DE102022102776B3 - Gleitringdichtungsanordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung eines Prozessraums (6), welcher mit einem ungiftigen, gasförmigen Prozessmedium gefüllt ist, gegenüber einem Lagerraum (8), umfassend:- eine erste Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (20) mit einer ersten Gleitfläche (20a) und einem stationären Gleitring (21) mit einer zweiten Gleitfläche (21a), welche zwischen den Gleitflächen (20a, 21a) einen ersten Dichtspalt (22) definieren,- eine zweite Gleitringdichtung (3) mit einem rotierenden Gleitring (30) mit einer dritten Gleitfläche (30a) und einem stationären Gleitring (31) mit einer vierten Gleitfläche (31a), welche zwischen den Gleitflächen (30a, 31a) einen zweiten Dichtspalt (32) definieren,- eine erste Vorspanneinrichtung (4), welche den stationären Gleitring (21) der ersten Gleitringdichtung (2) in Axialrichtung (X-X) vorspannt,- eine zweite Vorspanneinrichtung (5), welche den stationären Gleitring (31) der zweiten Gleitringdichtung (3) in Axialrichtung (X-X) vorspannt,- eine zwischen der ersten Gleitringdichtung (2) und der zweiten Gleitringdichtung (3) angeordnete Fluidkammer (7), welche in Fluidverbindung mit dem ersten und zweiten Dichtspalt ist und im Betrieb eine Leckage über den ersten Dichtspalt (22) aus dem Prozessraum (6) aufnimmt, und von welcher eine Rückleitung (9) abführt, eingerichtet für eine Rückführung von Prozessmedium aus der Fluidkammer (7) zu einem Prozessbereich,- wobei die erste Gleitringdichtung (2) und die zweite Gleitringdichtung (3) derart angeordnet sind, dass eine Rückseite (21b) des stationären Gleitrings (21) der ersten Gleitringdichtung (2) und eine Rückseite (31b) des stationären Gleitrings (31) der zweiten Gleitringdichtung (3) einander entgegengerichtet sind,- wobei der stationäre Gleitring (21) der ersten Gleitringdichtung (2) eine erste Stufe (41) am Innenumfang aufweist, derart, dass ein minimaler erster Innendurchmesser D1 des stationären Gleitrings (21) der ersten Gleitringdichtung (2) kleiner ist als ein maximaler zweiter Innendurchmesser D2 des stationären Gleitrings (21) der ersten Gleitringdichtung (2),- wobei der stationäre Gleitring (31) der zweiten Gleitringdichtung (3) eine zweite Stufe (42) am Außenumfang aufweist, derart, dass ein minimaler erster Außendurchmesser D3 des stationären Gleitrings (31) der zweiten Gleitringdichtung (3) kleiner ist als ein maximaler zweiter Außendurchmesser D4 des stationären Gleitrings (31) der zweiten Gleitringdichtung (3),- wobei im Ruhezustand der Gleitringdichtungsanordnung der erste Dichtspalt (22) der ersten Gleitringdichtung (2) geöffnet ist, so dass Prozessmedium aus dem Prozessraum (6) über den geöffneten ersten Dichtspalt (22) in die Fluidkammer (7) strömen kann und wobei der zweite Dichtspalt (32) der zweiten Gleitringdichtung (3) geschlossen ist, und- wobei eine erste Leckagerichtung (16) im ersten Dichtspalt (22) von außen vom Prozessraum (6) nach innen zur Fluidkammer (7) verläuft und eine zweite Leckagerichtung (17) im zweiten Dichtspalt (32) von innen von der Fluidkammer (7) nach außen zum Lagerraum (8) verläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine gasgeschmierte Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung eines Prozessraums, der mit einem ungiftigen, gasförmigen Medium gefüllt ist, gegenüber einem Lagerraum, in welchem ein Lager zur Lagerung einer Welle angeordnet ist, sowie eine Verdichteranordnung.
  • Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Zur Abdichtung von gasförmigen Medien hat sich die sogenannte Tandem-Bauweise bewährt, bei welcher zwei Gleitringdichtungen in Reihe an einer Welle angeordnet werden und in einen Zwischenraum zwischen den beiden Gleitringdichtungen ein Sperrgas zugeführt wird. Das Sperrgas wird mittels einer Sperrgaseinrichtung bereitgestellt, welche neben dem zusätzlichen baulichen Aufwand auch im Betrieb kontinuierlich Betriebskosten durch die Erzeugung des Sperrgases, welches unter einem vorbestimmten Druck zugeführt werden muss, aufweist. Beispielsweise zeigt die DE 10 2018 208 519 A1 eine gasgeschmierte Gleitringdichtungsanordnung mit einer Sperrgaseinrichtung, welche als Sperrgas Stickstoff verwendet. In jüngster Zeit werden jedoch verstärkt Anwendungen nachgefragt, bei denen für die Umwelt ungiftige Medien, beispielsweise Kohlendioxid oder Stickstoff abgedichtet werden müssen, wobei insbesondere die Verdichtung von Kohlendioxid im Vordergrund steht, um dieses zur Reduzierung des Treibhauseffektes aus der Umgebungsluft zu entfernen und beispielsweise zur Speicherung in Speichern zu verdichten.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Abdichtung von für die Umgebung ungiftigen gasförmigen Medien, insbesondere CO2 oder Stickstoff, ermöglicht, sowie eine Verdichteranordnung.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und eine Verdichteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Die erfindungsgemäße gasgeschmierte Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung eines mit gasförmigem, ungiftigem Medium gefüllten Prozessraumes gegenüber einem Lagerraum mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass eine besonders kostengünstige und sichere Abdichtung des Prozessraums gegenüber einem Lagerraum, in welchem Umgebungsdruck herrscht, möglich ist. Hierbei muss keine aufwändige, separate Sperrgaseinrichtung bereitgestellt werden, um eine Abdichtung an einem rotierenden Bauteil, insbesondere einer Welle, zu ermöglichen. Somit ist die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung besonders kostengünstig bereitstellbar. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Gleitringdichtungsanordnung eine erste Gleitringdichtung und eine zweite Gleitringdichtung aufweist. Die erste Gleitringdichtung umfasst einen rotierenden und einen stationären Gleitring, welche zwischen ihren Gleitflächen einen ersten Dichtspalt definieren. Die zweite Gleitringdichtung umfasst einen rotierenden und einen stationären Gleitring, welche zwischen ihren Gleitflächen einen zweiten Dichtspalt definieren. Ferner umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine erste und eine zweite Vorspanneinrichtung. Die erste Vorspanneinrichtung spannt den stationären Gleitring der ersten Gleitringdichtung vor und die zweite Vorspanneinrichtung spannt den stationären Gleitring der zweiten Gleitringdichtung vor. Zwischen der ersten und der zweiten Gleitringdichtung ist eine Fluidkammer angeordnet, von welcher eine Rückleitung in einem Gehäuse abführt, die für eine Rückführung des gasförmigen, ungiftigen Mediums zum Prozessbereich eingerichtet ist. Die Fluidkammer ist in Fluidverbindung mit dem ersten und zweiten Dichtspalt und nimmt im Betrieb eine Leckage aus dem Prozessraum auf, welche über den ersten Dichtspalt austritt. Dabei sind die erste und zweite Gleitringdichtung derart in Reihe angeordnet, dass eine Rückseite des stationären Gleitrings der ersten Gleitringdichtung und eine Rückseite des stationären Gleitrings der zweiten Gleitringdichtung einander entgegengerichtet ausgerichtet sind. Weiterhin ist am Innenumfang des stationären Gleitrings der ersten Gleitringdichtung eine erste Stufe ausgebildet. Hier ist ein minimaler erster Innendurchmesser D1 des stationären Gleitrings der ersten Gleitringdichtung kleiner als ein maximaler zweiter Innendurchmesser D2 des stationären Gleitrings der ersten Gleitringdichtung. Im Ruhezustand der Gleitringdichtung ist der erste Dichtspalt der ersten Gleitringdichtung geöffnet, so dass Prozessgas aus dem Prozessraum über den geöffneten Dichtspalt in die Fluidkammer zwischen der ersten und zweiten Gleitringdichtung strömen kann. Ferner ist am Außenumfang des stationären Gleitrings der zweiten Gleitringdichtung eine zweite Stufe ausgebildet. Dabei ist ein minimaler erster Außendurchmesser D3 des stationären Gleitrings der zweiten Gleitringdichtung kleiner als ein maximaler zweiter Außendurchmesser D4 des stationären Gleitrings der zweiten Gleitringdichtung. Im Ruhezustand der Gleitringdichtungsanordnung ist der zweite Dichtspalt der zweiten Gleitringdichtung geschlossen bzw. weist eine sehr geringe Leckage auf. Ferner ist eine erste Leckagerichtung im ersten Dichtspalt der ersten Gleitringdichtung von außen vom Prozessraum nach innen zur Fluidkammer verlaufend und eine zweite Leckagerichtung im zweiten Dichtspalt der zweiten Gleitringdichtung verläuft von innen von der Fluidkammer nach außen zum Lagerraum.
