DE3608405C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Maschine, wie etwa für Kompressoren, Gasexpander und dgl., gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Eine Maschine mit einem mit hoher Geschwindigkeit drehenden Körper, welche ein Fluidum unter hohem Druck beinhaltet, wirft das Problem auf, daß in dem Drehkörper aufgrund von schwingungserzeugenden Kräften des Hochdruckfluids eine instabile Schwingung erzeugt werden kann, was zu einer Verschlechterung der Dichtfähigkeit der Dich­ tungsvorrichtung führt. Bisher wurden als Gegenmaß­ nahmen zur Verhinderung dieser Art von instabilen Schwingungen vorgeschlagen,

• 1. daß eine Schwingungsabschwächung auf den neben der Dichtungsvorrichtung liegenden Abschnitt eines Lagers ausgeübt wurde und
• 2. daß die Steifigkeit des Lagerabschnitts neben der Dichtungsvorrichtung zum Tragen des Drehkörpers verstärkt wurde.

Zunächst sei mit Bezug auf Fig. 6 eine der Anmelderin intern bekannte Dichtungsvor­ richtung nach dem oben genannten Vorschlag 1. er­ läutert. Dort ist mit 101 ein Drehkörper bezeichnet, mit 102 die Außenseite einer Maschine, mit 103 die Innenseite der Maschine, mit 130 eine Dichtungsvorrichtung und mit 110 eine Lagervor­ richtung, welche neben der Dichtungsvorrichtung 130 angeordnet ist. In dieser Lagervorrichtung 110 ist mit 111 eine Lagerschiene bezeichnet, mit 112 ein Lagergehäuse, mit 113 ein Lagergehäusedeckel, mit 115 ein zwischen dem Drehkörper 101 und der Lagerschiene 111 ausge­ bildeter Ölfilm, mit 122 Dichtungsringe mit recht­ winkligem Querschnitt, mit 123 ein elastisches Träger­ organ, mit 125 ein Lagerbock, mit 126 ein in dem Lagerbock 125 ausgebildetes Lageröl-Zufuhrloch und mit 127 ein in dem Lagergehäuse 112 ausgebildetes Lageröl-Zufuhrloch. In der erwähnten Dichtungsvor­ richtung 130 ist mit 135 ein Gehäuse (feststehendes Organ), mit 133 ein Dichtungsgehäuse (feststehendes Organ), mit 134 ein Abdichtflansch (feststehendes Ge­ häuse), mit 131 ein an der Maschineninnenseite ange­ ordneter Dichtungsring, mit 132 ein an der Maschinen­ außenseite angeordneter Dichtungsring, mit 136 ein in dem genannten Gehäuse 135 ausgebildetes Dichtungs­ flüssigkeits-Zufuhrloch und mit 137 ein in dem ge­ nannten Dichtungsgehäuse 133 ausgebildetes Dichtungs­ flüssigkeit-Zufuhrloch bezeichnet.

Das Lagergehäuse 112 und der Lagergehäusedeckel 113 sind von dem Lagerbock 125 mittels des elastischen Trägerorgans 123 federnd gehalten, die Lagerschiene 111 ist verschiebbar von dem Lagergehäuse 112 und dem Lagergehäusedeckel 113 gehalten, dabei ist der Ölfilm 115 zwischen der Lagerschiene 111 und dem Drehkörper 101 ausgebildet. Zwischen dem Lagergehäuse 112 und dem Lagerbock 125 ist ein Ölfilm 121 ausgebildet, welcher die Schwingungen des Drehkörpers 101 durch den "Quetscheffekt" abschwächt, womit der Effekt ge­ meint ist, daß das Lagergehäuse 112 in Radialrichtung exzentrisch ausweicht, dadurch wird das zwischen dem Lager­ gehäuse 112 und dem Lagerbock 125 befindliche Öl von dem verengten Spaltabschnitt in den verbreiterten Spaltabschnitt gepreßt, und die Schwingung des Drehkörpers 101 mittels des Ölfilms 115 auf den Ölfilm 121, die Lagerschiene 111 und das Lagergehäuse 112 übertragen wird. Die Schwingung des Drehkörpers 101 kann somit abgeschwächt werden. Zu die­ sem Zeitpunkt wird Dichtungsflüssigkeit in eine Ringnut zwischen dem Dichtungsring 131 auf der Ma­ schineninnenseite und dem Dichtungsring 132 auf der Maschinenaußenseite (d. h., eine zwischen dem Dich­ tungsgehäuse 133 und dem Dichtungsflansch 134 ausge­ bildete Ringnut) durch die Dichtungsflüssigkeit-Zu­ fuhrlöcher 136, 137 zugeführt, und dadurch kann der Spaltabstand zwi­ schen den feststehenden Organen 133-135 und dem Drehkörper 101 flüssigkeitsdicht abgedichtet werden.

