DE3104200C2 - Mechanical seal with cooled sliding surface - Google Patents

Mechanical seal with cooled sliding surface

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    • F16J15/3408—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
    • F16J15/3412—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities
    • F16J15/3416—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities with at least one continuous groove

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Abstract

Die Gleitringdichtung mit gekühlter Gleitfläche für eine Hochdruckwellenabdichtung an Kesselspeisepumpen, Hauptkühlmittelpumpen o.dgl., besteht aus zwei Grundringen (5, 12), von denen der eine (12) mit der Pumpenwelle (1) umläuft und der andere (5) im Pumpengehäuse (2) axial verschieblich befestigt und an den rotierenden Teil heranführbar ist. Dabei dienen zusätzliche Gleitringe (20, 19), die an den Grundringen (5, 12) anliegen, als Dichtringe. Zur effektiveren Gleichflächenkühlung sind an einem der Gleitringe (19) an der der Dichtstelle zugewandten Seite spiralenförmige Rillen (24) angeordnet, die der Bildung eines Kühlkreislaufes dienen und deren Enden deshalb in Verbindung mit dem Sperrwasser bzw. dem abzudichtenden Medium stehen.The mechanical seal with a cooled sliding surface for a high-pressure shaft seal on boiler feed pumps, main coolant pumps or the like, consists of two base rings (5, 12), one of which (12) rotates with the pump shaft (1) and the other (5) in the pump housing ( 2) is attached axially displaceably and can be brought up to the rotating part. Additional slide rings (20, 19), which rest against the base rings (5, 12), serve as sealing rings. For more effective uniform surface cooling, spiral grooves (24) are arranged on one of the sliding rings (19) on the side facing the sealing point.

Description

dieser Schrägstelle ist ein Fassungsring 8, der mit Hilfe der Befestigungsschraube 6 gehalten wird. Der Fassungsring 8 weist an seiner Innenseite eine Nut auf, in der ein elastischer Haltering 7 eingefügt ist Dieser hat den Zweck, daß der Gleitring 2 geringfügig ausweichen kann. Mit Hilfe von Mitnehmerstiften 3 ist die Befestigung mit dem Gehäuse 2 gegeben. Die Mitnehmerstifte 3 sind im Grundring 5 zur Hälfte fest eingetrieben. Der herausragende Teil ist in einem Sackloch des Gehäuses 2 eingefügt, derart, daß eine axiale Verschiebung des Grundringes 5 leicht möglich ist Durch Anpreßfedern 4 wird der Grundring 5 stets in Richtung der Dichtfläche gedrücktthis inclined point is a mounting ring 8, which is held with the aid of the fastening screw 6. The mounting ring 8 has a groove on its inside, in which an elastic retaining ring 7 is inserted the purpose that the sliding ring 2 can move slightly. With the help of driving pins 3 is the attachment given with the housing 2. The driving pins 3 are firmly driven in half in the base ring 5. Of the protruding part is inserted in a blind hole of the housing 2, such that an axial displacement of the Base ring 5 is easily possible By compression springs 4, the base ring 5 is always in the direction of the sealing surface pressed

An der Welle 1 ist nun als Gegenstück der rotierende Grundring 12 befestigt Auch dieser ist im Querschnitt is winkelförmig ausgebildet und wird mit Hilfe eines Wellenführungsringes 14 auf der Welle 1 geführt Der WeI-lenführungsring 14 ist durch Befestigungsschrauben 15 am Bund der Welle 1 festgehalten. Zwischen dem Grundring 12 und dem Wellenführunpring 14 ist noch eine Aussparung vorgesehen, in der ebenfalb ein Q-Ring 16 und der dazugehörige Stützring 18 eingelegt istThe rotating counterpart is now on shaft 1 Base ring 12 attached, this is also shown in cross section formed angularly and is guided on the shaft 1 with the help of a shaft guide ring 14 The shaft guide ring 14 is held by fastening screws 15 on the collar of the shaft 1. Between the Base ring 12 and the wave guide ring 14 is still a recess is provided, in which also a Q-ring 16 and the associated support ring 18 is inserted

