Vorrichtung zum Abdichten einer Welle Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abdichten einer aus einem Überdruckraum her ausragenden, rotierenden oder axial verschiebbaren Welle und besteht in einer an einem ortsfesten Teil mittels eines federnden Zwischengliedes befestigten Dichtungsbüchse, die die Welle mit Spiel umschliesst und mindestens so lang ist, wie der Wellendurchmes ser beträgt. Infolge der Viskosität des umgebenden Mediums, z.
B. der Luft, soll dieses Medium bei der Rotation oder Achsverschiebung der Welle durch dy namische Wirkung in den Spalt zwischen Dichtungs büchse und Welle ständig selbsttätig eingesaugt wer den und einen Film bilden, durch den die Büchse während des Betriebs stets einen sich über den gan zen Wellenumfang erstreckenden, im wesentlichen gleichmässigen Abstand von der Welle innehält. Bei Auslenkungen der Welle soll die Büchse den Auslen- kungen folgen, sich also weitgehend oder vollständig von selbst zentrieren, so dass metallische Berührung und Abnutzung von Welle und Büchse vermieden werden.
Die kritische Drehzahl der Welle kann dann gefahrlos durchfahren werden.
Das Spiel der Dichtungsbüchse gegenüber einer z. B. 60 mm Durchmesser aufweisenden Welle kann z. B. bei gasförmigem Zwischenfilm 0,0l bis 0,03 mm, bei flüssigem Zwischenfilm 0,05 bis 0,1 mm, also grössenordnungsmässig etwa 0,03 % des Wellendurch- messers betragen. Unter dem Überdruckraum ist z. B. der vom Gehäuse eines Turbokompressors umschlos sene Raum und unter der Welle z. B. die des Kom- pressors zu verstehen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das federnde Zwischenglied ein Federbalgen.
Bei einer weiteren Bauart der Erfindung besitzt die Dichtungsbüchse mindestens eine Bohrung, durch die während des Betriebs Sperrmedium eingeleitet wird, das unter grösserem Druck steht, als der Druck in dem Überdruckraum beträgt. Dies ist von Vorteil, wenn in denn Überdruckraum erheblich höherer Druck gegenüber der Umgebung aufrechterhalten werden soll.
Die Dichtungsvorrichtung eignet sich besonders, wenn in dem Überdruckraum z. B. giftiges, feuer gefährliches oder andere Werkstoffe angreifendes Gas eingeschlossen ist, von dem auch nicht geringste Men gen über die Wellendurchführung austreten sollen.
Gegebenenfalls wird das eingeleitete Sperrmedium über eine in der Dichtungsbüchse angebrachte Boh rung abgesaugt in einem Kreislauf geführt, dem lau fend eine der an den Enden der Dichtungsbüchse aus tretenden Menge von Leckmedium entsprechende Menge nachgespeist wird. Wie die Versuche in einem Fall ergaben, lässt sich die an den Enden der Dich tungsbüchse austretende Leckmenge von z.
B. gas förmigem Sperrmedium ausserordentlich gering hal ten; sie betrug bei der Versuchsanordnung höchstens etwa 10 cm3 je Stunde bei einer Drehzahl von 4500 min-'. Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Er findung.
Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Teil einer mit der Vorrichtung ausgestatteten Maschine und Fig. 2 und 3 sind entsprechende Schnitte durch abgewandelte Ausführungsformen.
Eine Welle 1 z. B. eines Turbokompressors ist durch ein Kompressorgehäuse 2 geschoben und. in zwei nicht dargestellten Lagern gelagert. Auf die Welle ist eine Dichtungsbüchse 3 aufgeschoben, die die Welle mit geringem, in der Zeichnung der Deut lichkeit wegen übertrieben gross dargestelltem Spiel umschliesst und die erheblich länger ist, als der Durch messer der Welle 1 beträgt. Die Büchse 3 ist mittels eines Federbalgens 4 bei 5 elastisch an dem Gehäuse 2 befestigt.
Die Dichtungsbüchse 3 enthält zwei Ringnuten 6, 7; an die Ringnut 6 ist eine Sperrgaszuführungsleitung 8 und an die Nut 7 eine Sperrgasabsaugleitung 9 an geschlossen. Die Leitungen 8, 9 bilden einen eine Um wälzpumpe 11 und Druckregel- z. B. Drosselorgane 12, 13 enthaltenden Kreislauf, dem über eine Lei tung 15 Sperrgas nachgespeist wird.
