DE1475601A1

DE1475601A1 - Mechanische Druckstufendichtung

Info

Publication number: DE1475601A1
Application number: DE19651475601
Authority: DE
Inventors: Marrujo Fernando G; Blom Carl J
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1964-08-17
Filing date: 1965-08-16
Publication date: 1972-02-10
Also published as: GB1109489A; NL6510615A; CH438865A; NL149265B; US3360272A

Description

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Unterlagen für die 0ffenlepjingted(Uifi3t1 PATENTANWÄLTE

DH. ing. H. NEGENDANK ■ dipl-ing. H. HAUCK · dipl.-phys. W. S

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUEH WALL· 41

TBI.. SO 74 98 TTND 36 41 13

TBLEGH. NEGSDAPATBIfT HAMBDHQ MÜNCHEN lö · MOZARTSTR. «8

TEL.SS8O08e

X J-H- /Z> bUl«P TKLBOR. NEOIDlPiTSNT MÜNCHEN

Borg-Warner Corporation

Hamburg, 24. Hai 1968

Mechanische Druckstufendichtung

Die Erfindung bezieht sich auf mechanische Dichtungen zur Verhinderung des Leckens von Strömungsmittel aus einem Gehäuse heraus auf einer darin umlaufenden Welle entlang, insbesondere auf eine Kombination einer mechanischen Dichtung und einer Druckminderungszelle zur stufenweisen Herabsetzung des Strömungsmitteldruckes einer Pumpe, so daß hohe Drücke zugelassen werden können.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kombination aus einer mechanischen Dichtung und einer Druckminderungszelle, die stufenweise benutzt werden kann, um das Herauslecken von Strömungsmittel aus einem Gehäuse zwischen ihm und sei ner umlaufenden Welle zu verhindern·

•Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kombination aus einer mechanischen Dichtung und einer Druckminderungszelle, die in einer Hochdruckpufrpe benutzt werden kann und

so angeordnet ist, daß sie eine Patrone bildet, so daß eine auegewählte Anzahl solcher mechanischen Dichtungskombinationen in

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Abhängigkeit von den von der Pumpe zu erwartenden Urücken in Tandemanordnung benutzt werden kann, um so ein Locken auf der umlaufenden -lelle entlang zu verhindern.

Bisher war es allgemein üblich, eine Pumpe mit verschiedenen mechanischen -Dichtungen auszustatten, die DruckmincLerungsstufen bilden, so daß der hohe -Druck der Pumpe schließlich herabgesetzt oder ein Herauslecken auf einer umlaufenden ./eile entlang im wesentlichen verhindert wurde. Jedoch war es zur Vorsehung einer solchen mehrstufigen Druckherabsetzung allgemein notwendig, eine Anzahl getrennter Druckminderungseinrichtungen in den Pumpengehäusen verfügbar zu haben, die in einer Kombination mit ihm arbeiteten. Diese Kombination erwies sich jedoch als beschv/erlich und erforderte Umgestaltungen an dem Pumpengehäuse und dergl.

Die Erfindung überwindet durch die Schaffung einer kombinierten mechanischen Dichtung mit einer spiralförmigen Druckmindereinrichtung oder -zelle die Schwierigkeiten derartiger bekannter Hochdruckpumpen und mechanischer Dichtungen, indem jede Kombination so gestaltet wird, daß die Anzahl der Druckminderungsstufen in einer Pumpe ohne das zusätzliche Problem der Einführung von Ventilen verändert werden kann. Jede kombinierte mechanische Dichtung arbeitet als eine einheitliche Patrone, und kann eine zusätzliche Druckminderung nur durch den Zusatz einer oder mehrerer mechanischer Kombinationsdichtungen und Dructaainderzellen nacheinander in tandemanordnung auf einer Pumpenwelle erreicht werden. Bei der Erfindung bildet die Druckmindereinrichtuag einen Teil des Gehäuses der mechanischen Dichtung, um die Einheit und

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unabhängige Betriebsfähige it der Kombination in der erwähnten i-p>rzustellen.

Denzufol. Gesteht eine weitere besondere Aufgabe der Erfindung in der Sc /ung einer mechanischen Dichtung in Kombination mit einer Druckmindereinrichtung, die einen l'eil des Dichtungsgehäuses bildet und eine Herabsetzung des auf die Dicntunrsfl"chen der Dichtung einwirkenden Druckunterschieds bewirkt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung e'ner Kombination aus mechanischer Dichtung und zugehörigem Druckmindersystem, so daß sie als eine Patrone benutzt werden kann, um eine Pumpe nach «unscn abzustufen.

