DE69721936T2

DE69721936T2 - Berührungslose Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE69721936T2
Application number: DE69721936T
Authority: DE
Inventors: Gregory E. Arlington Heights Klostermann; Wei-Tang Hoffman States II Lai; James R. Gurnee II Wasser
Original assignee: John Crane Inc
Current assignee: John Crane Inc
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: KR19980042028A; EP0840043A3; ATE240470T1; US5938206A; DE69721936D1; AU4367097A; EP0840043B1; CA2220162C; CA2220162A1; EP0840043A2; JPH10220594A; ES2198536T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im allgemeinen berührungslose Gleitringdichtungen und insbesondere Dichtungen, die hohe Druckunterschiede zwischen dem Außen- und dem Innendurchmesser solcher Dichtungen aufnehmen können.
Stand der Technik
Berührungslose Gleitringdichtungen sind hochtechnologische Gegenstände geworden, die in einer Vielzahl von Industrien verwendbar sind. Diese Art von Dichtungen wird mit sehr viel Sorgfalt und Beachtung bezüglich der Materialien, Formen, Abmessungen und Toleranzen der Bauteile konstruiert. Eine solche Beachtung der Details bei der Konstruktion notwendig, um eine große Anzahl von Charakteristika unterzubringen, von denen jede Charakteristik die Wirksamkeit oder die Arbeitsweise von Dichtungen dieser Art beeinflussen kann. Geringfügige Änderungen oder Abänderungen eines der etwa 10 physischen Merkmale einer Dichtung, ihrer Komponenten oder ihrer Dichtungsumgebung kann zu einer Veränderung der Charakteristika der Dichtung, der Abdichtungsfähigkeit, dem Verschleiß, der Lebensdauer und/oder Unversehrtheit führen, und tut dies in den meisten Fällen auch. In den meisten Fällen ist es bei Dichtungen dieser Art wünschenswert, die Wartung und die Störungsfreiheit während langer Zeiträume in der Größenordnung von Jahren sicherzustellen. Die Dichtungen werden bei Maschinen verwendet, die man nicht lange abschalten kann ohne den Betrieb und den Wirkungsgrad von beispielsweise einer großen chemischen Fabrik oder Raffinerie ernsthaft zu beeinträchtigen.
Dichtungen dieser Art können manchmal bei Doppeldichtungen verwendet werden, wobei die zwei Dichtungen axial entlang einer Welle, die durch eine Öffnung in einem Gehäuse durchtritt, beabstandet sind. Doppeldichtungen umfassen im allgemeinen auch ein Pufferfluid in der durch das Gehäuse begrenzten und durch die zwei Dichtungen eingeschlossenen Zwischenkammer. Verschiedene Anordnungen von Doppeldichtungen sind in den sich im gemeinsamen Besitz befindlichen US-Patenten Nr. 4,290,611 und 5,375,853 beschrieben, die beide hier durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Das US-Patent 5,375,853 zeigt und beschreibt insbesondere eine berührungslose Doppeldichtung mit einem relativ inerten Gas, wie Stickstoff, als Pufferfluid unter einem hohen Druck, der den Druck der abgedichteten Flüssigkeit innerhalb des Gehäuses übersteigt.
Es wurde gefunden, daß Dichtungen des in dem US-Patent Nr. 5,375,853 beschriebenen und gezeigten Typs unter den meisten Bedingungen gut arbeiten. Weil jedoch die Dichtungsanordnungen, die gemäß dem US-Patent Nr. 5,375,853 hergestellt wurden, für spezifische Druckbedingungen entwickelt wurden, gibt es Einschränkungen, falls die Prozeßfluid- oder Puffergasdrücke über den Spezifikationsnenndruck der Dichtung erhöht werden. Unter Beibehaltung anderer Faktoren gibt es bei Dichtungen, die Druckunterschieden von mehr als 29 × 10³ bar (200 psi) zwischen dem Innen- und dem Außendurchmesser der Dichtungsringe ausgesetzt werden, Komplikationen, die die Dichtungsfähigkeit beeinflussen. Es wurde festgestellt, daß es bei Druckunterschieden von mehr als (29 bis 36) × 10³ bar (200 bis 250 psi) eine spürbare Winkeldrehung der Dichtungsringe, im Querschnitt gesehen, um einen Punkt herum gibt, der als Schwerpunkt bekannt ist. Obgleich die Drehung tatsächlich mehr eine Änderung der Dichtungsringgestalt von einer zylindrischen zu einer konischen Konfiguration ist, wird das Phänomen leichter in Betracht gezogen, da die Dichtungsringe im Querschnitt dargestellt sind, wobei der Ringquerschnitt als sich tatsächlich um seinen Schwerpunkt drehend dargestellt ist. Zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung wird diese Gewohnheit bei der nachfolgenden Beschreibung und Veranschaulichung beibehalten.
Es wurde erkannt, daß ein ungleichmäßiges Erwärmen zu einer thermischen Deformierung eines Dichtungsrings führen kann und daß hohe Druckunterschiede zwischen dem Innen- und dem Außendurchmesser der Dichtungsringe zu Druckdeformierungen führen können. Solche Deformierungen sind unerwünscht, da sie bewirken, daß die normalerweise flachen, sich gegenüberliegenden, zusammenpassenden Dichtungsflächen der Ringe von dem normalen Dichtungseingriff zwischen den Dichtungsringflächen abweichen. Bei einer berührungslosen Dichtung bewirkt eine Deformierung der Dichtungsringe normalerweise, daß die Außendurchmesser jeder Dichtungsringfläche um den Schwerpunkt in Richtung auf die Mittellinie des Dichtungsrings umlaufen, wodurch bewirkt wird, daß der Dichtungsspalt am Innendurchmesser der Dichtungsringschnittfläche breiter und am Außendurchmesser schmaler wird. Diese Deformierung und Änderung der axialen Tiefe des Dichtungsringspalts ist für die Abdichtungsfähigkeit nicht förderlich, da die Wirkungen der spiralförmigen Nuten, die ein Gas gegen einen Damm pumpen, vergeudet werden, falls der Damm sich nicht neben der gegenüberliegenden, zusammenpassenden Dichtungsfläche liegt. Die Verengung des Spalts am Außenumfang ist bei einer berührungslosen Dichtung nicht wünschenswert, weil ein kleinerer Spalt die Dichtungsflächen anfällig für einen unerwünschten Kontakt macht, was zu einem vorzeitigen Verschleiß der Dichtungsflächen führt.