Nachfolgend wird noch eine der Anmelderin bekannte Dichtungsvorrichtung nach dem obigen Vorschlag 2. mit Bezug auf Fig. 8 erläutert. Dabei ist mit 301 ein Drehkörper bezeichnet, und eine Lagervorrichtung, welche den Drehkörper 301 drehbar lagert, ist in Fig. 8 weggelassen. Mit 330 ist eine Dichtungsvorrichtung bezeichnet, mit 331 ein Dich­ tungsring an der Maschineninnenseite, mit 332 ein Dichtungsring an der Maschinenaußenseite, mit 333 ein Dichtungsgehäuse (feststehendes Organ), mit 334 ein Dichtungsflansch (feststehendes Organ), mit 335 ein Gehäuse (feststehendes Organ), mit 351 ein Lagerpuffer und mit 352 eine Klemmschraube; der Lagerpuffer 351 ist zwischen dem Dichtungsring 331 auf der Maschinen­ innenseite und dem Dichtungsring 332 auf der Maschinen­ außenseite angeordnet und mittels der Klemmschraube 352 fest an dem Dichtungsring 332 auf der Maschinen­ außenseite befestigt. Eine kritische Drehzahl des Drehkörpers 301 wird zwar durch Verstärkung des Drehkörpers 301 mittels eines zwischen dem Lagerpuffer 351 und dem Drehkörper 301 ausgebildeten Ölfilms beliebig erhöht. Es muß aber erwähnt werden, daß der Dichtungsring 332 an der Maschinen­ außenseite benötigt wird, um die Steifigkeit gegenüber Reaktionskräften zwischen dem Lagerpuffer 351 und dem Drehkörper 301 zu verstärken. Der Dichtungsring 332 kann auf der Ma­ schinenaußenseite mit dem Dichtungsflansch 334 fest­ gesetzt werden, indem die Druckdifferenz zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Dichtungsrings 332 auf der Maschinenaußenseite ausgenutzt wird.

Bei der Dichtungsvorrichtung für einen Drehkörper nach dem Stand der Technik gemäß Darstellung in Fig. 6 und obiger Beschreibung treten die folgenden Probleme auf:

• (I) Das Lagergehäuse 112 und der Lagergehäusedeckel 113 sind von dem Lagerbock 125 so gehalten, daß die Schwingungsdämpfungskapazität an dem Abschnitt des Ölfilms 121 vergrößert wird, die Steifigkeit für den Drehkörper jedoch vermindert wird, so daß die kritische Drehzahl nicht beliebig erhöht werden kann.
• (II) Da das Lagergehäuse 112 und der Lagergehäuse­ deckel 113 von dem Lagerbock 125 in der oben be­ schriebenen Weise mittels des elastischen Träger­ organs 123 elastisch gehalten werden, ist eine Zentrierung nach der Montage des Drehkörpers 101 schwierig, und darüber hinaus kann nach einer gewissen Zeit eine Mittenabweichung auftreten.

Die Dichtungsvorrichtung für einen Drehkörper nach dem Stand der Technik gemäß Darstellung in Fig. 8 und obiger Beschreibung bringt außerdem die folgenden Probleme mit sich:

