DE2153560C3 - Sperrflüssigkeitsdichtung - Google Patents
SperrflüssigkeitsdichtungInfo
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Description
dichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden,
daß bei allen Betriebszuständen, d. I). auch im Stillstand, eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet
werden kann und überdies der Energieverbrauch dieser Dichtung relativ gering ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen der Ziiführbohrung für die
Sperrflüssigkeit und dem hochdruckseitigen Teilspalt eine ringförmige, den Sperrflüssigkeitsdruck durch
Fliehkraftwirkung erhöhende Pumpkammer vorgesehen ist und daß der konstante Druck der zugeführten
Sperrflüssigkeit geringfügig höher als der Druck im Hocndruckbereich ist.
Die Anordnung einer Pumpkammer vor dem hochdruckseitigen Teildichtungsspalt und die spezielle
Wahl des Druckes der zugeführten Sperrflüssigkeit ermöglichen es auf einfache Weise, jegliches
Eindringen des Arbeitsmediums in die Dichtung bei allen Betriebszuständen zu verhindern und gleichzeitig
ein Austreten von Sperrflüssigkeit an der Hochdriickseite praktisch auszuschließen. Vorteilhaft ist
ferner, daß diese Sperrflüssigkeitsdichturg aus relativ wenigen Teilen hergestellt und damit äußerst wirtschaftlich
produziert werden kann. Sie ist überdies in axialer Richtung komprimiert auszubilden, so daß
sich eine beim Einbau häufig erforderliche Platzeinsparung ohne Schwierigkeiten erzielen läßt. Es hat
sich überdies gezeigt, daß der Energieverbrauch dieser Flüssigkeitssperrdichtung wesentlich niedriger als
der entsprechender bekannter Dichtungen ist.
Vorzugsweise liegt der hochdruckseitige, sich an die Pumpkammer anschließende Teilspalt radial
außerhalb des niederdruckseitigen Teilspaltes.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß sich die Pumpkammer
axial zur Welle erstreckt und ein axiales Ende der kammer im Schnitt eine halbkugelförmige Gestalt
aufweist. Auf diese Weise kann die Pumpwirkung der Kam.ner optimal dimensioniert werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben, wobei in der
einzigen Figur der Zeichnung eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Sperrflüssigkeitsdichtung
dargestellt ist.
In einem Maschinengshäuse*» ist in einer entsprechenden
Bohrung eine drehbare Welle 7 angeordnet. Im folgenden wird angenommen, daß die linke Seite
des Maschinengehätises einen Teil eines Raumes begrenzt, in dem sich abzudichtendes, unter Druck stehendes
Gas befindet Ein hülsenförmiges Element bzw. Flügelrad 8 ist mit der Welle 7 starr verbunden.
Dazu weist die Welle 7 einen mit Gewinde versehenen Abschnitt 9 auf, auf den dieses Flügelrad 8 aufgeschraubt
ist. Zwischen der Welle und dem Flügelrad 8 ist ein O-Ring 11 vorgesehen, um eine Dichtung
zu gewährleisten. Zur axialen Festlegung des Flügelrades 8 ist an der Welle eine Schulter 12 vorgesehen.
Das Flügelrad 8 ist von einer abgestuft ausgebildeten Doppelbuchse 13 umgeben, und der Abstand
zwischen diesen beiden Teilen liegt in einer Größenordnung, wie sie üblicherweise bei Lagerungen von
Wellenzapfen benützt wird. Diese Buchse 13 kann —
wie dargestellt — als separates Element ausgebildet sein, so daß es praktisch schwimmend angeordnet ist.
Ein Endabschnitt der abgestuften Buchse 13 ist in Berührung mit einer Stirnwand 14 eines äußeren
Dichtungsgehäuses, wodurch eine Sekundärdichtung bezüglich der Atmosphäre hergestellt wird. Das Flügelrad
8 und die abgestufte Buchse 13 legen ringförmige, enge Teildichtungsspalte fest, die bezüglich der
Atmosphäre bzw. bezüglich des unter Druck stehenden Gases offen sind.
