EP1552160B1 - Einen spalt definierendes, auf einer welle anzuordnendes element - Google Patents

Einen spalt definierendes, auf einer welle anzuordnendes element Download PDF

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EP1552160B1 EP03747936A EP03747936A EP1552160B1 EP 1552160 B1 EP1552160 B1 EP 1552160B1 EP 03747936 A EP03747936 A EP 03747936A EP 03747936 A EP03747936 A EP 03747936A EP 1552160 B1 EP1552160 B1 EP 1552160B1
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gap
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    • Y10T403/458—Composite bushing with elastomeric component

Definitions

  • a shaft seal according to the U.S.-A-4,451,048 is designed for turbines with very high speeds.
  • the sealing ring used consists of a carbon material and has free axial end faces. In order to withstand the high temperatures that occur at these speeds, the sealing ring interacts with heat-conducting metallic counter-rings.
  • a generic element was already in the objects of the DE 100 38 586 A1 and the DE 100 62 204 A1 used. There it served as a relief piston in an axial thrust balancing device or as a sealing bushing in a shaft seal. Common to both applications was that a slotted elastic ring was used, which was slightly widened during operation of the turbomachine by the applied pressure, pressed against the housing inner wall and thus fixed. However, the invention does not aim solely at elements with slotted rings, it should also be applicable to closed rings. Regardless of the design results in wrestling of a soft, flowable material, the problem that they gradually by the pressure on them with its edge zone on one side gradually into the gap between the mounted on the shaft piston and the bush and the surrounding Housing bore to be pressed. This results in an increasing wear of the ring and the risk of a decrease in the sealing effect.
  • the object of the invention is to avoid the aforementioned wear and thus to extend the service life of the ring, including the element described above.
  • the ring consists of a soft, flowable material, that in the ring surrounding the rigid wall a recess is formed, which surrounds the free of the walls of the bush-like part end faces of the ring, wherein one of the lateral Limits of the recess is formed by a detachably connected to the rigid wall tubular member.
  • the ring is enclosed on all sides, so there is no gap left in which the ring could escape.
  • a limiting ring detachably connected to this part is arranged in the wall of the recess of the piston or the bush opposite the tubular part.
  • a Mount longitudinally split split ring can be in this way an elastic, by a Mount longitudinally split split ring. This can, however, with less effort for the shaft-side socket-like part, also expanded and pushed over one of the lateral walls of the bush-like part.
  • a particular advantage of the invention is that the entire element including the enclosing wall, which in this case is likewise formed by a bushing, can be combined from separately produced parts outside the turbomachine into a ready-to-mount cartridge.
  • the invention is to be used especially for an axial thrust balancing device or a shaft seal with advantage.
  • Fig. 1 and 2 shown cartridges serve as a discharge piston in Axialschubaus Diseases Pains Roaden.
  • a - not shown - centrifugal pump housing rotatably and immovably to be arranged bushing 1.
  • the remaining parts of the elements are respectively inserted into the socket 1.
  • On the - not shown - shaft of the centrifugal pump is another sleeve-like element to arrange a piston 2 and 3 respectively.
  • the piston 2 in the execution of Fig. 1 has a recess 4, in which a piston ring 5 is inserted.
  • the piston ring 5 is made of elastic material and is separated by a - not shown - axially extending slot. The elasticity and the separation make it possible for the piston ring 5 over the Slide side wall 6 of the piston and let snap into the recess 4.
  • a tubular retaining ring 7 is provided, which is inserted into the socket 1 after insertion of the piston 2 and the piston ring 5 and fastened by screws 8 to the bushing 1.
  • the retaining ring 7 has two effects: First, the cohesion of the cartridge is accomplished by him. Second, it prevents expansion of the piston ring 5 in the area between the piston 1 and sleeve 2, whereby a gradual wear in the range of a gap existing in the prior art design is avoided.
  • the piston 3 in the execution of Fig. 2 has a paragraph 9, on which a closed piston ring 10 is pushed.
  • a closed piston ring 10 is pushed.
  • the retaining ring 7 and the screws 8 correspond to the embodiment of Fig. 1 ,
  • a modification results when, instead of a ready-to-install cartridge mounted in the housing of the turbomachine bushing is used, which is only connected in the housing with the other parts of the element. Even with such, less advantageous appearing embodiment, the invention is nevertheless used.

