-
Die
Erfindung betrifft eine Anordnung in Verbindung mit einer mechanischen
Dichtung, die zwei Gleitflächen
umfasst, die gegeneinander pressen, die so angeordnet sind, dass
ein Spalt zwischen einem sich drehenden und einem sich nicht drehenden Maschinenteil
gedichtet wird, und eine Einrichtung zur Bereitstellung eines Dichtfluidstroms,
der die Gleitflächen
kühlt.
-
Mechanische
Dichtungen werden üblicherweise
in unterschiedlichen technischen Gebieten verwendet, um Spalte zwischen
einem sich drehenden und einem sich nicht drehenden Maschinenteil abzudichten.
Beispiele für
solche sich drehenden und sich nicht drehenden Maschinenteile und
Spalte zwischen ihnen umfassen den Körper und die Welle einer Pumpe,
z. B. Prozesspumpe, und den Spalt zwischen ihnen, der abgedichtet
werden muss, so dass das gepumpte Prozessfluid nicht durch den Spalt
zwischen der Pumpenwelle und dem Pumpenkörper herauslecken kann. Die
Dichtung wird zwischen zwei genau entgegengesetzten Gleitflächen, die
sich gegeneinander drehen, ausgeführt. Bei einer normalen Verwendung
erwärmt
sich natürlich
auch eine mechanische Dichtung, in welchem Fall sie durch einen
Fluidstrom auf der zur Dichtung entgegengesetzten Seite gekühlt wird.
Z. B. wird Wasser als das Kühlmittel
verwendet. Mechanische Dichtungen enthalten häufig auch ein zweites Gleitflächenpaar
auf der Atmosphärenseite,
mit anderen Worten auf der Außenseite,
um jegliches Leck von Dichtfluid zur Atmosphäre abzudichten. Als ein Beispiel
für den Stand
der Technik kann die
US-A-4
558 870 erwähnt werden,
die alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 offenbart.
-
Kritische
Betriebswerte beim Betrieb einer mechanischen Drehwellendichtung
umfassen Druck, Temperatur und einige andere Faktoren. Druck umfasst
den Druck des gedichteten Produkts, den Druck im Innern der Dichtung
oder den Dichtfluiddruck, das Verhältnis der oben erwähnten Drücke in Bezug
zueinander und jegliche Änderungen,
die bei den Drücken
auftreten.
-
Was
Temperatur betrifft, sind die einschlägigen Problempunkte Temperatur
des gedichteten Produkts, die Temperatur von Dichtfluid, die Temperatur der
Umgebung, die Temperatur der Teile der Dichtung, insbesondere der
Gleitflächen,
und jegliche Temperaturänderungen.
-
Andere
Faktoren umfassen die Drehgeschwindigkeit der gedichten Welle, die
Anlaufvorgänge
und Abfahrvorgänge
des Prozesses und mögliche Fehlfunktionen.
-
Der
Stand der Technik umfasst z. B. die folgenden Beispiele. Mechanische
Drehwellendichtungen verwenden ein doppeltes Ausbalancieren, damit sich
die Dichtung sich ändernden
Drücken
anpassen kann, wenn die Änderung
langsam stattfindet. Die
FI-Anmeldung
773,726 offenbart eine Lösung dieser Art.
-
Mechanische
Drehwellendichtungen werden mittels eines Dichtfluids gekühlt, das
kontinuierlich durch sie fließt.
Der Strom wird in einigen Fällen
eingeschränkt,
d. h. der Strom wird auf eine solche Weise eingestellt, dass ein
Kühlen
für die
während
der Einstellung vorherrschenden Bedingungen ausreichend ist. In
einigen Fällen
wird die Wasserverbindung von der Dichtung vollständig verstopft.