• (I) Der Lagerpuffer 351 ist innerhalb der Dichtungsvor­ richtung vorgesehen, wodurch die Steifigkeit für den Drehkörper 301 vergrößert und die kritische Dreh­ zahl des Drehkörpers 301 beliebig erhöht, ein Schwingungsdämpfungseffekt jedoch nicht in gleichem Maße erwartet werden kann.
• (II) Die Vorgabe einer praktischen Belastungsvertei­ lung ist wegen des Schwimmens des Drehkörpers 301 nach einer Beschleunigung und der Unsicherheit des Zeitpunktes, an dem der Dichtungsring 332 an der Maschinenaußenseite sich festzusetzen beginnt schwierig, so daß die Schwingungscharakteristik der gesamten Dich­ tungsvorrichtung einschließlich der Lagervor­ richtung nicht genau vorausgesagt werden kann.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus dem Artikel "Einsatz mehrflächiger hydrodynamischer Gleitlager in Schleifspindellagerungen" von H. Bräuning, erschienen in der Fachschrift Industrieanzeiger, Nr. 59 (1973), Seiten 1374 bis 1377, bekannt. Aufgrund der in Drehrichtung des Drehkör­ pers keilförmig verengten Spalte im innenseitigen Ringspalt- Freiraum, fließt bei dieser bekannten Vorrichtung bei sich drehendem Drehkörper Flüssigkeit in Richtung auf die verengten Spalte, wodurch in der Flüssigkeit ein Keileffekt entsteht, so daß die Flüssigkeit einen Film sehr hoher Stabilität erzeugt. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich um ein Gleitlager.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsvor­ richtung für eine Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die wirksam instabile Schwingungen des Drehkörpers unterdrückt, bei der die Zentrierung nach der Montage des Drehkörpers leicht möglich ist, und bei der die Schwingungs­ charakteristik der gesamten Dichtungsvorrichtung genau vorhergesagt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs.

Erfindungsgemäß wird also zusätzlich zum Keileffekt in der Dichtungsflüssigkeit im innenseitigen Ringspalt-Freiraum in dem außenseitigen Ringspalt-Freiraum, der zwischen der Außenumfangsfläche des beweglichen Rings und der Innenumfangsfläche der Ringnut gebildet ist, ein Dich­ tungsflüssigkeitsfilm gebildet, welcher Schwingungen des Drehkörpers durch den Quetscheffekt abschwächt, wodurch die Schwingungen des Drehkörpers auf den Dich­ tungsflüssigkeitsfilm in dem außenseitigen Ringspalt­ freiraum durch Zwischenschaltung des mit hoher Stabili­ tät im innenseitigen Ringspaltfreiraum erzeugten Flüssigkeitsfilms und des beweglichen Schwingungs­ unterdrückungs-Rings, der in den Radialrichtungen be­ weglich ist, übertragen werden und wodurch Schwingungen des Drehkörpers wirksam unterdrückt wer­ den.

Da bei der erfindungsgemäßen Dichtungsvor­ richtung Schwingungen des Drehkörpers wirk­ sam unterdrückt werden, wird die Zentrierung des Drehkörpers im Betrieb erleichtert, und Mittenabwei­ chungen, die im Laufe der Zeit auftreten könnten, werden ausgeschlossen. Da bei der erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung der Lagerabschnitt die statische Belastung des Drehkörpers trägt und der bewegliche Ring den Schwingungsunterdrückungseffekt erzielt, findet eine Rollenverteilung zwischen der Lagervorrichtung und dem beweglichen Ring wie auch ihrer jeweiligen Charakteristika statt. Damit können die Schwingungs­ charakteristika der gesamten Dichtungsvorrichtung genau vorausgesagt werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Dichtungsvorrichtung anhand der Zeichnung beschrieben; es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer be­ vorzugten Ausführungsform der Dichtungsvorrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Einzelheit des Längsschnitts des Abschnitts in der Nähe des Mitnehmerstifts,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 von einem anderen Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 einen Längsschnitt eines Bei­ spiels einer Dichtungsvorrichtung nach dem Stand der Technik,

Fig. 7 einen Längsschnitt eines wei­ teren Beispiels einer Dichtungsvorrichtung nach dem Stand der Technik.

In der Maschine gemäß den Fig. 1 bis 4 ist mit 1 ein Drehkörper, mit 10 eine Lagervor­ richtung und mit 40 eine Dichtungsvorrichtung be­ zeichnet. In der Lagervorrichtung 10 ist mit 11 eine ringförmige Lagerschiene, mit 12 ein ringförmiges Lagergehäuse zur Aufnahme der Lagerschiene 11, mit 25 ein Lagerbock zur Aufnahme des Lagergehäuses 12, mit 15 ein zwischen der Innenumfangsfläche der Lager­ schiene und der Außenumfangsfläche des Drehkörpers 1 gebildeter Ölfilm bezeichnet, und der Drehkörper 1 ist von der Lagervorrichtung 10 drehbar gelagert. In der oben bezeichneten Dichtungsvorrichtung 40 be­ deutet das Bezugszeichen 33 ein Dichtungsgehäuse (feststehendes Organ), 34 einen Dichtungsflansch (fest­ stehendes Organ), 35 ein Gehäuse (feststehendes Organ), und durch das Dichtungsgehäuse 33 und den Dichtungs­ flansch 34 wird eine Ringnut gebildet. Ferner ist mit 31 ein Dichtungsring an der Maschineninnenseite und mit 32 ein Dichtungsring an der Maschinenaußen­ seite bezeichnet, und mit Hilfe dieser Dichtungsringe 31 und 32 an den entgegengesetzten Seiten der Ringnut kann das Innere der erwähnten Ringnut gegenüber der Maschineninnenseite und der Maschinenaußenseite ab­ gedichtet werden.

