DE3619489A1

DE3619489A1 - Wellendichtung

Info

Publication number: DE3619489A1
Application number: DE19863619489
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Kotzur
Original assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Current assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Priority date: 1986-06-10
Filing date: 1986-06-10
Publication date: 1987-12-17
Also published as: DE3619489C2

Description

Wellendichtungen mit radialem ebenen Dichtspalt werden in Fluidenergiemaschinen eingesetzt, um eine wirksame Abdichtung zwischen einem Außenraum und dem Maschineninnern bei niedrigen Sperrmediumleckage strömen zu erzielen.

Der Dichtspalt wird dabei durch aerostatische oder aerodynamische Kräfte oder eine Kombination von beiden aufrechterhalten.

Aerostatische Dichtungen haben Rillen in einer den Dichtspalt begrenzenden Fläche, denen über Zuführleitungen Sperrmedium unter Überdruck zugeführt wird. Eine besonders günstige Verteilung der Druckkräfte wird erzielt, wenn die Rillen am Umfang durch Stege unterbrochen sind und den so entstehenden sichelförmigen Rillen das Sperrmedium über Drosseln zugeführt wird. Die Größe des Dichtspaltes ist bei vorgegebenen äußeren Anpreßkräften von dem statischen Druck des Sperrmediums in den Rillen abhängig.

Aerodynamische Dichtungen erzeugen am wirkungsvollsten Kräfte durch am äußeren und/oder inneren Randbereich der Dichtfläche des umlaufenden oder nichtumlaufenden Dichtringes beginnende spiralförmige, nutenartige Vertiefungen, die sich derartig von außen nach innen in Richtung auf die sichelförmigen Rillen verlaufend erstrecken, daß sich für die anstehenden Medien ein Förderstrom in Richtung zur mittleren Zone hin ausbildet. Insbesondere bei stärker verunreinigten Medien in den an die Dichtfläche angrenzenden Räumen können dabei Verunreinigungen mit in die spiralförmigen nutenartigen Vertiefungen gefördert werden und beim Übertritt aus den nutenartigen Vertiefungen in den Dichtspalt die Dichtfläche beschädigen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, diese bekannten Wellendichtungen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Wellendichtung dadurch gelöst, daß die nutenartigen spiralförmigen Vertiefungen nicht von den Außenrändern der Dichtflächen ausgehen, sondern von den Rillen, und so angeordnet sind, daß sich unter dem Einfluß des rotierenden Dichtringes ein Förderstrom des Sperrmediums aus den Rillen in die spiralförmigen Vertiefungen ergibt. Dadurch ist gewährleistet, daß nur sauberes Sperrmedium, welches vor Eintritt in die Rillen in einfacher Weise gefiltert werden kann, in die spiralförmigen Vertiefungen eintritt.

Die aerodynamische Wirkung der spiralförmigen Vertiefungen wird dabei voll gewährleistet.

Eine besonders günstige Druckverteilung im Dichtspalt wird erzielt, wenn hierbei die Rillen in Umfangsrichtung durch Stege in sichelförmige Rillen unterteilt sind, deren Zuführleitungen Drosselbohrungen enthalten.

Eine Reduzierung der Sperrmediumleckage in die angrenzenden Räume kann dann erzielt werden, wenn in radialer Richtung konzentrisch zwei Reihen Rillen angeordnet sind, von denen aus sich die spiralförmigen nutenartigen Vertiefungen zueinander erstrecken. Dadurch wird bewirkt, daß das von den Rillen aus in die Spiralrillen geförderte Sperrmedium in radialer Richtung gegeneinander gefördert wird, wobei das Sperrmedium in der ebenen Ringfläche zwischen den spiralförmigen Nuten bei erhöhtem statischen Druck stagniert. Dabei können auch in den äußeren und inneren Rillen unterschiedliche Sperrmedien zugeführt werden, die jeweils mit den Medien in den an die Dichtfläche angrenzenden Räumen verträglich sind.

Werden die inneren und äußeren sichelförmigen Rillen jeweils miteinander verbunden, genügt für beide Rillen eine gemeinsame Zuführbohrung, die dann mit entsprechend großem Bohrungsdurchmesser ausgeführt werden kann. Zur vollen Ausnutzung der zwischen der inneren und äußeren Rillen vorhandenen Fläche für aerodynamische Kräfte kann es auch zweckmäßig sein, daß die spiralförmigen nutartigen Vertiefungen so ineinanderlaufen, daß sich ein fischgrätenartiges Muster ergibt.

Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann es erforderlich werden, das zwischen den Rillen gegeneinander geförderte Sperrmedium über eine oder mehrere dazwischen angeordneten Ringnuten abzuführen.

Wenn diese Abführbohrungen wie die Zuführleitungen in den sichelförmigen Rillen Drosseln aufweisen, kann auch mit diesen Rillen eine aerostatische Wirkung erzielt werden.

Die hier beschriebene Dichtung kann bei gleicher Funktionsweise sowohl für ein Sperrgas als auch für eine Sperrflüssigkeit Verwendung finden.

In den Fig. 1 bis 9 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Wellendichtung mit spiralförmigen nutartigen Vertiefungen in umlaufender Dichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Dichtfläche des nichtumlaufenden Dichtringes nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Dichtfläche des umlaufenden Dichtringes nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Wellendichtung mit spiralförmigen nutartigen Vertiefungen im nichtumlaufenden Dichtring,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Dichtfläche des nichtumlaufenden Dichtringes nach Fig. 4 Fig. 6 eine Draufsicht einer Ausführung mit zwei konzentrischen Reihen von sichelförmigen Rillen,

Fig. 7 eine Draufsicht einer Ausführung ähnlich Fig. 6, bei der die konzentrischen sichelförmigen Rillen untereinander verbunden sind,

Fig. 8 eine Draufsicht einer Ausführung, bei der die spiralförmigen nutartigen Vertiefungen ineinanderlaufen,

Fig. 9 eine Draufsicht einer Ausführung mit zentraler Ringnut zur Abführung des Sperrmediums.

In Fig. 1 soll ein Außenraum (1) gegen das Maschineninnere (2) abgedichtet werden. Ein umlaufender, mit der Welle (3) verbundener Dichtring (4) befindet sich einem nichtumlaufenden Dichtring (5) gegenüber. Der nichtumlaufende Dichtring (5) ist mittels eines allseitig nachgiebigen und zugleich dichtenden Elementes, bestehend aus O-Ring (29) sowie den am Umfang verteilten Druckfedern (30), mit dem Dichtungsgehäuse (7) verbunden. Das Element übt auf den nichtumlaufenden Dichtring (5) eine axial gerichtete Anpreßkraft in Richtung auf den umlaufenden Dichtring (4) aus. Die Zuführung des Sperrmediums erfolgt durch Zuführleitungen (8), die in Rillen (26) im nichtumlaufenden Dichtring (5) münden. Da das Sperrmedium unter einem geringen Überdruck gegenüber den am Dichtspalt (11) angrenzenden Räumen (1) und (2) zugeführt wird, bildet sich in der radialen Dichtfläche ein Druckpolster aus, welches entgegen dem Anpreßdruck den Dichtring (5) im Abstand vom Dichtring (4) hält und somit auch den radialen Dichtspalt (11) aufrechterhält und im mittleren Bereich eine ringförmige Trennzone vom Sperrmedium bildet. Ausgehend von einer der Rille (26) im nichtumlaufenden Dichtring (5) gegenüberliegenden Verteilungsrille (28) im umlaufenden Dichtring (4) sind aerodynamisch wirkende, spiralförmige nutartige Vertiefungen (27) in den umlaufenden Dichtring (4) eingearbeitet, in welche aus den Rillen (26) das Sperrmedium eintritt. Bei höheren Drehzahlen wird im Bereich dieser spiralförmigen Vertiefungen ein dynamisches Druckpolster gebildet, welches eine Axialkraft erzeugt, die eine Berührung der Dichtringe (4) und (5) auch bei Reduzierung der Sperrmediumzufuhr durch die Zuführleitungen (8) verhindert. Mit zunehmender Annäherung des nichtumlaufenden Dichtringes an den umlaufenden Dichtring steigen nämlich die aerodynamischen Axialkräfte stark an.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Dichtfläche des nichtumlaufenden Dichtringes (5) der Dichtung von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Dichtfläche des umlaufenden Dichtringes (4) der Dichtung von Fig. 1.

In Fig. 4 ist der Querschnitt einer Ausführung der erfindungsgemäßen Wellendichtung dargestellt, bei der in der Zuführleitung (8) Drosselbohrungen (9) angeordnet sind. Ausgehend von sichelförmigen Rillen (10) sind aerodynamisch wirkende spiralförmige nutartige Vertiefungen (31) und (12) in den nichtumlaufenden Dichtring (5) eingearbeitet, in welche aus den sichelförmigen Rillen (10) das Sperrmedium eintritt.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Dichtfläche des nichtumlaufenden Dichtringes (5) der Dichtung gemäß Fig. 4.