Ein Hauptnutzen der berührungslosen Dichtungen ist, daß der Dichtungsringverschleiß im wesentlichen auf einem Minimum gehalten wird, wobei er Idealerweise nur während des Beginns und des Endes der Wellendrehung auftritt. Kontakt ist auch unerwünscht, weil die Reibungswärme, die sich aus einem solchen Kontakt ergibt, eine ungleichmäßige Wärmeverteilung in den Dichtungsringen und somit eine Wärmedeformierung der Ringe verursacht. Um einen übermäßigen Kontakt am Außendurchmesser der Dichtungsschnittfläche zu vermeiden, kann der primäre Dichtungsring der gemäß dem US-Patent Nr. 5,375,853 hergestellten Dichtungen eine Schulter am Außendurchmesser umfassen. Ein weiteres Verfahren zum Vermeiden des Dichtungskontakts am Außendurchmesser einer Dichtung ist in dem gemeinsam abgetretenen US-Patent Nr. 3,499,653 beschrieben, bei dem eine konvexe Fläche des primären Dichtungsrings verwendet wird.
Das gemeinsam abgetretene US-Patent Nr. 4,407,512 beschreibt eine Dichtungskonstruktion, bei der spezifische Parameter der Dichtung wie Längenverhältnis, halbkreisförmige, flache Vertiefungen (Hydropads) an dem radial äußeren Bereich der Dichtungsfläche, und ein negatives Nettomoment um den Schwerpunkt herum, wenn die Dichtung arbeitet, verwendet werden, um einen hohen Druck am Außendurchmesser der Dichtung aufzunehmen. Die in diesem Patent beschriebene Dichtung ist eine Berührungsdichtung, so daß durch Reibungskontakt der Dichtungsflächen erzeugte Wärme thermische Deformierungen verursacht. Die Dichtung ist so konstruiert, daß diese Wärmedeformierungen bis zu einem gewissen Grad die Deformierungen ausgleichen, die sich aus großen Druckunterschieden quer über die Dichtungsfläche ergeben.
Im Zusammenhang mit der Dichtung der berührungslosen Art beschreibt das gemeinsam abgetretene US-Patent Nr. 3,804,424 eine Gasdichtung mit einem Wärme- und Druckdeformierungsausgleich. Die Dichtung verläßt sich auf eine Anzahl von Öffnungen, die durch einen der Ringe hindurchgehen, um für eine Druckerhöhung in der Dichtungsschnittfläche zu sorgen, so daß der Druckunterschied nicht abfällt, wobei die Öffnungen mit dem Hochdruckfluid, das am Außendurchmesser der Dichtung abgedichtet ist, und einer Kammer zwischen dem Damm des Innen- und des Außendurchmessers des primären Rings in Verbindung stehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend wird hier eine Dichtung vorgesehen, die eine drehbare Welle, die in einem Gehäuse, das die drehbare Welle umgibt, drehbar ist, eine Einrichtung zum Abdichten des Gehäuses, um eine fluiddichte Dichtung für ein unter Druck stehendes Prozeßfluid, das in dem Gehäuse enthalten ist, zu schaffen, einen axial bewegbaren ersten Dichtungsring, der ringförmig um die Welle herum angeordnet werden kann und fluiddicht an einem der beiden aus Welle und Gehäuse bestehenden Teilen befestigt ist, wobei der axial bewegbare erste Dichtungsring einen Dichtungsflächenabschnitt, der eine radiale erste Dichtungsfläche aufweist, einen hinteren Abschnitt, der eine hintere Fläche, die axial entgegengesetzt zu der Dichtungsfläche ist, aufweist, und einen mittleren Abschnitt hat, der den Dichtungsflächenabschnitt mit dem hinteren Abschnitt verbindet, umfaßt, wobei die Dichtung ferner einen zweiten Dichtungsring aufweist, der ringförmig um die Welle herum angeordnet werden kann und fluiddicht an dem anderen der beiden aus Welle und Gehäuse bestehenden Teilen befestigt ist, wobei der zweite Dichtungsring eine radiale zweite Dichtungsfläche entgegengesetzt zu der ersten Dichtungsfläche aufweist, wobei die sich gegenüberstehenden, zusammenpassenden Abschnitte der Dichtungsflächen eine Dichtungsschnittfläche bilden, wobei die zweite Dichtungsfläche eine Einrichtung zum Pumpen eines Fluids quer über die Dichtungsschnittfläche hinweg aufweist, wobei die Dichtung ferner eine Vorspanneinrichtung aufweist, um die Ringdichtungsflächen aufeinander zu in eine Anordnung zu drängen, in der sie sich gegenüberstehen und zusammenpassen, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Abschnitt ein radiales Ausmaß hat, das in einem Verhältnis bezüglich des radialen Ausmaßes des mittleren Abschnitts zwischen 1,5 und 3,1, weiter bevorzugt etwa 1,9 bis 2,5 und am meisten bevorzugt etwa 2,0 bis etwa 2,3 ist, wobei das radiale Ausmaß eines jeden Abschnitts als Unterschied zwischen dem äußersten Radius und dem innersten Radius der jeweiligen Abschnitte definiert ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine Einzeldichtung mit einem primären Ring gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine teilweise weggeschnittene Ansicht der Dichtungsfläche des primären Rings entlang in etwa den Schnittlinien 2-2 von 1;
3 ein herkömmliches Dichtungsringpaar und eine schematisch übertriebene "Drehung" um den Schwerpunkt, wenn sich die Dichtung unter einem hohen Druck befindet;
4 schematisch ein Dichtungsringpaar mit einem primären Ring gemäß der vorliegenden Erfindung, welche eine übertriebene, nicht maßstabsgetreue Deformation der Dichtungsringe zeigt;
5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen primären Rings;
6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen primären Rings
7 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung;
8 eine berührungslose Doppel-Gleitringdichtungsanordnung, bei der die primären Dichtungsringe jeder Dichtung Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten;
9 eine berührungslose Doppel-Gleitringdichtungsanordnung mit primären Dichtungsringen gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Übereinanderanordnung;
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die erfindungsgemäßen Merkmale können entweder bei einer Einzel- oder Doppeldichtungsanordnung verwendet werden. Größtenteils sind die anderen Elemente der Dichtungsanordnung, gleichgültig ob Einzel- oder Doppeldichtungen verwendet werden, jenen Elementen einer herkömmlichen Dichtung, wie in den vorstehend erwähnten US-Patenten Nr. 4,212,475 und 5,375,853 beschrieben und beansprucht, gleich. Dementsprechend erfolgt die Beschreibung der anderen Dichtungselemente nicht detailliert. Nur die wesentlichen Unterschiede der Dichtungsanordnungen und Ausführungsformen wie nachstehend beschrieben werden detailliert erörtert.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine erfinderische Dichtungsausführungsform bei einer Einzeldichtungsanordnung 10 gezeigt. Die Dichtungsanordnung 10, wie alle hier beschriebenen Ausführungsformen, soll ein Fluid bei hohen Druckunterschieden quer über die Dichtung bei einer kontaktfreien Dichtungsanordnung abdichten, die eine Einrichtung zum Pumpen eines Fluids, entweder eines Gases oder einer Flüssigkeit wie in den Fig. gezeigt von dem Außendurchmesser der Dichtungsringe aus in Richtung auf den Innendurchmesser pumpt. Wie in dem US-Patent Nr. 4,212,475 und 5,375,853 beschrieben, umfaßt die Einrichtung zum Pumpen Spiralnuten in dem zusammenpassenden Ring, jedoch sind andere derartige Einrichtungen verfügbar wie T-Schlitze oder nicht spiralförmig ausgebildete Nuten.