Um eine kraftschlüssige Verbindung des rotierenden Grundringes 12 zwischen Pumpenwelle 1, d.h. dem Wellenführungsring 14 zu erhalten, sind noch Mitnehmerstifte 13, die in gleicher Weise am Umfang verteilt, wie im Grundring 5 angedeutet, sind. Zwischen diesen beiden Grundringen 5 und 12 ist ein gewisser Abstand vorgesehen, in dem nun die Gleitringe 19 und 20 untergebracht sind. Diese sind in der äußeren Form etwa gleich, nur sind an einem von beiden, in diesem Fall im Gleitring 19, die erfindungsgemäßen Rillen 24 angebracht Diese Rillen 24 sind gleichmäßig verteilt und haben zwei bis acht vorzugsweise vier Gänge. Der Rillenabstand voneinander beträgt etwa das Dreifache der Breite der einzelnen Riiie 24. Hierbei ist vorzugsweise das Querschnittsverhältnis von 1 :1 festgelegtIn order to establish a positive connection of the rotating base ring 12 between the pump shaft 1, i.e. the To get shaft guide ring 14, drive pins 13, which are distributed in the same way on the circumference, as indicated in the base ring 5 are. There is a certain distance between these two base rings 5 and 12 provided, in which the sliding rings 19 and 20 are now housed. These are roughly in the outer shape the same, only the grooves 24 according to the invention are attached to one of the two, in this case in the sliding ring 19 These grooves 24 are evenly distributed and have two to eight, preferably four turns. The groove spacing from each other is approximately three times the width of the individual line 24. It is preferred here the aspect ratio of 1: 1 is set

Auch hier ist der Gleitring 19 durch den Fassungsring 9 festgehalten, wobei dieser durch Befestigungsschrauben 10 mit dem Grundring 12 verbunden ist Eine Abschrägung an der Außenseite des Gleitringes 19 sorgt dafür, daß der Fassungsring 9 durch den elastischen Haltering festhältHere, too, the sliding ring 19 is held in place by the mounting ring 9, this being carried out by fastening screws 10 is connected to the base ring 12. A bevel on the outside of the sliding ring 19 provides that the mounting ring 9 is held by the elastic retaining ring

Die F i g. 2 zeigt die Draufsicht auf den Gleitring 19, wobei hier in geeigneter Weise der spiralenförmige Verlauf der Rillen 24 angedeutet ist Im Beispiel wurden lediglich drei Rillen 24 eingezeichnet um die Anordnung besser veranschaulichen zu können. Es ist von Vorteil, die Spirale in Drebrichtung und in Richtung des Druckabfalles anzuordnen, d. h. daß das einzuführende Kühlmedium selbsttätig bei Drehung in die spiralenförmigen Rillen 24 gebracht wird. Hierbei wird erreicht, daß ein verstärkter Durchfluß bei Rotation durch Schleppwirkung erzielbar ist Dies hat vor allem im Betrieb bei kleineren Drücken seinen Vorteil. Die Spiralenförmigen Rillen 24 sind an ihren Enden in Verbindung mit dem Sperrwasser bzw. dem abzudichtenden Medium, so daß diese zur Bildung eines Kühlki eislaufes herangezogen werden.The F i g. 2 shows the plan view of the sliding ring 19, the spiral-shaped one here in a suitable manner The course of the grooves 24 is indicated. In the example, only three grooves 24 have been drawn around the arrangement to be able to illustrate better. It is advantageous to keep the spiral in the direction of rotation and in the direction of the To arrange pressure drop, d. H. that the cooling medium to be introduced automatically when rotating in the spiral-shaped Grooves 24 is brought. What is achieved here is that an increased flow rate through rotation Towing effect is achievable This has its advantage especially in operation at lower pressures. The spiral-shaped Grooves 24 are at their ends in connection with the sealing water or the medium to be sealed, so that these are used to form a cooling ski ice skating will.

Diese Ausbildung der spiralenförmigen Rillen 24 im eo Gleitring hat den Vorteil, daß man das Kühlmedium dort einwirken lassen kann, wo die Wärme entsteht, nämlich an den Dichtflächen. This formation of the spiral-shaped grooves 24 in the sliding ring has the advantage that the cooling medium can act where the heat is generated, namely on the sealing surfaces.

