-
Abdichtung mittels Dichtungsflüssigkeit für einen durch eine Wandung
hindurchgeführten rotierenden Körper Die Erfindung betrifft eine Abdichtung mittels
Dichtungsflüssigkeit für einen senkrecht durch eine Wandung hindurchgeführten umlaufenden
Körper, deren Dichtungsraum einen unteren Sammelraum, einen oberen Ausgleichsraum
und einen den Körper umgebenden, Sammel- und Ausgleichsraum miteinander verbindenden,
steigrohrähnlichen Raum enthält, insbesondere für Pumpenwellen.
-
Bekannte Abdichtungen dieser Art haben an der mit der Welle umlaufenden
Wandung des unteren Sammelraumes in diesen hineinragende Rippen, durch die als Abdichtungsflüssigkeit
verwendetes Quecksilber in Drehung versetzt wird, so daß die Wandung und das sie
berührende Quecksilber gleiche Geschwindigkeit aufweisen. Durch das Mitdrehen der
Flüssigkeit entstehen Querströmungen in der Abdichtungsflüssigkeit. Fördermittel
und Abdichtflüssigkeit vermischen sich dann während des Betriebes leicht. Zum Beispiel
können sich, wenn es sich um ein Gebläse zur Förderung von Gasen handelt, Gasblasen
mit der Abdichtungsflüssigkeit vermischen, in den steigrohrähnlichen Raum gelangen
und trotz der Abdichtungsflüssigkeit nach außen entweichen. Ferner kann, wenn verschiedene
Abdichtungsflüssigkeiten von verschiedenem spezifischem Gewicht verwendet werden,
durch die Querströmung eine Vertauschung in der Reihenfolge der Abdichtungsflüssigkeiten
stattfinden, durch die Schäden oder gefährliche Betriebszustände entstehen können.
Weiter sind bei diesen
Abdichtungen infolge der die Drehung verursachenden
Rippen an der Wandung und am Boden des unteren Sammelraumes verhältnismäßig weite
Durchgangskanäle für die Abdichtungsflüssigkeit aus dem Sammelraum in den kommunizierenden,
steigrohrähnlichen Raum vorhanden, durch die die Abdichtungsflüssigkeit etwaigen
Druckschwankungen leicht folgen und von dem unteren Sammelraum in den oberen Ausgleichsraum
und umgekehrt strömen kann; sie pendelt dann.
-
Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, zu verhindern, daß sich
Förder- und Dichtungsflüssigkeit beim Betrieb miteinander vermischen. Sie besteht
darin, daß in denn unteren Sammelraum mit einem feststehenden Teil der Abdichtung
verbundene, ein Drehen der Dichtungsflüssigkeit verhindernde Rippen od. dgl. vorgesehen
sind.
-
Zum gasdichten Verschließen von Stopfbüchsen an der senkrecht stehenden
Welle von Autoklaven sind zwar Flüssigkeitsbehälter bekannt, in denen feststehende
Rippen angeordnet sind, mit denen erreicht werden soll, daß der Spiegel der Dichtungsflüssigkeit
während des Betriebes eben bleibt, also nicht in dem Behälter nach außen oder aus
ihm heraus in das Stopfbüchsengehäuse geschleudert wird. Die Abdichtungsflüssigkeit
und die im Autoklav eingeschlossene, dampfentwickelnde Flüssigkeit stehen dort nicht
miteinander in Berührung.
-
Durch die Erfindung wird es auch möglich, mehrere verschiedenartige
übereinanderliegende Abdichtungsflüssigkeiten von verschiedenem spezifischem Gewicht
zu verwenden, ohne daß sie sich vermischen, obwohl meist eine wesentliche Menge
Abdichtungsflüssigkeit jeweils beim Inbetriebsetzen aus dem Sammelraum in den steigrohrähnlichen
Raum und gegebenenfalls in den oberen Ausgleichsraum verdrängt wird. Weiter lassen
sich die ortsfesten Rippen so ausbilden, daß der Durchtritt für die Abdichtungsflüssigkeit
aus dem unteren Sammelraum in den steigrohrähnlichen Verbindungsraum weitgehend
gedrosselt ist. Plötzlich eintretenden Druckschwankungen in dem abzudichtenden Arbeitsraum
vermag die Abdichtungsflüssigkeit dann nicht mehr zu folgen, so daß es bei den üblichen
Betriebsdrücken nicht vorkommen kann. daß die Abdichtflüssigkeit ganz aus dem steigrohrähnlichen
Raum herausgedrückt wird, die Dichtung also nicht mehr wirkt. Es wird damit bei
jeder plötzlichen Druckänderung im Arbeitsraum einwandfrei gedichtet. Durch den
unteren Sammelraum und den oberen Ausgleichsraum ist dafür gesorgt, daß bei Druckschwankungen
an beiden Enden des rohrförmigen Verbindungsraumes eine genügende Menge Dichtungsflüssigkeit
für den Druckausgleich zur Verfügung steht.
