DE2951273A1

DE2951273A1 - Einrichtung zur regelung des durchflusses eines fluessigen mediums

Info

Publication number: DE2951273A1
Application number: DE19792951273
Authority: DE
Inventors: Peter Andrew James Scott
Original assignee: Associated Engineering Ltd
Current assignee: AE PLC
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1980-07-03
Also published as: LU82014A1; DE2951273C2; NL187539C; GB2039332A; JPS5586961A; NL7909171A; US4313608A; DK157042C; IE49878B1; FR2444866B1; NL187539B; IT7946909A0; DK157042B; FR2444866A1; GB2039332B; CH640618A5; DK543279A; BE880694A; JPS6352266B2; IE792472L

Description

Anmelder: Associated Engineering Limited,

60, Kenilworth Road, Leamington Spa CV32 6JZ, England

Einrichtung zur Regelung des Durchflusses eines flüssigen Mediums

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung des Durchflusses eines flüssigen Mediums und hat ihr Anwendungsgebiet speziell, aber nicht ausschließlich, bei Einrichtungen zur Regelung des Durchflusses eines Kühlmittels, welches in Kontakt mit der Innenfläche eines Arbeitselementes steht, welches eine von zwei relativ zueinander umlaufenden Dichtflächen eines Dichtspaltes bildet.

In Hochgeschwindigkeits-Maschinen wie Turbo-Kompressoren, Hochgeschwindigkeits-Pumpen, Turbo-Generatoren, Reifen-Wickelmaschinen und Kops-Spulmaschinen, also Maschinen, bei welchen die Umfangsgeschwindigkeit der Welle in der Größenordnung von 100 Meter pro Sekunde liegen, haben sich herkömmliche Radial-Dichtungen im allgemeinen nicht bewährt.

Selbst eine radiale Spaltdichtung erzeugt beträchtliche Scherkräfte in der Flüssigkeit zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Dichtflächen, und aufgrund des engen Arbeitsspaltes hat der Spalt-Regeldurchfluß zwischen den Flächen oft

030027/0801

unzureichende Wärmekapazität, um ein Herabsetzen dieses Energieverlustes ohne Überschreiten einer Temperatur zu bewerten, welche dauernd die Eigenschaften des Regel-Durchflusses gegensätzlich ändern würde.

Darüber hinaus kann beispielsweise in den flächigen Arbeitselementen von Klauenkupplungen und Verzögerungssystemen erzeugte Wärme zur Verminderung der Kupplungs- und Bremskraft führen, wenn die Wärme nicht schnellstens abgeführt wird.

Die Arbeitselemente von Radial-Dichtungen wurden bisher durch Strahlkühlung mittels am Umfang verteilter Kühldüsen gekühlt, welche gleichwohl keine entscheidende Druckunterstützung für die eine thermische Schranke bildende Wandung des Arbeitselementes darstellt, deren Dicke deshalb nicht im Sinne einer Verbesserung des Wärmedurchganges durch die Wandung verringert werden kann, falls diese plan gehalten werden muß. Darüber hinaus neigt die Strahlkühlung zu nicht einheitlicher Verteilung des Kühlflusses über den Umfang, was unterschiedliche Kühlung bewirkt und deshalb in einer radialen Spaltdichtung unzureichend ist.

Eines der Ziele der Erfindung ist es, einen Kühlschluß zu erzeugen, welcher einer entscheidenden Druckunterstützung für die Wandung eines ringförmigen Arbeitselementes abgibt, um den

030027/0801

Wärmedurchgangswiderstand der Wand verringern zu können. Ein weiteres Ziel ist es, eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittelflusses über der Innenfläche eines ringförmigen Arbeitselementes mit einem hohen Wärmeleitwert zu erreichen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Mittel zur Regelung des Durchflusses eines flüssigen Mediums gekennzeichnet durch zwei einander gegenüberliegende , miteinander kooperierende ringförmige Dichtflächen, Mitteln zur Leitung eines Flüssigkeitsstromes zwischen diesen Flächen, so daß dieser radial zumindest einen nachfolgenden Bereich der Mittel zur Regelung des Durchflusses zufließt, sowie dadurch, daß eine der genannten Flächen gegen die andere gespannt gehalten wird, und ein unter Druck verformbares elastisches Mittelteil während des Betriebes so verformt wird, daß zwischen den kooperierenden Dichtflächen ein in Fließrichtung konvergierender Spalt ausgebildet wird.

