DE2940943A1

DE2940943A1 - Druckkompensierte wellendichtung

Info

Publication number: DE2940943A1
Application number: DE19792940943
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Chem. 8000 München Ulrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-10-09
Filing date: 1979-10-09
Publication date: 1981-04-30
Also published as: DE2940943C2

Description

Druckkompensierte Wellendichtung
Zur Abdichtung von rotierenden oder hin- und her bewegten Wellen (Kolbenstangen) sind vielerlei Dichtungen bekannt wie Stopfbuchsen, Lippendichtungen, O-Ringe oder Gleitringdichtungen. Dies sind alles Berührungsdichtungen, die deshalb prinzipiell einem Verschleiß unterliegen. Abhängig von dem abzudichtenden Medium und von Betriebsbedingungen wie Temperatur oder Geschwindigkeit kann dieser Verschleiß unerträglich hohe Werte annehmen.
Demgegenüber sind die bekannten berührungslosen Spaltdichtungen, vorzugsweise als Labyrinthdichtungen ausgeführt, prinzipiell verschleißfrei, jedoch ist ihre zwangsläufig vorhandene Leckage in vielen Fällen untragbar.
Es ist bekannt, daß zwischen zwei Punkten oder räumlichen Bereichen, zwischen denen keine Druckdifferenz herrscht, auch keine Strömung eines gasförmigen oder flüssigen Mediums stattfindet.
Ein Stofftransport ist allenfalls durch Diffusion möglich. In engen Spalten ist dieser Stofftransport jedoch sehr gering und kann gegebenenfalls durch eine minimale Strömung entsprechend einer zulässigen Leckage, verhindert werden.
Erfindungsgemäß werden nun zwei oder mehrere Spaltdichtungen, vorzugsweise Labyrinthdichtungen, hintereinander auf der Welle oder Kolbenstange angeordnet. In den Raum zwischen den Dichtungen kommt ein anderes als das abzudichtende Medium oder das gleiche Medium wie das abzudichtende in einem eigenen Kreislauf.
Dabei wird in dem Zwischenraum der gleiche Druck wie im abzudichtenden Raum aufrechterhalten. In der einen Spaltdichtung zum abzudichtenden Medium hin herrscht keine Druckdifferenz, folglich findet auch keine Strömung statt. Ist das Hilfsmedium ein anderer Stoff als das abzudichtende Medium oder ist es im wesentlichen der gleiche Stoff, jedoch mit Verunreinigungen, so kann der Druck im Zwischenraum als Diffusionsschutz etwas kleiner gehalten werden. Diese Spaltdichtung bewirkt also die Stoffabdichtung. Der Druckabdichtung dient hingegen die zweite Spaltdichtung, durch die das Hilfsmedium ausströmt und dabei den erforderlichen Druckabfall erleidet. Mit einer kleinen Pumpe wird es wieder in den Zwischenraum gefördert oder es wird fortlaufend aus einem Reservoir mit hinreichendem Druck zugeführt. Dieses System eignet sich gleich gut für Über- oder Unterdruck im abzudichtenden Medium.
Fig. 1 veranschaulicht das konkrete Beispiel der Abdichtung von unter Überdruck stehendem Wasserdampf. Dabei wäre es gleichgültig, wenn es sich statt um Dampf um flüssiges Druckwasser handeln würde.
1 stellt das Gehäuse dar, 2 die Welle, 3 ist der abzudichtende Dampfraum, in 11 soll Umgebungsdruck, im allgemeinen also Atmosphärendruck, herrschen.
13 ist eine Lippendichtung, die drucklos gegen Schmieröl für das Lager 14 abdichtet. 6 ist die erste Spaltdichtung, hier als Labyrinth ausgeführt, 7 der Zwischenraum für das Hilfsmedium, hier Wasser, 8 die zweite Spaltdichtung. Da es sich in diesem Beispiel um einen Drehkolbenverdichter handelt, ist der Überdruck über den Umfang der Welle gesehen nicht gleichförmig, über die umlaufenden Rillen des Labyrinths 6 erfolgt jedoch die Ausbildung eines effektiven Mittelwertes.
Beim Anfahren strömt zunächst Dampf durch 6, 7, 8, 11, 12 in den Kühler 15, wo er kondensiert wird und daher nicht bei 16 in die Atmosphäre entweichen kann. Das Kondensat dient als Hilfswasser und wird von der Pumpe 17 in den Zwischenraum 7 gedrückt. Diese Pumpe ist so gebaut, daß sie zwar Wasser, nicht aber Luft oder Dampf gegen den Betriebsdruck fördern kann. Dies kann beispielsweise durch einen inneren oder äußeren Bypass erreicht werden.
Damit stellt sich im stationären Zustand in 7 zwangsläufig exakt der gleiche Druck ein wie in 3. Da flüssiges Wasser nach 7 gefördert wird, eventuell auftretender Dampf wegen des Kühlers 15 nicht durch 16 entweichen kann, ist das System als absolut dicht zu betrachten. Für den Fall daß der Hilfswasserkreislauf verschmutzt werden kann, ist zum Schutz des Raumes 3 vor Verunreinigungen bei 18 eine einstellbare Leckage vorgesehen.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel mit zwei Hilfsmedien und einer Druckeinstellung mittels einfacher Membranregler, die man als direkt Solldruckgesteuerte Druckminderventile bezeichnen kann. Es handelt sich wieder um einen Dampfkompressor, wobei äußerste Reinhaltung des Dampfes gefordert ist. Durch die kurze Spaltdichtung 4 bildet sich im Raum 5 der effektive Überdruck-Mittelwert, der den Membranreglern 19 und 21 als Sollwert zugeführt wird. Dem Regler 19 wird aus einem Reservoir mit hinreichendem Druck reinstes Wasser bei 20 zugeführt und steht in dem Zwischenraum 7 mit dem Solldruck an. Damit ist die Spaltdichtung 6 ohne Druckdifferenz und somit effektiv dicht. Dem Regler 21 wird unter hinreichendem Druck weniger reines Wasser, z. B. ggf. entkalktes Leitungswasser, bei 22 zugeführt. Dieser Regler regelt den Druck für den Zwischenraum 9 auf einen etwas kleineren Druck als 19. Das kann auf einfachste Weise durch einen geeigneten Druck bei 22 unter Ausnutzung des Ventilsitz-Querschnittes erreicht werden.
Die kleine Druckdifferenz zwischen 7 und 8 hält das Reinstwasser in 7 bei nur geringen Verlusten rein. Wenn eine geringe Leckage aus 3 zulässig ist, kann unter Fortlassung des Reglers 19 das Reinstwasser in 7 als Kondensat aus 5 gewonnen werden. Schließlich übernimmt das Wasser aus 9 unter Ausströmen durch die Spaltdichtung 10 die Druckabdichtung. Dieses bei 12 austretende Wasser kann zu Kühl- oder Heizzwecken weiterverwendet oder nach Erfüllung dieser Aufgaben bei 22 zugeführt werden.
Fig. 3 zeigt, wie eine oder mehrere Rillen eines durchgehenden Labyrinths durch die Bohrung 23, etwa für die Zuführung des Hilfsmediums, als Zwischenraum verwendet werden können. Das konstruktiv ganze, durchgehende Labyrinth wird durch die Bohrung funktionell zu zwei hintereinandergeschalteten Labyrinthen.
Entsprechend können beliebige Gase und Flüssigkeiten berührungslos abgedichtet werden, etwa Chlorgas mit trockener Luft als Hilfsmedium.
Für die Abdichtung von Vakuum, auch Hochvakuum bei geeigneter Hilfsflüssigkeit mit hinreichend niedrigem Dampfdruck, ist das System ebenfalls verwendbar, etwa ähnlich Fig. 1 mit in umgekehrter Richtung fördernder Pumpe. Auch in diesem Fall kann die Pumpe z. B. eine einfache Zahnradpumpe sein.
Bei flüssigem Hilfsmedium kann die von diesem durchströmte Spaltdichtung, etwa 8 in Fig. 1, 8 und/oder 10 in Fig. 2, als hydrodynamisches Gleitlager ausgebildet sein. Hier muß lediglich wegen der Anlaufbedingungen die Hilfsflüssigkeit für die Lagerwerkstoffe als Schmiermittel geeignet sein.
In zweckentsprechender Gestaltung kann das erfindungsgemäße Dichtungssystem nicht nur für Wellen, sondern auch für die Abdichtung zwischen beliebigen aufeinanderpassenden Flächen, etwa von ebener oder kegelmantelförmiger usw. Gestalt, verwendet werden.
L e e r s e i t e

