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Die
Erfindung betrifft eine Tandemdichtung zum Abdichten einer Welle
mittels zweier mechanischer Dichtungen, die in axialer Richtung
tandemartig angeordnet sind, wobei die Tandemdichtung verwendet
wird, um als ein abzudichtendes Objekt eine verdampfbare Flüssigkeit,
insbesondere ein verflüssigtes
Gas, abzudichten.
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Eine
Tandemdichtung ist eine Wellendichteinrichtung, bei der zwei mechanische
Dichtungen in einer axialen Richtung tandemartig angeordnet sind.
Die Tandemdichtung wird vorzugsweise mit beispielsweise einem verflüssigten
Gas als ein abgedichtetes Objekt verwendet. Selbst wenn bei der
Tandemdichtung aus einer mechanischen Dichtung auf einer Seite einer
primären
mechanischen Dichtung eine große
Leckage auftritt, nämlich
auf einer Seite der abgedichteten Flüssigkeit, bildet eine sekundäre mechanische
Dichtung, nämlich auf
der Seite einer Atmosphäre,
eine Back-up-Dichtung. Wenn in einem mittleren Raum bzw. Mittenraum
zwischen zwei mechanischen Dichtungen ein Auffangmechanismus zum
Auffangen der abgedichteten Flüssigkeit vorgesehen
ist, die aus der primären
mechanischen Dichtung hin zu dem Mittenraum ausgetreten ist, kann
die Leckage hin zur Seite der Atmosphäre sicher verhindert werden.
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Bei
der Tandemdichtung muss eine abgedichtete Gleitfläche der
sekundären
mechanischen Dichtung, die Dichtelemente auf einer Drehseite und
Dichtelemente auf einer stationären
Seite aufweist, durch Flüssigschmierung
geschützt
werden. Demzufolge ist in dem Mittenraum, der zwischen beiden mechanischen
Dichtungen angeordnet ist, eine Mittenflüssigkeit zum Zwecke der Schmierung
angeordnet. Um Gleit- bzw. Reibungswärme zu eliminieren, die an
einer abgedichteten Gleitfläche
der sekundären
mechanischen Dichtung erzeugt wird, wird die Mittenflüssigkeit
in einem System generell über
eine äußere Kühleinrichtung
zirkuliert.
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3 zeigt
einen typischen Stand der Technik mit einer Tandemdichtung, die
als Mittel zum Abdichten der Drehwelle einer Pumpe für verflüssigtes
Gas verwendet wird. Eine ähnliche
Dichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist aus der GB-A-2 347 180 bekannt. Bezugszeichen 100 bezeichnet
eine Drehwelle einer Pumpe. Bezugszeichen 110 bezeichnet
ein Gehäuse
eines Wellendichtungsteils, das so zusammengebaut ist, dass es einen
Außenumfang
der Drehwelle 100 an einer Wellendichtungsposition mittels
einer Vielzahl von Gehäuseelementen 111~113 umgibt.
Eine Wellenmitte der Drehwelle 100 und des Gehäuses 110 erstrecken
sich nahezu horizontal. Die linke Seite in der Figur bezeichnet
das Innere einer Maschine. In der Maschine liegt in einem Pumpenraum
eine abgedichtete Flüssigkeit
SL (ein verflüssigtes
Gas) vor. Die rechte Seite der Figur bezeichnet die Außenseite
der Maschine, nämlich
die Seite der Atmosphäre.
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In
einem Raum um die Welle herum, und zwar zwischen dem Gehäuse 110 des
Wellendichtungsteils und der Drehwelle 100, sind mechanische
Dichtungen 120, 130 vorgesehen, und zwar in axialer
Richtung. Die Dichtung 120 ist eine primäre mechanische
Dichtung, die hin zu der Innenseite der Maschine vorgesehen ist. Die
Dichtung 130 ist eine sekundäre mechanische Dichtung, die
hin zu der Außenseite
der Maschine vorgesehen ist.
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Die
primäre
mechanische Dichtung 120 weist einen sich nicht drehenden,
feststehenden Ring 121 und einen sich drehenden Ring 123 auf.
Der feststehende Ring 121 ist über einen O-Ring 122 an
dem innenumfänglichen
Teil des Gehäuseelementes 112 des
Gehäuses 110 gelagert.
Der sich drehende Ring 123 dreht zusammen mit der Drehwelle 100.
Der sich drehende Ring 123 ist in einem Zustand vorgesehen,
bei dem er in der axialen Richtung bewegbar ist und über eine
Halteeinrichtung 124 und einen O-Ring 125 an einer
Hülse 101 der
Drehwelle 100 abdichtet. Ferner ist der sich drehende Ring 123 in
axialer Richtung in engem Kontakt mit dem feststehenden Ring 121,
und zwar durch Zwangswirkung von Federn 126, die in der
axialen Richtung wirken, was funktionsmäßig eine Dichtungsfähigkeit
der Welle an einer abgedichteten Gleitfläche 120S bereitstellt.
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Dem
Grunde nach weist die sekundäre
mechanische Dichtung 130 eine ähnliche Struktur auf wie die primäre mechanische
Dichtung 120. Das heißt,
an dem innenumfänglichen
Teil des Gehäuseelementes 113 des
Wellendichtungsteils 110 weist sie einen nicht drehenden,
feststehenden Ring 131 und einen sich drehenden Ring 133 auf.
Der feststehende Ring 131 ist über einen O-Ring 132 gelagert.
Der sich drehende Ring 133 dreht zusammen mit der Drehwelle 100.
Der sich drehende Ring 133 ist in einem Zustand bereitgestellt,
bei dem er in axialer Richtung abgedichtet und bewegbar ist, und
zwar über
einen Pumpring 134 und einen O-Ring 135 an der
Hülse 101 der
Drehwelle 100. Ferner steht der sich drehende Ring 133 in
engem Kontakt mit dem feststehenden Ring 131, und zwar
durch Zwangswirkung von Federn 136 in axialer Richtung.
Dies stellt eine Funktion einer Dichtungsfähigkeit der Welle an einer
abgedichteten Gleitfläche 130S bereit.