Gemäß der Erfindung bewirken die Mittel zur Regelung des Durchflusses während des Betriebes eine Verteilung des Druckes der Kühlflüssigkeit über die andere der beiden genannten kooperierenden Dichtflächen, so daß, wenn diese die Innenfläche eines Arbeitselementes bilden, die Druckverteilung die Wandung des Arbeitselementes derartig stützt, daß dieses wesentlich dünner gehalten werden kann, als es sonst möglich wäre, wodurch ein

030027/0801

geringerer Wärmedurchgangswiderstand und demzufolge verbesserte Kühlung erreicht wird. Die in Verbindung mit der Belastung folgende Durchbiegung des verformbaren Mittelteiles gewährleistet die Ausbildung eines Flüssigkeitsfilmes von beträchtlicher Stabilität (z.B. das Maß der Dicke Schwankung des Flüssigkeitsfilmes im Verhältnis zu der Belastung), welcher zwischen den kooperierenden Dichtflächen gehalten wird, was einen Kühlfluß sicherstellt, welcher über den Umfang der kooperierenden Dichtflächen gesteuert und verteilt wird. Dies ist von besonderer Bedeutung in radialen Spaltdichtungen, wo die Stabilität entscheidend ist für eine befriedigende Funktion, da sie eine unterschiedliche Kühlung des Umfanges verhindert, welche eine Stabilisierung des hydrodynamischen Wirkung zwischen den Arbeitsflächen aufgrund der thermo-elastischen Durchbiegung verursachen würde.

Mit Hilfe der Erfindung wird der Spalt zwischen den kooperierenden Dichtflächen präzise gesteuert, was die Verwendung geringer Spaltweiten ohne merkliche Unterschiede über dem Umfang erlaubt und dadurch einen gleichmäßig verteilten und hohen Wärmeleitwert an der Innenfläche des Arbeitselementes erzeugt.

Die Erfindung umgeht weiter das Erfordernis einer genauen Fertigung der kooperierenden Dichtflächen der Mittel zur Regelung des Durchflusses in einer abgestuften oder kegeligen Form -.

030027/0801

Beide miteinander kooperierende Dichtflächen können radialeben gefertigt sein, was einen relativ einfachen Arbeitsgang dar stellt. Sogar mit einem dünnwandigen Arbeitselement kann die andere Dichtfläche der Mittel zur Regelung des Durchflusses in einer im wesentlichen ebenen Ausführung erhalten sein, um eine angemessene Tragfähigkeit und Stabilität des Flüssigkeitsfilmes zwischen den miteinander kooperierenden Dichtflächen sicherzustellen.

Das Arbeitselement selbst kann ein unter Druck verformbares Hittelteil enthalten, wie es der Fall ist bei der radialen Spaltdichtung, welche in unserer Patentanmeldung GB 793 2758 beschrieben ist. In solchen Flächendichtungen können die Mittel zur Regelung des Durchflusses ein unter Druck verformbares Mittelteil enthalten, welches aus einem ringförmigen Element aus einem inneren und einem äußeren Ring besteht, von denen einer axial verschieblich ist und die ein zwischen diesen befindliches elastisches Element stützen, und aus einem ringförmigen Teil, welches den anderen der beiden Ringe des verformbaren Mittel teiles stützt und radial versetzt ist und gegenüber dem axial verschieblichen Ring abdichtet. Dadurch wird ein Bereich nie deren Druckes hinter zumindest einem Teil des verformbaren Mittelteiles geschaffen und eine Belastung der beiden inneren und äußeren Ringe erreicht. Die wirksame Last an der hinteren Fläche des inneren, axial verschieblichen Ringes resultiert aus

030027/0801

der Vorspannung des verformbaren Mittelteiles. Das ringförmige Teil, welches axial verschieblich ist, ist radial versetzt und abgedichtet in einem ringförmigen Tragglied angeordnet, welches das.verformbare Arbeitselement der Dichtung trägt, so daß die Belastung der den Kühlfluß bestimmenden Mittel zur Regelung des Durchflusses auf einem Teil der Innenfläche des verformbaren Arbeitselementes übertragen wird, um eine Vorspannung desselben zu erreichen.

Die Erzeugung einer Vorspannung gegenüber dem verformbaren Mittelteil zur Regelung des Durchflusses und die Übertragung der gesamten Belastung auf die Mittel zur Regelung des Durchflusses, um als Vorspannung an dem verformbaren Arbeitselement zu wirken, verbessert die Stabilität des Flüssigkeitsfilmes zwischen den miteinander kooperierenden Dichtflächen der Mittel zur Regelung des Durchflusses und den Arbeitsflächen der Dichtung beträchtlich, beispielsweise um den Faktor 10.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung ist das ringförmige Tragglied axial in Richtung des Arbeitselementes gespannt gehalten, welches einen im wesentlichen starren äußeren Ring enthält, welcher durch das ringförmige Tragglied getragen wird und mit einem relativ dünnen und flexiblen inneren Tragglied verbunden ist, auf dessen einem Teil die gesamte, auf die Mittel zur Regelung des Durchflusses einwirkende Belastung übertragen wird,

030027/0801

und ist für einen relativ geringen Druck-Unterschied über dem genannten Teil des flexiblen, ringförmigen Traggliedes in dem inneren Raum des Arbeitselementes gesorgt. Dieser geringe Druck-Unterschied kann in einer solchen Konstruktion erreicht werden, wo eine Pufferflüssigkeit auch als Kühlflüssigkeit in einer radialen Spaltdichtung verwendet wird, indem der Einlaßbereich der Mittel zur Kontrolle des Durchflusses und der einander benachbarten bzw. zusätzlichen Arbeitsflächen der Dichtung, wenn die den Mitteln zur Kontrolle des Durchflusses zugeführte Kühlflüssigkeit in bezug auf die Hochdruckflüssigkeit abgeschlossen ist, indem die beiden Flüssigkeiten mit im wesentlichen gleichen Druck zugeführt werden.

