Abdichtungseinrichtung zur Verhinderung des Durchfiiessens von Flüssigk t . entlang rotierender Teile von Maschinen p Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abdich tungseinrichtung zur Verhinderung des Durchfliessens von Flüssigkeit entlang rotierender Teile von Maschi nen, wie Pumpen, Turbinen, elektrische Motoren, wel che Abdichtunaseinrichtung zusammenwirkende Or gane besitzt, die auf den sich gegenseitig bewegenden Maschinenteilen angebracht sind und mindestens bei stillstehender Maschine gegeneinandergepresst sind, um eine Berührungsabdichtung zu bilden;
ferner ent hält die Abdichtungseinrichtung noch Organe, die so ausgebildet sind, dass durch das Zentrifugieren einer Flüssigkeit in einem ringförmigen Raum bei der Ro tation der Maschine ein Zentrifugaldruck erzeugt wer den kann, durch welchen eine Flüssigkeitsabdichtung entsteht, die spätestens dann zu wirken beginnt, wenn die Berührungsabdichtung infolge der Rotation der Maschine weniger wirksam wird.
Die vorliegende Erfindung soll u. a. eine solche Abdichtung bewirken, die es erlaubt, niedere und hohe Flüssigkeitsdrucke abzudichten ohne übertrie bene Beanspruchung der Abdichtungsorgane.
Der erfindungsgemässe Gegenstand ist gekenn zeichnet durch ein Organ der Berührungsabdichtung, welches so ausgebildet ist, dass es axial bewegt wer den kann durch eine axial bewegliche, ringförmige Wand, welche den ringförmigen Raum in zwei kom munizierende Kammern trennt, wobei in einer Kam- der, der Flüssigkeitsabdichtungskammer, die Abdich tungsflüssigkeit nach aussen zentrifugiert wird, wäh rend die andere Kammer eine Druckkammer bildet, die mit dem radial äussern Teil der Abdichtungskam mer verbunden ist, ferner dadurch, dass die Abdich tungskammer und die Druckkammer so ausgebildet sind, dass a)
bei stillstehender Maschine die Flüssigkeit in der Abdichtungskammer die zusammenwirkenden Organe der Druckkammer in Berührungsabdichtung hält und b) durch Rotation der Flüssigkeit in der Abdich tungskammer der Gesamtdruck dieser Flüssigkeit, der auf die genannte Wand wirkt, in bezug auf denjeni gen der Flüssigkeit in der Druckkammer, der auf die genannte Wand wirkt, so verringert werden kann, dass ein resultierender Enddruck entsteht, dank wel chem der Berührungsanpressdruck zwischen den ge nannten Organen der Berührungsabdichtung verrin gert wird.
Die Bewegung der Flüssigkeit, welche die Flüs sigkeitsabdichtung bildet, kann durch ein Schaufel rad das innerhalb der Abdichtungskammer rotiert, erzeugt werden, oder in gewissen Fällen kann eine Wand der genannten Kammer sich drehen, oder eine Kombination solcher Organe kann vorgesehen sein.
Vorzugsweise kann ein biegsames Organ, welches eine Wand der Druckkammer darstellt, vorgesehen sein. Diese biegsame Wand kann nachgeben unter dem Einfluss der axialen Bewegung der genannten beweglichen Wand und kann einerseits an einem Gehäuse, welches die genannten Kammern enthält, anderseits an der genannten, axial beweglichen Wand abgedichtet sein. Ferner kann eine Seitenwand der Druckkammer durch eine ringförmige Abschlusswand, welche die genannte biegsame Wand darstellt, gebil det sein, deren äusserer Umfangsrand am genannten Gehäuse festgeklemmt und deren innerer Umfangs rand an der axial beweglichen Wand abgedichtet ist.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine innere, ringförmige Wand (die genannte bieg same Wand bildend) der Druckkammer durch einen ringförmigen Balg gebildet sein, welcher am genann ten Gehäuse und an der genannten, axial beweglichen Wand abgedichtet sein kann. Die biegsame Wand, z. B. die Abschlussseiten- wand oder der Balg, kann dazu dienen, die zusam menwirkenden Organe der Berührungsabdichtung im gegenseitigen Kontakt zu halten; oder es können zu diesem Zweck eine odere mehrere leichte Federn vor gesehen werden, welche einzeln oder in Verbindung mit der biegsamen Wand diese in ihrer Wirkung unterstützen.
Die axial bewegliche Wand kann ein steifer Ring oder eine durchlöcherte Scheibe sein, und eines der zusammenwirkenden Organe der Berührungsabdich- tung kann am innern Umfang der axial beweglichen Wand befestigt sein, im Fall des Balges vorzugsweise radial weiter innen als der Balg.