  • Somit ist im Ruhezustand der Gleitringdichtungsanordnung, in welchem das rotierende Bauteil, an welchem die Gleitringdichtungsanordnung abdichtet, nicht rotiert, der erste Dichtspalt der ersten Gleitringdichtung offen und der zweite Dichtspalt der zweiten Gleitringdichtung geschlossen. Über die Rückleitung aus der Fluidkammer wird das leckende Prozessmedium in den Prozessraum zurückgeführt. Die zweite Gleitringdichtung dichtet im nicht rotierenden Zustand der Gleitringdichtungsanordnung die Fluidkammer gegenüber dem Lagerraum ab. Im Zustand, in welchem das abzudichtende rotierbare Bauteil rotiert, sind beide Gleitringdichtungen im aktivierten Zustand. Dabei ist eine erste kleine Leckage vom Prozessraum in die Fluidkammer über den ersten Dichtspalt vorhanden und weiter ist eine zweite kleine Leckage von der Fluidkammer über den zweiten Dichtspalt der zweiten Gleitringdichtung zum Lagerraum vorhanden. Somit ist für den Betrieb der beiden Gleitringdichtungen kein separates Sperrmedium notwendig, sondern die Schmierung der ersten und zweiten Gleitringdichtung erfolgt mittels des Prozessmediums. Ein Großteil der Leckage über den ersten Dichtspalt der ersten Gleitringdichtung wird über die Rückleitung zurück zum Prozessbereich geführt und ist somit nicht verloren. Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff gasförmiges, ungiftiges Medium ein Medium im gasförmigen Aggregatzustand oder im überkritischen Zustand verstanden.
  • Dabei weist die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung auch bei hohen Drehzahlen, beispielsweise bei Verwendung an einer Verdichterwelle, auch sehr gute Dichtungsleistungen auf. Durch die Anordnung der Rückleitung vom Fluidraum, der zwischen der ersten und zweiten Gleitringdichtung liegt, zum Prozessbereich, kann auch ein Großteil der ersten Leckage über den ersten Dichtspalt wieder zurückgewonnen werden und zum Prozess zurückgeführt werden. Im Betrieb ist dann die einzige verbleibende Leckage die zweite Leckage über den zweiten Dichtspalt der zweiten Gleitringdichtung, welche jedoch relativ gering ist.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der rotierende Gleitring der ersten Gleitringdichtung an der Gleitfläche eine Vielzahl von ersten Fördernuten auf. Die ersten Fördernuten sind vorzugsweise am Außenumfang des rotierenden Gleitrings der ersten Gleitringdichtung angeordnet und verlaufen bevorzugt sichelförmig nach innen.
  • Weiter bevorzugt weist der stationäre Gleitring der zweiten Gleitringdichtung zweite Fördernuten auf. Vorzugsweise sind die zweiten Fördernuten am Innenumfang nach außen verlaufend angeordnet und verlaufen insbesondere vom Innenumfang des stationären Gleitrings der zweiten Gleitringdichtung sichelförmig nach außen.
  • Bevorzugt sind an allen Gleitringen der ersten und zweiten Gleitringdichtung Fördernuten vorgesehen.
  • Vorzugsweise ist ein erster Differenzdruck zwischen dem Prozessraum und der Fluidkammer mindestens dreimal so groß wie ein zweiter Differenzdruck zwischen der Fluidkammer und dem Lagerraum. Vorzugsweise ist der erste Differenzdruck mindestens fünfmal so groß, insbesondere mindestens zehnmal so groß, wie der zweite Differenzdruck an der zweiten Gleitringdichtung.
  • Weiter bevorzugt ist im Betrieb eine Menge der ersten Leckage über den ersten Dichtspalt der ersten Gleitringdichtung mindestens doppelt so groß wie eine Menge der zweiten Leckage über den zweiten Dichtspalt der zweiten Gleitringdichtung.
  • Vorzugsweise sind die erste und zweite Gleitringdichtung auf einer gemeinsamen Hülse angeordnet.