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Die
primäre
mechanische Dichtung 120 ist für das verflüssigte Gas als das abgedichtete
Objekt in dem Pumpenraum in der Maschine vorgesehen. Ein Teil der
abgedichteten Flüssigkeit
SL wird hin zu einem außenumfänglichen
Raum A der primären
mechanischen Dichtung 120 verbracht. Dann fließt diese über ein Spül-Abführloch FOUT zurück
zu dem Pumpenraum. Hierbei öffnet
sich das Spül-Abführloch FOUT an dem Gehäuseelement 112 des
Gehäuses 110 des
Wellendichtungsteils. Dies wirkt als Spülung. Hierdurch wird die abgedichtete
Gleitfläche 120S der
primären
mechanischen Dichtung 120 geschmiert und gekühlt.
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Ferner
ist in einem Mittenraum B von dem innenumfänglichen Raum der abgedichteten
Gleitfläche 120 der
primären
mechanischen Dichtung 120 hin zu dem außenumfänglichen Raum der abgedichteten
Gleitfläche 130S der
sekundären
mechanischen Dichtung 130 eine Mittenflüssigkeit CL vorhanden. Die
Mittenflüssigkeit CL
fließt über einen
Reservoirtank (nicht gezeigt in der Figur) zurück, der außen installiert ist, und zwar
durch eine Axialströmungs-Pumpwirkung
einer schraubenförmigen
Vertiefung 134a des Pumprings 134, über ein
Zirkulationseinspritzloch CLIN und ein Zirkulationsabführloch CLOUT. Der Pumpring 134 ist an der
sekundären
mechanischen Dichtung 130 vorgesehen. Das Zirkulationseinspritzloch
CLIN ist an dem Gehäuseelement 112 des Gehäuses des
Wellendichtungsteils geöffnet.
Das Zirkulationsabführloch
CLOUT ist an dem Gehäuseelement 113 geöffnet. Diese
Zirkulation schmiert und kühlt
die abgedichtete Gleitfläche 130S der
sekundären
mechanischen Dichtung 130. Demzufolge ist die Mittenflüssigkeit
CL gewöhnlich
in die Strömungsleitung
gefüllt,
die den Mittenraum B, den Reservoirtank, das Zirkulationseinspritzloch
CLIN und das Zirkulationsabführloch CLOUT beinhaltet.
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Bei
der oben beschriebenen Tandemdichtung gemäß dem Stand der Technik ist
der Pumpenring 134, der die Mittenflüssigkeit CL zirkulieren lässt, in
dem schmalen Mittenraum B des Innenumfangs des Gehäuses 110 des
Wellendichtungsteils angeordnet. Demzufolge besteht eine Schwierigkeit,
die Pumpeffizienz zu steigern, und zwar aufgrund der Größe oder
Beschränkung
des Installationsraums der Dichtungselemente.
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Ferner
wird die abgedichtete Flüssigkeit
SL des verflüssigten
Gases in der Maschine auf einen gewissen Druck gedrückt, wobei
der Druck der Mittenflüssigkeit
CL in dem Mittenraum B gering ist. Folglich verdampft die abgedichtete
Flüssigkeit
SL, die aus der primären
mechanischen Dichtung 120 hin zu dem Mittenraum B ausgetreten
ist, in dem Mittenraum B. Wenn in der Mittenflüssigkeit CL Blasen hiervon
zunehmen, nimmt die Pumpeffizienz des Pumprings 134 extrem
ab. Darüber
hinaus, und zwar in der Nähe
des sich drehenden Pumpringes 134, vibriert der Pumpring 134 durch
Kavitätsphänomene,
die in der Mittenflüssigkeit
CL erzeugt werden, und dann wird diese Vibration auf den sich drehenden
Ring 133 der sekundären
mechanischen Dichtung 130 übertragen. Dies hat somit einen
schlechten Einfluss auf die Dichtungsfähigkeit der sekundären mechanischen
Dichtung 130.
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Demzufolge
bilden die Blasen, die in die Mittenflüssigkeit CL eingemischt sind,
und zwar durch Verdampfung der abgedichteten Flüssigkeit SL, die hin zu dem
Mittenraum B aus der primären
mechanischen Dichtung 120 ausgetreten ist, manchmal eine
Gaszone, und zwar im Ergebnis davon, dass sie sich an der Innenumfangsseite
des Mittenraumes B sammeln. Dies liegt daran, dass die Mittenflüssigkeit
CL in dem Mittenraum B in die gleiche Richtung zirkuliert und strömt wie die
Drehung der Drehwelle 100. Dies wird durch Kontakt mit
den Dichtungselementen auf der Drehseite der sekundären mechanischen
Dichtung 130 hervorgerufen. Demzufolge tritt in der Mittenflüssigkeit
CL und den Blasen des ausgetretenen Gases eine Wirkung einer Zentrifugaltrennung
auf, und zwar aufgrund der spezifischen Dichte bzw. Schwerkraft.
Demzufolge kommt die abgedichtete Gleitfläche 130S der sekundären mechanischen
Dichtung 130 in einen Trockengleitzustand, nämlich einen
Gleitzustand ohne Flüssigkeitsschmierung,
und zwar aufgrund der Gaszone. Dies wird ungewöhnliche Abnutzung oder Schäden durch Überhitzungen
hervorrufen, und wird die Dichtungsfunktion schnell verringern.
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Das
Dokument
EP 0884478
A1 offenbart ein Schmiersystem für einen Kondensator, wobei
Schmieröl über eine
Pumpe in einen Dichtraum gepumpt wird, wobei Gasblasen aus dem Dichtraum über zwei
Abführleitungen
abgeführt
werden, um das Öl
im Betrieb und während
eines stationären
Zustandes zu entgasen.
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Ferner
offenbart das Dokument US-A-2,677,944 ein Gefriersystem, wobei Kühlflüssigkeit
in ein Gehäuse
geführt
wird. Insbesondere wird das Kühlfluid
durch eine Leitung hin zu einem abdichtenden Kühlmantel in dem Gehäuse geführt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, schlechte Wirkungen
oder schlechten Einfluss auf die Dichtfunktion zu eliminieren, die
durch verdampftes Gas der abgedichteten Flüssigkeit hervorgerufen werden,
die aus einer primären
mechanischen Dichtung in eine mittlere Kammer oder einen Mittenraum
ausgetreten ist, der zwischen der primären mechanischen Dichtung und
einer sekundären
mechanischen Dichtung gebildet ist.
