DE3435811A1 - Labyrinthdichtung - Google Patents

Description

LABYRINTHDICHTUNG

Bei Rotationspumpen und Kompressoren stellt die Abdichtung der Welle ein Problem dar, für das verschiedene Lösungen bekannt sind. Die Lösung richtet sich nach den zu verdichtenden oder zu pumpenden· Medien und der gewünschten Dichtigkeit. Bekannte berührungsfreie Labyrinthdichtungen haben einen äusserst geringen Reibungswiderstand, weisen aber relativ grosse Durchgangsverluste auf. Eine viel bessere Dichtigkeit lässt sich mit einer Gleitringdichtung erreichen, die aber geschmiert werden muss, da sonst die Teile einen zu hohen Verschleiss aufweisen oder gar Fressen. In gewissen Fällen kann man auch Kohlering-Dichtungen verwenden, die ohne Schmierung auskommen aber doch einen gewissen Verschleiss aufweisen .

Bei Maschinen für cryogene Verwendungszwecke, zum Beispiel zum Pumpen verflüssigter Gase bei tiefer Temperatur sollte die Welle möglichst gut abgedichtet sein, wobei aber infolge der tiefen Temperatur Schwierigkeiten auftreten, weil einerseits eine berühungsfreie Labyrinthdichtung zu wenig dicht ist, eine Gleitringdichtung die geschmiert werden muss, nicht in Frage kommt und eine Kohleringdichtung einen zu grossen Verschleiss aufweist. Dazu kommt noch, dass die Teile infolge der tiefen Temperaturen schrumpfen.

Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe eine berührungsfreie Labyrinthdichtung mit engen Spalten zu schaffen, die insbesondere zur Verwendung in cryogenen Rotationsmaschinen geeignet ist, aber auch bei anderen Rotationsmaschinen verwendet werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Labyrinthdichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Die axiale Verschiebbarkeit der mitdrehenden Ringe in Kombination mit den Bohrungen und den auf der Niederdruckseite jedes Ringes ausgearbeiteten Kammern sorgt dafür,

dass die Ringe mit Spalt zwischen den stillstehenden Ringen "schwimmen". Anders ausgedrückt könnte man sagen, dass das zu pumpende Medium, das heisst das Gas oder die Flüssigkeit (verflüssigtes Gas) die Funktion eines hydrostatischen Schmiermittels übernimmt, indem es dafür sorgt, dass keine direkte Berührung mehr zwischen den festen und den mitdrehenden Ringen auftritt. Das in die Kammern gelangende Medium wird bei genügender Rotationsgeschwindigkeit nach aussen geschleudert und bewirkt die Schmierwirkung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 die obere Hälfte eines Axialschnittes einer Labyrinthdichtung,

Figur 2 einen mitdrehenden Dichtungsring in Frontalansicht von der Seite, an der die Kammern ausgearbeitet sind und

Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Figur 2 und eine halbe Seitenansicht des Ringes nach Figur 2.

Die in Figur 1 dargestellte Labyrinthdichtung ist als fertig montierter Bausatz ausgebildet mit einer Hülse 1, die auf die nicht dargestellte Welle der Maschine aufgeschoben und abgedichtet wird und einem Gehäuse 2, das am Stator der Maschine angeschraubt und gegen denselben abgedichtet wird.

Der stillstehende Teil der Labyrinthdichtung besteht aus einem Stapel von Ringen mit gleichem. Aussendurchmesser und abwechselnd kleinem und grösserem Innendurchmesser, die im Gehäuse untergebracht sind. In zusammengebautem Zustand ist das Gehäuse mit.einem Deckel 3 verschlossen. Dieser Aufbau des stillstehenden Teiles erlaubt eine sehr genaue Einhaltung der Toleranzen, da die Ringe je für sich geschliffen und geläppt werden.

Das Gesagte gilt sowohl für die beiden Endringe 21 und 23, für die vier Zwischenringe 22 und für die fünf Distanzringe 24. Das Querschnittsprofil der Zwischenringe 22 ist der Form der mitdrehenden Dichtringe angepasst. Die im Querschnitt rechteckigen Endringe 21,23 weisen eine seitliche, am Aussenumfang angebrachte Ausdrehung auf für einen Dichtungsring 25, der der Abdichtung gegen das Gehäuse 2,

beziehungsweise gegen den Deckel 3 dient. Der Deckel 3 ist gegen das Gehäuse 2 durch den Dichtungsring 31 abgedichtet. In zusammengebautem Zustand liegen sämtliche Ringe 21 - 24 unter metallischem Kontakt satt aufeinander und an der Innenbohrung des Gehäuses 2 und des Deckels 3 unter axialem Pressdruck auf.

Deckel 3 und Gehäuse 2 werden von einer Reihe von Schrauben 32 zusammengepresst, die der Deutlichkeit halber in Figur nur durch eine strichpunktierte Linie angedeutet sind.

Im Deckel 3 ist eine Ringnut 33 ausgearbeitet, deren Zweck später erläutert wird. Die Ringnut steht über eine Bohrung 34 mit einem Gewinde-Sackloch 35 in Verbindung.

Die mitdrehenden Dichtringe 4 sind in Figur 1 durch eine enge Schraffur hervorgehoben und in den Figuren 2 und 3 für sich dargestellt. Damit Figur 1 nicht durch Bezugszahlen überlastet wird, sind die in der nachfolgenden Detailbeschreibung der mitdrehenden Ringe genannten Bezugszahlen nur in den Figuren 2 und 3 zu finden.