Außerdem richtet sich die Erfindung auf die Schaffung einer Pumpe mit patronenartigen mechanischen Dichtungen in Kombination mit der Pumpe, deren Anzahl entsprechend der gewünschten Druckminderung gewählt werden kann.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung hervor, in welcher ein halbschematischer Schnitt durch eine Kombination einer mechanischen Dichtung und einer Druckminderzelle bei dem Einbau in eine Pumpenanlage gezeigt ist.

Die Zeichnung zeigt ein Gehäuse 10 einer Pumpe, in welche» durch ein die Pumpenwelle 11 drehendes Pumpenrad (nicht gezeigt) Strömungsmittel bei hohem Druck gepumpt wird. Das Gehäuse und die

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Welle sind mit einer mechanischen dichtungsanordnung verseien, die in dieser " xisführungsform eine erste kombinierte mechanische Dichtung 12, eine zweite kombinierte mechanische -Dichtung 15, eine dritte kombinierte mechanische dichtung 14 und eine vierte mechanische -^ichtuno; 15 umfaßt. Jede kombinJa?te Dichtung 12, 13, 14 und 15 wird durch einen mit Öffnungen versehenen Plansch 16 und Stehbolzen 17 an dem Pumpengehäuse 10 gehalten. In dieser ■"•usführungsform sind die kombinierten mechanischen dichtungen 12 und 15 vollständig in einer in dem Gehäuse 10 vorgesehenen Gegenbohrung angeordnet, und die kombinierte mechanische Dichtung 14 besitzt einen vergrößerten Außendurchmesser, um eine Fläche 20 darzubieten, die gegen eine Fl"che 21 des Gehäuses anstößt, um ein Anziehen des Flansches 16 durch den Stehbolzen 17 zu gestatten und die gesamte Anordnung auf dem Gehäuse zu halten.

Die kombinierte mechanische dichtung 12 umfaßt ein Dichtungsgehäuse 22, welches in die Gegenbohrung 16 eng eingepaßt ist, die einen -^i cht rings tut zkörper 23 mit einer Innenbohrung 24 von einem größeren Durchmesser als dem der ./eile 11 an dem Punkte, an dem der Stützkörper sich über die Welle schiebt, aufweist, so daß sich eine Hülse 25 eines umlaufenden hülsenkörpers 26 fes1?über die ?/elle legen und von der Bohrung 24 auf Abstand gehalten werden kann, -^ieser umlaufende Hülsenkörper

26 ist mit einer angeformten radial nach außen verlaufenden Wand

27 und einer von der inneren Gegenbohrung oder Dichtungskammer des Dichtungsgehi'uses 22 auf Abstand gehaltenen axial verlaufenden //and 28 verseilen, um eine freie Bewegung desselben zu ermöglichen. In den Hülsenkörper 26 ist ein Mitläufer 31 teles-

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kppartig eingeschoben und durch eine Schraubenfeder 32 beaufschlagt, deren eines ^nde gegen die Wand 27 und ihr anderes iünde gegen eine radiale ".'/and 33 anliegt. Diese Wand ist an den Hülsenkörper angeformt, um eine Dichtungskappe 34 axial auf der tfelle entlang zu drücken, ^ie Diehtungskappe 34 wird wieder gegen einen umlaufenden Dichtungsring 35 gedrückt, und dieser ist mit einer Dichtungsfläche 36 ausgestattet, die mit einer feststehenden Dichtungsfläche 37 eines Dichtungsringes 38 in der üblichen Weise mechanischer Dichtungen zusammenarbeitet. Der Dichtungsring 38 ist aus Graphit oder einem anderen Material gebildet und mit einem Stift 40 versehen, der in einen Schlitz 41 in dem Stützkörper 23 eingreift, um stillzustehen. Zwischen dem Stützkörper 23 odeyftem Dichtungsring 38 ist auch ein "starrer Hing 42 angeordnet, um eine Verformung der feststehenden Dichtungsfläche 37 zu verhindern. Beim Einbau in das Dichtungsgehäuse 22 wird der Stützkörper 23 durch die Wirkung der Feder 32 über die Dichtungsringe axial nach links gedrückt, wird jedoch durch einen radial verlaufenden Flansch 43, welcher eine 'Sana 44 auf dem Dichtungsgehäuse 22 überlappt und gegen sie gedrückt wird, an einer Bewegung gehindert. Der Hülsenkörper wird bei diesem Einbau durch die Wirkung einer Stufe 45 auf der Welle 11, die mit einer entsprechenden Stufe 46 zusammenarbeitet, an einer Bewegung nach rechts sowie durch einen Sperring 47 in einer in der Welle gebildeten Nut 48 an einer Bewegung nach links gehindert. Es sind Sperringe 50 und 51 in dem Stützkörper i