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Die
obige Aufgabe wird durch eine Tandemdichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Bei
einer Tandemdichtung gemäß Ansprüchen 1,
2 sind eine primäre
mechanische Dichtung und eine sekundäre mechanische Dichtung in
axialer Richtung tandemartig um eine Drehwelle herum in einem Raum zwischen
der Drehwelle und einem Gehäuse
angeordnet, das einen Wellendichtungsteil bildet, wobei die sekundäre mechanische
Dichtung in einer Maschine außerhalb
der primären
mechanischen Dichtung angeordnet ist, wobei das Gehäuse des
wellendichtungsteils einen Außenumfang
der Drehwelle umgibt, wobei eine Zwischen- oder Mittenflüssigkeit
in einem Mittenraum oder einer Zwischenkammer zwischen beiden mechanischen
Dichtungen abgedichtet eingeschlossen ist, wobei die Mitten- oder
Zwischenflüssigkeit
in einer Menge kleiner als dessen Kapazität vorliegt, und hinreichend,
um mittels eines Drehteils der zweiten mechanischen Dichtung gerührt oder
bewegt zu werden, und wobei eine Gasentlüftungsleitung in dem Gehäuse des
Wellendichtungsteils vorgesehen ist, wobei die Gaslüftungsleitung
zu dem Mittenraum weist und sich zu diesem hin öffnet.
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Gemäß dieser
Erfindung wird die Mittenflüssigkeit,
die in die Kapazität
des Mittenraumes ungefüllt
ist bzw. die Kapazität
des Mittenraume nicht vollständig
füllt,
mittels eines seitlichen Drehelementes der sekundären mechanischen
Dichtung gerührt
und zerstreut bzw. zerstäubt,
um die abgedichtete Gleitfläche
zu schmieren. Im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Mittenflüssigkeit
den Mittenraum vollständig
füllt,
nimmt eine Wärmeerzeugung
aufgrund von Reibungsverlusten zwischen der Mittenflüssigkeit
und dem seitlichen Drehelement der sekundären mechanischen Dichtung ab
(das heißt,
Wärmeerzeugung
durch Bewegung). Demzufolge wird der frühere Zirkulations- und Kühlmechanismus
zum Zirkulieren und Kühlen
der Mittenflüssigkeit
beseitigt. Das Gas, das aus der abgedichteten Flüssigkeit verdampft, die aus
der primären
mechanischen Dichtung in den Mittenraum hinein austritt, wird über die
Gasentlüftungsleitung
naturgemäß abgeführt.
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Ferner
ist bei der Tandemdichtung gemäß der Erfindung
eine Ablenkplatte an bzw. mit dem Gehäuse des Wellendichtungsteils
vorgesehen, wobei die Ablenkplatte eine Umfangsrichtung des Mittenraums
schneidet bzw. kreuzt. Demzufolge kollidiert die Mittenflüssigkeit,
die in dem Mittenraum abgedichtet aufgenommen ist, und zwar in einer
Menge, die dessen Kapazität
nicht vollständig
füllt,
mit der Ablenkplatte, wenn diese in der gleichen Richtung wie die
Drehung der Drehwelle umläuft
und strömt,
und zwar durch Kontakt mit den Elementen auf der Drehseite. Dies
führt zu
einem effektiven Rühren
und einem erfolgreichen Zerstreuen bzw. Zerstäuben, und verhindert die Bildung
einer Gaszone in dem Mittenraum.
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Ferner
ist bei der Tandemdichtung gemäß der Erfindung,
wie sie im Anspruch 3 beschrieben ist, eine Unterteilungsplatte,
die zwischen den beiden mechanischen Dichtungen angeordnet ist,
in dem Gehäuse
des Wellendichtungsteils vorgesehen, wobei die Unterteilungsplatte
eine innere Umfangskante aufweist, die der Drehwelle mit einem kleinen
Raum dazwischen gegenüberliegt
und den Mittenraum grob in axialer Richtung unterteilt. Gemäß diesem
Aufbau kann diese dann, wenn eine große Menge an Leckage aus der
primären
mechanischen Dichtung hin zu dem Mittenraum erzeugt wird, verhindern,
dass das verdampfte Gas schnell in Richtung hin zu der Seite der
sekundären
mechanischen Dichtung geht.
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Ferner
ist bei einer Tandemdichtung gemäß der Erfindung,
wie sie in Anspruch 4 beschrieben ist, ein Kühlmantel in dem Gehäuse des
Wellendichtungsteils vorgesehen, wobei ein Kühlmittel von außen in den Kühlmantel
strömt.
Die in dem Mittenraum abgedichtet aufgenommene Mittenflüssigkeit
kann durch die Wärme
der Verdampfung (Latentwärme)
der ausgetretenen Flüssigkeit
beim Verdampfen aus der primären
mechanischen Dichtung heraus gekühlt
werden. Gemäß dem vorliegenden
Aufbau wird die Kühlwirkung
an der abgedichteten Gleitfläche
der zweiten mechanischen Dichtung gesteigert, da die Mittenflüssigkeit
durch Wärmeaustausch
mit dem Kühlmittel
in dem Kühlmantel
sicher gekühlt
wird.
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1 ist
eine Schnittansicht einer Tandemdichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, dargestellt durch Schneiden entlang einer Ebene,
die durch eine Wellenmitte verläuft;
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2 ist
eine Schnittansicht, die einen Schnitt durch Schneiden in orthogonaler
Richtung zu der Wellenmitte entlang der Linie II-II in 1 darstellt;
und
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3 ist
eine Schnittansicht einer Tandemdichtung gemäß dem Stand der Technik, gezeigt
durch Schneiden entlang einer Ebene, die durch eine Wellenmitte
verläuft.
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1 ist
eine Schnittansicht einer Tandemdichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die dargestellt ist durch Schneiden entlang einer
Ebene, die durch eine Wellenmitte verläuft. 2 ist eine
Schnittansicht, die dargestellt ist durch Schneiden in einer Richtung
orthogonal der Wellenmitte, und zwar entlang der Linie II-II der 1.