Das ringförmige Teil der Mittel zur Regelung des Durchflusses kann radial versetzt angeordnet und gegenüber dem ringförmigen Tragglied durch geeignete Mittel abgedichtet sein, deren Stabilität kleiner ist als die des Filmes zwischen den miteinander kooperierenden Flächen, wie ein Dichtring oder vorzugsweise eine ringförmige Membran-Dichtung. Dies ermöglicht der Regeleinrichtung, sich frei nach der Durchbiegung des Arbeitselementes zu orientieren, was die Aufrechterhaltung eines geregelten Spaltes zwischen den miteinander kooperierenden Dichtflächen der Mittel zur Regelung des Durchflusses erlaubt.

Die Erfindung ist ebenso anwendbar für Dampfdichtungen, bei

030027/0801

welchen die Schwierigkeit einer Steuerung der Stellen besteht, an welchen eine Verdampfung stattfindet, weil die Mittel zur Regelung des Durchflusses verwendet werden können, um die Kühlung auf einen ausgewählten Umfangsbereich mindestens eines der Arbeitselemente der Dampfdichtung zu richten.

Die erfindungsgemäßen Mittel zur Regelung des Durchflusses erzeugen einen Fluß, welcher proportional der 4. Potenz des Druckgefälles über den ringförmigen, miteinander kooperierenden Dichtflächen ist, im Gegensatz zu der linearen oder zu der Quadratwurzel im Verhältnis stehenden Beziehung, welche in laminaren und turbulenten Strömungsdrosseln, wie Kapilarröhrchen bzw. -ausflußöffnungen vorliegen, welche für die Kontrolle konventioneller hydrostatischer Lager verwendet werden.

Es sei bemerkt, daß in einem verformbaren Arbeitselement die Wirksamkeit der geometrischen Konvergenz zwischen der Arbeitsfläche der Dichtung bei der Erzeugung der Stabilität des Filmes gemindert werden kann durch eine Abnahme der Viskosität, wenn der Spalt-Regeldurchfluß in seiner Temperatur wächst. Durch die erfindungsgemäßen Mittel werden die nachteiligen Wirkungen der Viskositätsschwankungen kontrolliert.

Mit dem Ziel, die Erfindung verständlicher zu machen, wird diese nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben, in welcher darstellt:

030027/0801

Figur 1 einen Teilschnitt durch eine Ausführungsform einer radialen Spaltdichtung mit zwei relativ zueinander umlaufenden Dichtflächen, welche in sich eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Regelung des Durchflusses vereinigen,

Figur 2,3 Teilschnitte durch andere Ausführungsformen.

Gemäß Figur 1 der Zeichnungen ist ein Gehäuse 11 mit einem Durchbruch vorgesehen, durch welchen eine umlauffähige Welle 12 hindurchgeführt ist, wobei die Notwendigkeit besteht, zwischen einem Bereich 13 mit unter hohem Druck stehender Flüssigkeit und einem Bereich 14 mit unter niederem Druck stehender Flüssigkeit eine Dichtung vorzusehen.

Ein hinterer Stützring 20 ist mittels eines Halteteiles 2OA unter Belassung eines Spaltes gegenüber der Welle 12 in dem Gehäuse 11 befestigt, gegenüber letzterem mittels ringförmiger Dichtungen 23 abgedichtet und durch einen Stift 26 drehgesichert.

Das in der Zeichnung rechte Ende des hinteren Stützringes 20 stützt ein Arbeitselement 21, welches einen von zwei relativ zueinander umlauffähigen Dichtflächen 25 einer radialen Spaltdichtung bildet.

Ein Bund 16 ist mittels eines Befestigungsteiles 16a desselben

030027/0801

mit der Welle 12 umlaufend an dieser befestigt, wobei das Befestigungsteil 16a durch einen Schraubbolzen 18 oder andere geeignete Mittel, wie einen Stift, mit der Welle 12 verbunden ist. Das Befestigungsteil 16a besteht aus zwei miteinander verschraubten Abschnitten, und ringförmige Dichtungen 19 und 19a verhindern eine Leckage zwischen der Welle 12 und dem Befestigungsteil 16a bzw. einem Teil desselben. Das in der Zeichnung linke Ende des Bundes 16 stützt ein weiteres Arbeitselement 121, welches die andere Dichtfläche 125 der beiden relativ zueinander umlaufenden Dichtflächen der Flächendichtung bildet.