23 und in dem umlaufenden Ilülsenkörper 26 vorgesehen, um einen i Einbau und Ausbau der mechanischen Dichtungen als einstückige Einheiten durchzuführen.

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Xiin Lüftungskanal 56 ist mit einem -'ärmeaustauscher 57 "bekannter Bauart zum Hindurchfuhren von kühlendem ütrömuncrsmittel dort hindurch verbunden. Das durch den .Wärmeaustauscher 57 ^ek^. te Strömungsmittel wird an die Dichtungskamner 3C und zu dem Pumpenrad 61 geführt, das das Strömungsmittel i^ieder durch den Kanal 62 drückt. Sonit wird das Strömungsmittel für die erste Stufe der mechanischen Dichtunrrskombination 12 durch das Pumpen rad ununterbrochen in einem Kreislauf geführt und durch den Kanal 62 und über die mechanische ^ichtungskombination zu dem Wärmeaustauscher 57 umgewälzt.

mechanische Dichtungskombination 13 ist mit einem feststehenden Stützkörper 23a versehen, welcher in seiner Funktion und Ausbildung als Stützkörper 23 genä£ der Beschreibung in Verbindung mit der mechanischen Dichtungskombination 12 identisch ist, abgesehen davon, daß der radiale Kanal 52a und die Umfangsnut 54b desselben mit einer Druckminderungszelle 63 in Verbindung stehen. Diese Druckminderungszelle ist wieder mit einer Abdichtungskammer 30b der mechanischen Dichtungskombination in Verbindung.

Die Druckminderungszelle 63 umfaßt eine spiralförmige Nut 64, die in dem Umfang des Stützkörpers gebildet ist und mit der Innenwand 65 des Dichtungsgehäuses 22a zusammenarbeitet, um die spiralförmige Druckmindereinrichtung zu bilden. Der in die Nut 64 eintretende Druck wird bekanntermaßen durch die Nut herabgesetzt, so daß der Druck in der Dichtungskammer 30b der kombinierten mechanischen Dichtung 14 geringer ist als derjenige in der

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-^ichtungskammer 50a. Das Ausmaß der Herabsetzung ist von der L"nge unl der Art der Nut abhängig und&ann durch verschiedene Verfahren, wie sie z.B. in den US-Patentschriften 1 079 665, 995 851 oder ?. 512 854 erläutert sind, verändert werde?i. Außerdem ist bei dieser besonderen An.vendungsart die ^ichtungskammer 30 mit einem gekühlten Strömungsmittel versehen, das durch den ■uannl 66 und die Umfsngsnut 67 in dem Pumpengehäuse zu ihr hingeführt wird, die wieder mit einer radialen Hut 68 in dem Dichtungsgelinuse 22a in Verbindung steht, dieses in dem Kanal 66 uragevälzte Strömungsmittel wird durch einen Värmeauntauscher 70 ge.nihlt und der Druck durch einen hinderer 71 herabgesetzt,

mit der sein strömungsmittel von dem ^^anal 72 erhält, welcher/dem Strömungsmittel in dem Pumpenrad (nicht gezeigt) in Verbindung steht, aufgrund dieses gekühlten ötrömun^c;smittels wird die kombinierte mechanische ^x'ichtung"13 vor einer übermäßigen Erwärmung bewahrt, die leicht v; uhr end der Standzeit auftreten könnte, wenn das Pumpenrad 61 und die Umwälzung durch die kombinierte mechanische dichtung 12 zum Stillstand gekommen sind. In dieser Anord'ung ist das Strömungsmittel in der Dichtungskamner 3Q*betr^::ch.tlich kälter als das von der kombinierten mechanischen dichtung 12 in die ^ichtungskammer 50 eintretende Strömungsmittel, damit die Kammer 50a auf einer niedrigeren Betriebstemperatur ger halten werden kann.