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Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein auf der Welle einer Strömungsmaschine anzuordnendes, einen Spalt für den begrenzten Durchtritt eines Strömungsmediums definierendes Element, mit einem auf der Welle der Strömungsmaschine anzuordnenden buchsenartigen Teil, welches an seinem Außenumfang eine Ausnehmung für einen Ring besitzt, wobei der an seinen Stirnseiten von kreisringförmigen Wänden der Ausnehmung teilweise umschlossene Ring während des Betriebs der Strömungsmaschine
    1. a) mit den kreisringförmigen Wänden der Ausnehmung jeweils einen axialen Spalt und mit dem Grund der Ausnehmung einen radialen Spalt bildet,
    2. b) von einer den Ring umgebenden starren Wandung durch Reibschluß gehalten wird.
  • Eine Wellendichtung gemäß der US-A-4 451 048 ist für Turbinen mit sehr hohen Drehzahlen ausgelegt. Der verwendete Dichtring besteht aus einem Kohlematerial und weist freie axiale Stirnflächen auf. Um den bei diesen Drehzahlen sich einstellenden hohen Temperaturen standhalten zu können, wirkt der Dichtring mit wärmeleitenden metallischen Gegenringen zusammen.
  • Aus der US-A-3 477 385 ist eine Labyrinthdichtung mit einer Vielzahl von gleich aufgebauten, im Querschnitt L-förmigen Ringen bekannt. Diese hintereinander angeordneten L-förmigen Ringe bilden einen Dichtspalt, der von der Form her dem Verlauf einer Wandung eines Faltenbalges ähnelt. Die Ringe sind aus einem festen metallischen Material und benötigen definierte Spaltabstände, um den druckabbauenden Drosselspalt bzw. -raum zwischen sich auszubilden. Zusätzlich ist eine weitere Dichtung in Form eines Wellendichtringes erforderlich.
  • Ein gattungsgemäßes Element wurde bereits bei den Gegenständen der DE 100 38 586 A1 und der DE 100 62 204 A1 verwendet. Dort diente es als Entlastungskolben in einer Axialschubausgleichseinrichtung bzw. als Dichtbuchse in einer Wellenabdichtung. Gemeinsam war beiden Anwendungen, daß ein geschlitzter elastischer Ring eingesetzt wurde, der während des Betriebes der Strömungsmaschine durch den anstehenden Druck geringfügig aufgeweitet, gegen die Gehäuseinnenwand gepreßt und solchermaßen fixiert wurde. Die Erfindung zielt aber nicht allein auf Elemente mit geschlitzten Ringen, sie soll auch bei geschlossenen Ringen anwendbar sein. Unabhängig von der Gestaltung ergibt sich bei Ringen aus einem weichen, fließfähigen Material das Problem, daß sie durch den auf ihnen lastenden Druck mit ihrer Randzone auf der einen Seite allmählich in den Spalt zwischen dem auf der Welle angebrachten Kolben bzw. der Buchse und der umgebenden Gehäusebohrung gepreßt werden. Hieraus ergibt sich ein zunehmender Verschleiß des Ringes und die Gefahr eines Nachlassens der Dichtwirkung.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den angesprochenen Verschleiß zu vermeiden und damit die Standzeit des Ringes, also auch des eingangs beschriebenen Elementes zu verlängern.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ring aus einem weichen, fließfähigen Material besteht, daß in der den Ring umgebenden starren Wandung eine Ausnehmung gebildet wird, die die von den Wänden des buchsenartigen Teils freien Stirnflächen des Rings umschließt, wobei eine der seitlichen Begrenzungen der Ausnehmung durch ein lösbar mit der starren Wandung verbundenes rohrförmiges Teil gebildet wird.
  • Durch die erfindungsgemäße Gestaltung wird der Ring allseitig umschlossen, es verbleibt somit kein Spalt, in den der Ring ausweichen könnte.