  • Besonders bevorzugt ist das Prozessmedium Kohlendioxid oder Stickstoff. Alternativ ist das Prozessmedium ein Kältemittel, beispielsweise R134a oder R245fa.
  • Weiter bevorzugt liegt der erste Innendurchmesser D1 des stationären Gleitrings der ersten Gleitringdichtung in einem Bereich, welcher durch die nachfolgende Ungleichung definiert ist:
    • 0,8 x D2 ≤ D1 < D2, wobei D2 der maximale zweite Innendurchmesser ist,
    und insbesondere liegt D1 im Bereich von 0,9 x D2 ≤ D1 < D2.
  • Somit liegt der erste Innendurchmesser D1 in einem Bereich, welcher maximal 20% kleiner ist als der zweite Innendurchmesser D2 des stationären Gleitrings.
  • Weiter bevorzugt liegt der erste Außendurchmesser D3 des stationären Gleitrings der zweiten Gleitringdichtung in einem Bereich, welcher durch die nachfolgende Ungleichung definiert ist:
    • 0,8 x D4 ≤ D3 < D4, wobei D4 der maximale zweite Aussendurchmesser ist,
    und insbesondere liegt D3 im Bereich von 0,9 x D4 ≤ D3 < D4.
  • D.h. der erste Außendurchmesser D3 liegt in einem Bereich zwischen 80% des zweiten Außendurchmessers D4 der zweiten Gleitringdichtung bis zum Außendurchmesser D4. Hierdurch können insbesondere die auf die zweite Gleitringdichtung wirkenden Schließkräfte ausgelegt werden.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verdichteranordnung zur Verdichtung eines gasförmigen Mediums mit einem Verdichter und einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung.
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • 1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    • 2 eine schematische Draufsicht auf eine Gleitfläche eines rotierenden Gleitrings einer ersten Gleitringdichtung,
    • 3 eine schematische Draufsicht einer Gleitfläche eines stationären Gleitrings der ersten Gleitringdichtung,
    • 4 eine schematische Draufsicht einer Gleitfläche eines rotierenden Gleitrings einer zweiten Gleitringdichtung und
    • 5 eine schematische Draufsicht einer Gleitfläche eines stationären Gleitrings der zweiten Gleitringdichtung.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
  • Die Gleitringdichtungsanordnung 1 dichtet einen Prozessraum 6 gegenüber einem Lagerraum 8 ab. Im Lagerraum 8 ist ein Lager 80 angeordnet, an welchem eine Welle 18 gelagert ist.
  • Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst zwei Gleitringdichtungen, nämlich eine erste Gleitringdichtung 2 und eine zweite Gleitringdichtung 3. Die beiden Gleitringdichtungen 2, 3 sind in Reihe angeordnet, um den Prozessraum 6 gegenüber dem Lagerraum 8 abzudichten. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte Doppeldichtung.
  • Im Prozessraum 6 ist ein für die Umwelt ungiftiges, gasförmiges Medium, beispielsweise Kohlendioxid (CO2) oder Stickstoff vorhanden.
  • Die erste Gleitringdichtung 2 umfasst einen rotierenden Gleitring 20 mit einer ersten Gleitfläche 20a und einen stationären Gleitring 21 mit einer zweiten Gleitfläche 21a. Zwischen den beiden Gleitflächen 20a, 21a ist ein erster Dichtspalt 22 definiert. Der rotierende Gleitring 20 wird mittels eines ersten Mitnehmerelements 23 in Rotation versetzt.
  • Die zweite Gleitringdichtung 3 umfasst einen rotierenden Gleitring 30 mit einer dritten Gleitfläche 30a und einen stationären Gleitring 31 mit einer vierten Gleitfläche 31a. Zwischen den beiden Gleitflächen 30a, 31a ist ein zweiter Dichtspalt 32 definiert. Der rotierende Gleitring 30 der zweiten Gleitringdichtung 3 wird mittels eines zweiten Mitnehmerelements 33 in Rotation versetzt.
  • Die erste Gleitringdichtung 2 und die zweite Gleitringdichtung 3 sind auf einer gemeinsamen Hülse 11, welche an der Welle 18 fixiert ist, angeordnet. Die Gleitringe sind ohne Durchgangsbohrungen ausgebildet.
  • Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist die Anordnung der ersten Gleitringdichtung 2 und der zweiten Gleitringdichtung 3 derart, dass eine Rückseite 21b des stationären Gleitrings 21 der ersten Gleitringdichtung 2 in Richtung zu einer Rückseite 31 b des stationären Gleitrings 31 der zweiten Gleitringdichtung 3 gerichtet ist. Der stationäre Gleitring 21 der ersten Gleitringdichtung 2 und der stationäre Gleitring 31 der zweiten Gleitringdichtung 3 sind an einem Gehäuse 15 fixiert.
  • Der stationäre Gleitring 21 der ersten Gleitringdichtung 2 ist mittels einer ersten Vorspanneinrichtung 4 in Axialrichtung X-X der Gleitringdichtungsanordnung 1 vorgespannt. Der stationäre Gleitring 31 der zweiten Gleitringdichtung 3 ist mittels einer zweiten Vorspanneinrichtung 5 in Axialrichtung X-X vorgespannt. Die Vorspanneinrichtungen sind in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Zylinderfedern, welche entlang des Umfangs an den Rückseiten der stationären Gleitringe 21, 31 angeordnet sind.
  • Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist zwischen der ersten Gleitringdichtung 2 und der zweiten Gleitringdichtung 3 eine Fluidkammer 7 ausgebildet. Von der Fluidkammer 7 geht eine Rückleitung 9 zurück zu einem Verdichter 10, welcher in 1 schematisch angedeutet ist. Über die Rückleitung 9 kann somit Fluid in Richtung zum Prozessbereich zum Verdichter 10 zurückgeführt werden.
  • Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, sind im rotierenden Gleitring 20 der ersten Gleitringdichtung 2 eine Vielzahl von ersten Fördernuten 12 vorgesehen. Die ersten Fördernuten 12 verlaufen dabei von einem Außenumfang des rotierenden Gleitrings 20 sichelförmig nach innen. In der Gleitfläche 21a des stationären Gleitrings 21 sind keine Nuten ausgebildet.
  • Wie ferner aus den 4 und 5 ersichtlich ist, sind im rotierenden Gleitring 30 der zweiten Gleitringdichtung 3 keine Fördernuten ausgebildet Allerdings sind zweite Fördernuten 13 im stationären Gleitring 31 ausgebildet. Die zweiten Fördernuten 13 verlaufen dabei von einem Innenumfang des stationären Gleitrings 31 sichelförmig nach außen.
  • Somit ist bei der ersten Gleitringdichtung 2 eine Förderrichtung über den ersten Dichtspalt 22 von radial außen nach radial innen. Dies ist in 1 durch eine erste Leckagerichtung 16 (Pfeil) angedeutet. Bei der zweiten Gleitringdichtung 3 ist eine zweite Leckagerichtung 17 von radial innen nach radial außen, da durch die zweiten Fördernuten 13 eine Förderrichtung in Radialrichtung nach außen definiert wird.
  • Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, weist der stationäre Gleitring 21 der ersten Gleitringdichtung am Innenumfang eine erste Stufe 41 auf. Hierbei ist ein minimaler erster Innendurchmesser D1 des stationären Gleitrings 21 der ersten Gleitringdichtung 2 kleiner als ein maximaler zweiter Innendurchmesser D2 des stationären Gleitrings 21 der ersten Gleitringdichtung 2. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei nicht rotierender Welle 18, d.h. wenn der Verdichter 10 nicht in Betrieb ist, der erste Dichtspalt 22 offenbleibt.
  • Bei der zweiten Gleitringdichtung 3 ist am Außenumfang des stationären Gleitrings 31 der zweiten Gleitringdichtung 3 eine zweite Stufe 42 ausgebildet. Dabei ist ein minimaler erster Außendurchmesser D3 des stationären Gleitrings 31 kleiner als ein maximaler zweiter Außendurchmesser D4 des stationären Gleitrings 31 der zweiten Gleitringdichtung 3. Unter Unterstützung der Federkraft der zweiten Vorspannungseinrichtung 5 wird sichergestellt, dass bei einem Stillstand des Verdichters 10, d.h. nicht rotierender Welle 18, der zweite Dichtspalt 32 geschlossen oder nahezu geschlossen ist. D.h. die beiden Gleitflächen 30a, 31a befinden sich miteinander in Kontakt und dichten die zweite Gleitringdichtung 3 vollständig oder fast vollständig ab, so dass kein oder wenig Fluid aus der Fluidkammer 7 in Richtung zum Lagerraum 8 strömen kann.