Bezugszeichen 1 in 1 bezeichnet
ein Gehäuse
in einem Wellendichtungsteil einer Pumpe für verflüssigtes Gas. Bezugszeichen 2 bezeichnet
eine Drehwelle, die einen Pumpenmechanismus in einer Maschine dreht.
Die Drehwelle 2 weist eine horizontale Wellenmitte auf.
Das Gehäuse 1 ist
vorgesehen, um einen Außenumfang
eines Wellendichtungsbauteils der Drehwelle 2 zu umgeben.
Ferner bedeutet die linke Seite in 1 die Innenseite
der Maschine. Eine abgedichtete bzw. abgedichtet aufgenommene Flüssigkeit
SL ist in einem Pumpenraum darin eingefüllt. Die rechte Seite in 1 zeigt
eine Seite einer Atmosphäre,
nämlich
die Außenseite
der Maschine.
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Das
Gehäuse 1 weist
ein Wellenlochteil 11 der Pumpe und Dichtungsabdeckungen 12~14 auf.
Die Dichtungsabdeckungen 12~14 sind außerhalb
der Maschine angeordnet und in axialer Richtung miteinander mittels
Schraubengliedern 15, 16 verbunden. Zwischen dem
Wellenlochteil 11 der Pumpe und den Dich tungsabdeckungen 12~14 sind
jeweils O-Ringe 17~19 dichtend angeordnet.
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Eine
Wellenhülse 21 ist
an der innenumfänglichen
Seite der Dichtungsabdeckungen 12~14 des Gehäuses 1 angeordnet
und von außen
auf die Drehwelle 2 aufgepasst bzw. aufgesetzt. Die Wellenhülse 21 ist mittels
eines Hülsenkragens 22,
mittels Einstellschrauben 23 und mittels Einstellschrauben 24 integral
bzw. einstückig
an der Drehwelle 2 festgelegt. Der Hülsenkragen 22 ist
an dem Außenumfang
des Endteils 21a an der Außenseite der Maschine angeordnet.
Die Einstellschrauben 23 legen den Hülsenkragen 22 an dem
Endteil 21a fest. Die Einstellschrauben 24 legen
den Hülsenkragen 22 an
der Drehwelle 2 fest, und zwar indem sie Befestigungslöcher durchdringen,
die sich an dem Endteil 21a öffnen. Ferner dichtet ein O-Ring 25 die
Wellenhülse 21 gegen
die außenumfängliche
Oberfläche
der Drehwelle 2 ab.
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In
dem Raum zwischen dem Gehäuse
und der Wellenhülse 21 der
Drehwelle 2 sind mechanische Dichtungen 3, 4 tandemartig
in axialer Richtung angeordnet. Die mechanischen Dichtungen 3, 4 sind
Hauptbestandteile der Tandemdichtung 2. Die primäre mechanische
Dichtung 3 ist an der Innenseite der Maschine (Seite der
abgedichteten Flüssigkeit
SL) angeordnet. Die sekundäre
mechanische Dichtung 4 ist an der Außenseite der Maschine (Atmosphärenseite)
angeordnet.
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Die
primäre
mechanische Dichtung 3 weist einen Drehring bzw. sich drehenden
Ring 31 und einen sich nicht drehenden feststehenden Ring 33 auf.
Der sich drehende Ring 31 ist an dem Außenumfang des Endteils der
Wellenhülse 21 festgelegt,
und zwar im Bereich der Innenseite der Maschine. Der sich drehende
Ring 31 dreht zusammen mit der Drehwelle 2. Der
sich nicht drehende Ring 33 ist an dem Innenumfang der
Dichtungsabdeckung 12 des Gehäuses 1 angeordnet,
und zwar am nächsten
zum Inneren der Maschine hin. Der sich drehende Ring 31 und
der feststehende Ring 33 berühren einander mit gegenüberliegenden
Stirnseiten in engem Kontakt, und zwar durch Zwangskrafteinwirkung
von Federn 37 in axialer Richtung. Dies bildet eine abgedichtete
Gleitfläche 3S.
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Im
Detail ist eine hintere Fläche
des sich drehenden Rings 31 durch einen Flanschteil 21b abgestützt. Der
Flanschteil 21b ist an dem Endteil der Wellenhülse 21 im
Inneren der Maschine ausgebildet. Der sich drehende Ring 31 ist
an der Wellenhülse 21 über einen
O-Ring 32 angebracht. Ferner greift der sich drehende Ring 31 an
der Wellenhülse 21 in
Umfangsrichtung wirkend mittels eines Stiftes bzw. Schlagstiftes
(„knock
pin") 21c an
und dreht einstückig
bzw. drehfest mit der Drehwelle 2. Zusätzlich hierzu ist an einem
innenumfänglich ausgenommenen
Teil der Dichtungsabdeckung 12 ein beringtes bzw. ringförmiges („ringed") Gehäuse 34 über einen
O-Ring 35 dichtend aufgenommen und eingesetzt, und gegenüber einer
Drehung durch einen Schlagstift 12a gehalten. Der feststehende
Ring 33 ist von dem ringförmigen Gehäuse 34 über einen
O-Ring 36 gelagert bzw. abgestützt. Der feststehende Ring 33,
der in axialer Richtung bewegbar ist, wird mittels eines Schlagstiftes 34a gegenüber einer
Drehung gehalten, und wird durch Federn 37 hin zu der Seite
des sich drehenden Rings 31 zwangsweise gedrückt. Eine
Vielzahl der Federn 37 sind in Umfangsrichtung angeordnet.
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Ein
Teil der abgedichteten Flüssigkeit
SL wird hin zu dem außenumfänglichen
Raum A der primären mechanischen
Dichtung 3 gesendet bzw. übergeben. Die abgedichtete
Flüssigkeit
SL befindet sich in dem Pumpenraum der Maschine. Von hier fließt sie zurück durch
ein Loch 34b und hin zu einem Spülabführloch FOUT Das
Loch 34b öffnet
sich an dem außenumfänglichen
Teil des beringten Gehäuses 34.