  • Um einen geschlossenen Ring in seine Position innerhalb des Kolbens bzw. der wellenseitigen Buchse bringen zu können, ist in der dem rohrförmigen Teil gegenüberliegenden Wand der Ausnehmung des Kolbens bzw. der Buchse ein lösbar mit diesem Teil verbundener Begrenzungsring angeordnet. Selbstverständlich läßt sich auf diese Weise auch ein elastischer, durch einen längs verlaufenden Spalt aufgetrennter Ring montieren. Dieser kann allerdings, bei geringerem Aufwand für das wellenseitige buchsenartige Teil, auch aufgeweitet und über eine der seitlichen Wände des buchsenartigen Teils geschoben werden.
  • Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das gesamte Element einschließlich der umschließenden Wandung, die in diesem Fall ebenfalls von einer Buchse gebildet wird, aus gesondert hergestellten Teilen außerhalb der Strömungsmaschine zu einer montagefertigen Patrone zusammengefaßt werden kann.
  • Die Erfindung ist vor allem für eine Axialschubausgleichseinrichtung oder eine Wellenabdichtung mit Vorteil einzusetzen.
  • Anhand zweier Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
    • Fig. 1
    eine Schnittdarstellung eines als montierbare Patrone gestalteten Elements mit einem in Achsrichtung durch einen Schlitz aufgeteilten elastischen Ring;
    Fig. 2
    eine Schnittdarstellung einer weitgehend der Fig. 1 entsprechenden Patrone mit einem geschlossenen Ring.
  • Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Patronen dienen als Entlastungskolben in Axialschubausgleichseinrichtungen. Beiden Ausführungen gemeinsam ist eine in einem - nicht dargestellten - Kreiselpumpengehäuse drehfest und unverschieblich anzuordnende Buchse 1. Die übrigen Teile der Elemente sind jeweils in die Buchse 1 eingefügt. Auf der - nicht dargestellten - Welle der Kreiselpumpe ist ein weiteres buchsenartiges Element, ein Kolben 2 bzw. 3 anzuordnen.
  • Der Kolben 2 in der Ausführung der Fig. 1 besitzt eine Ausnehmung 4, in die ein Kolbenring 5 eingesetzt ist. Der Kolbenring 5 besteht aus elastischem Material und ist durch einen - nicht dargestellten - axial verlaufenden Schlitz aufgetrennt. Die Elastizität und die Auftrennung ermöglichen es, den Kolbenring 5 über die Seitenwand 6 des Kolbens zu schieben und in die Ausnehmung 4 einrasten zu lassen. Auf der der Seitenwand 6 gegenüberliegenden Seite der Patrone ist ein rohrförmiger Haltering 7 vorgesehen, der nach dem Einfügen des Kolbens 2 und des Kolbenringes 5 in die Buchse 1 eingesetzt und durch Schrauben 8 an der Buchse 1 befestigt wird. Der Haltering 7 hat zwei Wirkungen: Erstens wird durch ihn der Zusammenhalt der Patrone bewerkstelligt. Zweitens verhindert er eine Ausdehnung des Kolbenringes 5 in den Bereich zwischen Kolben 1 und Buchse 2, wodurch ein allmählicher Verschleiß im Bereich eines bei der vorbekannten Ausführung vorhandenen Spaltes vermieden wird.
  • Der Kolben 3 in der Ausführung der Fig. 2 besitzt einen Absatz 9, auf den ein geschlossener Kolbenring 10 aufgeschoben ist. Um eine vollständige Ausnehmung, in welcher der Kolbenring gehalten wird, zu bilden, wird auf der offenen Seite des Kolbens 3, also gegenüber dem Haltering 7, ein mittels Schrauben 11 am Kolben 3 befestigter Begrenzungsring 12 angebracht. Der Haltering 7 und die Schrauben 8 entsprechen der Ausführung der Fig. 1.
  • Eine Abwandlung ergibt sich, wenn statt einer einbaufertigen Patrone eine im Gehäuse der Strömungsmaschine befestigte Buchse verwendet wird, die erst im Gehäuse mit den übrigen Teilen des Elementes verbunden wird. Auch bei einer solchen, weniger vorteilhaft erscheinenden Ausführung wird gleichwohl die Erfindung genutzt.
  • Obwohl einem anderen Zwecke dienend, ist der Aufbau eines Elementes zur Wellenabdichtung grundsätzlich der gleiche wie bei den hier erläuterten Entlastungseinrichtungen. Dort werden die entsprechenden Teile allerdings mit anderen Bezeichnungen belegt als in den hier vorgestellten Ausführungsbeispielen.

