DE6904388U

DE6904388U - Dichte wanddurchfuehrungsvorrichtung

Info

Publication number: DE6904388U
Application number: DE19696904388
Authority: DE
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1968-02-05
Filing date: 1969-02-05
Publication date: 1969-06-26
Also published as: FR1564628A; GB1208554A

Description

Dichte Wanddurehführungsvorrichtung

Die Neuerung bezieht eich auf eine Vorrichtung zur dichten Durchführung einer Drehachse durch eine Wand, die 3ede Berührung zwischen einem Arbeitsströmungsmittel in Berührung mit der Achse auf einer Seite der Wand und einem zweiten Strömungsmittel (z.B. Atmosphäre oder Hilfsströmungsmittel) in Berührung mit der Achse auf der anderen Seite der Wand verhindert und in der ein Sperrgas das Arbeitaatrömungsmittel und das zweite Strömungsmittel trennt.

Das Problem der absoluten Unterdrückung des Austritts eines Arbeitsströmungsmittels in die Atmosphäre (z.B, im Hinblick auf die Giftigkeit oder den Preis dieses Strömungsmittels) und der Berührung des Arbeitsströmungsmittels mit dem Hilfsströmungsmittel oder der Atmosphäre (ζ₀Β_β i_m Hinblick auf ihre gegenseitige Reaktionsfähigkeit^ ergibt sich in der chemischen oder nuklearen Industrie häufig·

Eine verhältnismäßig befriedigende Lösung wurde für dieses Problem durch die in der franz. Patentschrift 1 556 348

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beschriebene Vorrichtung geschaffen. Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den gleichen Vorteilen zu entwickeln, die diese Vorteile noch stärker zeigt und in axialer Richtung kompakter ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine drehende Scheibe umfaßt, die einstückig mit der Achse ausgebildet ist und zwei ebene und radiale Oberflächen aufweist, die genau in der gleichen Ebene liegen, und daß die Vorrichtung weiter zwei feste konzentrische Reibstücke umfaßt, die in Rotation gehalten und durch elastische dichte Paltenbalge axial gegen die Radialοberflachen gedrückt werden, wobei die Reibstüoke auf beiden Seiten der Mündung einer Sperrgaszuführleitung an der Scheibe angeordnet sind und wobei die Reibstücke und möglicherweise ein einteiliges, diese Stücke umfassendes Organ zusammen mit einem Gehäuse, welches an der Wand befestigt ist, und mit einem in einer drehsymmetrischen Ausnehmung der Scheibe gleitend montierten Ring zwei Zirkulationsleitungen für Sperrgas begrenzen, deren jede einen Kanal geringen Querschnitts und erheblicher länge bildet.

Bei einer Ausführungsart der Neuerung, und zwar einer Anwendung, bei der das Arbeitsströmungsmittel und das zweite Strömungsmittel auf erheblich unterschiedlichen Drücken gehalten sind, ist der Druckabfall zwischen dem Sperrgas und dem auf dem niedrigsten Diuck befindlichen Strömungsmittel einer \ rrichtung der in der franz. Patentschrift 1 548 beschriebenen Art überlassen.

Die Neuerung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert| es zeigern

3Fig. 1 eine sehr schematisohe Schnittansioht in dar Ebene durch die Achse einer Vorrichtung, die ein Ausführungsbeispiel der Feuerung darstellt}

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Fig· 2 eine Schnittansicht nach der linie II-II in Pig. 1;

Pig. 3 und 4 ähnlich den Fig. 1 und 2 sohematisoh ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der feuerung·

Die schematisch in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist dazu bestimmt, die Abdichtung der durch eine von einer Drehachse 10 durchsetzte Wand gegebenen Trennung zu verwirkllchen. Die (nicht dargestellte) Wand und ein Gehäuse 12, das an ihr dicht befestigt ist, trennen einen von einem Arbeitsströmungsmittel mit einem Druck P₁ erfüllten Eaum 14 von einem zweiten, von der Atmosphäre gebildeten oder von einem zweiten, auf einem Druok P₂ befindlichen Strömungsmittel ausgefüllten Baum 16. Das Arbeitsströmungsmittel ist z.B. ein Gas zum Antrieb der Achse 10 einer Maschine oder ein durch diese Maschine in Umlauf versetztes Gas. Das zweite Strömungsmittel kann aus dem öl eines die Achse 10 haltenden (nicht dargestellten) Lagers bestehen.

