-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Begrenzung von Leckströmen
an Wellendurchführungen
in Zwischenwänden
von Apparaten mit mehreren in Reihe geschalteten Apparatekammern,
die von einer gemeinsamen Welle durchdrungen werden, wobei die Wellendurchführung im
Bereich der Zwischenwände
durch ein Gleitlager gelagert wird, welches mit der Betriebsflüssigkeit
der jeweils vorgeschalteten Apparateteile beaufschlagt wird.
-
Apparate mit mehreren, mittels Zwischenwänden in
Reihe geschalteten Stufen sind in liegenden und stehenden Anordnungen
in der Prozessindustrie bekannt. Es ist ebenfalls bekannt, je Apparatestufe
Rührorgane
vorzusehen, die über
eine gemeinsame Welle gehaltert und angetrieben werden. Im mehrkammerigen
System wird die gemeinsame Welle stets an der Wellenantriebsseite
und meistens auch am Wellenende gelagert. Bei einer Druckkaskade
ist an wenigstens einer Zwischenwand mindestens eine Wellendurchführung angeordnet,
wobei die Wellendurchführung
durch das flüssige
Reaktorprodukt geschmiert wird. Die Welle ist einer Durchbiegung
aufgrund der am Rührer
angreifenden Kräfte sowie
ihres Eigengewichtes bei horizontalem Einbau ausgesetzt. Die Änderungen
und Winkelabweichungen gegenüber
der theoretisch geraden Welle müssen
von der Wellendurchführung
störungsfrei
ertragen werden. Das bedeutet, dass die radialen Auslenkungen der
Welle kompensiert werden müssen.
Es sind für
solche Wellendurchführungen
aufwendige Dichtungen, wie Gleitringdichtung oder Stopfbuchsdichtung
bekannt, die zur Begrenzung des radialen Spiels in der Nähe eines
Lagers installiert werden müssen
und die teuer, schwierig zu montieren und zu warten, und störungsanfällig sind.
Der Verschleiß dieser
Wellendurchführungen
steigt mit einer engen Toleranz des Dichtspaltes. Die Leckage nimmt
zu, wenn in den aufeinanderfolgenden Apparatestufen Druckdifferenzen
herrschen oder das Medium eine niedrige Viskosität aufweist. Bei einer Zunahme
der Leckage von einer Apparatestufe in die darauffolgende Apparatestufe
sind die Regelbarkeit des Produktstromes, das Anfahren bei niedriger
Viskosität
und das Stillstandsverhalten (Entleeren der oberen in die unterste
Stufe) als kritisch zu betrachten.
-
In den Schriften
DE 7925628 U1 ,
US 3,330,605 und
CH 385 580 werden Dichtsysteme bei Wellen
beschrieben, die den Wellendurchgang von einem Behälter zur
Atmosphäre
abdichten und teilweise Dichtmedium verwenden, welches nicht identisch
ist mit dem Produktmedium. Die Möglichkeiten zur
Lagerung der Welle mit diesen Vorrichtungen sind nur begrenzt.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Begrenzung
von Leckströmen
an produktgeschmierten Gleitlagern mit durchgehenden Wellen zu schaffen,
die preiswert ist, einfach zu montieren ist und störungsfrei
arbeitet.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der eingangs
genannten Vorrichtung dadurch gelöst, dass eine Hülse als
loser Dichtring vorliegt, der mit seiner Stirnfläche am Lager oder an dem Gegenflansch
des Lagergehäuses
anliegt und einen überwiegend
statischen, radial verschiebbaren Dichtsitz bildet, wobei ein hydraulisch
enger Dichtspalt zwischen der Welle und der Hülse eingerichtet wird.
-
Dadurch, dass das Gleitlager senkrechte Ringflächen auf
der Vorder- oder Rückseite
des Lagers aufweist, liegt die dichtende Hülse, die im Vergleich zum Lagerspalt
einen engeren Dichtspalt zur Welle bildet, stirnseitig an einer
der Lagerabschlussflächen,
alternativ am Abschlussflansch eines nachgeschalteten Lagergehäuses an,
und erzeugt am Lager einen quasi statischen, von der Welle innerhalb des
Lagerspiels radial verschiebbaren Dichtsitz. Die Hülse wird
durch ihr Eigengewicht, einem anliegenden Differenzdruck oder andere
axiale Kräfte
(z. B. eine Federkraft) auf der Dichtfläche gehalten.