Diese Lösungen
verwenden z. B. eine Dichtwasser-Einstell-
und Steuereinheit, um den Strom und Druck des Dichtwassers der mechanischen
Dichtung einzustellen. Die Vorrichtung umfasst eine Strommesseinrichtung
und jegliche notwendigen Einstellgeräte, um den Strom und Druck
des Dichtwassers einzustellen. Der Durchsatz von Dichtwasser wird
unter Verwendung der oben erwähnten
Anordnung bestimmt. Eine wichtige Aufgabe des Dichtwassers besteht
darin, die mechanische Dichtung zu kühlen, wie oben angegeben. Es
ist jedoch schwierig, den Strom des Dichtwassers so einzustellen,
dass er entsprechend der Temperatur des herausfließenden Dichtwassers
optimal ist. Die oben erwähnte
Lösung
hilft, die Menge von gebrauchtem Dichtwasser zu ermitteln, aber
zur Sicherheit wird ein Wasserverbrauch häufig so eingestellt, dass er
zu hoch ist. Weiter gibt es das Problem, dass, wenn der Strom des
Dichtwassers so eingestellt ist, dass er niedrig ist, die Stromdurchlassöffnung durch
Teilchen im Wasser leicht blockiert wird, obwohl die Durchlassöffnung konstruiert
wurde, um Wasserverunreinigungen hindurchtreten zu lassen. "Strom-niedrig-Grenzwert"-Warnsignale, die
durch eine Durchlassöffnungsblockierung
verursacht werden, sind in der Praxis auch problematisch. Verstopfen
der Dichtwasserausflussverbindung liefert gute Bedingungen für eine mechanische
Dichtung, aber diese Anordnung liefert keine Wärmeabfuhr von der Dichtung.
Wenn die Temperatur höher
als die Temperatur ansteigt, die für eine mechanische Dichtung
vorgesehen ist, kann die Dichtung eine Beschädigung erfahren. Die Lösung ist
folglich nicht für
Situationen geeignet, in denen die Temperatur der Dichtung leicht ansteigt.
Ein Vorteil der Lösung
ist natürlich,
dass sie kein kostspieliges Dichtwasser vergeudet.
-
Hinsichtlich
des Standes der Technik kann gesagt werden, dass schnelle Druckänderungen
eine Beschädigung
an der Dichtung hervorrufen können. Zusätzlich sollte
es angemerkt werden, dass eine Verwendung eines kontinuierlichen
Stroms große Mengen
von Dichtfluid verbraucht. Ein kontinuierlicher Strom berücksichtigt
auch nicht den tatsächlichen
Kühlbedarf
der Dichtung und Änderungen
daran, was zu einer Dichtungsbeschädigung führen kann. Überdimensionierter Dichtfluidstrom
kühlt auch das
gedichtete Produkt, was Probleme hervorruft. Wenn der Strom von
Dichtfluid vollständig
angehalten wird, steigt die Gefahr einer Beschädigung an der Dichtung an. Änderungen
bei einer Drehgeschwindigkeit beeinflussen den Kühlbedarf der Dichtung, und
die bekannten Lösungen
passen sich diesen Änderungen
nicht an. Während
Anlauf- und Abfahrvorgängen
des Prozesses sind Änderungen
in den Drücken
und Temperaturen üblich.
Die bekannten Lösungen
passen sich diesen Änderungen
nicht an. Wenn der Prozess heruntergefahren wird, verwendet ein
Kühlen
mit kontinuierlichem Strom Dichtfluid, obwohl die Dichtung kein
Kühlen
erfordert. Die bekannten Lösungen
sind auch unempfindlich gegen Änderungen,
die im Prozess und in der Umgebung auftreten, was zu einer Dichtungsbeschädigung führen kann.
-
Es
ist ein Ziel der Erfindung, eine Anordnung bereitzustellen, mittels
der es möglich
ist, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Dies wird
durch die Anordnung der Erfindung erreicht. Die Anordnung der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung in Verbindung
mit der Einrichtung angeordnet ist, die einen kühlenden Dichtfluidstrom bereitstellt,
wobei die Ventileinrichtung so eingerichtet ist, dass sie auf die
Temperatur der Dichtung reagiert und den Dichtfluidstrom entsprechend
dem Kühlbedarf
einlasst und aussperrt.
-
Ein
Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin, dass mittels der
Erfindung die Dichtung so hergestellt werden kann, dass sie sich
allen Änderungen im
gedichteten Produkt, Dichtfluid und Umgebung, mit anderen Worten
sowohl Druckänderungen
als auch Temperaturänderungen,
anpasst. Mittels der Erfindung kann das Kühlen der Dichtung auch optimiert
werden, um der tatsächlichen
Situation zu entsprechen, wodurch beträchtliche Mengen von Dichtfluid
gespart werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Produkt
nicht unnötig
gekühlt
wird. Eine Optimierung liefert Bedingungen für die Dichtung, wobei ihre
Betriebslebensdauer solange wie möglich und die Gefahr für eine Dichtungsbeschädigung niedriger
als zuvor gemacht werden können.
