DE2225259C3

DE2225259C3 - Wellendichtung mit aufeinander gleitenden Dichtflächen, insbesondere Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE2225259C3
Application number: DE2225259A
Authority: DE
Inventors: Edward F. Dedham Mass. Doyle (V.St.A.); Thomas Ottawa Ontario Lefeuvre (Kanada)
Original assignee: Thermo Electron Corp
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Inc
Priority date: 1971-05-28
Filing date: 1972-05-24
Publication date: 1975-05-07
Also published as: DE2225259A1; FR2139980A1; CA1017378A; DE2225259B2; FR2139980B1; GB1368875A; SE388919B; JPS5338373B1; US3740057A; IT955926B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung mit den Gattungsmerkmalen des Hauptanspruchs.

Derartige meist als Gleitringdichtungen ausgebildete Wellenabdichtungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt Bei einer dieser Dichtungsausführungen (GB-PS 619 082) sind zwei miteinander in Strömungsverbindung stehende Sperrflüssigkeitskammern mit je einem federbelasteten Gleitring im Lagergehäuse vor-

fesehen, die ständig mit Sperrflüssigkeit aus einem peicher gespeist werden. Der Speicher ist ein Zylindurkolben, dessen eine Zylinderkammer ständig mit dem Gehäuse-Innendruck beaufschlagt ist Solange der Gehäuse-Innendruck Über dem Außendruck liegt, kann das äußere Druckmedium nicht in die Sperrflüssigkeitskammern und über diese in das Gehäuseinnere eindringen. Entsteht dagegen im Gehäuseinneren ein Unterdruck, dann wirkt sich dieser durch entsprechende Kolbenverschiebung auch auf die Sperrflüssigkeitskammern aus, so daß beispielsweise atmosphärische Luft in das Gehäuseinnere einströmen kann.

ideren Gleitringdichtung für Druckbehälich (DT-AS Hl 601) wird das geeiner blind endenden Rührer-WeI-iigkeit aus einem Speicherbehäl-Soeicherbehelter ist durch eine ter öeaiwr*^ ^₀ Kammern unterteilt, von biegsame T«mj«»' ^ Sperrflüssigkeit enthält ^denen t.dere unterem Innendruck des Rührgefäßes ¹EiA dt Trennwand einwirkende Federkraft i^rt das Eigengewicht der als Balg ausgebilde ^kOmKmer^nnS und erzeugt einen schwachen ten Ka^^^erSiQssigkeit gegenüber dem Rühdaß Gas aus dem Rührer nicht über die im Lagergehäuse gleichfalls eingem dringen kann. Dies gilt jedoch

r^e^ÄeÄnÄ-Le^it hausemnerenjmJUD^ ^ ^ ^ ^^ ^^

zum Gewichtsausgleich vorgesehenen Fe-,n auch bei dieser Gleitringdichtung das Außenmeaium, also atmosphärische Luft, sich mit dfr Sperrflüssigkeit vermischen und nach Uberwmdung £ DSungsflächen in den Rührer gelangen.

Bei einer Reihe von Maschmen, z. B. be. Turbmen, « treten erhebliche Schwankungen des Innendruckes ge-Ser einem Außendruck, z. B. der Atmosphäre auf, wobei der Innendruck bis unter den Atmospharendruck Salier kann. Bei den Entspannungsmaschmen e.nes „ach dem Rankine-Kreisprozeß betriebenen Kraftwer-,o k-s insbesondere bei Turbinen, fallt der Innendruck während längerer Stillstandszeiten durch die Maschin Abkühlung auf einen im wesentlichen unter dem SelSdrict liegenden Wert ab so daß bei herkömmlichen Dichtungen mit Fremdstoffen beladene « Luft aus der Umgebung in das Gehäuse eindringen kann die durch das Arbeitsmedium der gesamten AnIa-κνεηεΐΐΐ wird. Der Stickstoff sammelt sich vorzugsweise in dem Kondensator der Anlage und vermindert den Kondensator-Wirkungsgrad und damit den der ge-₄„ samten Anlage. Der eingedrungene Sauerstoff kann in Verbindung mit den Fremdstoffen sowie den Schm.ermitteln die thermische Zersetzung des Arbeitsmediums beschleunigen und die Einzelaggregate der Anlage an-