In dem Kompressorgehäuse 2 befindet sich unter dem Druck p1 stehendes Gas, z. B. giftiges, gegen über anderen Werkstoffen aggressives, gasförmiges Uranhexafluorid (UF6). Sein Druck p1 ist grösser als der auf der anderen Seite der Dichtungsbüchse 3 herrschende Druck p2.. Mittels der Pumpe 11 wird nun der Ringnut 6 ständig Sperrgas, z.
B. Stickstoff (N2), zugeführt und in der Nut 6 ein Druck p1' auf rechterhalten, der grösser ist als der Druck p1. Aus der Ringnut 7 wird ein Teil des Sperrgases laufend abgesaugt. Der Rest strömt bei 16 in das Gehäuse 2 und bei 17 in die Atmosphäre als Leckgas ab.
Durch die Druckregelorgane 12, 13 wird der Druck p1' ein gestellt, und es wird durch sie ferner dafür gesorgt, dass in der Ringnut 7 ein Druck p2' aufrechterhalten wird, der kleiner als der Druck p1' und etwas grösser als der Atmosphärendruck p2 ist. Hierdurch wird in dem zwischen Büchse 3 und Welle 1 befindlichen Spalt 18 ein Sperrgasfilm gebildet, durch den sich die Büchse 3 ständig auf der Welle 1 zentriert.
Bei einem Beispiel betragen die bei 16 eintretenden Verluste 20 Normal-cm3/Stunde und die bei 17 eintretenden Ver luste 4 Normal-cm3/Stunde, zusammen als 24 Nor- mal-em3/Stunde.
Bei dem Beispiel nach Fig. 2 ist der höhere Druck p1 ausserhalb des Gehäuses 2, in dem der tiefere Druck p2 herrscht. Entsprechend ist der Kreislauf für das Sperrgas umgekehrt als bei dem Beispiel nach Fig. 1 an die Büchse 3 angeschlossen. Ausserdem ist das eine -Lager der Welle 1 dargestellt und mit 21 bezeichnet.
Das Gehäuse 2 enthält einen Kanal 22, an den eine gestrichelt eingezeichnete Steuerleitung 23 angeschlossen ist, über die eine in dem Kreislauf enthaltene Differentialdruck - Regelvorrichtung 24 selbsttätig in Abhängigkeit von dem in dem Gehäuse 2 herschenden Druck p2 gesteuert wird. Die Regel vorrichtung 24 arbeitet derart, dass der Druck p2' ständig etwas grösser als der Druck p2 und der Druck p1' etwas grösser als der Druck p1 ist, wobei überdies der Druck p1' grösser als der Druck p2 ist.
Bei der Bauart nach Fig. 3, die im übrigen den Druckverhältnissen nach Fig.2 entspricht, ist statt eines Federbalgens eine federnde, nämlich ge wellte Membran 26 zum Befestigen der Dichtungs büchse 3 verwendet. Gegebenenfalls kann die Mem bran auch ohne wellenförmigen Teil, also vollständig glatt ausgebildet .sein; sie muss dann aber gleichwohl federnd, und zwar auch in Richtung ihrer Fläche federnd sein, was z. B. durch Verwendung eines ent sprechenden Materials für die Membran, z. B. Gummi, erzielt werden kann.
Eine solche Ausführungsform ist etwa für Fälle geeignet, in denen mit geringen Aus lenkungen der Welle zu rechnen ist.
Bei allen Ausführungsbeispielen muss in Kauf ge nommen werden, dass eine geringe Menge von Leck med:ium in das im Gehäuse 2 befindliche Gas eintritt. Gegebenenfalls wird das Leckmedium später aus dem Gemisch wieder ausgeschieden.
Weitere Abwandlungen ergeben sich, wenn statt eines Sperrgases eine Sperrflüssigkeit benutzt wird. Das Zwischenglied, z. B. der Balgen 4 oder die Mem bran 26 oder auch Zwischenglieder von anderer Ge stalt, z. B. eine konisch ausgebildete Membran, soll allgemein in der Weise federnd ausgebildet sein, dass die Büchse 3 den Auslenkungen der Welle 1 folgt, ohne dabei wesentlichen Widerstand zu leisten.