DE3416562A1

DE3416562A1 - SHAFT SEAL

Info

Publication number: DE3416562A1
Application number: DE19843416562
Authority: DE
Inventors: Leslie John Horsham Sussex Budgen; David Alan Burgess Hill Sussex Turrell
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1983-05-06
Filing date: 1984-05-04
Publication date: 1984-12-20
Also published as: GB2140102A; IT1173954B; IT8420808A0; GB8312613D0; DE3416562C2; FR2545570B1; FR2545570A1; IT8420808A1; JPS6040869A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung, insbesondere eine Dichtung, die einer durch die Wand eines Fluid zurückhaltenden Gehäuses hindurchtretenden drehbaren Welle zugeordnet ist und einen Verlust von Fluid aus dem Gehäuse verhindert.The invention relates to a shaft seal, in particular to a seal that is retained by the wall of a fluid Housing penetrating rotatable shaft is assigned and prevents a loss of fluid from the housing.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich mit solchen Dichtungen, die Rotor-Antriebswellen zugeordnet sind, welche durch das Gehäuse von mechanischen Vakuumpumpen hindurchtreten, welche ein relativ kostspieliges Pumpfluid enthalten.The invention is particularly, but not exclusively, concerned with such seals, which are assigned to the rotor drive shafts, which pass through the housing of mechanical vacuum pumps which contain a relatively expensive pumping fluid.

Die Verwendung von Dichtungen, die durch eine Gehäusewand hindurchtretenden Drehwellen zugeordnet sind, ist außerordentlich gut bekannt, und der Bereich üblicher Auslegungen sehr umfangreich. Es wird angenommen, daß ein Bezug auf bekannte Dichtungsauslegungen überflüssig ist, da derartige Auslegungen ein extrem breites Anwendungsgebiet überdecken. Die Kompliziertheit derartiger bekannter Wellendichtungen ändert sich jedoch mit dem Anwendungsgebiet. Allgemein gesprochen werden solche Dichtungen immer komplizierter, je mehr es notwendig ist, ein Austreten von Fluid in den Berührungsbereich der Welle mit dem Gehäuse zu verhindern, und Dichtungen, die eine Gleitberührung mit einer Welle in einer Vielzahl von Bereichen schaffen, sind in Anwendungsfällen vorgeschlagen worden, bei denen es besonders notwendig ist, ein Austreten zu verhindern, oder bei denen das Fluid sich bei einem wesentlich über dem Umgebungsdruck befindlichen Druck befindet.The use of seals that penetrate through a housing wall Rotating shafts are associated with it is extremely well known and the range of common designs is extensive. It is believed that reference to known seal designs is unnecessary since such designs are an extreme cover a wide area of application. However, the complexity of such known shaft seals changes with the field of application. Generally speaking, the more leakage is necessary, the more complicated such seals become of fluid in the contact area of the shaft with the housing, and seals that prevent sliding contact with a shaft in a variety of areas have been suggested in applications where it is particularly is necessary to prevent leakage or where the fluid is at a pressure significantly above ambient pressure is located.

Alle derartige bekannten Dichtungen besitzen jedoch den Nachteil, daß bei Verschleiß oder Versagen oder in anderen Fällen Fluid aus dem Gehäuse austritt. Beispielsweise im Falle von speziellen mechanischen Vakuumpumpen, die inerte stabile und chemisch komplexe Pumpfluide enthalten, kann jedes Austreten und das dadurch erforderlich werdende Nachfüllen wesentliche Kosten verursachen. However, all such known seals have the disadvantage that in the event of wear or failure or in other cases Fluid leaks from the housing. For example, in the case of special mechanical vacuum pumps that are inert stable and chemically contain complex pump fluids, any leakage and the resulting refilling can be costly.

Es ist dementsprechend ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Wellendichtungsanordnung zu schaffen, welche die mit dem möglichen Verlust von Fluiden entstehenden Nachteile verringert oder beseitigt.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a shaft seal assembly which incorporates the the disadvantages associated with the possible loss of fluids are reduced or eliminated.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Dichtanordnung für eine drehbare Welle geschaffen, welche durch die Wand eines Fluid zurückhaltenden Gehäuses hindurchtritt, wobei die Dichtung mindestens zwei Dichtelemente enthält, die an zwei beabstandeten Bereichen mit der Welle in dichtender Berührung stehen und die so ausgelegt sind, daß sie zwischen den Bereichen eine Fluidsammelkammer bestimmen, wobei Einrichtungen zum Übertragen aus dem Gehäuse ausgetretenen Fluides von der Kammer vorgesehen sind.The present invention provides a sealing arrangement for a rotatable shaft, which through the wall of a Fluid-retaining housing passes through, the seal contains at least two sealing elements which are in sealing contact with the shaft at two spaced apart regions stand and which are designed so that they define a fluid collection chamber between the areas, devices for Transferring fluids leaked from the housing are provided from the chamber.