  • Im Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung 1 bei rotierender Welle 18 ergibt sich somit über den ersten Dichtspalt 23 eine Leckage aus dem Prozessraum 6 in die Fluidkammer 7 und aus der Fluidkammer 7 in den Lagerraum 8. Wie aus 1 ersichtlich ist, sind dabei die Durchströmungsrichtungen über den ersten Dichtspalt 22 und den zweiten Dichtspalt 32 in Radialrichtung entgegengesetzt. D.h. die Durchströmungsrichtung des ersten Dichtspalts 22 ist radial nach innen (Pfeil 16), während die Strömungsrichtung im zweiten Dichtspalt 32 im Betrieb radial nach außen ist (Pfeil 17).
  • Somit dichten die erste und zweite Gleitringdichtung 2, 3 im Betrieb des Verdichters 10 in üblicher Weise ab, wobei jedoch die Leckagemengen über die Dichtspalte der ersten und zweiten Gleitringdichtung 2, 3 unterschiedlich sind. Hierbei ist die Leckagemenge über den ersten Dichtspalt 22 der ersten Gleitringdichtung 2 sehr viel größer als die Leckagemenge über den zweiten Dichtspalt 32 der zweiten Gleitringdichtung 3. Ferner wird Leckage, welche über den ersten Dichtspalt 22 aus dem Prozessraum 6 in die Fluidkammer 7 gelangt, über die Rückleitung 9 zum Verdichter 10 zurückgeführt. Die Pfeile 19 in 1 verdeutlichen dabei die Rückströmrichtung aus der Fluidkammer 7 in Richtung zum Prozessbereich zum Verdichter 10. Somit kann eine große Menge der Leckage über die erste Gleitringdichtung 2 wieder zurückgewonnen werden und an entsprechender Stelle, welche dem Druckniveau des zurückgeleiteten gasförmigen Prozessmediums entspricht, wieder in den Verdichter 10 eingeleitet werden. Die über den zweiten Dichtspalt 32 der zweiten Gleitringdichtung 3 austretende Leckage aus der Fluidkammer 7 in den Lagerraum 8 kann problemlos an die Umgebung abgegeben werden, da das Prozessmedium ein für die Umwelt ungiftiges Gas ist.
  • Somit verwendet die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung 1 das Prozessmedium auch als Sperrmedium für die erste und zweite Gleitringdichtung 2, 3. Dadurch muss keine eigene Sperrfluideinrichtung vorgesehen werden, welcher üblicherweise bei Gleitringdichtungen vorhanden ist, um das Sperrmedium für die Gleitringdichtungen bereitzustellen. Dies senkt signifikant die Kosten der Gleitringdichtungsanordnung 1.
  • Die Erfindung stellt somit eine selbstversorgende Lagerabdichtung bereit, welche den Prozessraum 6 gegenüber dem Lagerraum 8 abdichtet. Im Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung 1 stellt das Prozessmedium somit in beiden Gleitringdichtungen 2, 3 das Sperrfluid bereit. Wenn die Gleitringdichtungsanordnung 1 steht, ist der erste Dichtspalt 22 der ersten Gleitringdichtung 2 geöffnet und der zweite Dichtspalt 32 der zweiten Gleitringdichtung 3 durch die Federkräfte der zweiten Vorspanneinrichtung 5 und den Durchmesserunterschied zwischen dem ersten Außendurchmesser D3 und dem zweiten Außendurchmesser D4 am stationären Gleitring 31 geschlossen oder im Wesentlichen geschlossen. Somit wird verhindert, dass das als Leckage über den ersten Dichtspalt 22 in die Fluidkammer 7 gelangte Prozessmedium in den Lagerraum 8 austreten kann oder nur eine minimale Leckage von der Fluidkammer 7 in Richtung zum Lagerraum 8 auftritt.
  • Durch die zweite Leckagerichtung 17 der zweiten Gleitringdichtung 3 von radial innen nach radial außen wird zudem verhindert, dass Öl aus dem Lagerraum 8, welches zur Schmierung des Lagers 80 notwendig ist, in die Fluidkammer 7 gelangen kann.
