WO2002066871A1 - Flüssigkeitsdichtungsanordnung - Google Patents

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WO2002066871A1
WO2002066871A1 PCT/EP2002/000452 EP0200452W WO02066871A1 WO 2002066871 A1 WO2002066871 A1 WO 2002066871A1 EP 0200452 W EP0200452 W EP 0200452W WO 02066871 A1 WO02066871 A1 WO 02066871A1
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seal
liquid
sealing
leakage
main
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PCT/EP2002/000452
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Rudolf Kollinger
Dieter Ziegenbein
Stefan Czeizner
Original Assignee
Burgmann Dichtungswerke Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings

Definitions

  • the invention relates to a liquid sealing arrangement for sealing a rotating component against a stationary component, e.g. a shaft relative to a housing, according to the preamble of claim 1.
  • the leakage recirculation of the known liquid seal arrangement is intended to prevent a leak that cannot be completely avoided, but is always very small, from reaching the surroundings along a main seal.
  • the main seal is therefore designed to seal the medium as far as possible.
  • a labyrinth seal or gland packing can also be provided as the main seal.
  • the design of the main seal for minimized leakage has the result that more or less significant friction occurs between the sealing surfaces that come into contact with one another and move relative to one another and thus wear that limits the service life.
  • the invention has for its object to provide a liquid seal arrangement of the generic type, in which wear during operation as a result of solid friction or the like is completely or at least largely avoided. At the same time, a high sealing effect of the liquid sealing arrangement should be guaranteed, so that even toxic or aggressive environmentally harmful liquids are reliably prevented from accessing the environment. According to the invention, this object is achieved by the features according to the characterizing part of claim 1.
  • a feature of the liquid seal arrangement according to the invention is the combination of a leakage recirculation with a design of the main seal such that it does not have only a small or negligible leakage, as before, but instead specifically creates and maintains an increased leakage flow between the sealing surfaces moving relative to one another.
  • the service life of the liquid seal arrangement exceeds that of the known generic seal arrangements many times, the lower side requirements for the accuracy of fit of the structural parts of the main seal being an advantageous side effect.
  • the main seal can be designed as a labyrinth seal or throttle gap seal, a single-acting mechanical seal is preferably provided for this purpose, which can basically have a conventional structure, but is specifically modified to increase leakage.
  • FIG. 2 in a perspective fragmentary view of a slide ring
  • FIG. 3 in cross-sectional view a pair of mechanical seals of a mechanical seal as
  • reference number 1 relates to the impeller of the centrifugal pump and reference number 2 to its housing.
  • the housing 2 defines a pressure chamber 3 in which the impeller 1 is rotatably received.
  • a liquid medium present in an intake port or low-pressure region 4 of the centrifugal pump 1 is sucked in and accelerated to a radially outer discharge region 5 and thereby pressurized.
  • the impeller 1 is mounted on a horizontal shaft 6, which is guided through the housing 2 to the outside to a drive device, not shown.
  • an external main seal 7 is provided, which is designed according to the invention such that a comparatively high leakage of the liquid delivery medium to be sealed is permitted relative to known devices of this type.
  • the main seal 7 separates the pressure chamber 3 of the centrifugal pump from a pressure-relieved annular leakage collecting chamber 9, which extends circumferentially of the shaft 6 downstream of the main seal 7 and in one from the shaft enforced attachment part 8 can be formed.
  • the attachment part 8 can be attached to the housing 2, for example by a screw connection.
  • the relatively high leakage of the conveying medium along the main seal 7 reaches the leakage collecting space 9 and will preferably accumulate in the lower area thereof.
  • any gaseous components of the leak that are present can be discharged to the outside, for example to a flaring point, via a pressure relief line 22, which is connected to the upper region of the leakage collecting space 9.
  • a further seal cooperating with the shaft 6, for example a labyrinth or mechanical seal, can be provided on the attachment part 8 in order to additionally seal the leakage collection space 9 on the downstream side.
  • the leakage collecting space 9 is connected to the interior of a storage container 12 via a connecting line 10 and a shut-off valve 11 arranged therein.
  • the storage container 12 forms an intermediate store into which the leakage from the collecting space 9 can be introduced.
  • the shut-off valve 11 enables the leakage to flow from the collecting space 9 into the storage container 12, while preventing flow in the opposite direction.
  • a closable outlet 13 near the bottom of the storage container 12 is connected via a line 17 to the suction side of a pump device 18.
  • a pump device 18 is connected via a line 19 to the intake port 4 of the centrifugal pump 1.