-
Eine Kombination aus metallischem
Werkstoff und Gleitlagermaterial verringert die Reibung zwischen
Hülse und
Gleitlager.
-
Da die Hülse bei dieser Anordnung Radial- und
Drehbewegungen der Welle teilweise mit vollzieht, ist es von Vorteil,
wenn die Stirnfläche
der Hülse,
die auf dem Flansch oder dem Lager aufliegt, mit Schmiernuten versehen
ist. Ein Hülsenwerkstoff
aus Gleitlagermaterial sorgt für
verbesserte Reibverhältnisse.
-
Die Leckagemenge kann in Abhängigkeit von
Wellendurchmesser, Viskosität,
Temperatur und Druck durch eine axiale Hülsenlänge zwischen 20 mm bis 500
mm und durch eine Spaltweite zwischen Hülse und Welle von 20 μm bis 400 μm eingestellt werden.
-
Eine geringere Spaltweite und höhere Dichtheit
zwischen Welle und Hülse
kann bei ausreichend hoher Viskosität dadurch erreicht werden,
dass im Bereich der Hülse
in die Welle eine wendelförmige Nut
eingearbeitet wird, die in Drehrichtung der Welle abfällt. Dadurch
wird das zwischen Hülse
und Welle eindringende Produkt aus dem Spalt herausbefördert. Bei
reagierenden Flüssigkeiten
wird andererseits die Spaltentgasung begünstigt.
-
Damit beim Anfahren der Welle das
Produkt nicht durch die wendelförmige
Nut in die darunter liegende Apparatekammer läuft, wird die Nut nur über eine
axiale Länge
in die Welle eingearbeitet, die sich zwischen 25 % bis 75 % der
Hülsenlänge erstreckt.
-
In Abhängigkeit von den Betriebsparametern kann
die wendelförmige
Nut auch als eine in Drehrichtung steigende Wendel vorliegen. Diese
erleichtert den Anfahrvorgang bei hochviskosen Medien, wenn nach
längeren
Stillständen
ein ungeschmierter Spalt vorliegt. Dadurch wird der Spalt schneller
und intensiver mit der Betriebsflüssigkeit geschmiert.
-
Ausgestaltungsmöglichkeiten der Vorrichtung
werden mit Hilfe der Zeichnungen beispielhaft erläutert.
-
1 zeigt
den schematischen Längsschnitt durch
einen dreistufigen Apparat mit zwei Trennwänden
-
2 zeigt
die Wellendurchführung
einer vertikalen Welle mit einer in einem Gehäuse nachgeschalteten Dichtung
-
3 zeigt
eine weitere Wellendurchführung einer
vertikalen Welle mit Dichtungsgehäuse und federgestützter Dichthülse
-
4 zeigt
eine weitere Wellendurchführung einer
vertikalen Welle mit aufgesetzter Dichthülse
-
5 zeigt
eine Wellendurchführung
einer horizontalen Welle
-
6 zeigt
die Lageranordnung einer vertikalen Welle mit nachgeschalteter separater
Abdichtung
-
1 zeigt
einen senkrecht angeordneten Apparat (1) mit drei Apparatestufen
oder Apparatekammern (2a, 2b, 2c), bei
dem die Apparatekammern (2a, 2b) durch die gemeinsame
Zwischenwand (4) voneinander getrennt sind, und die Trennung
der Apparatekammern (2b, 2c) durch die gemeinsame Zwischenwand
(4a) erfolgt. Auf der gemeinsamen Welle (5) ist
für jede
Apparatekammer (2a, 2b, 2c) je ein Rührorgan
(3a, 3b, 3c) angeordnet, wobei die Welle
(5) die Zwischenwände
(4, 4a) durchdringt und durch einen außerhalb
des Apparates angeordneten Antrieb (6) getrieben wird.
