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Berührungsfreie Spaltdichtung Die Erfindung betrifft eine berührungsfreie
Spaltdichtung fü.r die Gehäusedurchführung einer umlaufenden Welle, insbesondere
für Entspannungsturbinen und Kreiselpumpen der Tieftemperaturtechnik, mit einem
nicht umlaufenden, in Richtung der Wellenachse beweglichen und gegen die Gehäuseöffnung
abgedichteten Gleitring, welcher mit einem zur Wellenachse senkrechten Wellenbund
einen Dichtspalt bildet.
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Bei )paltdichtungen dieser Art stellt sich der Gleitring unter dem
Einfluß der im Dichtspalt -auftretenden Spaltdrücke des Dichtmediums und der entgegenwirkenden
Schließkräfte selbsttätig auf eine bestimmte Spaltweite ein. Diese Spaltweite
ist
einmal abhängig von der Größe der Gleitringfläche und dem Verhältnis von Drossel-
zu Dichtspaltquerschnitt, zum anderen von der Zähigkeit des Dichtmediums, deren
Abnahme geringere Spaltdrücke zur Folge hat. Da die sich jeweils einstellende Spaltweite
in den meisten Fällen rechnerisch nicht genau genug ermittelt werden kann, besteht
bei den bekannten Spaltdichtungen, bei denen sämtliche Drosselbohrungen direkt mit
dem Raum höheren Druckes in Verbindung stehen, die Gefahr einer Unterschreitung
der angestrebten minimalen Spaltweite und, dadurch bedingt, eines Anlaufens des
Gleitringes an den Wellenbund, was zu erheblichen Schäden führt. In a11 den Fällen,
in denen die Dichtmedien sehr großen Temperaturschwankungen unterworfen sind, ist
diese Gefahr besonders-groß. Derartige Temperaturschwankungen des Dichtmediums treten
hauptsächlich bei den Kälteturbinen und Kreiselpumpen der Tieftemperaturtechnik
auf, deren Betriebsgas beispielsweise Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff
oder Helium sich oft vom Anfahrzustand bei Raumtemperaturen auf einen Betriebszustand
von - 200°C bis - 250°C abkühlt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde; eine berührungsfreie Spaltdichtung,
insbesondere für Entspannungsturbinen und Kreiselpumpen der Tieftemperaturtechnik
zu entwickeln, die bei niedrigen Herstellungs- und Unterhaltungskosten gleichzeitig
eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gleitring
mindestens zwei aus mehreren Drosselbohrungen
bestehende
Drosselgruppen besitzt, die druckseitig nicht miteinander in Verbindung stehen.
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Die erfindungsgemäße Spaltdichtung ist besonders geeignet für Entspannungsturbinen
in Tieftemperaturanlagen, bei denen das zu entspannende Gas im Betriebszustand sich
unter sehr tiefen Temperaturen von ungefähr - 250°C befindet. Hier kann die v:ährend
des Anfahrens eintretende Abnahme der Spaltweite der Spaltdichtung infolge der mit
sinkender Temperatur abnehmenden Zähigkeit des Gases durch Hinzuschalten von weiteren
Drosselgruppen zu der bereits von Anfang an vom Gas beaufschlagten Drosselgruppe,
der sogenannten Anfahrdrosselgruppe, ausgeglichen werden, sobald eine zuvor festgelegte
Temperatur unterschritten wird. Die druckseitig durchgeführte Trennung der einzelnen
Drosselgruppen ermöglicht somit eine rasche Anpassung an die in der Spaltdichtung
herrschenden Verhältnisse.
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Auch in a11 den Fällen, in denen die Spaltdichtung während der Erprobungszeit
der Maschinen mit Luft oder Stickstoff betrieben und erst nach dieser Erprobungszeit
vom eigentlichen gasförmigen Medium, beispielsweise Wasserstoff beaufschlagt wird,
erübrigt sich nunmehr - trotz der großen Zähigkeitsunterschiede dieser Gase - die
früher erforderliche Anfertigung neuer Spaltdichtungen vor der endgültigen Inbetriebnahme
der Maschinen. Diese Zähigkeitsdifferenzen können auf einfache Weise ausgeglichen
werden, und zwar durch Hinzuschalten weiterer Drosselgruppen.