Die Achse 10 trägt eine Scheibe 18, die aus einem einzigen Stück oder zusammengesetzt ist, mit zwei ebenen feinbearbeiteten Oberflächen 2O₁ und 2O₂ zur Anlage von ringförmigen festen Reibstücken 22₁ bzw. 22₂*Die beiden Flächen 2O₁ und 2O₂ sind vorzugsweise in der gleichen Ebene angeordnet, wie Fig. 1 zeigt· Diese Anordnung hat unter anderem den Torte 11, die Bearbeitung und Überwachung zu erleichtern.

Jedes der Eeibstücke 22₁ und 22p ist mit dem Gehäuse durch einen deformierbaren Faltenbalg 24₁ bzw. 24« verbunden, deren Elastizität dazu tendiert, die festen Reibkörper an die drehejide Scheibe anzudrücken. Die Zuordnung des Reibstücks 22.. zur Scheibe 18 stellt eine Abdiohtungsgarnitur zwischen dem Arbeitsströmungsmittel und dem Sperrgas dar; das Reibstüok 22„ und die Soheibe 18 bilden eine Garnitur zwischen dem Sperrgas und dem zweiten Strömungsmittel.

In dem Gehäuse 12 und einem Stutzen 28, der durch irgendwelche Mittel, wie z.B. Schrauben, mit dem Gehäuse 12 verbunden ist, sind Leitungen 26 zur Zuführung des Sperrst römungsmitteis (im allgemeinen Inertgas) angebracht, welche vor dem Ring zwischen den ebenen Flächen 2O₁ und 2O₂ münden. Von dort strömt das Sperrströmungsmittel entsprechend den Pfeilen f. Die Radialspielräume zwischen dem Reibstück 22₁ und dem Stutzen 28 sowie zwischen dem Reibstück 22g und der Achse 10 können erheblich sein.

Das in Pig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist zur Trennung zweier Räume 14 und 16 bestimmt, wobei der Druck P₁ in dem Raum 14 höher als der Druck P„ im Raum 16 ist, woraus sich das Auftreten eines erhöhten Druckabfalles in Strömungsriohtung zum Raum 16 ergibt. Dieser Druckabfall wird durch eine Vorrichtung der Art geliefert, wie sie in der schon erwähnten franz. Patentschrift 1 548 636 beschrieben ist, die einen Schwimmring 30 aufweist. Dieser Ring 30 hat einen rohr*- förmigen Teil 32, der gleitend im Stutzen 28 mit einem schwachen ringförmigen Spiel montiert ist, welches einen der Ausgangsförderwege des Sperrströmungsmittels zu einer Ausgangsleitung 34 darstellt, die es erreicht, nachdem es sich auf einen etwas von Pp verschiedenen Druck in einem Raum 36 entspannt hat, der durch den Faltenbalg 24₂ begrenzt wird. Dieser Spielraum ist z.B· in der Größenordnung von 0,1 mm. Die Stärke des Ringes kann so sein, daß ein größerer Spielraum (z.B. 0,1 bis 1 mm) zwischen dem Ring und dem Reibstück 22p vorliegt. Seine Einstellung ergibt sich durch Druck zwisohen der Fläche 20p und durch Ausgleich des Spielraumse

Der Ring 30 weist außerdem einen erweiterten "leil 38 auf, der durch ebene Radialflächen. 40 und 42 begrenzt wird, dia durch einen im Vergleich zum freien Abstand zwisohen den bexden zugehörigen Flächen der Soheibe 18 etwas geringeren axialen Abstand (z.B. einige lOOstel mm) getrennt sir^.