Wie bei den meisten Gleitringdichtungen soll die Dichtungsanordnung 10 ein Fluid innerhalb einer durch ein Gehäuse 12 gebildeten Kammer 11 abdichten. Das Gehäuse 12 weist eine Öffnung 14 auf, durch die sich eine Welle 16 erstreckt. Weil die Welle 16 relativ zu dem Gehäuse 12 umlaufen soll, muß eine Einrichtung vorgesehen werden, um einen Austritt des Prozeßfluids in die Kammer 11 zu verhindern oder zu hemmen.
Die Gleitringdichtungsanordnung 10 umfaßt einen zusammenpassenden Ring 18, der relativ zu einer Stopfbüchsenplatte 20 mittels eines Stifts 22 drehbar befestigt ist. Die Stopf büchsenplatte 20 ist an dem Gehäuse 12 mittels einer Schraube 24 befestigt und mittels eines O-Rings 26 an dem Gehäuse abgedichtet befestigt.
Ein zweiter O-Ring 28 dichtet den Dichtungsring 18 an der Stopfbüchsenplatte 20 ab, so daß durch diese Verbindungen hindurch keine Leckage auftritt. Der Dichtungsring 18, auch als zusammenpassender Ring bezeichnet, umfaßt eine Dichtungsfläche 30. Unter Bezugnahme auf 2 umfaßt die Dichtungsfläche 30 eine Vielzahl von Spiralnuten 32, die im Umriß in der Dichtungsfläche 30 von 1 gezeigt sind. Nuten 32, die sich von dem Rand der Dichtungsfläche 30 erstrecken, pumpen Fluid von der Kammer 11 aus in Richtung auf die Atmosphäre oder die Umgebung E außerhalb der Dichtungsanordnung 10. Die Dichtungsringfläche 30 besitzt auch einen nicht mit Nuten versehenen Bereich, der als Damm 34 bezeichnet wird, und der zwischen dem Endpunkt der Nuten 32 und dem anderen Rand der Dichtungsfläche 30 angeordnet ist. Die Grenze zwischen dem Ende der Nuten 32 und dem Damm 34 ist die gleiche für jede der Nuten und ist an einem spezifischen Radius angeordnet, der mit R_g bezeichnet wird. Der Bereich jeder der Dichtungsflächen 18 neben den sich gegenüberliegenden Dichtungsflächen des anderen Rings wird als Dichtungsschnittflächenbereich oder einfach als Dichtungsschnittfläche bezeichnet.
Ein axial bewegbarer, primärer Ring 38 ist innerhalb einer Hülsen- und Aufnahmeanordnung 40 aufgenommen und axial durch eine Vorspanneinrichtung, wie eine Vielzahl von gleich beabstandeten Federn, vorgespannt, wobei eine Feder 42 in 1 gezeigt ist. Die Vorspanneinrichtung spannt den primären Ring 38 in Richtung auf den zusammenpassenden Ring 18 vor, wobei eine Dichtungsfläche 44 des primären Rings in Kontakt mit der Dichtungsfläche 30 des zusammenpassenden Rings 18 gebracht wird.
Wie im Stand der Technik anerkannt wird, baut die Pumpwirkung der Spiralnuten 32, die sich aus der Umlaufbewegung der Welle ergibt, einen Fluiddruck zwischen den Dichtungsflächen auf, um einen schmalen Spalt in dem Schnittflächenbereich zwischen den Dichtungsflächen zu öffnen.
Der Punkt, an dem die Nuten 32 enden, der als die radiale Abmessung R_g definiert ist, ist ein signifikanter Punkt bei dem Aufbau. Die Nuten 32 sind an einem Rand der Dichtungsschnittfläche einem unter Druck stehenden Prozeßfluid in der Kammer 11 ausgesetzt. Wenn die Welle 16 innerhalb der Öffnung 14 im Gehäuse 12 umläuft, neigen die Nuten 32 dazu, Fluid aus der Kammer 11 in die Schnittfläche zu pumpen, wodurch der Fluiddruck zwischen den Dichtungsflächen 30, 44 erhöht wird. Der Fluiddruck wird als Folge der Pumpwirkung erhöht, bis der Radius, bei dem die Nuten enden, eine "Druckspitze" bei dem oder unmittelbar nahe des Radius R_g erreicht wird, Diese Wirkung ist natürlich bei Fluids, die ein Gas umfassen, viel ausgeprägter, weil ein Gas komprimierbar ist. Selbst das Pumpen eines Prozeßfluids kann jedoch zu einer Druckerhöhung führen, wenn darauf geachtet wird, die Gestalt und die Tiefe der Nuten 32 ordnungsgemäß zu konstruieren.
Der Druckaufbau in der Dichtungsschnittfläche und die Spitze bei R_g kann beschrieben werden als das Bereitstellen einer Druck-"Feder"-Kraft, die die Spalten zwischen den Flächen 30, 44 relativ konstant hält. Falls sich ein Störzustand ergibt und der Druck an einem Punkt der Dichtungsschnittfläche verringert wird, nähern sich die Dichtungsflächen einander, wobei das Gas an diesem Punkt weiter komprimiert wird. Eine solche Druckkomprimierung führt zu einer Erhöhung der Trennkraft, was zu einer Erhöhung der Spalttrennung führt. Umgekehrt gibt es, wenn der Spalt an einem Punkt zu breit wird, eine Verringerung der Kompressionskräfte und des Drucks, was zu einer Verringerung der Trennkräfte zwischen den Dichtungsflächen 20, 44 führt, wodurch sich die Dichtungsflächen an diesem Punkt näher kommen.
So wird ein Gleichgewicht zwischen den Drucktrennkräften erreicht, was dazu führt, einen konstanten Spalt aufrechtzu erhalten. Wie in dem US-Patent Nr. 4,212,475 beschrieben, können geeignete Bereiche der spezifischen Dichtungsparameter gewählt werden, so daß die Dichtung für eine sich selbst korrigierende Spalttrennung sorgt, um den Dichtungsspalt auf ein Minimum herabzusetzen, während gleichzeitig der Kontakt zwischen den Dichtungsflächen 30, 44 vermieden wird.