4, ^Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Druckwechsel unterworfenen Anlagen, bei denen der höhere Druck von der einen zur anderen Seite der Wellendichtung wechseln kann, in beiden Richtungen ein Lecken der gegeneinander abzudichtenden Medien sicher zu

<o verhindern. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst ·

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine sichere Abdichtung zweier Druckwechseln unterworfener Medien nur dann gewährleistet ist wenn der Druck

der die Dichtungsorgane beaufschlagenden Sperrflüssigkeit durch geeignete Regelung stets über dem höchsten tatsächlichen Druckwert an einer der beiden Dichtungsseiten ist Praktisch verwirklicht wird diese Erkenntnis durch eine Dreiteilung eines Druckspeichers

durch zwei flexible Trennwände in eine die Speicherflüssigkeit enthaltende Kammer und in zwei weitere Kammern, von denen jede mit dem Druck einer Seite der Wellenabdichtung beaufschlagt ist. Die Anordnung der einzelnen Kammern zueinander

6s kann entweder so getroffen werden, daß die mit Sperrflüssigkeit gefüllte Kammer zwischen den beiden anderer, angeordnet ist, wobei in diesen beiden anderen Kammern Anschläge zur Begrenzung der Bewegung

der Trennwände sowie auf jede der Trennwände einwirkende Druckfedern vorgesehen sind. Ferner ist es _?«ich möglich, die mit den beiden Dichtungsseiten in Strömungsverbindung stehenden Kammern an einer Seite der Sperrflüssigkeits-Kamirjer hintereinander anzuordnen und zwischen einer festen Trennwand und der die Sperrflüssigkeits-Kammer begrenzenden beweglichen Trennwand eine Druckfeder und einen Stößelanschlag vorzusehen, der in einen an der Trennwand zwischen den beiden anderen Kammern angeordneten Rohranschlag eingreift

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erfmdungsgemäße Wellendichtung im Vertikalschnitt

F i g. 2 einen Schnitt durch den Speicherbehälter der Wellendichtung nach F i g. 1 längs der Schnittlinie 4-4 in F i g. 1 und

F i g. 3 eine andere Ausführung des Speicherbehälters für die Dichtung nach F i g. 1 im Vertikalschnitt

Wie F i g-1 zeigt ist eine Antriebswelle 10 aus einem zweiteiligen 14, 16 Gehäuse 12 herausgeführt und gegen das Gehäuse durch eine Gleitringdichtung 11 abgedichtet.

Die Dichtung 11 enthält einen ersten vierkantigen Dichtungsring 18 und ein Paar Hohlprofilringe 26 und 26'. Der Vierkantring 18 sitzt auf der Welle 10 im Gehäuseteil 16 und besteht aus einem beliebigen geeigneten Werkstoff, wie z. B. gehärtetem Stahl, Gußeisen od. dgl. Im Gehäuseteil 16 sind die gleich ausgebildeten Hohlprofilringe 26 und 26' untergebracht die jeweils an einer gesonderten Dichtfläche des Vierkantringes 18 anliegen. Zwischen dem Vierkantring 18 und der Welle 10 befindet sich ein drehfester Dichtungsring 20 von kreisrundem Querschnitt Zur Abdichtung der Sitzfläche zwischen dem Gehäuse 12 und den Hohlprofilringen 26 und 26' dienen drehfest eingespannte Dichtungsringe 27 und 27' von rundem Querschnitt Da die Hohlprofilringe 26 und 26' gleich sind, wird nur der Profilring 26 beschrieben. Bei dem Profilring 26' sind gleiche Einzelteile mit gleichen Bezugszeichen, jedoch mit Index, versehen.