Eine Drehung der axial beweglichen Wand kann durch die Abschlussseitenwand oder den Balg verhin dert werden.
Zu diesem Zwecke können besondere Mittel vor gesehen sein, z. B. ein oder mehrere Stifte, die an einer Wand des Gehäuses angebracht sind und in Bohrungen, Schlitze oder Nuten der beweglichen Wand eingreifen.
Ein oder mehrere Stifte oder Bolzen können dazu dienen, schraubenförmige Federn zwischen den vor genannten Wänden zu halten, um die zusammenwir kenden Berührungsorgane aneinanderzupressen.
Die Bewegung der axial beweglichen Wand kann durch geeignete Anschläge begrenzt werden. Zum Beispiel kann die genannte bewegliche Wand an einer radialen Anschlagsschulter, die im Gehäuse vorgese hen ist, anstossen. Oder die genannte bewegliche Wand kann einen axialen Vorsprung aufweisen, welcher jeweils an eine Seitenwand des Ringraumes anstösst. Ein solcher Vorsprung kann benutzt werden, um das Schaufelrad zu decken, und kann eine oder mehrere Öffnungen aufweisen, um den Durchgang der Flüs sigkeit von der Abdichtungskammer zur Druckkam mer zu ermöglichen.
Die Wände des Ringraumes können unbeweglich sein, z. B. können sie am Maschinengehäuse befestigt sein oder einen integrierenden Bestandteil desselben bilden.
Auf beiliegender Zeichnung sind einige Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes an einer Zentrifugalpumpe dargestellt, und zwar zeigt: Fig. i einen Längsschnitt durch Pumpe und Ab dichtungseinrichtung, Fig.2 eine Ansicht der Pumpe mit teilweisem Querschnitt, Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein anderes Aus führungsbeispiel der Abdichtungseinrichtung, Fig. 4 eine Teilansicht dieses Ausführungsbei spiels, Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein weiteres Aus führungsbeispiel,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein letztes Aus- führungsbeispiel und Fig. 7 ein Detail dazu.
In Fig. 1 und 2 wird die Flüssigkeit durch die Öffnung 31 axial der Pumpe zugeführt und fliesst tangential weg durch eine oder mehrere Öffnungen 32 (Fig. 2). Die Welle 35, die das Pumporgan 34 trägt, ist durch die nachstehend beschriebenen Abdichtungs organe abgedichtet. 35 ist ein fester, ringförmiger Flüssigkeitsraum, der durch den Körper 36 des Pum pengehäuses und die Endplatte 37 gebildet wird. Die umlaufende Welle 33 der Pumpe ist auf in der Ver längerung 40 des Pumpengehäuses befindlichen La gern 39 gelagert, zu welchen ein Schmiermittel durch die Kammer 41 und die Kanäle 42 und 43 zugeleitet werden kann.
An der umlaufenden Welle 33 ist ein Schaufel rad 44 angebracht, welches in der Flüssigkeitskam mer 45 rotiert.
Letztere wird gebildet einerseits durch die radiale Wand 46 und die Umfangswand 47 des Pumpen gehäuses, anderseits durch eine Wand 48, die aus einer steifen, ringförmigen Scheibe besteht, die sich axial bewegen kann. Die Scheibe kann zusätzliche Bohrungen aufweisen.
Die Welle 33 trägt einen Ring 49, der eine Seite einer Berührungsabdichtung bildet; die entsprechende andere Seite dieser Abdichtung wird durch einen Ring 50 gebildet, der indirekt an dem Innenrand der be weglichen Wand 48 befestigt ist.
Die eine innere Öffnung aufweisende biegsame Abschlusswand 51 ist am äussern Rande durch die Bolzen 52 zwischen dem Pumpengehäuse und der obengenannten Endplatte 37 festgeklemmt. Der Rand der innern Öffnung der Abschlusswand liegt abgedich tet in einer kreisförmigen Aussparung, die durch die bewegliche Wand 48 gebildet wird, das heisst er ist zwischen einer innern ringförmigen Erweiterung 53 der Wand 48 und einem daran befestigten Ring 54 festgeklemmt, der den Ring 50 der Kontaktabdich tung trägt.
Gewöhnlich drückt die Abschlusswand 51 zwecks Abdichtung den Ring 50 federnd gegen den Ring 49 der Welle, oder unterstützt durch statischen Druck die Flüssigkeit, dies zu tun. Zwischen der Abschluss wand und der beweglichen-Wand 48 befindet sich eine Druckkammer 55, zu welcher die Flüssigkeit, welche durch die Pumpe befördert wird, durch die weiter oben genannte Abdichtungskammer 45, um den Um- fansgkreis der beweglichen Wand 48 herum. oder durch darin angebrachte Kerben oder Öffnungen, Zutritt hat.
