DE69421395T2 - Abdichtungssystem - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Dichtungssysteme für Elemente, die innerhalb eines Zylinders hin und her bewegbar sind.
• Bei vielen Ausrüstungstypen ist ein Kolben oder ähnliches Element in einem Zylinder hin und her bewegbar, wobei seine beiden entgegengesetzten Seiten unterschiedlichen Fluiddrucken ausgesetzt sind. Dieser Druckunterschied erzeugt eine Neigung zu Leckage zwischen dem hin und her bewegbaren Element und der Zylinderwand von Fluid von der Seite mit höherem Druck zu der mit niedrigerem. Eine solche Leckage kann in dem Fall nachteilhaft sein, wenn das Fluid mit niedrigerem Druck durch Vermischung mit dem anderen verunreinigt werden würde, oder wenn das andere Fluid schmirgelartiges Material enthält, das aus dem Fluid mit niedrigerem Druck entfernt werden muß, um andere Teile der Ausrüstung zu schützen, mit denen das Fluid in Berührung kommt.
• Die Erfindung betrifft dementsprechend die Schaffung eines verbesserten Dichtungssystems für ein innerhalb eines Zylinders hin und her bewegbares Element.
• Aus EP-A-0 314 493 ist ein wirksames Dichtungssystem gemäß den Präambeln von Patentansprüchen 1, 8 oder 13 für ein Element bekannt, das innerhalb eines Zylinders der Art hin und her bewegbar ist, in dem Überdruckfluid, das heißt Fluid bei einem Druck, der größer als diejenigen der Fluids an den entgegengesetzten Seiten des Elements ist, dem Raum zwischen zwei zwischen dem Element und der Zylinderwand arbeitenden Dichtungen zugeführt wird. Der Überdruck des Fluids wird erhalten, indem das hin und her bewegbare Element in zwei Teilen aufgebaut wird, die zu relativer axialer Bewegung in der Lage sind, wobei die Teile eine Druckerhöhungskammer zwischen sich begrenzen, in die Fluid durch Rückschlagventilmittel bei relativer Bewegung der beiden Teile auseinander hineingesaugt wird, und aus der das Fluid in den Raum zwischen den Dichtungen durch Bewegung der Teile zueinander gedrückt wird.
• Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird geschaffen;
• ein Dichtungssystem für eine Kolbenpumpe mit einer Kolbenstange, die sich von einem Motorgehäuse in einen Zylinder erstreckt, wobei das Motorgehäuse Antriebsmittel zum hin und her gehenden Antreiben einer Kolbenstange enthält, und der Zylinder einen in demselben hin und her bewegbaren Kolben umfaßt, wobei das Dichtungssystem ein erstes Dichtungsmittel zwischen dem Kolben und Zylinder zum Trennen eines durch den Kolben zu pumpenden ersten Fluids von einem zweiten Fluid um die Kolbenstange herum,
• und zweite Dichtungsmittel zwischen der Kolbenstange und dem Zylinder umfaßt, die das zweite Fluid von einem dritten Fluid im Motorgehäuse trennen, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Dichtungsmittel einen ersten Dichtungsring, einen zweiten Dichtungsring, der von dem ersten Dichtungsring auf der von dem ersten Dichtungsmittel entfernten Seite desselben beabstandet ist, um zwischen den Dichtungsringen eine erste Kammer zu begrenzen, einen dritten Dichtungsring, der von dem zweiten Dichtungsring auf der von dem zweiten Dichtungsring entfernten Seite desselben beabstandet ist, um eine zweite Kammer zwischen dem zweiten und dritten Dichtungsring zu begrenzen, Mittel zum Zuführen eines vierten Fluids zu der ersten Kammer, und Mittel zum Aufrechterhalten eines niedrigeren Drucks innerhalb der zweiten Kammer als in der ersten umfaßt. Bei einer Dichtungsanordnung dieser Art kann ein Akkumulator oder eine zusätzliche Druckerhöhungskammer vorgesehen werden, aus der Überdruckfluid dem Raum zwischen den beiden Dichtungen zugeführt wird, wenn der Druck in der Hauptdruckerhöhungskammer fällt.
• Es wird offensichtlich sein, daß der Druck innerhalb der Druckerhöhungskammer während des Bewegungszyklus der beiden Teile des Elements variiert, am Ende jedes Hubs fällt, wodurch die Wirksamkeit der Dichtungsanordnung zu kritischen Zeiten während des Zyklus verringert wird. Das Vorsehen der zusätzlichen Druckerhöhungskammer in Übereinstimmung mit der Erfindung schafft einen Reserveüberdruck, der darauf gerichtet ist, den effektiven Fluiddruck in dem Raum zwischen den beiden Dichtungen zu regulieren.
• Ein die vorliegende Erfindung darstellendes Dichtungssystem umfaßt daher zweckmäßigerweise Durchgangsmittel, die von der Druckerhöhungskammer zu dem Akkumulator und dem Raum zwischen den Dichtungen führen, mittels eines Rückschlagventils, das nur Fluß aus der Druckerhöhungskammer zuläßt. Ein auf die Verringerung des Volumens des Akkumulators gerichtetes Vorspannungsmittel ist vorgesehen.
• Wenn die beiden Teile des hin und her bewegbaren Elements sich während eines kompressiven Hubs zusammen bewegen, wird der Akkumulator durch Druckfluid aus der Druckerhöhungskammer ausgedehnt. Der Druck in dieser Kammer fällt dann, wenn die beiden Teile des Elements den Rückhub beginnen, und der Akkumulatordruck wird unter dem Vorspannungsmittel an den Raum zwischen den Dichtungen angelegt, wobei das Rückschlagventil den Raum und den Akkumulator von der Druckerhöhungskammer isoliert.