Die Flächendichtung arbeitet wie in der erwähnten Anmeldung GB 7 932 758, auf welche bezug genommen wird.

Die Flächendichtung der vorliegenden Anmeldung stellt eine Pufferdichtung dar,und Flüssigkeit höheren Druckes als demjenigen im Bereich 13 wird durch die Zuleitung 15 in das Gehäuse 11 zu einem Durchbruch 22 in dem Halteteil 2OA der Rückenplatte gleitet und von da zu einem Bereich 17 zwischen dem inneren und dem äußeren Umfang der Dichtflächen 25, 125. Es wird daher ein Durchfluß erzeugt von dem Bereich 17 radial nach innen über die miteinander kooperierenden Flächen B der Dichtflächen 25, 125 in dem Bereich 134 und ebenso ein Durchfluß von dem Bereich 17 radial nach außen über die miteinander kooperierenden Flächen A der Dichtflächen 25, 125 zu dem Bereich

030027/0801

14. Nach außen fließende Pufferflüssigkeit wird in die Leckleitung abgeleitet und anschließend dem Kreislauf durch die Leitung 15A in dem Gehäuse 11 wieder zugeführt.

Die Dichtflächen 25, 125 sind radial plan gefertigt. Die Arbeitselemente 21, 121 des hinteren Stützringes 20 und des Bundes 16 bestehen aus inneren 21A, 21B und äußeren starren Ringen 121A, 121B, welche mittels flexibler Mittelteile 42, 142 miteinander verbunden sind, wobei sie ein unter Druck verformbares, elastisches Element bilden, so daß dieses infolge der unterschiedlichen Druckverteilung über dem elastischen Element während des Betriebes ausweichen und einen konvergierenden Durchlaß zwischen den Dichtflächen 25, 125 ausbildet. Die Dichtung ist so bemessen, daß der geringste Abstand zwischen den Dichtflächen 25,125 an dem äußeren Umfang der Flächen A während des Betriebes vorschriftsmäßig 0,01 Millimeter beträgt. Es sei angemerkt, daß eine Aussparung in der Nähe des äußeren ümfanges vorgesehen ist zwecks Unterbringung von Befestigungsmitteln wie z.B. Schraublöchern, Schraubenköpfen usw. Dabei ist diese Aussparung gegenüber der Dichtfläche zurückgesetzt durch ein wesentlich größeres Abstandsmaß als der Spalt, wodurch der ausgesparte Bereich keinen Teil der Dichtfläche bildet.

Der Durchfluß der Dichtflüssigkeit zwischen den Dichtflächen 25, 125, deren eine relativ zu der anderen mit hoher Geschwindigkeit

030027/0801

umläuft, liefert beträchtliche Wärme, was im wesentlichen der Scherung des Flüssigkeitsfilmes zuzuschreiben ist.

Um diese Wärme abzuführen, wird die nachfolgend beschriebene Einrichtung verwendet. Die gezeigte Einrichtung ist im wesentlichen bezüglich des Bundes 16 und des hinteren Stützringes 20 gleichartig, abgesehen davon, daß gemäß der Zeichnung der eine ein Spiegelbild des anderen ist. Um eine doppelte Darstellung zu vermeiden, sollen beide Kühlvorrichtungen gemeinsam beschrieben werden.

Ein ringförmiger Teil 24, 124 befindet sich in einem Freiraum 27, 127 im innern eines doppelwandigen, ringförmigen Trägers neben einem Teil der Innenfläche des Arbeitselementes 21, 121. Die Flächen 43, 44 und 143, 144 kooperieren in ähnlicher Weise miteinander wie die Dichtflächen 25, 125, abgesehen davon, daß die Flächen 43, 44 und 143, 144 nicht relativ zueinander umlaufen.

Der Raum 30, 130 erstreckt sich im Bereich des inneren Umfanges des ringförmigen Teiles 24, 124 und des im Schnitt L-förmigen Teiles 32, 132 und steht mit dem Bereich 17 über Umfangsbohrungen 41, 141 in den Dichtflächen 25, 125 in Verbindung, wobei die Bohrungen 41 mit der über die Zuleitung 15 und dem Durchbruch 22 in dem Halteteil 2OA des hinteren Stützringes 20 zugeführten

030027/0801

Flüssigkeit hohen Druckes in Verbindung stehen. Obgleich ein Teil dieser Flüssigkeit zwischen den Dichtflächen 25,125 als Leckflüssigkeit abfließt, können die Umfangsbohrungen 41, 141 so betrachtet werden, als ob sie im wesentlichen unter gleichem Druck stehen wie den der Hochdruck-Quelle.

