DE3819566A1 - Spaltdichtung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spaltdichtung zum Ab
dichten des Innenraumes in einem Gehäuse gegen die Außenseite,
wobei in das Gehäuse eine sich drehende Welle führt mit den
Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die bekannten, z.B. bei Verdichtern eingesetzten doppelt wir
kenden Wellendichtungen bestehen aus einem mit der Welle um
laufenden planparallelen Ring, dem stirnseitig jeweils ein
feststehender, mit dem Gehäuse verbundener Dichtring, durch
einen sehr dünnen radialen Gasfilm bzw.-spalt getrennt, gegen
übersteht. In der Mitte des feststehenden Dichtringes wird das
Sperrgas zur Erzeugung des Gasfilmes zugeführt, von wo es ra
dial nach innen und außen abströmt. Bei bestimmten Verdichtern
wird die verfahrensgasseitige Wellendichtung mit dem gleichen
Gas versorgt, das z.B. als leichtes Zusatzgas in einem Förder
gut vorhanden ist. In dem Raum zwischen beiden Wellendichtun
gen kommt es zu einer Vermischung von Sperrgas jeweils aus der
verfahrenseitigen und aus der atmosphärenseitigen Wellendich
tung. Das Gasgemisch wird dann aus diesem Raum entfernt und
ins Freie geleitet, was einen kontinuierlichen Bedarf an
Sperrgas bedeutet.
Der Nachteil bei den bekannten Bauweisen von Wellendichtungen
mit Dichtspalten ist der relativ große Sperrgasverbrauch, der
in einem Fall, bei welchem Helium als Sperrgas verwendet wird,
einen nicht zu vernachlässigenden Kostenfaktor darstellt.
Außerdem kann die durch den Sperrgaseinstrom bedingte Verun
reinigung oder Konzentrationsänderung des Föderguts eine Ver
ringerung des Sperrgasverbrauches wünschenswert erscheinen
lassen.
Da der Sperrgasverbrauch proportional zur dritten Potenz der
Spalthöhe ist, besteht die wirkungsvollste Möglichkeit zur
Verringerung des Gasverbrauches in der Verkleinerung der
Spalthöhe des Gasfilms zwischen dem feststehenden Dichtring
und dem mit der Welle umlaufenden Ring. Weiterhin besteht die
Möglichkeit durch unsymmetrische Aufteilung des eintretenden
Sperrgasstromes im Gasspalt den in den Förderraum strömenden
Teilstrom (Verunreinigung des Fördergutes) als auch den zur
Atmosphärenseite strömenden Teilstrom (Sperrgasverlust) mög
lichst klein zu halten. Soll die Betriebssicherheit auch bei
verkleinerter Spalthöhe gewährleistet sein, so sind folgende
Voraussetzungen zu beachten:
Die Steifigkeit des Gasfilms im Dichtspalt muß ausreichend
hoch sein; d.h., daß über dem ganzen Drehzahlbereich einer be
triebsbedingten Verkleinerung der Spalthöhe durch einen genü
gend steilen Druckanstieg im Gasspalt entgegengewirkt werden
kann.
Da betriebsbedingte Spaltweitenveränderungen hauptsächlich am
Innen- und Außenrand einer Spaltdichtung auftreten, muß die
radiale Druckverteilung dort ihr Maximum haben. Dies wird
durch die erfindungsgemäße Anordnung der Spiralnuten erreicht.
Anordnungen, bei denen entweder im rotierenden oder im fest
stehenden Ring spiralförmige Rillen, Nuten oder flache Taschen
angeordnet sind, sind als dynamisch arbeitende axiale Lager
und als Dichtungen mit flüssigen und gasförmigen Medien be
kannt. Bekannt sind außerdem Dichtungsbauformen mit Spiralnu
ten, die vom Außenrand nach innen oder vom Innenrand nach
außen gegen einen Damm fördern. Weiterhin ist eine symmetri
sche Anordnung der Spiralnuten bekannt, die vom Außen- und In
nenrand zur Mitte hin fördern und als gasgeschmiertes Axialla
ger eingesetzt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine gasge
sperrte, berührungsfreie Wellendichtung für Verfahrensdrücke
unter Atmosphärendruck zu schaffen, die im Vergleich zu den
vorhandenen Wellendichtungen einen deutlich kleineren Sperr
gasverbrauch bzw. einen kleineren Sperrgaseintrom in das För
dergut aufweist. Die Dichtung sollte auch wie bisher beim An
fahren und Abfahren bis zum Stillstand berührungsfrei arbei
ten.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfin
dung die Merkmale vor, die im Kennzeichen des Anspruches 1
aufgeführt sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Er
findung ergeben sich aus den Merkmalen, die in den Kennzeichen
der Unteransprüche angegeben sind.