Mit 50 ist ein in dem Gehäuse 35 und dem Dichtungsge­ häuse 33 ausgebildetes Dichtungsflüssigkeit-Zufuhr­ loch bezeichnet, wobei Dichtungsflüssigkeit in die erwähnte Ringnut durch das Dichtungsflüssigkeit-Zu­ fuhrloch 50 zugeführt werden kann. Mit 41 ist ein be­ weglicher Schwingungsunterdrückungs-Ring bezeichnet, der passend in der erwähnten Ringnut angeordnet ist, außerdem ist in den Fig. 1, 3 und 4 mit 43 ein Mitnehmerstift bezeichnet, welcher auf dem erwähnten beweg­ lichen Ring 41 befestigt ist, wodurch der bewegliche Schwingungsunterdrückungs-Ring 41 von dem Dichtungs­ flansch 34 mittels des Mitnehmerstifts 43 so gehalten ist, daß er in Radialrichtung beweg­ lich ist. Weiterhin ist mit 46 ein außenseitiger Ring­ spalt-Freiraum bezeichnet, der zwischen der Außenum­ fangsfläche des beweglichen Rings 41 und der Innenum­ fangsfläche der oben beschriebenen Ringnut ausgebil­ det ist. Mit 45 ist ein innenseitiger Ringspalt-Frei­ raum bezeichnet, der zwischen der Umfangsfläche des Innendurchgangs des beweglichen Rings 41 und der Außen­ umfangsfläche des durch den Innendurchgang erstreckten Drehkörpers 1 ausgebildet ist. Die Bezugszahl 47 be­ zeichnet zwei Axialnuten, die an symmetrischen Stellen an bezüglich der Achse gegenüberliegenden Seiten des innenseitigen Ringspalt-Freiraums 45 ausgebildet sind. Der innenseitige Ringspalt-Freiraum 45 ist durch die entsprechenden Axialnuten 47 in zwei keilförmig verengte Spalte unterteilt, die sich jeweils in Drehrichtung (Pfeilrichtung in Fig. 2) des Drehkörpers 1 fortschreitend verengen.

Weiterhin sind mit 42 O-Ringe bezeichnet, die zwi­ schen den entgegengesetzten Seitenabschnitten des oben erwähnten beweglichen Rings 41 und dem oben be­ schriebenen Dichtungsgehäuse 33 angeordnet sind. Mit 48 ist ein Dichtungsflüssigkeit-Zufuhrloch bezeichnet, welches sich durch das Dichtungsgehäuse 33 erstreckt, und dieses Dichtungsflüssigkeit-Zufuhrloch 48 ver­ bindet das oben beschriebene Dichtungsflüssig­ keit-Zufuhrloch 50 mit dem außenseitigen Ringspalt- Freiraum 46. Mit 49 ist ein weiteres Dichtungsflüssig­ keit-Zufuhrloch bezeichnet, und dieses Dichtungs­ flüssigkeit-Zufuhrloch 49 verbindet den oben erwähnten außenseitigen Ringspalt-Freiraum 46 mit dem Inneren der Dichtungsvorrichtung innerhalb des oben erwähnten Dichtungsrings 32 an der Maschinenaußenseite. Es sei noch erwähnt, daß der außenseitige Ringspalt-Freiraum 46 durch den Drehkörper-Zentrierungseffekt der Lager­ vorrichtung 10 gebildet wird, wodurch keine Notwendig­ keit besteht, den beweglichen Schwingungsunterdrückungs- Ring 41 mit anderen Elementen als mit dem Mitnehmer­ stift 43 zu halten, und die O-Ringe 42 ebenso wie die Dichtungsflüssigkeit-Zufuhrlöcher 48 und 49 ohne irgendwelchen Nachteil auch weggelassen werden könnten.