Die Lagerung der Welle (5) oberhalb der Zwischenwand (4)
erfolgt durch das Loslager (7), das als Gleitlager ausgebildet
ist. Die Dichtung in der Zwischenwand (4, 4a)
erfolgt innerhalb der Wellendurchführung (12). Das Festlager
ist bei dieser Anordnung im Kopf des Apparates (1) im Bereich
des Antriebes (6) angebracht und aus Gründen der Vereinfachung nicht
dargestellt. Die Welle (5) ist in der Apparatekammer (2c)
frei fliegend angeordnet. Zwischen den Apparatekammern (2a, 2b, 2c) kann
sowohl Gleichdruck als auch ein Differenzdruck vorliegen.
-
In 2 ist
die Wellendurchführung
einer vertikalen Welle (5) dargestellt, die die Zwischenwand
(4) durchdringt. Oberhalb der Zwischenwand (4)
ist die Apparatekammer (2a) angeordnet und unterhalb der
Zwischenwand (4) die Apparatekammer (2b). In der
Zwischenwand (4) ist das Gleitlager (7) befestigt.
Das Gleitlager (7) wird im Lagergehäuse (7a) drehbar geführt. Hierzu
besitzt das Lager (7) eine äußere Kugelsegmentführung mit einem
sehr kleinen Spalt (9) zwischen dem Lager (7)
und dem Lagergehäuse
(7a). Aufgrund des Eigengewichtes und der Drucklasten ergibt
sich ein Aufliegen des Lagers (7) auf einer dichtenden
Umfangslinie in der Kugelsegmentführung. Der Spalt (10)
zwischen der Welle (5) und dem Lager (7) weist
zum Zwecke der hydrodynamischen Lagerschmierung durch das Produkt
aus der Apparatekammer (2a) eine vergleichsweise große Spaltweite
von 100 bis 500 μm
auf, bei der ohne eine nachgeschaltete Dichtung eine unkontrolliert
große
Menge des Produktes aus der Apparatekammer (2a) in die
Apparatekammer (2b) fließen würde. Deshalb ist dem Schmierspalt
(10) ein engerer Dichtspalt (11a) zwischen Welle
(5) und der Hülse (11)
nachgeschaltet. Die Weite des Spaltes (11a) hängt neben
der Dimensionierung der Bauteile von der Viskosität des Produktes,
der Prozesstemperatur und der Druckdifferenz zwischen den aufeinanderfolgenden
Apparatekammern ab. Je geringer die Viskosität, desto höher ist die Leckage im Spalt
(11a). Eine niedrige Viskosität tritt insbesondere während des Anfahrvorganges
auf.
-
Die Hülse (11) ist in einer
Verlängerung
der inneren Lagerschale (7c) gekammert und kann durch Entfernen
des Flansches (13) ausgetauscht werden. Die Hülse (11)
verfügt
neben dem inneren radialen Spiel (11a) zur Welle (5)
ein äußeres, vergrößertes Radialspiel
(11b) gegenüber
der verlängerten
Lagerschale (7c). Die Hülse
(11) liegt auf dem Flansch (13) auf, womit sich
eine Dichtfläche
(7b) mit einer minimalen Spaltweite ergibt.
-
Das Produkt aus der oberen Apparatekammer
schmiert den Spalt (10) zwischen Welle (5) und Lager
(7). Das Durchfließen
in die darunter liegende Apparatekammer wird durch die Hülse (11)
stark eingeschränkt
bzw. kontrolliert.
-
Da die Hülse (11) einen Teil
der Drehbewegung der Welle (5) mit vollzieht, kann es von
Vorteil sein, die Hülsenstirnfläche im Bereich
der Dichtungsfläche
(7b) mit nicht dargestellten Schmiernuten zu versehen.
Die Verwendung eines Gleitlagerwerkstoffes für die Hülse (11) sorgt für verbesserte
Reibverhältnisse.
-
Ebenso kann eine höhere Dichtheit
zwischen Welle (5) und Hülse (11) dadurch erreicht
werden, dass im Bereich der Hülse
(11) in die Welle (5) eine nicht dargestellte
wendelförmige
Nut eingearbeitet wird, die in Drehrichtung der Welle (5)
abfällt.
