DE3321597C2 - Gleitringdichtung - Google Patents

Abstract

Zwischen einer Welle oder Achse (10) und einem Stator (13) liegt die gesamthaft mit (1) bezeichnete Labyrinthdichtung. Diese besteht aus einer abwechselnden Folge von je zwei mit Spielpassung ineinander passenden Ringen (2, 4) und mit Spielpassung in der Bohrung (15) des Stators (13) passenden Ringen (3). Von den beiden mit Spielpassung ineinander passenden Ringen sitzt der äußere (4) mit Preßpassung in der Bohrung (15) und der innere mit Preßpassung auf der Welle (10). Der je zwischen den zwei ineinander passenden Ringen liegende Ring (3) sitzt mit Preßpassung auf der Welle (10). Die Labyrinthdichtung stellt eine besonders preisgünstige, wartungsarme Lösung dar, die weder am Rotor noch am Stator formschlüssige Ausdehnungen erfordert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung, insbesondere für hydraulische Rotationsmaschinen, die im Tiefsttemperaturbereich arbeiten.

Die erfindungsgemäße Gleitringdichtung findet beispielsweise Verwendung bei Pumpen, die flüssigen Stickstoff bei etwa —200° C fördern.

Es sind verschiedene Gleitringdichtungen bekannt, die aber für cryogene Verwendungszwecke wenig geeignet sind. Die DE-PS 62 564 zeigt eine mehrteilige Gleitringdichtung mit labyrinthartigem Aufbau der Ringe und einer Stopfbüchse, welche die Ringe aufeinander drückt. Das bei der Stopfbüchse zur Anwendung kommende, elastische Dichtungsmaterial macht eine solche Gleitringdichtung für cryogene Verwendung ungeeignet.

Das DE-GM 18 40 726 zeigt eine Gleitringdichtung, bei der zwischen einem im Gehäuse und einem auf der Welle befestigten Ring ein frei schwimmender Zwischenring angeordnet ist. Der Zwischenring ist mittels Rollen auf der Welle oder im Gehäuse gelagert. Solche Rollen und die geringe Anzahl Dichtflächen machen diese Dichtung für cryogene Verwendungszwecke wenig geeignet. '

Labyrinthdichtungen sind ebenfalls seit langem bekannt, bei denen der rotierende Teil und der stationäre Teil berührungsfrei formschlüssig ineinander greifende Ausdrehungen aufweisen, die keinerlei Abnützung unterliegen. Für cryogene Pumpen sind solche Dichtungen unbrauchbar.

Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine möglichst preisgünstige, leicht zu wartende Gleitringdichtung zu schaffen, die sich insbesondere für cryogene Rotationsmaschinen eignet.

Diese Aufgabe erfüllt eine Gleitringdichtung, die sich dadurch auszeichnet, daß jeweils zwei mit Spielpassung ineinander passende Ringe, von denen der äußere mit Preßpassung in der Bohrung und der innere mit Preßpassung auf der Welle sitzt, mit einem auf die Welle oder in der Bohrung mit Preßpassung und in der Bohrung oder auf der Welle mit Spielpassung sitzenden Ring in axialer Richtung abwechseln, wobei in axialer Richtung benachbarte Ringe einander berühren.

Der Sinn dieser seltsamen Bauweise ergibt sich aus cryogenen Anwendungen. Wird bei normalen Bedingungen flüssiger Stickstoff gefördert so arbeitet das erfindungsgemäße Lager wie eine Gleitringdichtung.