Nachfolgend soll im einzelnen die Arbeitsweise der Dichtungsvorrichtung anhand der Darstellung in den Fig. 1 bis 4 beschrieben wer­ den. Der innenseitige Ringspalt-Freiraum 45, der zwi­ schen der Innenumfangsfläche des inneren Durchgangs des beweglichen Schwingungsunterdrückungs-Rings 41 und dem durch diesen Innendurchgang erstreckten Dreh­ körper 1 gebildet ist, ist in eine Mehrzahl von keilförmig verengten Spalten derart unterteilt, daß wenn sich der Drehkörper dreht, in der Dichtungsflüssigkeit ein Keileffekt entsteht und diese Dichtungsflüssigkeit einen Flüssigkeitsfilm mit sehr hoher Stabilität bil­ det. Andererseits wird in dem außenseitigen Ringspalt- Freiraum 46, der zwischen der Außenumfangsfläche des beweglichen Schwingungsunterdrückungs-Rings 41 und der Innenumfangsfläche der Ringnut gebildet ist, ein Dichtungsflüssigkeitsfilm zur Abschwächung von Schwin­ gungen des Drehkörpers 1 durch den Quetscheffekt ge­ bildet. Die Schwingungen des Drehkörpers 1 werden so durch die Zwischenschaltung des Flüssigkeitsfilms mit hoher Stabilität, der in dem innenseitigen Ringspalt- Freiraum 45 gebildet ist und des beweglichen Schwin­ gungsunterdrückungs-Rings 41, der radial beweglich ist, auf den in dem oben erwähnten außenseitigen Ringspaltfreiraum 46 gebildeten Dich­ tungsflüssigkeitsfilm übertragen, und dadurch können Schwingungen des Drehkörpers 1 wirksam unter­ drückt werden.

Fig. 5 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform welche ähnlich dem ersten Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 1 bis 4 gestaltet ist, mit Aus­ nahme dessen, daß der oben erwähnte innenseitige Ring­ spaltfreiraum 45 durch vier axiale Nuten 47 in vier keilförmig verengte Spalte unterteilt ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird der oben beschriebene Effekt erzielt.

Da bei der Dichtungsvorrichtung Schwingungen des Drehkörpers gemäß obiger Be­ schreibung wirksam unterdrückt werden können, besteht darüber hinaus keine Notwendigkeit, den Lagerabschnitt (das Lagergehäuse und den Lagergehäusedeckel) federnd zu lagern, wie dies bei den Dichtungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik gemäß Darstellung in den Fig. 6 und 7 der Fall ist. Die Selbstzentrierung des Dreh­ körpers im Betrieb wird erleichtert.

Da bei der Dichtungsvorrichtung der Lagerabschnitt die statische Belastung des Dreh­ körpers trägt und der bewegliche Ring den Schwingungs­ unterdrückungseffekt erzielt, findet eine Rollenver­ teilung zwischen der Lagervorrichtung und dem beweg­ lichen Ring wie auch der entsprechenden Charakteristika statt, so daß die Schwingungscharakteristika der gesamten Dichtungs­ vorrichtung genau vorausgesagt werden können.

Claims (1)

1. Vorrichtung für eine Maschine, wobei in einer in­ neren Umfangsfläche eines feststehenden Organs, durch welches sich ein von einer Lagervorrichtung drehbar gehaltener Dreh­ körper erstreckt, eine Ringnut vorgesehen ist, und wobei ein innenseitiger Ringspalt-Freiraum in eine Mehrzahl keilför­ mig verengter Spalte unterteilt ist, welche sich jeweils in Drehrichtung des Drehkörpers fortschreitend verengen, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandsspalte zwischen dem Drehkörper (1) und den beiden Seitenabschnitten des feststehenden Organs (33, 34, 35) auf beiden gegenüberliegenden Seiten der Ringnut mit Dichtungsringen (31, 32) abgedichtet sind, daß in dem fest­ stehenden Organ (33, 34, 35) ein Dichtungsflüssigkeit-Zufuhr­ loch (50) zur Zufuhr von Dichtungsflüssigkeit in die Ringnut vorgesehen ist, und daß ein beweglicher Schwingungsunter­ drückungs-Ring (41) passend in der Ringnut angeordnet ist, der an dem feststehenden Organ (33, 34, 35) in Radialrich­ tung beweglich gehalten ist, so daß ein außenseitiger Ring­ spalt-Freiraum (46) zwischen der Außenumfangsfläche des beweg­ lichen Rings (41) und der Innenumfangsfläche der Ringnut und der innenseitige Ringspalt-Freiraum (45) zwischen der Innenum­ fangsfläche des Innendurchgangs des beweglichen Rings (41) und der Außenumfangsfläche des durch den Innendurchgang erstreck­ ten Drehkörpers (1) gebildet wird.