DE4017335A1 - Abdichtungsvorrichtung fuer rotierende wellen, insbesondere stevenrohrabdichtung fuer schraubenwellen von schiffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtungsvorrichtung für rotierende Wellen, insbesondere eine Stevenrohrabdichtung für Schraubenwellen von Schiffen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Die Abdichtungsvorrichtungen dieser Gattung (DE-OS 31 22 406) arbeiten zufriedenstellend, wenn das flüssige Medium, gegen das abgedichtet werden soll, bei Wiederanlaufen der Welle nach längerem Stillstand keine extrem niedrige Temperatur aufweist, weil dann während des Stillstands die Viskosität des Schmieröls nicht so stark vergrößert ist, daß beim Widerbetrieb der Welle die in der Regel aus gummielastischem Werkstoff bestehenden Dichtungsringe beschädigt und damit ihre Abdichtfunktion reduziert werden. Dies gilt auch dann, wenn Wasser als Schmiermittel eingesetzt wird, weil dann keine Eisbildung an den Dichtungsringen erfolgt. Liegen jedoch Verhältnisse vor, bei den das flüssige Medium stark unterkühlt ist, wie dies beispielsweise in eisführenden Gewässern der Fall ist, arbeiten diese Abdichtungsvorrichtungen nicht mehr zufriedenstellend, weil dann - sofern Schmieröl eingesetzt wird - das Schmieröl in den relativ kleinvolumigen Ringkammern hochviskos wird - sofern Wasser eingesetzt wird - das Wasser in der Ringkammer gefriert. In beiden Fällen besteht dann die Gefahr, daß die Dichtungsringe insbesondere an ihren Dichtkanten beschädigt und damit in ihrer Dichtfunktion beeinträchtigt oder sogar zerstört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mangel der bekannten Abdichtungsvorrichtungen zu überwinden und demgemäß diese derart weiterzuentwickeln, daß mit relativ geringem Aufwand die Gefahr der Beschädigung der Dichtungsringe beim Wiederanfahren nach längerem Stillstand der Welle in einem flüssigen Medium mit extrem niedriger Temperatur vermieden ist. Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Hierbei wirkt die erfindungsgemäße Verlagerung des ringschlauchförmigen Blähkörpers und damit der Wärmeaustauschflächen in den unmittelbaren Bereich der Dichtungsringe dahingehend, daß bei Abdichtungsvorrichtungen, bei denen die Umwälzung des Schmiermittels nicht durch eine fremdangetriebene Pumpvorrichtung, sondern allein durch das hydrodynamische Pumpen der Dichtungsringe im Zusammenwirken mit der Welle erfolgt und bei denen somit bei Stillstand der Welle das Umwälzen des Schmiermittels ebenfalls stillgesetzt ist, dennoch ein Aufheizen des Schmiermittels im Bereich der Dichtungsringe stattfindet. Ein schlauchförmiger Blähkörper, in den ein Druckmittel einleitbar ist, ist zwar bei Abdichtungsvorrichtungen der vorliegenden Art bereits angewendet worden, wie beispielsweise aus der DE-OS 23 01 532 bzw. der DE-OS 31 43 866 hervorgeht, jedoch wirkt dort der Blähkörper nicht als Wärmeüberträger auf das Schmiermittel, sondern als Dämpfungsmittel für Druckschwankungen bzw. als Anpreßmittel für einen mit der Welle zusammenhängenden Gleitring.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist gemäß Anspruch 2 der Blähkörper in einer seitlichen Ringrille der Ringkammer eingebettet, derart, daß er in geschrumpftem Zustand in die Ringrille zurückgezogen ist, im aufgeblähten Zustand in die Ringkammer hineinragt. Hierdurch wird in der Aufheizphase eine günstige Position der Wärmeaustauschflächen erzielt, während in der Ruhephase eine völlige Freigabe der Ringkammer erreicht wird.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Patentansprüchen 3-7 gekennzeichnet.