Im Maschinengehäuse 6 ist eine Zuführbohrung 17 für die Sperrflüssigkeit vorgesehen. Diese Bohrung
17 steht in Verbindung mit einem Durchgang IS in der Buchse 13. Dieser Durchgang 18 steht wiederum
ίο in Verbindung mit einer ringförmigen Einlaßkammer
19, die sich um das Flügelrad 8 erstreckt und durch die Buchse 13 festgelegt wird. Von der Einlaßkammer
19 aus erstreckt sich zur Niederdruckseite hin ein Teildichtungsspalt 16.
Ein ringförmiger Ansatz 21 an der Innenfläche der abgestuften Buchse 13 bildet einerseits eine Wand
der Einlaßkammer 19 und andererseits eine Wand einer Pumpkammer 22. Diese Pumpkammer 22 ist
durch den erwähnten Ansatz 21, die abgestufte Buchse 13 und durch eine Schulter 23 am Flügelrad
8 festgelegt. Die innere .-.ngförmige Kante des
Ansatzes 21 definiert eine DurcUaßöffnung 24, die die Einlaßkammer 19 mit der Pumpkairmer 22 verbindet.
Da dieser Durchgang 24 in axialer Richtung
a5 wesentlich kürzer ausgebildet ist als die Teildichtungsspalte
16 oder 26, tritt an dieser Stelle weniger Widerstand gegen die Sperrflüssigkeitsströmung als
in den erwähnten Teildichtungsspalten auf.
Der Tcildichtungsspalt 26 befindet sich auf einem
3" größeren Radius als der Durchgang 24 und der Tcildichtungsspalt
16. Der Teildichtungsspalt 26 steht in Verbindung mit der Pumpkammer 22 und auf der
gegenüberliegenden Seite mit einem radialen Durchgang 27. Dieser Teildichtungsspalt begrenzt die Lekkage
von Sperrflüssigkeit zum Arbeitsgas während statischer Bedingungen oder in einem Drehbereich
unterhalb der Nenndrehzahl. Der radiale Durchgang 27 wird durch ein Ende des Flügelrades § und einen
Teil des Stators 41 festgelegt.
4<= Der radiale Durchgang 27 weist einen oder mehrere
in Radialrichtung einen gegenseitigen Abstand aufweisende und sich im wesentlichen axial erstrekkende
Finger 28 auf, die zum Flügelrad 8 gehören. Komplementär geformte Finger 29 sind am Stator 41
vorgesehen. Diese ineinander geschobenen Finger 28 und 29 legen eine ringförmige Wirbelkammer 30 fest.
Es ist zwar nur eine einzige derartige Wirbelkammer 30 im Ausführungsbeispiel gezeigt, aber es können
ohne weiteres mehrere derartige Kammern in Abhängigkeit von den jeweiligen Ansvendungsfällen vorgesehen
werden.
Das radial äußere Ende des Durchgangs 27 wird von einer Ringkamrner 31 gebildet, an die sich unmittelbar
der Teildichtungsspalf 26 anschließt. Das radial innere Ende des Durchgangs 27 grenzt an eine
Dichtung zwischen Welle 7 und Stator 41 an, die als Labyrinthdichtung ausgebildet ist.
Es ist des weiteren eine Pumpe 33 vorgesehen, die die Sperrflüssigkeit mit einem bestimmten Druck
über ein Absperrventil 51 der Zuführbchrung 17 zuführt.
Zu Kühlzwecken dienende Leitungen 34 und 35 verbinden die Zuführbohrung 17 mit einer Auslaßöffnung
36. Diese Auslaßöffnung 36 steht in Verbindung mit einem Vorratsbehälter 37, und zwar
über ein Diffcrentialdruck-Steucrventil 38. Der Vorratsbehälter
37 ist über eine Leitung 42 mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt. Ferner kann eine Einrichtung
in Form einer Differentialdruck-Stciierung 39
vorgesehen sein, um einen genügenden Flüssigkeitspegel
in dem Vorratsbehälter 37 zu gewährleisten.
