DE3234149A1

DE3234149A1 - Abdichtsystem auf wellen fuer stark schleissende, gasfoermige, komprimierte medien

Info

Publication number: DE3234149A1
Application number: DE19823234149
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Smuda; Rainer Dr.-Ing. 9200 Freiberg Wernecke; Klaus Dipl.-Ing. Werner
Original assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Current assignee: Noell-Dbi Energie- und Entsorgungstechnik O- GmbH
Priority date: 1982-03-08
Filing date: 1982-09-15
Publication date: 1983-09-22
Also published as: GB8303315D0; JPH026386B2; GB2118260A; GB2118260B; JPS58152972A; HU194371B; DE3234149C2; CS70483A1; YU44083B; AT384664B; DD208052A3; YU52883A; ATA344382A; SU1691634A1; FR2523249A1; FR2523249B1; US4475735A

Description

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Titel der Erfindung

Abdichtsystem auf Wellen gegen stark schleißende, gasförmige, komprimierte Medien

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Abdichtsystem auf Wellen gegen stark schleißende, gasförmige, komprimierte Medien kann überall dort eingesetzt werden, wo nachfolgende Maschinenelemente auf rotierenden Wellen gegen hoch komprimierte und stark schleißende Medien, wie sie z. B. Trägergas-Staub-Suspensionen im Dichtstronibereich darstellen, wirksam abgedichtet werden sollen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bisher bestand entsprechend den Forderungen aus der Praxis nur die Notwendigkeit, niedrigkonzentrierte Staubströme mit einer Beladung von ca. 10-30 kg/m bei relativ geringen Systemdrücken, die ca. 0,2 MPa betragen, gegen die Außenatmosphäre abzudichten. Diese Probleme lassen sich nach dem Stand der Technik mit den herkömmlichen Stopfbuchspackungen lösen, die eventuell durch einen Schmierring mit angeschlossener Staufferbüchse erweitert sind. Weiterhin sind aus dem Pumpen- und Verdichterbau spezielle Abdichtungssysteme bekannt, die mit Sperrmedien arbeiten.

Die Entwicklung der DichtStromtechnologie, die z. B, in der Kohlenstaubvergasung ihre Anwendung findet,

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stellt an die Abdichtung weitaus höhere Anforderungen. Hier können die Staubkonzentrationen und die Systemdrücke auf den 20-fachen Betrag der oben erwähnten Werte steigen. Eigene Versuche bewiesen, daß die Übernahme der Lösungsprinzipien von Abdicht systemen für niedrigkonzentrierte Staubströme mit geringen Systemdrücken auf die DichtStromtechnologie hoher Betriebsdrücke mit gleichzeitigem Einsatz von Sperrmedien nur zu Laufzeiten von etwa 240 h führt. Da jede Stopfbuchspackung geringfügige Leckverluste in Richtung des Druckgefälles zuläßt, wandern mit dem Leckgasstrom kleinste Staubteilchen unter die Stopfbuchspackung und führen zu einer Krustenbildung an der Gleitfläche der Stopfbuchspackung, die im fortgeschrittenen Stadium die Welle blockieren lassen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines wirkungsvollen Abdichtsystems, das eine sichere Abdichtung auf rotierenden Wellen gegen stark schleißende und hoch komprimierte, gasförmige Medien gewährleistet, insbesondere gegen hoch komprimierte Staub-Trägergas-Suspensionen im Dichtstrombereich.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abdichtsystem auf rotierenden Wellen zu entwickeln, das sowohl für die Seite der durchgehenden Welle als auch für die Seite des Wellenstumpfes verwendbar ist, wobei als Dichtelement eine Stopfbuchspackung Verwendung finden soll.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist durch die Kombination von Stopfbuchspackungen mit der Anwendung von Spülgas mit einem höheren als dem Systemdruck zur

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Spülung und Druckbeaufschlagung des Schmiermittels gekennzeichnet.

Wesentlich für die Erfindung ist die Bereitstellung eines Spfilgases, das zweckmäßig mit dem jeweiligen Medium oder dem Trägergas einer Staub-Trägergas-Suspension identisch, sein soll und unter einem höherem als dem Systemdruck stehen muß.