Die Erfindung liefert weiter eine Reaktion auf die Änderungen
im Kühlbedarf,
der durch eine Änderung
in der Drehgeschwindigkeit hervorgerufen wird, wozu die bekannten
Lösungen
nicht imstande sind.
-
Aufgrund
der Erfindung wird ein Dichtfluid nicht unnütz verwendet, wenn der Prozess
heruntergefahren wird. Aufgrund der Erfindung kann die Dichtung
auf schnell auftretende Änderungen
und Fehlfunktionen reagieren.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung mittels einer in den angefügten Zeichnungen
beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
in größerer Einzelheit beschrieben.
-
1 ist
eine allgemeine Ansicht einer Prozesspumpe,
-
2 ist
eine allgemeine Ansicht einer Einzelheit von 1 in einem
vergrößerten Maßstab,
-
3 ist
eine allgemeine Ansicht des Grundprinzips der Anordnung der Erfindung,
-
4 ist
eine schematische Darstellung des Prinzips der Wärmeausdehnung von Memory-Metall,
-
5 ist
eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils der Anordnung der Erfindung,
-
6 stellt
den Teil von 5 bei Betrachtung von der Stromrichtung
dar,
-
7 ist
eine teilweise geschnittene Ansicht des Teils von 5,
dargestellt durch Pfeile entlang VII-VII,
-
8 ist
eine Ansicht der Einzelheit von 7 in einem
vergrößerten Maßstab, und
-
die 9 bis 11 sind
teilweise geschnittene Seitenansichten einer zweiten Ausführungsform der
Anordnung der Erfindung in verschiedenen Betriebsphasen.
-
1 ist
eine allgemeine Ansicht einer Prozesspumpe mit einer mechanischen
Dichtung, die zwischen einem sich drehenden Teil 1 und
einem sich nicht drehenden Teil 2 angeordnet ist, um den Spalt
zwischen dem sich drehenden Teil 1 und dem sich nicht drehenden
Teil 2 an einer Stelle 3 abzudichten. Die oben
erwähnte
mechanische Dichtung ist in einem vergrößerten Maßstab in 2 dargestellt.
-
Die
mechanische Dichtung umfasst zwei gegeneinander pressende Gleitflächen, die
so angeordnet sind, dass sie den Spalt zwischen dem sich drehenden
und dem sich nicht drehenden Maschinenteil abdichten. Die Dichtung
umfasst weiter eine Eingangseinheit und eine Ausgangseinheit um
kühlendes
Dichtfluid zur und von der mechanischen Dichtung zu lenken. Die
Dichtung kann auch ein zweites Gleitflächenpaar umfassen, um jegliches
Leck von Dichtfluid zur Umgebung abzudichten. Der Eingang und Ausgang
von Dichtfluid zur und von der Dichtung ist im Allgemeinen mittels
Pfeilen in 2 dargestellt. Die dichtenden
Gleitflächenpaare
sind durch Bezugszeichen 4a und 4b in 2 gekennzeichnet.
-
Die
obigen Sachlagen sind einem Fachmann bekannt und werden folglich
in diesem Zusammenhang nicht in größerer Einzelheit beschrieben.
Die Dichtungsstruktur kann z. B. eine doppelt ausbalancierte mechanische
Drehwellendichtung sein, wie in der
FI-Anmeldung
773,726 beschrieben, die druckoptimiert sein kann.
-
3 stellt
das Grundprinzip der Erfindung dar. Ein Bezugszeichen 5 stellt
eine Pumpe dar. Ein Bezugszeichen 6 stellt eine Eingangseinheit
von Dichtfluid und Bezugszeichen 7 eine Ausgangseinheit
von Dichtfluid dar. Entsprechend der wesentlichen Idee der Erfindung
ist eine Ventileinrichtung in Verbindung mit der Einrichtung, die
den Strom von Dichtfluid bereitstellt, z. B. in Verbindung mit der
Ausgangseinheit 7 von Dichtfluid, angeordnet, wobei die Ventileinrichtung
so eingerichtet ist, dass sie auf die Temperatur der Dichtung reagiert
und den Strom von Dichtfluid entsprechend dem Kühlbedarf der Dichtung einlässt und
aussperrt. Das Ventil ist folglich so angeordnet, dass es auf eine
solche Weise arbeitet, dass es den Strom von Dichtfluid entsprechend
dem Kühlbedarf
einlässt
und aussperrt. Wenn die Dichtung kein Kühlen erfordert, öffnet sich
das Ventil überhaupt
nicht. Mittels der oben erwähnten
Funktion arbeitet die Anordnung bei veränderlichen Temperaturen. Eine
Drossel im Ventil verhindert schnelle Druckänderungen.
