DE3234149C2

DE3234149C2 -

Info

Publication number: DE3234149C2
Application number: DE3234149A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Smuda; Klaus Dipl.-Ing. Werner; Rainer Dr.-Ing. Ddr 9200 Freiberg Dd Wernecke
Original assignee: BRENNSTOFFINSTITUT FREIBERG DDR 9200 FREIBERG DD
Current assignee: NOELL-DBI ENERGIE- UND ENTSORGUNGSTECHNIK GMBH, O-
Priority date: 1982-03-08
Filing date: 1982-09-15
Publication date: 1988-04-07
Also published as: ATA344382A; GB8303315D0; YU44083B; US4475735A; JPS58152972A; DD208052A3; AT384664B; SU1691634A1; GB2118260A; CS70483A1; GB2118260B; JPH026386B2; HU194371B; DE3234149A1; FR2523249A1; YU52883A; FR2523249B1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Abdichtsystem auf Wellen gegen stark schleißende Gas-Feststoff-Suspensionen kann überall dort eingesetzt werden, wo nachfolgende Maschinenelemente auf rotierenden Wellen gegen hoch komprimierte und stark schleißende Me dien, wie sie zum Beispiel Trägergas-Staub-Suspensionen im Dichtstrombereich 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/m³ bei relativ ge ringen 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 Staufferbuchse erweitert sind. Weiterhin sind aus dem Pumpen- und Ver dichterbau spezielle Abdichtungssysteme bekannt, die mit Sperrmedium arbeiten.

Die Entwicklung der Dichtstromtechnologie, die zum Bei spiel in der Kohlenstaubvergasung ihre Anwendung findet, stellt an die Abdichtung weitaus höhere Anforderungen. Hier können die Staubkonzentrationen und die System drücke auf den 20fachen Betrag der obenerwähnten Werte steigen. Eigene Versuche bewiesen, daß die Übernahme der Lösungsprinzipien von Abdichtsystemen für niedrigkonzen trierte Staubströme mit geringen Systemdücken auf die Dichtstromtechnologie hoher Betriebsdrücke mit gleich zeitigem Einsatz von Sperrmedium 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 Abdich tung auf rotierenden Wellen gegen stark schleißende und hoch komprimierte Gas-Feststoff-Suspensionen gewährleistet, insbesondere gegen hoch kompensierte Staub-Trägergas-Suspen sionen im Dichtstrombereich.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abdicht system 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 eines 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 Spülung und Druckbeaufschlagung des Schmiermittels ge kennzeichnet.

Wesentlich für die Erfindung ist die Bereitstellung eines Spülgases, das zweckmäßig mit dem jeweiligen Me dium oder dem Trägergas einer Staub-Trägergas- Suspen sion identisch sein soll und unter einem höherem als dem Systemdruck stehen muß.

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

1. Diese Variante wird hauptsächlich für die Antriebs seite 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 Schmierkopf 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 Suspen sionsraum befindet sich auf der Welle ein zusätz licher 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 Spülgasanteile gedrückt.
Durch die kontinuierliche Gaströmung im Spalt zwischen Welle und Gehäuse in Richtung Medienraum wird das Eindringen von Fremdkörpern in den Bereich der Stopfbuchspackung verhindert. Durch diese An ordnung werden auch geringfügige Leckgasmengen aus geglichen, indem das staubfreie Spülgas die Leck gasmenge abdeckt und so ein Eintragen von Festkör pern in den Dichtungsbereich verhindert. Sollten, bedingt durch Druckschwankungen, doch Festkörper durch den freigespülten Spalt in den Dichtungsbe reich vordringen, entsteht in der Stopfbuchspackung auf der Wellenoberfläche ein immer noch schmieren des Fett-Festkörper-Gemisch. Durch das unter höhe rem Druck als das Spülgas stehende Schmiermittel werden bei kurzzeitigem Entspannen oder Setzen der Packungselemente die entstehenden Spalte mit Schmier mittel 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 geeigneten Druck verhältnisses von Schmiermitteldruck zu Spülgasdruck abhängig und der Schmiermittelverbrauch kann über die richtige Einstellung des Differenzdruckes mi nimiert werden.
2. Die 2. Variante dient hauptsächlich der Abdichtung von Lagereinheiten auf Wellenstumpfen. Ausgangs punkt ist wiederum eine Kombination von Stopfbuchs packung, druckbeaufschlagtem Schmiermittel und Spülgas.
Das Wellenende ist bei der erfindungsgemäßen Lösung druckdicht gekapselt. Der Spüldruck, der entspre chend 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 Aus führung auf der Antriebsseite der Welle. Durch die Druckbeaufschlagung des gesamten Lagerraumes einschließ lich der Dichtung ist gewährleistet, daß auch bei Aus fall der Schmiereinrichtung eine genügend große Druck differenz vorhanden ist, so daß kein Gasstrom mit dem damit vorhandenen Festkörpertransport durch die Stopf buchspackung auftreten kann. Der hinter der Stopfbuchs packung aufgebaute Druck verhindert ebenso einen ra schen Schmiermitteltransport durch die Dichtelemente im Falle des Lockerns der Stopfbuchspackung durch Set zen oder Entspannen der Dichtung.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausfüh rungsbeispiels näher beschrieben werden. In der Figur ist eine Druckzellenradschleuse darge stellt, in welcher beide Varianten des möglichen Ab dichtsystems realisiert sind. Die Druckzellenrad schleuse dient der Förderung und der Dosierung einer Staub-Trägergas-Suspension im Dichtstrombereich, das heißt, einer Suspension mit einem Feststoff/Träger gas-Verhältnis von 300 kg/m³, die zusätzlich noch unter einem Druck 2,5 MPa steht.