So wird durch die Lösung nach den Ansprüchen 3 und 4 auf einfache Weise ermöglicht, über die Gewährleistung der Sicherheit gegen Beschädigung der Dichtungen durch Unterkühlung bei Wellenstillstand hinaus auch bei Normalbetrieb der Welle eine Verbesserung der Betriebssicherheit dadurch zu erreichen, daß ein Austritt des Mediums aus der einen Ringkammer in die jeweils benachbarte vermieden und damit bei Schiffen eine evtl. Umweltbelastung durch Schmiermittelaustritt in das Außenwasser verhindert ist.

Eine besonders umweltfreundliche Variante liegt gemäß den Ansprüchen 5-7 vor, da hier außenwasserseitig überhaupt kein Schmiermittel eingesetzt wird und demgemäß bei Auftreten von Undichtigkeiten nur ein umweltfreundliches Medium, nämlich Wasser in das Außenwasser austreten kann.

Mit der Ausführungsform nach dem Anspruch 8 ist es möglich, im Bedarfsfall auch das das Wellenlager versorgende Schmiermittel zu erwärmen und damit die Schmierung des Wellenlagers auch bei den extremen Verhältnissen in eisführenden Gewässern zu sichern.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung und seine Varianten anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Stevenrohrabdichtungsvorrichtung für die Schraubenwelle eines Schiffs im Längsschnitt mit geschrumpften Blähkörpern,

Fig. 2 die Abdichtungsvorrichtung nach Fig. 1 mit aufgeblähten Blähkörpern,

Fig. 3 die Abdichtungsvorrichtung nach Fig. 2 mit einem schematisierten Leitungssystem und den in dieses eingeschalteten Betriebsmitteln,

Fig. 4 eine Abdichtungsvorrichtung ähnlich den Fig. 1 und 2, jedoch mit einer mittleren druckluftführenden Ringkammer,

Fig. 5 die Abdichtungsvorrichtung nach Fig. 4 mit einem schematisierten Leistungssystem und den in dieses eingeschalteten Betriebsmitteln.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 eine Propellerwelle bezeichnet, auf die eine Laufbuchse 2 aufgezogen ist, die über ihren Flansch 2a mit dem (nicht dargestellten) Propeller drehfest verbunden ist und die einerends in das Außenwasser W und andererends in den Schmierölraum S des (ebenfalls nicht dargestellt) Wellenlagers hineinragt. An der Laufbuchse 2 liegen vier ringförmige Lippendichtungen 12a, b, c, d an, die im Abstand nebeneinander angeordnet sind, derart, daß zwei Lippendichtungen 12c, d dem abzudichtenden Außenwasser W und zwei Lippendichtungen 12a, b dem Schmierölraum S zugeordnet sind.

Die Lippendichtungen sind von vier Ringteilen 3, 4, 5, 6 getragen, die in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind, wobei das dem Schmierölraum S benachbarte Ringteil 3 an der Stevennuß N befestigt ist und somit die gesamte Abdichtungsvorrichtung trägt. Die Befestigung der Lippendichtungen 12a, b, c, d an den Ringteilen 3, 4, 5, 6 erfolgt durch Einspannung, wofür diesen je ein Einspannteil 10, 9, 8, 7 zugeordnet ist.

Zwischen je zwei benachbarten Ringteilen, also zwischen den Ringteilen 3/4, 4/5, 5/6, ist eine Ringkammer 13i, m, a ausgespart, an die jeweils eine Ringleitung 15i, m, a für ein flüssiges Schmieröl angeschlossen ist.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils nur einer der Anschlüsse dargestellt. Der nicht dargestellte Anschluß befindet sich vorzugsweise in der Nähe des dargestellten Anschlusses. Die Ringkammern 13i, m, a sind jeweils mit einer seitlichen Ringrille ausgestattet, in der je ein Blähkörper 14i, m, a eingesetzt ist. Jeder Blähkörper ist an eine separate geschlossene Ringleitung 16i, m, a angeschlossen, in der erwärmte Druckluft umgewälzt wird und in die verschiedene Betriebsmittel eingeschaltet sind, die weiter unten anhand der Fig. 3 detaillierter beschrieben sind. In Fig. 1 sind die Blähkörper 14i, m, a in ihrer geschrumpften Stellung, also in ihrer in die seitliche Ringrille der Ringkammern 13i, m, a zurückgezogenen Lage, dargestellt, bei der der Zustrom der erwärmten Druckluft unterbrochen ist. Diese Betriebslager entspricht dem Normalzustand, bei welchem die Propellerwelle rotiert.