Dadurch wird das zwischen Hülse
(11) und Welle (5) eindringende Produkt bei hinreichend
hoher Viskosität aus
dem Spalt (11a) herausbefördert. Damit beim Anfahren
der Welle (5) das Produkt nicht durch die wendelförmige Nut
in die darunter liegende Apparatekammer läuft, wird die axiale Ausdehnung
der Nut auf 25 % bis 75 % der axialen Länge der Hülse (11) begrenzt.
Um die Welle (5) nicht zu schwächen, kann eine nicht dargestellte
Buchse mit der wendelförmigen
Nut auf die Welle (5) aufgezogen.
-
Alternativ ist auch eine Einarbeitung
einer wendelförmigen
Nut in die Hülse
(11) möglich.
-
In 3 ist
eine alternative Wellendurchführung
einer vertikalen Welle (5) dargestellt, bei der die Dichtfläche (7b)
sich direkt an der Heckseite des Lagers (7) befindet. Um
die Leckage bei Produkten mit geringer Viskosität zu verringern, wird die Hülse (11) mit
einer das Hülsengewicht
und die Druckkräfte übersteigenden
axialen Kraft von mindestens einer Feder (14) auf dem Flansch
(13) gegen das Lager (7) gedrückt, womit der Spalt an der
Dichtfläche
(7b) zwischen Hülse
(11) und Lager (7) sich auf ein Minimum reduziert.
-
In 4 ist
eine weitere Wellendurchführung einer
vertikalen Welle (5) dargestellt. Auf dem Lagerkörper (7)
innerhalb des Lagergehäuses
(7a) in der Zwischenwand (4) sitzt die Dichtungshülse (11),
die den Dichtspalt (11a) zwischen Welle (5) und
Hülse (11)
definiert. Die Hülse
(11) wird durch ihr Eigengewicht und eine mögliche Druckkraft
an die Stirnfläche des
Lagerkörpers
(7) gedrückt.
-
In 5 ist
die Wellendurchführung
einer horizontalen Welle (5) durch eine Zwischenwand (4) dargestellt,
welche eine linke Apparatekammer (2a) von der rechten Apparatekammer
(2b) trennt. In der Zwischenwand (4) ist im Lagergehäuse (7a)
das Gleitlager (7) gehaltert, welches die Welle (5)
führt. Auf
der Stirnseite des Lagers (7) ist eine Hülse (11) angebracht,
mit der wellenseitig ein Dichtspalt (11a) erzeugt wird.
Dabei wird die Hülse
(11) über
die Feder (14) auf der Wellenschulter (5a) gegen
das Lager (7) gedrückt,
wodurch ein Gleitsitz zwischen Hülse (11)
und Lager (7) entsteht.
-
Die Lagerführung und Dichtung einer vertikalen
Welle in der zweiten Zwischenwand (4a) eines dreistufigen
Apparates (siehe 1) wird
in 6 dargestellt. Sie
zeigt die konstruktive Trennung des Lagers (7) von der
dichtenden Hülse
(11). Hierbei wird die Hülse elastisch mittels axialem
Faltenbalg (18) an der Zwischenwand (4a) befestigt.
Die Hülse (11)
kann mit dieser Anordnung den radialen Bewegungen der Welle (5)
folgen.
-
Das Lagergehäuse (7a) ist mittels
eines Gestells (15) in der Apparatekammer (2b)
auf der Zwischenwand (4a) befestigt und führt die
Welle (5). Die Hülse
(11) ist in einem Gehäuse
(12a) fixiert und kann nach Entfernen des Flansches (16)
ausgetauscht werden.
-
Das Gestell (15) kann aus
mehreren Stäben bestehen,
die das Lagergehäuse
(7a) haltern. Zwischen dem Gestell (15) und dem
Faltenbalg (18) kann das Produkt der Apparatekammer (2b)
frei zirkulieren.
-
Bei geringeren Prozesstemperaturen
sind anstelle des Faltenbalgs (18) auch nichtmetallische Dichtungselemente
möglich.
Hierbei wird das Dichtungsgehäuse über federgestützte, radiale
Halterungen elastisch mit der Trennwand verbunden.