• Einem zweiten Aspekt der Erfindung zufolge wird geschaffen;
• ein Dichtungssystem zum Abdichten zwischen einem Fluid enthaltenden Zylinder und einem in demselben hin und her bewegbare Kolben, wobei das System erste und zweite Dichtungsmittel, die zwischen dem Kolben und dem Zylinder an Positionen tätig sind, die entlang der Richtung der hin und her gehenden Bewegung beabstandet sind,
• eine durch die ersten und zweiten Dichtungsmittel, den Kolben und den Zylinder begrenzte Druckkammer,
• und Mittel zum Erzeugen eines Fluiddrucks in der Druckkammer zwischen den ersten und zweiten Dichtungsmitteln, dem Kolben und dem Zylinder aufweist, der höher als die Fluiddrucke an den Außenseiten des ersten und zweiten Dichtungsmittels ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das erste Dichtungsmittel eine Vielzahl von Dichtungsringen aufweist, die entlang der Richtung der hin und her gehenden Bewegung beabstandet sind, von denen der erste Dichtungsring auf der von dem zweiten Dichtungsmittel entfernten Seite desselben ein Prozeß- oder Arbeitsfluid berührt, das durch den Kolben bewegt wird, und der erste Dichtungsring angeordnet ist, um Durchgang von Partikeln im Arbeits- oder Prozeßfluid zu dem oder jedem anderen Dichtungsring des ersten Dichtungsmittels hin zu verhindern oder ihm standzuhalten.
• Die Dichtungsringe der ersten und zweiten Gruppe von Dichtungsringen, die zweckdienlich durch das hin und her bewegbare Element getragen werden, werden hinsichtlich Material und Abmessungen ausgewählt, um spezielle Funktionen zu erfüllen. Vorzugsweise ist der am vorderen Ende des hin und her bewegbaren Elements angeordnete Dichtungsring derart, daß Durchgang von Partikeln im Prozeß- oder Arbeitsfluid zu dem nächsten folgenden Dichtungsring oder den nächsten folgenden Dichtungsringen verhindert wird, so daß die Arbeitsbedingungen für einen solchen Ring oder solche Ringe verbessert werden. Der vordere Dichtungsring kann daher ein unterteilter keramischer Ring oder zwei solche Ringe sein, die in einer gemeinsamen Nut aufgenommen werden. Der folgende Ring oder die folgenden Ringe haben, zusätzlich zum Abdichten, eine ,scarping' Funktion und auch eine Ölverteilungsfunktion, wenn das von dem Prozeßfluid zu isolierende Fluid ein Schmieröl darstellt. Der folgende Ring oder die folgenden Ringe lassen dann ausreichendes Schmiermittel zu dem vorderen Dichtungsring hindurchgelangen, während die Konzentration von Prozeßfluid, das in die entgegengesetzte Richtung zu dem Schmierölfluß fließt, minimiert wird.
• Die zweite Gruppe von Dichtungsringen hinter der Auslaßöffnung der Druckerhöhungskammer umfaßt zwei oder mehr Ringe, die so ausgewählt sind, daß sie Charakteristiken so wie zum Minimieren des Flusses aus der Druckerhöhungskammer weg von dem Prozeßfluid aufweisen. Einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge wird geschaffen;
• Ein Dichtungssystem zum Abdichten zwischen einem Fluid enthaltenden Zylinder und einem in demselben hin und her bewegbaren Kolben, wobei das System erste und zweite Dichtungsmittel, die zwischen dem Kolben und dem Zylinder an Positionen tätig sind, die entlang der Richtung der hin und her gehenden Bewegung beabstandet sind,
• eine durch die ersten und zweiten Dichtungsmittel und Mittel begrenzte Druckkammer zum Erzeugen eines Fluiddrucks in der Druckkammer zwischen den ersten und zweiten Dichtungsmitteln, dem Kolben und dem Zylinder aufweist, der höher als die Fluiddrucke an den Außenseiten der ersten und zweiten Dichtungsmittel ist, gekennzeichnet durch einen Akkumulator in Kommunikation mit der Druckkammer zum Regulieren des Drucks in derselben. Auf diese Weise kann ein Dichtungssystem geschaffen werden, das eine vordere Dichtung, die ein durch das Element bewegtes Prozeß- oder Arbeitsfluid von einem zweiten Fluid in dem Raum um das Element herum trennt, und eine nach hinten beabstandete Sperrdichtung aufweist, die das zweite Fluid von einem dritten Fluid trennt.
• Typischerweise füllt das dritte Fluid ein Gehäuse, das einen Motor enthält, zum Beispiel einen linearen Elektromotor, durch den das hin und her bewegbare Element angetrieben wird, und das zweite und dritte Fluid können dann das gleiche sein. Die vordere Dichtung ist vorzugsweise, aber nicht unbedingt, von der hier beschriebenen Mehrfachdichtungsringart, vorteilhafterweise, aber nicht unbedingt, in Verknüpfung mit einer Druckerhöhungseinrichtung der in EP-A-0 314 493 beschriebenen Art.
• Die Sperrdichtung kann drei Dichtungsringe aufweisen, die zum Begrenzen von zwei Kammern zwischen ihnen beabstandet sind, von denen die vordere Kammer mit einer Fluidquelle mit relativ hohem Druck kommuniziert, und von denen die hintere Kammer bei einem Druck entlüftet oder evakuiert oder unter Druck gesetzt wird, der niedriger als derjenige in der vorderen Kammer und derjenige des dritten Fluids ist.
• Obwohl eine Kolbenpumpe, insbesondere wenn sie mit einem Dichtungsmechanismus gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung versehen ist, zufriedenstellend unter geeigneten Bedingungen arbeiten kann, besteht ein Risiko von Pumpen- oder Motorbeschädigung als ein Ergebnis einer einzigen geringfügigen Fehlfunktion des Zylinders, des Kolbens oder der Dichtungsringe. Dieses entsteht, weil große Mengen des Prozeßfluids unbemerkt in das Motorgehäuse eintreten könnten.