Im folgenden wird die Funktionsweise der beschriebenen Sperrflüssigkeitsdichtung erläutert.
Wenn das unter Druck stehende Arbeitsgas gegen die Atmosphäre abgedichtet werden soll, muli der
Druck der in die Kammer 19 eintretenden Sperrflüssigkeit größer sein als der Gasdruck. Wird der Sperrflüssigkeitsdruck
wesentlich größer als der Gasdruck gewählt, so gelangt eine unerwünscht große Menge
dieser Sperrflüssigkeit in den das Arbeitsgas enthaltenden Raum und wird dort verschmutzt. Wählt man
die Druckdifferenz zwischen der Sperrflüssigkeit und dem Arbeitsgas relativ gering, so wird in den Spaltdichtungen
Gas mitgerissen und gelangt in die Sperrflüssigkeit und damit auch an die Atmosphäre.
Bei der Sperrflüssigkeitsdichtung nach der Erfindung liegt der konstante Druck der zugeführten
Sperrflüssigkeit geringfügig höher als der Druck im Hochdruckbereich, so daß im Stillstand der Maschine
bzw. bei einem Betrieb mit relativ niedriger Drehzahl die angestrebte Abdichtung durch diese
Druckdifferenz gewährleistet werden kann. Der Druck in der Zuführbohrung 17 liegt beispielsweise
etwa 0,14 kg/cm2 über dem Druck des Arbeitsgases.
Nun strömt aber die Sperrflüssigkeit zu der Pumpkammer 22, in der ihr auf Grund des Zentrifugaleffektes
ein höherer Druck verliehen wird, der etwa 0,7 kg/cm2 über dem Gasdruck während des Normalbetriebes
liegt. Bedingt durch die Wirkung der Pumpkammer 22 ist der mittlere Druck in dem Teildichtungsspak
26 ebenfalls etwa 0.7 kg. cm- höher als der Gasdruck, und dieser Druck zwingt die Sperrflüssigkeit
in die Kammern 31 und 30 des sich hochdruckseitig an den Tcildichtungsspalt 26 anschließendcn
Durchganges 27. Da somit in den Tcildichtungsspalt 26 kein Gas eintreten kann, ist es auch
nicht möglich, daß in diesem Teildichtungsspalt ein Mitreißen von Arbeitsgas erfolgt.
Die in der Kammer 31 auf Grund der Zentrifugalkraft auftretende Druckerhöhung wirkt dein Voiwärtsdruck
der Pumpkammer 22 entgegen. Auf Grund dieses Zusammcnspiels der entstehenden Drücke tritt die Grenzfläche zwischen Gas und
Sperrflüssigkeit in der Kammer 30 auf, und es sickert während des Normalbetriebs praktisch keinerlei
Sperrflüssigkeit zum Arbeitsgas durch, da der effektive Differenzdruck in dem Teildichtungsspalt 26
gleich Null ist. Da weiterhin der Druck der Sperrflüssigkeit im Teildichtungsspalt 26 sich auf einem beispielsweisc
etwa um 0,7 kg/cm2 über dem Gasdruck liegenden Druck befindet, ist auf der gesamten Länge
des Teildichtungsspaltes der Druck immer grüßer al; der Gasdruck, und es kann daher keine Mitnahmt
von Gas in der Sperrflüssigkeit erfolgen.
