DE3619489C2

DE3619489C2 -

Info

Publication number: DE3619489C2
Application number: DE19863619489
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr.-Ing. 4200 Oberhausen De Kotzur
Original assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Current assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Priority date: 1986-06-10
Filing date: 1986-06-10
Publication date: 1989-03-02
Also published as: DE3619489A1

Description

Wellendichtungen mit radialem ebenen Dichtspalt werden in Fluidenergiemaschinen eingesetzt, um eine wirksame Abdichtung zwischen einem Außenraum und dem Maschineninnern bei niedrigen Sperrmediumleckageströmen zu erzielen.

Der Dichtspalt wird dabei durch aerostatische oder aerodynamische Kräfte oder eine Kombination von beiden aufrechterhalten.

Aerostatische Dichtungen haben Rillen in einer den Dichtspalt begrenzenden Fläche, denen über Zuführleitungen Sperrmedium unter Überdruck zugeführt wird. Eine besonders günstige Verteilung der Druckkräfte wird erzielt, wenn die Rillen am Umfang durch Stege unterbrochen sind und den so entstehenden sichelförmigen Rillen das Sperrmedium über Drosseln zugeführt wird. Die Größe des Dichtspaltes ist bei vorgegebenen äußeren Anpreßkräften von dem statischen Druck des Sperrmediums in den Rillen abhängig.

Dabei können nach der FR-ZP 21 44 969 zur besseren Verteilung des Sperrmediums und zur Zu- und Abführung im Dichtspalt mehrere Reihen von Rillen konzentrisch angeordnet sein. Es wird jedoch nur der bekannte aerostatische Effekt begrenzter Tragkraft erzielt.

Das gleiche gilt für eine in "Frampton, CH.: Sealing with Gas Films, Machine Design, 25, Nov. 1971, S. 87 ff." beschriebene Dichtungsform, bei der konzentrische sichelförmige Rillen durch radiale Stege miteinander verbunden sind, in denen für die innere und äußere konzentrische Rille jeweils eine gemeinsame Versorgungsbohrung angeordnet ist.

Zusätzliche aerodynamische Effekte werden mit der Dichtungsanordnung der GB-PS 10 09 940 erzielt, bei der von der Rille nutenartige spiralförmige Vertiefungen ausgehen, die so angeordnet sind, daß sich unter dem Einfluß des rotierenden Dichtringes ein Förderstrom von Sperrmedium aus der Rille in die spiralenförmigen Vertiefungen ergibt. Das zur Erzielung einer hermetischen Dichtwirkung bei allen Drehzahlen und im Stillstand normalerweise der Rille mit Überdruck zugeführte Sperrmedium wird dabei jedoch in Richtung des statischen Druckgefälles von den spiralförmigen Vertiefungen zu den Außenrändern weggefördert. Dadurch entsteht ein erhöhter Sperrgasverbrauch.

Für aerodynamische Axiallager sind aus "N.N.: Gas-Lubricated Bearings, Mech. Engineering, 92, Feb. 1960, S. 92 ff." spiralrillige und mit Fischgrätmuster versehene Druckplatten bekannt. Bei diesen wird von spiralförmigen Vertiefungen Traggas von den innen und außen an die Lagerfläche angrenzenden Räumen gegeneinander in das Lager gefördert. Dabei können jedoch Verunreinigungen aus den angrenzenden Räumen in den Tragspalt gezogen werden, welche die Funktion beeinträchtigen. Auch laufen die spiralförmigen Nuten im mittleren Bereich der Tragfläche zusammen, wodurch eine Vermischung der von den Rändern geförderten Gase stattfindet, was der Funktion einer Dichtung total widersprechen würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese bekannten Wellendichtungen zu verbessern, nämlich die Dichtwirkung zu erhöhen und den Sperrgasverbrauch zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Wellendichtung dadurch gelöst, daß in radialer Richtung konzentrisch zwei Reihen sichelförmiger Rillen angeordnet sind, von denen aus sich die spiralförmigen nutenartigen Vertiefungen zueinander erstrecken. Dadurch wird bewirkt, daß das von den Rillen aus in die Spiralrillen geförderte Sperrmedium in radialer Richtung gegeneinander gefördert wird, wobei das Sperrmedium in der ebenen Ringfläche zwischen den spiralförmigen Nuten bei erhöhtem statischen Druck stagniert. Dadurch werden bei hermetischer Dichtwirkung und Zuführung nur sauberen Sperrgases in den Dichtspalt die Vorteile der dynamischen Tragkräfte sowohl zur Erhöhung der Stabilität des Dichtspaltes als auch der Ausnutzung der Förderwirkung der spiralförmigen Nuten zur Minimierung des Sperrgasverbrauches genutzt.