  • a closing element indicated at 14 is provided, which can be actuated as a function of the level of leakage in the storage container 12.
  • a float 15 can be arranged in the storage container 12, which is connected to the closing element 14 via a rod mechanism 16.
  • the closing element 14 closes the outlet 13 again when the fill level has dropped to a lower level, so that a residual leakage is always retained in the storage container 12. This avoids that gaseous material that would contaminate the pumped medium can be sucked in by the pump device 18.
  • a monitoring device 20 can be provided in order to detect an excessive fill level in the storage container 12 and to emit an alarm signal if the amount of leakage introduced into the storage container 12 is greater than that which can be discharged via the outlet 13.
  • Indicated at 21 is a line which connects an upper region of the storage container 12 to the pressure relief line 22. Gaseous fractions of the leakage accumulated in the upper region of the storage container 12 can therefore be conducted via lines 21 and 22 to the flaring point. At the same time, pressure build-up in the storage container 12 is thereby avoided.
  • the main seal 7 is designed for operation with minimal wear on the sealing sealing surfaces. This is achieved by bringing the sealing surfaces out of contact with one another by hydrodynamic effects during operation even at low rotational speeds of the shaft, such as occur, for example, when starting and stopping the centrifugal pump, and forming a cushion or reinforced lubricating film between the medium to be sealed.
  • the resulting high leakage along the main seal 7 is harmless, even with toxic or aggressive media, because thanks to the measures mentioned above does not get to the environment, but can be returned to the delivery system of the centrifugal pump.
  • the desired wear minimization is obtained if a leakage along the main seal 7 is permitted which is several times, e.g. It is 10 times larger than the leakage that was previously considered permissible under comparable conditions (shaft diameter, rotational speed, pressure and viscosity of the medium to be sealed, construction of the main seal, etc.).
  • a labyrinth or throttle gap seal could basically be used for the main seal 7, this is preferably designed as a single-acting mechanical seal acted upon from the outside, as is known to the person skilled in the art from the basic structure and therefore need not be described here in more detail.
  • a gel ring seal of this type measures are provided according to the invention which cause a gap to form between the sealing surfaces of a pair of interacting slide rings 23, 24 even at low rotational speeds, which results in an early contactless movement of the slide ring seal.
  • the mechanical seal must seal as far as possible without leakage when the shaft 6 is at a standstill.
  • the sliding rings 23, 24 can be permanently subjected to a static prestressing force, so that the sealing surfaces are pressed into a sealing relationship with one another in the absence of hydrodynamic forces.
  • load factor k of the mechanical seal defined as the ratio of the hydraulically loaded area of the mechanical seal to the mechanical seal surface (see also BURGMANN, ABC of the mechanical seal, loc. Cit., Page 25), is low Value is set so that a significantly relieved mechanical seal is created. While conventional single-acting mechanical seals have a load factor k to 2.0, reduced load factors k ⁇ 0.8, for example 0.4 to 0.5, are chosen for the present invention, the value for the load factor k is influenced by the pressure and the viscosity of the medium to be sealed.
  • gaps can also be initiated by introducing recesses that promote conveyance into at least one of the sealing surfaces. Even at low rotational speeds of the shaft 6, these pumps the liquid medium to be sealed between the sealing surfaces in order to build up a pressure therebetween and thus to separate them.
  • recesses can be similar to the conveying grooves used frequently for sealing gaseous media, e.g. Spiral grooves can be formed, as described in BURGMANN, gas seals, Disverlag 1997, page 17.
  • the grooves extend from the outer circumference of a sealing surface to an intermediate radial location, so that a groove-free annular dam region remains near the inner circumference of the sealing surface, which, when the shaft is at a standstill, has a sealing relationship with a flat counter surface on the adjacent slide ring 24 '(not shown) is pressed under the axial preload.
  • FIG. 2 Another possibility for the early formation of gaps is to introduce a corrugated structure into the sealing surface of one or both sliding rings, as is shown schematically in FIG. 2.
  • reference symbol 23 ' relates to one of the interacting slide rings 23', 24 'and reference symbol 25 relates to the sealing surface of the relevant slide ring 23'.
  • Area 26 of the sealing surface 25 which extends between the outer circumference, ie the medium exposed to be sealed, and a radially intermediate circumferential boundary, the sealing surface is structured in a wave shape.
  • a dam region 27 with an annular flat surface is provided near the inner circumference of the sealing surface 25 and ensures a sealing relationship between the sealing surfaces when the shaft is at a standstill.