Bei hohen Drücken neigen die Dichtungsringe jedoch dazu, sich zu deformieren und umzulaufen. Bei Dichtungen, die an dem Außendurchmesser unter Druck gesetzt werden, tritt die Drehung von dem Außendurchmesser jeder Dichtungsfläche nach innen in Richtung auf die Mittellinie CL der Welle 16 auf. Unter Bezugnahme auf 3, führt die Drehung (durch die Pfeile gezeigt), die von dem Druck des Prozeßfluids verursacht wird, dazu, daß sich die Außendurchmesserränder der Dichtungsflächen eines herkömmlichen Dichtungsringpaars 30, 18C, 38C einander nähern, während sich die Dichtungsflächen an den Innendurchmesserrändern trennen. Diese Drehung ist in 3 sehr übertrieben dargestellt, die Deformierung beeinträchtigt nichtdestoweniger den Spalt und bringt die Dichtungsflächen 30, 44 von einer gewünschten parallelen Ausrichtung weg. Ein Spalt, der durch Dichtungsflächen geschaffen wird, die nicht parallel sind, ist aufgrund der Erhöhung der Trennung zwischen den Dichtungsflächen 30, 44 am R_g Radius unerwünscht, was zu einer Verringerung der Trennkraft führt, die durch die Komprimierung des Prozeßfluids vorgesehen wird. Dies führt dazu, daß der Spalt am Außendurchmesser zusammengeht, wodurch die Menge an Prozeßfluid eingeschränkt wird, die für die Spiralnuten 32C zum Pumpen von Prozeßfluid in den Bereich der Dichtungsschnittfläche verfügbar ist, wodurch die Kompressionskräfte, die für die Aufrechterhaltung der Spalttrennung verfügbar sind, weiter verringert werden. Des weiteren ist eine Verringerung der Spalttrennung am Außendurchmesser auch unerwünscht, da sogar ein geringer Störzustand zu einem Kontakt zwischen den Dichtungsflächen an ihrem jeweiligen Außendurchmesser führen kann, was zu einem übermäßigen Verschleiß und Reibungswärme führt, was die Dichtungsringe weiter deformieren kann.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfaßt der primäre Dichtungsring 38 Merkmale, die für Dichtungsringcharakteristika sorgen, die berechnet sind, um Dichtungsringverformungen auszugleichen und zu überwinden, die durch einen hohen Druck verursacht werden, wodurch die Parallelität zwischen den Dichtungsringflächen aufrechterhalten wird. Für die Zwecke dieser Beschreibung wird der primäre Dichtungsring so definiert, daß er drei Abschnitte umfaßt, einen ersten oder Dichtungsflächenabschnitt 46, der die Dichtungsfläche 44 und einen axialen Bereich des primären Rings 28 umfaßt, der in etwa zu einer sich radial erstreckenden Fläche 48 vorsteht. Ein zweiter oder hinterer Abschnitt 50 umfaßt denjenigen Bereich des primären Rings 38, der axial von der Dichtungsfläche von der hinteren Fläche 52 etwa zu einer sich radial erstreckenden Oberfläche 54 entfernt ist.
Der dritte oder mittlere Abschnitt 56 umfaßt denjenigen Bereich des primären Rings 38, der den Dichtungsflächenabschnitt 46 mit dem hinteren Abschnitt 50 verbindet. Der mittlere Abschnitt 56 ist des weiteren durch eine axiale Längen zwischen den sich radial erstreckenden Flächen 48 und 54 definiert, der zumindest an einem Bereich einen Außendurchmesser oder Radius besitzt, der signifikant kleiner ist als der Außendurchmesser des hinteren Abschnitts 50 oder sowohl des hinteren Abschnitts 50 und des Dichtungsflächenabschnitts 46.
Unter Bezugnahme auf 1 und 4 sorgt diese Gestaltung des primären Rings 38 für Charakteristika, die es der Dichtungsfläche 44 ermöglichen, ihre radiale Ausrichtung zu ändern, um die Verformung des entsprechenden zusammenpassenden Rings 18 auszugleichen. Idealerweise hat der mittlere Abschnitt 56 eine radiale Abmessung, d. h. der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser des mittleren Abschnitts 56 ist signifikant kleiner als die entsprechende radiale Abmessung des hinteren Abschnitts 50 und auch des Dichtungsflächenabschnitts 46.
Die Gestaltung des primären Rings sorgt für eine größere Flexibilität, was den Ring viel nachgiebiger und reaktionsfähiger auf den Prozeßdruck macht. Die dünnere radiale Abmessung des mittleren Abschnitts 56 sorgt für eine größere Flexibilität des Dichtungsrings, so daß jede Verformung des Dichtungsring, die eine Drehung des hinteren Abschnitts 50 um einen "Schwerpunkt" 58 herum bewirkt, nicht bewirkt, daß der Dichtungsflächenabschnitt 46 auch um den Schwerpunkt umläuft. Es wird angenommen, daß der mittlere Abschnitt 56 einer zusätzlichen Deformierungung unterzogen wird, was bewirkt, daß der mittlere Abschnitt 56 und der Flächenabschnitt 46 in den jeweiligen in 4 mit Pfeilen angegebenen Richtungen verschoben wird, um zu bewirken, daß die Dichtungsflächen 44 und 30 wieder in eine im wesentlichen parallele Ausrichtung kommen. Diese zusätzliche Deformierung ergibt sich aus dem Druckaufbau in der Dichtungsschnittfläche, die durch die Pumpwirkung der Nuten 32 verursacht wird, die auf die Dichtungsfläche 44, die der sich radial erstreckenden Oberfläche 48 gegenüberliegt, einwirkt, wobei eine Druckkraft axial auf den Flächenabschnitt 46 ausgeübt wird.
Der Winkel von sowohl der zusammenpassenden als auch der primären Ringdichtungsfläche verformt sich mit zunehmendem Prozeßfluiddruck. Des weiteren tritt eine Dichtungsflächenablenkung in jedem Dichtungsring gleichzeitig auf, um es den Flächen zu gestatten, einen gewünschten relativen Winkel über einen viel größeren Druckbereich und insbesondere in dem oberen Druckbereich von (43,5 bis 87) × 10³ bar (300 p. s. i. bis 600 p. s. i.) aufrechtzuerhalten.
Unter Bezugnahme auf 5 und 6 werden alternative Ausführungsformen oder primäre Ringe gezeigt, bei denen die Merkmale der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der in 5 gezeigte, primäre Ring 60 weist eine viel kürzere axiale Längenabmessung, gemessen von der Dichtungsfläche 62 zu der hinteren Fläche 64, auf. Bei dieser besonderen Ausführungsform, die in einen kürzen entsprechenden mittleren Abschnitt 66 übergeht, der von der sich radial erstreckenden hinteren Wand 68 des Dichtungsflächenabschnitts 70 und der sich radial erstreckenden Wand 72 des hinteren Abschnitts 74 gebildet ist.
Umgekehrt hat der primäre Ring 80 der in 6 gezeigten Ausführungsform eine viel längere axiale Abmessung im Vergleich zum primären Ring 60 (5). Die relativen axialen Abmessungen der primären Ringe können von der besonderen Anwendung oder von dem in der Kammer 11 verfügbaren Raum abhängen.