Es ist deutlich, daß die linken Enden des ringförmigen Teiles 24 und des im Schnitt L-förmigen Teiles 32, sowie die rechten Enden der entsprechenden Teile 124 bzw. 132 mit dem hohen Druck beaufschlagt werden, was die Teile 32, 132 gegen die kooperierenden Flächen 44, 144 verspannt und die Belastung auf die inneren 35A, 135A und die äußeren Ringe 35B, 135B verteilt. Die effektive, auf die Ringe 35Ά bzw. 135Ά einwirkende Belastung, welche den durch die Druckverteilung zwischen den miteinander kooperierenden Dichtflächen 43, 44 und 143, 144 verursachten Druck mindert , stellt eine an den im Schnitt L-förmigen Teil 32, 132 angreifende Vorspannung dar. Darüber hinaus sind die auf die linken und rechten Enden der Tragglieder 2OB bzw. 16B einwirkenden Drücke im Gleichgewicht, so daß der hintere Stützring 20 und der Bund 16 axial gegeneinander verspannt sind und die gesamte Belastung der Durchfluß-Rege!einrichtung auf den Teil der Innenfläche des Arbeitselementes 21, 121 übertragen wird, welcher die miteinander kooperierenden Flächen 44, bildet.

030027/0801

Die radial außerhalb der im Schnitt L-förmigen Teile 32, 132 befindlichen Zonen. 29, 129, die Spalte zwischen den rückwärtigen Flächen der im Schnitt L-förmigen Teile und die Dichtringe 33, 133 stehen mit dem in dem Bereich 14 wirksamen niedrigsten Druck des Systems über die Bohrungen 36, 136 und 37, 137 in Verbindung.

Während des Betriebes fließt Druckflüssigkeit von dem Raum 30, 130 in radialer Richtung von dem Einlaßbereich der Kühleinrichtung an den inneren Umfang der Dichtflächen 43, 44 und 143, zu dem äußeren Umfang dieser Flächen, d.h. in Richtung auf den äußeren Bereich der Kühleinrichtung, und dieser Durchfluß ruft eine Druckverteilung über die Innenflächen der Arbeitselemente 21, 121 hervor, welche von dem Hochdruck in dem Raum 30, 130 bis zu dem Niederdruck in dem Bereich 14 variiert. Diese Druckverteilung stützt die Wände der Arbeitselemente 21 bzw. 121, so daß die Dicke dieser Wände im Sinne einer Verbesserung der Kühlung vermindert werden kann. Da diese Wände relativ dünn sind, können sie aus Werkstoffen geringerer Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. wegen seiner Resistenz ausgewählten, nichtrostendem Stahl gefertigt sein.

Die Dichtflächen 43, 143 der im Schnitt L-förmigen Teile 32, werden so bemessen und angeordnet, daß sie, obgleich plangefertigt, während des Betriebes so durchbiegen, daß der engste Spalt zwischen diesen und den miteinander kooperierenden Dicht-

030027/0801

flächen 44, 144 an den oder In der Nähe des äußeren Umfanges der miteinander kooperierenden Dichtflächen erscheint. Der geringste Spalt kann in der Größenordnung von 0,05 Millimeter liegen.

Darüber hinaus ermöglichen die Membran-Dichtungen 28, 128 bzw. 40, 140 den Mitteln zur Regelung des Durchflusses, sich axial zu bewegen, um sich den Relativbewegungen zwischen den miteinander kooperierenden Dichtflächen 44, 144 und den Teilen 2OC, 16C der Tragglieder 2OB, 16B anzupassen und eine axiale Bewegung zwischen den Teilen 2OC bzw. 16C der Tragglieder und dem Halter der Tragglieder 2OB, 16B zuzulassen und die erforderliche Stabilität des Flüssigkeitsfilmes zwischen den miteinander kooperierenden Dichtflächen 43 und 44, 143 und 144 aufzubauen. Die flexiblen Membrane stellen eine quasi-statische Dichtung zwischen den einzelnen Druckbereichen und-zonen dar und sorgen für eine Selbstausrichtung der Dichtungsteile, welche die miteinander kooperierenden Flächen und Dichtflächen tragen. Die Steifigkeit der Membranen ist geringer gewählt, als diejenige des Flüssigkeitsfilmes zwischen den miteinander kooperierenden Flächen und Dichtflächen. So ist im Falle der Membran 40,140, welche das durch die relative Drehung zwischen Gehäuse 11 und Helle 12 übertragende Drehmoment aufnimmt, die Steifigkeit in axialer und radialer Richtung niedriger als die der Dichtflächen 25, 125 und im Falle der Membran 28, 128 die Steifigkeit

030027/0801

geringer, als die des Flüssigkeitsfilmes zwischen den miteinander kooperierenden Dichtflächen 43, 44 bzw. 143, 144. Der Flüssigkeitsfilm zwischen den Dichtflächen 25 und 125 hat eine axiale Steifigkeit, welche größer ist als der flexible Bereich des Arbeitselementes 21, 121.