Es ist ersichtlich, daß bei der beschriebenen Erfindung unter hohem Druck stehendes Strömungsmittel von der Pumpe mit der kombinierten mechanischen dichtung 12 in Verbindung gebracht wird und der Druck in der Dichtungskammer 30 trQtz der ununterbroche-

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nen Umwälzung durch das Pumpenrad 61 im wesentlichen der Pumpendruclc ist,, jedoch der Druck, der an den Dichtungsfl^;'chen 36 und 3^f vorbei und durch den Wärmeaustauscher sowie die Druckmindereinrichtung 70 und 71 zur ^ichtungskammer 30 geführt wird, geringer ist als der Pumpendruck, so daß an denDichtungsflachen 36 und ein richtiger Druckunterschied vorhanden ist und diese Dichtungsflächen mit ausreichendem Schmier- und Kühlströmungsmittel richtig arbeiten, da dichtungen diese^rt für den Betrieb bei einem vorgeschriebenen Druckunterschied ausgebildet sind.

Ebenso wird, da der Strömungsmitteldruck in der mechanischen Dicbtungsko-bination 13 geringer ist als der Pumpenauslaßdruck zur Herbeiführung eines Betriebes der mechanischen Dichtungsflächen 36a und 37a bei einem richtigen Druckunterschied Strömungsmittel von der Dichtungskammer 30a zur Dichtungskamr:er 30b der mechanischen Dichtungskombination 14 geführt, und zwar über die beschriebene Druckminderzelle 63. Somit wird der Druck zwischen den mecLanischen Dichtungskombinationen 13 und 14 vermindert oder abgestuft.

Da zwischen degmechanischen ^ichtungskombinationen 14 und 15 die Funktion ihrer Bestandteile zur Abstufung der Dr cke mit derjeniren der Bestandteile der mechanischen ^ichtungskombinationen 13 und 14 identisch ist, erhalten gleiche Bestandteile, gleiche Bezugszeichen, abgesehen von den Zusatzbuchstaben.

Aus der Beschreibung geht hervor, daß jede beliebige Anzahl von kombinierten mechanischen Dichtungen zum Abstufen eines Druckes

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bis zur abschließenden mechanischen ^iehtung der Kombination, Lie bier mit 15 bezeicVjiet ist, benutzt werden kann, wobei der übermäßige Strömungsmitteldruck, der aus dem abschließenden Druckminderer, z.B. 63c, entweicht, durch den Kanal 73 zum Einlaß oder zur Atmosphäre oder einer beliebigen Niederdruckzone zurückgeführt wird.

Es ist innerhalb der Erfindung ebenfalls möglich, daß in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen die Pumpe benutzt werden soll, die mechanischen dichtungen 12 und 13 in Fortfall kommen, so daß die gesamte Druckabstufung durch die mechanischen Dichtungskombinationen 14 und 15 vorgenommen wird, insbesondere wenn das Problem hoher Temperaturen nicht gegeben ist.

Außerdem wird, obwohl in diesem Einbau ein bekannter Wärmetauscher als verwendbar gezeigt wurde, ein Wärmeaustauscher nach dem U. 3.-a" at ent 3 100 523 bevorzugt.

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Claims

/1.) Vorrichtung zum Abdichten einsr drehbaren ./eile in einem Gehäuse, das ein unter hohen Druck stehendes !Strömungsmittel enthält, mit mindestens zwei Gleitringdichtungen, die in axialer Richtung hintereinander geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gleitringdichtung (13, 14-) eine Leckleitung (63, 63b) mit vorgegebenem Strömungswiderstand parallel geschaltet ist, so daß der Leckstrom durch die hintereinandergeschal teten Leckleitungen für die an den einzelnen Gleifcringdichtungen liegenden Druckunterschiede bestimmend ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jede Leckleitung aua einer spiralförmigen Nut besteht, die am Umfang eines bezüglich des Gehäuses fest angeordneten, in eine zylindrische Bohrung des Gehäuses (lO) eingesetzten körpers (2Ja, 38b) ausgebildet ist.

Haue Unterlagen (Art 7§1 m» a Nr. ι satz 3 de, fa-c

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