Wenn die Maschine abgebremst wird, nimmt dei Druck am pumpkammerseitigen Ende des Teildich
tungsspaftes 26 ab. Kommt die Maschine vollständij zum Stillstand, liegt der Sperrflüssigkeitsdruck nui
etwa um 0,14 kg/cm2 über dem Gasdruck. Die:
reicht jedoch aus, um auch im Stillstand eine ein wandfreie Abdichtung zu gewährleisten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Sperrflüssigkeitsdichtung zum Abdichten der Nachteile der mechanischen Dichtung hinsichtlich
zwischen einem Hochdruckbereich und einem 5 des Verschleißes, aber sie ist nur wirksam während
Niederdruckbercich liegenden Durchführung einer Zuführung von Dichtungsmittel. Des weiteren
einer Welle mit einer Zuführbohrung für unter ist ungünstig, daß bei einer derartigen Dichtung ein
konstantem Druck stehende Sperrflüssigkeit so- hoher Verlust an Dichtungsfluid auftritt, wenn die
wie sich beiderseits dieser Zuführbohrung er- Spielräume zwischen den feststehenden Tcile-v und
streckenden Teildichtungsspalten und einer sich io den sich drehenden Teilen nicht extrem niedrig gehochdruckseitig
an einen Teilspalt anschließen- halten werden können und/oder der Druck des Dichden
Fliehkraftdichtung, dadurch gekenn- tungsfluids nur geringfügig über dem des Arbeitsgaleichnet,
daß zwischen der Zuführbohrung ses liegt. Des weiteren ist eine Sperrflüssigkeitsdich-(18)
für die Sperrflüssigkeit und dem hochdruck- tung sehr empfindlich gegenüber plötzlichen Tempeseitigen
Tei'spalt (26) eine ringförmige, den 15 raturänderungen, die häufig zu einem Ausfall und/
Sperrflüssigkeitsdruck durch Fliehkraftwirkung oder zu einer Mitnahme des Arbeitsgases in die
erhöhende Pumpkammer (22) vorgesehen ist und Dichtungsflüssigkeit führen kann.
daß der konstante Druck der zugeführten Sperr- Bei einer Sperrflüssigkeitsdichtung vom Pvimptyp
flüssigkeit geringfügig höher als der Druck im wird die Dichtungsflüssigkeit immer auf einem we-
Hochdruckbereich ist. ao sentlich über dem Arbeitsgasdruck liegenden Druck
2. Sperrflüssigkeitsdichtung nach Anspruch 1, gehalten, um eine Mitnahme von Arbeitsgas in die
dadurch gekennzeichnet, daß der hochdrucksei- Dichtungsflüssigkeit zu verhindern. Es kann dabei
tige, sich an die Pumpkammer (22) anschließende erreicht werden, daß bei einem geringen Verlust an
Teilspalt (26) radial außerhalb des niederdruck- Dichtungsfluid eine optimale Abdichtung erreicht
seitigen Teilspalts (16) liegt. »5 wird, allerdings nur dann, wenn die Nenndrehzahl
3. Sperrflüssigkeitsdichtung nach Anspruch 1 vorliegt. Erhebliche Schwierigkeiten treten jedoch im
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stillstand und bei erheblicher Abweichung der Dreh-Pumpkammer
(22) axial zur Welle (7) erstreckt zahl von der Nenndrehzahl auf, da dann ein beachtli-
und ein axiales Ende (23) der Kammer (22) im eher Verlust an Dichtungsflüssigkeit in Kauf genom-Schnitt
eine halLkugelförmige Gestalt aufweist. 30 men werden muß.