Der flüssige Stickstoff wirkt dabei ähnlich einem Wasserfilm und reduziert die Reibung und damit auch die Abnützung. Wird nun in einer Anlage die Ausgangsseite der cryogenen Pumpe zu stark gedrosselt, so steigt der Druck und der flüssige Stickstoff erwärmt sich und wird gasförmig. Das Lager läuft nun trocken und nützt sich ab. Während herkömmliche Gleitlager sofort so undicht werden, daß die Pumpe oder gar die ganze Anlage stillgelegt werden muß, beginnt das erfindungsgemäße Lager nun wie eine Labyrinthdichtung zu arbeiten. Dabei

ist die nun auftretende Leckage so niedrig, daß die Pumpe ohne weiteres weiterlaufen kann, bis sämtliche Vorbereitungen für eine Auswechslung der Lager getroffen sind. Der einfache Aufbau des Lagers vereinfacht das Auswechseln und reduziert die Kosten erheblich. Die Stillstandzeiten der Anlage werden entsprechend drastisch reduziert. Auch die routinemäßige Auswechslung aufgrund der Abnützung kann in größeren Abständen erfolgen, da keine »Blitzreaktionen« bei Leckagen durch Abnützung mehr erforderlich sind. Die wirtschaftliche Bedeutung ist um so verständlicher, wenn man bedenkt, daß solche cryogene Anlagen häufig bei Ölförderanlagen in abgelegenen Gebieten eingesetzt werden, wo entsprechende Reparaturleute von weit her eingeflogen werden müssen.

In der Zeichnung sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine hydraulische Rotationsmaschine im Bereich der Gleitringdichtung,

F i g. 2 und 3 verschiedene Ringe der Dichtung nach F i g. 1 in der Draufsicht,
F i g. 4 den Ring nach F i g. 3 im Schnitt,
F i g. 5 zeigt eine Gleitringdichtung im Schnitt, bei der alle auf der Welle mit Preßpassung sitzenden Ringe einstückig ausgebildet sind und

F i g. 6 dieselbe Ansicht einer Gleitringdichtung der Bauart nach F i g. 5 mit elastischen, m^:t Preßpassung in der Bohrung sitzenden Scheiben.

In F i g. 1 ist der Rotor, bzw. die Welle, mit 10 bezeichnet. Auf der Welle 10 ist mittels einer Schraube U ein mitlaufender Deckel 12 aufgeschraubt. Der Deckel 12 ist gegenüber dem schematisch dargestellten Stator 13 an einer nicht dargestellten Stelle gegenüber diesem abgedichtet. Zwischen dem rotierenden Deckel 12 und dem Stator ist somit eine abgedichtete Kammer 14 vorhanden. Die Welle 10 durchsetzt den Stator 13 durch dessen Bohrung 15. Die Welle 10 ist gegen die Bohrung 15 durch die gesamthaft mit 1 bezeichnete, erfindungsgemäße Gleitringdichtung abgedichtet. In der Zeichnung rechts vom Stator 13 liegt die abzudichtende Seite A und links davon, in der Kammer 14, die abgedichtete Seite B.

Selbstverständlich könnte 10 auch eine ruhende Achse sein, um die dann der Rotor 13 umlaufen würde. Am Prinzip der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung ändert sich hierdurch jedoch nichts, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung auf diese äquivalente Lösung nicht mehr eingegangen wird.

Auf der Welle 10 sitzen in relativ dichter Packung abwechslungsweise ein Ring 2 und ein Ring 3. Sämtliche Ringe 2 und 3 haben den gleichen inneren Radius n, so daß sie allesamt auf der Welle 10 mit Prelipassung sitzen. Die Ringe 2 haben einen erheblich kleineren, äußeren Radius r? als die Ringe 3, deren äußerer Radius r=, jedoch kleiner als der Radius m der Bohrung 15 ist. Damit eine Preßpassung zwischen den Ringen 2 und 3 und der Welle 10 gewährleistet ist, muß die Welle gegenüber dem inneren Radius η Übermaß aufweisen. Konzentrisch um die Ringe 2 sind Ringe 4 angeordnet. Die Ringe 4 weisen einen äußeren Radius η auf, der gegenüber dem Radius /Ϊ5 der Bohrung 15 Obermaß aufweist, so daß die Ringe 4 mit Preßpassung in der Bohrung 15 sitzen. Der innere Radius η der Ringe 4 ist größer als der äußere Radius η der darin liegende Ringe 2, die somit mit Spielpassung in den Ringen 4 liegen. Durch diese Anordnung bilden sich abwechslungsweise Ringspalte 20 zwischen den Ringen 3 und der Bohrung 15, sowie Ringspalte 21 zwischen den Ringen 2 und 4.

