DE2503856C3 - - Google Patents
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Description
15
20
■4"
Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung mit einem
angrenzend am Hochdruckbereich angeordneten stationären Dichtring, mehreren in Richtung auf den
Niederdruckbereich hinter den stationären Dichtring und axial hintereinander angeordneten, als Schwimmring
ausgebildeten Dichtringen und einem Schmier- und Sperrkreislauf, durch den mittels einer Pumpe eine
Schmier-Sperrflüssigkeit in den Bereich /wischen der Welle und dem stationären Dichtring geleitet wird, so
daß ein Trennspiegel zwischen dem abzudichtenden Medium und der Schmier-Sperrflüssigkeit gebildet wird
und die Schmier-Sperrflüssigkeit in Richtung auf den
Niederdruckbereich abfließt, wobei Schmier-Sperrflüs
ligkeit zwecks Kühlung zur Rückseite zumindest der Schwimmringe zuführbar ist.
Eine Wellendichtung dieser Gattung ist aus der US-PS Jb 95 621 der Anmeldenn bekannt Bei dieser
Wellendichtung wird die Schmier-Sperrflussigkeit mit
relativ hohem Druck in den Bereich des stationären Dichtrings, zugeführt, um eine sichere Sperre für das
abzudichtende Medium zu erzielen* Diesel' relativ hohe
Drück der Schmier-Sperrflüssigkeit wird durch die in
Reihe geschalteten Schwimmringe stufenweise abge* baut Die Schwimmringe sind in Gehäuseausnehmüngeti
so gelagert, daß die Rückseiten der Schwimmringe mit den Zwischenräumen zwischen den Schwimmringen
und der Welle ίη Verbindung stehen, so daß die von der
Hochdruck- zur Niederdruckseite fließende Schmier-Sperrflüssigkeit
zur Rückseite der Schwimmringe gelangen kann. Auf diese Weise wird die Schmier-Sperrflüssigkeit
zur Kühlung der Schwimmringe ausgenutzt.
Bei normalen Betriebsbedingungen arbeitet diese Wellendichtung zufriedenstellend. Im Teillastbereich,
insbesondere beim Starten der Antriebsmaschine, nimmt jedoch der Strom der Schmier-Speirflüssigkeit
erheblich ab. Infolgedessen werden die Schwimmringe nur noch ungenügend gekühlt, was eine Überhitzung
dieser Bauteile zur Folge hat. Diese Schwierigkeit könnte dadurch gehoben werden, daß die Schmier-Sperrflüssigkeit
im feillastbereich mit erhöhtem Druck zugeführt wird. Dies würde jedoch komplizierte
Regeleinrichtungen, einen erhöhten Strömungsmittelverbrauch sowie einen relativ hohen Herstellungs- und
Wartungsaufwand erfordern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Wellendichtung der eingangs angegebenen Gattung in
möglichst einfacher Weise eine bessere Kühlung der Schwimmringe im Teillastbereich, insbesondere beim
Starten der Antriebsmaschine, zu erzielen.
Diese Aufgabe wird bei einer Wellendichtung mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Rückseite jedes Schwimmringes gegenüber dem Bereich, in dem Schmier-Sperrflüssigkeit
vom stationären Dichtring zum Niederdruckbereich fließt, abgedichtet ist, daß die Rückseiten der
Schwimmringe mit einer die Schwimmringe konzentrisch umgebenden gemeinsamen Ringkammer in
Verbindung stehen, daß die Ringkammer und damit die Rückseiten der Schwimmringe durch einen Kühlkreislauf
mit einem kontinuierlichen Kühlstrom beaufschlagt ist. der die gleiche Flüssigkeit wie der Schmier-Sperrkreislauf
enthält, und daß im Kühlkreislauf eine
gesonderte Pumpe vorgesehen ist, die den Druck im Kuhlkreislauf auf einem niedrigeren Niveau als dem des
Schmier-Sperrkreislaufes hält
Bei Gleitringdichtungen ist es bereits bekannt
geworden, getrennte Schmier- und Kühlkreisläufe für den Dichtspalt einerseits und den stationären Gegenring
andererseits vorzusehen, vgl. z. B. US-PS JO 19 026.