  • Somit stellt die vorliegende Erfindung eine sehr kostengünstige Gleitringdichtungsanordnung 1 zur Lagerabdichtung bereit, bei der komplett auf eine Versorgungseinheit zur Versorgung mit Sperrmedium verzichtet werden kann. Als Sperrmedium wird das abzudichtende Prozessmedium in beiden Gleitringdichtungen verwendet. Ein Austritt des Prozessmediums im Betrieb über den zweiten Dichtspalt 32 ist dabei unkritisch, da das Prozessmedium ein für die Umwelt ungiftiges Gas wie beispielsweise Kohlendioxid oder Stickstoff oder auch ein Kältemittel wie z.B. R134a oder R245 sein kann.
  • Durch die back-to-back-Anordnung der beiden Rückseiten 21b, 31b der beiden stationären Gleitringe 21, 31 kann ferner ein besonders kompakter Aufbau realisiert werden. Die Rückleitung 19 verläuft dabei zwischen der ersten und zweiten Gleitringdichtung 2, 3 (vgl. 1). Weiterhin sind bei der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung 1 auch keinerlei zusätzliche Labyrinthabdichtungen oder Lippendichtungen oder dergleichen notwendig. Auch kann die Ausgestaltung aller Gleitringe der ersten und zweiten Gleitringdichtung 2, 3 ohne Durchgangsbohrung oder dergleichen ermöglicht werden. Hierdurch kann insbesondere bei der Herstellung der Gleitringdichtungen 2, 3 ein großer Kostenvorteil erreicht werden.
  • Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 5 Bezug genommen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Gleitringdichtungsanordnung
    2
    erste Gleitringdichtung
    3
    zweite Gleitringdichtung
    4
    erste Vorspanneinrichtung
    5
    zweite Vorspanneinrichtung
    6
    Prozessraum
    7
    Fluidkammer
    8
    Lagerraum
    9
    Rückleitung
    10
    Verdichter
    11
    Hülse
    12
    erste Fördernuten
    13
    zweite Fördernuten
    15
    Gehäuse
    16
    erste Leckagerichtung
    17
    zweite Leckagerichtung
    18
    Welle
    19
    Rückströmrichtung
    20
    rotierender Gleitring
    20a
    erste Gleitfläche
    21
    stationärer Gleitring
    21a
    zweite Gleitfläche
    21b
    Rückseite des stationären Gleitrings 21
    22
    erster Dichtspalt
    23
    erstes Mitnehmerelement
    30
    rotierender Gleitring
    30a
    dritte Gleitfläche
    31
    stationärer Gleitring
    31a
    vierte Gleitfläche
    31b
    Rückseite des stationären Gleitrings 31
    32
    zweiter Dichtspalt
    33
    zweites Mitnehmerelement
    41
    erste Stufe
    42
    zweite Stufe
    80
    Lager
    D1
    minimaler erster Innendurchmesser des stationären Gleitrings 21
    D2
    maximaler zweiter Innendurchmesser des stationären Gleitrings 21
    D3
    minimaler erster Außendurchmesser des stationären Gleitrings 31
    D4
    maximaler zweiter Außendurchmesser des stationären Gleitrings 31
    X-X
    Axialrichtung

Claims (11)

  1. Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung eines Prozessraums (6), welcher mit einem ungiftigen, gasförmigen Prozessmedium gefüllt ist, gegenüber einem Lagerraum (8), umfassend: - eine erste Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (20) mit einer ersten Gleitfläche (20a) und einem stationären Gleitring (21) mit einer zweiten Gleitfläche (21a), welche zwischen den Gleitflächen (20a, 21a) einen ersten Dichtspalt (22) definieren, - eine zweite Gleitringdichtung (3) mit einem rotierenden Gleitring (30) mit einer dritten Gleitfläche (30a) und einem stationären Gleitring (31) mit einer vierten Gleitfläche (31a), welche zwischen den Gleitflächen (30a, 31a) einen zweiten Dichtspalt (32) definieren, - eine erste Vorspanneinrichtung (4), welche den stationären Gleitring (21) der ersten Gleitringdichtung (2) in Axialrichtung (X-X) vorspannt, - eine zweite Vorspanneinrichtung (5), welche den stationären Gleitring (31) der zweiten Gleitringdichtung (3) in Axialrichtung (X-X) vorspannt, - eine zwischen der ersten Gleitringdichtung (2) und der zweiten Gleitringdichtung (3) angeordnete Fluidkammer (7), welche in Fluidverbindung mit dem ersten und zweiten Dichtspalt ist und im Betrieb eine Leckage über den ersten Dichtspalt (22) aus dem Prozessraum (6) aufnimmt, und von welcher eine Rückleitung (9) abführt, eingerichtet für eine