Das Spülgas wird einerseits dazu verwendet, die Schmierköpfe für die Schmierung der Stopfbuchspackung mit Druck zu beaufschlagen, andererseits wird es bis auf einen Druck wenig über dem Systemdruck gedrosselt zur Spülung und/oder Druckbeaufschlagung des gekapselten Lagers am Wellenende eingesetzt. Die erfindungsgemäße Kombination von Stopfbuchspackung, druckbeaufschlagtem Schmiermittel und Spülgas kann in den 2 folgenden Varianten realisiert werden:

1.Diese Variante wird hauptsächlich für die Antriebsseite von Wellen eingesetzt. Erfindungsgemäß wird als vorletztes Element der Stopfbuchspackung von der Stopfbuchsbrille aus gesehen ein Schmierring mit umlaufenden Nuten eingebracht, die über eine Bohrung mit einem Schmierkopf verbunden sind. Der Sohmierkopf ist im Oberteil so ausgebildet, daß das Schmiermittel mit dem Spülgasdruck, der höher als der Systemdruck ist, beaufschlagt wird. Zwischen der Stoffbuchspackung und dem Medien- oder Suspensionsraum befindet sich auf der Welle ein zusätzlicher Absatz, der zwischen Welle und Gehäuse einen schmalen Spalt läßt. Durch diesen Spalt wird über einen Anströmraum und ein Verteilungsblech ein wenig über den Systemdruck gedrosselter Spülgasanteil gedrückt,

Durch die kontinuierliche Gasströmung im Spalt zwischen Welle und Gehäuse in Richtung Medienraum

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wird das Eindringen von Fremdkörpern in den Bereich der Stopfbuchspackung verhindert. Durch diese Anordnung werden auch geringfügige Leckgasmengen ausgeglichen, indem das staubfreie Spülgas die Leckgasmenge abdeckt und so ein Eintragen von Festkörpern in den Dichtungebereich verhindert. Sollten, bedingt durch Druckschwankungen, doch Pestkörper durch den freigespülten Spalt in den Dichtungsbereich vordringen, entsteht in der Stopfbuchspackung auf der Wellenoberfläche ein immer noch schmierendes Fett-Fest körper- Gemisch«. Durch das unter höherem Druck als das Spülgas stehende Schmiermittel werden bei kurzzeitigem Entspannen oder Setzen der Packungselemente die entstehenden Spalten mit Schmiermittel gefüllt, es wird ebenfalls eine ständige Schmiermittelbewegung vom Schmierring in Richtung Stopfbuchsbrille (Außenatmosphäre) realisiert. Die Geschwindigkeit der Schmiermittelbewegung ist unter anderem auch von der Wahl des geigneten Druckverhältnisses von Schmiermitteldruck zu Spülgasdruck abhängig und der Schmiermittelverbranch kann über die richtige Einstellung des Differenzdruckes minimiert werden.

2. Die 2. Variante dient hauptsächlich der Abdichtung von Lagereinheiten auf Wellenstumpfen. Ausgangspunkt ist wiederum eine Kombination von Stopfbuchspackung, druckbeaufschlagtem Schmiermittel und Spülgas.

Das We 11enende ist bei der erfindungsgemäßen Lösung druckdicht gekapselt. Der Spüldruck, der entsprechend Variante 1 höher als der Systemdruck ist, wirkt ebenfalls auf das Schmiermittel. Der Druck des gedrosselten Spülgasanteils, der wenig über dem Systemdruck liegt, wirkt von der äußeren Seite auf die Stopfbuchspackung,

Die Anordnung des Schmierrings erfolgt analog der Ausführung auf der Antriebsseite der Welle. Durch die Druckbeaufschlagung des gesamten Lagerraumes einschließlich der Dichtung ist gewährleistet, daß auch bei Ausfall der Schmiereinrichtung eine genügend große Druckdifferenz vorhanden ist, so daß kein Gasstrom mit dem damit vorhandenen Pestkörpertransport durch die Stopfbuchspackung auftreten kann. Der hinter der Stopfbuchspackung aufgebaute Druck verhindert ebenso einen raschen Schmiermitteltransport durch die Dichtelemente im Falle des Lockerns der Stopfbuchspackung durch Setzen oder Entspannen der Dichtung.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden. In der zugehörigen Figur ist eine Druckzellenradschleuse dargestellt, in welcher beide Varianten des möglichen Abdichtsystems realisiert sind. Die Druckzellenradschleuse dient der Förderung und der Dosierung einer Staub-Trägergas-Suspension im Dichtstrombereich, das heißt, einer Suspension mit einem Feststoff/Trägergas-Yerhältnis von 300 kg/m³ , die zusätzlich noch unter einem Druck 2,5 MPa steht.