• Die Sperrdichtung beseitigt solche Probleme. Beschichtungsfehler oder Fehlfunktion des Druckerhöhungsmechanismus können sofort durch Überwachen von Spülfluidströmung und Druck in der Fluidzuführleitung zwischen dem Druckerhöhungsmechanismus und der Sperrdichtung detektiert werden. Dieses eingefangene Fluid wird hier im Falle irgendeines Grundes eines Beschichtungs- oder Kolbenversagens einen Druckanstieg erleben, der erfaßt und verwendet werden kann, um eine Abschaltung zu bewirken. Darüber hinaus kann der Ölfluß zu diesem Bereich strikt überwacht werden. Daher besteht der Effekt der Sperrdichtung darin, extrem gute Kontrolle der Leckrate zu gewährleisten und, ihre Verwendung zeigt folglich eine lange Leistung an, bevor ein möglicher Druckanstieg erfolgen sollte.
• Die Erfindung wird im folgenden weiter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben, in denen:
• Fig. 1 eine schematische Schnittseitenansicht einer die vorliegende Erfindung darstellenden Kolbenpumpe ist;
• Fig. 2 eine schematische Schnittseitenansicht einer Kolbenpumpe ähnlich derjenigen von Fig. 1 ist, jedoch modifiziert für Unterwasserverwendung;
• Fig. 3 eine fragmentartige schematische Schnittseitenansicht von Dichtungsanordnungen ist, die in der Kolbenpumpe von Fig. 1 oder Fig. 2 enthalten sein können;
• Fig. 4 eine Teilschnittseitenansicht einer modifizierten Form einer Kolbenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
• Fig. 5 graphisch zeigt, wie Drucke innerhalb der Kolbenpumpe von Fig. 4 während eines Pumphubs variieren.
• In den Zeichnungen sind gleiche oder funktionell äquivalente Teile in verschiedenen Figuren durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Zur Vereinfachung des Verständnisses ist Abstand zwischen den verschiedenen dargestellten Dichtungsmitteln und eine der Oberflächen gezeigt, an der in der Praxis eine Dichtung vorgenommen wird.
• Die in Fig. 1 gezeigte Kolbenpumpe umfaßt einen Zylinder 1, in dem ein Kolbenkopf 2 verschiebbar aufgenommen wird. Zur linken Seite (wie gezeigt) des Kolbenkopfs 2 bildet der Zylinder 1 eine Prozeß- oder Arbeitskammer 4 mit variablem Volumen, die mit geeigneten Einlaß- und Auslaßventilen (nicht gezeigt) verknüpft ist, so daß ein Prozeß- oder Arbeitsfluid durch Hin- und Herbewegung des Kolbenkopfs 2 in die Kammer hinein und aus ihr heraus bewegt wird.
• Der Kolbenkopf 2 wird innerhalb des Zylinders 1 durch eine Kolbenstange 5 hin und her getrieben, die sich zur rechten Seite (wie gezeigt) in ein Motorgehäuse 6 erstreckt, in dem eine Antriebsmaschine (nicht gezeigt) zum Bewirken von Hin- und Herbewegung der Kolbenstange aufgenommen ist. Die Antriebsmaschine kann zweckmäßig einen linearen Elektromotor mit einer Antriebs- oder Statorwicklung auf der Motorgehäusewand aufweisen, die mit einer durch die Kolbenstange getragenen Antriebswicklung zusammenwirkt. Die Kolbenstange 5 ist von der Zylinderwand beabstandet, um eine Kammer 7 zu bilden, in die Schmieröl aus einer Vorratsquelle zugeführt wird, die mittels einer Zuführleitung 8 durch eine Öffnung 9 in der Zylinderwand an einer von dem Kolbenkopf entfernt angeordneten Position geeignet unter Druck gesetzt wird.
• Das vordere oder Antriebsende der Kolbenstange 5 hat einen Endteil 10 mit verkleinerten Durchmesser, der innerhalb einer am dem benachbarten Ende des Kolbenkopfes 2 ausgebildeten zylindrischen Aussparung aufgenommen wird, mit einem O-Ring 11 oder einem anderen Dichtungstyp zwischen dem Endteil und der Wand der Aussparung. Eine Druckerhöhungs- oder Überdruckkammer 12 mit variablem Volumen wird auf diese Weise zwischen dem Kolbenkopf und der Kolbenstange gebildet. Ein Durchgang 14, der Querteile in dem Endteil 10 der Kolbenstange benachbart dem Hauptkörper der Kolbenstange und einen sich axial erstreckenden Teil umfaßt, stellt eine Verbindung für Schmieröl in der Zuführkammer 7 mit der Druckerhöhungskammer 12 her. Ein Sperr- oder Rückschlagventil 15 in dem axialen Durchgang erlaubt Fluidströmung in die Kammer 12, verhindert jedoch Rückströmung. Querdurchgänge 16 in der Wand des Kolbenkopfes 2 verbinden die Kammer 12 mit Öffnungen 17 am Äußeren des Kopfes. Die Teile 17 sind zwischen einer äußeren oder vorderen Gruppe 19 von Dichtungsringen und einer inneren oder hinteren Gruppe 20 von Dichtungsringen angeordnet, die zwischen sich, dem Kolbenkopf 2 und dem Zylinder 1 einen Raum 1B begrenzen.
• Während des Arbeits- oder Druckhubs wird Bewegung der Kolbenstange 5 nach links mittels Schmieröl in der Kammer 12 zu dem Kolbenkopf 2 übertragen. Aufgrund des Ventils 15 wird das Fluid entsprechend unter Druck gesetzt, so daß erhöhter Druck oder Überdruck durch die Querdurchgänge 16 zu dem Raum 18 zwischen den inneren und äußeren Gruppen 19, 20 von Dichtungsringen kommuniziert wird. Rückbewegung der Kolbenstange 5 auf dem Ansaughub verringert den Druck innerhalb der Kammer 12 und Schmieröl tritt in die Kammer 12 durch den Durchgang 14 und das Rückschlagventil 15 ein. Begrenzte relative Hin- und Herbewegung des Kolbenkopfes 2 und der Kolbenstange 5 verstärkt folglich die durch die Dichtungsgruppen 19, 20 vorgesehene Dichtung.