  • the sealing surfaces can be arranged or designed with respect to one another so that a V gap 30 is formed between them, as is shown schematically in FIG. 3.
  • the V gap 30 also results in increased leakage.
  • the sealing surfaces 28, 29 of the interacting slide rings 23 ′′, 24 ′′ are preferably spherical, so that they progressively move away from one another from the inner to the outer circumference. When the shaft is at a standstill, annular surface areas close to the inner circumferences of the sealing surfaces 28, 29 come into contact with one another to seal the gap.
  • the invention enables a gap to be formed between the sealing surfaces of the sliding rings during operation of the mechanical seal, which results in a leakage of at least 25 ml / h at a pressure of the medium to be sealed between 1 and 25 bar.
  • the formation of a gap with such a leakage is ensured at low rotational speeds of the shaft up to a maximum of 5000 min "1.
  • a labyrinth or throttle gap seal is provided instead of a mechanical seal as the main seal 7, the leakage must be designed according to the aforementioned values.
  • speed-controlled standstill seal can be combined, as described in more detail in BURGMANN, ABC of the mechanical seal, loc. cit., page 232, to which reference can therefore be made.

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Abstract

Eine Flüssigkeitsdichtungsanordnung zur Abdichtung eines rotierenden Barteils gegenüber einem stationären Bauteil umfasst eine aussenbeafschlagte Hauptdichtung (7), die vorzugsweise als einfachwirkende Gleitringdichtung mit einer stationären Dichtfläche ausgebildet ist, die mit einer mit dem rotierenden Bauteil sich drehenden Dichtfläche zusammenwirkt, und eine Einrichtung (8, 9, 10, 12, 17, 19) zur Aufnahme der Leckage längs der Hauptdichtung und deren Rückführung in einen Hauptförderstrom der abzudichtenden Flüssigkeit. Die Hauptdichtung ist ausgelegt, um bei einer Drehung des rotierenden Bauteils einen kontinuierlichen Leckagestrom mit erhöhter Leckagerate zuwische den Dichtflächen zu ermöglichen.

Description

Flüssigkeitsdichtungsanordnung
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsdichtungsanordnung zur Abdichtung eines rotierenden Bauteils gegenüber einem stationären Bauteil, z.B. einer Welle gegenüber einem Gehäuse, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Sie betrifft insbesondere eine Anordnung mit Leckagerückführung, wie sie grundsätzlich aus der EP-A-864 756 bekannt ist. Die Leckagerückführung der bekannten Flüssigkeitsdichtungsanordnung soll verhindern, dass eine nicht gänzlich vermeidbare, jedoch stets sehr geringe Leckage längs einer Hauptdichtung an die Umgebung gelangen kann. Die Hauptdichtung ist demzufolge auf eine möglichst weitgehende Abdichtung des Mediums ausgelegt. Ausser einer Gleitringdichtung kann als Hauptdichtung auch eine Labyrinthdichtung oder Stopfbuchspackung vorgesehen sein. Die Auslegung der Hauptdichtung auf minimierte Leckage hat zur Folge, dass mehr oder minder deutliche Reibung zwischen den in dichtendem Eingriff miteinander tretenden, relativ zueinander sich bewegenden Dichtflächen auftritt und damit ein die Lebensdauer limitierender Verschleiss. Selbst bei Gleitringdichtungen, bei denen bei Betrieb ab einer gewissen Drehgeschwindigkeit ein Schmierfilm aus dem abzudichtenden Medium zwischen den zusammenwirkenden Dichtflächen gebildet wird, kann unter den genannten Voraussetzungen deutlicher Verschleiss festgestellt werden, insbesondere dann, wenn das Medium Verunreinigungen, z.B. Fremdkörper, enthält.