Bei diesen Gleitringdichtungen stellt sich jedoch das Problem emc I iberhitzung im Teillastbereich nicht, da
die KühlflüssigKeitsversorgung des stationären Gegen
ringes unabhängig von der Drehzahl der Welle ist. Eine Trennung von Schmier- und Kühlkreislauf dürfte in
diesem Fall η erster Linie den Zweck haben, unterschiedliche Medien in den beiden Kreisläufen zu
verwenden.
Im Gegensatz hierzu wird bei der erfindiingsgcmäß
ausgebildeten Wellendichtung in beiden Kreisläufen dasselbe Medium verwendet. Da die Rückseiten der in
Reihe geschalteten Schwimmringe mit einer relativ großvolumigen Ringkammer frei in Verbindung stehen,
ist nur ein relativ niedriger Druck der Kuhlflüssigkeit
erforderlich, um einen kontinuierlichen Kuhlstrom
aufrechtzuerhalten. Der Druck im Kühlkreislauf kann daher auf einem wesentlich niedrigerem Niveau als im
Schmier-Sperrkreislauf gehalten werden. Da im übrigen
deriKühlkreislauf nicht durch die Drehzahl der Welle
beeinflußt wird, ist auch im Teillastbereich eine
ausreichende Kühlung der Schwimmringe sichergestellt. Der Schmier-Sperrkreislauf kann daher auf konstanten
Druck geregelt werden, wodurch die Regelung vereinfacht
Und der Herstellungs- und Wartungsaufwand verringert wird.
OC Λ·2 Q CZC
£-kJ \J -J OJU
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rückseiten der Schwimmringe mit
Kühlrippen versehen sind. Die Kühlrippen sind zur Ringkammerungedrosselt und frei zugänglich, wodurch
eine besonders wirksame Kühlung der Schwimmringe erzielt wird.
Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dei· Erfindung näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Wellendichtung;
F i g. 2 eine schematische Darstellung des Kühlkreislaufes und Schmier-Sperrkreislaufes der Wellendichtung
nach Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 enthält das Gehäuse 10 einer Rotationsmaschine, etwa eines Kompressors oder einer
Turbine, eine öffnung, durch die eine umlaufende Welle 11 verläuft, die die bewegten Maschinenteile trägt. Die
WeMe 11 erstreckt sich in Axialrichtung von dem im Sinne der Fig. 1 rechts gelegenen Hochdruckbereich
der Maschine 12 zu einem Niederdruckbereich 13. Der Niederdruckbereich sieht üblicherweise auf Atmospharendruck,
kann jedoch auch einem geringfügig nöheren oder niedrigeren Druck ausgesetzt sein. Die Innenwand
der öffnung kann einstückig am Gehäuse 10 angeformt oder durch einen Ring 15 gemäß Fig. 1 gebildet sein,
der durch Senkschrauben 17 fest mit dem Gehäuse 10 verbunden ist. In diesem Fall dient der Ring 15 zur
Halterung einer Labyrinthdichtung 20. die die Welle 11 in dem Hochdruckbereich 12 umgreift.
Die Dichtung enthält ferner ein stationäres, ringförmiges Einsatzstück 22, das in der Stirnwandöffnung
angeordnet ist und am Ring 15 anliegt. Im Einsatzstück 22 befindet sich ein gasseitiger Dichtring 23. der die
Welle U in der Nähe der Hochdruckzone 12 umgreift. Der Dichtring 23 besteht aus einer zylindrischen,
hülsenförmigen Buchse 24. die die Welle mit Drehspiel
umschließt, sowie einem schräg zur Buchse 24 angestellten, konusförmigen Abschnitt 25. der in einen
radial verlaufenden Flansch 26 übergeht, der an der Außens'itedes Rings 15 angeordnet ist.
Auf seiner Innenseite ist das Einsatzstück 22 an die
Form des Dichtrings 23 angepaßt und mn mehreren gleichförmig verteilten öffnungen JO versehen, die in
Umfangsrichtung um den Dichtring 23 verlaufen Die
öffnungen 30 sind an eine ringförmig um den
Außemmfang des Einsatzstückt . 22 verlaufende Hoch druck-Ölnul 33 angeschlossen Hochdrucköl wird auf
die weiter unten im einzelnen erläuterte Weise über einen die Cjehäusestirnwand 10 durchsetzenden Olzu
fuhrkanal 35 der Ringnut 33 zugeführt.