Es können auch in den äußeren und inneren Rillen unterschiedliche Sperrmedien zugeführt werden, die jeweils mit den Medien in den an die Dichtfläche angrenzenden Räumen verträglich sind.

Werden die inneren und äußeren sichelförmigen Rillen jeweils miteinander verbunden, genügt für beide Rillen eine gemeinsame Zuführbohrung, die dann mit entsprechend großem Bohrungsdurchmesser ausgeführt werden kann.

Zur vollen Ausnutzung der zwischen der inneren und äußeren Rille vorhandenen Fläche für aerodynamische Kräfte kann es auch zweckmäßig sein, daß die spiralförmigen nutartigen Vertiefungen so ineinanderlaufen, daß sich ein fischgrätenartiges Muster ergibt.

Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann es erforderlich werden, das zwischen den Rillen gegeneinander geförderte Sperrmedium über eine oder mehrere dazwischen angeordnete Ringnuten abzuführen.

Wenn diese Abführbohrungen wie die Zuführleitungen in den sichelförmigen Rillen Drosseln aufweisen, kann auch mit diesen Rillen eine aerostatische Wirkung erzielt werden.

Die hier beschriebene Dichtung kann bei gleicher Funktionsweise sowohl für ein Sperrgas als auch für eine Sperrflüssigkeit Verwendung finden.

In den Fig. 1 bis 5 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Wellendichtung mit nutartigen Vertiefungen im nichtumlaufenden Dichtring,

Fig. 2 eine Draufsicht der Ausführung des Dichtringes nach Fig. 1 mit zwei konzentrischen Reihen von sichelförmigen Rillen,

Fig. 3 eine Draufsicht einer Ausführung des Dichtringes ähnlich Fig. 2, bei der die konzentrischen sichelförmigen Rillen miteinander verbunden sind,

Fig. 4 eine Draufsicht einer Ausführung des Dichtringes, bei der die spiralförmigen nutartigen Vertiefungen ineinanderlaufen,

Fig. 5 eine Draufsicht einer Ausführung des Dichtringes mit konzentrisch zwischen den Zuführrillen liegender Ringnut zur Abführung des Sperrmediums.