Auf diese Weise wird die Strömung der Kühlflüssigkeit über den Innenflächen der Arbeitselemente 21, 121 mittels des Spaltes zwischen den miteinander kooperierenden Dichtflächen 4.3, 44 und 143, 144 überwacht und über den Umfang der Innenfläche des Arbeitselementes 21,121 gleichmäßig verteilt.

Die Ausführung nach Figur 2 unterscheidet sich im besonderen dadurch von der nach Figur 1, daß die Kühlflüssigkeit durch den Durchbruch 22, 122 zwischen die miteinander kooperierenden Dichtflächen 43, 44 bzw. 143, 144 durch die zwischen ihren äußeren und inneren Umfangen befindliche Einlaßzone statt von ihren inneren Umfangen her geleitet wird. In dieser Ausgestaltung ist der ringförmige Teil 24, 124 mit einem abgestuften, doppe1-wandigen und ringförmigen Einstich 31, 131 ausgeführt, welcher lediglich gegen die Innenfläche des entsprechenden Arbeitselementes 21, 121 geöffnet ist, und welches radial versetzt und in Bezug auf das ringförmige Tragglied 2OB, 16B mittels flexibler Membranen oder Membrandichtungen 40, 140 abgedichtet ist, welche auch die ringförmigen Tragglieder des Halteteiles 2OA und des

030027/0801

hinteren Stützringes 20 tragen. Das ringförmige Teil 32, 132 ist hier im Schnitt T-förmig mit dem Durchbruch 22, 122, welcher durch den Schenkelteil dieses im Schnitt T-förmigen Teiles führt und an der entsprechenden Dichtfläche 25, 125 mündet. Der Schenkelteil des im Schnitt T-förmigen Teiles 32, 132 steht mit dem Einstich 31, 131 axial verschiebblich in Wirkverbindung und ist mittels O-Ringen 33, 133 bzw. 34, 134 in diesem Einstich abgedichtet. Der im wesentlichen dickwandige und starre Sohenkelteil des im Schnitt T-förmigen Teiles, bildet einen Ring 35Ά, 135Ά, welcher dem äußeren Ring 35Ά, 135A aus der Figur 1 entspricht. Der Ring 35A, 135A ist mit starren inneren und äußeren Ringen 35B, 135B verbunden, welche den inneren Ringen 35B, 135B der Figur 1 entsprechen, und zwar durch dünnere flexible, den Mittelteilen 35, 135 entsprechende Mittelteile 35, 135. Auf diese Heise besitzen die Mittel zur Regelung des Durchflusses gemäß Figur 2 zwei Abflußzonen.

Das Arbeitselement 21, 121 ist ebenfalls im Schnitt T-förmig gestaltet, wobei sein Schenkelteil dickwandig und im wesentlichen starr ist und einen Ring 21A, 121A bildet, durch welchen sich der Durchbruch 22, 122 erstreckt, und welcher den inneren Ring 21A, 121A der Figur 1 entspricht. Der Ring 21A, 121A ist mittels dünnerer, flexibler Mittelteile 42, 142 (wie entsprechend dem Mittelteil 42, 142 aus der Figur 1) mit im wesentlichen starren inneren und äußeren Ringen 21B, 121B verbunden.

030027/0801

Die miteinander kooperierenden Dichtflächen 43 und 44, 143 und 144 der MIttel zur Regelung des Durchflusses werden durch die einander gegenüberliegenden Flächen des ringförmigen Teiles 32, 132 und die Teile der Innenflächen der Arbeit se leinen te 21, 121, in diesem Falle durch die Ringe 21A, 121A gebildet. Im Gegensatz zu Figur 1 weist die Zone 29, 129 in dieser Ausgestaltung innere und äußere Teile auf, welche über radiale Bohrungen 38, 138 in dem ringförmigen Teil 24, 124 miteinander in Verbindung stehen und der Raum 30, 130 ist axial gegenüber der Zone 29, 129 vorgesehen und kommuniziert direkt mit dem Durchbruch 22, 122.

In der Arbeitsstellung nach Figur 2 geht der Durchfluß der Kühlflüssigkeit von den Durchbrüchen 22, 122 im Bereich des Zuflusses der Mittel zur Regelung des Durchflusses radial nach innen und außen zu den äußeren Bereichen dieser Mittel an dem äußeren und inneren Umfang der miteinander kooperierenden Dichtflächen 43, 44 und 143, 144 (der radial nach innen in den inneren Teil der Zone 29, 129 gehende Durchfluß tritt durch die radialen Bohrungen 38, 138 in den äußeren Teil der Zone 29, 129 und anschließend durch die Bohrungen 37, 137 in den Bereich 14).