Hierzu λ Blatt ZeichnungenFor this purpose λ sheet drawings

Claims (2)

1 21 2 Einsatzring. Im Bereich der radial sich erstreckendenInsert ring. In the area of the radially extending Patentanspruch: Anlagefläche zwischen diesen Ringen ist eine DichtungClaim: The contact surface between these rings is a seal angeordnet Die eigentliche Dichtstelle besteht also ausThe actual sealing point consists of Gleitringdichtung mit gekühlter Gleitfläche für ei- zwei Einsatzringen, die bei Bedarf aneinandergepreßt ne Hochdruckwellenabdichtung an Kessel- und 5 werden und so die Dichtung darstellen. Es wäre zwar Speisepumpen, Hauptkühlmittelpumpen od. dgL, be- denkbar, auch hier an entsprechender Stelle ein Kühlstehend aus zwei Grundringen, von denen der eine medium so heranzuführen, daß die Einsatzringe in entmit der Pumpenwelle umläuft und der andere im sprechender Weise so weit gekühlt werden, ab^r die Pumpengehäuse axial verschiebüch befestigt und an Voraussetzungen sind hierfür nicht gegeben,
den rotierenden Teil heranführbar ist, wobei zusatz- io Aus der US-PS 35 27 465 ist eine Gleitringdichtung liehe Gleitringe, die an den Grundringen anliegen, bekannt, bei der keine Kühlung der Dichtflächen angeals Dichtringe dienen, dadurch gekenn- strebt wird. Von der Druck- zur Saugseite ist keine zeichnet, daß an einem der Gleitringe (19) an der durchgehende Verbindung vorhanden. Es wird vielmehr der Dichtstelle zugewandten Seite durchgehende ein hydrostatischer Druckverlauf vorgeschlagen, der spiralenförmige Rillen (24) angeordnet sind, die zur 15 veranschaulicht, daß die spiralenförmigen Rillen nur bis Bildung eines Kühlkreislaufes dienen und in Dreh- zu einem bestimmten Durchmesserbereich der Dichrichtung im Sinne des Druckabfalles angeordnet tung geführt sind und dort enden,
sind. Aus der US-PS 34 66 052 ist eine Dichtung bekannt,Mechanical seal with cooled sliding surface for two insert rings which, if necessary, can be pressed against each other as a high-pressure shaft seal on the boiler and 5 and thus represent the seal. Feed pumps, main coolant pumps or the like, would be conceivable here, too, at the appropriate point with a cooling stand made up of two base rings, one of which is to supply medium in such a way that the insert rings revolve along with the pump shaft and the other is appropriately cooled are attached, from ^ r the pump housing axially displaceable and the prerequisites for this are not given,
the rotating part can be brought up, in addition, from US Pat. No. 3,527,465, a mechanical seal lying sliding rings that rest on the base rings is known, in which no cooling of the sealing surfaces are used as sealing rings, which means that it is sought. From the pressure side to the suction side there is no sign that one of the sliding rings (19) is present on the continuous connection. Rather, a continuous hydrostatic pressure curve is proposed, the side facing the sealing point, the spiral-shaped grooves (24) are arranged, which illustrates that the spiral-shaped grooves are only used until the formation of a cooling circuit and in rotation to a certain diameter range of the sealing direction in the sense of Pressure drop arranged device and end there,
are. From US-PS 34 66 052 a seal is known, die ein flexibles Element aufweist In dem zugeordnetenwhich has a flexible element In the associated 20 starren Dichtelement ist zwar eine spiralenförmige Rillung vorhanden, die aber in Verbindung mit dem rotierenden flexiblen Dichtelement die Aufgabe hat, einen20 rigid sealing element is a spiral groove present, but in connection with the rotating flexible sealing element has the task of a Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit ge- Leckstrom zu verhindern. Diese Dichtwirkung wird dakühlter Gleitfläche für eine Hochdruckwellenabdich- durch erreicht, daß der Drehsinn der Rillung entgegentung an Kessel- und Speisepumpen, Hauptkühlmittel- 25 läuft, so daß das austretende Medium immer wieder pumpen od. dgL, bestehend aus zwei Grundringen, von zurückgepumpt wird. Solche Dichteinrichtungen sind in denen der eine mit der Pumpenwelle umläuft und der der Technik seit langem bekannt und werden beispielsandere im Pumpengehäuse axial verschieblich befestigt weise zum Abdichten von aus Gehäusen herausführen- und an den rotierenden Teil heranführbar ist, wobei den Wellen verwendet Eine Kühlung der Dichtflächen zusätzliche Gleitringe, die an den Grundringen anliegen, 30 mit einem Kühlmedium erfolgt hierbei jedoch nicht
