. Sowohl die Gleitringe der vorgeschalteten Gleitringdichtung als auch die Gleitringe der nachgeschalteten Gleitringdichtung liegen stet, mit ihren Gleitflächen aneinander; ihre Dichtsoalte sind also immer geschlossen.The illustrated shaft seal arrangement is used to protect the product, for example a light one Hydrocarbon, in the interior 1 of the pump (not shown in detail) with the rotating shaft 2 to seal against the atmosphere 3. The shaft seal arrangement has an upstream mechanical seal with the rotating seal ring 4 and with this; aarenden counter ring S and fixed to the housing a downstream mechanical seal with the rotating slide ring 6 and the oaarenden with this counter ring 7 fixed to the housing. Both the sliding rings of the upstream mechanical seal and the Sliding rings of the downstream mechanical seal are steadily, with their sliding surfaces against each other; their Seals are always closed.

Zwischen der vorgeschalteten Gleitringdichtung 4, 5 und der nachgeschalteten Gleitringdichtung 6, 7 ist eine Drossel 8 angeordnet, so daß ein Sperraum 9 und ein durch die Drossel 8 von diesem getrennter Sperraum 10 entsteht. D^r Sperraum 9 ist mittels einer Leitung 1 ί mit dem Gzsraum 12 eines Vorlagebehälters 13 verbunden. Dieser is', außerdem über eine Leitung 14 mit eingebauter Blende IS an eine nichtgezeigte Fackel angeschlossen. Der untere Teil des Vorlagebehälters 13 nimmt eine Sperr- und Kühlflüssigkeit 16 auf, die sowohl gut schmierend, als auch gut verträglich gegenüber dem abzudichtenden Produkt sein soll.Between the upstream mechanical seal 4, 5 and the downstream mechanical seal 6, 7 is a Throttle 8 arranged so that a blocking space 9 and a blocking space 10 separated therefrom by the throttle 8 arises. D ^ r lock space 9 is by means of a line 1 ί with connected to the main space 12 of a storage container 13. This is', also via a line 14 with built-in aperture IS connected to a torch, not shown. The lower part of the storage container 13 takes a barrier and cooling liquid 16, which is both good lubricating, and well tolerated compared to the should be the product to be sealed.

Between the liquid filled lower part of the

Vorlagebfchälters 13 und dem Sperraum 10 besteht eine die Zirkulation der Sperrflüssigkeit ermöglichende Verbindung durch zwei Leitungen 17 und 18. An dem Gleitringpaar 6, 7 steht somit immer gut schmierende Sperrflüssigkeit Aufgrund der Thermosiphonwirkung ergibt sich ein dauernder Umlauf der Sperrflüssigkeit und damit eine wirksame Kühlung. Der Sperrflüssig· keitsumlauf kann gegebenenfalls auch durch eine zusätzliche kleine Pumpe noch gesteigert werden, ίο Der Druck innerhalb des Vorlagebehälters 13 stimmt im Normalbetrieb etwa mit dem Druck der Atmosphäre 3 überein oder liegt nur wenig darüber. Bei einem etwaigen Undichtwerden der vorgeschalteten Gleitringdichtung 4,5 gelangt die Leckage in den Sperraum is 9. Ist das abzudichtende Medium eine leicht siedende Flüssigkeit, dann wird die Leckage beim Eintritt in den Sperraum 9 sofort in den Gaszustand übergehen und infolge der erheblichen Volumensvergrößerung einen beachtlich großen Raum beanspru-^en. Deshalb sind μ der Sperraum 9 und die Leitung 11 -ntsprechend groß bzw. weit bemessen. Der unmittelbare Zutritt zum Gleitringpaar 6, 7 der nachgeschalteten Gleitringdichtung ist der Leckage durch die Drossel 8 versperrt Die Leckage wird daher in den Gasteil 12 des Vorlagebehälters 13 eintreten und bewirken, daß auf der Sperrflüssigkeit in dem Sperraum 10 der gleiche Druck lastet mit dem sie selbst behaftet ist Auf keinen Fall wird sie aber die die Gleitringe 6,7 schmierende Sperrflüssigkeit von diesen Gleitringen verdrängen. Das Verpuffen des Druckanstiegs zur Fackel hin ist durch die Blende IS verhindertVorlagebfchälters 13 and the barrier space 10 is a the circulation of the barrier fluid enabling connection through two lines 17 and 18. On the Sliding ring pair 6, 7 is therefore always well-lubricating barrier fluid due to the thermosiphon effect the result is a continuous circulation of the barrier fluid and thus effective cooling. The barrier liquid If necessary, the circulation can also be increased by using an additional small pump, ίο The pressure inside the storage container 13 agrees with the pressure of the atmosphere in normal operation 3 matches or is only slightly higher. In the event of a leak in the upstream mechanical seal 4.5 the leakage gets into the barrier space is 9. If the medium to be sealed is a low-boiling medium Liquid, then the leakage will immediately change into the gas state upon entry into the blocking space 9 and as a result of the considerable increase in volume, they take up a considerable amount of space. That's why μ the barrier space 9 and the line 11 - correspondingly large or wide dimensioned. Direct access to the sliding ring pair 6, 7 of the downstream mechanical seal the leakage is blocked by the throttle 8 The leakage is therefore in the gas part 12 of the storage container 13 enter and cause that on the barrier liquid in the barrier space 10, the same pressure loads with which it is afflicted by itself In no case does it become the sealing liquid that lubricates the sliding rings 6, 7 displace these slip rings. The pressure increase towards the flare is deflated by the diaphragm IS prevented

