DE908692C

DE908692C - Side channel gap seal

Info

Publication number: DE908692C
Application number: DES15727D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Oesterlen
Original assignee: FRITZ OESTERLEN DR ING
Current assignee: FRITZ OESTERLEN DR ING
Priority date: 1941-12-04
Filing date: 1941-12-04
Publication date: 1954-04-08

Description

Seitenkanal-Spaltdichtung Für umlaufende Wellen, die durch Trennwände zwischen Räumen, in denen verschiedene Drücke herrschen, hindurchgehen, sind Spaltdichtungen mit durch Kegelflächen oder Achsnormalebenen oder durch eine Verbindung beider Flächen gebildete Spalte bekannt, bei denen im umlaufenden Dichtungsring eine Schaufelurig und an der feststehenden Spaltscheibe ein der Schaufelurig gegenüberstehender Kanal, der Seitenkanal, angebracht sind. Der Seitenkanal erstreckt sich nicht über den ganzen Umfang, sondern ist an einer Stelle unterbrochen. In dem aus den inneren Begrenzungswänden des Seitenkanals und der Beschaufelung umschlossenen ringförmigen Hohlraum entsteht, ähnlich der Fließbewegung in den Seitenkanalpumpen, eine schraubenförmige Strömung, die eine Drucksteigerung in der Drehrichtung der Schaufelurig erzeugt.Side channel gap seal For rotating shafts through partition walls Gap seals are used to pass between spaces in which there are different pressures with conical surfaces or axis normal planes or by connecting both surfaces formed column known, in which a Schaufelurig in the circumferential sealing ring and on the stationary split disc a channel opposite the blade, the side channel, are attached. The side channel does not extend over the whole circumference, but is interrupted at one point. In the one from within Boundary walls of the side channel and the blades enclosed annular Similar to the flow movement in the side channel pumps, the cavity is created in a helical shape Flow that creates an increase in pressure in the direction of rotation of the blades.

Der Seitenkanal ist an seinem in der Drehrichtung vorn liegenden Ende mit dem Raum hohen Druckes verbunden. An sein hinteres Ende, das Niederdruckende des Seitenkanals, schließt in ebenfalls bekannter Weise eine Fangnut an, die über den ganzen oder doch nahezu über den ganzen Umfang geführt ist und, in der radialen Durchflußrichtttng des Arbeitsmittels durch den Spalt hinter dem Seitenkanal liegend, die aus ihm abströmende Lässigkeitsmenge auffängt und seinem Niederdruckende zuleitet. Statt eines Seitenkanals werden, um außerachsige Kräfte zu vermeiden, meist zwei oder mehr gleichmäßig über den Umfang verteilte Seitenkanäle mit gleichen Durchmessern angeordnet.The side channel is at its front end in the direction of rotation associated with the space of high pressure. At its rear end, the low-pressure end of the side channel, also includes a catch groove in a known manner, which over the whole or almost over the entire circumference is performed and, in the radial Direction of flow of the working medium through the gap behind the side channel, catches the amount of leakage flowing out of it and its low pressure end feeds. Instead of one side channel, in order to avoid off-axis forces, there are usually two or more evenly distributed over the circumference side channels with the same diameter arranged.

Diese bekannte Seitenkanal-Spaltdichtung erfüllt ihren Zweck und erzeugt bei richtiger Bemessung einen Druckunterschied, der ganz oder doch nahezu ganz dem Druckunterschied auf beiden Seiten der Dichtung gleichkommt, dann. wenn der Spalt zwischen den Kegelflächen oder den Aehsnormalebenen klein ist und auch während des Betriebes klein bleibt. Nur wenn dies zutrifft, ist die Lässigkeitsmenge, die der Fangnut und von ihr wieder den Seitenkanälen zufließt, gering im Verhältnis zu der Arbeitsrnittelmenge, die in dem durch die inneren Begrenzungswände von Seitenkanal und Schaufelurig umschlossenen ringförmigen Hohlraum umgewälzt wird, und nur dann ist diese schraubenförmige Strömung fähig, den erforderlichen Druckunterschied aufrechtzuerhalten.This known side channel gap seal fulfills its purpose and generates if correctly dimensioned, a pressure difference that is entirely or almost entirely that Pressure difference on both sides of the seal equals, then. if the gap between the conical surfaces or the normal planes is small and also during the Operation remains small. Only when this is true is the amount of leakage that the Fang groove and from it flows back to the side channels, small in relation to the The amount of work in which the inner boundary walls of the side channel and shovel-like enclosed annular cavity is circulated, and only then this helical flow is able to maintain the required pressure differential.