Der untere Teil der Zeichnung zeigt die Flüssig keit in der Abdichtungseinrichtung bei stillstehender Pumpe.
Wenn die Pumpe in Betrieb ist, wird die Flüssig keit mittels des Schaufelrades 44 nach aussen in die Abdichtungskammer 45 zentrifugiert, was eine Flüs sigkeitsabdichtung in dieser Kammer ergibt, wie dies in der obern Hälfte der Fig. 1 dargestellt ist.
Bei stillstehender Welle 33 wirkt der volle Flüs sigkeitsdruck auf die Gesamtheit der Oberfläche 56 der beweglichen Wand, die der Druckkammer zuge kehrt ist, und auf die gegenüberliegende kleinere Oberfläche 57 dieser Wand. Damit unterstützt oder bewirkt der Flüssigkeitsdruck, dass das Organ 50 der Berührungsabdichtung gegen das Organ 49 ge- presst wird. Dies geschieht ungeachtet dessen, ob der tatsächliche Druck der Flüssigkeit hoch oder niedrig ist. Für hohe Drucke kann die Oberfläche 57 der beweglichen Wand, gegen welche die Flüssigkeit ihren Druck ausüben kann, genügend gross vorgesehen wer den, damit ein übermässiger Kontakt zwischen den zusammenwirkenden Organen der Kontaktabdichtung verhindert und Reibung und Abnützung der Abdich tungsflächen begrenzt werden kann.
Wenn die Pumpe in Betrieb ist, das heisst, wenn die Welle 33 rotiert, wird in der Druckkammer 55 der volle, radial zu äusserst in der Kammer 45 herr schende Flüssigkeitsdruck auf die gesamte Fläche 57 erzeugt, aber der Gesamtdruck, der auf die Ober fläche 56 der beweglichen Wand 48 wirkt, wird redu ziert durch die Wirkung des Schaufelrades auf die Flüssigkeit. Daher bewirkt der Flüssigkeitsdruck, der sich nicht im Gleichgewicht befindet, dass sich die Wand 48 gegen das Schaufelrad hin bewegt, so dass sich die Abschlusswand 51 biegt, bis die Wand 48 bei der festen Anschlagschulter 58 zum Stillstand kommt und in dieser Lage verbleibt; damit wird der Druck zwischen den sich berührenden Organen der Abdichtung vermindert und schliesslich ausgeschaltet.
Die Verbindung zwischen der Abdichtungskammer 45 und der Druckkammer 55 wird aufrechterhalten durch den Raum rund um die bewegliche Wand und/ oder durch darin angebrachte Einkerbungen oder COffnungen.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein abgeändertes Aus führungsbeispiel. Die angeführten Ziffern entsprechen den in Fig. 1 und 2 bezeichneten Teilen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die bewegliche Wand 48 mit einer Anzahl radial an der Peripherie angeordneter Zungen 60 versehen, welche in Aussparungen 61 des Pumpengehäuses eingreifen, um die genannte Wand 48 gegen Rotationsbewegungen zu fixieren, während eine Bewegung in axialer Richtung möglich bleibt. Eine entsprechende Anzahl von leichten Schrauben federn 62 wirkt mit den Zungen zusammen, um die Berührungsabdichtung zu bewerkstelligen. Der Wider stand der Federn wird überwunden, wenn sich die Wand 48 axial bewegt, um die Berührung zwischen den Ringen 49 und 50 aufzuheben oder zu vermin dern.
In Fig. 5 zeigt 71 einen Teil des Maschinengehäu ses oder einen daran befestigten Teil. Durch die Sei tenwände 72, 73 und die Aussenwand 74 wird ein Flüssigkeitsringraum gebildet (die Seitenwand 72 dient zugleich als Deckel). 75 ist die rotierende Welle, an welcher ein Schaufelrad 76 und ein Ring 77 an gebracht sind, welch letzterer eines der zusammen wirkenden Organe der Berührungsabdichtung bildet. 78 ist ein Distanzstück zwischen dem Ring 77 und dem Schaufelrad. Das andere Organ 79 der Berüh rungsabdichtung ist am Innenkreis des ringförmigen, die beschriebene bewegliche Wand bildenden Organs 80 angebracht.
Zwischen der äussern Oberfläche 86 dieser Wand (das heisst derjenigen Seite, die dem Schaufelrad abgekehrt ist) und der Seitenwand 72 ist ein biegsamer Balg 81 angeordnet, welcher flüssig keitsundurchlässig mit den beiden genannten Wänden 72 und 80 verbunden ist. Diese Seitenwand 72 ist ein der Aussenwand 74 zweckdienlich angepasstes separa tes Organ.