-
Die
Lösung
kann auf unterschiedliche Weisen z. B. mechanisch und elektrisch
ausgeführt
werden. Eine mechanische Ventileinrichtung kann z. B. ein aus Memory-Metall
hergestelltes Teil 11 enthalten, wodurch die Ventileinrichtung 8 so
eingerichtet ist, dass sie sich öffnet,
wenn die Temperatur von Dichtfluid auf den Temperaturgrenzwert ansteigt,
der im Memory-Metall in der Ventileinrichtung aktiviert ist, und
entsprechend, sich schließt,
wenn die Temperatur von Dichtfluid abnimmt.
-
Die
Ventileinrichtung 8 kann auf die Weise, die in 3 dargestellt
ist, mit der Ausgangseinheit 7 von Dichtfluid verbunden
sein. Wenn die Temperatur der Dichtung niedrig ist, mit anderen
Worten, wenn keine Wärmeabfuhr
benötigt
wird, ist die Ventileinrichtung 8 geschlossen, und Dichtfluid
kann nicht durch die Dichteinrichtung 8 fließen. Wenn
die Dichtungstemperatur ansteigt, steigt die Temperatur von Dichtfluid
natürlich
auch entsprechend an. Wenn die Temperatur in die Nähe eines
kritischen Niveaus zum Betrieb der mechanischen Dichtung ansteigt, öffnet sich
die Ventileinrichtung 8, und Dichtfluid fließt durch den
Dichtraum, bis die Temperatur wieder absinkt. Nachdem die Temperatur
abgesunken ist, schließt sich
die Ventileinrichtung 8. Der oben erwähnte Betrieb wird bei der Erfindung
mittels der Eigenschaften von Memory-Metall erzielt.
-
Wie
oben beschrieben, ist die wesentliche Idee der Anordnung der Erfindung,
dass die Anordnung den Anstieg der Temperatur über das kritische Niveau für den Betrieb
der Dichtung verhindert. Memory-Metall wird bei der Ventileinrichtung
verwendet, und der Dichtungshersteller bestimmt den Temperaturgrenzwert
des Memory-Metalls, der während einer Herstellung
aktiviert wird, mit anderen Worten wird der oben erwähnte Temperaturgrenzwert
so festgelegt, dass er der früher
erwähnten
kritischen Temperatur für
den Betrieb der Dichtung entspricht. Memory-Metall bewegt sich nicht
linear entsprechend dem Prinzip einer Wärmeausdehnung, sondern entsprechend 4.
-
Die 6 bis 8 stellen
in Einzelheit eine bevorzugte Ausführungsform der Ventileinrichtung der
Anordnung gemäß der Erfindung
dar. In den Figuren kennzeichnet Bezugszeichen 9 eine Verbindung
mit der Ausgangseinheit von Dichtfluid, durch die Dichtfluid in
die Ventileinrichtung 8 fließt. Bezugszeichen 10 kennzeichnet
die Einheit, durch die Dichtfluid aus der Ventileinrichtung herausfließt. Bezugszeichen 11 kennzeichnet
das aus Memory-Metall hergestellte Teil. Bezugszeichen 12 kennzeichnet eine
Freigabefeder, und Bezugszeichen 13 ein Sitzventil. Bezugszeichen 14 kennzeichnet
ein Handsteuerventil, das beim Lüften
und Prüfen
des Geräts verwendet
wird.
-
Die
in den 5 bis 8 dargestellte Ventileinrichtung 8 arbeitet
wie folgt. Wenn die Temperatur in der Verbindung 9 auf
den im Memory-Metall 11 aktivierten Temperaturgrenzwert
ansteigt, öffnet
sich das Sitzventil 13, mit anderen Worten dehnt sich das aus
Memory-Metall hergestellte Teil 11 schnell aus und stößt das Sitzventil 13 gegen
die Kraft der Freigabefeder 12 auf. Es kann dann Dichtfluid
durch die Ventileinrichtung 8 und weiter durch die Einheit 10 heraus
zur Ausgangseinheit 7 fließen, dargestellt in 3.