-
Bei einem andern Ausführungsbeispiel ist in dem als feststehender,
mit der Wandung verbundener Behälter ausgebildeten unteren Sammelraum ein mit der
Welle verbundenes Schaufelrad vorgesehen, das die Dichtungsflüssigkeit unter (der
Saugwirkung der Pumpe entgegengesetzt gerichtete) Druckkraft setzt, wobei zweckmäßig
die Wandung des Sammelraumes mit Leitschaufeln versehen ist. Wenn dann z. B. im
Saugraum einer Pumpe der Druck während des Betriebes sinkt, wird die Dichtungsflüssigkeit
durch die Gegenpumpe von der Förderflüssigkeit im Saugraum ferngehalten. Sie kann
sich also nicht mehr mit ihr vermischen. Das Schaufelrad kann leicht so bemessen
werden, däß seine Leistung mit zunehmender Drehzahl der Pumpe dem abnehmenden Druck
im Pumpensaugraum jeweils standhält.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Fig,, i zeigt die Abdichtung für eine Pumpe mit senkrechter
Welle, bei welcher der Sammelraum als ein mit der Welle umlaufender Behälter ausgebildet
ist; Fig. 2 erläutert eine Einzelheit aus Fig. i ; Fig. 3 und .a. stellen eine weitere
Ausführung des Sammelraumes nach Fig. i dar, wobei der Sammelraum außerdem vom Saugraum
der Pumpe durch einen Spalt abgeschlossen, hingegen mit dem Saugbehälter der Förderflüssigkeit
durch eine weite Leitung verbunden ist; Fig. 5 gibt ein Ausführungsbeispiel wieder,
bei dem der Sammelraum als feststehender Behälter mit der Wandung, ein geschlossenes
Schleuderrad, das die Dichtungsflüssigkeit im Sammelraum unter Druck setzt, hingegen
mit der Welle dichtend verbunden ist; Fig. 6 und 7 zeigen die Anordnung der Schaufelung
des Schleuderrades im Schnitt nach den Schnittlinien V1 und VII der Fig. 5.
-
Die mit dem Laufrad 2 auf der Welle 3 ausgerüstete Pumpe i nach Fig.
i, die über die Kupplung q. mit irgendeiner Kraftmaschine gekuppelt ist, entnimmt
die Förderflüssigkeit, z. B. eine leicht verdampfende Flüssigkeit oder eine Säure,
einem nicht gezeichneten Behälter über das Saugrohr 5 und drückt sie durch den Druckstutzen
6 über die Druckleitung; dem Verwendungs- oder Speicherort zu.
-
Die Welle 3, die durch die Wandungen 8 des Saugraumes g bzw. des Gehäuses
der Pumpe i hindurchgeführt ist, wird durch eine oder mehrere Abdichtungsflüssigkeiten
abgedichtet. Dazu ist außer einem einen Teil der Abdichtung bildenden Sammelraum
io für die Dichtungsflüssigkeit i i, der als ein mit der Welle umlaufender becherförmiger
Behälter 12 ausgebildet und am oberen Ende 13 schalenförmig erweitert ist, ein weiterer
mit dem Sammelraum io kommunizierender spaltförmiger Dichtungsraum 15 zwischen
der Welle 3 und dem diese umgebenden, als Rohr ausgebildeten Gehäuse 16 vorgesehen.
-
In den Sammelraum io ragt der mit der Wandung 8 verbundene Einsatz
17 mindestens bis unterhalb des niedrigsten Standes der Dichtungsflüssigkeit i i
im Behälter i2 hinein. Er ist im Bereich der Dichtungsflüssigkeit ii mit einem Flansch
18 versehen, der bis auf einen Spalt i9 fast an die Innenwandung des umlaufenden
Behälters 12 heranreicht. Der Flansch 18 ist mit einer oder mehreren Drosselbohrungen
2o versehen. Der Raum 21 am offenen Ende des Behälters 12 steht
mittels
der Bohrung 22 mit dem Saugraum 9 in Verbindung.