Die erfindungsgemäße Spaltdichtung vereinigt die Vorteile
sowohl der dynamisch arbeitenden Wellendichtung als auch die
der statisch arbeitenden. Bei der erfindungsgemäßen Spaltdich
tung übernehmen im Betrieb die im feststehenden Ring symme
trisch nach innen und außen fördernden spiralförmigen flachen
Taschen (Spiralnuten) im wesentlichen den Druckaufbau, wobei
das Maximum jeweils in den Randzonen innen und außen auftritt.
Die Sperrwirkung wird durch die Gaszufuhr in die konzentri
sche, in der Ringmitte angeordnete flache Ringnut gewährlei
stet. Beim An- und Abfahren entfällt der Druckaufbau in den
Spiralnuten. In diesem Fall sorgt die Sperrgaszuführung für
den Aufbau eines Gaspolsters in der Ringnut und in den Spiral
nuten, d.h. die Dichtung arbeitet in diesem Fall als statische
Dichtung. Natürlich können die Spiralnuten und die konzentri
sche Ringnut anstelle im feststehenden Ring auch in den Um
laufring eingebracht werden. Neu ist bei der erfindungsgemäßen
Wellendichtung die symmetrische Anordnung der Spiralnuten von
der Ringmitte jeweils nach außen und innen gegen einen Damm
fördernd, wobei die Spiralnuten jeweils voneinander weglaufen.
Weiterhin neu ist die Sperrgaszuführung über die Ringnut in
Kombination mit den daran anschließenden Spiralnuten. Dadurch
wird erreicht, daß die Dichtung bei rotierender als auch bei
stehender Welle berührungsfrei ihre Sperrfunktion erfüllt. Der
Vorteil der neuen erfindungsgemäßen Wellendichtung gegenüber
den bekannten Bauformen beteht in einem deutlich geringeren
Sperrgasverbrauch und damit einem kleineren Sperrgaseinstrom
in dem Verfahrensraum.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im fol
genden anhand der Figuren näher erläutert:
Es zeigen
die
Fig. 1 einen Schnitt durch die gesamte Anordnung der
Spaltdichtung und die
Fig. 2 den Schnitt AB in der Fig. 1 bzw. die Draufsicht auf
die Spiralnuten.
Gemäß der Fig. 1 soll der Innenraum 5 eines Gehäuses 6 gegen
über dem Raum 7 abgedichtet werden, von welchem aus eine Welle
1 in das Gehäuse 6 führt. In dem Innenraum 5 besteht ein Ver
fahrensdruck, der Atmosphärendruck sein kann. Auf der Welle 1,
z.B. eines Strömungsverdichters, sitzt ein sich mitdrehender
Umlaufring 2, der eine Dichtspaltfläche 8 aufweist, die senk
recht zur Drehachse steht. Dieser sich drehenden Fläche 8
steht die Lagerfläche 9 eines feststehenden Dichtringes 3 ge
genüber, wobei zwischen den Flächen 8 und 9 der Dichtspalt 4
gebildet wird. Der feststehende Dichtring 3 wird durch Druck
federn 10 gegen den Umlaufring 2 gedrückt, wobei sich die Fe
dern 10 in Bohrungen 13 eines Einbauringes 11 befinden, in
welchem der Dichtring 3 mittels seines Bundes 12 mit Spiel ge
lagert ist. Die Federn 10 stützen sich auf einem Haltering 14
ab, der fest mit dem Gehäuse 6 verbunden ist. In den Einbau
ring 11 sind innerhalb des Bundes 12 noch gehärtete Verdrehsi
cherungen in Form von eingeschraubten Stehbolzen 15 eingebaut,
die in weitere Bohrungen 16 in Dichtring 3 eingreifen und im
Falle eines Reibschlusses zwischen feststehendem Dichtring 3
und sich drehendem Umlaufring 2 eventuell vorhandene Diag
nostikeinrichtungen oder ähnliches vor Zerstörung schützen.