Gemäß
einer vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgedankens besitzt der Gleitring zwei
Drosselgruppen, die jeweils aus mehreren achsparallelen, in Umfangsrichtung in gleichmäßigen
Abständen voneinander angeordneten Drosselbohrungen bestehen, wobei die Drosselbohrungen
der einen Drosselgruppe jeweils zwischen zwei Drosselbohrungen der anderen Drosselgruppe
liegen.
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Beim Betrieb mit einem zähen Gas ist es für eine sichere Führung des
Gleitringes an dem Wellenbund ausreichend, wenn nur eine der beiden Drosselgruppen
mit Druckgas versorgt wird. Steht jedoch ein weniger zähes Gas zur Verfügung, so
wird auch der zweiten Drosselgruppe Druckgas zugeführt. Durch die auf diese Weise
dem Dichtspalt zusätzlich zugeführte Druckgasmenge erhöht sieh der Druckverlust
im Dichtspalt und bewirkt, daß sich der Gleitring auf eine größere Spaltweite einstellt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens besitzt
der Gleitring auf seiner der Gehäuseöffnung zugekehrten Außenseite zwei in Richtung
der Wellenachse gegeneinander versetzte Gruppen von senkrecht zur Wellenachse verlaufenden
Nuten, wobei in die Nuten der einen Nutgruppe jeweils eine Drosselbohrung der einen
Drosselgruppe und in die Nuten der anderen Nutgruppe jeweils eine Drosselbohrung
der anderen Drosselgruppe mündet. Dabei stehen die Nuten jeder der beiden Nutgruppen
jeweils mit einem Ringkanal in Verbindung, welcher in die Gehäuseöffnung eingearbeitet
ist.
Bei einer abgewandelten erfindungsgemäßen Ausführungsform besitzt
der Gleitring auf seiner der Gehäuseöffnung zugekehrten Außenseite eine Gruppe von
senkrecht zur Wellenachse verlaufenden Nuten und auf seiner der Welle zugekehrten
Innenseite einen gegenüber den Nuten in Richtung der Wellenachse versehen Ringkanal,
wobei jeder Nut eine Drosselbohrung der anderen Drosselgruppe zugeordnet ist, während
sämtliche Drosselbohrungen der einen Drosselgruppe in den Ringkanal münden.
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Als günstig hat es sich erwiesen, daß jede der beiden Drosselgruppen
sechs auf einem zur Wellenachse konzentrischen Kreis in gleichmäßigen Abständen
voneinander angeordnete Drosselbohrungen besitzt, wobei die auf dem Kreis größeren
Durchmessers liegenden Drosselbohrungen der anderen Drosselgruppe jeweils zwischen
zwei auf dem Kreis kleineren Durchmessers liegenden Drosselbohrungen der einen Drosselgruppe
angeordnet :;ind.
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,Soweit die einzelnen Drosselgruppen über in die Ringkanäle mündende
Druckgasleitungen mit Druckgas versorgt werden, empfiehlt es sich in mindestens
eine dieser Druckgasleitungen ein Absperrorgan einzubauen, welches in Abhängigkeit
von dem im Druckraum der Spaltdichtung auftretenden Gastemperaturen gesteuert werden
kann.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung können den in den Zeichnungen schematisch
dargestellten Ausführungsbeispielen
entnommen werden. Es zeigen:
Figur 1 eine Ausführungsf-orm der erfindungsgemäßen Spaltdichtung, Figur 2 einen
Schnitt entlang der Linie II in Figur 1, Figur 3 einen Längsschnitt durch eine weitere
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spaltdichtung und Figur 4 eine Draufsicht
auf einen Gleitring einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spaltdichtung.
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Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße berührungsfreie Spaltdichtung
für die Gehäusedurchführung einer umlaufenden Kälteturbinenwelle 1 mit einem nicht
umlaufenden, in Richtung der Wellenachse beweglichen und gegen die Gehäuseöffnung
2 mittels Dichtringen 3 abgedichteten Gleitring 4, welcher mit einem zur Wellenachse
senkrechten Wellenbund 5 einen Dichtspalt 6 bildet. Der Gleitring 4 besitzt zwei
aus jeweils sechs achsparallelen Drosselbohrungen 7,3 bestehende Drosselgruppen,
die druckseitig nicht miteinander in Verbindung stehen. Der Gleitring 4 besitzt
ferner auf seiner der Gehäuseöffnung 2 zugekehrten Außenseite 9 zwei Gruppen von
jeweils sechs senkrecht zur Wellenachse verlaufenden Nuten 10, 11. Die Nuten 10
bzw. 11 stehen einerseits mit jeweils einer Drosselbohrung 7 bzw. £i der einen bzw.
anderen Drosselgruppe, andererseits mit einem in die Gehäuseöffnung 2 eingearbeiteten
Ringkanal 12 bzw. 13 in Verbindung. Zur Versorgung der Drosselbohrungen 7 bz w.