Der primäre Dichtungsring umfaßt des weiteren einen mittleren Abschnitt 86, der axial bezogen auf die axiale Länge des Rings 80 viel kleiner als der Ring 60 ist. Die sich radial erstreckende Wand 88, die den vorderen Abschnitt 90 bildet, und die sich radial erstreckende Wand 92, die den hinteren Abschnitt 94 bildet, liegen relativ zu der axialen Abmessung zwischen der Fläche 82 und der hinteren Fläche 84 viel näher bei einander. Der tatsächliche Abstand bei jeder Ausführungsform des primären Rings 60, 80 kann, wie zwischen den Wänden 68, 72 und 88, 92 gemessen, identisch sein.
Das wichtige Merkmal der Erfindung, das bei jeder Ausführungsform des primären Rings, gleichgültig ob bei dem primären Ring 38, 60, 80 oder bei irgendeiner nachstehend mit Bezug auf 7 bis 9 beschriebenen Gestaltung des primären Rings vorhanden ist, besteht in den relativen, radialen Abmessungen der mittleren Abschnitte 56, 66 und 86 im Vergleich zu den anderen Abschnitten, wobei die Abmessungen als die radiale Dicke erachtet werden können. Insbesondere liegt, wenn die radiale Dicke des primären Rings als äußerer Radius R₀ abzüglich des inneren Radius R₁ definiert wird, das Verhältnis der radialen Dicke der hinteren Abschnitte 56, 66, 86, wie durch die Gleichung
definiert, in einem Bereich von 1,5 bis 3,1, vorzugsweise von 1,9 bis 2,5 und am meisten bevorzugt von 2,3 bis 2,5 in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung. Kürzlich durchgeführte Tests, die nach dem Einreichen der Stammanmeldung durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß der ausgedehnte Bereich der radialen Abmessung für einige Dichtungsanwendungen geeignet ist und für die Fähigkeit sorgt, bei höheren Drücken wirksamer abzudichten.
Beispielsweise besitzt der primäre Ring 160 (5) spezifische Radien für jede der Winkelflächen, die den hinteren Abschnitt 174, den mittleren Abschnitt 166 und den Dichtungsflächenabschnitt 170 wie gezeigt bilden. Die radiale Abmessung (Dicke) des hinteren Abschnitts 174 beträgt etwa 0,877 Zoll, während sie für den mittleren Abschnitt 166 etwa 0,290 Zoll beträgt, was für ein Verhältnis von etwa 3,02 sorgt Der primäre Dichtungsring 160 liegt nahe dem höheren Umfang des Bereichs der Verhältnisse und überschreitet ihn tatsächlich etwas. Dies ist eine Folge der kurzen axialen Abmessung des primären Rings 160, da eine zusätzliche Flexibilität erforderlich ist, um den mittleren Abschnitt 166 zu deformieren, um für die korrekte Ausrichtung des Dichtungsflächenabschnitts 170 und insbesondere der Dichtungsfläche 167 zu sorgen. Diese Anordnung ist für Anwendungen mit größeren Druckunterschieden geeignet.
Es gibt einen optimalen Bereich der Verhältnisse, der beim Konstruieren des primären Rings in Betracht gezogen werden sollte, um für die gewünschten Charakteristika der Dichtungsringintegrität und -flexibilität zu sorgen, um extreme Druckunterschiede aufzunehmen. Wenn der mittlere Abschnitt relativ zu dem hinteren Abschnitt zu dick ist, dann bewirkt nur ein minimaler Grad an Flexibilität in dem mittleren Abschnitt, daß der primäre Ring unzureichend auf den Druckunterschied anspricht, was den entsprechenden zusammenpassenden Ring, aber nicht den primären Ring deformiert. Tests bei Dichtungsanordnungen bei höheren Drücken haben eine wirksame Nachgiebigkeit des primären Rings in einem optimalen Bereich über denjenigen hinaus bewiesen, der in der US-Stammpatentanmeldung Serial No. 08/743,012 dargelegt ist. Umgekehrt ist, wenn der mittlere Abschnitt zu dünn ist, d. h. mit einem Verhältnis von mehr als 3,1, das Ergebnis ein Verlust der strukturellen Abstützung zwischen dem hinteren Abschnitt und dem Dichtungsflächenabschnitt und eine sich ergebende Erhöhung der Dehnungsbeanspruchung, die in dem mittleren Abschnitt auftritt. Eine unzureichende Dicke des mittleren Abschnitts kann zu einem Bruch des Rings im mittleren Abschnitt aufgrund der übermäßigen Zugfestigkeit, insbesondere bei Dichtungsanwendungen, bei denen der Prozeßfluiddruck ausgedehnten Schwankung ausgesetzt wird, führen, z. B. wenn die Vorrichtung, gleichgültig ob eine Pumpe, ein Kompressor usw., in denen die Dichtung eingebaut ist, zyklisch Perioden der Verwendung und Nichtverwendung durchläuft. In einem solchen Fall kann das kontinuierliche Biegen des mittleren Abschnitts eines primären Rings einen negativen Einfluß auf die Unversehrtheit des primären Dichtungsrings haben, bis sich ein Bruch entwickelt. Flexibilität kann bei dem primären Ring auch vorgesehen werden, indem für dessen Herstellung ein geeignetes Material gewählt wird. Der herkömmliche Gedanke bei der Konstruktion und Herstellung von Hochdruckdichtungen war derjenige, daß zähe und robuste Materialien notwendig waren. Die Standardmaterialien, die für den zusammenpassenden Ring der Konfigurationen der kontaktfreien Dichtungen verwendet werden, sind im allgemeinen Wolframcarbid. Die Verwendung herkömmlicher primärer Dichtungsringe, wie derjenigen, die in 3 gezeigt sind, erforderte auch ein hartes Material wie Siliciumcarbid, das den hohen Drücken des Prozeßfluids widerstehen konnte und auch übermäßigem Verschleiß der Dichtungsflächen während des Kontakts widerstehen konnte, der normalerweise auftritt, wenn der Wellenumlauf beginnt oder wenn die Vorrichtung abgeschaltet wird. Während solcher Perioden laufen die Dichtungsringe nicht relativ zueinander um, um für eine ausreichende Pumpwirkung der Nuten zu sorgen, um ein Abheben der Dichtungsflächen aufrechtzuerhalten. Jedoch kann die Verwendung von zwei "harten" Ringen, wie Wolframcarbid gegen Siliciumcarbid, zu einem katastrophalen Versagen der Dichtungsringe führen, wenn Kontakt bei den hohen Umlaufgeschwindigkeiten während des normalen Betriebs auftritt.