Beidseitig des Flansches 26 befinden sich zwei
O-Rinfe 38 und 39, die verhindern, daß Hochdrucköl
zwischen das Einsatzstück 22 und den Ring 15 gelangt. Mehrere am Einsatzstück 22 befestigte Stifte 27 greifen
nach unten in Horizontalnuten, die am Außenumfang
des Flansches 26 ausgebildet sind, und sichern den gasseitigen Dichtring 23 gegen eine Drehbewegung,
ermöglichen jedoch gleichzeitig eine Bewegung der Dichtung sowohl in Axial- als auch in Radialrich'un^
Während des Betriebs wird Hochdrucköl. das unier einem geringfügig höheren Druck als das Arbeitsgas
steht, den öffnungen 30 zugeführt und in dem mit 31
bezeichneten Bereich in Berührung mit der Welle 11 unterhalb der Büchse 24 gebracht. Infolgedessen
gelangen die zu diesem Bereich vorgedrungenen Arbeitsgase unter den Einfluß des Gegendrucks des
Hochdrucköls und v/erden somit an einem Entweichen
im Bereiche niedrigeren Drucks längs der Welle gehindert. Verunreinigtes öl, das sich im ÖI-Gas-Grenzbereich
ansammelt, wird über eine übliche Ablaßle-tung
32 aus dem Kreislauf entfernt
Ein Hochdruck-Ölstrom wird in Axialrichtung längs ι der Welle vom Gas-Öl-Grenzbereich in Richtung der
Niederdruckseite erzeugt Mehrere den Druck abbauende Dichtungen in Form von Schwimmringen 40,41 und
42 sind in gleichmäßigen Abständen auf der Welle hinter der gasseitigen Dichtung in Strömungsrichtung axial
in zueinander ausgerichtet angeordnet Zwischen der Innenfläche der Schwimmringe und dem Außenumfang
der Welle ist ein ausreichend großer Spalt vorhanden, wodurch der Druck im ölstrom gleichförmig und
schrittweise zum Bereich niedrigeren Drucks hin
is abgebaut wird. Die Schwimmringe sind in stationären
Ringen 46, 47, 48 gelagert, die in der Wellenöffnung gehaltert sind. Wie Fig. 1 zeig, liegen die Ringe in
Axialrichtung aneinander an, wobei der im Stapel letzte Ring 48 auf der Außenfläche des Einsatzstückes 22 fur
2d die gasseitige Dichtung anliegt. Ir Axialrichtung ist der
Rincrctanf»! in H^r Wellenoffnun0' 'iuT'^h einen Hsli^rm"
67 gesichert, welcher etwa durch Schrauben oder dergl.
auf der linken Seite der Stirnwand befestigt ist. Im Haltering 67 kann eine zweite äußere Labyriiithwellen-
2i dichtung (nicht gezeigt) angeordnet sein, die einen
zusatzlichen Schutz gegen eine Leckage aus der Maschine gewährleistet.
Wie in der oben erwähnten US-PS beschrieben, ciient
bei dieser Art von Wellendichtung das Hochdrucköl
ι» nicht nur als Sperre, die ein Entweichen von
Arbeitsmedien aus der Maschine verhindert, sondern auch zur Kühlung der verschiedenen Bauteile der
Weilendichtung. Bei bestimmten kritischen Betriebsbedingungen,
insbesondere beim Start der Maschine,
)> verringert sich jedoch der Mengenstrom des Hochdrucköls
längs der Dichtflächen ganz erheblich und bis zu einem Punkt, wo eine Überhitzung der Dichtungen
auftritt. Bei diesen Betriebszuständen we-den eine
Exzentrizität in den miteinander zusammenwirkenden
i" Bauteilen, ein unrund jr Wellenlauf oder Vibrationen der
Maschine verstärkt, was zu einem übermäßigen Verschleiß der Dichtungen und schließlich zu einem
Versagen führt.
