DE69838677T2

DE69838677T2 - Dichtvorrichtung für eine zentrifuge

Info

Publication number: DE69838677T2
Application number: DE69838677T
Authority: DE
Inventors: Aksel Kristensen; Sven-Ake Nilsson; Juoko PITKÄMÄKI; Carl Peder ÖHLANDER; Robert Sandblom
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: EP1011873A1; DE69838677D1; JP4209473B2; US6228016B1; JP2002504211A; WO1998057751A1; SE9702290D0; EP1011873B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dichtvorrichtung zum Trennen von zwei Öffnungen, die beabstandet voneinander in einem Außengehäuse einer Wellenaufhängungseinheit angeordnet sind, die während des Betriebs drehbar eine Welle einer Zentrifuge in mindestens einem Lager trägt, wobei sich die Welle durch mindestens eine der Öffnungen in einem Raum erstreckt, der die Welle umgibt und im Außengehäuse gebildet ist.
In Wellenaufhängungseinheiten in dieser Art reißen die Welle und damit verbundene und während des Betriebs mit der Welle mitrotierende Teile Luft oder ein anderes Gas, das sich in diesem Raum befindet, mit. Diese Luft oder dieses Gas enthält Öltropfen in der Form eines Ölnebels, der verwendet wird, um die in der Wellenaufhängungseinheit angeordneten Lager zu schmieren. Durch die Drehung der Luft ist der Luftdruck in unterschiedlichen Teilen des Raumes unterschiedlich, was bedeutet, daß der Luftdruck in der Regel an den beiden Öffnungen unterschiedlich ist. Das führt oft zu einer sehr hohen Luftströmung in die eine Öffnung hinein und durch die andere Öffnung hinaus, wodurch die Öltropfen für ihren Zweck verloren sind und die Umgebung der Wellenaufhängungseinheit verschmutzen. Weiterhin können Teilchen, Bakterien usw. in die Wellenaufhängungseinheit gelangen und die Lebensdauer der Lager verringern oder Bakterienkolonien erzeugen.
In der US 4,654,023 ist eine Zentrifuge mit einer Wellenaufhängungseinheit gezeigt, die eine Öffnung aufweist, durch die sich die Welle der Zentrifuge erstreckt. An dieser Öffnung ist eine mechanische Dichtung angeordnet, die ein Dichtelement aufweist, das mit der Welle verbunden ist, sowie ein Dichtelement, das mit dem stationären Außengehäuse der Wellenaufhängungseinheit verbunden ist und das eine Luft- oder Gasströmung durch die Öffnung effektiv verhindert.
Mechanische Dichtungen dieser Art sind jedoch kompliziert, teuer und benötigen oft viel Energie. Weiterhin sind sie bei der sehr großen Umdrehungsanzahl von Zentrifugen schnell abgenutzt. Da es schwierig und zeitaufwändig ist, sie zu ersetzen, ergeben sich hohe Arbeits- und Stilllegungskosten.
Die DE 2345306 A1 offenbart eine Dichtvorrichtung in einer Wellenaufhängungseinheit. Die Dichtvorrichtung verhindert eine Gasströmung zwischen zwei Abteilungen. Das wird durch eine Dichtflüssigkeit erreicht, die einer Kammer zugeführt wird. Die Dichtflüssigkeit fließt hinaus in den Spalt zwischen dem Dichtungsring und der Welle und in die beiden Abteilungen.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Dichtvorrichtung der eingangs definierten Art vorzusehen, die die beiden Öffnungen voneinander trennt und einfach aufgebaut ist, jedoch effektiv eine Luftströmung durch die beiden Öffnungen verhindert, ohne daß sie abgenutzt wird und hohe Arbeits- und Stilllegungskosten verursacht.
Nach der vorliegenden Erfindung wird das erreicht durch eine Dichtvorrichtung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Eine Dichtvorrichtung dieser Art umfaßt ein erstes Dichtelement, das mit dem Außengehäuse verbunden ist, sowie ein zweites Dichtelement, das mit der Welle verbunden ist, wobei die Dichtelemente die Welle umgeben und zusammen den Raum in zwei Abteilungen unterteilen, die jeweils mit einer Öffnung verbunden sind, und zwischen sich einen schmalen Spalt bilden, der die Welle umgibt, und nicht in direktem Kontakt miteinander stehen, indem der Spalt während des Betriebs eine Gasströmung zwischen den beiden Abteilungen verhindert. Eins der Dichtelemente ist mit mindestens einem Kanal versehen, der eine Öffnung in den zentralen Teil des Spaltes für die Zufuhr eines unter Druck stehenden Öls an den Spalt während des Betriebs auf eine solche Weise aufweist, daß das Öl aus der Öffnung durch den Spalt, der mit Öl gefüllt ist, hinaus und in Richtung zu den beiden Abteilungen strömt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung des Kanals in einer Vertiefung vorgesehen, die die Welle umgibt, wobei die Vertiefung im ersten Dichtelement gebildet ist und zum zweiten Dichtelement hin offen ist.
Dadurch wird eine Dichtvorrichtung erreicht, die effektiv eine Luftströmung durch die beiden Öffnungen verhindert.
Die Dichtflüssigkeit besteht aus einem Öl, das der Wellenaufhängungseinheit kontinuierlich für die Schmierung und/oder Kühlung des Lagers zugeführt wird. Mindestens ein Teil des Öls, das vom Spalt in eine Abteilung strömt, wird zum in dieser Abteilung befindlichen Lager geführt. Um das zu erreichen, werden die Elemente verwendet, die sich in dieser Abteilung befinden und mit der Welle mitrotieren, wobei die Elemente während des Betriebs eine Luftzirkulation erzeugen, die das Öl in Form von Tropfen zum Lager führt.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt diese eine Leitung zum Rückführen eines Teils des Öls, das in eine Abteilung hinausströmt, vom Spalt direkt zu einem Sammelgefäß.