Das Flexibilitätsmerkmal, das durch die Verwendung der hier beschriebenen, erfindungsgemäßen Konstruktion geschaffen ist, gestattet auch die Verwendung von primären Standardringen aus Kohlenstoffgraphit, was das Material für primäre Ringe ist, das im allgemeinen für herkömmliche Dichtungen verwendet wird, d.h. für Dichtungen, die nicht für die Verwendung bei übermäßig hohen Drücken gedacht sind. Da der primäre Ring den übermäßigen Druck aufnehmen kann und dennoch meistens bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten einen Dichtungsflächenkontakt vermeidet, ist es ein zusätzliches Merkmal, daß die erfinderische primäre Ringkonstruktion die Verwendung von Kohlenstoffgraphitmaterial gestattet. Die Verwendung von Kohlenstoffgraphit ist auch bevorzugt, falls es so hergestellt werden kann, daß es großen Druckunterschieden widerstehen kann, da es im Falle eines Dichtungsflächenkontakts zwischen den Dichtungsringen bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten diesen nicht so übel nimmt. Statt eines Bruchs oder eines Zerbröckelns des Dichtungsrings, die bei einem primären Ring aus Siliciumcarbid auftreten können, reibt der Ring aus Kohlenstoffgraphit einfach etwas von dem Kohlenstoff ab, behält jedoch seine Unversehrtheit bei.
Unter Bezugnahme auf 7 wird ein weiterer Aspekt dieser Erfindung beschrieben. Eine Einzeldichtungsanordnung 110 wird gezeigt, um ein Gehäuse 12 abzudichten, das eine Öffnung 14 aufweist, durch die sich eine Welle 16 erstreckt, so daß Prozeßfluidleckage auf ein Minimum herabgesetzt wird. Die meisten Elemente der Dichtungsanordnung 110 sind denjenigen der Dichtungsanordnung 10 (1) mit der Ausnahme ähnlich oder identisch, daß es eine Transposition derjenigen Teile gibt, die umlaufen und derjenigen, die feststehend sind. Eine solche Transposition von Dichtungsringen ist den Fachleuten bekannt und kann in Abhängigkeit von der Anwendung der Dichtung geeignet sein.
Beispielsweise umfaßt die Dichtungsanordnung 110 einen umlaufenden, zusammenpassenden Ring 118 und einen relativ feststehenden, primären Ring 138. Die Stopfbüchsenplatte 120 weist geeignete Öffnungen 122, die den primären Ring 138 festhalten, und die Federn auf, die dem primären Ring 138 axiale Vorspannkräfte verleihen, damit er sich in Richtung auf den Kontakt und die Vorspannung der Dichtungsfläche 144 des primären Rings gegen die gegenüberliegende zusammenpassende Dichtungsfläche 130 des zusammenpassenden Rings 118 bewegt. Bei dieser Gestaltung ist es der zusammenpassende Ring 118, der von einer Hülsen- und Aufnahmekombination 140 abgestützt und dieser gegenüber abgedichtet ist, mit der er zusammen mit der Welle 16 umläuft.
Ein Unterschied bei der Konstruktion des primären Rings 138 besteht ersichtlicherweise in der radialen Abmessung des Dichtungsflächenabschnitts 156. Die bevorzugte Anwendung für Dichtungen mit großen Dichtungsflächenbereichen ist diejenige bei Dichtungen, die hohen Fluiddrücken unterliegen, bei denen jedoch relativ langsame Umlaufgeschwindigkeiten nicht übermäßig oft auftreten, die Größe des Verschleißes der Dichtungsflächen herabgesetzt ist, und bei denen, was signifikanter ist, jedoch ein größerer Dichtungsschnittflächenbereich zwischen den sich gegenüberliegenden, zusammenpassenden Dichtungsflächen 130, 144 notwendig ist, um einen Druck aufzubauen, der für ein Abheben und ein Aufrechterhalten des Spalts ausreicht.
Jedoch wird trotz des vergrößerten Dichtungsflächenbereichs die Beziehung der radialen Abmessungen des hinteren Abschnitts 150 des primären Dichtungsrings zu derjenigen des mittleren Abschnitts 156 beibehalten. Wie für den primären Dichtungsring 138 berechnet, beträgt das Verhältnis etwa 1, 9, nahe dem Umfang des optimalen Bereichs der vorstehend angegebenen "Dicke"-Verhältnisse. Die größere relative Dicke des mittleren Abschnitts 156 kann verwendet werden, da bei einem größeren Radius des Dichtungsflächenbereichs 156 der in der Dichtungsschnittfläche entwickelte Druck einen längeren "Hebel" besitzt, auf den eingewirkt werden kann, wodurch es der Druckkraft ermöglicht wird, einen relativ dickeren mittleren Abschnitt 156 zu deformieren.
Das andere wesentliche Merkmal, das in 7 veranschaulicht ist, ist der Druck, der durch die Nuten 132 des entsprechenden zusammenpassenden Rings 118 entwickelt wird. Wie allgemein von Fachleuten in der Dichtungstechnik anerkannt wird, sorgen die Nuten 132, die eine ähnliche Gestaltung wie diejenigen, die in 2 gezeigt sind, haben, für einen zunehmenden Druck, wenn das Gas von dem Außendurchmesser aus in Richtung auf den Damm 134 der Dichtungsfläche 130 gepumpt wird. Es wird erachtet, daß die Spitze des Drucks an oder nahe der Grenze zwischen dem Nutenende und dem Damm liegt und dann von der Spitze abnimmt, um den Umgebungsdruck des Raums E genau außerhalb der Dichtungsanordnung 110 zu erzielen. Die Umgebung E kann Atmosphärendruck oder einen anderen Druck haben, wenn die Doppeldichtungsanordnung verwendet wird, wie nachstehend beschrieben wird.
Die Grenze zwischen den Nuten und dem Damm 134 ist in 7 als sich bei einem Radius R_g befindend beschrieben. Es wurde gefunden, daß es wünschenswert ist, eine relative feste Beziehung zwischen dem Außendurchmesser des mittleren Abschnitts 156 und dem Radius der Grenze R_g zu haben. Für alle gemäß dieser Erfindung hergestellten Dichtungen gilt die Beziehung, daß der Radius R_OM des mittleren Abschnitts etwa gleich R_I sein sollte. Der Radius R_g kann etwas mehr oder weniger als der Radius R_OM sein, bis zu innerhalb 10% der Dicke der Dichtungsschnittfläche, d. h. zehn Prozent des Außendurchmessers größer oder kleiner als der Innendurchmesser der Dichtungsschnittfläche. Vorzugsweise und wie bei den meisten hier beschriebenen Ausführungsformen gezeigt, ist R_g etwas kleiner als R_OM , was den größten Teil der axialen Kraft an den Außendurchmesserbereich jedes Dichtungsflächenabschnitts 46, 70, 90, 146 usw. überträgt. Die an dem oder um den Radius R (β) herum aufgebrachte Druckkraft ist sehr erwünscht, da sie die axiale Kraft an den primären Ring bringt, um die jeweiligen mittleren Abschnitte günstig zu deformieren und dadurch für die Parallelität der Dichtungsflächen zu sorgen.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 sind zwei Doppeldichtungsanordnungen für Dichtungen, wie denjenigen, die in dem vorstehenden US-Patent Nr. 5,375,853 beschrieben sind, gezeigt. Bei einer solchen Gestaltung begrenzen zwei Dichtungen zwischen sich eine Zwischenkammer, wobei die Zwischenkammer in Fluidverbindung mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Puffergases steht. In dem US-Patent Nr. 5,375,853 wird das Puffergas bei einem Druck aufrechterhalten, der höher ist als der erwartete Druck des Prozeßfluids während des Betriebs, aber dies ist nicht ein allgemeines Erfordernis für die Verwendung der erfindungsgemäßen Merkmale. Die erfindungsgemäßen Merkmale sind natürlich für eine Anordnung am besten geeignet, bei der sich große Druckunterschiede an der oder an beiden Dichtungen einer Doppeldichtungsanordnung entwickeln.