Sämtliche Ringe können, wie Ring 3 in F i g. 4 dargestellt, in ihren seitlichen Flanken 31 konzentrische Ringnuten 32 aufweisen. Die Ringnuten 32 haben eine dop- pelte Funktion. Zum einen setzen sie die Größe der aufeinander liegenden Reibflächen herab und zum anderen bilden sie wiederum Drosselstellen wie bei der Labyrinthdichtung.

In F i g. 5 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem sämtliche, auf der Welle 10 sitzenden Ringe einstückig aus einer Buchse 5 gedreht sind. Hierbei ist der Radius rfer Buchse 5, bzw. der Rippen 6, gleich dem äußeren Radius r₅ der Ringe 3. Der Radius der Nuten 7 entspricht damit dem äußeren Radius r-> der Ringe 2. Die Welle 10 weist wiederum gegenüber dem Innenradius der Buchse 5 Übermaß auf. Die Ringe 4 liegen hier zwischen den Rippen 6. Die Ringe 4 liegen, wie bei der Ausführung gem. F i g. 1, mit Preßpassung in der Bohrung 15.

Die Ringe 4 weisen eine diametral verlaufende Teilung auf, damit sie in die Nuten 7 eingebracht werden können.

Die Variante gem. F i g. 6 zeigt wiederum eine Buchse 5, die mit Preßpassung auf der Welle 10 sitzt. Die mit Preßpassung in der Bohrung 15 sitzenden Ringe 4 sind jedoch diesmal aus elastischem Material, das eine zusätzlich nach außen gerichtete radiale Kraft erfordert. Diese Kraft wird durch Spannringe 8 auf die elastischen Ringe 4 bewirkt. Als elastisches Material für die Ringe 4 kommen diverse Kunststoffe sowie Kunststcff-Asbest-Mischungen in Frage. Die Spannringe 8 werden vorzugsweise aus Federstahl gefertigt.

Ist zwischen dem Stator 13 und dem umlaufenden Deckel 12, wie in Fig. 1 dargestellt, eine abgedichtete Kammer 14 vorhanden, so kann man diese über eine Druckleitung durch den Stator 14 mit Druck beaufschlagen. Vorteilhafterweise verwendet man auf der abgedichteten Seite fldas gleiche Medium wie auf der abzudichtenden Seite A anliegt. Dabei muß allerdings das Medium nicht unbedingt im gleichen Aggregatszustand auf beiden Seiten anliegen.

Die beschriebene Labyrinthdichtung hat sich bei Pumpen für cryogene Anwendungszwecke hervorragend bewährt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gleitringdichtung für die durch eine Bohrung geführte Welle einer im Tiefsttemperaturbereich arbeitenden, hydraulischen Rotationsmaschine mit mehreren, in Serie angeordneten Ringen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei mit Spielpassung ineinander passende Ringe (2, 4), von denen der äußere (4) mit Preßpassung in der Bohrung (15) und der innere (2) mit Preßpassung auf der Welle (10) sitzt, mit einem auf die Welle (10) oder in der Bohrung (15) mit Preßpassung und in der Bohrung (15) oder auf der Welle (10) mit Spielpassung sitzenden Ring (3) in axialer Richtung abwechseln, wobei in axialer Richtung benachbarte Ring.? einander berühren.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflanken (31) der aneinanderliegenden Ringe (2, 3, 4) konzentrische Nuten (32) aufweisen.

3. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Welle (10) oder in der Bohrung (15) mit Spielpassung sitzende Ring (3) aus einem Material mit anderem Reibungs-Koeffizienten als die beiden mit Spielpassung ineinander passenden Ringe (2,4) hergestellt ist.