Die inneren und äußeren Umfange des ringförmigen Teiles 24, 124 können, sich, wie.gezeigt, in Richtung auf die Innenfläche des Arbeitselementes 21, 121 erstrecken, um die Flüssigkeit zu veranlassen, unter Kontakt mit der Innenfläche des Arbeits-

030027/0801

elementes mit relativ hoher Geschwindigkeit zu fließen.

Obgleich in den Ausführungen nach Figur 1 und 2 ein durch den hinteren Stützring 20 und den Bund 16 geführter Durchfluß beschrieben wurde, um die beiden Dichtflächen 25, 125 zu kühlen, kann der Durchfluß nur eines dieser Teile vorgesehen sein, falls dies eine vergleichbare Kühlwirkung erzeugt. Eine solche Einrichtung ist in Figur 3 dargestellt, in welcher Vorkehrung getroffen ist für den in ähnlicher Heise wie in Figur 1 erfolgenden Durchfluß der Kühl-Pufferflüssigkeit durch den hinteren Stützring 20.

Die Ausführung gemäß Figur 3 unterscheidet sich von der nach Figur 1 darin, daß der äußere Ring 21B des Arbeitselementes sich axial in einem abgestuften ringförmigen Einstich erstreckt und gegen eine Schulter 45 des Einstiches in dem ringförmigen Tragglied 2OB. Der Ring 21B weist eine Fase auf, welche einen Spalt 46 bildet, und welcher über Bohrungen 37 mit der Zone 29 kommuniziert, und es ist ein Spalt vorhanden zwischen dem äußeren Umfang des Ringes 21B und des benachbarten Umfanges des stufenförmigen Einstiches, um den Spalt 46 mit dem Niederdruckbereich 14 zu verbinden. Ein relativ dünnes, flexibles Mittelteil 42 ist mit dem Ring 21B verbunden und stellt, ausgenommen ein im wesentlichen dachförmiger innerer Teil eines starren Ringes 21A, die Innenfläche eines Arbeitselementes 21

030027/0801

dar. Ein Teil dieses flexiblen ringförmigen Mittelteiles 42 bildet die Fläche 44, welche mit der durch das ringförmige Mittelteil 42 gebildeten Fläche 43 kooperiert, und die gesamte Belastung der Mittel zur Regelung des Durchflusses wird auf diesen Teil des flexiblen ringförmigen Mittelteiles 42 übertragen. In dieser Konstruktion kann ein relativ geringer Druckunterschied über dem genannten Teil des flexiblen, ringförmigen Mittelteiles 42 in der inneren und in der entsprechenden Zufluß zone des Arbeitselementes 21 und der Mittel zur Regelung des Durchflusses vorgesehen werden. In dieser Ausführung liegt die geringste Konvergenz zwischen den miteinander kooperierenden Dichtflächen 43, 44 nicht an, sondern in der Nähe des äußeren Umfanges derselben.

Das KÜhl-Puffer-Medium ist üblicherweise eine Flüssigkeit, wie (31 oder Wasser, es kann aber auch ein Gas sein, wie komprimierte Luft. Darüber hinaus kann das Puffer-Medium vor der Hinleitung zu der Dichtung zwecks Kühlung derselben vorgekühlt sein.

Verschiedene Modifikationen können,ohne von dem Umfang der in den beigefügten Patentansprüchen beanspruchten Erfindung abzuweichen, vorgenommen werden. Beispielsweise kann anstelle der als Kühlflüssigkeit in der Puffer-Dichtung verwendeten Puffer-Flüssigkeit ein weiteres Medium verwendet werden, welches gegenüber der Puffer-Flüssigkeit getrennt werden kann. Weiter kann

030027/0801

in radialen Spaltdichtungen, in welchen die Hochdruckgiftflüssigkeit benutzt wird, um den Leckfluß der in unserer besagten Patentanmeldung GB 79 32 758 beschriebenen Dichtung zu mindern, das Kühlmittel von dem Hochdruckbereich 13 zwischen die miteinander kooperierenden Dichtflächen der Mittel zur Kontrolle des Durchflusses geleitet werden. In diesem Falle kann das für die Kühlung benutzte Hochdruck-Dichtmedium zu der Hochdruckquelle durch einen Druckbereich, welcher in der Mitte zwischen den Hoch- und Niederdruckbereichen liegt, zurückgeleitet werden. Anstelle des durch druckverformbaren Teiles, welches aus einem Flächenteil eines flexiblen und elastischen Werkstoffes wie oben beschrieben besteht, und welches eine Konvergenz von im allgemeinen kegeliger Gestalt vorsieht, kann das biegsame Mittelteil ein ventil-ähnliches Element umfassen, welches eine an diesem befestigte Membran aufweist, und welches in bezug auf das ringförmige Teil durch die Druckverteilung zwischen den miteinander kooperierenden Dichtflächen der Mittel zur Regelung des Durchflusses gegen Federdruck verschiebblich ist, um eine Konvergenz von stufenförmiger Gestalt zu erreichen.