In Fig. 2 sind die Blähkörper 14i, m, a in ihrer aufgeblähten Stellung dargestellt, bei der der Zustrom der erwärmten Druckluft freigegeben ist und bei der sie einen wesentlichen Teil der Ringkammern 13i, m, a ausfüllen und zugleich die Mündungsöffnungen für das Schmieröl abschließen.

Diese Betriebslage entspricht dem Zustand, bei welchem die Propellerwelle in dem eisführenden Außenwasser stillsteht. In dieser aufgeblähten Stellung wirken die Blähkörper mit ihrer vergrößerten Oberfläche als Wärmeaustauscher für den entsprechend verringerten Teil des Schmieröls und erwärmen dieses derart, daß beim Wiederanfahren eine Beschädigung der Dichtungslippen vermieden ist.

Fig. 3 zeigt eine der Ringleitungen, und zwar die Ringleitung 16i für den Blähkörper 14i mit den wesentlichen Betriebsmitteln. Diese bestehen - hintereinandergeschaltet - aus den üblichen Anzeigeorganen 17, einem Druckspeicher 18 mit einer nicht dargestellten Regeleinheit, einem Absperr- und Drosselorgan 19, einer Pumpe 20 und einem Wärmetauscher 21. Der Wärmetauscher 21 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel seinerseits von einem (nicht dargestellt) Wärmeträger beaufschlagt.

Bei der Variante nach Fig. 4 sind nur die beiden Ringkammern 13i′, und 13a′ mit einem Blähkörper 14i′ und 14a′ versehen, während die mittlere Ringkammer 13m′ ohne Einbauten ausgebildet ist. Hierbei ist die außenwasserseitige Ringkammer 13a′ mit Wasser und die wellenlagerseitige Ringkammer 13i′ nach wie vor mit Schmieröl beaufschlagt.

Die mittlere Ringkammer 13m′ ist mit Druckluft beaufschlagt, deren Druck annähernd dem Druck der beiden anderen Medien entspricht. Außerdem ist an die Ringleitung 15m′ dieser Ringkammer 13m′ eine Leckleitung 15m′′ angeschlossen, die im vorliegenden Fall in das Schiffsinnere ausmündet.

Diese Ausführung ist in besonders hohem Maße umwelt- und betriebsfreundlich, weil der Luftdruck in der mittleren Ringkammer 13m′ im Zusammenwirken mit der Beaufschlagung der Ringkammern 13a′ bzw. 13i′ mit Wasser bzw. Schmieröl bei evtl. Lackagen nur unschädliche Medienanteile in das Außenwasser bzw. das Lagerschmieröl austreten läßt. Darüberhinaus werden bei evtl. Zusammenbrechen des Drucks in der mittleren Ringkammer evtl. in diese eindringende Leckagen über die Leckleitung unschädlich gemacht.

Fig. 5 zeigt die Variante nach Fig. 4 mit der Ringleitung 15m′ der mittleren Ringkammer 13m′ samt den wesentlichen in diese eingeschalteten Betriebsmitteln, wie Regeleinheit 18′, Verdichter 20′, Magnetventil 19′ und Leckleitung 15m′′. In dieser Figur sind ferner die Ringleitungen 15a′ und 15i′ für die Ringkammern 13a′ und 13i′ sowie die zugehörigen Hochbehälter angedeutet.

In sämtlichen Figuren ist eine jeweils an dem innersten Ringteil 3, 3′ vor der innersten Lippendichtung 12a, 12a′ eine zusätzliche Ringkammer 13s, 13s′ mit einem Blähkörper 14s, 14s′ mit zugehöriger Ringleitung 16s, 16s′ dargestellt. Dieser Blähkörper 14s, 14s′ dient in ähnlicher Weise wie die übrigen Blähkörper der Wärmeübertragung bei Stillstand der Schraubenwelle in eisführenden Gewässern, und zwar auf in diesem Fall das Schmieröl S des Wellenlagers.