Auf der linken Seite der Figur ist die für die Antriebsseite der Welle 15 geeignete 1. Tfariante des Abdichtsystems dargestellt. Als vorletztes Element der Stopfbuchspackung 1 von der Stopfbuchsbrille 5 aus gesehen wird ein Schmierring 2 mit einer inneren und einer äußeren umlaufenden Nut eingesetzt, der -.mit einem Schmierkopf 4 verbunden ist. Im Schmierkopf 4 wird der Vorratsraum für Schmiermittel 17 über einen Kolben 18 durch das Spülgas, dessen Druck höher als der Systemdruck der Staub-Trägergas-Suspension und das

zweckmäßig mit dem Trägergas identisch ist, mit Druck beaufschlagt. Dadurch werden bei sich lockernder oder setzender Stopfbuchspackung die entstehenden Spalten mit Schmiermittel gefüllt und eine Bewegung des Schmiermittels vom Schmierring 2 in Richtung der Stopfbuchsbrille 5 erzeugt. Weiter befindet sich im Gehäure 14 ein Anströmraum 3 für Spülgas, der über entsprechende Bohrungen und Rohrleitungen mit dem Spülgasanschluß 16 verbunden ist, wobei eine Drosseleinrichtung 10 zwischengeschaltet ist. Durch den Einbau der Drosseleinrichtung 10 wird der Spülgasdruck soweit gedrosselt, daß dieser nur wenig über dem Systemdruck der Staub-Tragergas-Suspension liegt. Vom Anströmraum 3 fließt das Spülgas über ein Verteilungsblech für Spülgase 9 durch den Spalt 13, der durch den Wellenabsatz 12 und den Gehäusedeckel 21 gebildet wird, zusätzlich in den Staubstrom. Durch den der Stopfbuchspackung 1 vorgelagerten freigespülten Spalt 13 ist infolge des ständigen Spülgasstromes ein Eindringen von Staubpartikeln in den Dichtungsbereich unwahrscheinlich. Geringfügige Leckgasmengen der Dichtung werden außerdem durch das staubfreie Spülgas abgedeckt. Sollten bedingt durch Druckschwankungen doch Staubteile durch den Spalt gelangen, so ist durch den höheren Druck des Schmiermittels gleichzeitig das Eindringen von Schmierfett gewährleistet. Der Schmiermittelverbrauch ist durch die richtige Einstellung des Differenzdruckes an der Drosseleinrichtung 10 regelbar.

Das rechte Wellenende der dargestellten Druckzellenradschleuse ist mit der 2. Variante des Abdichtsyst ems versehen. Es handelt sich dabei um einen Wellenstumpf, dessen Lagereinheit druckdicht gekapselt ist. Die Stopfbuchspackung 1 ist wiederum mit einem Schmierring 2 versehen, der in der Stopfbuchspackung 1 den Platz des vorgesetzten Dichtungselementesvon der Stopfbuchsbrille aus gesehen einnimmt. Der Schmierring 2 ist

mit den umlaufenden Nuten ebenfalls mit dem durch das Spülgas druckbeaufschlagten Schmierkopf 4 verbunden/ Charakteristisch für diese Variante ist, daß der gedrosselte Spülgasanteil zur Druckbeaufschlagung der Stopfbuchspackung 1 auf der Seite der Stopfbuchsbrille 5 verwendet wird. Über einen Druckausgleichsstutzen 8 ist die Lagerkapselung 19 mit der Drosseleinrichtung 10 verbunden. Die druckdichten Lagerkapselung 19, die mit dem wenig über dem Systemdruck der Staub-Trägergas-Suspension liegenden gedrosselten Spülgasdruck beaufschlagt ist, garantiert, daß kein Druckgefälle von der Druckzellenradschleuse in Richtung Lagerbaugruppe durch die Dichtung besteht. Dadurch sind die Ursachen für einen Transport von Staubteilchen in die Dichtungselement beseitigt.

