DE68908960T2 - Gleitringdichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Gleitringdichtungen.
• Gleitringdichtungen finden üblicherweise in Strömungsmaschinen Anwendung, wie für Pumpen o.ä., um das Austreten von Prozeßströmungsmittel, das korrosiv sein kann, längs einer Welle zum antriebsseitigen Motor- oder Lagersystem zu verhindern. Eine solche Leckage kann das Motor- oder Lagersystem empfindlich beeinträchtigen und letztendlich die Zerstörung bewirken. Gleitringdichtungen bestehen üblicherweise aus zwei Gleitringen, von denen einer mit der Welle verbunden und mit ihr drehbar ist und der andere drehfest am Gehäuse o.ä. angeordnet ist.
• Jeder Gleitring ist mit einer geläppten Dichtfläche versehen, die einander gegenüberliegen und sich berühren und drehbar gegeneinander sind. Wenigstens ein Gleitring ist aus einem relativ harten, nicht schweißbarein Material wie Siliziumcarbit, Wolframcarbit o.ä. hergestellt, während der andere Gleitring aus einem ähnlichen oder unterschiedlichen Material besteht, das Siliziumcarbit, ein Graphitwerkstoff o.ä. sein kann. Mittel wie Federn, Balgen o.ä. bringen die Dichtflächen miteinander in Reibkontakt. Eine geringe Strömungsmittelleckage an den Dichtflächen kühlt und schmiert die im relativen Umlauf sich berührenden Dichtflächen, um die Lebensdauer zu verlängern.
• Der Reibkontakt zwischen den Dichtflächen der Gleitringe und die Verschleißeigenschaften der Gleitringe bedingen die Verwendung relative harter Werkstoffe für die Gleitringe, wie das genannte Siliziumcarbit usw. Die Befestigung und Abdichtung dieser harten Werkstoffe am Träger der Anordnung hängt von dem verwendeten Werkstoff ab, sowie von der Anordnung der Bauteile und den Betriebsbedingungen der Anordnung. Manchmal wird eine elastomere Sekundärdichtung, beispielsweise ein elastischer O-Ring zwischen dem Gleitring und dem Träger vorgesehen, der beispielsweise ein Stützflansch ist. Bei Hochtemperaturdichtungen in der Größenordnung von 500º F (= 260ºC) und darüber kann eine elastomere Sekundärdichtung zwischen einem Gleitring und seinem Träger wegen der Temperaturgrenzen des elastomeren Werkstoffes nicht benutzt werden. In bekannter Weise bedienen sich Hochtemperatur- Gleitringdichtungen geläppter Verbindungen oder mechanischer Preßsitze zwischen dem Dichtring und dem Träger aus einer Legierung mit kleinem Ausdehnungskoeffizienten. Die geläppten Verbindungen funktionieren gut, sind jedoch wartungsintensiv und gegen Verschmutzung anfällig. Preßsitze für den Stützring und den Gleitring funktionieren ebenfalls, doch wegen der bekannten Eigenschaft der Korrosionsanfälligkeit von Legierungen mit kleinem Ausdehnungskoeffizienten sind sie bei korrosiven Strömungsmitteln mit hoher Temperatur nicht ausreichend und dies führt zu einem schnellen Ausfall, so daß sie repariert und/oder ersetzt werden müssen. Die Reparatur und/oder Auswechseln einer Gleitringdichtung ist kostspielig, da die Strömungsmaschine lange abgeschaltet werden muß und damit die Produktivität leidet.
• Ein Versuch zur Beseitigung der bekannten Nachteile ist in US-A-4,364,571 erläutert, die eine Gleitringdichtung zum Abdichten einer drehbaren Welle gegen ein Gehäuse o.ä. betrifft, mit zwei Gleitringen, von denen mindestens einer zum Umlauf mit der Welle und der andere nicht drehbar angeordnet ist, ein Gleitring begrenzt axial gegenüber der Welle verschiebbar ist, die Gleitringe radiale gegenüberstehende und aneinander anliegende Dichtflächen aufweisen, eine Dichtfläche gegenüber der anderen Dichtfläche drehbar ist, mit Mitteln, die den einen Gleitring axial an den anderen Gleitring andrücken, wobei ein Gleitring aus einem relativ harten und nicht schweißbarem Material hergestellt ist und mit einem den Gleitring aus hartem und nicht schweißbarem Material umgebenden Stützflansch.