Die Kleinhaltung dieser Spaltweite, die in der Größenordnung von =/io bis i/io mm und darunter liegt, bereitet nun vielfach erhebliche Schwierigkeiten, einmal im Hinblick auf die Ausführungsgenauigkeit, aber noch mehr dann, wenn sich Dehnungen im Gehäuse und damit in der axialen Wellenlagerung oder in der Welle selbst durch während des Betriebes auftretende Kräfte Temperaturänderungen einstellen. Es können sich dadurch die Spalte so erweitern, daß eine brauchbare Dichtung nicht mehr eintritt.Keeping this gap width small, which is in the order of magnitude of = / io up to i / io mm and below, now often causes considerable difficulties once in terms of the accuracy of execution, but even more so when Expansion in the housing and thus in the axial shaft bearing or in the shaft itself set temperature changes due to forces occurring during operation. It can thereby widen the gap so that a usable seal is not more occurs.

Hier setzt nun der Erfindungsgedanke ein. In ähnlicher Weise wie bei der bekannten Schleifringdichtung wird die sich nicht drehende Spaltscheibe durch ein federndes Glied, meist eine Schraubenfeder oder eine federnde Platte, gegen den umlaufenden Dichtungsring gedrückt, so daß im Stillstand die Spaltweite gleich Null ist. Sobald die Welle und mit ihr der Dichtungsring mit Schaufelurig sich dreht, wird die Spaltscheibe durch den in den Seitenkanälen und den angrenzenden Oberflächenteilen von Spaltscheibe und Dichtungsring entstehenden Druck vom umlaufenden Dichtungsring abgehoben, so daß keine metallische Reibung, sondern Flüssigkeits- (Öl, Wasser üsw.), Gas- oder Dampfreibung je nach dem in der Spaltdichtung befindlichen Arbeitsmittel, zwischen der sich nicht drehenden Dichtungsscheibe und dem umlaufenden Dichtungsring vorhanden ist. Gegebenenfalls muß eine zusätzliche Schmierung für diese Anlaufzeit vorgesehen werden. Die Spaltweite wird sich im Betrieb bei richtig gewählter Federkraft so einstellen, daß der in der Seitenkanaldichtung erzeugte Druckunterschied ganz oder doch nahezu ganz demjenigen auf beiden Seiten der Dichtung entspricht.This is where the idea of the invention comes in. In a similar way to the well-known slip ring seal is the non-rotating gap disc a resilient member, usually a coil spring or a resilient plate, against the circumferential sealing ring pressed so that the gap width is the same at standstill Is zero. As soon as the shaft and with it the sealing ring with blades rotates, the split disc becomes through the in the side channels and the adjacent surface parts pressure from the circumferential sealing ring created by the split washer and sealing ring lifted off, so that no metallic friction, but liquid (oil, water, etc.), Gas or steam friction depending on the working fluid in the gap seal, between the non-rotating sealing washer and the rotating sealing ring is available. Additional lubrication may be required for this start-up time are provided. The gap width will increase during operation if the spring force is correctly selected Adjust so that the pressure difference created in the side channel seal is completely or almost entirely corresponds to that on both sides of the poem.

