DE3321598A1

DE3321598A1 - Doppelte gleitringdichtung

Info

Publication number: DE3321598A1
Application number: DE3321598A
Authority: DE
Inventors: Klaus 4107 Ettingen Bofinger; Paul P. Corona del Mar Calif. Duron; Jean 4104 Oberwil Tornare
Original assignee: Cryomec AG
Current assignee: Fives Cryomec AG
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1984-01-19
Also published as: GB8318172D0; IT8348655A0; GB2124311A; SE8303856D0; FR2529987A1; IT1172290B

Description

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CRYOMEC AG
Binningerstrasse 85

CH-4123 Allschwi1

Doppelte Gleitringdichtung

Die Erfindung betrifft eine doppelte Gleitringdichtung, insbesondere für hydraulische Rotationsmaschinen, wie Pumpen und Turbinen. Gleitringdichtungen haben senkrecht zur Drehachse stehende Gleitflächen. Die Dichtpressung wird durch Federdruck herbei geführt. Bei hohen Druckdifferenzen wird der Innendruck mit zum Anpressen des Dichtelementes und damit zur Dichtung heran gezogen. Man unterscheidet Bauarten, die im Druckraum, und solche, die ausserhalb angeordnet sind.

Gleitringdichtungen dichten bei geringen Tourenzahlen sowie bei hohen statischem Drucke besonders gut und haben unter diesen Bedingungen eine relativ geringe Abnützung. Im Stillstand ist bei genügendem Federdruck die Dichtpressung vollkommen ausreichend um eine einwandfreie Dichtung zu gewährleisten.

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Bei hoher Rotationsgeschwindigkeit und hohem anliegendem Druck sind Gleitringdichtungen einem grossen Verschleiss ausgesetzt. Deshalb wird in solchen Fällen
eine sogenannte berührungslose Dichtung, beispielsweise eine Labyrinthdichtung bevorzugt. Bei Labyrinthdichtungen werden Druck- und Geschwindigkeits-Energie in Ringspalten als Drosselstellen abgebaut.

Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine doppelte Gleitringdichtung zu schaffen, die in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit und des anliegenden
Druckes sowohl als Gleitringdichtung wie auch als Labyrinthdichtung wirken kann.

Die vorgenannte Aufgabe erfüllt eine doppelte Gleitringdichtung, die sich dadurch auszeichnet, dass mindestens ein dichtender Gleitring mit mindestens einem federelastischen, geschlossenen Organ, welches in Abhängigkeit der Drehbewegung der zu dichtenden Maschine und
des an der Gleitringdichtung anliegenden Druckes gesteuert ist, vorgesehen ist, wobei das Organ die Gleitringdichtung relativ zur Welle achsial verschiebt.

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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt und an Hand der nachfolgenden Beschreibung in ihrem Aufbau und Funktion erläutert. Es zeigt:

Figur 1 einen Teilschnitt durch eine hydraulische Rotationsmaschine, im Bereich einer doppelten Gleitringdichtung, und Figur 2 einen gleichen Schnitt durch eine solche Maschine im Bereich einer einfachen Gleitringdichtung.

Mit 1 ist die Welle der Maschine bezeichnet auf der die nicht dargestellten Rotoren sitzen. Die Welle 1 ist im Stator der gesamthaft mit 2 bezeichnet ist gelagert. Im Stator 2 ist rechts ein Einlass-Stutzen 3 ersichtlich. Die eingezeichneten Teile zeigen die Strömungsrichtung des Fliess-Mediums im System.

Der im Einlass herrschende Druck P setzt sich zwischen Welle und Stator in Pfeilrichtung fort. Das Medium umströmt ein auf der Welle 1 sitzendes Schleuderrad 4. Das Schleuderrad 4 baut einen Teil des anliegenden Druckes P₁ ab, und bewirkt eine gewisse Rückströmung des Mediums durch einen Rück-Kopplungskanal 5 in den Einlass 3.