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitsdichtungsanordnung der gattungsgemässen Art zu schaffen, bei der ein Verschleiss während des Betriebs in Folge von Festkörperreibung oder dgl. gänzlich oder wenigstens weitestgehend vermieden wird. Dabei soll gleichzeitig eine hohe Dichtwirkung der Flüssigkeitsdichtungsanordnung gewährleistet sein, so dass auch toxische bzw. aggressive umweltschädliche Flüssigkeiten zuverlässig an einem Zutritt an die Umwelt gehindert werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Ein Merkmal der erfindungsgemässen Flüssigkeitsdichtungsanordnung ist die Kombination einer Leckagerückführung mit einer dergestaltigen Auslegung der Hauptdichtung, dass diese nicht, wie bislang, eine nur geringe bzw. vernachlässigbare Leckage hat, sondern zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Dichtflächen gezielt eine erhöhte Leckageströmung geschaffen und aufrechterhalten wird. Dadurch wird eine berührende Eingriffnahme der zusammenwirkenden Dichtflächen zuverlässig vermieden und werden eventuell im abzudichtenden Medium befindliche Fremdpartikel kontinuierlich aus dem Bereich zwischen den Dichtflächen herausgespült. Durch geeignete in den Unteransprüchen aufgeführte Massnahmen kann erreicht, dass der berührungslose Lauf der Hauptdichtung schon bei geringen Drehgeschwindigkeiten eintritt und dadurch die Hauptdichtung nicht nur beim normalen Betrieb, sondern auch beim An- und Abfahren der betreffenden Gerätschaft praktisch verschleissfrei läuft. Die bewusst in Kauf genommene hohe Leckage längs der Hauptdichtung wird an einem Austreten an die Umwelt gehindert, indem die Hauptdichtung mit einer Leckagerückführung kombiniert ist, die dafür sorgt, dass die Leckage vollständig in den Hauptfbrderstrom des abzudichtenden flüssigen Fördermediums zurückgeführt wird. Trotz der erhöhten Leckage längs der Hauptdichtung können daher mittels der erfindungsgemässen Dichtungsanordnung auch toxische oder aggressive flüssige Medien zuverlässig gegenüber der Umwelt abgedichtet werden. Die Lebensdauer der Flüssigkeitsdichtungsanordnung übersteigt um ein Vielfaches die der bekannten gattungsgemässen Dichtungsanordnungen, wobei als vorteilhafte Nebenwirkung die geringeren Anforderungen an die Passgenauigkeit der Aufbauteile der Hauptdichtung zu nennen sind. Obschon die Hauptdichtung als Labyrinthdichtung oder Drosselspaltdichtung ausgebildet sein kann, wird bevorzugt hierfür eine einfachwirkende Gleitringdichtung vorgesehen, die grundsätzlich einen herkömmlichen Aufbau haben kann, jedoch gezielt auf eine erhöhte Leckage modifziert ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in teilweise schematischer geschnittener Ansicht eine Flüssigkeitsdichtungsanordnung gemäss einer Ausfuhrungsform der Erfindung,
Fig. 2 in perspektivischer fragmentarischer Ansicht einen Gleitring einer
Gleitringdichtung als Hauptdichtung der Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach Fig. 1 gemäss einer Modifikation der Erfindung, und
Fig. 3 in quergeschnittener Ansicht eine Gleitringpaarung einer Gleitringdichtung als
Hauptdichtung der Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach Fig. 1 gemäss einer weiteren Modifikation der Erfindung.
Obschon die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit ihrer Anwendung bei einer Kreiselpumppe beschrieben wird, versteht es sich, dass dieses Anwendungsgebiet nur beispielhaft und nicht als einschränkend anzusehen ist.
In der Zeichnung betreffen das Bezugszeichen 1 das Laufrad der Kreiselpumpe und das Bezugszeichen 2 deren Gehäuse. Das Gehäuse 2 definiert einen Druckraum 3, in dem das Laufrad 1 drehbar aufgenommen ist. Bei der Drehung des Laufrades 1 wird ein in einem Ansaugstutzen oder Niederdruckbereich 4 der Kreiselpumpe 1 anstehendes flüssiges Fördermedium angesaugt und zu einem radial aussenliegenden Ausstossbereich 5 beschleunigt und dabei unter Druck gesetzt. Wie dargestellt, ist das Laufrad 1 auf einer horizontalen Welle 6 montiert, die durch das Gehäuse 2 nach aussen zu einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung geführt ist.