Claims (8)

  1. Auf der Welle einer Strömungsmaschine anzuordnendes, einen Spalt für den begrenzten Durchtritt eines Strömungsmediums definierendes Element, mit einem auf der Welle der Strömungsmaschine anzuordnenden buchsenartigen Teil (2, 3), welches an seinem Außenumfang eine Ausnehmung (4, 9) für einen Ring (5, 10) besitzt, wobei der an seinen Stirnseiten von kreisringförmigen Wänden der Ausnehmung (4, 9) teilweise umschlossene Ring (5, 10) während des Betriebs der Strömungsmaschine
    a) mit den kreisringförmigen Wänden der Ausnehmung (4, 9) jeweils einen axialen Spalt und mit dem Grund der Ausnehmung einen radialen Spalt bildet,
    b) von einer den Ring (5, 10) umgebenden starren Wandung (1) durch Reibschluß gehalten wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (5, 10) aus einem weichen, fließfähigen Material besteht, daß in der starren Wandung (1) eine Ausnehmung gebildet wird, die die von den Wänden des buchsenartigen Teils freien Stirnflächen des Rings (5, 10) umschließt, wobei eine der seitlichen Begrenzungen der Ausnehmung durch ein lösbar mit der starren Wandung (1) verbundenes rohrförmiges Teil (7) gebildet wird.
  2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem rohrförmigen Teil (7) gegenüberliegende Wand der Ausnehmung (9) im buchsenartigen Teil (3) durch einen lösbar mit dem buchsenartigen Teil (3) verbundenen Begrenzungsring (12) gebildet wird.
  3. Element nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen elastischen Ring (5), der durch einen längs verlaufenden Spalt aufgetrennt ist und der durch Aufweiten über eine der seitlichen Wände (6) des buchsenartigen Teils zu schieben und zum Einrasten in der Ausnehmung (4) des Teils (2) zu bringen ist, wobei das reibschlüssige Anlegen des Rings (5) an die ihn umgebende starre Wandung (1) durch ein während des Betriebs der Strömungsmaschine erfolgendes Aufweiten geschieht.
  4. Element nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Ring (10), der mit Reibschluß in die ihn umschließende starre Wandung (1) eingefügt ist.
  5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ring (5, 10) umschließende Wandung von einer drehfest und unverschieblich im Gehäuse der Strömungsmaschine zu befestigenden Buchse (1) gebildet wird.
  6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element als außerhalb der Strömungsmaschine zu komplettierende, montagefertige Patrone gestaltet ist.
  7. Verwendung eines Elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für eine Axialschubausgleichseinrichtung.
  8. Verwendung eines Elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für eine Wellenabdichtung.
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