Claims (8)

1. Abdichtungsvorrichtung für rotierende Wellen, insbesondere Stevenrohrabdichtung für Schraubenwellen (2) von Schiffen, die einerseits an ein flüssiges Außenmedium, vorzugsweise Seewasser (W), andererseits an ein flüssiges Schmiermittel, vorzugsweise Schmieröl (S), für die Schmierung des Wellenlagers angrenzt und bei der mindestens zwei Dichtungsringe, vorzugsweise Lippendichtungen (12a-d), jeweils zwischen zwei Ringteilen (3, 4, 5, 6, 7) eingespannt sind und bei der jeweils zwischen zwei Dichtungsringen eine Ringkammer (13i, m, a) ausgespart ist, in die eine Ringleitung (15i, m, a) für ein unter einem vorbestimmten Druck stehendes Schmiermittel, vorzugsweise Schmieröl oder Wasser, einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der Ringkammern (13i, m, a) ein ringschlauchförmiger Blähkörper (14i, m, a) angeordnet ist, durch den über eine Ringleitung (16i, m, a) ein strömungsfähiger, von einer Wärmequelle aufgeheizter Wärmeträger, vorzugsweise Luft, der zugleich als Druckmittel wirkt, umwälzbar ist, derart, daß bei Stillstand der Welle (2) in einem extrem kalten flüssigen Medium, vorzugsweise eisführendem Seewasser, der Blähkörper (14i, m, a) von dem Wärmeträger-Druckmedium so aufgebläht ist, daß er die Ringkammer (13i, m, a) zum überwiegenden Teil ausfüllt und zugleich das Schmiermittel in dem restlichen Teil der Ringkammer (13i, m, a) so aufheizt, daß seine Viskosität etwa der Viskosität des Schmiermittels bei Rotation der Welle (2) entspricht, während bei Rotation der Welle (2) der Blähkörper (14i, m, a) - nach Unterbrechen der Wärmeträger-Druckmittel-Zufuhr - so geschrumpft ist, daß er die Ringkammer (13i, m, a) und den Durchgang durch diese freigibt.

2. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blähkörper (14i, m, a) in einer seitlichen Ringrille der Ringkammer (13i, m, a) eingebettet ist, derart, daß er im geschrumpften Zustand in die Ringrille zurückgezogen ist, im aufgeblähten Zustand in die Ringkammer hineinragt.

3. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ringleitung (16i, m, a) für das Wärmeträger-Druckmittel hintereinander Anzeigeorgane (17), ein Druckspeicher mit Steuereinheit (18), ein Drossel- und Absperrorgan (19), ein Förderorgan (20) und ein zu- und abschaltbarer Wärmetauscher (21) eingeschaltet sind.

4. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß bei abgeschaltetem Wärmetauscher (21) der Druck des Wärmeträger-Druckmittels mit Hilfe der Steuereinheit (18) so variierbar ist, daß sich der Blähkörper (14i, m, a) in der Ringkammer (13i, m, a) in einer Zwischenstellung zwischen der Abschließstellung und der Schrumpfstellung befindet, wobei die Steuerung so vorgenommen ist, daß der Druck des Schmiermittels in der einen Ringkammer dem jeweiligen Druck in den Nachbarkammern angepaßt werden kann.

5. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen von drei Ringkammern (13i′, m′, a′) nur die beiden äußeren Ringkammern (13i′, a′) mit Blähkörpern (14i′, a′) ausgestattet sind, während die mittlere Ringkammer (13m′) an eine Druckgas, vorzugsweise Druckluft, führende Ringleitung (15m′) angeschlossen ist, die über eine absperrbare, ins Schiffsinnere führende Leckleitung (15m′′) verfügt.

6. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Ringleitung (15m′) annähernd dem jeweiligen Druck der Medien in den benachbarten Ringkammern (13i′, a′) entspricht.

7. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die außenmediumseitige Ringkammer (13a′) mit Wasser als Schmiermittel und die wellenlagerseitige Ringkammer (13i′) mit Schmieröl als Schmiermittel beaufschlagt ist.

8. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem wellenlagerseitigen Dichtungsring (12a, a′) eine weitere Ringkammer (13, s, s′) ausgespart ist, in der ein weiterer, von einem eigenen Wärme-Druckmedium beaufschlagter Blähkörper (14, 14s′) angeordnet ist.