• Die Kolbenpumpe von Fig. 1 enthält weiter ein auf der rechten Seite der Figur gezeigtes Sperrdichtungssystem, das mit den mit dem Kolbenkopf 2 verknüpften Dichtungsanordnungen zusammenwirkt.
• Das Sperrdichtungssystem umfaßt drei Dichtungsringe 21A, 21B & 21C, die in Nuten in der Zylinderwand zwischen der Öffnung 9 und dem Motorgehäuse 6 angeordnet und beabstandet sind, um zwischen sich eine vordere und eine hintere Kammer 22 und 24 zu begrenzen.
• Die Kammer 22 zwischen den Dichtungsringen 21A, 21B steht durch eine Öffnung 26 in der Zylinderwand mit einer unter Druck stehenden Sperrfluidleitung 25 in Verbindung. Die Kammer 22 empfängt auf diese Weise eine Sperrflüssigkeit, die zweckdienlich das der Zuführkammer 7 durch die Öffnung 9 zugeführte Schmieröl sein kann, jedoch bei einem Druck, der größer als derjenige in der Schmieröl-Zuführleitung 8 ist. Die Kammer 22 wird auf diese Weise zu einem Druck unter Druck gesetzt, der sowohl größer als der der Zuführkammer 7 als auch der hinteren Sperrkammer 24 ist, es kann jedoch eine negative Strömung in die Leitung 25 aufgrund der positiven ,scoping' Funktion auftreten, die in der Kammer 22 erfolgt.
• Die Kammer 24 wird entlüftet oder mit Gas bei niedrigem Druck gefüllt, wobei dieser Zustand durch Vakuum oder niedrigen Druck aufrechterhalten wird, der durch eine motorbetriebene Pumpeinheit 27 erzeugt und an einer Saugöffnung 29 in der Zylinderwand zugeführt wird. Alternativ kann die Kammer 24' mit dem Sperrfluid oder -Öl bei einem niedrigeren Druck gefüllt werden, als in der Kammer 22 und in dem Motorgehäuse 6 vorherrscht.
• Die drei Sperrdichtungsringe 21A, 21B & 21C dienen daher als Sperren, um jegliches Eindringen des Prozeßfluids in das Motorgehäuse 6 zu beseitigen. Die Trennung des Sperrdichtungssystems von dem Motorgehäuse 6, welches durch eine Öffnung 30 in der mit einer Zuführleitung verbundenen Zylinderwand mit Öl gefüllt wird, verhindert Eindringen eines jeglichen Mikrofilms an der Zylinderoberflächenwand in das Motorgehäuse 6, der mit Prozeßfluid verunreinigt sein kann.
• Die Verwendung eines wie hier dargestellten Sperrdichtungssystems bietet ein großes Ausmaß an Betriebssicherheit. Die verschiedenen verwendeten Dichtungsringe können 100% Überreichlichkeit ergeben und das Risiko von Verunreinigung durch das Prozeßfluid wird beseitigt. Der Zylinder, Kolben, die Dichtungen können inspiziert, gewartet oder ersetzt werden, ohne Öl aus dem Motorgehäuse abzulassen. Im Falle eines Kolbenversagens kann die Pumpe als ein Druckkolben laufen, um unmittelbares Abschalten zu vermeiden. Die Produktion kann fortgesetzt werden, bis eine geplante Wartungsabschaltung durchgeführt werden kann.
• Die Kolbenpumpe von Fig. 2 entspricht derjenigen von Fig. 1 mit der Ausnahme von Abwandlungen, die zur Verwendung als eine Unterwasserpumpe, zum Beispiel in einem Extraktionssystem für flüssigen Kohlenwasserstoff geeignet sind. Nur die Abwandlungen sollen beschrieben werden.
• Die Pumpe wird innerhalb eines Gehäuses 35 aufgenommen, das Teil einer untergetauchten Installation bildet, die mit schematisch bei 36 durch geeignete Zuführ- und Lieferleitungen einschließlich der dargestellten Leitungen 37 & 39 gezeigter Oberflächenausrüstung verbunden ist. Einzelne Dichtungsringe 19 & 20 ersetzen die Dichtungsringgruppen von Fig. 1.
• Mittels der Leitung 39 wird Sperröl von einer Vorratsquelle in Form eines Behälters 40 an der Oberflächenausrüstung 36 bei 41 zum Inneren des Gehäuses 35 befördert und vom Gehäuseinneren zu der hinteren Sperrkammer 24 durch einen Durchgang 44, der eine Verengung 45 enthält, welche den erforderlichen Druckunterschied über dem Dichtungsring 21e liefert. Das Pumpengehäuseinnere kann mit dem Inneren des Motorgehäuses 6 in Verbindung stehen, von welchem sich der Durchgang 44 erstrecken kann. Mittels der Leitung 37 wird das Sperröl einer Rückführabteilung 46 an der Oberflächenausrüstung 36 zurückgeführt, von welcher das Öl mittels einer Spülabteilung 47 wieder in den Behälter 40 eintreten kann.
• Die Leitung 39 befördert weiter das Sperröl zu der vorderen Kammer 22 durch eine Abzweigleitung 50, die ein Rückschlagventil 51 zum Verhindern von Rückfluß von der Kammer umfaßt. Die Kammer 7 wird von der Kammer 22 durch einen Durchgang 54 beschickt, der eine Verengung 55 enthält, welche einen Druckunterschied zwischen den Kammern und über dem Dichtungsring 21B liefert. Die dargestellten und beschriebenen Anordnungen ermöglichen es, die in das Prozeßfluid fließende Menge von Sperröl zu bewerten, indem der Fluß und Rückfluß des Sperröls durch Leitungen 39 bzw. 37 überwacht wird.
• Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, in der die innere Dichtungsringgruppe 20 anstelle der beiden in Fig. 1 gezeigten Dichtungsringe und des einzigen Rings von Fig. 2 drei beabstandete Dichtungsanordnungen 20A, 20B & 20C umfaßt, die jeweils drei Dichtungsringe in einer einzigen Nut aufweisen.