Der Hohlprofilring 26 bildet ein Gehäuse 28 für einen Dichtungsring 30 aus z. B. Kohle, einen Dichtungsring 32 vop rundem Querschnitt eine Feder 34, einen den Dichtungsring 32 haltenden Bauteil 36 und einen den Kohledichtungsring 30 haltenden L-Ring 38. Der Kohlering 30 liegt unmittelbar am Vierkantring 18 und wird an diesen ständig durch die Feder 34 angepreßt Der Ring 32 zwischen dem Kohlering 30 und dem Gehäuse 28 ist durch den L-Ring 36 festgelegt. Der Kaltebauteil 38 hält den Kohlering 30 gegebenenfalls durch eine Rast am Profügehäuse 28 fest und verhindert seine Bewegung gegenüber der zusammen mit dem Dichtungsring 18 umlaufenden Welle 10.

Die Bauteile 18, 26, 26' der Dichtung 11 sind im Gehäuseteil 16 untergebracht Der Vierkantring 18 wird durch einen Gewindering 24 fest gegen eine Schulter 22 der Welle gepreßt. Der Hohlprofilring 26 stützt sich axial an einem Wellenlager 40 ab. Die Gleitfläche 42 des Kohleringes 30 liegt dichtend am Vierkantring 18 an. Der Hohlprofilring 26' ist durch einen Haltering 44 festgelegt

Die Gleitflächen der Teile 26,26' und 18 umgibt eine Kammer 48, die eine Sperrflüssigkeit enthält, welche auch an den Gleitflächen zwischen dem Vierkantring 18 und den Dichtungsringen 30 und 30' ansteht.

Durch die umlaufende Welle 10 entsteht infolge der Gleitreibung zwischen dem Vierkantring 18 und den Kohleringen 30 und 30' Wärme, die von der in der Kammer 48 vorhandenen Sperrflüssigkeit aufgenommen wird. Daher muß die Sperrflüssigkeit umgewälzt und :n einer geschlossenen Kühlschleife 55 auf der geeigreten Höhe gehalten werden. Die Kühlschleife besteht aus Rohrleitungen 50 und 54 zwischen einem Ablauf 52 und einem Einlauf 56, die durch einen Rohrverbinder 58 verbunden sind. Zur Umwälzung können z.B. in der Wellendichtung 11 eine Pumpenkonstruktion eingebaut oder eine (nicht gezeichnete) Pumpe innerhalb der geschlossenen Schleife 55 angeordnet sein. Damit die Wellendichtung 11 Durchfluß von Flüssigkeit Dampf oder Gas oder anderem Stoff in jeder Richtung längs der Welle 10 unter allen Umständen verhindert muß der Druck der Sperrflüssigkeit gleich oder höher als die Außendrücke sein.

Um den erforderlichen Sperrflüssigkeitsdruck zu Hefern, ist eine in F i g. 2 im einzelnen dargestellte Druckquelle 62 über eine Rohrleitung 64 mit der Kühlschleife 55 verbunden, deren Speicherbehälter 65 einen Halter 66 (Fig.¹,) sowie zwei napfförmige Teile 68 und 70 aufweist Eine leckdichte mit Sperrflüssigkeit gefüllte »5 Kammer 72 wird von zwei beweglichen Trennwänden 74 und 76 beidseitig begrenzt deren Mittelteile durch starre Platten 78 bzw. 80 verstärkt sind. Von der Platte 78 erstreckt sich durch eine — dritte — Kammer 84 ein Sperrflüssigkcitsstandanzeiger 108 mit Skala 109. Eine öffnung 82 der Kammer 72 stellt die Verbindung mit der Rohrleitung 64 her. Der Gehäuseteil 68 umgibt die Kammer 84 und der Gehäuseteil 70 eine zweite Druckkammer 86. Zwischen den Platten 78 und 80 und den Stirnwänden 90 und 94 der Gehäuseteile 68 und 70 ist je eine Druckfeder 88 bzw. 90 angeordnet die über die Platten einen ständigen Druck auf die Sperrflüssigkeit ausüben. Zusätzlich wird Druck auf die in der Kammer 72 eingeschlossene Sperrflüssigkeit durch den Druck in den Druckkammern 84 und 86 ausgeübt Dieser Zusatz druck ist dem in der Kammer 84 oder dem in der zweiten Druckkammer 86 herrschenden Druck annähernd gleich. In den Kammern 84 und 86 sind Anschläge 96 und 98 zur Begrenzung der Bewegungen der Platten 78 und 80 angeordnet.

