DE102010054873A1

DE102010054873A1 - Gleitringdichtung mit einer Druckvorrichtung

Info

Publication number: DE102010054873A1
Application number: DE102010054873A
Authority: DE
Inventors: Horst Hildenbrand
Original assignee: EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Current assignee: EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2012079765A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung eines Produktmediums an einer Produktseite (50) von einer Atmosphärenseite (60), umfassend wenigstens eine Gleitringdichtung (10, 20) mit einem rotierenden Gleitring (11, 21) und einem stationären Gleitring (12, 22), wobei zwischen dem rotierenden und stationären Gleitring ein Dichtspalt (13, 23) definiert ist, und eine Sperrdruckvorrichtung (3), welche ein Sperrfluid zum Dichtspalt (13, 23) zuführt, wobei die Sperrdruckvorrichtung (3) eine Zuleitung (30) zum Zuführen des Sperrfluids und einen Verdampfer (31) umfasst, wobei der Verdampfer (31) in der Zuleitung (30) angeordnet ist und Sperrfluid verdampft, wobei die Zuleitung (30) an einem Sperrraum (9) nahe der Gleitringdichtung (2) mündet und wobei die Zuleitung (30) derart mit der Produktseite (50) verbunden ist, dass Produktmedium als Sperrfluid von der Produktseite (50) über die Zuleitung (30) in den Verdampfer (31) und vom Verdampfer (31) in den Sperrraum (9) gelangt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit einer verbesserten Sperrdruckvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Gleitringdichtung.
Es ist bekannt, bei Gleitringdichtungsanordnungen Sperrdruckvorrichtungen zu verwenden, um eine Leckage eines abzudichtenden Produktmediums zu einer Atmosphärenseite zu vermeiden. Die Sperrdruckvorrichtungen werden mit einem Druck betrieben, welcher höher ist als ein Druck an der Produktseite. Hierdurch ergibt sich immer eine Leckage des Sperrfluids in das Produktmedium an der Produktseite. Als Sperrfluid werden üblicherweise Inertfluide verwendet. Es gibt jedoch auch Anwendungen, bei denen vermieden werden muss, dass Sperrfluid in das Produktmedium gelangt. Eine Lösung hierzu ist ein aufwändiger Leckageabzug, bei dem die durch die Gleitringdichtung hindurch gehende Leckage des Sperrfluids abgezogen wird und so verhindert wird, dass das Sperrfluid in das Produktmedium gelangt. Derartige Vorrichtungen sind jedoch sehr aufwändig und teuer.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer Sperrdruckvorrichtung bereitzustellen, welche bei einfachem und kostengünstigem Aufbau verhindert, dass das Produktmedium durch ein Sperrfluid verunreinigt wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung eines Produktmediums an einer Produktseite von einer Atmosphärenseite umfasst wenigstens eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden und einem stationären Gleitring sowie eine Sperrdruckvorrichtung. Die Sperrdruckvorrichtung führt ein Sperrfluid einem zwischen dem rotierenden und stationären Gleitring gebildeten Dichtspalt zu. Die Sperrdruckvorrichtung umfasst dabei eine Zuleitung zum Zuführen des Sperrfluids und einen Verdampfer, welcher in der Zuleitung angeordnet ist. Der Verdampfer stellt dabei sicher, dass das in die Zuleitung eingeführte Sperrfluid verdampft und in gasförmigem Zustand zum Dichtspalt zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird dabei das Sperrfluid von der Produktseite entnommen. Somit wird als Sperrfluid verdampftes Produktmedium verwendet, so dass es zu keiner Verunreinigung des Produktmediums mit Fremdmedium aus der Leckage aus der Sperrdruckvorrichtung kommt. Der Verdampfer stellt dabei sicher, dass nur gasförmiges Sperrfluid zur Gleitringdichtung gelangt. Somit kann erfindungsgemäß auf einfache und kostengünstige Weise eine Sperrdruckvorrichtung vorgesehen werden, welche als Sperrfluid verdampftes Produktmedium verwendet. Der Verdampfer ist dabei in einer Zuleitung von der Produktseite zu einem Sperrraum am Dichtspalt angeordnet.
Besonders bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung zwei Gleitringdichtungen, so dass eine doppelt wirkende Gleitringdichtungsanordnung vorliegt. Hierdurch kann eine sehr sichere Abdichtung des Produktmediums von der Atmosphärenseite ermöglicht werden.
Um beispielsweise bei einem Aggregatausfall oder in Notsituationen einen Druck in der Sperrdruckvorrichtung aufrecht erhalten zu können, umfasst die Sperrdruckvorrichtung vorzugsweise ein in der Zuleitung angeordnetes Rückschlagventil, welches ein Rückströmen des Sperrfluids zur Produktseite verhindert. Das Rückschlagventil ist vorzugsweise in Strömungsrichtung der Zuleitung nach dem Verdampfer angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sperrdruckvorrichtung einen Speicher, welcher an der Zuleitung angeordnet ist. Hierdurch kann unabhängig von einer Zuführung von neuem Sperrfluid das Sperrsystem über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden.
Falls das Produktmedium ein sehr toxisches Medium ist, bei dem unter allen Umständen verhindert werden muss, dass das toxische Produktmedium zur Atmosphärenseite gelangt, ist vorzugsweise noch eine dritte Dichtung vorgesehen, welche der Gleitringdichtung zur Atmospährenseite nachgeschaltet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sperrdruckvorrichtung ferner eine Vereisungsschutzeinrichtung, insbesondere bei kryogenen Anwendungen. Die Vereisungsschutzeinrichtung verhindert insbesondere, dass sich Luftfeuchtigkeit als Eis an atmosphärenseitigen Flächen der Gleitringdichtung niederschlägt. Die Vereisungsschutzeinrichtung umfasst vorzugsweise einen Hohlraum zwischen der Gleitringdichtung und der Atmosphäre, so dass sich gegebenenfalls Eis an den Wänden des Hohlraums bildet und nicht auf Bauteilen der Gleitringdichtung. Alternativ können die atmosphärenseitigen Flächen auch mit einem zusätzlichen Quenchmedium beaufschlagt werden, wobei das Quenchmedium den Vereisungsschutz übernimmt.
Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung von flüssigem Kohlendioxid verwendet, so dass das Sperrmedium gasförmiges Kohlendioxid ist. Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung wird vorzugsweise bei Pumpen verwendet, wobei die Zuleitung von einem Druckanschluss aus zum Sperrraum an der Gleitringdichtung führt und die Gleitringdichtungsanordnung eine Pumpenwelle abdichtet. Die Erfindung kann ferner auch bei anderen Flüssiggasanwendungen vorteilhaft eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Gleitringdichtungsanordnung ermöglicht durch Verwendung von verdampftem Produktmedium als Sperrfluid somit eine einfache und sichere Abdichtung des Produktmediums, ohne dass fremdes Medium als Sperrfluid in das Produktmedium gelangen kann. Da das Sperrfluid aus dem abzudichtenden Produkt über eine Zuleitung abgezogen wird und über einen Verdampfer geführt wird, kann immer sichergestellt werden, dass nur gasförmiges Sperrfluid zur Gleitringdichtung geführt wird. Das Verfahren wird besonders bevorzugt in Verbindung mit Pumpen eingesetzt, wobei das Sperrfluid aus einem Druckanschluss der Pumpe entnommen wird.
Um zu verhindern, dass bei einer Unterbrechung der Zufuhr des Sperrfluids das Sperrfluid rückwärts durch die Zuleitung zurück zur Produktseite strömt, ist vorzugsweise ein Rückschlagventil in der Zuleitung angeordnet.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung 1 eine doppelt wirkende Gleitringdichtung mit zwei Gleitringdichtungen 10, 20. Hierbei umfasst eine erste Gleitringdichtung 10 einen ersten rotierenden Gleitring 11 und einen ersten stationären Gleitring 12, welche zwischen sich einen Dichtspalt 13 definieren. Eine zweite Gleitringdichtung 20 umfasst einen zweiten rotierenden Gleitring 21 und einen zweiten stationären Gleitring 22, welche zwischen sich einen Dichtspalt 23 definieren. Die rotierenden Gleitringe 11, 21 sind über ein Halteelement 7 und eine Buchse 6 mit einer rotierenden Welle 5 verbunden. Die stationären Gleitringe 12, 22 sind an einem stationären Gehäuse 8 angeordnet, welches in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführt ist.
Die Welle 5 dient zum Antrieb einer Pumpe 4, wobei ein Pumpenrad 4 auf der Welle 5 angeordnet ist. Die Pumpe 4 umfasst ferner ein Pumpengehäuse 41, in welchem das Pumpenrad 40 angeordnet ist.
Ferner weist die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Sperrdruckvorrichtung 3 auf. Die Sperrdruckvorrichtung 3 umfasst eine Zuleitung 30, in welcher ein Verdampfer 31 und ein Rückschlagventil 32 in dieser Reihenfolge in Strömungsrichtung A in der Zuleitung angeordnet sind. Ferner ist ein Speicher 33 mit der Zuleitung 30 verbunden. Wie aus 1 ersichtlich ist, wird das Sperrfluid durch einen Anschluss 80 im Gehäuse 8 zu einem Sperrraum 9 an den Gleitringdichtungen 10, 20 geführt. Der Speicher 33 ist in Strömungsrichtung A durch die Zuleitung 30 nach dem Rückschlagventil 32 angeordnet und dient zur Speicherung von Sperrfluid.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist ein Anschluss 43 der Zuleitung 30 an einer Druckseite 42 der Pumpe 4 angeordnet. Somit wird als Sperrfluid ein Produktmedium von der Druckseite der Pumpe verwendet. Das von der Druckseite 42 abgezweigte Sperrfluid wird dann zuerst durch den Verdampfer 31 geführt, um sicherzustellen, dass das Sperrfluid vollständig in gasförmiger Form vorliegt. Dann wird das gasförmige Sperrmedium über das Rückschlagventil 32 zum Sperrraum 9 vor den beiden Gleitringdichtungen 10, 20 geführt.
Wie aus 1 ersichtlich ist, dichtet die doppelt wirkende Gleitringdichtung dabei eine Produktseite 50 von einer Atmosphärenseite 60 ab. Im Betrieb wird nun die insbesondere über den Dichtspalt 13 auftretende Leckage vom Sperrraum 9 zur Produktseite 50 wieder einem Niederdruckbereich der Pumpe 4 zugeführt. Da das Sperrfluid das unter Druck stehende Produktmedium von der Druckseite 42 ist, wird somit verhindert, dass das Produktmedium durch fremdes Sperrfluid verunreinigt wird. Da erfindungsgemäß mit verdampftem Prozessmedium gesperrt wird, kann die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung 1 einen einfachen kostengünstigen Aufbau aufweisen. Ferner wird nur ein geringer Bauraum für die erfindungsgemäße Sperrdruckvorrichtung 3 notwendig.
Die Erfindung wird vorzugsweise bei Kohlendioxidanwendungen als Gasdichtung eingesetzt, wobei das Produktmedium flüssiges Kohlendioxid ist und eine Sperrung der doppelten Gleitringdichtung dann mittels dem im Verdampfer 31 vollständig verdampften, gasförmigen Kohlendioxid erfolgt. Falls notwendig, kann als Vereisungsschutz noch am Gehäuse 8 an der zweiten Gleitringdichtung 20 nahe der Atmosphärenseite 60 ein Hohlraum vorgesehen werden, so dass sich gegebenenfalls Eis an den Flächen des Hohlraums niederschlägt und nicht an Flächen von Bauteilen der Gleitringdichtung.
Es sei angemerkt, dass bei einer anderen Verwendung als bei einer Pumpe in der Zuleitung (30) beispielsweise zusätzlich noch eine Pumpe, insbesondere eine Zahnradpumpe, angeordnet sein kann, um das Produktmedium in die Zuleitung (30) zu fördern und das Sperrfluid auf ein gewünschtes Druckniveau zu heben.