Der äussere Umfang der beweglichen Wand 80 ist mit einer Anzahl Einkerbungen versehen. Zwischen dem äussern Umfang der beweglichen Wand 80 und der innern zylindrischen Fläche der äussern Wand 74 ist ein radialer Spielraum vorhanden. Die Anordnung ist so, dass die Wand 80 in ihrer zentralen Position fixiert bleibt.
Die bewegliche Wand teilt den erwähnten ring förmigen Raum in eine Abdichtungskammer 83 und eine Druckkammer 84. Im ruhenden Zustand sind beide Kammern mit Flüssigkeit gefüllt und kommuni zieren mittels der erwähnten Kerben und des genann ten Spielraumes.
Es ist wünschenswert, einen Druckkontakt zwi schen den zusammenwirkenden Organen 77 und 79 der Berührungsabdichtung zu haben, wenn das Ma schinengehäuse und die Abdichtungseinrichtung leer sind. Dieser Kontakt kann durch die Abfederung des Balges und/oder durch eine oder mehrere Federn erreicht werden.
Die innere zylindrische Fläche der Aussenwand 74 weist eine Schulter 74a auf, deren radiale Fläche einen Anschlag für die bewegliche Wand 80 darstellt, wie es weiter unten beschrieben wird.
Bei stillstehender Welle 75 wirkt der volle Flüs sigkeitsdruck auf die ganze innere Fläche 85 der beweglichen Wand 80, aber nur auf den radial äussern Teil der äussern Oberfläche 86, das heisst der Ober fläche, die einen Teil der Begrenzungsfläche der Druckkammer 84 bildet. Somit besteht eine Druck differenz zwischen den gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Wand, so dass der Flüssigkeitsdruck das Organ 79 der Berührungsabdichtung gegen das Organ 77 presst. Dies kommt sowohl bei niedrigem als auch bei hohem Flüssigkeitsdruck vor.
Für hohen Flüssig keitsdruck kann der äussere Teil der Oberfläche 86 der beweglichen Wand, gegen welche die Flüssigkeit den Druck ausübt, entsprechend breit vorgesehen wer den, um übermässigen Berührungsdruck zwischen den zusammenwirkenden Organen der Berührungsabdich tung zu vermeiden, und Reibungs- und Abnutzungs schäden der Abdichtungsoberflächen können somit beschränkt werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 und 7 ist die bewegliche Wand 80a über den Umfang des Schaufelrades 72a hinaus verlängert, so dass ausser halb der Schaufelradperipherie Federn 89 (drei oder mehr, je nach Bedarf) angeordnet werden können. An der Wand 73a des Flüssigkeitsraumes angebrachte Stifte 90 werden durch radiale Schlitze 82a der Wand 80a geführt und dienen als Führungsorgane für die genannte Wand und die Federn. Die Stifte 90 verhin dern auch das Drehen der Wand 80a bei niedrigen Geschwindigkeiten, wenn die zusammenwirkenden Organe 77a, 79a der Berührungsabdichtung immer noch in Kontakt sind.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 wird diese Funktion vom Balg 81 ausgeübt. Ein zylindrisches Deckband 91 umgibt das Schaufelrad 72a und bildet einen Teil der Wand 80a. Dieses Deckband verhin dert die Durchwirbelung der Flüssigkeit rings um das Schaufelrad 72a. Seine axiale Länge ist so bemessen, dass es die Bewegung der Wand 80a gegen das Schau felrad hin begrenzt. Wie in Fig. 6 gezeigt wird, ist daher das freie Ende des Deckbandes 91 während des Betriebes der Maschine in Berührung mit der Wand 73a.
Wenn erwünscht, kann das Deckband an der Wand 80a befestigt oder ein integrierender Bestand teil derselben sein.
Im Deckband 91 sind Bohrungen 92 zwischen der Abdichtungs- und der Druckkammer angeordnet. Gemäss Fig. 6 sind an der der beweglichen Wand 80a abgekehrten Seite des Schaufelrades kurze Flü gel 93 angebracht, die zur Wirkung kommen, wenn während des Betriebes der Maschine ein negatives Druckdifferential entsteht; doch ist das Vorsehen die ser Flügel fakultativ.
Die erlaubte Bewegung der beweglichen Wand kann sehr kurz bemessen sein, wenn der mit ihr zusammenwirkende Anschlag sachdienlich angebracht ist. Der axiale Spielraum zwischen der Wand und dem Schaufelrad kann entsprechend gewählt werden.