-
Auch der spaltförmige Dichtungsraum 15 ist an seinem dem Sammelraum
io gegenüberliegenden Ende zu einem Behälter 23 schalenförmig erweitert, der mittels
eines Deckels 24 mit einer Druckausgleichsöffnung 25 geschlossen ist. Der Einsatz
17 ist mit Rippen 26 (Fig. 2) versehen, welche ein Kreisen der Dichtungsflüssigkeit
i i im Behälter 12 verhindern.
-
Der Stand der Dichtungsflüssigkeit i i im Sammelraum io und im Dichtungsraum
15 ist für einen Betriebszustand der Pumpe i gezeichnet, bei welchem das Fördermittel
unter Druck eingeführt wird, so daß die Dichtungsflüssigkeit ii bis zum Flüssigkeitsspiegel
27 im Behälter 23 angestiegen ist. Die Art der Dichtungsflüssigkeit ii hängt von
den Drücken im Saugraum und von der Art der Förderflüssigkeit ab. Bei geringen Drücken
kann es 0l oder Wasser sein. Bei hohen Zufuhrdrücken, z. B. io m WS, wird eine schwere
Flüssigkeit, wie Tetrachlorid öder Quecksilber, verwendet.
-
Die Oberfläche 28 der Dichtungsflüssigkeit i i im Sammelraum io wird
durch eine weitere Dichtungsflüssigkeit 29, die als Sperrflüssigkeit wirkt, vor
dem Einwirken einer z. B. angreifenden Förderflüssigkeit oder bei heißen Förderflüssigkeiten
vor Verdampfung geschützt. Auch im Behälter 23 ist die Oberfläche 27 der Dichtungsflüssigkeit
i i durch eine Dichtungs- bzw. Sperrflüssigkeit 30 geschützt. Dies ist z.
B. der Fall bei Quecksilber als Dichtungsflüssigkeit, wenn dieses, durch die Förderflüssigkeit
erwärmt, vor Verdampfung geschützt werden soll.
-
Bei Stillstand der Pumpe i bzw. bei Wegfall des Zulaufdruckes fließt
die im Behälter 23 und im Dichtungsraum 15 vorhandene Dichtungsflüssigkeit i i zusammen
mit der Sperrflüssigkeit 30 zum Sammelraum io ab. Der Inhalt des Sammelraumes
10 ist so groß, daß die gesamten Dichtungs- und etwaigen Sperrflüssigkeiten
darin aufgenommen werden können. Die Breite des spaltförmigen Dichtungsraumes 15
bildet einen Bruchteil der Differenz d zwischen Außen- und Innenhalbmesser des von
der Dichtungsflüssigkeit i i im Sammelraum io eingenommenen Raumes.
-
Bei plötzlichen Druckschwankungen im Saugraum 9 verhindern der Spalt
i9, die Drosselbohrungen 20 oder beide gemeinsam ein starkes Pendeln der Abdichtungsflüssigkeit
i i in dem Sammelraum io und im Behälter 23 bzw. im Dichtungsraum 15, gleichgültig,
ob nun der Druck im Saugraum 9 plötzlich zu- oder abnimmt. Im letzteren Fall, z.
B. bei Unterdruck, bewirkt die schalenförmige Erweiterung 13 des Behälters 12, um
einen Verlust und ein Austreten an Dichtungsflüssigkeit aus dem Sammelraum io zu
verhindern, daß auch bei plötzlichem Druckabfall im Saugraum 9 der Anstieg der Dichtungsflüssigkeit
i i sofort verlangsamt wird.
-
In Fig. 3 und q. ist der Einsatz 31 mit einer großen Zahl von Rippen
32 versehen, die auf ihrer ganzen Länge bis auf einen kleinen Spalt fast an die
innere Wandung des becherförmigen Behälters 12 heranreichen. Die engen Nuten 33
von geringem Inhalt bilden dabei zwischen diesen Rippen 32 den Sammelraum für die
Abdichtungsflüssigkeit i i. Dadurch wird der Bedarf an Dichtungsflüssigkeit, z.