Zur Abdichtung der Welle 6 gegenüber dem Gehäuse 2 ist eine aussenbeaufschlagte Hauptdichtung 7 vorgesehen, die erfindungsgemäss so ausgebildet ist, dass relativ zu bekannten Einrichtungen dieser Art eine vergleichsweise hohe Leckage des abzudichtenden, flüssigen Fördermediums zugelassen ist. Die Hauptdichtung 7 trennt den Druckraum 3 der Kreiselpumpe gegenüber einem druckentlasteten ringförmigen Leckagesammeiraum 9 ab, der sich umfänglich der Welle 6 abstromseitig der Hauptdichtung 7 erstreckt und in einem von der Welle durchsetzten Aufsatzteil 8 ausgebildet sein kann. Der Aufsatzteil 8 kann am Gehäuse 2, z.B. durch eine Schraubverbindung, befestigt sein. Die relativ hohe Leckage des Fördermediums längs der Hauptdichtung 7 gelangt in den Leckagesammeiraum 9 und wird sich bevorzugt in dessen unteren Bereich ansammeln. Eventuell vorhandene gasförmige Anteile der Leckage können über eine Druckentlastungsleitung 22, die mit dem oberen Bereich des Leckagesammeiraums 9 in Verbindung steht, nach aussen z.B. zu einer Abfackelungsstelle abgeführt werden. Wenn erwünscht, kann am Aufsatzteil 8 eine mit der Welle 6 zusammenwirkende weitere Dichtung (nicht gezeigt), z.B. Labyrinth- oder Gleitringdichtung, vorgesehen sein, um den Leckagesammeiraum 9 abstromseitig zusätzlich nach aussen abzudichten.
Der Leckagesammeiraum 9 ist über eine Verbindungsleitung 10 und ein darin angeordnetes Absperrventil 11 mit dem Inneren eines Speicherbehälters 12 verbunden. Der Speicherbehälter 12 bildet einen Zwischenspeicher, in den die Leckage aus dem Sammelraum 9 eingeführt werden kann. Das Absperrventil 11 ermöglicht eine Strömung der Leckage vom Sammelraum 9 in den Speicherbehälter 12, während es eine Strömung in entgegengesetzter Richtung verhindert.
Ein verschliessbarer Auslass 13 nahe dem Boden des Speicherbehälters 12 ist über eine Leitung 17 mit der Ansaugseite einer Pumpeinrichtung 18 verbunden. Obschon andere geeignete Pumpeinrichtungen verwendet werden können, wird eine solche bevorzugt, die in abgekapselter Bauweise ausgebildet werden kann und ohne externen Antrieb auskommt. Bezüglich weiterer Details einer derartigen Pumpeinrichtung kann auf die EP-A-0 864 756 verwiesen werden. Ausstossseitig ist die Pumpeinrichtung 18 über eine Leitung 19 mit dem Ansaugstutzen 4 der Kreiselpumpe 1 verbunden.
Zum Öffnen und Schliessen des Auslasses 13 des Speicherbehälters 12 ist ein bei 14 angedeutetes Schliesselement vorgesehen, das in Abhängigkeit von der Füllstandshöhe an Leckage im Speicherbehälter 12 betätigt werden kann. Dazu kann ein Schwimmer 15 im Speicherbehälter 12 angeordnet sein, der über einen Gestängemechanismus 16 mit dem Schliesselement 14 verbunden ist. Sobald die Leckage im Speicherbehälter 15 eine bestimmte obere Füllstandshöhe erreicht hat, bewegt der Schwimmer 15 das Schliesselement 14 in die Freigabestellung, so dass das Innere des Speicherbehälters 12 über die Leitung 17 mit der Pumpeinrichtung 18 und weiter über die Leitung 19 mit dem Ansaugstutzen 4 der Kreiselpumpe in Verbindung gebracht werden kann. Das Schliesselement 14 verschliesst den Auslass 13 wieder, wenn die Füllstandshöhe auf ein unteres Niveau abgefallen ist, so dass stets ein Rest an Leckage im Speicherbehälter 12 zurückgehalten wird. Hierdurch wird vermieden, dass von der Pumpeinrichtung 18 gasförmige Materie, die das Fördermedium verunreinigen würde, angesaugt werden kann.
Eine Überwachungseinrichtung 20 kann vorgesehen sein, um eine übermässige Füllstandshöhe im Speicherbehälter 12 zu erfassen und ein Alarmsignal abzugeben, wenn die in den Speicherbehälter 12 eingeführte Leckagemenge grösser als diejenige ist, die über den Auslass 13 abgeführt werden kann. Mit 21 ist eine Leitung angedeutet, die einen oberen Bereich des Speicherbehälters 12 mit der Druckentlastungsleitung 22 verbindet. Im oberen Bereich des Speicherbehälters 12 angesammelte gasförmige Anteile der Leckage können daher über die Leitungen 21 und 22 zur Abfackelungsstelle geführt werden. Gleichzeitig wird hierdurch ein Druckaufbau im Speicherbehälter 12 vermieden.
Obschon eine Leckagerückführung mit den vorgenannten Sicherheitsmerkmalen bevorzugt wird, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Vielmehr könnte auch eine kontinuierliche Leckagrückführung ohne Zwischenspeicherung vorgesehen sein.