Das Spülabführloch FOUT öffnet
sich an dem Gehäuseelement 12 des
Gehäuses 1 hin
zu dem Pumpenraum. Durch den obigen Aufbau wird ein Spülbetrieb
eingerichtet. Das heißt,
ein Teil der abgedichteten Flüssigkeit
SL fließt über die Außenumfänge des
sich drehenden Rings 31 und des feststehenden Rings 33 der
primären
mechanischen Dichtung 3, so dass sie die abgedichtete Gleitfläche 3S schmiert
und Gleit- bzw.
Reibungswärme
effektiv eliminiert bzw. abführt.
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Die
sekundäre
mechanische Dichtung 4 weist einen sich drehenden Ring 41 und
einen sich nicht drehenden, feststehenden Ring 46 auf.
Der sich drehende Ring 41 ist an dem Innenumfang der mittleren
Dichtungsabdeckung 13 des Gehäuses 1 angeordnet,
und ist an der Wellenhülse 21 festgelegt.
Der sich drehende Ring 41 dreht zusammen mit der Drehwelle 2.
Der sich nicht drehende, feststehende Ring 46 ist an dem
Innenumfang der Dichtungsabdeckung 14 des Gehäuses 1 angeordnet,
und zwar auf der Seite der Maschine am weitesten außen. Der
sich drehende Ring 41 und der feststehende Ring 46 stehen
mit gegenüberliegenden Stirnseiten
eng miteinander in Kontakt, und zwar durch zwangsweise aufgebrachte
Kraft von Federn 48 in axialer Richtung, um so eine abgedichtete
Gleitfläche 4S zu
bilden.
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Im
Detail wird der sich drehende Ring 41 mittels eines Kragens 42 über einen
O-Ring 45 abgestützt. Der
Kragen 42 ist außen
an der Mittenposition der Wellenhülse 21 in axialer
Richtung aufgesetzt, und zwar über
einen O-Ring 43, und durch Einstellschrauben 44 festgelegt.
Ferner wird der sich drehende Ring 41 mittels eines Schlagstiftes 42a in
Umfangsrichtung mitgenommen, und dreht sich einstückig bzw.
ist drehfest ausgebildet mit der Drehwelle 2. Zusätzlich hierzu
ist der feststehende Ring 46 in einen innenumfänglich ausgenommenen
Teil der Dichtungsabdeckung 14 eingesetzt, und zwar über einen
O-Ring 47. Der feststehende Ring 46, der in axialer
Richtung bewegbar ist, wird gegenüber einer Drehung festgehalten
durch einen Schlagstift 14a, und wird hin zu der Seite
des sich drehenden Rings 41 gezwungen, und zwar mittels
Federn 48. Eine Vielzahl an Federn 48 sind in
Umfangsrichtung der Dichtungsabdeckung 14 angeordnet.
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In
dem Raum zwischen dem Gehäuse 1 und
der Wellenhülse 21 ist
ein Mittenraum oder eine Zwischenkammer B gebildet, und zwar durch
Trennen bzw. Unterteilen der primären mechanischen Dichtung 3 und
der sekundären
mechanischen Dichtung 4. Der Mittenraum oder die Zwischenkammer
B erstreckt sich von dem innenumfänglichen Raum der abgedichteten
Gleitfläche 3S der
primären
mechanischen Dichtung 3 hin zu dem außenumfänglichen Raum der abgedichteten
Gleitfläche 4S der
sekundären
mechanischen Dichtung 4. In dem Mittenraum B ist eine Mitten-
oder Zwischenflüssigkeit
CL dichtend aufgenommen. Die Mitten- oder Zwischenflüssigkeit
CL ist in einer Menge vorgesehen, so dass die Kapazität des Raumes
B nicht vollständig gefüllt ist,
wobei die Flüssigkeit
in einer adäquaten
Menge vorhanden ist, um die abgedichtete Gleitfläche 4S der sekundären mechanischen
Dichtung 4 zu schmieren. Vorzugsweise, wie es in 2 gezeigt
ist, wird der Flüssigkeitsoberflächenpegel
hiervon in einen stationären
Zustand im Wesentlichen auf das Niveau der Wellenmitte O der Drehmitte 2 (des
Gehäuses 1 des
Wellendichtungsteils) eingestellt. Beispielsweise kann als die Mitten-
oder Zwischenflüssigkeit
CL Kältemaschinen-
bzw. Kühlschranköl verwendet
werden.
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Das
heißt,
die primäre
mechanische Dichtung 3 ist für das verflüssigte Gas in dem Pumpenraum
der Maschine als ein abgedichtetes Objekt vorgesehen, wohingegen
die sekundäre
mechanische Dichtung 4 für die Mittenflüssigkeit
CL als das abgedichtete Objekt vorgesehen ist, die hauptsächlich in
dem Mittenraum B dichtend aufgenommen ist.
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An
der Dichtungsabdeckung 13 des Gehäuses 1 ist eine erste
Gasentlüftungsleitung
GV1 vorgesehen. Die erste Gasentlüftungsleitung GV1 öffnet sich
an der oberen Endposition des Mittenraumes B in Umfangsrichtung
gesehen. Die erste Gasentlüftungsleitung
GV1 ist mit einem Auffang- bzw. Sammelteil für das ausgetretene Gas verbunden,
der in der Figur nicht gezeigt ist. Ferner ist an der innenumfänglichen
Fläche
der Dichtungsabdeckung 13 wenigstens eine Ablenkplatte 5 vorgesehen,
um eine Ebene orthogonal zur Umfangsrichtung des Mittenraumes B
zu bilden.
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In
dem Mittenraum B ist eine ringförmige
Unterteilungsplatte 6 zwischen der primären mechanischen Dichtung 3 und
der sekundären
mechanischen Dichtung 4 angeordnet. Die Unterteilungsplatte 6 ist
an der Dichtungsabdeckung 12 des Gehäuses 1 über eine
Schraube 61 festgelegt. Die Innenumfangskante der Unterteilungsplatte 6 steht
der äußeren Umfangsfläche der
Wellenhülse 21 an
der Drehwelle 2 gegenüber,
und zwar mit einem kleinen Spalt G in radialer Richtung. Ferner
ist an der Dichtungsabdeckung 12 des Gehäuses 1 eine
zweite Gasentlüftungsleitung
GV2 vorgesehen. Die zweite Gasentlüftungsleitung GV2 öffnet sich
in der Nähe
der primären
mechanischen Dichtung 3, und zwar verglichen zu der Unterteilungsplatte 6 in
dem Mittenraum B. Die Gasentlüftungsleitung
GV2 ist mit dem Sammelteil bzw. Auffangabschnitt für das ausgetretene Gas
verbunden, der in der Figur nicht gezeigt ist.