8 der einen bzw. anderen Drosselgruppe ist eine vom Druckraum 14
ausgehende,
in den Ringkanal 12 bzw. 13 mündende Druckgasleitung 15 bzw. 16 vorgesehen. In die
Druckgasleitung 16 ist ein Absperrventil 17 eingebaut, das über einen nicht dargestellten
Temperaturfühler in Abhängigkeit von den Gastemperaturen im Druckraum 14 automatisch
geöffnet und geschlossen wird. Beim Anfahren wird dem Dichtspalt 6 zunächst nur
über die Drosselbohrungen 7 der einen Drosselgruppe Druckgas zugeführt. Nach Unterschreitung
einer bestimmten Temperaturgrenze wird dann das Absperrventil 17 in der Druckgasleitung
16 geöffnet und . somit dem Dichtspalt 6 über die Drosselbohrungen d der anderen
Drosselgruppe zum Ausgleich des durch die Zähigkeitsabnahme des Druckgases verursachten
Spaltdruckabfalles zusätzliches Druckgas zugeführt.
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Aus Figur 2, die einen Schnitt entlang der Linie 2I in Figur 1 darstellt,
geht hervor, daß die Drosselbohrungen 7, 8 der beiden Drosselgruppen auf zur Wellenachse
konzentrischen Kreisen in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind, wobei
die auf dem Kreis größeren Durchmessers liegenden Drosselbohrungen () der anderen
Drosselgruppe jeweils zwischen zwei auf dem Kreis kleineren Durchmessers
liegenden Drosselbohrungen 7 der einen Drosselgruppe liegen.
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Die in Figur 3 im Längsschnitt dargestellteerfindungsgemäße Spaltdichtung
ist für äußerst tiefe Temperaturen besonders geeignet. Sie unterscheidet sich von
der Ausführungsform gemäß Figur 1 und 2 einmal dadurch, daß der Gleitring 4 mittels
Balg
20 und Labyrinth 21 im Gehäuse abgedichtet ist,- zum anderen
durch die ohne Zwischenschaltung einer Druckgasleitung vorgenommene direkte Verbindung
der Drosselbohrungen 7 der einen Drosselgruppe mit dem Druckraum 14,in dem die Drosselbohrungen
7 in einen auf der der Welle 1 zugekehrten Innenseite 22 des Gleitringes 4 eingearbeiteten
Ringkanal 23 münden.
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Figur 4 zeigt die Draufsicht auf einen Gleitring 25 einer abgewandelten
Ausführungsform der-erfindungsgemäßen Spaltdichtung. Diese Ausführungsform besitzt
ebenfalls zwei druckseitig nicht miteinander in Verbindung stehende Drosselgruppen,
mit jeweils sechs auf einem zur Wellenachse konzentrischen Kreis in gleichmäßigen
Abständen voneinander angeordneten achsparallelen Drosselbohrungen 26, 27, wobei
die Drosselbohrungen 27 der anderen Drosselgruppe jeweils zwischen zwei Drosselbohrungen
26 der einen Drosselgruppe liegen. Die Zufuhr des Druckgases-zu den Drosselbohrungen
26 bzw. 27 der einen bzw. anderen Drosselgruppe erfolgt über Druckgasleitungen 28
und 29, von denen die letztere 29 mittels eines eingebauten Absperrventiles 30 zu-
und abschaltbar ist. Zur Erhöhung der spezifischen Abhebekraft des Gleitringes 25
vom Wellenbund sind im Bereich der Mündungen der Drosselbohrungen 26 Stautaschen
31 beispielsweise runder oder rechteckiger Form eingearbeitet, deren Tiefen zur
Vermeidung selbsterregender Schwingungen auf Werte von 0,005 bis 0,010 mm beschränkt
wurden.