Eine Sperrflüssigkeitsdichtung der eingangs genannten Art ist aus der USA.-Patentschrift"3 127 181
bekannt. Bei dieser bekannten Sperrflüssigkeitsdichtung wird die Sperrflüssigkeit niederdruckseitig zwi-35
sehen zwei Teildichtungsspalten zugeführt, und an das hochdruckseitige tinde des einen Teildichtungs-
Die Erfindung betrifft eine Sperrflüssigkeitsdich- spaltes schließt sich eine Fliehkraftdichtung an,
lung zum Abdichten der zwischen einem Hochdruck- welche labyrinthartig ausgebildet 1st. Diese Fliehbereich
und einem Niederdruckbereich liegenden kraftdichtung steht mit der Hochdruckseite über
Durchführung einer Welle mit einer Zuführbohrung 40 einen achsnahen Spalt in Verbindung, und die vom
für unter konstantem Druck stehende Sperrflüssigkeit hochdruckseitigcn Teilspalt kommende Sperrflüssigiowie
sich beiderseits dieser Zuführbohrung erstrek- kelt wird dieser Fliehkraftdichtung über eine Ringkenden
Teildichtungsspalten und einer sich hoch- kammer, in der Mittel zur Verhinderung des Auftredruckseitig
an einen Teilspalt anschließenden Flieh- tens einer Pumpwirkung vorgesehen sind, in ihrem
kraftdichtung. 45 radial äußeren Bereich zugeführt. Die Sperrflüssig-
Die Problematik, eine einwandfreie Dichtung zwi- keii ist bei dieser Dichtung mit einem Druck beaufschen
einer sich drehenden Welle und einem ütatio- schlagt, der sicherstellen soll, daß auch im Stillstand
nären Gehäuse zu erreichen, wird mit Erhöhung der der Vorrichtung von der Hochdruckseite her kein
Temperaturen und Drücke der flüssigen und gasför- Eindringen des abzudichtenden Mediums erfolgen
migen Arbeitsmittel immer größer. Eine besonders 50 kann.
schwierige Situation ergibt sich beispielsweise, wenn Diese bekannte Sperrflüssigkeitsdichtung arbeitet
es erforderlich ist, in diesen Fällen eine einwandfreie zufriedenstellend bei Nenndrehzahl, da bei Nenn-Dichtung
für ätzendes oder explosives Gas vorzuse- drehzahl sichergestellt werden kann, daß sich im Behen.
Da es in diesen Fällen erforderlich ist, eine reich der am Ende des hochdruckseitigen Teilspaltes
praktisch vollständige Abdichtung zu gewährleisten, 55 vorgesehenen Fliehkraftdichtung ein Druck aufbaut,
werden Flüssigkeitsdichtungen häufig benutzt. der ein Nachströmen der Sperrflüssigkeit in Richtung
Im wesentlichen finden drei Arten von Dichtungen der Hochdruckseite einerseits und ein Eindringen des
Verwendung, nämlich die mechanischen Dichtungen, abzudichtenden Mediums von der Hochdruckseite
die Sperrflüssigkeitsdichtungen und die Sperrflüssig- her verhindert. Dieses angestrebte Gleichgewicht der
keitsdichtungen vom Pumptyp. Jede dieser drei ver- 60 Drücke kann jedoch in der erwähnten Weise nur bei
schiedenen Dichtungsarten weist jedoch spezielle Nenndrehzahl erreicht werden. Im Stillstand oder bei
Nachteile auf. Der offensichtliche Nachteil der me- Abweichen der Drehzahl von der Nenndrehzahl läßt
chanischen Dichtung resultiert aus dem direkten sich jedoch bei dieser bekannten Konstruktion nicht
Kontakt zwischen den sich drehenden und stationä- vermeiden, daß ein erheblicher Verlust an Sperrflüsren
Abschnitten der Dichtung, was zu einer Abnut- 65 sigkeit auftritt, da keine Möglichkeit besteht, ein
zung dieser Bereiche und häufig zu einem Ausfall der Strömen dieser Sperrflüssigkeit in Richtung der
Dichtung führt. Dieser Nachteil überwiegt eindeutig Hochdruckseite zu verhindern,
den Vorteil, der darin besteht, daß bei einer derarti- Aufgabe der Erfindung ist es, die Sperrflüssigkeits-
den Vorteil, der darin besteht, daß bei einer derarti- Aufgabe der Erfindung ist es, die Sperrflüssigkeits-
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: A-C COMPRESSOR CORP. (EINE GES. N.D.GESETZEN D.STA |
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Free format text: MANITZ, G., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT. FINSTERWALD, M., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING. HEYN, H., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., 8000 MUENCHEN ROTERMUND, H., DIPL.-PHYS., PAT.-ANW., 7000 STUTTGART |