Unter Bezugnahme auf 8 ist eine Doppeldichtungsanordnung 210 offenbart, mit einer ersten inneren Dichtung 212 und einer zweiten äußeren Dichtung 214, die entlang einer Welle 16 axial von einander beabstandet sind, die sich durch eine Öffnung 14 in einem Gehäuse 12 erstreckt. Das Gehäuse 12 umschließt eine Kammer 11, von der ein Teil in 8 sichtbar ist und die ein Prozeßfluid, das unter Druck steht, enthält. Zum größten Teil ist die Dichtungsanordnung 210 ähnlich der in dem US-Patent Nr. 5,375,853 beschriebenen Dichtungsanordnung mit der Ausnahme, daß die zusammenpassenden Ringe jeder Dichtung 212, 214 umlaufen und die primären Ringe durch eine Reihe von Stopfbüchsen 216, 218, 220, die aneinander und an das Gehäuse wie gezeigt mittels Schrauben befestigt sind, in vernünftiger Weise feststehend gehalten werden. Ein Durchgang 222 durch die Stopfbüchsen 218 und 220 schafft eine Verbindung zu einer Quelle von unter Druck gesetztem, inerten Puffergas, wie Stickstoff, das unter Druck in der Zwischenkammer 211, die durch die Dichtungen 212, 214 gebildet ist, enthalten ist.
Der grobe Umriß einer solchen Anordnung ist im allgemeinen in dem Text des US-Patents Nr. 5,375,853 als im Rahmen der Fähigkeit eines Fachmanns liegend mit der Ausnahme beschrieben, daß keine Offenbarung der Merkmale der vorliegenden Erfindung in jenem Patent zu finden ist . Aus diesen Gründen werden andere Elemente wie sekundäre Dichtungs-O-Ringe, Vorspannfedern usw. hier nicht detailliert erörtert.
Der primäre Ring 238 der inneren Dichtung 212 und der primäre Dichtungsring 250 der Außendichtung 214 können mit der Ausnahme ihrer axialen Ausrichtung identisch sein, obwohl der Druckunterschied quer über die Dichtung 212 viel geringer ist als der Druckunterschied quer über der Dichtung 214. Das Puffergas in der Zwischendichtungskammer 211 wird bei etwa 20 bis 30 psi oberhalb des maximal erwarteten Prozeßdrucks gehalten. Der Druck des Prozeßfluids kann jedoch in Übereinstimmung mit dem US-Patent Nr. 5,375,853 höher als der für Dichtungsanordnungen für die beabsichtigte Anwendung erwartete Druck sein. In einem solchen Fall kann der Puffergasdruck über dem Nennwert für solche Dichtungsanordnungen liegen, in welchem Fall eine Modifikation gemäß der hier enthaltenen Lehre bei zumindest dem primären Ring 250 der äußeren Dichtung 214 erforderlich ist.
Wie vorstehend beschrieben sollte der Außendurchmesser des mittleren Abschnitts 256 von mindestens dem primären Ring 250 die erfindungsgemäßen Merkmale aufweisen, um es den Dichtungsflächen zu ermöglichen, trotz des großen Druckunterschieds eine Parallelität aufrechtzuerhalten. Die relativen radialen Abmessungen von R_g und R_OM werden auch wie in 8 gezeigt beibehalten.
Die Doppeldichtungsausführungsform von 8 veranschaulicht auch die Anpaßbarkeit des primären Rings 238 an verschiedene Drucksituationen und zum Einstellen der Dichtungsflächenausrichtung aufgrund einer Dichtungsringdeformierung durch große Schwankungen in dem Prozeß- oder Puffergasdruck. Da die Größe der Deformierung sowohl von dem primären als auch dem zusammenpassenden Ring von dem Druckunterschied quer über die Dichtungsschnittfläche abhängt, würden jegliche plötzliche Schwankungen entweder des Prozeß- oder Pufferfluiddrucks beide Dichtungsringe gleichzeitig beeinflussen, und dadurch wird die parallele Ausrichtung der Dichtungsflächen, trotz solcher Schwankungen aufrechterhalten. Aufgrund dieser einstellbaren Ausrichtung tritt, wenn der Druckunterschied sehr gering ist, wie derjenige quer über die innere Dichtung 212, keine Deformierung der Dichtungsringe auf, in welchem Fall die Dichtungsflächen aufgrund ihrer herkömmlichen Herstellung parallel sind.
Unter Bezugnahme auf 9 wird eine Doppeldichtungsanordnung 310 zur Verwendung gezeigt, bei der es einen kleinen axialen Raum in der Kammer 311 zum Einführen von axial beabstandeten Dichtungen gibt. Bei der Dichtungsanordnung 310 ist die innere Dichtung 312 radial nach außen von der äußeren Dichtung 314 angeordnet, wobei sich eine Zwischenkammer 311 in dem radialen Raum zwischen ihnen befindet. Eine solche Anordnung kann es erfordern, daß die Dichtungsringe 330 und 332 von wenigstens der Dichtung 312 eine geringere axiale Abmessung als die Dichtungsringe 350, 352 der Dichtung 314 wie gezeigt aufweisen. Ein primärer Ring, ähnlich dem in 5 gezeigten primären Ring 60 kann so bei der Dichtung 312 verwendet werden, um die axiale Abmessung der Dichtung zu verringern. Wiederum umfassen beide Dichtungen 312 und 314 primäre Ringe 330, 350, die erfindungsgemäße Merkmale verwenden, einschließlich daß die primären Ringe 330, 350 ein Verhältnis der radialen Abmessungen der hinteren Abschnitte 340, 360 zu denjenigen der mittleren Abschnitte 336, 356 von 1,5 bis 3,1 wie vorstehend beschrieben haben. Der Radius R_g jedes zusammenpassenden Rings 332, 352 ist auch etwas kleiner als der entsprechende äußere Radius R_OM des mittleren Abschnitts gezeigt, dies ist jedoch kein Erfordernis, da R_g etwas größer als R_OM sein kann.