Die sich nicht drehende Spaltscheibe muß also in Achsrichtung beweglich und an ein den Hoch- vom Niederdruckraum trennendes Element fest angeschlossen sein. Dies wird erreicht durch einen metallischen oder aus irgendeinem anderen geeigneten Stoff bestehenden Faltenbalg (Federungskörper), der mit einem Ende an einer festen Wand und mit dem anderen an der Dichtungsscheibe befestigt ist. Dieser Faltenbalg hat im allgemeinen _ nur die Trennung zwischen Hoch- und Niederdruck bei axialer Beweglichkeit zu übernehmen, nicht aber einen Anpressungsdruck zwischen Spaltscheibe und Dichtungsring herzugeben, der, wie oben schon gesagt, von einer besonderen Feder erzeugt- wird. Nur bei kleinen Anpressungsdrücken oder wenn statt des Faltenbalges eine federnde Scheibe (Membran, Diaphragma) als trennendes Glied zwischen Hoch- und Niederdruckraum verwendet wird, kann dieses federnde Glied bei ausreichender Federkraft auch zugleich zur Erzeugung des Anpressungsdruckes herangezogen werden.The non-rotating split disk must therefore be movable in the axial direction and be firmly connected to an element separating the high-pressure chamber from the low-pressure chamber. This is achieved by a metallic or any other suitable one Fabric existing bellows (spring body) that has one end attached to a fixed Wall and with the other is attached to the sealing washer. This bellows generally has _ only the separation between high and low pressure in the case of axial To take over mobility, but not a contact pressure between the split disc and give away the sealing ring, which, as I said above, comes from a special spring is produced. Only with small contact pressures or if instead of the bellows a resilient disc (membrane, diaphragm) as a separating link between high and low pressure space is used, this resilient member can with sufficient Spring force can also be used at the same time to generate the contact pressure.

Die Erfindung stellt eine Kombination der bekannten Seitenkanal-Spaltdichtung mit der Schleifringdichtung dar. Sie verbessert die Seitenkanal-Spaltdichtung dadurch, daß stets der erforderliche enge Spalt erhalten bleibt und sie deshalb auch für Maschinen, bei denen sonst während des Betriebes unzulässige Änderungen der Spaltweite eintreten würden (Verdichter, Gas- und Dampfturbinen) brauchbar wird. Die Schleifringdichtung wird in dieser neuen Form, also in Verbindung mit der Seitenkanaldichtung, dadurch verbessert, -daß zwischen den Dichtungsringen während des Betriebes keine metallische oder halb metallische Reibung mehr auftritt, sondern sich die Dichtungsflächen durch Erzeugung eines Druckes in den Seitenkanälen voneinander abheben und somit nur Flüssigkeits- oder Gas-- oder Dampfreibung vorhanden ist. Es werden dadurch die vielfach auftretenden Ermüdungsbrüche der Federungskörper vermieden, und es läßt sich diese Dichtung nach der Erfindung auch für höhere Drücke als die bisherige Schleifringdichtung verwenden.The invention provides a combination of the known side channel gap seal with the slip ring seal. It improves the side channel gap seal by that the required narrow gap is always maintained and therefore also for Machines where otherwise impermissible changes to the gap width during operation would occur (compressors, gas and steam turbines) becomes usable. The slip ring seal is in this new form, i.e. in connection with the side channel seal improved, -that between the sealing rings during operation no metallic or semi-metallic friction occurs more, but the sealing surfaces through Creating a pressure in the side channels stand out from each other and thus only liquid or gas or steam friction is present. Thereby the frequently occurring Fatigue fractures of the spring body avoided, and it can be this seal Use the invention for higher pressures than the previous slip ring seal.

In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungen der Erfindung dargestellt, wobei die Spalte durchweg zwischen Achsnormalebenen liegend gezeichnet sind. In allen Abbildungen ist rechts der Hochdruckraum angenommen, der gegen die Atmosphäre abgedichtet werden soll.In the drawing, for example, embodiments of the invention are shown, whereby the gaps are drawn throughout between the normal planes of the axis. In In all figures, the high pressure space is assumed on the right, which is against the atmosphere should be sealed.