Die beschriebene Wellendichtung venugt über eine
4"> verhältnismäßig einfache Kühleinrichtung für die
Dichtungen, die unabhängig vom Betriebszustand der Maschine kontinuierlich auf einem konstanten Betriebspegel arbeitet. Zu diesem Zweck ist ein Niederdruck-Kühlkreislauf
mit einem Kühlmittelstrom vorgesehen.
-><i der kontinuierlich mit den Schwimmringen in Berührung
gebracht wird, solange die Maschine arbeitet.
Gemäß I- i g. 1 befindet sich jeder Schwimmring in
einer in Umfangsrich'.ung verlaufenden Ausnehmung
5U, 51 bzw. 52. die in den Tragringen für die
>■> Schwimmringe ausgebildet ist. In jednti Tragring ist
ferner unmittelbar hinter der Ausnehmung eine axial verlaufende Ringkammer 60 ausgebildet, die mit dieser
über Zufuhrbohrungen 61 in Verbindung steht, !m
z'isammengeü uten Zustand bilden die Ringkammern
w eine gerneinsame Längskammer, die ein Strömungsmittel
unter niedrigem Druck enthält, das über die Zufuhrbohrungen 61 in Berührung mittler Rückseite der
Schwimmringe gebfacht wird. Das Niederdruckmittel wird auf die weiter unten im einzelnen beschriebene
Weise der Ringl^mmer 60 über einen die Maschinenwand
durchsetzenden Einlaßkanal 62 von einem Reservoir zugeführt. Der Mengenstrom des Niederdruck-Kühlmittels
wird mittels einer im Einlaßkanal
befindlichen Drosselöffnung derart reguliert, daß die die
Schwämmringe umströmende Kühlmittelmenge ausreicht, deren Temperatür Unabhängig vom Betriebszustand
der Maschine in einem konstanten Betriebsbereich zu halten. Nach dem Umströmen der Dichtungsstücke
wird das Niederdruckmittel von den stationärer. Bauteilen über einen Auslaß 65 abgeführt und zum
Reservoir zurückgeleitet.
Im Niederdruck-Kühlkreislauf wird das gleiche Strömungsmittel wie im Hochdruck-Schmied und
Sperrkreislauf verwendet. Auf diese Weise läßt sich die Steuerung erheblich vereinfachen, und es entsteht kein
oder nur ein geringer Schaden, wenn das Kühlmittel ünbeabsichtigterweise von dem Niederdruck-Kühlkreislauf
zum Hochdruck-Schmier- und Sperrkreislauf H
gelangt.
Zwei in Umfangsrichtung verlaufende O-Ringe 66
liegen zwischen den Sßitenwändpn jeder Ausnehmun"
und den Stirnflächen der darin befindlichen Schwimmringe, um den Niederdruck-Kühlmittelstrom von dem
Dichtöl-Hauptstrom zu trennen. Die O-Ringe liegen verhältnismäßig nahe der der Welle zugekehrten, axial
verlaufenden Innenfläche jedes Schwimmrings, so daß der überwiegende Flächenbereich jedes Schwimmrings
dem Kühlmittelstrom ausgesetzt ist. Um den Kühlvorgang weiter zu fördern, sind auf der Rückseite jedes
Dichtungsstücks mehrere Kühlrippen 68 vorgesehen, durch die die benetzte Fläche vergrößert wird.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der gasseitige Dichtring 23 nicht von der Hilfskühlung in
versorgt. Es hat sich herausgestellt, daß das anfangs mit einem speziellen Dichtring 23 in Berührung gebrachte
öl des Hauptkreislaufs sich auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur befindet und daher jegliche
Wärmeansammlung an dieser besonderen Stelle in den J5 meisten Betriebszuständen wirksam abzuführen vermag.
Erforderlichenfalls läßt sich jedoch entsprechend der anhand der Schwimmringe erläuterten Weise auch
eine Hilfskühlung der gasseitigen Dichtung erreichen.