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An
dem innenumfänglichen
Teil der Dichtungsabdeckung 14 des Gehäuses 1 ist ein Mantel
C für Kühlwasser
ausgebildet, und zwar kontinuierlich in Umfangsrichtung gesehen.
Das Kühlwasser
kann von außen durch
Löcher
CWIN/CWOUT an dem
Mantel C vorbeilaufen, um diesen zu passieren bzw. durch ihn hindurchzugehen.
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Wenn
bei dem obigen Aufbau die abgedichtete Flüssigkeit SL aus der primären mechanischen
Dichtung 3 hin zu dem Mittenraum B austritt („leckt"), verdampft die
abgedichtete Flüssigkeit
SL aufgrund des niedrigen Druckes des Mittenraumes B verglichen
mit dem Pumpenraum in der Maschine. Das durch die Verdampfung erzeugte
Gas (nachstehend ausgetretenes Gas genannt) bildet nicht wie früher eine
Gaszone, indem es sich im Inneren des Innenumfangs des Mittenraumes
B sammelt. Dies liegt daran, dass die Mittenflüssigkeit CL sich in einem gemischten
Zustand aus einem Nebel und der Flüssigkeit befindet. Das heißt, wenn
die Drehwelle 2 sich um die Wellenmitte O herum dreht,
wird die Mittenflüssigkeit
CL, die in dem Mittenraum B dichtend aufgenommen ist, und zwar in
einer Menge, so dass dieser nicht vollständig bis hin zur Kapazität gefüllt ist, von
der äußeren Umfangsfläche der
Wellenhülse 21,
dem sich drehenden Ring 41 und dem Kragen 42 der sekundären mechanischen
Dichtung 4 mitge nommen. Demzufolge zirkuliert die Mittenflüssigkeit
CL in einer Richtung ähnlich
der Drehung der Drehwelle 2, wobei sie durch Kollision
mit der Ablenkplatte 5 gerührt wird und so zerstreut und
zerstäubt
wird, um einen Nebel zu bilden.
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Demzufolge
kommt die abgedichtete Gleitfläche 4S der
sekundären
mechanischen Dichtung 4 nicht wie in der Vergangenheit
in einen nicht geschmierten Gleitzustand aufgrund der Erzeugung
der Gaszone. Die Mittenflüssigkeit
CL, die in den Mittenraum B eingefüllt ist und sich in dem Mischzustand
aus dem Nebel und der Flüssigkeit
befindet, kommt hin zu dem Außenumfang
der abgedichteten Gleitfläche 4S der
sekundären mechanischen
Dichtung 4. Dies bringt eine gute Schmierfunktion mit sich.
Hierdurch kann Gleit- bzw. Reibungswärme an der abgedichteten Gleitfläche 4S wirksam
verringert werden, selbst wenn eine zwangsweise Zirkulation der
Mittenflüssigkeit
CL durch den Pumpring nicht wie früher ausgeführt wird.
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Da
das ausgetretene Gas sich nicht auf der Seite des Innenumfangs sammelt,
wird es effektiv über
die erste Gasentlüftungsleitung
GV1 abgeführt,
die sich an der oberen Endposition des Mittenraumes B öffnet. Ferner
wird eine Wärmeerzeugung
in der Mittenflüssigkeit
CL aufgrund des Rührens
klein im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Mittenflüssigkeit
CL den Mittenraum B vollständig
füllt.
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Zusätzlich hierzu
ist der Mittenraum B in axialer Richtung durch die ringförmige Unterteilungsplatte 6 grob
unterteilt, die zwischen der primären mechanischen Dichtung 3 und
der sekundären
mechanischen Dichtung 4 angeordnet ist. Demzufolge kann
ausgetretenes Gas, das aus der abgedichteten Flüssigkeit SL verdampft, die
aus der primären
mechanischen Dichtung 3 austritt, nicht leicht in die Nähe der sekundären mechanischen
Dichtung 4 gelangen. Demzufolge wird der größte Teil
des ausgetretenen Gases hin zu der zweiten Gasentlüftungsleitung
GV2 geführt,
die sich relativ zu der Unterteilungsplatte gesehen in der Nähe der primären mechanischen
Dichtung 3 öffnet.
Das ausgetretene Gas fließt
bzw. strömt
zurück
hin zu dem Auffangabschnitt für
das ausgetretene Gas, der in der Figur nicht gezeigt ist. Demzufolge
ist dieser Aufbau ziemlich wirksam für den Fall, dass es wahrscheinlich
ist, dass aufgrund eines hohen Druckes der abgedichteten Flüssigkeit SL
eine große
Menge hiervon aus der primären
mechanischen Dichtung 3 austritt.
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Wenn
die abgedichtete Flüssigkeit
SL aus der primären
mechanischen Dichtung 3 austritt, wird thermische Energie
verbraucht, und zwar als Verdampfungswärme, wenn die abgedichtete
Flüssigkeit
SL verdampft. Demzufolge lässt
sich eine Kühlwirkung
der Mittenflüssigkeit
CL erwarten. Wenn in Abhängigkeit
von dem verwendeten Zustand ein hoher Anstieg der Temperatur erwartet
wird, wird Kühlwasser
von außen
in den Mantel C eingeführt,
und zwar über
die Löcher
CWIN/CWOUT. Hierbei
ist der Mantel C an dem innenumfänglichen
Teil der Dichtungsabdeckung 14 des Gehäuses 1 gebildet. Hierdurch
kann die Mittenflüssigkeit
CL über die
innenumfängliche
Wand der Dichtungsabdichtung 14 gekühlt werden. Demzufolge kann
Gleit- bzw. Reibungswärme
der abgedichteten Gleitfläche 4S der
sekundären
mechanischen Dichtung 4 wirksam unterdrückt werden. Zusätzlich hierzu
kann eine Verdampfung aufgrund von Wärme der Mittenflüssigkeit
CL unterdrückt werden.