In Fig: i (mit i a und i b) sitzt der Dichtungsring b mit der Beschaufelung c fest an der umlaufenden Welle a. Die sich nicht drehende Spaltscheibe e ist mit dem einen Ende des Federungskörpers h (Faltenbalg) verbunden, der an seinem anderen Ende mittels des Halteringes i dicht an das Gehäuse m angeschlossen ist und so den Hochdruckraum vom Niederdruckraum trennt. Den Anpressungsdruck erzeugt die Feder n. In der Spaltscheibe e sind die aus Fig. i und i b ersichtlichen zwei Seitenkanäle g1 und g2, die sich nur je über einen Teil des halben Umfangs erstrecken, und die Fangnut f ausgespart. Die Fangnut ist bei i i und i2 mit den in der Drehrichtung hinteren Enden der beiden Seitenkanäle verbunden, während die vorderen Enden durch die Aussparungen h1 und /1.z mit dem Hochdruckraum in Verbindung stehen.In Fig: i (with ia and ib) the sealing ring b with the blades c sits firmly on the rotating shaft a. The non-rotating split disc e is connected to one end of the spring body h (bellows), which at its other end is tightly connected to the housing m by means of the retaining ring i and thus separates the high-pressure chamber from the low-pressure chamber. The Anpressungsdruck produced n the spring. In the gap washer e from Fig. I and ib apparent two side channels g1 and g2, the only each extend over a part of a half circumference, and the catching groove are recessed f. At i i and i2, the catch groove is connected to the rear ends of the two side channels in the direction of rotation, while the front ends are connected to the high-pressure chamber through the recesses h1 and /1.z.

Die Bauart nach Fig.2 entspricht im Grundsatz der Fig. i, nur ist der Federungskörper und die Schraubenfeder durch eine federnde Scheibe Q ersetzt, die sowohl den Hochdruck- vom Niederdruckraum trennt als auch den Anpressungsdruck liefert. Während bei der gezeichneten Anordnung (Fig. 2) die Federscheibe p den Druckunterschied zwischen Hoch- und Niederdruck mit überwinden muß, läßt sich auch die umgekehrte Kraftwirkung erreichen, wobei dann auch der durch die Spaltdichtung erzeugte Axialschub in der umgekehrten Richtung wirkt.The design according to Fig.2 corresponds in principle to Fig. I, only is the spring body and the coil spring by a resilient washer Q replaced, which separates both the high pressure from the low pressure chamber and the contact pressure supplies. While in the arrangement shown (Fig. 2), the spring washer p the Pressure difference between high and low pressure must be overcome, too achieve the opposite force effect, then also through the gap seal generated axial thrust acts in the opposite direction.

Das letztere ist der Fall bei der Bauart nach Fig. 3, wie sie beispielsweise für Kreiselverdichter verwendet werden kann, bei denen der Axialschub von links nach rechts gegen den Saugstutzen zu wirkt und durch die Spaltdichtung zum Teil aufgehoben werden kann. Im übrigen ist die Anordnung dieselbe wie bei Fig. i und auch die Bezeichnung der einzelnen Teile ist die gleiche.The latter is the case with the type according to FIG. 3, as it is for example Can be used for centrifugal compressors where the axial thrust is from the left acts to the right against the suction port and through the gap seal in part can be canceled. Otherwise, the arrangement is the same as in Fig. I and the names of the individual parts are also the same.

Bei großen Druckunterschieden kann es zweckinäßig sein, zwei hintereinandergeschaltete Seitenkanal-Spaltdichtungen anzuordnen, je bestehend aus umlaufendem Dichtungsring und feststehender Spaltscheibe (Fig. -[). Dabei sind nach einem weiteren Erfindungsgedanken die Spaltscheiben fest miteinander verbünden und gemeinsam an den Federungskörper angeschlossen. Es ist dies deshalb zulässig, weil sich ihre axiale Entfernung klein halten läßt, so daß unterschiedliche axiale Dehnungen in der Welle und in diesem Spaltscheibenkörper keinen Einfluß haben können. Statt zwei lassen sich in gleicher Weise auch drei und mehr solcher Dichtungsspalte hintereinanderschalten.In the case of large pressure differences, it can be useful to have two series-connected To arrange side channel gap seals, each consisting of a circumferential sealing ring and fixed split disc (Fig. - [). Here are according to a further inventive idea connect the split discs firmly together and together to the spring body connected. This is permissible because their axial distance is small can hold, so that different axial expansions in the shaft and in this Split disk bodies can have no influence. Instead of two can be in the same Way also three or more such sealing gaps one behind the other.