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Der Parallelzustand der inneren Flach&n der Scheibe 18 und der Flächen des Teils 38 erfordert eine sehr große Präaision sowie ihre Senkrecht3tellung bezüglich der Rotationsachse.

Kalibrierte Düsen 44 sind zur Fläche 40 hin geöffnet. Kanäle 46 starken Querschnitts durchsetzen den erweiterten Teil 38 radial.

Der Rinr 30 verteilt das Sperrströmungsmittel mit einem dem Druck P₁ überlegenen Druck über mehrere Ausgangswege zum Raum 36>

a) Ein erster Ausgangsweg besteht aus dem engen ringförmigen Kanal zwischen dem Teil 32 des Ringes 30 und dem Stutzen 28 j

b) ein zweiter Ausgangsweg weist zwei Arme auf, deren jeder aus einem der Spielräume zwischen den ebenen iläohen und 42 und den entsprechenden Oberflächen der Soheibe 18 besteht t und setzt sich in einem gemeinsamen ffeg fort, der aus dem Ringraum zwischen dem Teil 32 und der Ausnehmung der Scheibe 18 sowie zwischen dem Teil 32 und dem Reibstüok 22₂ besteht« Der Ring 30 erreicht offenbar ein Gleichgewlsht in einer Stellung, für die die Druckkräfte auf den Pläohen 40 und 42 jene auf Grund des Druckes auf der Endfläche ausgleichen, die an der Begrenzung des Raums 36 teilnimmt.» Die Spiel räume sind derart beschaffen, daß das Wesentliche des Druckabfalls auf dem Wege, der den Spielraum zwischen dem Reibstüok 22« und dem Teil 32 umfaßt, vor der Berührungsfläche stattfindet, was ebenso die Druckkraft verringert, die auf das Reibstück 22p wirkt und dazu tendiert, dieses an die Kontaktfläche 20p anzudrücken, woraus sich eine Abnutzungsreduktion ergibt.

Man sieht, daß die beschriebene Vorrichtung eine wirksame Abkühlung der Reibstücke 22₁ und 22„ durch erzwungene

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Konvektion ergibt» Die durch die Reibung des Reibstückes freiwerdende Wärme wird im Sperrströmungsmittel mitgenommen, das in den Spielraum zwischen dem Stutzen 28 und dem Reibstüok 22^ strömt; die Wärme aufgrund der Reibung des Reibstücks 22« an der Fläche 20p wird durch das Sperrströmungsmittel abgeführt, das längs des Reibstückes und des Ringes 30 zum Raum 36 strömt. Man sieht insbesondere, daß die Abkühlung des Reibstücks 22, sehr erheblich sein kann, was unerläßlich ist, da die lineare Geschwindigkeit der S¹Iaohe 20.J gegeben ist, die vom erheblichen mittleren Radius abhängt. Das Reibstüok 22^ oder mindestens der Teil dieses Reibstüokes, der die Fläche 2O₁ berührt, muß natürlich aus einer Legierung bestehen, die ausgezeichnete Reibeigensohaften aufweist·

Beispielsweise kann man ein Radialspiel von 0,5 bis 1 mm zwischen dem Reibstüok 22^ und dem Stutzen 28 sowie zwischen dem Reibstüok 22₂ und dem Ring 30 vorsehen. Das Spiel zwischen dem Stutzen und dem Teil 32 kann etwa zehnmal schwächer sein. Was den Abstand zwischen dem Reibstüok 22₂ und der Achse betrifft, so kann dieser in weiten Grenzen variieren und einige Millimeter betragen·

Das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist ebenfalls zur Trennung eines Raumes 14^r, wo ein Druck P¹ ₁ herrscht, von einem Raum 16·, wo ein merklich niedrigerer Druck P*₂ herrscht, bestimmt. Wegen größerer Binfaohheit sind die den sohon in den Fig. 1 und 2 dargestellten Teilen entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern und einem zusätzlichen Strich versehen·