Claims

Patentanprüche Berührungsloses oder berührungsunabhängiges Dichtungssystem vorzugsweise für rotierende Wellen, bestehend aus wenigstens zwei in Dichtungsrichtung hintereinander angeordneten Spaltdichtungen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen die Dichtungen ein Hilfsmedium eingeführt wird unter einem Druck, der etwa gleich dem Druck ist, der in dem abzudichtenden Raum herrscht.
2 Dichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß mehr als zwei Spaltdichtungen hintereinander angeordnet sind und daß in die so gebildeten, mindestens zwei Zwischenräume, jeweils verschiedene Hilfsmedien mit untereinander gleichem oder verschiedenem Druck oder gleiche Hilfsmedien unter verschiedenen Drücken eingeführt werden.
3 Dichtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Hilfsmedium der gleiche Stoff ist, wie das abzudichtende Medium und daß es dabei den gleichen oder einen anderen Aggregatzustand haben kann wie dieses.
4 Dichtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Hilfsmedium oder eines der Hilfsmedien sich stofflich vom abzudichtenden Medium unterscheidet und dabei der Aggregatzustand gleich oder verschieden sein kann.
5 Dichtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens eine der Spaltdichtungen als Labyrinthdichtung gestaltet ist.
6 Dichtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das flüssige Hilfsmedium mit einer Pumpe derart im Kreislauf gefördert wird, daß sich Druck und Umlaufmenge durch Selbststeuerung einstellen.
7 Dichtungssystem nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß durch eine einstellbare Leckage im Hilfsflüssigkeitskreislauf eine definierte Leckage für das abzudichtende Medium erzeugt wird.
8 Dichtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß richtiger Druck für das Hilfsmedium oder die Hilfsmedien durch Druckregler hergestellt wird.
9 Dichtungssystem nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß durch Einstellen einer relativ kleinen Druckdifferenz zwischen Hilfsmedium und dem abzudichtenden Medium für letzteres eine definierte Leckage erzeugt wird.
10 Dichtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß es für die Abdichtung gegen Überdruck verwendet wird.
11 Dichtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß es im Vakuumbereich verwendet wird.
12 Dichtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens eine der Spaltdichtungen zugleich als Gleitlager gestaltet ist.