• Insbesondere wird bei der Gleitringdichtung gemäß US-A- 4,364,571 eine ringförmige Ausnehmung zwischen einem Einsatz, der den Stützflansch aufweist, und einer Durchführung gebildet, die Teil des Gehäuses ist, wobei eine hochtempera turfeste Lamellendichtung in der ringförmigen Ausnehmung vorgesehen ist. Die Anordnung ist jedoch derart, daß die Dichtung dem Prozeßströmungsmittel ausgesetzt ist, so daß sich das Problem ergibt, daß die Dichtung mit Gebrauch an Wirksamkeit verliert, vermutlich weil sie sich mit Strömungsmittel füllt.
• Gemäß einem Aspekt der geschützten Erfindung ist die vorgenannte Gleitringdichtung dadurch gekennzeichnet, daß eine hochtemperaturfeste Lamellendichtung in einem Raum zwischen dem Gleitring aus hartem und nicht schweißbarem Material und dem Stützflansch vorgesehen ist, die Dichtung im wesentlichen gegen einwirkendes Prozeßströmungsmittel geschützt ist, und daß ein Haltering in Anlage an dem Gleitring aus hartem und nicht schweißbarem Material vorgesehen und mit dem Stützflansch verbunden ist, um den Gleitring aus hartem und nicht schweißbarem Material in dem Stützflansch zu halten.
• Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführung liegt darin, daß die Wirksamkeit der im wesentlichen vor dem Einwirken des Prozeßströmungsmittels geschützten Dichtung über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten bleibt und die Dichtung infolge ihrer Nachgiebigkeit ständig den Dichtring in engem Kontakt mit dem Haltering drückt.
• Gemäß einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtung aus einem Graphitmaterial hergestellt, das allgemein unter dem Namen "GRAFOIL" verkauft wird, womit man die Temperatureinschränkungen elastomerer Dichtungen vermeidet und außerdem Befürchtungen wegen eines losen Läppsitzes gegenstandslos sind. Die Dichtung ermöglicht eine positive Befestigung des Gleitringes aus hartem, nicht schweißbarem Material wie Siliziumcarbit, Wolframcarbit o.ä. mit dem den Dichtring haltenden Stützflansch, der aus einer hochtemperaturfesten, korrosionsfesten Legierung wie 316 rostfreier Stahl, Hastelloy C o.ä. hergestellt ist und damit eine hohe Lebensdauer bei erhöhten Temperaturen und bei korrosiven Strömungsmitteln aufweist. Die Dichtung ist vorzugsweise aus mehreren gestapelten Scheiben oder scheibenförmigen Plättchen aus GRAFOIL (Warenzeichen) hergestellt und hat eine natürliche Nachgiebigkeit. Der Haltering besteht gewöhnlich aus dem gleichen Metall wie der Stützflansch und ist an diesem angeschweißt. Mit Hilfe des Halterings hält man eine integrale Anordnung des Stützflansches, der Dichtung, des Gleitrings und des Halterings, wobei die integrale Anordnung den Raum einschließt, so daß die Dichtung im wesentlichen dem Prozeßströmungsmittel nicht ausgesetzt und damit isoliert ist.
• Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Aspekt ist eine Gleitringdichtungsbaugruppe in Patronenform vorgesehen, mit einer zylindrischen Hülse zum Umschließen einer Welle, einem die Hülse umgebenden und mit dieser für eine begrenzte axiale Verschiebung verbundenen Gleitring, wobei der Gleitring aus relativ hartem und nicht schweißbarem Material besteht, mit einem Stützflansch, der den Gleitring umgibt und an einem Ende einen radialen Abschnitt aufweist, mit Federmitteln, die an einem Ende mit der Hülse und am anderen Ende mit dem Stützflansch verbunden sind und die Federmittel die Verbindung zwischen dem Gleitring und der Hülse herstellen, mit einer hochtemperaturfesten Lamellendichtung in einem Raum zwischen dem Gleitring und dem Stützflansch, wobei die Dichtung im wesentlichen gegen einwirkendes Prozeßströmungsmittel geschützt ist und mit einem Haltering, der mit dem Stützflansch an dem dem radialen Abschnitt gegenüberliegenden Ende verbunden und in Anlage mit dem Gleitring ist.
• Diese erfindungsgemäße Ausführung besitzt den oben genannten Vorteil, daß die Dichtung nicht dem Prozeßsßrömungsmittel ausgesetzt ist, zusammen mit dem weiteren Vorteil, daß bei Herstellung der Gleitringdichtung als Patrone die Reparatur und/oder das Auswechseln der Baugruppe vereinfacht ist, da diese insgesamt entfernt und mit einer anderen Einheit ausgetauscht werden kann.
