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