Erfindungsgemäss ist die Hauptdichtung 7 für einen Betrieb mit minimiertem Verschleiss an den abdichtenden Dichtflächen ausgelegt. Dies wird erreicht, indem die Dichtflächen bei Betrieb schon bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten der Welle, wie sie z.B. beim An- und Abfahren der Kreiselpumpe auftreten, durch hydrodynamische Effekte ausser Berührung miteinander gebracht werden und dazwischen ein Polster oder verstärkter Schmierfilm aus dem abzudichtenden Medium gebildet wird. Die dadurch bedingte hohe Leckage längs der Hauptdichtung 7 ist selbst bei toxischen oder aggressiven Medien unschädlich, da sie dank der vorerwähnten Massnahmen nicht an die Umgebung gelangt, sondern in das Fördersystem der Kreiselpumpe zurückgeführt werden kann.
Es wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, dass die erwünschte Verschleissminimierung erhalten wird, wenn eine Leckage längs der Hauptdichtung 7 zugelassen wird, die um ein Vielfaches, z.B. 10-faches grösser als die Leckage ist, die bislang unter vergleichbaren Bedingungen (Wellendurchmesser, Drehgeschwindigkeit, Druck und Viskosität des abzudichtenden Mediums, Bauweise der Hauptdichtung etc.) als zulässig erachtet wurde.
Obschon für die Hauptdichtung 7 grundsätzlich eine Labyrinth- oder Drosselspaltdichtung verwendet werden könnte, ist diese vorzugsweise als einfachwirkende aussenbeaufschlagte Gleitringdichtung ausgebildet, wie sie vom grundsätzlichen Aufbau her dem Fachmann bekannt ist und deshalb hier mit näheren Details nicht beschrieben werden braucht. Es kann z.B. auf BURGMANN, ABC der Gleitringdichtung, 1988 Selbstverlag, Seite 46 verwiesen werden. Bei einer derartigen Geltringdichtung sind erfindungsgemäss Massnahmen vorgesehen, die eine Spaltbildung zwischen den Dichtflächen eines Paares zusammenwirkender Gleitringe 23, 24 schon bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten bewirkt, was einen frühzeitigen berührungslosen Lauf der Gleitringdichtung zur Folge hat. Andererseits muss die Gleitringdichtung bei Stillstand der Welle 6 weitestgehend leckagefrei abdichten. Dazu können die Gleitringe 23, 24 mit einer statischenVorspannkraft permanent beaufschlagt werden, so dass die Dichtflächen bei Ausbleiben hydrodynamischer Kräfte in eine abdichtende Beziehung zueinander gedrückt werden.
Eine Massnahme zu einer frühzeitigen Spaltbildung besteht darin, dass der so genannte Belastungsfaktor k der Gleitringdichtung, definiert als das Verhältnis von hydraulisch belasteter Fläche der Gleitringdichtung zur Gleitring-Dichtfläche (siehe auch BURGMANN, ABC der Gleitringdichtung, a.a.O., Seite 25), auf einem niedrigen Wert eingestellt wird, so dass eine deutlich entlastete Gleitringdichtung geschaffen wird. Während herkömmliche einfachwirkende Gleitringdichtungen einen Belastungsfaktor k bis 2,0 besitzen, werden für die vorliegende Erfindung herabgesetzte Belastungsfaktoren k < 0,8, z.B. 0,4 bis 0,5 gewählt, wobei der Wert für den Belastungsfaktor k vom Druck und der Viskosität des abzudichtenden Mediums beeinflusst wird.
Beispiel:
Bei einer herkömmlichen einfachwirkenden Gleitringdichtung mit planen Dichtflächen und einem Belastungsfaktor k = 1,2 betrug die Leckage einen üblichen Wert von 3 bis 5 ml/h in Gegenwart eines wässrigen Mediums, bei einem Durchmesser der Welle von 50 mm, einer Drehgeschwindigkeit von 3000 min"1 und einem Druck des Medium von 3,5 bar. Durch eine Reduzierung des k-Faktors auf 0,5 bei ansonsten unveränderten Bedingungen nahm die Leckage auf 150 ml/h zu. Die mit erhöhter Leckage ausgestattete Gleitringdichtung zeigte auch nach langen Betriebszeiten keinerlei Verschleissspuren.