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Beim
Konstruieren bzw. Zusammenbauen der Tandemdichtung werden Einstellspannvorrichtungen („setting
jigs") 7 verwendet
die in 1 mit Doppelstrichlinien dargestellt sind. Die
Einstellspannvorrichtungen 7 sind in einer Vielzahl an
dem Endteil der Dichtungsabdeckung 14 des Gehäuses 1 hin
zur Außenseite
der Maschine anbringbar, und zwar über Schrauben 71.
Der innenumfängliche
Teil hiervon greift in axialer Richtung an einem Anlagevorsprung 22a an.
Der Anlagevorsprung bzw. Eingreifvorsprung 22a ist an der äußeren Umfangsfläche des
Hülsenkragens 22 gebildet.
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Wenn
die Tandemdichtung konstruiert bzw. zusammengebaut wird, greift
der innenumfängliche
Teil der Einstellspannvorrichtungen 7 an dem Anlagevorsprung 22a des
Hülsenkragens 22 an
und wird mittels der Schrauben 71 an dem Gehäuse 1 festgelegt.
Hierdurch wird die relative Position, in axialer Richtung gesehen, der
Wellenhülse 21 in
Bezug auf das Gehäuse 1 bestimmt,
und zwar über
die Einstellspannvorrichtungen 7 und den Hülsenkragen 22.
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Der
sich drehende Ring 31 der primären mechanischen Dichtung 3 ist
an dem Flanschteil 21b der Wellenhülse 21 festgelegt.
Der sich drehende Ring 41 der sekundären mechanischen Dichtung 4 ist
an dem Stufenteil 21d des Hülsenkragens 21 festgelegt,
und zwar über
den Kragen 42. Demgemäß wird die
relative Position in der axialen Richtung der Wellenhülse 21 in
Bezug auf das Gehäuse 1 durch
die Einstellspannvorrichtungen 7 bestimmt, was wiederum
die Anbringungsposition in axialer Richtung der sich drehenden Ringe 31, 41 bestimmt.
Demzufolge werden die Schraubenfedern 37, 48 in
axialer Richtung um eine gewisse Länge zusammengedrückt. Hierbei
befinden sich die Schraubenfedern an der Rückseite der feststehenden Ringe 33, 46 der
beiden mechanischen Dichtungen 3, 4, die an der
Seite des Gehäuses 1 gehalten
sind. Demzufolge wird den abgedichteten Gleitflächen 3S, 4S der
beiden mechanischen Dichtungen 3, 4 eine gewisse
Last bzw. Belastung erteilt, um einen engen Kontakt zu erzielen.
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Anschließend werden
die Einstellspannvorrichtungen 7 entfernt, und zwar nachdem
die Tandemdichtung in dem in 1 gezeigten
Zustand zusammengebaut ist.
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Betreffend
die Tandemdichtung gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
wurde ein Gleit- bzw. Reibungstest an einer tatsächlichen Maschine durchgeführt. Die
Ergebnisse sind nachstehend erläutert. Zusätzlich hierzu
wurden die sich drehenden Ringe
31,
41 der jeweiligen
mechanischen Dichtungen
3,
4 aus SiC hergestellt.
Die feststehenden Ringe
33,
46 wurden aus Karbon
bzw. Kohlenstoff oder einem komplexen Material hergestellt, das
Karbon als Basismaterial aufweist. Die Durchmessergröße der abgedichteten
Gleitflächen
3S,
4S wurde
auf etwa
110 mm eingestellt. Die weiteren Testbedingungen
wurden wie folgt eingestellt:
1.
abgedichtete Flüssigkeit
SL | |
Flüssigkeitsart: | verflüssigtes
Propangas |
Temperatur: | 30°C |
Druck: | 1,7
MPaG |
2.
Mittenflüssigkeit
CL | |
Art
der Flüssigkeit: | Kältemaschinenöl |
Flüssigkeitsmenge: | bis
zum Niveau der Wellenmitte |
3.
Kühlung über Mantel
C | 5,0
L/min (Wasser) |
4.
Drehzahl: | 3600
Umdrehungen/min |
5.
Testzeit: | 100
Stunden |
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Bei
diesem Test wurde ein sogenannter Leckagebetrieb durchgeführt, um
das abgedichtete verflüssigte
Propangas absichtlich aus der primären mechanischen Dichtung hin
zu dem Mittenraum B austreten zu lassen, und zwar in regelmäßigen Intervallen.
Die Flüssigkeitstemperatur
der Mittenflüssigkeit
CL (atmosphärische
Temperatur der Mischung aus Flüssigkeit
und Nebel) änderte
sich stabil innerhalb von 60~65°C.
Eine Gasleckage von der zweiten mechanischen Dichtung 4 hin
zur Atmosphäre
wurde nicht beobachtet. Ferner hatte die abgedichtete Gleitfläche einen
guten Zustand, nachdem der Test abgeschlossen war. Der Betrag der Abnutzung
war klein, in der Größenordnung
von wenigen μm.
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Das
heißt,
selbst wenn die Menge der Mittenflüssigkeit CL, die in dem Mittenraum
B dichtend aufgenommen ist, auf ein Ölniveau im Wesentlichen gleich
dem Niveau der Wellenmitte O eingestellt wurde, konnten ein guter
Schmier- und ein guter Kühlzustand
an der abgedichteten Gleitfläche 4S der
sekundären
mechanischen Dichtung 4 aufrecht erhalten werden. Ferner
wurde bestätigt,
dass eine geeignete Auswahl einer Kombination von Materialien des
sich drehenden Rings und des feststehenden Rings und eine geeignete
Kühlung des
Mittenraums B durch Beschicken des Mantels C mit Wasser zu einer
exzellenten Funktion führten.