Im Folgenden wird die Erfindung genauer unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die schematisch einen axialen Querschnitt durch eine axiale Aufhängungseinheit in einer Zentrifuge zeigt, die mit einer Ausführungsform einer Dichtvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
Die in der Figur gezeigte Wellenaufhängungseinheit 1 trägt eine Welle 2 der Zentrifuge. Die Wellenaufhängungseinheit 1 hat ein Außengehäuse 3, das die Welle 2 umgibt. In den axialen Endabschnitten des Außengehäuses 3 sind zwei Öffnungen 4 bzw. 5 angeordnet, durch die sich die Welle 2 erstreckt. An einem axialen Ende der Welle 2 ist fest ein Rotor 6 befestigt und am anderen axialen Ende ist ein Riemenantrieb 7 zum Antreiben der Welle 2 angeordnet. Die Welle 2 ist über einen Zapfen in einem unteren Lager 8 gelagert, das im Wesentlichen direkt mit dem Außengehäuse 3 verbunden ist, sowie in einem oberen Lager 9, das mit dem Außengehäuse 3 über zwei ringförmige elastische Elemente 10 und 11 verbunden ist. Die elastischen Elemente 10 und 11 lagern auf einem ersten ringförmigen Dichtelement 12, das sich um die Welle 2 herum erstreckt und die elastischen Elemente 10 und 11 mit dem oberen Lager 9 verbindet, gleichzeitig wird ein Lagergehäuse für das obere Lager 9 gebildet. Radial innerhalb des ersten Dichtelementes 12 ist ein zweites ringförmiges Dichtelement 13 vorgesehen, das mit der Welle 2 um dieselbe herum verbunden ist und zusammen mit dem ersten Dichtelement 12 einen ringförmigen Spalt 14 um die Welle 2 herum bildet.
Die Dichtelemente 12 und 13 unterteilen einen Raum innerhalb des Außengehäuses in zwei Abteilungen 15 und 16, die jeweils mit einer Öffnung 4 bzw. 5 verbunden sind. Um zu verhindern, daß die Luft- oder Gasmengen während des Betriebs über den Spalt 14 miteinander verbunden sind, wird dieser mit Flüssigkeit aufgefüllt.
Zu diesem Zweck ist im unteren Teil der Wellenaufhängungsvorrichtung 1 ein Sammelgefäß 17 für Öl vorgesehen, das mit einer Leitung 18 verbunden ist. Diese Leitung ist mit einer Pumpe 19 versehen und öffnet sich in mindestens eine geschlossene Kammer 20 radial außerhalb des ersten Dichtelementes 12. Im ersten Dichtelement 12 befindet sich ein Kanal 21, der eine Einlaßöffnung 22 in die Kammer 20 sowie eine Öffnung 23 in eine Vertiefung 24 hat, die in einem zentralen Teil des ersten Dichtelementes 12 gebildet ist. Die Vertiefung 24 umgibt die Welle und ist zum zweiten Dichtelement 13 hin offen. Im gezeigten Beispiel wird der Kanal 21 während des Betriebs von unter Druck stehendem Öl durchströmt, das den Spalt 14 füllt. Das Öl im Spalt 14 verhindert effektiv, daß Luft oder ein anderes Gas zwischen den beiden Abteilungen 15 und 16 strömen kann.
Die Ölmenge, die durch den Spalt 14 in Richtung der einen oder der anderen der beiden Abteilungen 15 und 16 strömt, hängt davon ab, wie lang und wie schmal der Spalt 14 in Richtung der einen Abteilung 15 im Vergleich dazu ist, wie lang und wie schmal der Spalt in Richtung der anderen Abteilung 16 ist. Die Elemente, die mit der Welle in der einen Abteilung 15 mitrotieren, erzeugen eine Luftzirkulation, die Öl mitreißt, das in diese Abteilung 15 hinausströmt, und versetzen einen Teil dieses Öls in eine Strömung zum in dieser Abteilung vorhandenen Lager, dem oberen Lager 9, und durch dieses hindurch. Das Öl, das durch das obere Lager 9 geströmt ist, wird in der Sammelrille 25 gesammelt, die radial einwärts offen ist und mit einer Rückführleitung 26 verbunden ist, durch die das gesammelte Öl über eine Flüssigkeitsdichtung 27, die eine Luft- oder Gaszirkulation durch die Rückführleitung 26 verhindert, zurück zu einem Sammelgefäß 17 strömt. Der größte Teil des Öls, das aus der einen Abteilung 15 hinausströmt, wird direkt über eine Nebenleitung 18 zur Sammelkammer 17 geführt, die im gezeigten Beispiel mit der Rückführleitung 26 verbunden ist.
Während des Betriebs wird dem Spalt 14 Öl bei einem derart hohen Druck zugeführt, daß der Spalt bei den Druckdifferenzen, wie sie zwischen den beiden Abteilungen 15 und 16 herrschen, aufgefüllt bleibt. In bestimmten Fällen können die Kapillarkräfte hinreichen, um den Spalt gefüllt zu halten, wohingegen in anderen Fällen ein wesentlich höherer Druck vonnöten ist, um den Spalt 14 mit Öl angefüllt zu halten.
Im gezeigten Beispiel stehen die Abteilungen 15 und 16 über die jeweilige Öffnung 4 bzw. 5 mit der Atmosphäre in Verbindung, die die Wellenaufhängungseinheit 1 umgibt, es liegt aber auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß sie über eine benachbarte Öffnung mit einer mehr oder weniger geschlossenen Kammer verbunden sind.