• Die äußere Dichtungsringgruppe 19 weist erneut eine äußerste Dichtung 19A und zwei weitere Dichtungen 19B & 19C auf, es könnten jedoch eine oder mehrere weitere Dichtungen verwendet werden.
• Die äußerste Dichtung 19A weist zwei unterteilte keramische Ringe auf, die in einer gemeinsamen Nut installiert sind, und die inneren Dichtungen weisen jeweils eine einen einzigen Ring aufnehmende Nut auf. Die keramischen Ringe verhindern Eindringen von in dem Arbeitsfluid vorhandenen Partikeln in die Räume hinter den keramischen Ringen, um geeignete Arbeitsbedingungen für die inneren Dichtungen 19B und 19C zu schaffen. Die Keramikdichtungsringe lassen zufriedenstellende Leckage von Schmieröl aus der Zuführkammer 7 über ihnen zu.
• Die inneren Dichtungsringe 19B und 19C haben eine kombinierte ,scarping', Ölverteilungs- und Dichtungsfunktion. Diese Ringe können aus Metall oder geeignetem Polymermaterial sein, ebenso wie auch die Ringe der inneren Gruppe 20.
• Die Ringe 19B & 19C funktionieren in ähnlicher Weise wie eine Labyrinthdichtung während des Arbeits- oder Druckhubs und verringern die Konzentration von Prozeßfluidverunreinigung im Schmierölfluß beträchtlich. Sie erlauben den Durchgang von ausreichendem Schmiermittel für Schmierung der vorderen Keramikringe 19A während des Druckhubs, und während des Ansaughubs liefern die Ringe eine vergrößerte Schmierölfilmdicke, um an der Zylinderwandfläche anzuhaften.
• Die innere Dichtungsringgruppe 20 ist ausgeführt, um Schmierölfluß zurück in die Zuführkammer zu minimieren. Notwendigerweise wird Prozeßfluid, das an der Dichtungsringgruppe 20 vorbei geleckt ist, früher oder später mittels der Druckerhöherauslaßöffnung 17 in die Zuführkammer 7 eintreten. Ein annehmbares Gleichgewicht wird jedoch zwischen dem Fluß von Schmieröl mit einem kleinen Verunreinigungsgrad, der in die Zuführkammer 7 fließt, und dem Schmierölfluß erreicht, der vorwärts in die Druckerhöhungskammer 12 fließt.
• Es wird aus der obigen Beschreibung des durch relative Bewegung des Kolbenkopfs 2 und der Kolbenstange 5 betätigten Überdruck- oder Druckerhöhungsmechanismus offensichtlich sein, daß der an den Raum zwischen den Dichtungsringgruppen 19 und 20 angelegte Druck über den Betriebszyklus der Kolbenpumpe variieren wird. Der erzeugte Druck ist niedrig, oder sogar nicht existent, bei den Hubendstellungen, und auch während der anfänglichen Teile der Druck- oder Kompressions- und Ansaughübe. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann der Überdruckmechanismus eine Akkumulatoreinrichtung enthalten, um diesen Nachteil zu überwinden.
• Bei dem Mechanismus von Fig. 4 steht das Fluid in der Kammer 12 zwischen dem Kolbenkopf und dem Kolbenstangenendbereich 10 mit dem Raum zwischen den Dichtungsringgruppen 19, 20, die hier nur durch einzelne Ringe gebildet werden, mittels eines axialen Durchgangs 61 in dem Kolbenkopf in Verbindung, von dem sich die Querdurchgänge 16 erstrecken. Der axiale Durchgang 61 umfaßt ein Rückschlagventil 62, das im gleichen Sinne wie das Rückschlagventil 15 arbeitet, zwischen der Kammer 12 und den Querdurchgängen 16. Der axiale Durchgang 61 erstreckt sich über die Querdurchgänge 16 hinaus in das Innere eines Akkumulatorzylinders 64, der auf der Vorderfläche des Kolbenkopfs 2 befestigt ist.
• Ein Akkumulatorkolben 66 ist innerhalb des Zylinders 64 hin und her bewegbar, um eine Akkumulatorkammer 67 mit variablem Volumen zu begrenzen, die mit dem Durchgang 61 in Verbindung steht. Der Kolben 66 ist durch eine Feder 69 vorgespannt, um das Volumen der Akkumulatorkammer 67 zu beschränken. Kolbenbewegung zur Vergrößerung der Kammer ist durch einen Anschlag 70 innerhalb des Zylinders begrenzt. Ein Durchgang 71 stellt eine Verbindung des vorderen Endes des Akkumulatorzylinders 64 mit der Zuführkammer 7 für die Rückführung von jeglichem, an dem Kolben 66 vorbei leckendem Schmieröl in die Zuführkammer her. Der Akkumulatorzylinder 64 ist innerhalb eines Akkumulatorgehäuses 72 mit einer zylindrische Wand eingeschlossen, die durch eine Endwand geschlossen ist, welche als die Arbeitsfläche des Kolbenkopfes 2 dient.
• Der Betrieb der Akkumulatoreinrichtung ist in Fig. 4 dargestellt, die Variationen der Drucke in der Akkumulatorkammer (PACC), dem Motorgehäuse (PMOTOR), und der Prozeßkammer (PSUCT) durch einen Anfangshub und einen anschließenden normalen Hub zeigt. Die Akkumulatorkammer 67 wird während des Druckhubs auf eine bestimmte Druckhöhe geladen, wobei die Höhe durch den Anschlag 70 begrenzt wird. Wenn der Druck in der Druckerhöhungskammer 12 unter denjenigen in der Akkumulatorkammer fällt, schließt sich das Rückschlagventil 62 und der Akkumulatordruck wird dem Raum zwischen den Dichtungsringen oder Gruppen von Ringen 19, 20 zugeführt, um so die Variationen des Überdrucks während des Pumpzyklus wesentlich zu verringern. Die Überdruckakkumulatoreinrichtung kann mit oder ohne den mehreren Dichtungen und Sperrkammeranordnungen der Fig. 1-3 verwendet werden.