Rückführung von Prozessmedium aus der Fluidkammer (7) zu einem Prozessbereich, - wobei die erste Gleitringdichtung (2) und die zweite Gleitringdichtung (3) derart angeordnet sind, dass eine Rückseite (21b) des stationären Gleitrings (21) der ersten Gleitringdichtung (2) und eine Rückseite (31b) des stationären Gleitrings (31) der zweiten Gleitringdichtung (3) einander entgegengerichtet sind, - wobei der stationäre Gleitring (21) der ersten Gleitringdichtung (2) eine erste Stufe (41) am Innenumfang aufweist, derart, dass ein minimaler erster Innendurchmesser D1 des stationären Gleitrings (21) der ersten Gleitringdichtung (2) kleiner ist als ein maximaler zweiter Innendurchmesser D2 des stationären Gleitrings (21) der ersten Gleitringdichtung (2), - wobei der stationäre Gleitring (31) der zweiten Gleitringdichtung (3) eine zweite Stufe (42) am Außenumfang aufweist, derart, dass ein minimaler erster Außendurchmesser D3 des stationären Gleitrings (31) der zweiten Gleitringdichtung (3) kleiner ist als ein maximaler zweiter Außendurchmesser D4 des stationären Gleitrings (31) der zweiten Gleitringdichtung (3), - wobei im Ruhezustand der Gleitringdichtungsanordnung der erste Dichtspalt (22) der ersten Gleitringdichtung (2) geöffnet ist, so dass Prozessmedium aus dem Prozessraum (6) über den geöffneten ersten Dichtspalt (22) in die Fluidkammer (7) strömen kann und wobei der zweite Dichtspalt (32) der zweiten Gleitringdichtung (3) geschlossen ist, und - wobei eine erste Leckagerichtung (16) im ersten Dichtspalt (22) von außen vom Prozessraum (6) nach innen zur Fluidkammer (7) verläuft und eine zweite Leckagerichtung (17) im zweiten Dichtspalt (32) von innen von der Fluidkammer (7) nach außen zum Lagerraum (8) verläuft.
  2. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der rotierende Gleitring (20) der ersten Gleitringdichtung (2) erste Fördernuten (12) aufweist.
  3. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die ersten Fördernuten (12) vom Außenumfang des rotierenden Gleitrings (20) der ersten Gleitringdichtung (2) nach innen verlaufen.
  4. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der stationäre Gleitring (31) der zweiten Gleitringdichtung (3) zweite Fördernuten (13) aufweist.
  5. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die zweiten Fördernuten (13) vom Innenumfang des stationären Gleitrings (31) der zweiten Gleitringdichtung (3) nach außen verlaufen.
  6. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster Differenzdruck zwischen dem Prozessraum (6) und der Fluidkammer (7) mindestens dreimal so groß ist wie ein zweiter Differenzdruck zwischen der Fluidkammer (7) und dem Lagerraum (8).
  7. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Leckagemenge des Prozessmediums über den ersten Dichtspalt (22) der ersten Gleitringdichtung (2) mindestens doppelt so groß ist wie eine Leckagemenge des Prozessmediums aus der Fluidkammer (7) über den zweiten Dichtspalt (32) der zweiten Gleitringdichtung (3) zum Lagerraum (8).
  8. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Gleitringdichtung (2) und die zweite Gleitringdichtung (3) auf einer gemeinsamen Hülse (11) angeordnet sind.
  9. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als gasförmiges Prozessmedium im Prozessraum (6) Kohlendioxid oder Stickstoff oder ein Kältemittel vorhanden ist und die Gleitringdichtungsanordnung eingerichtet ist, den Prozessraum (6) gegenüber dem Lagerraum (8) abzudichten.
  10. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Innendurchmesser D1 des stationären Gleitrings (21) der ersten Gleitringdichtung (2) in einem Bereich von 0,8 x D2 ≤ D1 < D2 liegt, und/oder wobei der erste Außendurchmesser D3 des stationären Gleitrings (31) der zweiten Gleitringdichtung (3) in einem Bereich von 0,8 x D4 ≤ D3 < D4 liegt.
  11. Verdichteranordnung zur Verdichtung eines gasförmigen Prozessmediums umfassend einen Verdichter (10) und eine Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um einen Prozessraum (6) gegenüber einem Lagerraum (8) mit einem Lager (80), welches eine Welle (18) des Verdichters (10) lagert, abzudichten.
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