In der einfachsten Form kann die übertragungseinrichtung einen permanent offenen oder abdichtbaren Auslaß umfassen, der an der Unterseite der Fluidsammelkammer vorgesehen ist. Auf diese Weise wird aus dem Gehäuse ausgetretenes Fluid durch Schwerkraft aus dem Sammelkammer-Auslaß entlassen und in einem entsprechenden Gefäß vor der Rückleitung zu dem Gehäuse zurückgehalten. Der Austrittsverlust wird dementsprechend wieder ausgeglichen, ohne daß neues und möglicherweise teures Fluid bereitgestellt werden muß.In the simplest form, the transmission device can be a comprise permanently open or sealable outlet provided on the underside of the fluid collection chamber. To this Way, fluid that has leaked from the housing is released by gravity from the plenum chamber outlet and in a corresponding manner Vessel retained from being returned to the housing. The exit loss is compensated accordingly again, without the need to provide new and possibly expensive fluid.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist jedoch bei der übertragungseinrichtung ein Rohr enthalten, das die Unterseite der Sammelkammer mit dem das Fluid enthaltenden Gehäuse verbindet. In diesem Fall kann die Übertragung von ausgetretenem Fluid aus der Sammelkammer in das Gehäuse durch eine Gasströmung unterstützt werden, die einem in der Sammelkammer bevorzugt an ihrem oberen Ende vorgesehen Einlaß zugeführt ist.In a preferred embodiment of the invention, however, a tube is included in the transmission device, which the bottom the collection chamber connects to the housing containing the fluid. In this case, the transfer of trodden Fluid from the collection chamber into the housing are supported by a gas flow that is preferred to one in the collection chamber its upper end provided inlet is supplied.

Wenn die erfindungsgemäße Wellendichtung einer Rotor-Antriebswelle einer mechanischen Pumpe einer bekannten Art züge-When the shaft seal according to the invention of a rotor drive shaft a mechanical pump of a known type

ordnet ist, kann das durch die Sammelkammer strömende Gas insgesamt oder teilweise den Gasballast für die Pumpe bilden. Das Gas kann getrockneter Stickstoff oder irgendein anderes entsprechendes Gas sein und wird üblicherweise dem Sammelkammereinlaß mit einem Druck zugeführt, der in einem Bereich von 0,1 bis 0,2 bar über Umgebungsdruck liegt.·is arranged, the gas flowing through the collection chamber can total or partially form the gas ballast for the pump. The gas can be dried nitrogen or some other equivalent Be gas and is usually supplied to the plenum chamber inlet at a pressure which is in the range of 0.1 is up to 0.2 bar above ambient pressure.

Bevorzugt werden Einrichtungen an der Wellenoberfläche vorgesehen, die den Zustrom von ausgetretenem Fluid zu dem axial äußersten Dichtelement hindern und das Ableiten von Fluid von der Wellenoberfläche in die Sammelkammer befördern; derartige Einrichtungen können ein um die Welle angebrachter O-Ring oder eine eingearbeitete oder auf andere Weise in der Wellenoberfläche zwischen den Dichtelementen vorgesehene Nut sein.Devices are preferably provided on the shaft surface, which prevent the flow of leaked fluid to the axially outermost sealing element and the discharge of fluid from convey the shaft surface into the plenum; such devices may be an O-ring fitted around the shaft or a groove machined into or otherwise provided in the shaft surface between the sealing elements.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert, in der die einzige Figur eine Seiten-Schnittansicht des Antriebsendes einer zweistufigen mechanischen Pumpe bekannter Art zeigt.An embodiment of the invention is exemplified below explained in more detail with reference to the drawing, in which the single figure is a side sectional view of the drive end of a shows two-stage mechanical pump of known type.

Wie aus der Zeichnung zu sehen, reicht die mit einem (nicht dargestellten) Antriebselektromotor verbindbare Antriebswelle 2 des Pumpenrotors durch die Endwand 4 des Pumpengehäuses, daß das Pumpfluid, beispielsweise Perfluor-Polyether enthält.As can be seen from the drawing, the one with a (not shown) Drive electric motor connectable drive shaft 2 of the pump rotor through the end wall 4 of the pump housing that the Contains pump fluid, for example perfluoropolyether.