Durch den Einbau einer Heizung in den Vorlagebehälter, welche die nach dort gelangende Leckage erwärmt, kann dafür gesorgt werden, daß im Gasteil 12 die Leckage immer nur in Gasform vorhanden ist Dieses Gas kann sich dann nur bis zur Sättigung mit der Flüssigkeit 16 vermischen. Infolgedessen wird am Gleitringpaar 6, 7 der nachgeschalteten Gleitringdichtung immer nur eine Flüssigkeit anstehen, die leichter ab7 !dichten ist als die Leckage.By installing a heater in the storage tank, which prevents the leakage from there heated, it can be ensured that the leakage in the gas part 12 is only ever present in gas form This gas can then only mix with the liquid 16 until it is saturated. As a result, on Mechanical seal pair 6, 7 of the downstream mechanical seal always only have one liquid that is lighter ab7! sealing is than the leakage.

In the embodiment shown, there is another Annular disk 19 connected in front of the throttle 8. These The annular disk faces one end face of the Throttle 8 has a facing projection. with the

sie fest an der Drossel anliegt. Im übrigen ist sie schwächer gehalten, so daß eine ringförmige Dichtlippe 20 entsteht. Zwischen dieser und der Drossel 8 ist einit rests firmly against the throttle. In addition, it is kept weaker, so that an annular sealing lip 20 is created. Between this and the throttle 8 is a

Gap 21 available. The sealing lip 20 consists of

federnd elastischem Werkstoff. Die Ringscheibe kann beispielsweise aus Polytetrafluorethylen bestehen.resilient elastic material. The ring disk can for example consist of polytetrafluoroethylene.

Wenn die vorgeschaltete Gleitringdichtung undicnt wird, dann bewirkt die Leckage die federnde Auslenkung der Dichtlippe 20 in Richtung des Pfeiles P, so daß die Dichtlippe sich unter Schließen des Speltes 21 dicht an die Hülse 22 anlegt und die drosselnde Wirkung der Drossel 8 noch erhöht. Die Elemente der Drossel selbst bestehen vorteilhafterweise aus laminarem Graphit, weil mit einem sok hen Material minimale Drosselspalte verwirklich» werden können.If the upstream mechanical seal is undicnt, the leakage causes the resilient deflection of the sealing lip 20 in the direction of arrow P so that the sealing lip rests tightly against the sleeve 22 with the closure of the gap 21 and the throttling effect of the throttle 8 is further increased. The elements of the throttle itself are advantageously made of laminar graphite, because minimal throttle gaps can be achieved with such a material.

1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Shaft seal arrangement with two mechanical seals axially in series in the leakage path, between which a throttle is provided, which causes the formation of two separate blocking spaces, each of which is assigned to one of the two mechanical seals, with a barrier and cooling liquid supply and drainage for the locking space assigned to the downstream mechanical seal is provided, characterized in that the locking space (9) assigned to the upstream mechanical seal (4, 5) is connected via a line (11) to the gas space (12) of a storage container (13) whose liquid space ( 16) is connected on the one hand to the barrier and cooling liquid supply line (17) and on the other hand to the barrier and cooling liquid discharge line (18) for the locking space (10) assigned to the mechanical seal (6, T) shown below.

2. Shaft seal arrangement according to claim 1, characterized in that the throttle (8) consists of laminar graphite.

3. Shaft seal arrangement according to claim 1, characterized in that in the storage container (13) a heater that only holds the leakage medium in gas form is installed