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Der restliche Teil des Mediums setzt sich zwischen dem Schleuderrad-Flansch 6 und einer Buchse 7 bis zu einer Kammer 8 vor der Gleitringdichtung fort. In der Kammer herrseht ein gegenüber dem Druck P im Einlass geringerer Druck P_p. Das Gleitringlager besteht aus zwei Gleitringen 10 und 11. Der Gleitring 11 sitzt fest im Flansch 6 des

Schl-euderrades 4. Der Gegen-Gleitring 10 sitzt in einem Teil 9 eines radial-zweigeteilten, verschiebbaren Ringelementes, das als Ganzes mit 12 gekennzeichnet ist. Der Teil 9 ist mit dem verschiebbaren ringförmigen Element 12 über einen feinfaltigen Federbald 13 verbunden. Am ringförmigen Element 12, dem Teil 9 gegenüber, ist ein weiterer dem Gleitring 10 entgegen gesetzt gerichteter Gleitring 14 angebracht. Das verschiebbare Element 12 ist über 2 konzentrische Federbalge mit dem Stator verbunden. Der äussere Federbalg 15 bildet zusammen mit dem inneren Federbalg 16 eine geschlossene ringförmige Kammer 17. In die Kammer 17 mündet eine Druckleitung 18. Auf der den Federbalgen 15 und 16 gegenüberliegenden Seite des verschiebbaren, ringförmigen Elementes 12 wirken Druckfedern 19.

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Der achsiale Verschiebungsweg des ringförmigen Elementes 12 wird durch einen Anschlag 20 in Form einer im Stator eingeschraubten Madenschraube begrenzt. In Fliessrichtung des Mediums folgt dem Gleitring 14 eine als Drosselstelle wirkende Kammer 21. Der hier nochmals geringere Druck kann sich von der Kammer 21 durch eine Labyrinthdichtung 22 bis zur Innenseite des abschliessenden mit der Welle 1 mitrotierenden Deckels 23 fortpflanzen. Ein nur noch sehr geringer Anteil des gasförmigen Mediums strömt schliesslich zwischen Stator 2 und Deckel 23 nach aussen. Dieser geringe Anteil kann nochmals reduziert werden, indem man durch einen Druckluftkanal 24 die Labyrinthrichtung von der Gegenseite unter Druck setzt.

Nachfolgend soll nun die Wirkungsweise der erfindungsgemässen, verschiebbaren Gleitringdichtung erläutert werden. Steht nun die Maschine vor der Erstinbetriebsetzung oder auch später still, so liegt trotzdem ein vom System her wirkender Druck an. Dieser Druck setzt sich als statischer Druck bis zu den Gleitringen 10 und 11 fort. Steht die Maschine still, so wird durch die Druckleitung 18 kein Druck in der ringförmigen, geschlossenen Kammer 17 aufgebaut, wodurch sich die Federbalge und 16 zusammen ziehen, und somit das verschiebbare,

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ringförmige Element 12 in Richtung des Schleuderradflansches 6 ziehen. Folglich sind die Gleitringe 10 und 11 dichtend aufeinander gedrückt. Von der Kammer 8 kann sich trotzdem ein Teil des Druckes durch den feinen Spalt zwischen dem Teil 9 und dem Stator 2 fortpflanzen. Dieser Druck wirkt auf die Innenseite des verschiebbaren, ringförmigen Elementes 12 und hat das Bestreben, dasselbe entgegen die Wirkung der Federbalge 15 und 16 in Richtung des Deckels 23 zu verschieben.

Dieser Wirkung wird durch die Druckfedern 19 entgegen gewirkt. Das meist gasförmig vorhandene Medium kann aus dem Zwischenraum zwischen dem feinfaltigen Federbalg 13 und dem inneren Federbalg 16 nicht entweichen. Folglich ist die Gleitringdichtung im beschriebenen ruhenden System gut gedichtet.