In Fig. 1 und 2 soll ein Außenraum (1) gegen das Maschineninnere (2) abgedichtet werden. Ein umlaufender, mit der Welle (3) verbundener Dichtring (4) befindet sich einem nichtumlaufenden Dichtring (5) gegenüber. Der nichtumlaufende Dichtring (5) ist mittels eines allseitig nachgiebigen und zugleich dichtenden Elementes (6) mit dem Dichtungsgehäuse (7) verbunden. Das Element (6) übt auf den nichtumlaufenden Dichtring (5) eine axial gerichtete Anpreßkraft in Richtung auf den umlaufenden Dichtring (4) aus. Die Zuführung des Sperrmediums erfolgt durch Zuführleitungen (8) und Drosselbohrungen (9), die in Rillen (13, 14) in den nichtumlaufenden Dichtring (5) münden. Da das Sperrmedium unter einem geringen Überdruck gegenüber den am Dichtspalt (11) angrenzenden Räumen (1) und (2) zugeführt wird, bildet sich in der Dichtfläche ein Druckpolster aus, welches entgegen dem Anpreßdruck des Elementes (6) den Dichtring (5) im Abstand vom Dichtring (4) hält und somit auch den radialen Dichtspalt (11) aufrechterhält und im mittleren Bereich eine ringförmige Trennzone vom Sperrmedium bildet. Ausgehend von konzentrischen Rillen (13, 14) im nichtumlaufenden Dichtring (5) sind aerodynamisch wirkende, sich in Richtung auf eine mittlere Zone (19) erstreckende, spiralförmige nutartige Vertiefungen (17, 18) in den Dichtring (5) eingearbeitet, in welche aus den Rillen (13, 14) das Sperrmedium eintritt. Bei höheren Drehzahlen wird im Bereich dieser spiralförmigen Vertiefungen ein dynamisches Druckpolster gebildet, welches eine Axialkraft erzeugt, die eine Berührung der Dichtringe (4) und (5) auch bei Reduzierung der Sperrmediumzufuhr durch die Zuführleitungen (8) verhindert. Mit zunehmender Annäherung des nichtumlaufenden Dichtringes an den umlaufenden Dichtring steigen nämlich die aerodynamischen Axialkräfte stark an.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Dichtfläche des nichtumlaufenden Dichtringes (5) der Dichtung von Fig. 1. In der mittleren Zone (19) bildet sich unter der Wirkung des gegenläufig von den spiralförmigen Vertiefungen geförderten Sperrgases eine ringförmige Sperrzone erhöhten Druckes.

In Fig. 3 sind die inneren und äußeren sichelförmigen Rillen durch eine Verbindungsnut (20) verbunden und werden über Drosselbohrungen (9) mit Sperrmedium versorgt.

In Fig. 4 laufen die spiralförmigen nutartigen Vertiefungen in der mittleren Zone zusammen und bilden so die Fischgrätennuten (21).

In Fig. 5 laufen die inneren und äußeren spiralförmigen nutartigen Vertiefungen (22) und (23) in der mittleren Zone in Ringnuten (24) mit Abführbohrungen (25).

Claims

1. Wellendichtung mit radialem Dichtspalt, der von einem mit einer Welle umlaufenden Dichtring und einem nichtumlaufenden, über ein allseitig nachgiebiges, zugleich dichtendes Element angepreßten Dichtring gebildet wird, wobei Sperrmedium durch die Zuführleitungen im nichtumlaufenden Dichtring Rillen (13, 14) zugeführt wird, die das Sperrmedium am Umfang der Dichtfläche verteilen, und in der Dichtfläche des umlaufenden oder des nichtumlaufenden Dichtringes nutartige spiralförmige Vertiefungen (17, 18) angebracht sind, die von den Rillen (13, 14) ausgehend und so angeordnet sind, daß sich unter dem Einfluß des rotierenden Dichtringes (4) ein Förderstrom des Sperrmediums aus den Rillen (13, 14) in die spiralförmigen Vertiefungen (17, 18) ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß in radialer Richtung konzentrisch zwei Reihen Rillen (13, 14) angeordnet sind, von denen aus sich die spiralförmigen nutartigen Vertiefungen (17, 18) zueinander erstrecken, und daß dazwischen eine ebene mittlere Zone (19) verbleibt.

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen sichelförmigen Rillen zumindest an einem Ende (20) zusammenlaufen und durch eine oder mehrere Drosselbohrungen (9) mit Sperrmedium versorgt werden.

3. Wellendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen nutenartigen Vertiefungen so ineinanderlaufen, daß sich fischgrätenartige Nuten (21) ergeben.

4. Wellendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen nutenartigen Vertiefungen (22, 23) in eine oder mehrere zwischen den Rillen (10) oder (13, 14) angeordnete Ringnuten (24) laufen.

5. Wellendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den sichelförmigen Rillen angeordneten Ringnuten (24) Abführbohrungen (25) für das sich darin sammelnde Medium haben.

6. Wellendichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführbohrungen für das sich sammelnde Medium ebenfalls als Drosseln ausgebildet sind.