Analog der Variante 1 werden entstehende Spalten vom druckbeaufschlagten Schmiermittel gefüllt. Vom Zellenrad 11 aus gesehen wird im Spalt 13 zwischen V/elle 15 und Gehäusedeckel 21 ein Schmiermittelpolster erzeugt, das eventuell eindringende Staubteilchen aufnimmt. Dadurch entsteht dort nach einer gewissen Laufzeit ein Gemisch aus Schmiermittel und Staub, das aber nicht sum Pestgehen der V/elle 15 führt. Ein Vorteil dieser Bauart ist, daß der Staub-Trägergas-Suspension kein zusätzlicher, in manchen Fällen unerwünschter, Gasanteil zugeführt wird. Das Abdichtsystem basiert in diesem Pail auf dem statischen Druck hinter der Stopfbuchspackung 1, der Leckgasverluste durch die Dichtung ausschließt, und wiederum auf der Anwendung von Schmiermittel unter definiertem Druck. Der Schmiermittelverbrauch wird ebenfalls durch die Einstellung des richtigen Druckverhältnisses an der Drosseleinrichtung 10 minimiert, wobei auch die Höhe des Druckniveaus des Spülgases Über dem Systemdruck von Bedeutung ist.

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Zur Nachstellung der Stopfbuchspackung 1 ist eine Nachspannvorrichtung 7 durch die Lagerkapselung 19 druckdicht hindurc&gefUhrt, so daß während des Betriebes der Druckzellenradschleuse nachgespannt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung wurde analog zu der beschriebenen Druckzellenradschleuse auf einem Versuchsstand Langzeitversuchen unterworfen. Es konnte eindeutig nachgewiesen werden, daß entgegen den herkömmlichen Lösungen beim Fördern und Dosieren einer Staub-Trägergas-Suspension im Dichtstrombereich ein sicheres Dicht- und Lagerverhalten erreicht wird. Ein Blockieren der Welle durch Versagen der Dichtelemente, wie es beim Einsatz anderer Lösungen nicht auszuschließen war, trat nicht auf.

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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 - Stopfbuchspackung

2 - Schmierring

3 - Anströmboden für Spülgas

4 - Schmierkopf

5 - Stopfbuchsbrille

6 - Ring

7 - Nachspannvorrichtung

8 - Druckausgleichsstutzen

9 - Verteilungsblech für Spülgas

10 « Drosseleinrichtung

11 - Zellenrad

12 - Wellenabsatz

13 «* Spalt

14 - Gehäuse

15 - Welle

16 - Sptilgasanschluß

17 - Vorrataraura für Schmiermittel

18 - Kolben

19 - Lagerkapselung

20 - Medienraum

21 - Gehäusedeckel

Leerseite

Claims

Eyfindungsansprüche

1.yAbdichtsystem auf Wellen gegen stark schleißende, gasförmige, komprimierte Medien unter Nutzung von Stopfbuchspackungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmiermittel in einem Schmierkopf (4) durch ein Spülgas, das unter höherem Druck als ein Medium im Medienraum (20) steht, mit Druck beaufschlagt ist und der Schmierkopf (4) mit einem Schmierring (2) verbunden ist, der mit einer inneren und einer äußeren umlaufenden Hut versehen als vorletztes Element von einer Stopfbuchsbrille (5) aus gesehen in der Stopfbuchspackung (1) angeordnet ist, daß zwischen Stopfbuchspackung (1) und dem Medienraum (20) ein Spalt (13) vorhanden ist, der über ein "Verteilungsblech (9), einen Anströmraum (3) und entsprechende Bohrungen im Gehäuse (14) mit einer Drosseleinrichtung (10) für einen Spülgasanteil verbunden ist, wobei der Druck nach der Drosseleinrichtung (10) wenig größer als der Systemdruck im Medienraum (20) ist, und/oder daß ein gekapseltes Ende der Welle (15) mit der Drosseleinrichtung (10) Über einen Druckausgleichsstutzen (8) zur Druckbeaufschlagung der Stopfbuchspackung (1) auf der Lagerseite verbunden ist,

2, Abdichtsystem nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas das im Medienraum vorherrschende gasförmige Medium eingesetzt ist.

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3. Abdichtsystem nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachspannvorrichtung (7) zum Kachstellen der Stopfbuchsbrille (5) druckdicht durch die Lagerkapselung (19) nach außen geführt ist.

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