Läuft die hydraulische Maschine, so herrscht im Einlass ein Druck P₁ der sich wie eingangs beschrieben bis zu den Gleitringen 10 und 11 fortpflanzt. Dabei wird jedoch der Druck P₁ durch die Wirkung des Schleuderrades 4 auf den Druck P- reduziert. Ueber die Druckleitung 18 wird nun ein, in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit, gesteuerter Druck auf die ringförmige, geschlossene Kammer 17 angelegt.

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Folglich werden die Federbalge 15 und 16 auseinander gedruckt. Dies bewirkt, dass das verschiebbare, ringförmige Element 12 entgegen der Wirkung der Federbalge 15 und 16 sowie der Druckfedern 19 in Richtung des Deckels 23 verschoben wird. Hiermit wird aber auch der Teil 9 des radialgeteilten, verschiebbaren Ringelementes 12 in dieselbe Richtung verschoben, da dieser Teil über den feinfaltigen Federbalg 13 mit dem ringförmigen Element 12 zusammen hängt. Die Verschiebung bewirkt einerseits, dass zwischen den Gleitringen 10 und 11 ein feiner Spalt entsteht, sowie dass der Spalt zwischen dem Gleitring 14 und der Welle 1 geringer wird. Da sowohl nach den Gleitringen 10, 11 sowie in Strömungsrichtung nach dem Gleitring 14 eine Kammer vorhanden ist, wirkt die nun berührungsfreie Gleitringdichtung als Labyrinthdichtung. Der in der Kammer 21 bereits stark herabgesetzte Druck pflanzt sich nun durch die nachfolgende Labyrinthdichtung fort.

Als Besonderheit weist der Gleitring 14 bei der Erstinbetriebsetzung ein Uebermass auf. Wird folglich durch die Druckleitung 18 in der ringförmigen, geschlossenen Kammer 17 ein Ueberdruck angelegt, so liegt der Gleitring 14 erst an der Schulter der Welle 1 an bevor das verschiebbare, ringförmige Element 12 an den Anschlag 20 des

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Stators 1 anliegt. Erst im Dauerbetrieb, wenn ein konstanter Druck im System aufgebaut ist, ist der Gleitring 14 soweit abgeschliffen, dass der vorgenannte Spalt zwischen Welle 1 und Gleitring 14 entsteht. Nun erst liegt das verschiebbare, ringförmige Element 12 an die als Anschlag dienende Madenschraube 20 an.

In der Figur 2 ist ein vereinfachtes Beispiel des erfindungsgemässen Gleitringlagers dargestellt. Auf die gleichartigen Teile wie bei der Ausführung gemäss Figur 1 die hier wiederum die gleichen Bezugszahlen haben, wird nicht nochmals eingegangen. Der wesentliche Unterschied der Variante gemäss Figur 2 gegenüber jener nach Figur 1 besteht darin, dass das verschiebbare, ringförmige Element 12 nicht mehr radial geteilt ist. per Teil 9 entfällt somit. Bei dieser Ausführung ist als einziger Gleitring ein Gleitring 30 zwischen dem Schleuderradflansch 6 und dem hier einstückigen, verschiebbaren, ringförmigen Element 12 vorgesehen.

Dem Teil 9, des radial geteilten, verschiebbaren, ringförmigen Element 9 entspricht hier eine radial nach aussen gerichtete ringförmige Schulter 31. Ein angeschraubter Statorteil 32 ragt in das verschiebbare, ringsförmige Element 12 hinein.

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Die Rückstellwirkung der Federbalge 15 und 16 wird diesmal durch Druckfedern 33 zwischen dem angeschraubten Statorteil 32 und der ringförmigen Schulter 31 des verschiebbaren, ringförmigen Elementes 12 unterstützt. Da die Wirkungsweise dieser Variante vollkommen analog der Wirkungsweise der vorher beschriebenen Lösung ist, wird auf die nochmalige Beschreibung derselben verzichtet.