als Dichtringe dienen. Ausgehend von dem eingangs geschilderten Stand Bei Dichtungen für den Höchi-'iruckbereich, d. h. der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Gleitgeschwindigkeiten von raihr als 20 m/s, Dichtdrük- die erwähnten Nachteile zu vermeiden und das Medium ke über 5 MPa und Belastungen von mehr als 50 MW/ dort einwirken zu lassen, wo die Wärme entsteht, nämm2 müssen spezielle Vorkehrungen getroffen werden, 35 Hch an den Dichtflächen.The invention relates to a mechanical seal with ge to prevent leakage current. This sealing effect is achieved on the cooled sliding surface for a high-pressure shaft seal by the fact that the direction of rotation of the grooves runs in the opposite direction to the boiler and feed pumps, main coolant, so that the escaping medium is pumped over and over again or, alternatively, consisting of two base rings, is pumped back by. Such sealing devices are in which the one rotates with the pump shaft and the one in the art has been known for a long time and are, for example, fastened axially displaceably in the pump housing, for sealing out of housings and can be brought up to the rotating part, the shafts using a cooling of the sealing surfaces however, there is no additional slide rings that rest on the base rings, 30 with a cooling medium
serve as sealing rings. On the basis of the state described at the beginning. In seals for the high-pressure range, ie technology, the invention is based on the object of avoiding sliding speeds of more than 20 m / s, sealing pressures, the disadvantages mentioned and the medium being above 5 MPa and Loads of more than 50 MW / to act where the heat is generated, namely 2 special precautions must be taken, 35 Hch on the sealing surfaces. um die anfallende Reibungswärme abzuführen. Dies ge- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Dichschieht meist dadurch, daß ein entsprechender Kühl- tung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß an kreislauf mit außen liegendem Wärmetauscher und dem einem der Gleitringe an der der Dichtstelle zugewandrotierenden Teil der Dichtung zusätzlich als einfaches ten Seite durchgehende spiralförmige teiflen angeordnet Pumpenlaufrad ausgeführt wird, um so eine ausreichen- 40 sind, die zur Bildung eines Kühlkreislaufes dienen und in de Kühlung der druckseitigen Dichtungsfläche zu errei- Drehrichtung im Sinne des Druckabfalles angeordnet chen. In vielen Fällen, vor allem dann, wenn heiße Me- sind.to dissipate the resulting frictional heat. According to the invention, this object is achieved in the case of a seal mostly in that a corresponding cooling of the type mentioned at the beginning is achieved in that on circuit with external heat exchanger and one of the sliding rings rotating towards the sealing point Part of the seal also arranged as a simple th side continuous spiral teiflen Pump impeller is carried out so as to be sufficient, which are used to form a cooling circuit and in de cooling of the pressure-side sealing surface to be achieved- Direction of rotation in terms of the pressure drop chen. In many cases, especially when the me- is hot. dien abzudichten sind, wird kaltes Sperrmedium auf der Durch diese Maßnahme wird eine Kühlung der Dicht-are to be sealed, cold barrier medium is applied to the Druckseite vor der Dichtung zugeführt, um eventuell flächen bewirkt, indem ein Kühlmittelkreislauf geschaf-The pressure side is fed in front of the seal in order to be able to create surfaces by creating a coolant circuit. davor liegende Lager kalt bzw. fremdkörperfrei zu hai- 45 fen wird. Es ist also bewußt eine gewisse Leckage vor-The bearings in front of it are to be kept cold or free of foreign objects. So there is a deliberate leakage ten. Ein zweiter Teil wird direkt im unmittelbaren Dich- gesehen, damit das Kühlmedium die spiralenförmigenten. A second part is seen directly in the immediate seal, so that the cooling medium has the spiral-shaped tungsbereich über Drosselorgane laufend entzogen und Rillen durchströmen kann.management area is continuously withdrawn via throttling devices and can flow