Die mitdrehenden Dichtringe 4 sind auf der Hülse 1 aufgeschoben und je durch zwei einander diametral gegenüberliegende, in die Hülse 1 eingesetzte Stifte 11 gegen Verdrehung gesichert.

Die Bohrung der Ringe 4 ist so gewählt, dass sie auf der Hülse 1 leicht axial verschiebbar sind. In montiertem Zustand greifen die Stifte 11 in die einander diametral gegenüberliegende Achsialnuten 41 ein.

Die Ringe 4 haben ein rechteckiges Querschnittsprofil mit einem, im Bereich der Bohrung einseitig verdicktem Rand 40, in dem eine Innen-Ringnut 42 ausgearbeitet ist. Bei der Montage wird in diese Nut eine aus Kunststoff hergestellte Manchette 5 (siehe Figur 1) eingesetzt, die für die Abdichtung des Ringes gegen die Hülse 1 sorgt. Die Dichtflächen des äusseren, rechteckigen Teiles des Dichtringes sind geschliffen und geläppt, so dass sie in montiertem Zustand mit geringem, genau definiertem Spiel in den Spalten zwischen den festen Ringen 21 liegen. In der flachen Dichtungsfläche des Dichtringes 4 sind untiefe Kammern 43 ausgearbeitet, die an der nach innen gerichteten Seite 43' am tiefsten sind und

nach aussen in die Dichtungsfläche auszulaufen. Dieser Auslaufrand ist daher in Figur 2 mit einer dünnen Linie 43" angedeutet. Jede Kammer 43 ist durch eine Durchgangsbohrung 44 mit der gegenüberliegenden Dichtungsfläche des Dicht ringes verbunden. Die Bohrungen werden mit Vorteil an der in Drehrichtung vorlaufenden Seite der Kammern angebracht.

Die Labyrinthdichtung wird so an der Maschine (Pumpe oder Kompressor) angebaut, dass sie an der in Figur 1 rechten Seite mit höherem Druck ρ wie an der linken Seite beaufschlagt wird. In Figur 1 ist dies durch den mit ρ bezeichneten Pfeil angedeutet.

Nur bei einer Druckbeaufschlagung in dieser Richtung dichten die Hutmanchetten die mitdrehenden, axial verschiebbaren Ringe 4 gegen die Hülse 1 ab und nur so wird die gewünschte quasi-hydrostatische Schmierwirkung durch das mit Ueberdruck ρ abzudichtende flüssige oder gasförmige Medium auftreten.

Die Wirkungsweise lässt sich wie folgt erklären: Der Ueberdruck ρ des Mediums gelangt in den in Figur 1 zu äusserst rechten axialen Ringspalt und hat daher das Bestreben, den Dichtungsring 4, der ja axial ver-

schiebbar ist, an den linken benachbarten festen Ring 22 zu drücken. Durch die Bohrungen 44 gelangt aber das unter Ueberdruck stehende Medium in die Kammern 43, in denen durch eine Art Schleuderwirkung ein Druck aufgebaut wird, der ein Gleichgewicht herstellt, so dass der mitdrehende Dichtungsring im Ringspalt "schwimmt".

Wie bei Labyrinthdichtungen üblich, nimmt der Ueberdruck von Stufe zu Stufe ab, wobei aber immer ein grösserer oder kleinerer Leckverlust auftritt. Der Leckverlust lässt sich verringern, wenn man den Ueberdruck verringert, indem man auf der Niederdruckseite einen Gegendruck erzeugt. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel lässt sich dies durch Zuführen eines Gegendrucks durch die Bohrung 34 in den Ringspalt 33 des Deckels 3 bewerkstelligen. Es dürfte klar sein, dass die mitdrehenden Dichtringe statt auf einer Hülse auch direkt auf der Welle der Maschine angebracht sein könnten.

Claims (6)

PATENTANSPRUECHE

1. Aus Ringen zusammengebaute Labyrinthdichtung für Rotationsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder mit der Welle (1) mitdrehende Dichtring (4) auf der Welle gegen Verdrehung gesichert aber axial verschiebbar und mittels einer Hutmanchette (5) gegen die Welle (1) abgedichtet ist und dass er Durchgangsbohrungen (44) aufweist, die von der hochdruckseitigen Dichtfläche zu aus der niederdruckseitigen Dichtfläche ausgearbeiteten Kammern (43) führen, die nicht miteinander in Verbindung stehen, aber gleichmässig am Umfang des Dichtringes verteilt sind.

2. Labyrinthdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (43) so ausgebildet sind, dass sie an der radial nach innen gerichteten Seite (43') am tiefstenί

_ 2 —

sind und sowohl seitlich als nach aussen in die niederdruckseitige Dichtungsfläche auslaufen..

3. Labyrinthdichtung nach Anspruch 2,·dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (44) so angebracht sind, dass sie an der tieferen Seite (43') der Kammern (43) münden.

4. Labyrinthdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (44) an der in Drehrichtung ν rlaufenden Seite der Kammern (43) münden.

5. Labyrinthdichtung nach Anspruch 1 in Form eines fertig montierten Bausatzes, dadurch gekennzeichnet, dass die mitdrehenden Dichtungsringe (4) auf einer auf die Welle der Rotationsmaschine aufsetzbaren Hülse (1) angebracht sind, wahrend stationäre Dichtringe (21-23) in einem Gehäuse (2) mit Deckel (3) untergebracht sind.

6. Labyrinthdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Niederdruckseite (3) des Gehäuses (2,3) eine zur Hülse (1) hin offene Ringnut (33) angebracht ist, die mit einer Bohrung (34) in Verbindung steht.