030027/0801

eerseit

Claims

BrtentanwSlte Dr. Hugo Wilcken Dipl.-lng. Thomas Wilcken OQRI 070

Muettftehn 1 ·24ΟΟ Lübeck 1 Z 3 O I Z / J

Anmelder: Associated Engineering Limited,

60/ Ken1!worth Road, Leamington Spa CV32 6JZ, England

Ansprüche

/⁵⁸N

My Einrichtung zur Regelung des Durchflusses eines flüssigen Mediums, gekennzeichnet durch zwei einander gegenüberliegende, miteinander kooperierende ringförmige Dichtflächen (25,125), Mittel zur Leitung eines Flüssigkeitsstromes zwischen diesen Flächen, so daß dieser radial zumindest einem nachfolgenden Bereich der Durchfluß-Steuermittel zufließt,sowie dadurch, daß eine der genannten Flächen gegen die andere gespannt gehalten wird und ein unter Druck verformbares elastisches Mittelteil während des Betriebes so verformt wird, daß zwischen den kooperierenden Dichtflächen (25,125) ein in Fließrichtung konvergierender Spalt ausgebildet wird.
2. Mittel zur Regelung des Durchflusses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Druck verformbare Mittelteil aus einem ringförmigen Element (42,142) aus im wesentlichen einem inneren (21A,121A) und einem äußeren Ring (21B,121B) besteht, welche ein zwischen diesen befindliches elastisches Element stützen, wobei der äußere Ring (21B, 121B) durch ein ringförmiges Teil getragen wird, welches radial und gegen den inneren Ring (21A, 121A) abgestimmt ausgerichtet ist, wobei

030027/0801

ORIGINAL INSPECTED

zumindest hinter einem Teil des verformbaren Mittelteiles ein Bereich niederen Druckes vorgesehen ist und die Belastung zwischen dem inneren (21A, 121A) und dem äußeren Ring (21B, 121B) verteilt wird.
3. Mittel zur Regelung des Durchflusses nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Teil radial angeordnet und durch federnde Mittel abgedichtet ist.
4. Mittel zur Regelung des Durchflusses nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Mittel aus einer flexiblen Membran-Dichtung bestehen.
5. Mittel zur Regelung des Durchflusses nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes ringförmige Teil auf einem ringförmigen Tragglied (16B, 20B) befestigt ist, welches ein Arbe it se leinen t (21, 121) trägt, dessen Innenfläche mit einem Teil derselben die andere kooperierende Fläche bildet.
6. Mittel zur Regelung des Durchflusses nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbe itse leinen t (21, 121) selbst unter Druck verformbar ist, wodurch eine Verschiebung der Innenfläche des Arbe itse leinen te s (21, 121) ermöglicht wird, und die auf die Mittel zur Regelung des Durchflusses einwirkende Be-

030027/0801

lastung aus dem besagten Teil der Innenfläche des Arbeitselementes (21, 121) übertragen wird.
7. Mittel zur Regelung des Durchflusses nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Tragglied (16B, 20B). axial in Richtung des Arbeitselementes (21, 121) gespannt gehalten wird, wobei letzteres im wesentlichen aus einem starren äußeren Ring (35B, 135B) besteht, welcher durch das ringförmige Tragglied (16B, 20B) getragen wird und mit einem relativ dünnen und flexiblen inneren Tragglied verbunden ist, auf dessen einen Teil die gesamte, auf die Mittel zur Regelung des Durchflusses einwirkende Belastung übertragen wird, sowie dadurch, daß ein relativ geringer Druck -Unterschied über den genannten Teil des flexiblen ringförmigen Traggliedes bzw. in den inneren Raum (30, 130) und der Einlaßzone (17) des Arbeitselementes (21, 121) und der Mittel zur Regelung des Durchflusses erzielt wird.
8. Mittel zur Regelung des Durchflusses nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßzone (17) an einem Umfangsbereich der genannten kooperierenden Flächen (25, 125) angeordnet ist, und die Mittel zur Regelung des Durchflusses eine äußere Zone (14) an dem anderen Umfangsbereich der miteinander kooperierenden Dichtflächen (25, 125) aufweisen.

030027/0801
9. Mittel zur Regelung des Durchflusses nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßzone (17) an einem Mittelteil der miteinander kooperierenden Flächen (25, 125) angeordnet ist, wobei die Mittel zur Regelung des Durchflusses zwei äußere, an den inneren und den äußeren ümfangsbereich der miteinander kooperierenden Flächen (25,125) angeordnete Bereiche aufweisen.
10. Mittel zur Regelung des Durchflusses nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium eine zu den Dichtflächen (25, 125) einer radialen Spaltdichtung geleitete Pufferflüssigkeit ist.
11. Radiale Spaltdichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Mitteln zur Regelung des Durchflusses nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 versehen ist.

030027/0801