In dem Ausftihrungsbeispiel uaoh den Fig. 3 und 4 sind die Druckstüoke 22^ und 22 »₂ einstückig und stellen zwei konzentrische Teile eines einzigen Bauteile mit gabelförmigem Querschnitt dar, welches mit einer rohrförmigen Verlängerung 50 zur Zentrierung und zum Druckabfall versehen ist,

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deren Rolle nooh deutlicher werden wird· Im Saum 51 zwischen den Reibstüeken gleitet der rohrförmige Teil 32* eines Ringes 30*. In diesem Fall iat kein fester Stutzen zur Zuführung von Sperrströmungsmittel zur Scheibe 18^f vorgesehen» Drei Faltenbalge 24-·.., 52 und 24'₂ trennen den Raum 14' vom Raum 54 zur Einspeisung mit Sperrströmungsmittel (Pfeil f*}, den Raum 54 von einem Raum 56 zum Auslaß des Sperrströmungsmittels, das einem ersten Ausgangsweg gefolgt ist, und den Raum 56 von einem Raum 5b zur Sammlung des Sperrströmungsmittels, das einem anderen Ausgangsweg gefolgt ist, auf einem nooh höheren Druck als P¹?·

In dem die Reibstüoke darstellenden Bauteil angebrachte Kanäle 26* führen das Sperrströmungsmittel vom Raum 54 zur Scheibe 18'. Ein erster Auagangsweg für das Sperrströmungsmittel besteht aus Kanälen 60 des festen Bauteils und einem ringförmigen Spielraum zwischen der Verlängerung 50 und dem Gehäuse* Dieser zur Lieferung fast des ganzen Druckabfalls bestimmte Spielraum, der erforderlioh ist_y um den Einlaßdruok für das Sperrströmungsmittel, der P¹. nahe liegt, auf einen Wert nahe dem Druok P»₂ zu bringen, ist im allgemeinen geringer als 1/10 mm. Ein Zusatzfaltenbalg 62 ist vorteilhaft zwischen dem Reibstüok 22'.. und dem Gehäuse 12* angebracht, um einen Strömungsmittelaustausoh zwischen dem Raum 16* und der Ausgangsleitung des Sperrströmungsmittels zu verhindern. Wie im vorangehenden Ausführungsbeispiel kann das Gehäuse gegenüber der Achse genau zentriert sein, damit die Auflage der Reibstüoke 22 ^ und 22*₂ auf der Scheibe und die Zentrierung der Verlängerung 50 richtig erfolgen« Man kann ohne größere Schwierigkeit eine solche richtige Zentrierung der Aohse im Gehäuse mittels Öllager verwirklichen₀

Ein zweiter Ausgangsweg für dae Sperrströmungsmittel mit dem ebenfalls der wesentliche, dem Unterschied P¹., - P*₂ entsprechende Druckabfall geschaffen werden muß, umfaßt zwei

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Zweigej der eine weist die Spielräume zwischen dem Schwimmring 30' und einem ringförmigen Raum der Scheibe 18' und das Radialspiel zwischen der Verlängerung 32' und dem Reibstüok 22'₂ auf» Der andere besteht aus dem Spiel zwischen der Außenfläche der Verlängerung 32' und dem die Reibstükke bildenden Bauteile Allgemein findet man ein Spiel von 0,5 bis 1 mm zwischen dem Reibstück 22*₂ und dem Teil 32* sowie ein Spiel von 0,05 bis 0,1 mm zwischen dem genannten Teil 32* und dem Teil des massiven Bauteils, in dem aie Kanäle 26 angebracht sind. Jedoch karn unter der Bedingung, daß der zulässige Durchsatz erheblich ist, dieses letztere Spiel durch Kanäle ersetzt werden, die durch in die zylindrische Außenfläche des Teils 32' geeohnittene Pelder begrenzt sind, die zur weiohen Reibung in f im massiven Bauteil montiert ist, wie Pig. 4 zeigt· Man ~ip*;t dort noch, daß die Druckunterschiede, die sich zwischen den Enden des Reibstückes starken Radialquerschnitts ergebem, verhältnismäßig gering sind, was die Abnutzung begrenzt.

In dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel geht die Abkühlung des Reibstiioks 22* wie in dem zuerst beschriebenen Beispiel vor sich. Die Abkühlung des Reibstüoks 22*^ wird durch erzwungene Konvektion im Sperrströmungsmittel gesichert, das durch die zahlreichen Kanäle 26· und 60 strömt·

Claims

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Sohutzanspruohe

1. Vorrichtung zur diohten Durchführung einer Drehachse durch eine Wand, die jede Berührung zwischen einem Arbeitsströmungsmittel, weloheε die Aohse auf einer Seite der Wand umgibt, und einem zweiten Strömungsmittel, welches die Achse auf der anderen Seite der Wand umgibt, verhindert und in der ein Sperrgas das Arbeitsströmungsmittel und das zweite Strömungsmittel trennt, daduroh gekennzeichnet, daß sie eine drehende Scheibe (18) umfaßt, die einstückig mit der Achse (10) ausgebildet ist und zwei ebene und radiale Kontaktflächen (20-j und 20g) aufweist, die genau in der gleiohen Ebene liegen, und daß sie weiter zwei feste konzentrische Reibstüoke (22.. und 22₂) umfaßt, die in Rotation gehalten und durch elastische dichte Faltenbalge (24.J und 24₂) axial gegess die radialen flächen gedrückt »erden, wobei die Reibstücke auf beiden Selten der Mündung einer Leitung (26) zur Zuführung von Sperrgas an der Scheibe (18) angeordnet sind und wobei die Reibstücke und möglicherweise ein einteiliges, diese Stücke umfassendes Organ zusammen mit einem Gehäuse (12), welches an der Wand befestigt ist, und mit einem Sing (30), der in einer umfaagssymmetrischen Ausnehmung der Scheibe gleitend montiert ist, zwei Sperrg&szlrkulationsleitungen begrenzen, deren jede einen Kanal geringen Querschnitts und erheblicher Länge bildet·

2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (26) in einem mit dem Gehäuse (12) einstückigen, zur Achse (10) koaxialen Stutzen (28) angebracht ist, dessen Außenfläche mit einem der Seibstüoke (22..) einen ersten Ausgangskanal zu einem Raum begrenzt, wo ein dem Druck auf einer Seite der Wand angenäherter Druck herrscht, und dessen Innenfläche mit dem Ring (30) einen zweiten Ausgangskanal für das Sperrgas zu einem zweiten Raum (36) begrenzt,

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wo ein dem Druok auf der anderen Seite der Wand angenäherter Druok herrscht.

3s Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2_} dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (30) einen rohrförmigen Teil (32), der auf den Stutzen (28) gleitend, jedoch in axialer Richtung frei montiert ist, und einen erweiterten Teil (38) aufweist, der von- Längsdurchlaßkanälen für das Sperrgas durohbohrt ist und zwei Radialflächen (40, 42) aufweist, die durch einen gegenüber der axialen Entfernung zwischen den Flächen der Ausnehmtaig der Scheibe (18), in der dieser erweiterte Teil eingebettet ist, etwas niedrigeren Abstand getrennt sind«

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch Kekenrrzeichnet, daß die Zuführungsleitung (26¹) in einem eir. igen Bauteil mit gabelförmigem Querschnitt, das die beiden -ibstüoke (22*,. und 22'₂) uafaSt, angebracht iat und von eines Saum (54·) gespeist wird, der durch Faltenbalge (24¹*, 52) begrenzt ist, die das Bauteil mit der Wand verbinden, wobei die zugeordneten zylindrischen Wände an diesem Bauteil und dem Ring (32») Ausgangskanäle für das Sperrgas begrenzen,

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Ausgangekanäle durch einen Spielraum zwischen einer rohrförmigen Verlängerung (50) des Bauteils und einer Durchbohrung des Gehäuses (12·) vervollständigt wird.