Eine frühzeitige Spaltbildung kann ferner durch Einbringen förderwirksamer Ausnehmungen in wenigstens eine der Dichtflächen initiiert werden. Diese pumpen schon bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten der Welle 6 das abzudichtende flüssige Medium zwischen die Dichtflächen, um dazwischen einen Druck aufzubauen und diese so in Abstand voneinander zu bringen. Derartige Ausnehmungen können ähnlich wie die bei der Abdichtung gasförmiger Medien häufig verwendeten förderwirksamen Nuten, z.B. Spiralnuten ausgebildet sein, wie sie in BURGMANN, Gasdichtungen, Selbstverlag 1997, Seite 17 beschrieben sind. Die Nuten erstrecken sich vom äusseren Umfang einer Dichtfläche bis zu einer zwischenliegenden radialen Stelle, so dass nahe dem inneren Umfang der Dichtfläche ein nutfreier ringförmiger Dammbereich verbleibt, der bei Stillstand der Welle in eine abdichtende Beziehung mit einer planen Gegenfläche am benachbarten Gleitring 24' (nicht gezeigt) unter der axialen Vorspannkraft gedrückt wird.
Eine weitere Möglichkeit der frühzeitigen Spaltbildung besteht darin, in der Dichtfläche eines der oder beider Gleitringe eine Wellenstruktur einzubringen, wie sie schematisch in Fig. 2 gezeigt ist. In Fig. 2 betreffen das Bezugszeichen 23 ' einen der zusammenwirkenden Gleitringe 23', 24' und das Bezugszeichen 25 die Dichtfläche des betreffenden Gleitringes 23'. In einem Bereich 26 der Dichtfläche 25, der sich zwischen dem äusseren, d.h. dem abzudichtenden Medium ausgesetzten Umfang und einer radial zwischenliegenden umfänglichen Begrenzung erstreckt, ist die Dichtfläche wellenförmig strukturiert. Dadurch werden abwechselnde, radial verlaufende Wellenberge und -täler gebildet, die einen Eintritt des abzudichtenden Medium zwischen die Dichtflächen der zusammenwirkenden Gleitringe 23', 24' fördern, um die gewünschte frühzeitige Spaltbildung zu bewirken. Nahe dem inneren Umfang der Dichtfläche 25 ist ein Dammbereich 27 mit einer ringförmigen planen Oberfläche vorgesehen, die bei Stillstand der Welle für eine abdichtende Beziehung der Dichtflächen sorgt.
Schliesslich können die Dichtflächen als weitere Alternative so zueinander angeordnet oder ausgebildet sein, so dass dazwischen ein V-Spalt 30 entsteht, wie dies schematisch in Fig. 3 gezeigt ist. Der V-Spalt 30 hat ebenfalls eine erhöhte Leckage zur Folge hat. Vorzugsweise sind hierzu die Dichtflächen 28, 29 der zusammenwirkenden Gleitringe 23", 24" ballig ausgebildet, so dass sie vom inneren zum äusseren Umfang progressiv in grösserem Abstand voneinander treten. Bei Stillstand der Welle kommen ringförmige Flächenbereiche nahe den inneren Umfangen der Dichtflächen 28, 29 in Berührung miteinander, um den Spalt abzudichten.
Die Erfindung ermöglicht es, dass bei Betrieb der Gleitringdichtung ein Spalt zwischen den Dichtflächen der Gleitringe gebildet wird, der eine Leckage von wenigstens 25 ml/h bei einem Druck des abzudichtenden Mediums zwischen 1 und 25 bar zur Folge hat. Die Spaltbildung mit einer derartigen Leckage ist bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten der Welle bis zu maximal 5000 min"1 gewährleistet. Wird statt einer Gleitringdichtung als Hauptdichtung 7 eine Labyrinthoder Drosselspaltdichtung vorgesehen, ist die Leckage entsprechend den vorerwähnten Werten auszulegen. Derartige Hauptdichtungen 7 sollten ferner mit einer, vorzugsweise drehzahlgesteuerten Stillstandsdichtung kombiniert werden, wie sie mit näheren Details in BURGMANN, ABC der Gleitringdichtung, a.a.O., Seite 232 beschrieben ist, auf die daher Bezug genommen werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Flüssigkeitsdichtungsanordnung zur Abdichtung eines rotierenden Bauteils gegenüber einem stationären Bauteil mit einer aussenbeaufschlagten Hauptdichtung (7) mit einer stationären Dichtfläche, die mit einer mit dem rotierenden Bauteil sich drehenden Dichtfläche zusammenwirkt, und einer Einrichtung (8,9,10,12,17,19) zur Aufnahme der Leckage längs der Hauptdichtung und deren Rückführung in einen Hauptforderstrom der abzudichtenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdichtung ausgelegt ist, um bei einer Drehung des rotierenden Bauteils einen kontinuierlichen Leckagestrom von wenigstens 25 ml/h zwischen den Dichtflächen zu ermöglichen.
2. Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdichtung (7) eine einfachwirkende Gleitringdichtung umfasst.
3. Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitringdichtung einen Belastungsfaktor k zwischen 0,4 und 0,8, vorzugsweise 0,4 und 0,6, höchst vorzugsweise etwa 0,5, aufweist.
4. Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer der zusammenwirkenden Dichtflächen der Gleitringdichtung förderwirksame Ausnehmungen vorgesehen sind.
5. Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer (25) der zusammenwirkenden Dichtflächen der Gleitringe (23 ',24') eine Wellenstruktur (26) vorgesehen ist.
6. Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenwirkenden Dichtflächen (28,29) der Gleitringdichtung ballig ausgebildet sind, so dass zwischen den Dichtflächen ein Spalt (30) gebildet ist, der sich vom inneren zum äusseren Umfang der Gleitringe (23 ",24") vergrössert.
7. Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdichtung (7) eine Labyrinthdichtung umfasst.
8. Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdichtung (7) eine Drosselspaltdichtung umfasst.
9. Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ringförmige Teilbereiche der Dichtflächen der Hauptdichtung (7) bei Stillstand des rotierenden Bauteils durch eine Vorspannkraft in abdichtender Beziehung zueinander gehalten sind.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006043877A1 (en) * 2004-10-21 2006-04-27 Roplan Development Center Ab Support ring and axis lead-through
CN103867483A (zh) * 2012-12-14 2014-06-18 上海梅山钢铁股份有限公司 风机油密封结构
DE102018105088A1 (de) 2018-03-06 2019-09-12 Nidec Gpm Gmbh Wasserpumpe mit Dichtungsanordnung für Wälzlager

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3347552A (en) * 1964-06-04 1967-10-17 Westinghouse Electric Corp Controlled leakage face type seals
GB2071231A (en) * 1980-03-10 1981-09-16 Stroemungsmasch Anst Slide ring seals
JPS6124878A (ja) * 1984-07-16 1986-02-03 Eagle Ind Co Ltd メカニカルシ−ルの摺動環およびその製造方法
US5779445A (en) * 1993-09-13 1998-07-14 Kabushiki Kaisha Yokota Seisakusho Noncontaminative centrifugal pump
EP0864756A2 (de) 1997-03-11 1998-09-16 FEODOR BURGMANN DICHTUNGSWERKE GmbH &amp; Co. Leckagerückführanordnung bei einer Dichtungseinrichtung
EP1054196A2 (de) * 1999-05-20 2000-11-22 FEODOR BURGMANN DICHTUNGSWERKE GmbH &amp; Co. Gleitringdichtungsanordnung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3347552A (en) * 1964-06-04 1967-10-17 Westinghouse Electric Corp Controlled leakage face type seals
GB2071231A (en) * 1980-03-10 1981-09-16 Stroemungsmasch Anst Slide ring seals
JPS6124878A (ja) * 1984-07-16 1986-02-03 Eagle Ind Co Ltd メカニカルシ−ルの摺動環およびその製造方法
US5779445A (en) * 1993-09-13 1998-07-14 Kabushiki Kaisha Yokota Seisakusho Noncontaminative centrifugal pump
EP0864756A2 (de) 1997-03-11 1998-09-16 FEODOR BURGMANN DICHTUNGSWERKE GmbH &amp; Co. Leckagerückführanordnung bei einer Dichtungseinrichtung
EP1054196A2 (de) * 1999-05-20 2000-11-22 FEODOR BURGMANN DICHTUNGSWERKE GmbH &amp; Co. Gleitringdichtungsanordnung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 176 (M - 491) 20 June 1986 (1986-06-20) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006043877A1 (en) * 2004-10-21 2006-04-27 Roplan Development Center Ab Support ring and axis lead-through
CN103867483A (zh) * 2012-12-14 2014-06-18 上海梅山钢铁股份有限公司 风机油密封结构
DE102018105088A1 (de) 2018-03-06 2019-09-12 Nidec Gpm Gmbh Wasserpumpe mit Dichtungsanordnung für Wälzlager
DE102018105088B4 (de) 2018-03-06 2022-02-10 Nidec Gpm Gmbh Wasserpumpe mit Dichtungsanordnung für Wälzlager

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