Der Aufbau einer solchen mechanischen Pumpe, ob es nun eine Drehflügelpumpe oder die üblicherweise als Roots-Pumpe bekannte Pumpenart oder eine andere Pumpenart ist, ist ausreichend gut bekannt, so daß eine ins ins einzeln gehende Beschreibung nicht nötig ist. Eine typische zweistufige Drehflügelpumpe mit Ballast ist beispielsweise in der G3-PS 1 282 197 beschrieben und eine detailliertere Beschreibung ist für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich und wird deshalb nicht gegeben.The structure of such a mechanical pump, whether it is a rotary vane pump or the type of pump commonly known as a Roots pump, or some other type of pump, is sufficiently well known so that a detailed description is not necessary. A typical two-stage rotary vane pump with ballast is described, for example, in G3-PS 1,282,197 and a more detailed description is for the present invention not essential and is therefore not given.

An der Außenfläche der Endwand 4 ist ein teilweise geschlossener Zylinder 6 befestigt, durch die die Welle 2 gleichfalls hindurchtritt, und die so ausgelegt ist, daß sie eine allgemein mit 8 bezeichnete Sammelkammer bildet zur Aufnahme von aus dem Pumpengehäuse ausgetretenem Pumpfluid.A partially closed cylinder 6 is attached to the outer surface of the end wall 4, through which the shaft 2 also passes through, and which is designed to have a general 8 forms a collecting chamber for receiving pump fluid that has emerged from the pump housing.

An der Innenfläche des Zylinders 6 sind mit Abstand voneinander zwei elastische Dichtelemente 10 und 12 aus einem bekannten Material, beispielsweise Teflon (RTM), auf diesem Fachgebiet bekannter Art befestigt. Die Elemente 10, 12 sind so ausgelegt, daß sie in Gleitkontakt mit der Wellenoberfläche stehen, wobei das Element 10 vorwiegend wirksam ist, ein Austreten von Fluid aus dem Gehäuse 4 in die Kammer 8 zu verhindern und das Element 12 ein anschließendes Austreten von Fluid aus der Sammelkammer verhindert.On the inner surface of the cylinder 6, two elastic sealing elements 10 and 12 from a known one are spaced apart from one another Material such as Teflon (RTM) attached in a manner known in the art. The elements 10, 12 are designed so that they are in sliding contact with the shaft surface, the element 10 being predominantly effective, a leakage to prevent fluid from the housing 4 into the chamber 8 and the element 12 a subsequent leakage of fluid from the collection chamber prevented.

Ein dicht um die Welle 2 angebrachter und mit dieser drehbarer O-Ring 14 und/oder eine in die Wellenoberfläche eingearbeitete Nut 16 wirken so, daß an dem Element 10 vorbeitretendes Fluid abgefangen und daran gehindert wird, das Element 12 zu erreichen. Der O-Ring und/oder die Nut bewirken zusätzlich zusammen mit der sich drehenden Welle, daß abgefangenes Fluid von der Welle durch Zentrifugalkraft abgeworfen und in die Kammer 8 geleitet wird.An O-ring 14 attached tightly around the shaft 2 and rotatable with it and / or one worked into the shaft surface Grooves 16 act so that the element 10 passing fluid is intercepted and prevented from reaching the element 12. The O-ring and / or the groove also work together with the rotating shaft that trapped fluid is thrown from the shaft by centrifugal force and passed into the chamber 8 will.

An der Unterseite des Zylinders 6 befindet sich ein Auslaß 18, durch den sich in der Kammer 8 sammelndes ausgetretenes Fluid zur Zurückleitung zur Pumpe zurückgehalten werden kann. In der gezeigten bevorzugten Ausführung ist jedoch ein Einlaß am oberen Ende des Zylinders 6 so ausgelegt, daß über ein Rohr 20 Gas mit Überdruck in die Kammer 8 eingeleitet werden kann. Diese Gasströmung verläßt die Kammer 8 über den Auslaß 18 und wird von dort über das Rohr 22 zum Pumpengehäuse zurückgeleitet. Das Gas dient als Träger zum Ausspülen des ausgetretenen Fluides aus der Kammer 8 und zum Zurückführen irgendwelchen in der Kam-At the bottom of the cylinder 6 there is an outlet 18, by means of which leaked fluid that collects in the chamber 8 can be retained for return to the pump. In the shown preferred embodiment, however, an inlet at the upper end of the cylinder 6 is designed so that a pipe 20 gas can be introduced into the chamber 8 with overpressure. This gas flow leaves the chamber 8 via the outlet 18 and is from there returned via the pipe 22 to the pump housing. The gas serves as a carrier for flushing out the leaked fluid out of chamber 8 and to return any in the chamber