Die Kammer 84 und 86 üben auf die Sperrflüssigkeit einen Druck aus, der von dem an den beiden Seiten der Dichtungsbauteile 26 und 26' bestehenden Druck abhängt Bei der in F i g. 1 gezeigten Dichtung ist der Hohlprofilring 26' einem Außendruck und der Hohlprofilring 26 dem Gehäuse-Innendruck ausgesetzt. Dementsprechend ist die Kammer 84 durch öffnungen 100 und 102 mit dem Druckmedium außerhalb des Gehäuses verbunden. Von der Druckkammer 86 führt eine Leitung 104 in das Gehäuseinnere.

Die Wellendichtung verhindert e«ne Strömung der Druckmedien von einem Profilring 2iB zum anderen 26' und in die Kammer 48, unabhängig von Druckschwankungen oder von dem jeweils höheren Druck. Die Kammer 48, die Kühlschleife 55, die Rohrleitung 64 und der Behälter 72 sind vollständig mit Sperrflüssigkeit gefüllt Der von den Federn 88 und 92 auf den Behälter 72 ständig ausgeübte Druck wird auf die Sperrflüssigkeit in der Kammer 48 durch die Leitung 64 und die Kühlschleife 55 übertragen. So bilden die Federn eine 6s Druckquelle, die ständig auf die Sperrflüssigkeit wirkt.

Der Druck in der Kammer 84 entspricht dem außerhalb des Gehäuses 12 herrschenden Druck. Die Druckkammer 86 steht unter dem Innendruck im Gehäuse.

Zusätzlich zu dem Druck der Federn 88 und 92 wirkt auf die Kammer 72 ein Druck, der gleich dem höheren der in den Kammern 84 und 86 herrschenden Drücke ist Ist der Druck in der Druckkammer 86 höher als in der Kammer 84, dann biegen sich die verformbaren Trennwände 74 bzw. 76 so durch, daß die Kammer 72 zum Anschlag % hin verschoben wird, bis die Platte 78 an diesem Anschlag anliegt. Die Federn drücken auch danach noch auf die Kammer 72, wobei über die Federkräfte hinaus noch eine dem niedrigeren Druck in der Kammer 84 entsprechende Kraft wirkt Übersteigt der Druck in der Kammer 84 den in der Druckkammer 86, dann biegen sich die Trennwände so durch, daß die Kammer 72 zum Anschlag 98 bewegt wird, bis die Platte 80 gegen diesen Anschlag anschlägt. In diesem Betriebszustand wird auf die Sperrflüssigkeit, zusätzlich zum Federn-Druck ein Druck ausgeübt der dem Druck in der Kammer 84 gleich ist

Die Federn 88 und 92 sind vorzugsweise so ausgelegt daß ihr Druck auf die Sperrflüssigkeit in der Kammer 48 stets höher als die Drücke an den Profilringen 26, 26' der Dichtung sind. Jedoch können die Federn auch so bemessen werden, daß sie die Reibung im Drucksystem gerade überwinden. In besonderen Fällen können sie auch ganz weggelassen werden, wobei dann der Sperrflüssigkeitsdruck dem höchsten an der Wellendichtung anliegenden Druck annähernd gleich ist. Da der Druck an den Dichtflächen der Organe 18, 26 und 26' stets entweder durch Gleichgewicht oder durch verhältnismäßig hohen Sperrflüssigkeitsdruck bestimmt wird, können die Druckmedien zu beiden Seiten der Dichtung der Welle 10 nicht von einer Seite zur anderen strömen.