Zwischen dem festehenden Dichtring 3 bzw. seinem Bund 12 und
der Innenfläche des Einbauringes 11 befindet sich ein Radial
dichtring 17, der folgende Aufgaben hat:
Abdichtung zwischen dem Verfahrensgas und der Atmosphäre, Auf nehmen der Wärmedehnung während des Betriebs, sofortige Dämp fung bei Einsetzen von Instabilitäten. Als Lagerelement kann auch ein nicht dargestellter Faltenbalg dienen, der die Funk tionen von Lagerung, Abdichtung und der Federkraft vereinigt.
Abdichtung zwischen dem Verfahrensgas und der Atmosphäre, Auf nehmen der Wärmedehnung während des Betriebs, sofortige Dämp fung bei Einsetzen von Instabilitäten. Als Lagerelement kann auch ein nicht dargestellter Faltenbalg dienen, der die Funk tionen von Lagerung, Abdichtung und der Federkraft vereinigt.
Die Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des feststehenden Dicht
ringes 3 vom Dichtspalt 4 her mit Blick auf die dem drehenden
Umlaufring 2 gegenüberliegende, genutete Stirn- bzw. Lagerflä
che 9. Der Umlaufring 2 rotiert während des Betriebes mit kon
stanter Umfangsgeschwindigkeit und definierter Spalthöhe über
dem in der Lagerfläche 9 mit Spiralnuten 18, 19 versehenen
feststehenden Dichtring 3. Damit die Spiralnuten 18, 19 auf
der Eingangsseite des festehenden Dichtringes 3 gleichmäßig
mit Sperrgas versorgt werden, ist eine flache Ringnut 20 ein
gearbeitet, die von Drosseln 21 gespeist wird. Das Sperrgas
strömt nun radial von der Ringnut 20 zu den nach innen und
außen fördernden Spiralnuten 18 bzw. 19.
Die Druckerhöhung in der Sperrgasschicht entsteht aufgrund der
an den rechtwinklig abgesetzten Spiralnutenstegen 22 gestauten
azimutalen Gasförderung durch die Schleppwirkung des Umlauf
ringes 2.
Wird die Gasförderung in den Spiralnuten 18, 19 am Ende der
Spiralnuten behindert, indem sich ein unspiralter, kreisring
förmiger Damm innen 23 und außen 24 anschließt, so überlagert
sich dem azimutalen Druckaufbau ein zusätzlicher Druckaufbau
in radialer Richtung. Kräftegleichgewicht herrscht dann, wenn
die entstehende Druckkraft im Dichtspalt mit den von oben an
greifenden Druckkräften einschließlich der Federschließkraft
der Federn 10 übereinstimmt und sich eine konstante Arbeits
spalthöhe im Dichtspalt 4 zwischen feststehendem Dichtring 3
und Umlaufring 2 einstellt.
Die Ringnut 20 beschickt die Spiralnuten 18 und 19, wobei
diese in der ringförmigen Lagerfläche 9 von der Ringnut 20 aus
- in Laufrichtung 25 des Umlaufringes 2 gesehen - symmetrisch
sowohl im Bereich der Ringfläche außerhalb der Ringnut 20 als
äußere Spiralnuten 19, als auch in dem von der Ringnut 20 ein
geschlossenen Ringbereich als innere Spiralnuten 20 bezogen
auf ihre Krümmungsrichtung jeweils symmetrisch gegen die als
Dämme wirkenden unspiralten Ränder 23 und 24 hin verlaufen.
Die Ringnut 20 kann, wie dargestellt zusammen mit den Spiral
nuten 18 und 19 in derselben Fläche 8 oder 9 angeordnet sein,
sie kann jedoch auch von diesen getrennt in der jeweils
gegenüberliegenden Fläche liegen.
Im Stillstand und beim An- und Abfahren (niedrige Drehzahl)
eines beispielsweise zu der Welle 1 gehörigen Strömungsver
dichters arbeitet die Spaltdichtung aufgrund der nach innen
und außen verlaufenden Spiralnuten 18, 19 bei gegenüber dem
Betriebszustand erhöhten Sperrgaseinspeisedruck statisch. Da
bei wirken die gleichmäßig und symmetrisch z.B. auf dem
feststehenden Dichtring 3 verteilten Spiralnuten 18, 19 als
Gastaschen.