Claims (20)

1. Dichtungssystem für eine Kolbenpumpe mit einer Kolbenstange (5), die sich von einem Motorgehäuse (6) in einen Zylinder (1) erstreckt, wobei das Motorgehäuse Antriebsmittel zum hin und hergehenden Antreiben einer Kolbenstange enthält, und der Zylinder einen in demselben hin und her bewegbaren Kolben (2) umfaßt, wobei das Dichtungssystem ein erstes Dichtungsmittel (19, 20) zwischen dem Kolben und Zylinder zum Trennen eines durch den Kolben zu pumpenden ersten Fluids von einem zweiten Fluid um die Kolbenstange herum, und zweite Dichtungsmittel (21A, 21B, 21C) zwischen der Kolbenstange und dem Zylinder umfaßt, die das zweite Fluid von einem dritten Fluid im Motorgehäuse trennen, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Dichtungsmittel einen ersten Dichtungsring (21A), einen zweiten Dichtungsring (21B), der von dem ersten Dichtungsring auf der von dem ersten Dichtungsmittel entfernten Seite desselben beabstandet ist, um zwischen den Dichtungsringen eine erste Kammer (22) zu begrenzen, einen dritten Dichtungsring (21C), der von dem zweiten Dichtungsring auf der von dem zweiten Dichtungsring entfernten Seite desselben beabstandet ist, um eine zweite Kammer (24) zwischen dem zweiten und dritten Dichtungsring zu begrenzen, Mittel (25) zum Zuführen eines vierten Fluids zu der ersten Kammer, und Mittel (27) zum Aufrechterhalten eines niedrigeren Drucks innerhalb der zweiten Kammer als in der ersten umfaßt.