Lediglich eine kleine Sperrflüssigkeitsmenge fließt zwischen den Dichtungsflächen des Ringes 18 und der Kohleringe 30 und 30' hindurch. Diese geringe aus der Sperrflüssigkeitskammer 48 abfließende Leckflüssigkeit wird aus der Kammer 72 des Speichers ersetzt. Da sich dadurch die Flüssigkeit in der Kammer 72 verringert bewegen sich die Trennwände 74 und 76 aufeinander zu und verkleinern somit das Kammervolumen. Die Speicherkammer 72 muß gegebenenfalls regelmäßig mit Sperrflüssigkeit wieder aufgefüllt werden, wobei die Zeitabstände der Nachfüllungen von den Abmessungen des Speicherbehälters bestimmt werden.

Die Wellendichtung 11 arbeitet in der beschriebenen Weise bei umlaufender oder stillstehender Welle und wirkt daher unabhängig vom Betriebszustand der Anlage bzw. der Turbine.

Der Stand der Sperrflüssigkeit in der Kammer 72 wird an der Skala 109 auf dem Sperrflüssigkeits-Standanzeiger 108 abgelesen. Dazu muß der Standanzeiger 108 in seiner obersten Stellung stehen, in der die Platte 80 am Anschlag 98 anliegt In dieser Stellung zeigt die Skala den Abstand zwischen den Platten 78 und 80 und somit das Flüssigkeit-Volumen in der Kammer 72 an. Wenn der Druck in der Kammer 84 den in der Kammer 86 übersteigt liegt die Platte 80 am Anschlag 98 an. so daS die Stellung des Standanzeigers 108 eine Anzeige des Kammervolumens liefert Obersteigt dagegen der Druck in der Kammer 86 den in der Kammer 84, dann wird der Standanzeiger gegen einen Widerstand verschoben, der eine Funktion der Druckdifferenz in den beiden Kammern ist Wenn der Standanzeiger 108 durch Anlage der Platte 80 gegen den Anschlag 98 einen festen Widerstand findet steht er in seiner höchsten Stellung und kann abgelesen werden.

Der in F i g. 3 gezeigte Druckspeicher besteht aus einem Gehäuse 65, das durch zwei Trennwände oder Membranen 150 und 152 in drei leckdichte Kammern geteilt ist

ίο Eine Kammer 154 ist mit öffnungen 156 versehen, die eine Verbindung mit einem Wellen-Druckbereich bilden. Eine Kammer 158 ist durch eine Rohrleitung 104 mit dem anderen Wellen-Druckbereich verbunden. Eine Speicherkammer 160 ist über eine Öffnung 82, die Rohrleitung 64 mit der Kühlschleife 55 und mit der Kammer 48 verbunden. Die als Membran 150 ausgebildete Trennwand ist mit einem starren, aus Platten gebildeten Boden 162 versehen. Von diesem Boden 162 ragen eine Anschlagbuchse 164 in die Kammer 158 hin-

ao ein und ein Flüssigkeitsstandanzeiger 165 mit einer Skala 166 durch die Kammer 154. Auch die Membran 152 ist mit einem aus Platten gebildeten Boden 168 versehen, von dem eine Stange 170 aufwärts in die Kammer 158 und teleskopartig in die Buchse 164 hineinragt

as In der Kammer 158 ist ein Haltering 172 angeordnet. Zwischen diesem Haltering 172 und dem Membranboden 168 ist eine Druckfeder 174 eingespannt.

Die Feder 174 wirkt ständig auf die im Behälter 160 und in der Kammer 48 befindliche Sperrflüssigkeit.