• Vorzugsweise ist ein aus zusammengeschweißten metallscheibenförmigen Platten oder Bauteilen gebildeter metallischer Balg an einem Ende an dem Halte- und Stützflansch angeschweißt und am anderen Ende an einem Balgenflansch. Der Balgenflansch ist mit der drehbaren Welle der Strömungsmaschine treibend verbunden, oder mit einer Wellenhülse, die die Welle umgibt und die Antriebsverbindung ermöglicht, wenn die Gleitringdichtung als Patrone gebaut ist. Die Elastizität des Balges drückt den daran befestigten Gleitring an den gegenüberliegenden Gleitring, so daß ihre Flächen einander berühren. Der Balgen liefert eine Antriebsverbindung zwischen der Welle bzw. der Wellenhülse, je nachdem, und dem Träger des Gleitringes.
• Ein Formschluß zwischen dem Träger und dem abgestützten Gleitring kann durch einen nicht drehbaren Stift erfolgen, der vom Träger aus in eine Öffnung des Gleitringes greift.
• Es kann alternativ auch der Balgen am Gehäuse befestigt sein, um den nicht drehbaren Gleitring an den drehbaren Gleitring anzudrücken.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1 einen Achsenschnitt mit einer Teilansicht einer Gleitringdichtung gemäß der Erfindung;
• Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt der Fig. 1.
• In Fig. 1 ist eine Gleitringdichtung 10 in einem aus mehreren Teilen bestehendem Gehäuse 12 und eine drehbare Welle 14 dargestellt, die an einem Ende mit einem Motor (nicht gezeigt) und am anderen Ende mit einer Strömungsmaschine, beispielsweise einer Pumpe o.ä. (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Gleitringdichtung 10 funktioniert im wesentlichen derart, daß die Leckage von Strömungsmittel aus der Maschine längs der Welle zum Motor- bzw. Lagersystem und Atmosphäre verhindert wird.
• Die Gleitringdichtung hat einen Gleitring 16, der mit einem in einen Schlitz 20 des Gehäuses 12 greifenden Stift 18 mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Damit ist der Gleitring 16 nicht drehbar. Der Gleitring 16 kann aus Kohlenstoffgraphit, Siliziumcarbit, Wolframcarbit, Keramik o.ä. hergestellt sein und hat eine geläppte, radiale und ringförmige Dichtfläche 22.
• Die Dichtung hat ferner einen Gleitring 24, der über eine Halteanordnung 26, einen Balgen 28, einen Balgenflansch 30 und einem Stift 32 mit einer die Welle 14 erfassenden Hülse 34 verbunden ist. Ein Formschluß (nicht gezeigt) kann die Antriebsverbindung zwischen der Hülse 34 und der Welle 14 herstellen. Damit ist der Gleitring 24 mit der Welle 14 drehbar. Der Gleitring 24 ist vorzugsweise aus nicht schweißbarem Material, wie Siliziumcarbit oder Wolframcarbit hergestellt und hat eine geläppte, radiale, ringförmige Dichtfläche 36, die gegenüber der Dichtfläche 22 des Gleitringes 16 liegt und diese berührt. Dreht sich die Welle 14, so gleiten die Dichtflächen 22 und 36 der Gleitring 16 und 24 aufeinander und rotieren relativ.
• Gemäß Fig. 1 ist die Gleitringdichtung als Patrone ausgebildet, wobei die Hülse 34 um die Welle 14 Verwendung findet, die damit rotiert. Die Hülse 34 kann weggelassen werden, wenn dies nötig und/oder wünschenswert ist, ohne den Erfindungsgedanken zu-verlassen. Ist jedoch die Anordnung patronenförmig gestaltet, so wird die Reparatur und/oder das Auswechseln der Anordnung vereinfacht, da diese aus der Maschine als Einheit entfernbar und als Einheit auswechselbar ist, so daß die Abschaltzeit der Maschine verringert wird.
• Blickt man in Fig. 1 von links nach rechts, so besteht der Balgen 28 vorzugsweise aus mehreren ringförmigen metallischen Platten, die aneinandergeschweißt sind. Der Balgen ist an einem Ende an dem Flansch 30 angeschweißt und am anderen Ende an einem Halte- und Stützflansch 38 der Halteanordnung 26. Wie erwähnt erzeugt der Balgen 28 eine elastische Kraft zum Andrücken des Gleitringes 24 an den Gleitring 16. Im zusammengebauten Zustand wird der Balgen 28 etwas zusammengedrückt, so daß er die erforderliche Axialkraft liefert.