Der Federungskörper hat bei der Anordnung nach Fig.4 den vollen Druckunterschied auszuhalten und die Feder muß den Anpressungsdruck für beide Dichtungen hergeben. Über bestimmte Druckhöhen lassen sich die Federungskörper nun nicht mehr herstellen. Um die Seitenkanal-Spaltdichtung mit axialer Einstellung auch für noch höhere Drücke anwenden zu können, wird der Druck durch zwei oder mehr hintereinandergeschaltete Seitenkanal-Spaltdichtungen unterteilt und erfindungsgemäß jede der sich nicht drehenden Spaltscheiben der einzelnen Spaltdichtung mit Federungskörper und Feder bzw. statt beider mit einer Federscheibe zusammengebaut. Jeder Federungskörper hat dann nur einen Teildruck auszuhalten. In der Abb. 5 ist dieser Erfindungsgedanke für eine Zweiteilung des gesamten Druckunterschiedes beispielsweise dargestellt.In the arrangement according to FIG. 4, the spring body has the full pressure difference withstand and the spring must provide the contact pressure for both seals. The suspension bodies can no longer be produced above certain pressure levels. Around the side channel gap seal with axial adjustment also for even higher pressures To be able to apply, the pressure is achieved by two or more connected in series Side channel gap seals divided and according to the invention each of the non-rotating Split washers of the individual gap seal with spring body and spring or instead both assembled with a spring washer. Each suspension body then only has to withstand a partial pressure. In Fig. 5, this inventive idea is for a Dividing the total pressure difference into two parts is shown, for example.

Die Erfindungsgedanken nach Fig. 4 und 5 lassen sich auch kombinieren, so daß z. B. bei Unterteilung des Druckunterschiedes in mehrere Stufen nach Fig.5 in jeder Druckstufe statt einer auch zwei oder mehr Seitenkanal-Spaltdichtungen mit fest miteinander verbundenen Spaltscheiben, entsprechend der Abb.4 hintereinander angeordnet sein können.The inventive ideas according to FIGS. 4 and 5 can also be combined, so that z. B. when subdividing the pressure difference into several stages according to Fig.5 in each pressure stage two or more side channel gap seals instead of one with firmly interconnected split discs, one after the other according to Figure 4 can be arranged.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Side channel gap seal with rotating surfaces, in particular conical surfaces or axial planes formed columns, in which by a blade in the circumferential sealing ring and its in the fixed gap disc opposite side channels that are in communication with the high pressure chamber and into which one or more catch grooves open, a pressure difference is generated, characterized in that the non-rotating gap disc (e) in an axial Direction is resiliently mounted in a known manner and the forces or thermal expansion caused displacements of the stuck on the shaft Sealing ring follows.

2. side channel gap seal according to claim i, characterized by a spring body connected to the non-rotating sealing washer (e) (Bellows k) and the arrangement of a spring (s) or instead of both by using a spring washer (p) to achieve the axial displacement of the split washer (e).

3. Side channel gap seal according to claims i and 2, in which the pressure difference, against which is to be sealed is divided into two or more parts and two or more such side channel gap seals are connected in series, thereby characterized in that the non-rotating gap disks (e) of the individual gap seals firmly connected to one another in the axial direction and axially flexible in their entirety are stored.

4. side channel gap seal according to claims i and 2, in which the pressure difference to be sealed against is divided into two or more parts and two or more side channel gap seals are connected in series are characterized in that each of the non-rotating split discs (e) the individual gap seals are supported flexibly in the axial direction, So with a spring body (bellows k) and spring (s), or instead of both with one Spring washer (p) is assembled. References Cited: United States Patent Specification No. 2,080,403; German Patent Nos. 499 879, 626 378, 517 824, 516: 263, 59 461.