mer gesammelten Fluides zu dem Pumpengehäuse. Das Gas, bei dieser Ausführung trockener Stickstoff, wird der Pumpe durch den (gleichfalls nicht dargestellten) Gasballast-Einlaß mit einem Überdruck zugeführt, der im Bereich von 0,1 bis 0,2 bar liegt. Der tatsächliche Gasdruck und die Strömungsgeschwindigkeit werden entsprechend den angestrebten Betriebsparametern der Pumpe ausgewählt. Es ist zu sehen, daß durch die Erfindung eine mechanisch einfache und kostensparende Einrichtung geschaffen wird, um den unvermeidlichen Fluidverlust zu reduzieren und die Notwendigkeit des Einsatzes von Wellendichtungen mit komplizierten und aufwendigen Dichtanordnungen zu beseitigen.mer collected fluids to the pump housing. The gas on this one Execution of dry nitrogen, the pump is through the (also not shown) gas ballast inlet with a Overpressure supplied, which is in the range from 0.1 to 0.2 bar. The actual gas pressure and flow rate will be selected according to the desired operating parameters of the pump. It can be seen that a mechanical simple and cost-saving device is created to reduce the inevitable loss of fluid and the need eliminate the use of shaft seals with complicated and expensive sealing arrangements.

Es ist gleichfalls zu sehen, daß die Erfindung nicht nur in der beschriebenen Weise mit einer mechanischen Vakuumpumpe_/ sondern auch gleich gut mit anderen Geräten wie Motoren, Turbinen und dergl. Verwendung finden kann, bei denen eine drehbare Welle durch eine Gehäusewand hindurchtritt, die ein Fluid für Schmieroder andere Zwecke zurückhält. Ebenfalls können statt des genannten getrockneten Stickstoffs auch andere Gase mit Überdruck oder mit geringem Unterdruck eingesetzt werden.It can also be seen that the invention can be used not only in the manner described with a mechanical vacuum pump _/ but also equally well with other devices such as motors, turbines and the like, in which a rotatable shaft passes through a housing wall that has a Retains fluid for lubrication or other purposes. Instead of the above-mentioned dried nitrogen, it is also possible to use other gases with overpressure or with a slight negative pressure.

Claims

- patent claims -

'Sealing arrangement for a by the wall of a fluid retaining Rotatable shaft passing through the housing, characterized in that at least two Sealing elements (10, 12) present in two at a distance from one another Areas in sealing contact with the shaft (2) are designed so that they have a fluid collection chamber between the areas (8) and that devices (18, 20, 22) are provided to prevent leakage from about the housing (4) Fluid returned from the chamber.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that net that the fluid collection chamber (8) through a shaft

MANlTZ ■ FINSTERWALD · HEYN · MORGAN ■ 8000 MUNICH 22 · ROBERT-KOCH -STRASSE 1 - TEL. (0 89) 22 4211 ■ TELEX 5 29 672 PATMF · FAX (0 89) 29 75 75

HANNS JÖRG ROTERMUND - 7000 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) SEELBERGSTR. 23/25 TEL. (0711) 56 72 61

BAYER. VOLKSBANKEN AG MUNICH BLZ 70090000 - ACCOUNT 7270 POST CHECK: MUNICH 770 62-805

and the sealing elements (10, 12) surrounding the chamber outer wall (6) is formed and that the radially outer end regions of the Elements (10, 12) attached to the inner surface of the chamber (8) are.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that that one end of the chamber wall (6) is attached to the fluid-retaining housing (4).

4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized g e k e η η indicates that the means for transferring the fluid from the chamber include one on the underside of the chamber wall (6) provided outlet (18) included.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that that a line (22) for returning fluid from the outlet (18) into the fluid-retaining housing (4) is arranged is.

6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an inlet (20) in the chamber wall (6) is provided in order to flush out the leaked fluid from the collection chamber (8) effective gas flow obtain.

7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that devices (14; 16) on the surface of the shaft (2) are provided, the flow of the fluid that has passed through to the outermost sealing element (12) prevent.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that that the devices (14; 16) are provided between the sealing elements (10, 12).

9. Arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the devices have a groove (16) in the surface of the shaft (2) included.

10. Arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the devices one around the shaft (2) include attached o-ring (14).

11. Arrangement according to one of claims 6 to 10, characterized in that the shaft is the drive shaft (2) a mechanical vacuum pump and that to the inlet (22) of the collecting chamber (8) supplied gas is at least one Forms part of the gas ballast for the pump.

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Drawing described.

13. Arrangement in
Effectiveness

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shown and designed for as described below with

Mechanical pump with a sealing arrangement with spaced apart, Sealing elements defining a fluid collection chamber according to one of the preceding claims.