Auf der linken Seite der Figur ist die für die Antriebs seite der Welle 15 geeignete 1. Variante des Abdicht systems dargestellt. Als vorletztes Element der Stopf buchspackung 1 von der Stopfbuchsrille 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 Schmier mittels vom Schmierring 2 in Richtung der Stopfbuchs brille 5 erzeugt. Weiter befindet sich im Gehäuse 14 ein Anströmraum 3 für Spülgas, der über entsprechende Bohrungen und Rohrleitungen mit dem Spülgasanschluß 16 verbunden ist, wobei eine Drosseleinrichtung 10 zwi schengeschaltet ist. Durch den Einbau der Drosselein richtung 10 wird der Spülgasdruck soweit gedrosselt, daß dieser nur wenig über dem Systemdruck der Staub- Trägergas-Suspension liegt. Vom Anströrmraum 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 vorge lagerten freigespülten Spalt 13 ist infolge des stän digen 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 ge langen, so ist durch den höheren Druck des Schmiermit tels gleichzeitig das Eindringen von Schmierfett ge währleistet. Der Schmiermittelverbrauch ist durch die richtige Einstellung des Differenzdruckes an der Dros seleinrichtung 10 regelbar.

Das rechte Wellenende der dargestellten Druckzellenrad schleuse ist mit der 2. Variante des Abdichtsystems 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 Dichtungselementes von der Stopfbuchs brille 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 ge drosselte Spülgasanteil zur Druckbeaufschlagung der Stopfbuchspackung 1 auf der Seite der Stopfbuchsbril le 5 verwendet wird. Über einen Druckausgleichsstut zen 8 ist die Lagerkapselung 19 mit der Drosselein richtung 10 verbunden. Die druckdichte Lagerkapse lung 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 Rich tung Lagerbaugruppe durch die Dichtung besteht. Da durch sind die Ursachen für einen Transport von Staub teilchen in das Dichtungselement beseitigt.

Analog der Variante 1 werden entstehende Spalten vom druckbeaufschlagten Schmiermittel gefüllt. Vom Zellen rad 11 aus gesehen wird im Spalt 13 zwischen Welle 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 zum Festgehen der Welle 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 Fall 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 Schmier mittelverbrauch wird ebenfalls durch die Einstellung des richtigen Druckverhältnisses an der Drosselein richtung 10 minimiert, wobei auch die Höhe des Druck niveaus des Spülgases über dem Systemdruck von Bedeu tung ist.

Zur Nachstellung der Stopfbuchspackung 1 ist eine Nach spannvorrichtung 7 durch die Lagerkapselung 19 druck dicht hindurchgeführt, so daß während des Betriebes der Druckzellenradschleuse nachgespannt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung wurde analog zu der be schriebenen Druckzellenradschleuse auf einem Versuchs stand Langzeitversuchen unterworfen. Es konnte ein deutig nachgewiesen werden, daß entgegen den herkömm lichen Lösungen beim Fördern und Dosieren einer Staub- Trägergas-Suspension im Dichtstrombereich ein sicheres Dicht- und Lagerverhalten erreicht wird. Ein Blockie ren der Welle durch Versagen der Dichtelemente, wie es beim Einsatz anderer Lösungen nicht auszuschließen war, trat nicht auf.

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-Spülgasanschluß
17-Vorratsraum für Schmiermittel
18-Kolben
19-Lagerkapselung
20-Medienraum
21-Gehäusedeckel

Claims

1. Abdichtsystem auf Wellen gegen stark schleißende Gas-Feststoff-Suspensionen unter Nutzung von Stopf buchspackungen, 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 Schmierstoff (4) mit einem Schmierring (2) verbunden ist, der mit einer inneren und einer äußeren umlaufenden Nut versehen als vorletztes Element von einer Stopfbuchsrille (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 in einem Gehäuse (14) mit einer Drosseleinrichtung (10) für einen Spülgasanteil ver bunden ist, wobei der Druck nach der Drosseleinrich tung (10) wenig größer als der Systemdruck im Medien raum (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 Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas das im Medienraum vorherrschende gasförmige Medium eingesetzt ist.

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