Wenn der Druck in der Kammer 158 größer als der Druck in der Kammer 154 ist werden die Membranen 150 und 152 auseinandergedrängt Die Membran 150 bewegt sich zur Wand 176 hin, und die Membran 152 drückt gegen die Sperrflüssigkeit im Behälter 160. In diesem Betriebszustand überträgt sich der Druck der in der Kammer 158 und die Federkraft 174 auf die Sperrflüssigkeit in der Kammer 160. Wenn der Druck in der Kammer 154 denjenigen in der Kammer 158 übersteigt, bewegt sich die Membran 150 zur Membran 152 hin, bis der Endteil 178 der Buchse 164 am Endteil 180 der Stange 170 anschlägt Dadurch sind die Stange und die Buchse wirksam miteinander gekuppelt so daß der Druck in der Kammer 154 auf die Sperrflüssigkeit zusätzlich zum Federdruck 174 wirkt

Wenn der Druck in der Kammer 154 höher als in der Kammer 158 ist und die Trennwände miteinander gekuppelt sind, zeigt die Skala 166 auf der Stange 165 die in der Speicherkammer 160 enthaltene Menge an. In diesem Betriebszustand IaBt sich die Stange 165 nicht

weiter ins Gehäuse 65 abwärts bewegen. Wenn der Druck in der Kammer 158 höher als in der Kammer 154 ist wird die Membran 150 gegen die Wand 176 gedrückt und die Skala 166 auf der Stange 165 zeigt an daß der Behälter voD ist Zur Überprüfung dieser

»Voll«-Anzeige muß die Stange 165 gegen die Druckdifferenz-Kraft der Kammern 158 und 154 in das Gehäuse 65 bis zu einem zweiten festen Widerstand einge drückt werden. Die Anzeige beim zweiten Widerstand gibt die richtige, im Behälter 160 enthaltene Flüssig

keitsmenge an. Wenn die Stange 165 beim Einwärts drücken ins Gehäuse sofort unbeweglich ist dann isi der Behälter volL

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Weilendicmimg mit aufeinandergleitenden Dichtflächen, insbesondere Gleitringdichtung, mit einer Vorrichtung zur Zuführung von Sperrflüssigkeit, bestehend aus einem Speicherbehälter, der eine erste Kammer zur Aufnahme der Sperrflüssigkeit und eine zweite, mit Betriebsdruck beaufschlagte Kammer enthält, die durch eine bewegliche Trennwand von der ersten Kammer getrennt ist, wobei diese Trennwand zur Erzielung eines über dem Betriebsdruck liegenden Sperrflüssigkeitsdrukkes mit einer Feder beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (65) eine dritte, durch eine bewegliche und federbelastete Trennwand (74) abgeschlossene Kammer (84) aufweist, die einerseits mit der Atmosphäre verbunden ist und deren Trennwand andererseits entweder unmittelbar oder über Anschläge an der Trennwand (74) der ersten Kammer mittelbar auf die in der ersten Kammer (72) befindliche Sperrflüssigkeit einwirkt, und daß die Wellendichtung als Doppeldichtung ausgeführt ist

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die mit der Sperrflüssigkeit gefüllte erste Kammer (72) in einem Gehäuse (65) zwischen der zweiten (86) und der dritten (84) Kammer angeordnet ist, daß in der zweiten und der dritten Kammer Anschläge (98 bzw. 96) zur Begrenzung der Bewegung der Trennwände (76 bzw. 74) sowie auf jede der Trennwände einwirkende Druckfedern (88,92) vorgesehen sind.

3. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die zweite (158) und dritte Kammer (154) an einer Seite der ersten Kammer (160) hintereinander angeordnet sind, daß zwischen einer festen Zwischenwand (172) und der die erste Kammer (160) begrenzenden beweglichen Trennwand (152) eine Druckfeder (174) und ein Stößelanschlag (170, 180) vorgesehen sind, der in einen an der Trennwand (150) zwischen der zweiten (158) und der dritten Kammer (154) angeordneten Rohranschlag (164,178) eingreift.

_ter nu samte