Das zur Verschiebung des ringförmigen Elementes 12 erforderliche, geschlossene, federelastische Organ kann nicht nur wie in der Zeichnung dargestellt aus Federbalgen gebildet werden, sondern auch durch zylindrische teleskopisch ineinander passende, gedichtete Rohrabschnitte, die so eine variable Ringkammer formen. Die erforderliche Rückstellkraft kann durch eine in der Ringkammer angeordnete Zugfeder bewirkt werden. Eine weitere Lösung, kann darin gesehen werden, dass das achsial verschiebbare, ringförmige Element 12 durch mehrere, federelastische Organe bewegt wird. Als solche federelastische Organe können mehrere, miteinander kommunizierende Zylinder-/Kolben-Einheiten dienen. Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass die Gleitringe vorteilhafterweise als Kohlenringe ausgebildet sind.

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Leerseite

Claims

CRYOMEC AG
Binningerstrasse 85
CH-4123 AllschwiI

PATENTANSPRUECHE

.»JGleitringdichtung, insbesondere für hydraulische Rotationsmasehinen, wie Pumpen und Turbinen, bei der die Dichtpressung durch Federdruck herbei geführt ist, dadurch gekennzeichnet,

dass mindestens ein dichtender Gleitring (10,30) mit mindestens einem federelastischen, geschlossenen Organ (15,16,17), welches in Abhängigkeit der Drehbewegung der zu dichtenden Maschine und des an der Gleitringdichtung anliegenden Druckes gesteuert ist, vorgesehen ist, wobei das Organ (15,16,17) die Gleitringdichtung relativ zur Welle (1) achsial verschiebt.

2« Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das federelastische, geschlossene Organ durch

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zwei konzentrische Federbalge (15,16) gebildet ist, wobei der geschlossene Zwischenraum (17) mit einer Druckleitung (18) in Verbindung steht.

3. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das federelastische, geschlossene Organ aus zylindrischen, teleskopischen, ineinander passenden, gedichteten Rohrabschnitten gebildet ist, die eine variable Ringkammer formen, wobei in der Ringkammer eine das Organ zusammenziehende Zugfeder angeordnet ist und die Ringkammer mit einer Druckleitung (18) in Wirkverbindung steht'.

4. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Gleitringdichtung auf einem achsial verschiebbaren, ringförmigen Element (12) befestigt ist, welches durch das federelastische Organ (15-17) bewegbar ist.

5. Gleitringdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

dass das ringförmige Element (12) durch mehrere federelastische Organe bewegbar ist.

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6. Gleitringdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennze i chne t, dass die federelastischen Organe mehrere kommunizierende Zylinder/Kolben-Einheiten sind, die mit einer Druckleitung in Wirkverbindung stehen.

7. Gleitringdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Element (12) in Radialrichtung geteilt ist und die beiden Teile (9,12) über einen Federbalg (13) miteinander verbunden sind.

8. Gleitringdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide in Radialrichtung geteilten Teile (9,12) eine Gleitringdichtung (10,14) aufweisen.

9. Gleitringdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Element (12) in seiner Achsialrichtung durch einen einstellbaren Anschlag (20) in seiner Verschiebbarkeit begrenzt ist.

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10. Gleitringdichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in Anschlagrichtung liegende Gleitringdichtung (14) bei der Erstinbetriebnahme ein Uebermass aufweist, so dass diese Gleitringdichtung (14) bereits dichtend anliegt, bevor das in Achsialrichtung verschiebbare, radial zweigeteilte, ringförmige Element (12) am Anschlag (20) anliegt.

11. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitringdichtung (10) in Strömungsrichtung eine als Drosselstelle wirkende Ringspalte folgt.

12. Gleitringdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gleitringdichtung (10,14) in Strömungsrichtung je eine als Drosselstelle (21) wirkende Ringspalte folgt.

13. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitringe (10,14) Kohlenringe sind.

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14. Gleitringdichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass auf das ringförmige Element (12) mindestens eine Druckfeder (19,33) wirkt, die die Rückstellkraft des federelastischen Organs (15,16,17) unterstützt.

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