Claims

Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung eines Produktmediums an einer Produktseite (50) von einer Atmosphärenseite (60), umfassend – wenigstens eine Gleitringdichtung (10, 20) mit einem rotierenden Gleitring (11, 21) und einem stationären Gleitring (12, 22), wobei zwischen dem rotierenden und stationären Gleitring ein Dichtspalt (13, 23) definiert ist, und – eine Sperrdruckvorrichtung (3), welche ein Sperrfluid zum Dichtspalt (13, 23) zuführt, – wobei die Sperrdruckvorrichtung (3) eine Zuleitung (30) zum Zuführen des Sperrfluids und einen Verdampfer (31) umfasst, wobei der Verdampfer (31) in der Zuleitung (30) angeordnet ist und Sperrfluid verdampft, – wobei die Zuleitung (30) an einem Sperrraum (9) nahe der Gleitringdichtung (2) mündet und – wobei die Zuleitung (30) derart mit der Produktseite (50) verbunden ist, dass Produktmedium als Sperrfluid von der Produktseite (50) über die Zuleitung (30) in den Verdampfer (31) und vom Verdampfer (31) in den Sperrraum (9) gelangt.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitringdichtungsanordnung (2) eine doppelt wirkende Gleitringdichtungsanordnung mit zwei Gleitringdichtungen ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Rückschlagventil (32), welches in der Zuleitung (30) angeordnet ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (32) in Strömungsrichtung (A) des Sperrfluids nach dem Verdampfer (31) angeordnet ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Speicher (33), welcher an der Zuleitung (30), insbesondere in Strömungsrichtung (A) nach dem Rückschlagventil (32), angeordnet ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine zusätzliche Dichtung zwischen der Gleitringdichtung (20) und der Atmosphärenseite (60).
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Vereisungsschutzeinrichtung zur Verhinderung einer Vereisung der Gleitringdichtung (20).
Verfahren zum Betreiben einer Gleitringdichtungsanordnung mit einem rotierenden Gleitring (11, 21) und einem stationären Gleitring (12, 22), wobei zwischen dem rotierenden und stationären Gleitring ein Dichtspalt (13, 23) definiert ist, und mit einer Sperrdruckvorrichtung (3), welche ein Sperrfluid zum Dichtspalt (13, 23) zuführt, wobei das Sperrfluid aus dem abzudichtenden Produktmedium über eine Zuleitung (30) entnommen wird und über einen in der Zuleitung (30) angeordneten Verdampfer (31) verdampft wird und anschließend zur Gleitringdichtung (10, 20) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrfluid von einer Druckseite (42) einer Pumpe (4) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil (32), welches ein Zurückströmen des Sperrfluids aus der Zuleitung (30) zur Produktseite (50) verhindert.