B. bei Quecksilber, weitgehend herabgesetzt. Besonders bei Unterdruck im Saugraum
9 ist dies von Vorteil. Außerdem wird nicht nur ein Kreisen derAbdichtungsflüssigkeit
vermieden, sondern auch die Möglichkeit des Auftretens von schädlichen Strömungen
in der Dichtungsflüssigkeit i i weitgehend verringert.
-
Der Raum 21 ist mit dem Saugraum 9 nur durch einen Spalt 34 verbunden,
während ihn eine Verbindungsleitung 35 mit dem Saugbehälter der Förderflüssigkeit
verbindet. Dies hat den Vorteil, daß, wenn der Druck im Saugraum stark schwankt,
diese Druckschwankungen sich nicht auf den Raum 21 und auf den Stand der Abdichtungsflüssigkeit
i i auswirken, da infolge des genügenden Querschnittes der Verbindungsleitung 35
im Raum 21 stets der im Saugbehälter herrschende Druck vorhanden sein wird. Dies
bewirkt, daß es zu keinerlei Pendelungen der die Welle 3 abdichtenden Flüssigkeitssäule
kommen kann.
-
In Fig. 5 ist der Sammelraum 36 als feststehender Behälter 37 mit
der Wandung 8 verbunden, so daß er das geschlossene, glockenförmig ausgebildete
Schleuderrad 38 mit der Welle 3 abdichtet. Das Schleuderrad 38 setzt die Dichtungsflüssigkeit
i i im Raum 36 unter Druck. Dazu ist das Schleuderrad 38 mit einem am freien Ende
von der Welle abstehenden Flansch 39 versehen, der Schaufeln 40 hat, während außerdem
an der Wandung 8 Leitschaufeln 41 vorgesehen sein können.
-
Um ein Auslaufen des Sammelraumes 36 zu verhindern, ist eine innerhalb
des Glockenteiles des Schleuderrades 38 angeordnete, am Boden des Behälters 37 befestigte
Büchse 42 vorgesehen. Der obere Teil des Dichtungsraumes 15 liegt zwischen der Welle
3 und dem Gehäuse 43, der untere Teil zwischen dem Glockenteil des Schleuderrades
38 und dem Gehäuse 43. Wie in Fig. i ist auch hier am oberen Ende des Dichtungsraumes
15 ein schalenförmig erweiterter Behälter 23 vorgesehen. Der Druck im Saugraum 9
kann sowohl unter als über der Atmosphäre liegen.
-
Fig.6 zeigt eine Ausbildungsform der Laufschaufeln 40, die für beide
Drehrichtungen geeignet ist. Fig.7 erläutert diezugehörigenLeitschaufeln4.
-
Die Wirkungsweise der Abdichtung besteht im folgenden: Bei Druckgleichheit
über der Dichtungsflüssigkeit ii im Sammelraum 10, 33 bzw. 36 und im spaltförmigen
Dichtungsraum 15 steht die Oberfläche des Dichtungsmittels i i infolge der kommunizierenden
Verbindung in den beiden Räumen gleich hoch. Dadurch, daß der Einsatz 17, 31 bzw.
das glockenförmig ausgebildete Schleuderrad 38 am unteren Ende von der Dichtungsflüssigkeit
umgeben ist, ist im Stillstand eine vollständige Abdichtung erzielt.
-
Beim Auftreten eines Überdruckes im Saugraum 9 während des Betriebes
sinkt der Flüssigkeitsstand im Sammelraum 10, 33 bzw. 36, während
die
Dichtungsflüssigkeit im Dichtungsraum 15 ansteigt. Bei Unterdruck im Saugraum 9
hingegen steigt die Dichtungsflüssigkeit im Sammelraum io, 33 bzw. 36 und sinkt
im Dichtungsraum 15 unter der Wirkung des den Unterdruck im Saugraum 9 übersteigenden
Druckes der Umgebung. Da aber auch beim niedrigsten im Betrieb vorkommenden Flüssigkeitsstand
im Sammelraum 1o, 33 oder 36 bzw. im Dichtungsraum 15 der Einsatz 17, 31 bzw. das
Schleuderrad 38 noch in die Dichtungsflüssigkeit eintaucht, ist auch im Betrieb
ein absolutes Dichthalten gewährleistet.