Claims

Dichtvorrichtung zum Trennen von zwei Öffnungen (4, 5), die beabstandet voneinander in einem Außengehäuse (3) einer Wellenaufhängungseinheit (1) angeordnet sind, die während des Betriebs drehbar eine Welle (2) einer Zentrifuge in mindestens einem Lager (8, 9) trägt, wobei sich die Welle (2) durch mindestens eine der Öffnungen (4) in einen Raum erstreckt, der die Welle (2) umgibt und im Außengehäuse (3) gebildet ist, wobei die Dichtvorrichtung ein erstes Dichtelement (12) umfaßt, das mit dem Außengehäuse (3) verbunden ist, sowie ein zweites Dichtelement (13), das mit der Welle (2) verbunden ist, wobei die Dichtelemente (12, 13) die Welle (2) umgeben und zusammen den Raum in zwei Abteilungen (15, 16) unterteilen, die jeweils mit einer der Öffnungen (4, 5) verbunden sind und zwischen sich einen schmalen Spalt (14) bilden, der die Welle umgibt, und nicht in direktem Kontakt miteinander stehen, indem der Spalt während des Betriebs eine Gasströmung zwischen den beiden Abteilungen (15, 16) verhindert, wobei das mindestens eine Lager (9), in dem die Welle drehbar im Außengehäuse getragen wird, in einer der Abteilungen (15) angeordnet und eins der Dichtelemente (12, 13) mit mindestens einem Kanal (21) versehen ist, der eine Öffnung (23) in einen zentralen Teil des Spaltes (14) für die Zufuhr eines unter Druck stehenden Öls an den Spalt (14) während des Betriebs auf eine solche Weise aufweist, daß das Öl aus der Öffnung durch den Spalt (14), der mit Öl gefüllt ist, hinaus und in eine Richtung zu den beiden Abteilungen (15, 16) strömt, und wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um mindestens einen Teil des Öls, das in eine der Abteilungen (15) strömt, zum Lager (9), das in dieser Abteilung angeordnet ist, zu leiten.
Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (23) des Kanals in einer Vertiefung (24) vorgesehen ist, die die Welle (2) umgibt und in einem Dichtelement gebildet ist und zum anderen Dichtelement (13) hin offen ist.
Dichtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) mittels mindestens eines Lagers in jeder Abteilung (15, 16) über einen Lagerzapfen im Außengehäuse (3) gelagert ist und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um mindestens einen Teil des Öls, das in eine der Abteilungen (15, 16) hinausströmt, zum in dieser Abteilung (15, 16) vorhandenen Lager (8, 9) zu leiten.
Dichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung Elemente umfaßt, die mit der Welle (2) mitrotieren, wobei die Elemente während des Betriebs eine Luftzirkulation erzeugen, die Öl in der Form von Tropfen zum Lager (9) mitführt.
Dichtvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Nebenleitung zum Zurückführen des Teils des Öls, das in eine der Abteilungen (15) strömt, vom Spalt (14) direkt zu einem Sammelgefäß (17).