Andere Modifikationen und Änderungen der Dichtungsparameter können an dem primären Dichtungsringen durchgeführt werden und trotzdem von dem Umfang der vorliegenden Erfindung erfaßt sein. Beispielsweise wird gezeigt, daß sich die Wände 68, 72, 88, 92 usw. radial nach außen von der Mittellinie aus erstrecken. Die Wände müssen sich jedoch nicht radial erstrecken, sondern können sich unter konvergierenden Winkeln relativ zu einer quer verlaufenden radialen Ebene erstrecken. In ähnlicher weise sind die Außendurchmesser jedes der mittleren Abschnitte gleichmäßig unter dem gleichen Radius gezeigt, dies ist jedoch kein Erfordernis. Der äußere Radius des mittleren Abschnitts kann konkav oder abgewinkelt relativ zu der Mittellinie CL sein, um die Deformierung des primären Rings genauer zu lokalisieren oder um den Ort einzustellen, an dem die Deformierung auftritt.
Diese Erfindung ist auch bei einer unter Druck gesetzten Dichtung anwendbar, bei der der hohe Druck mit dem Innendurchmesser der Dichtungsringe in Kontakt kommt. Eine solche Modifikation kann es erforderlich machen, daß die Pumpnuten an ihrem Innendurchmesser dem Fluid in der jeweiligen Kammer ausgesetzt sind, jedoch kann eine Verringerung der radialen Abmessung des mittleren Abschnitts des primären Rings entweder an dem Innendurchmesser des Rings oder an dem Außendurchmesser in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung durchgeführt werden. Alternativ können die erfindungsgemäßen Merkmale bei einer Dichtungsanordnung verwendet werden, bei der die Nuten dem Fluid mit dem niedrigeren Druck ausgesetzt werden, wie bei Dichtungen, die in Übereinstimmung mit dem sich im gemeinsamen Besitz befindlichen US-Patent 4,290,611 hergestellt werden, bei dem die Pumpnuten den niedrigeren Druck von entweder dem Prozeß- oder Pufferfluid ausgesetzt werden unter der Bedingung, daß geeignete andere Modifikationen notwendig sein können.
Andere Änderungen und Modifikationen können auch für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich sein, nachdem er die vorliegende Erfindung vollständig verstanden hat. Aus diesen Gründen sollten die vorstehenden Ausführungsformen nur als Beispiele und nicht als den Umfang dieser Erfindung einschränkend erachtet werden. Der Umfang der Erfindung soll nur durch die nachfolgenden Ansprüche als eingeschränkt erachtet werden.

Claims

Dichtung (10) mit einer drehbaren Welle (16), die in einem Gehäuse (12), das die drehbare Welle umgibt, drehbar ist, einer Einrichtung zum Abdichten des Gehäuses, um eine fluiddichte Dichtung für ein unter Druck stehendes Prozeßfluid, das in dem Gehäuse enthalten ist, zu schaffen, einem axial bewegbaren ersten Dichtungsring (38), der angepaßt ist, um ringförmig um die Welle herum angeordnet zu werden und fluiddicht an einem der beiden aus Welle und Gehäuse bestehenden Teilen befestigt ist, wobei der axial bewegbare erste Dichtungsring einen Dichtungsflächenabschnitt (46), der eine radiale erste Dichtungsfläche (44) aufweist, einen hinteren Abschnitt (50), der eine hintere Fläche (52), die axial entgegengesetzt zu der Dichtungsfläche (44) ist, aufweist, und einen mittleren Abschnitt (56) hat, der den Dichtungsflächenabschnitt (46) mit dem hinteren Abschnitt (50) verbindet, wobei die Dichtung ferner einen zweiten Dichtungsring (18) aufweist, der angepaßt ist, um ringförmig um die Welle herum angeordnet zu werden und fluiddicht an dem anderen der beiden aus Welle und Gehäuse bestehenden Teilen befestigt ist, wobei der zweite Dichtungsring (18) eine radiale zweite Dichtungsfläche (30) entgegengesetzt zu der ersten Dichtungsfläche (44) aufweist, wobei die sich gegenüberstehenden zusammenpassenden Abschnitte der Dichtungsflächen (30, 44) eine Dichtungsschnittfläche bilden, wobei die zweite Dichtungsfläche (30) eine Einrichtung (32) zum Pumpen eines Fluids quer über die Dichtungsschnittfläche hinweg aufweist; wobei die Dichtung ferner eine Vorspanneinrichtung (42) aufweist, um die Ringdichtungsflächen (30, 44) aufeinanderzu in eine Anordnung, in der sie sich gegenüberstehen und zusammenpassen, zu drängen, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Abschnitt (50) ein radiales Ausmaß hat, das in einem Verhältnis bezüglich des radialen Ausmaßes des mittleren Abschnittes (56) zwischen 1,5 und 3,1 ist, wobei das radiale Ausmaß eines jeden Ab schnitts als Unterschied zwischen dem äußersten Radius und dem innersten Radius der jeweiligen Abschnitte definiert ist.
Dichtung nach Anspruch 1, bei der das Verhältnis des radialen Ausmaßes des hinteren Abschnittes zu dem radialen Ausmaß des mittleren Abschnittes ungefähr zwischen 1,9 und ungefähr 2,5 ist.
Dichtung nach Anspruch 1, bei der das Verhältnis des radialen Ausmaßes des hinteren Abschnittes zu dem radialen Ausmaß des mittleren Abschnittes zwischen 2,0 und ungefähr 2,3 ist.
Dichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Pumpeinrichtung der zweiten Dichtungsfläche (30) Nuten (32) aufweist, die an einem Dammabschnitt (34) der zweiten Dichtungsfläche enden, wobei der Dammabschnitt und die Nuten eine Grenze bilden, die an einem Radius R_g angeordnet ist, wobei R_g annähernd gleich dem äußersten Radius des mittleren Abschnittes ist.
Dichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Pumpeinrichtung der zweiten Dichtungsfläche (30) Nuten (32) aufweist, die an einem Dammabschnitt (34) der zweiten Dichtungsfläche enden, wobei der Dammabschnitt und die Nuten eine Grenze bilden, die an einem Radius R_g angeordnet ist, wobei R_g etwas kleiner als der äußerste Radius des mittleren Abschnittes (56) ist.
Dichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Pumpeinrichtung der zweiten Dichtungsfläche Nuten (32) aufweist, die an einem Dammabschnitt (34) der zweiten Dichtungsfläche enden, wobei der Dammabschnitt und die Nuten eine Grenze bilden, die an einem Radius R_g angeordnet ist, wobei R_g etwas größer als der äußerste Radius des mittleren Abschnittes ist.