Bezugszeichenliste:
1 Welle
2 Umlaufring
3 Dichtring
4 Dichtspalt
5 Innenraum
6 Gehäuse
7 Raum
8 Dichtspaltfläche
9 Lagerfläche
10 Druckfedern
11 Einbauring
12 Bund
13 Bohrungen
14 Haltering
15 Stehbolzen
16 Bohrungen
17 Radialdichtring
18 Spiralnuten innen
19 Spiralnuten außen
20 Ringnut
21 Drosseln
22 Spiralnutenstege
23 unspiralter Damm innen
24 unspiralter Damm außen
25 Laufrichtung
2 Umlaufring
3 Dichtring
4 Dichtspalt
5 Innenraum
6 Gehäuse
7 Raum
8 Dichtspaltfläche
9 Lagerfläche
10 Druckfedern
11 Einbauring
12 Bund
13 Bohrungen
14 Haltering
15 Stehbolzen
16 Bohrungen
17 Radialdichtring
18 Spiralnuten innen
19 Spiralnuten außen
20 Ringnut
21 Drosseln
22 Spiralnutenstege
23 unspiralter Damm innen
24 unspiralter Damm außen
25 Laufrichtung
Claims (4)
1. Spaltdichtung zur Abdichtung des Innenraumes in einem Ge
häuse gegen die Außenseite, wobei in das Gehäuse eine sich
drehende Welle führt, mit den folgenden Merkmalen:
- a) Auf der Welle (1) sitzt ein sich mitdrehender Umlaufring (2) dessen Dichtspaltfläche (8) senkrecht zur Drehachse steht,
- b) am Gehäuse (6) ist unter Federkraft ein stationärer Dichtring (3) beweglich abgestützt,
- c) der Dichtring (3) ist in einem zum Gehäuse (6) gehörigen Lagerelement (11) geführt,
- d) der Dichtring (3) weist eine Lagerfläche (9) auf, zwi schen welcher und der Dichtspaltfläche (8) der ring förmige Dichtspalt (4) gebildet wird,
- e) in eine der Begrenzungsflächen (8, 9) des Dichtspaltes (4) sind Spiralnuten (18, 19) eingebracht, die am inneren und am äußeren Rand jeweils einen unspiralten Damm (23, 24) freilassen,
- f) im Bereich der Spiralnuten (18, 19) ist eine diese be schickende Ringnut (20) eingebracht, welche mit Sperrgas beaufschlagbar ist,
gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:
- g) In der ringförmigen Begrenzungsfläche (8, 9) verlaufen die Spiralnuten (18, 19) von der Ringnut (20) aus - in Laufrichtung gesehen - sowohl im Bereich der Ringfläche außerhalb der Nut (20) als auch in dem von der Nut (20) eingeschlossenen Ringbereich bezogen auf ihre Krümmungs richtung symmetrisch jeweils gegen den als Damm wirken den unspiralten Rand (23, 24) weg.
2. Spaltdichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das
weitere Merkmal:
- h) Die Spiralnuten (18, 19) und die Ringnut (20) sind ge meinsam oder voneinander getrennt in die Lagerfläche (9) des Dichtringes (3) oder die Dichtspaltfläche (8) des Umlaufringes (2) eingebracht.
3. Spaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 oder Anspruch 2,
gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:
- i) Das Lagerelement für den Dichtring (3) besteht aus einem koaxial zur Welle (1) bzw. zum Dichtring (3) im Gehäuse (6) eingebauten Einbauring (11),
- j) in einer Eindrehung des Einbauringes (11) greift der Dichtring (3) mit einem bundförmigen Fortsatz (12) als Lagerung ein,
- k) am Einbauring (11) sind stationäre Bolzen (15) über den Umfang verteilt angebracht, die als Verdrehsicherung mit Spiel in Bohrungen (18) des Lagerringes (3) eingreifen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883819566 DE3819566A1 (de) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Spaltdichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883819566 DE3819566A1 (de) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Spaltdichtung |
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DE3819566A1 true DE3819566A1 (de) | 1989-12-14 |
DE3819566C2 DE3819566C2 (de) | 1990-05-10 |
Family
ID=6356155
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883819566 Granted DE3819566A1 (de) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Spaltdichtung |
Country Status (1)
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