Fig. 6 zeigt eine Dichtung mit konzentrischen sichelförmigen Rillen (13) und (14), die von Drosselbohrungen (9) mit Sperrmedium versorgt werden und von denen sich spiralförmige nutartige Vertiefungen (17) und (18) in Richtung auf eine mittlere Zone (19) erstrecken.

In Fig. 7 sind die inneren und äußeren Sicheln durch eine Verbindungsnut (20) verbunden und werden über Drosselbohrungen (9) mit Sperrmedium versorgt.

In Fig. 8 laufen die spiralförmigen nutartigen Vertiefungen in der mittleren Zone zusammen und bilden so die Fischgrätennuten (21).

In Fig. 9 laufen die inneren und äußeren spiralförmigen nutartigen Vertiefungen (22) und (23) in der mittleren Zone in Ringnuten (24) mit Abführbohrungen (25).

Bezugsziffernliste 1 Außenraum
2 Maschineninneres
3 Welle
4 umlaufender Dichtring
5 nichtumlaufender Dichtring
6 Faltenbalg (Fig. 4)
7 Dichtungsgehäuse
8 Zuführleitungen
9 Drosselbohrung
10 sichelförmige Rille (Fig. 5)
11 Dichtspalt (Fig. 1, 4)
12 innere spiralförmige Vertiefung (Fig. 5)
13, 14 sichelförmige Rillen (Fig. 6)
17, 18 nutartige Vertiefungen (Fig. 6)
19 mittlere Zone zwischen 14 und 14
20 Verbindungsnut (Fig. 7)
21 Fischgrätnuten
22, 23 nutartige Vertiefungen (Fig. 9)
24 Ringnut (Fig. 9)
25 Abführbohrung
26 umlaufende Rille (Fig. 1)
27 nutartige Vertiefung (Fig. 1)
28 Verteilungsrille im Dichtring 4 (Fig. 1)
29 O-Ring
30 Druckfeder
31 äußere spiralförmige Vertiefung (Fig. 5)
32 Steg (Fig. 5)

Claims

1. Wellendichtung mit radialem Dichtspalt, der von einem mit einer Welle umlaufenden Dichtring und einem nichtumlaufenden, über ein allseitig nachgiebiges, zugleich dichtendes Element angepreßten Dichtring gebildet wird, wobei Sperrmedium durch die Zuführleitungen im nichtumlaufenden Dichtring Rillen zugeführt wird, die das Sperrmedium am Umfang der Dichtfläche verteilen, und in der Dichtfläche des umlaufenden oder des nichtumlaufenden Dichtringes nutartige spiralförmige Vertiefungen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die nutartigen spiralförmigen Vertiefungen (27) von den Rillen (26) ausgehen und so angeordnet sind, daß sich unter dem Einfluß des rotierenden Dichtringes (4) ein Förderstrom des Sperrmediums aus den Rillen (26) in die spiralförmigen Vertiefungen (27) ergibt.

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen in Umfangsrichtung durch Stege (32) in Höhe der Dichtfläche in sichelförmige Rillen (10) unterteilt sind, deren Zuführleitungen (8) Drosselbohrungen (9) enthalten.

3. Wellendichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in radialer Richtung konzentrisch zwei Reihen Rillen (13, 14) angeordnet sind, von denen aus sich die spiralförmigen nutartigen Vertiefungen (17, 18) zueinander erstrecken und dazwischen eine ebene mittlere Zone (19) bilden.

4. Wellendichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen sichelförmigen Rillen zumindest an einem Ende (20) zusammenlaufen und durch eine oder mehrere Drosselbohrungen (9) mit Sperrmedium versorgt werden.

5. Wellendichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen nutenartigen Vertiefungen so ineinanderlaufen, daß sich fischgrätenartige Nuten (21) ergeben.

6. Wellendichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen nutartigen Vertiefungen (22, 23) in eine oder mehrere zwischen den Rillen (10) oder (26) angeordnete Ringnuten (24) laufen.

7. Wellendichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den sichelförmigen Rillen angeordneten Ringnuten (24) Abführbohrungen (25) für das sich darin sammelnde Medium haben.

8. Wellendichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführbohrungen für das sich sammelnde Medium ebenfalls als Drosseln ausgebildet sind.