through grooves. bewirkt so eine ausreichende Kühlung der Dichtung. Anhand eines Aus£ührungsbeispieles sei die ErHn-thus ensures sufficient cooling of the seal. On the basis of an exemplary embodiment, the Das letztgenannte System findet vielfach bei Haupt- dung näher erläutert. Es zeigtThe last-mentioned system is often explained in more detail in Hauptdung. It shows kühlmittelpumpen für Siede- und Druckwasserreakto- 50 F i g. 1 Querschnitt durch eine Gleitringdichtung,coolant pumps for boiling and pressurized water reactors 50 F i g. 1 cross section through a mechanical seal, ren Anwendung. Für das Abführen des Kühlwassers F i g. ren application. For the discharge of the cooling water F i g. 2 Draufsicht auf Dichtringe,2 top view of sealing rings, durch ein Drosselsystem geht der Vorteil der geringen In F i g. 1 ist eine Gleitringdichtung im Schnitt darge-a throttle system has the advantage of the low In FIG. 1 shows a mechanical seal in section. Leckage der Dichtung zwar verloren, ein Teil der Sperr- stellt, die zwischen der Welle 1 und dem Gehäuse 2Although leakage of the seal has been lost, part of the locking mechanism between the shaft 1 and the housing 2 wassermenge muß jedoch in den Kreislauf hineinge- eingefügt ist. Sie besteht im wesentlichen aus denhowever, the amount of water must be inserted into the circuit. It consists essentially of the speist werden, um die Temperatur im Dichtungsbereich 55 Grundringen 5 und 12, wobei Grundring 5 mit dem Ge-are fed to the temperature in the sealing area 55 base rings 5 and 12, where base ring 5 with the Ge auch im Stillstand niedrig zu halten, so daß die verloren- häuse 2 drehfest, aber axial verschieblich verbunden istto be kept low even at a standstill, so that the lost housing 2 is connected in a rotationally fixed but axially displaceable manner gegangene Menge keine große Rolle spielt, solange sie und der Grundring 12 sich gemeinsam mit der Welle 1The amount gone does not play a major role as long as it and the base ring 12 are together with the shaft 1 nicht die Systemreserve übersteigt. mitdreht. Die Querschnittsform der Grundringe 5,12 istdoes not exceed the system reserve. turns. The cross-sectional shape of the base rings is 5,12 Es ist nach DE-AS 17-75 324 eine Gleitringdichtung etwa winkelförmig ausgebildet, wobei ein Schenkel da-According to DE-AS 17-75 324, a mechanical seal is approximately angled, with one leg there- bekannt, die aus einem rotierenden mit der Welle ange· 60 von in Richtung, oder entgegengesetzt des Gehäuses 2known, which consists of a rotating with the shaft ang · 60 from towards, or opposite to, the housing 2 ordnetem und einem am feststehenden Maschinenge- und der andere zur Welle 1 hin weist. Der Grundring 5arranged and one on the stationary machine and the other to the shaft 1 points out. The base ring 5 häuse angebrachten axial verschiebbaren Gleitring be- liegt mit seiner inneren Seite an dem als Nabe ausgebil-The axially displaceable slide ring attached to the housing is located with its inner side on the hub designed as steht. Die beiden bestehen aus jeweils einem mit der deten Vorsprung 17 des Gehäuses 2 an. Zur Abdichtungstands. The two each consist of one with the deten projection 17 of the housing 2 on. For sealing Welle oder einer Wellenhülse bzw. dem Gehäuse oder an dieser Stelle ist ein O-Ring 22 in einer Nut eingefügt,Shaft or a shaft sleeve or the housing or at this point an O-ring 22 is inserted in a groove, einem am Gehäuse angebrachten Aufnahmering und 65 wobei zur Abstützung zusätzlich ein Stützring 21 dient,a mounting ring and 65 attached to the housing, with a support ring 21 also serving for support, sind verbunden mit einem als Sekundärdichtring abge- An der Stirnseite des Grundringes 5 liegt nun derare connected to a secondary sealing ring on the face of the base ring 5 is now the dichteten Tragring und einem von diesem mittels Gleitring 20 an. Dieser ist flach ausgebildet, planparallelsealed support ring and one of this by means of sliding ring 20. This is flat, plane-parallel Klemmring gehaltenen, die Gleitfläche aufweisenden gefertigt und an seiner Außenflanke abgeschrägt. AnClamping ring held, made the sliding surface having and beveled on its outer flank. At
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