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Zusätzlich hierzu
ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren gezeigte Ausführungsform
beschränkt. Die
Unterteilungsplatte 6 und der Mantel C können nach
Notwendigkeit vorgesehen sein. Die mechanischen Dichtungen 3, 4 können mit
verschiedenen Bestandteilen und Formen konstruiert sein. Darüber hinaus,
obgleich erläutert
wird, dass sich die Drehwelle 2 horizontal erstreckt, kann
sich bei der obigen Ausführungsform die
Drehwelle 2 in einer geneigten oder in einer vertikalen
Richtung erstrecken.
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Gemäß der Tandemdichtung
der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1~2 beschrieben ist, ist
die Mittenflüssigkeit
in dem Mittenraum dichtend aufgenommen, und zwar in einer Menge,
so dass die Kapazität
des Mittenraums nicht vollständig
gefüllt
ist. Der Mittenraum ist zwischen der primären mechanischen Dichtung und der
sekundären
mechanischen Dichtung angeordnet. Beim Drehen wird die Mittenflüssigkeit
gerührt
und zerstreut bzw. verstäubt,
so dass aus ihr ein Nebel entsteht. Demzufolge bildet das verdampfte
abgedichtete Gas, das aus der primären mechanischen Dichtung ausgetreten
ist, keine Gaszone, indem Gas an einem Innenumfangsteil des Mittenraumes
gesammelt wird. Demzufolge kann die Mittenflüssigkeit die abgedichtete Gleitfläche der
zweiten mechanischen Dichtung zufriedenstellend schmieren. Das aus
der primären
mechanischen Dichtung ausgetretene Gas kann effektiv und naturgemäß über die
Gasentlüftungsleitung
abgeführt
werden, die hin zu dem Mittenraum zeigt und sich zu diesem hin öffnet. Ferner
ist eine Wärmeerzeugung
aufgrund der Bewegung bzw. Agitation klein verglichen mit einem
Fall, bei dem die Mittenflüssigkeit
den Mittenraum vollständig
füllt.
Demzufolge ist der Pumpring zum Zirkulieren der Mittenflüssigkeit
oder die Kühlvorrichtung
nicht notwendig, was zu einer Miniaturisierung führt und zu Kosteneinsparungen.
Da Pumpringe nicht notwendig sind, wird eine Abnahme der Pumpeffizienz
des Pumprings verhindert, was durch Mischen von Blasen in die Mittenflüssigkeit
hervorgerufen werden kann. Ferner wird die Erzeugung von Vibrationen
aufgrund eines Kavitationsphänomens
verhindert.
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Gemäß der Tandemdichtung
der Erfindung ist die Ablenkplatte an dem Gehäuse in dem Wellendichtungsteil
vorgesehen, wobei die Ablenkplatte die Umfangsrichtung des Mittenraums
schneidet bzw. kreuzt. Demzufolge kollidiert die Mittenflüssigkeit
mit der Ablenkplatte, wenn sie durch Kontakt mit Elementen auf der Drehseite
umläuft
und in Umfangsrichtung strömt.
Dies führt
zu einem effektiven Rühren
und zu einem erfolgreichen Zerstäuben,
um den Nebel zu bilden, und es wird die Bildung einer Gaszone im
Inneren des Mittenraums verhindert. Dies führt ferner zu einer hohen Schmierwirkung
relativ zu der abgedichteten Gleitfläche der sekundären mechanischen
Dichtung.
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Gemäß der Tandemdichtung
der Erfindung, wie sie in Anspruch 3 beschrieben ist, ist die Unterteilungsplatte
vorgesehen, um den Mittenraum in axialer Richtung grob zu unterteilen.
Demzufolge ist es für
das verdampfte abgedichtete Gas, das aus der primären mechanischen
Dichtung ausgetreten ist, schwierig, in die Nähe der sekundären mechanischen
Dichtung zu gelangen. Demzufolge kann der Einfluss des ausgetretenen Gases
auf die sekundäre
mechanische Dichtung effizienter unterdrückt werden.
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Gemäß der Tandemdichtung
der Erfindung, wie sie in Anspruch 4 beschrieben ist, ist der Kühlmantel an
dem Gehäuse
in dem Wellendichtungsteil vorgesehen, und zwar um das Kühlmittel
von außen
zuströmen zu
lassen. Demzufolge kann die Mittenflüssigkeit zwangsweise gekühlt werden.
Demzufolge kann die abgedichtete Gleitfläche der sekundären mechanischen
Dichtung eine hohe Kühlwirkung
erlangen.
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Zusammenfassend
sind ein Paar aus einer primären
und einer sekundären
mechanischen Dichtung 3, 4 tandemartig in axialer
Richtung um eine Drehwelle herum angeordnet, und zwar in einem Raum
zwischen der Drehwelle 2 und einem Gehäuse 1, das einen Wellendichtungsteil
aufweist. Die Mitten- oder Zwischenflüssigkeit CL ist in einem Mittenraum
oder einer Zwischenkammer B zwischen den beiden mechanischen Dichtungen 3, 4 dichtend
aufgenommen. Die Mittenflüssigkeit
weist eine Menge auf, die geringer ist als das Volumen des Mittenraums
B, und hinreichend, um einen Teil der sich drehenden Elemente der
sekundären
mechanischen Dichtung 4 zu benetzen. Die Gasentlüftungsleitung
GV1 ist an dem Gehäuse 1 des
Wellendichtungsteils vorgesehen. Die Gasentlüftungsleitung GV1 weist zu
dem Mittenraum B hin und öffnet
sich hin zu diesem. Die Ablenkplatte 5 ist an dem Gehäuse 1 des
Wellendichtungsteils vorgesehen. Die Ablenkplatte 5 kreuzt
eine Umfangsrichtung des Mittenraums B. Demzufolge, wenn die Drehwelle
gedreht wird, wird die Mittenflüssigkeit CL
durch Kollision mit der Ablenkplatte 5 gerührt und
zerstäubt,
um die abgedichtete Gleitfläche 4S zu
schmieren. Das verdampfte Gas aus der abgedichteten Flüssigkeit
SL, das aus der primären
mechanischen Dichtung 3 hin zu dem Mittenraum B austritt,
sammelt sich nicht an dem innenumfänglichen Teil des Mittenraums
B. Es bildet keine Gaszone. Es wird über die Gasentlüftungsleitung
GV1 abgeführt.