F;er2U 2 Blatt
Fig.2 zeigt in schefnatischef Darstellung eine
Pumpanordriung zur Zufuhr sowohl des Kühlmittels zum Kühlkreislauf als auch des Hochdrücköls zum
Schmier-Sperfkfeislauf. Beide Kreisläufe werden vom
gleichen Strömungsmittel in Form von öf gespeist
Hierdurch vereinfachen sich die erforderlichen Steuerungen
beträchtlich, insbesondere im Vergleich zu öldichtungeii dieser Art* welche eine Öleinspritzung
oder dergl. benötigen. Wie gezeigt, wird das Öl für beide
Kreisläufe einem gemeinsamen Olreservoir 70 entnommen.
Das Öl gelangt zunächst zur Niederdruckpumpe 7i, die den Öldruck auf einen Druckpege! anhebt, der
erforderlich ist, einen zur wirksamen Kühlung der Schwimmringe ausreichenden ölmengenstrom im
Kühlkreislauf zu erzeugen. Diese Pumpe arbeitet kontinuierlich, so daß sie für eine konstante Drückhöhe
sorgt, solange die Maschine arbeitet. Das von der
PlimnC Über Sin?". Kühler 73 ofifnrHp.rtn öl aplanat
durch einen Filter 72, bevor es den stationären Teilen der Dichtung zugeführt wird. Eine Öl-Teilmenge strömt
über die Leitung 74 über ein Rückschlagventil 75 zum Einlaßkanal 62 des Kühlkreislaufs, wo es auf die oben
beschriebene Weise in Berührung mit den Schwimmringen gebracht wird.
Außerdem gelangt öl von der Niederdruckpumpe 71
über einen Kühler 78 zur Hochdruckpumpe 76, die den Öldruck auf einen zweiten Druckpegel anhebt. Das von
der Hochdruckpumpe 76 geförderte Hochdrucköl strömt über einen zweiten Filter 77 und über eine
Leitung 79 zum Einlaß 35 des Hochdruck-Schmier-Sperrkreislaufs. In der Leitung 79 liegt ein Steuerventil
82, das mit einem Druckregelbehälter 80 gekoppelt ist.
Der Regler mißt den Druck des Arbeitsmediums in der Maschine und stellt in Abhängigkeit von diesem den
Druck in der Leitung 79 über das Ventil 82 derart ein, daß der Druck auf der Hochdruckseite des Kreislaufs
um einen bestimmten Betrag oberhalb des Druckwertes des Arbeitsmediums gehalten wird.
Claims (2)
1. Wellendichtung mit einem angrenzend am Hochdruckbereich angeordneten stationären Dichtring,
mehreren in Richtung auf den Niederdruckbereich hinter dem stationären Dichtring und axial
hintereinander angeordneten, als Schwimmring ausgebildeten Dichtringen und einem Schmier- und
Sperrkreislauf, durch den mittels einer Pumpe eine Schmier-Sperrflüssigkeit in den Bereich zwischen
der Welle und dem stationären Dichtring geleitet wird, so daß ein Trennspiegel zwischen dem
abzudichtenden Medium und der Schmier-Sperrflüssigkeit gebildet wird und die Schmier-Sperrflüssigkeit
in Richtung auf den Niederdruckbereicn abfließt, wobei Schmier-Sperrflüssigkeit zwecks
Kühlung zur Rückseite zumindest der Schwimmringe zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückseite jedes Schwimmringes (40—42) gegenüber dem Bereich, in dem Schmier-Sperrflüssigkek
vom stationären Dichtring (23) zum Niederdruckbereich (13) fließt, abgedichtet ist, daß die
Rückseiten der Schwimmringe (40—42) mit einer die Schwimmringe konzentrisch umgebenden gemeinsamen
Ringkammer (60) in Verbindung stehen, daß die Ringkammer (60) und damit die Rückseiten der
Schwimmringe (40—42) üurch einen Kühlkreislauf (60—62, 70—75) mit einem kontinuierlichen Kühlstrom
beaufschlagt ist, der die gleiche Flüssigkeit wie der Schmier-Sperrkreislauf enthält, und daß im
Kühlkreislauf eine gesonderte Pumpe (71) vorgesehen ist, Jie den Druck im Kühlkreislauf auf einem
niedrigeren Niveau als de -i des Schmier-Sperrkreislaufes hält.
2 Wellendichtung nac'· Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseiten der Schwimmringe
(40—42) mit Kühlrippen (68) versehen sind.
ίο
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