Die Durchflussöffnungen
des Sitzventils 13 sind groß genug konstruiert, um zu
verhindern, dass die Verunreinigungen im Dichtfluid das Ventil blockieren.
Das Sitzventil öffnet
sich sehr schnell, wobei verhindert wird, dass irgendwelche Verunreinigungen
im Ventil zurückbleiben.
Das Ventil ist entweder geschlossen oder vollständig offen. Der schnelle Betrieb
des Ventils beruht auf dem Verhalten von Memory-Metall, wenn sich
die Temperatur ändert,
wie in 4 dargestellt. Wenn die Temperatur von Dichtfluid
abnimmt, kontrahiert sich das aus Memory-Metall hergestellte Teil 11,
und die Kraft, die das Sitzventil offen hält, wird schwächer, und
die Freigabefeder 12 schließt das Sitzventil 13.
-
Die 9 bis 11 stellen
ein zweites Beispiel für
eine mechanische Anwendung dar. Die Ausführungsform entsprechend den 9 bis 11 ist von
einem ähnlichen
Typ wie diejenige der 6 bis 8. In den 9 bis 11 werden
dieselben Bezugszeichen für
entsprechende Einzelheiten verwendet wie in den 6 bis 8.
-
Die
Ausführungsform
der 9 bis 11 arbeitet im Prinzip wie folgt.
Bei Empfang wird das Ventil belüftet
und wie folgt geprüft.
Der Schlauch 14 wird in der Richtung, die durch Pfeil A
angezeigt ist, gepresst, um Luft aus dem Wasserraum 15 der
mechanischen Dichtung herausströmen
zu lassen, und Wasser fließt
durch das Ventil in der durch Pfeil B angezeigten Richtung. Wenn
der Schlauch 14 gelöst wird,
schließt
sich das Ventil mittels des Dichtwasserdrucks und der Freigabefeder 12.
Die Struktur und der Betrieb des Belüftungsmechanismus sind einem Fachmann
an sich bekannt, so dass er nicht in größerer Einzelheit in diesem
Zusammenhang beschrieben wird.
-
Wenn
die Temperatur in der Dichtung in die Nähe der maximalen Betriebstemperatur
ansteigt, wird das aus Memory-Metall hergestellte Teil 11,
wie z. B. eine Feder, aktiviert und öffnet das Ventil. Kaltes Wasser
fließt
dann zum Wasserraum 15 der Dichtung, die Temperatur nimmt
ab, die Rückfederkraft der
aus Memory-Metall hergestellten Feder 11 nimmt ab, und
das Ventil schließt
sich, mit anderen Worten kehrt das Ventil zu seiner normalen Position
zurück, in
der der Dichtwasserdruck und die Freigabefeder 12 das Ventil
mittels einer Kugel 16 schließen, die als ein schließendes Teil
dient.
-
Eine
elektrische Anwendung kann z. B. unter Verwendung eines elektrisch
betriebenen Magnetventils ausgeführt
werden, das durch einen Temperatursensor gesteuert wird. Das Magnetventil
ist außerhalb
der mechanischen Drehwellendichtung auf eine solche Weise montiert,
dass der Sensor die Temperatur von Dichtfluid misst und das Magnetventil öffnet, wenn
notwendig.
-
Alle
oben erwähnten
Alternativen liefern dieselbe Funktion, d. h. die aktive Temperaturoptimierung
des Betriebs einer mechanischen Dichtung. Wie früher angegeben, kann die doppelt
ausbalancierte Dichtungslösung,
die in der
FI-Anmeldung 773,726 beschrieben
ist, z. B. zur Druckoptimierung verwendet werden.
-
Die
oben beschriebenen Ausführungsformen sollen
die Erfindung in keiner Weise beschränken, und die Erfindung kann
frei im Umfang der Ansprüche
modifiziert werden. Folglich ist es deutlich, dass die Anordnung
der Erfindung oder ihre Einzelheiten nicht unbedingt genau wie in
den Figuren dargestellt sein müssen,
und andere Arten von Lösungen
sind möglich.
Z. B. muss die Ventileinrichtung kein separates Bauteil sein, wie
in den Figuren dargestellt, und sie kann auch mit der mechanischen
Dichtung als Einheit ausgebildet sein.