2. Dichtungssystem wie in Anspruch 1 beansprucht, bei dem die Mittel zum Aufrechterhalten eines niedrigeren Drucks in der zweiten Kammer (24) als in der ersten (22) Mittel (27) zum Evakuieren oder Entlüften der zweiten Kammer umfassen.

3. Dichtungssystem wie in Anspruch 1 beansprucht, bei dem die Mittel zum Aufrechterhalten eines niedrigeren Drucks in der zweiten [lacuna] das vierte Fluid der zweiten Kammer bei einem Druck zuführen, der niedriger als derjenige des der ersten Kammer zugeführten vierten Fluids ist.

4. Dichtungssystem wie in Anspruch 3 beansprucht, bei dem das vierte Fluid der ersten und zweiten Kammer (22, 24) aus einer gemeinsamen Quelle (40) durch eine erste Rohrleitung (38) zugeführt wird und aus der zweiten Kammer durch eine zweite Rohrleitung (37) zu der Quelle zurückgeführt wird.

5. Dichtungssystem wie in Anspruch 4 beansprucht, das Mittel zum Messen der Menge des in das zu pumpende Fluid eintretenden vierten Fluids durch Messen der Mengen aufweist, die in der ersten und zweiten Rohrleitung (39,37) fließen.

6. Dichtungssystem wie in Anspruch 3 beansprucht, bei dem das dritte und vierte Fluid die gleichen sind und das vierte Fluid der zweiten Kammer (24) durch eine Druck reduzierende Konstruktion (45) von dem Motorgehäuse (6) oder von einem Gehäuse (35) für die Pumpe zugeführt wird.

7. Dichtungssystem wie in Anspruch 3 beansprucht, bei dem das zweite und vierte Fluid die gleichen sind und das zweite Fluid dem Raum um die Kolbenstange herum aus der ersten Kammer durch eine Druck reduzierende Verengung (14) zugeführt wird.

8. Dichtungssystem zum Abdichten zwischen einem Fluid enthaltenden Zylinder (1) und einem in demselben hin und her bewegbaren Kolben, wobei das System erste und zweite Dichtungsmittel (19, 20), die zwischen dem Kolben und dem Zylinder an Positionen tätig sind, die entlang der Richtung der hin und her gehenden Bewegung beabstandet sind, eine durch die ersten und zweiten Dichtungsmittel, den Kolben und den Zylinder begrenzte Druckkammer, und Mittel (10-12, 14-17) zum Erzeugen eines Fluiddrucks in der Druckkammer (18) zwischen den ersten und zweiten Dichtungsmitteln, dem Kolben und dem Zylinder aufweist, der höher als die Fluiddrucke an den Außenseiten des ersten und zweiten Dichtungsmittels ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das erste Dichtungsmittel eine Vielzahl von Dichtungsringen (19A-19C, 20A-20C) aufweist, die entlang der Richtung der hin und her gehenden Bewegung beabstandet sind, von denen der erste Dichtungsring (19A) auf der von dem zweiten Dichtungsmittel (20) entfernten Seite desselben ein Prozeß- oder Arbeitsfluid Berührt, das durch den Kolben (2) bewegt wird, und der erste Dichtungsring angeordnet ist, um Durchgang von Partikeln im Arbeits- oder Prozeßfluid zu dem oder jedem anderen Dichtungsring des ersten Dichtungsmittels hin zu verhindern oder ihm standzuhalten.

9. Dichtungssystem wie in Anspruch 8 beansprucht, bei dem der erste Dichtungsring (19A) aus Keramik besteht.

10. Dichtungssystem wie in Anspruch 8 oder 9 beansprucht, bei dem der erste Dichtungsring (19A) eine Vielzahl von segmentierten Keramikringen in einer einzigen Nut im Kolben aufweist und der oder jeder andere Dichtungsring (19B, 19C) einen einzigen Ring aus Metall oder Polymermaterial aufweist.

11. Dichtungssystem wie in irgendeinem der Ansprüche 8 bis 10 beansprucht, bei dem das zweite Dichtungsmittel (20) Schmieröl auf der von dem ersten Dichtungsmittel (19) entfernten Seite desselben berührt und eine Vielzahl von Dichtungsringen (20A- 20C) aufweist, die in jeweiligen Nuten im Kolben aufgenommen werden und in der Richtung der hin und her gehenden Bewegung beabstandet sind.

12. Dichtungssystem wie in irgendeinem der Ansprüche 8 bis 11 beansprucht, das einen Akkumulator (64) in Kommunikation mit der Druckkammer (18) zum Regulieren des Drucks in derselben umfaßt.

13. Dichtungssystem zum Abdichten zwischen einem Fluid enthaltenden Zylinder (1) und einem in demselben hin und her bewegbaren Kolben, wobei das System erste und zweite Dichtungsmittel (19, 20), die zwischen dem Kolben und dem Zylinder an Positionen tätig sind, die entlang der Richtung der hin und her gehenden Bewegung beabstandet sind, eine durch die ersten und zweiten Dichtungsmittel begrenzte Druckkammer und Mittel (10-12, 14-17) zum Erzeugen eines Fluiddrucks in der Druckkammer (18) zwischen den ersten und zweiten Dichtungsmitteln, dem Kolben und dem Zylinder aufweist, der höher als die Fluiddrucke an den Außenseiten der ersten und zweiten Dichtungsmittel ist, gekennzeichnet durch einen Akkumulator (64) in Kommunikation mit der Druckkammer (18) zum Regulieren des Drucks in derselben.

14. Dichtungssystem wie in Anspruch 13 beansprucht, bei dem der Akkumulator (64) einen Zylinder mit einem darin bewegbaren Kolben (66) aufweist, wobei der Kolben das Zylinderinnere in eine mit der Druckkammer kommunizierende erste Kammer (67) und eine zweite Kammer teilt, die eine den Kolben vorspannende Feder enthält.

15. Dichtungssystem wie in Anspruch 14 beansprucht, bei dem der Akkumulator (64) an einer Endfläche des Kolbens angeordnet ist und mit dem Raum (18) durch sich axial und radial erstreckende Durchgänge in Verbindung ist.

16. Dichtungssystem wie in Anspruch 15 beansprucht, das einen Durchgang (71) umfaßt, welcher mit der zweiten Kammer durch die von dem Akkumulator entfernte Endfläche des Kolbens in Verbindung ist.

17. Dichtungssystem wie in irgendeinem der Ansprüche 12 bis 16 beansprucht, bei dem der Kolben relativ hin und her bewegbare erste und zweite Teile (2,10) umfaßt, zwischen denen eine Aushöhlung (12) mit variablem Volumen vorliegt, die mit der Druckkammer in Verbindung ist, wobei der Überdruck durch relative Bewegung der ersten und zweiten Teile erzeugt wird, und bei dem der Akkumulator (64) mit der Aushöhlung durch ein Steuerventil (62) in Verbindung ist, das Fluidströmung in den Akkumulator zuläßt.

18. Dichtungssystem wie in Anspruch 17 beansprucht, bei dem das erste und zweite Dichtungsmittel beide durch einen (2) der beiden relativ hin und her bewegbaren Teile getragen werden.

19. Dichtungssystem wie in Anspruch 17 oder 18 beansprucht, bei dem der erste Teil (2) ein durch den Kolben zu bewegendes Prozeß- oder Arbeitsfluid berührt und durch den zweiten Teil (10) angetrieben wird.

20. Dichtungssystem wie in Anspruch 19 beansprucht, bei dem der Akkumulator (64) durch den ersten Teil (2) an der Seite desselben getragen wird, die das Prozeß- oder Arbeitsfluid berührt.