• Der Stützflansch 38 ist insbesondere gemäß Fig. 2 mit einem radialen Abschnitt 40 und einem zylindrischen Abschnitt 42 versehen, der einen Innendurchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Gleitringes 24 ist. Der Gleitring 24 ist mit einem Rückabschnitt 44 verrringerten Durchmessers und einem vorderen Abschnitt 46 verringerten Durchmessers versehen. Der zylindrische Abschnitt 42 des Flansches 38 hat eine axiale Länge, die im wesentlichen gleich der axialen Länge des Gleitringes 24 minus der axialen Länge des vorderen Abschnittes 46 ist. Der Flansch 38 und der hintere Abschnitt 44 verringerten Durchmessers des Gleitringes 24 bilden eine ringf örmige Ausnehmung, einen Raum bzw. eine Tasche 48, in der eine Dichtung 50 liegt, die vorzugsweise aus gestapelten Scheiben oder scheibenförmigen Plättchen eines unter dem Namen "GRAFOIL" verkauften Graphitwerkstoffes besteht. Wegen der Lamellen besitzt die Dichtung 50 eine begrenzte Elastizität und wird beim Zusammenbau des Stützflansches leicht zusammengedrückt, wie noch erläutert wird.
• Ein Haltering 52 ist bei 55 am zylindrischen Abschnitt 42 des Flansches 38 angeschweißt und hat eine Größe und Abmessungen derart, daß er auf den vorderen Abschnitt 46 verringerten Durchmessers des Gleitringes paßt. Der Ring 52 dient zum Festhalten des Gleitringes 24 am Flansch 38 zusammen mit der Dichtung und bildet infolge ihrer begrenzten Nachgiebigkeit eine Dichtung gegen einen erheblichen Durchtritt von Prozeßströmungsmittel in den Spalt des Gleitringes 24 und des Stützflansches 38. Damit ist auch ein geläppter Sitz vermieden. Der Außendurchmesser des Gleitringes 24 ist im wesentlichen dem Innendurchmesser des Flansches 38 angepaßt ohne den kritischen Sitz einer geläppten Verbindung. Beim Montieren des Gleitringes und des Flansches 38 wird Vorsorge getroffen, dar der Gleitring 24 im Flansch 38 einen genauen Sitz erhält, wie noch erläutert wird.
• Ein Stift 54 in dem radialen Abschnitt des Flansches 38 greift in eine Tasche 56 des Gleitringes 24 und bildet eine Formschlußverbindung zwischen der Welle 14 und dem Gleitring 24.
• Der Vorgang beim Einsetzen des Gleitringes 24 in den Flansch 38 ist wie folgt
• 1. Der Stift 54 wird in den Flansch 38 eingesetzt, bevor der Flansch mit dem Gleitring zusammengebaut wird.
• 2. Die Dichtung 50 wird auf den Gleitring gesetzt und dann wird der Flansch induktiv erhitzt, um den Flansch zur Aufnahme des Gleitringes 24 auszudehnen. Alternativ kann der Gleitring in einem Preßsitz in den Stützflansch 38 eingesetzt werden, um die induktive Erhitzung zu vermeiden.
• 3. Der Haltering 52 wird auf den Gleitring und an den Flansch gesetzt.
• 4. Auf den Haltering 52 wird Druck ausgeübt, um den Ring 52 an den Fiansch zu drücken und die Dichtung 50 zu komprimieren.
• 5. Der Haltering 52 wird an den Flansch 38 angeschweißt, wobei der Druck wie beim Schritt 4 ausgeübt wird.
• 6. Die Baugruppe wird auf Leckage in die Dichtung getestet.
• Erfindungsgemäß ist eine verbesserte Gleitringdichtung vorgesehen, die sich korrosionsfester Hochtemperaturlegierungen für einen Stützflansch für einen harten nicht schweißbaren Gleitring bedient, ohne anfällige, mechanische Preßsitze oder geläppte Verbindungen zwischen dem Gleitring und dem Stützflansch vorzusehen.

Claims (9)

1. Gleitringdichtung zum Abdichten einer drehbaren Welle (14) gegen ein Gehäuse (12) o.ä., mit zwei Gleitringen (16, 24), von denen mindestens einer (24) zum Umlauf mit der Welle (14) und der andere (16) nicht drehbar und mit dem Gehäuse (12) verbunden ist, ein (24) Gleitring (16, 24) begrenzt axial gegenüber der Welle (14) verschiebbar ist, die Gleitringe (16, 24) radiale, gegenüberstehende und aneinander anliegende Dichtflächen (22, 36) aufweisen, eine Dichtfläche (36) gegenüber der anderen Dichtfläche (22) drehbar ist, mit Mitteln (28), die einen (24) Gleitring (16, 24) axial federnd gegen den anderen (16) Gleitring (16, 24) andrücken, wobei ein (24) Gleitring (16, 24) aus einem relativ harten und nicht schweißbaren Material hergestellt ist, und mit einem den Gleitring (24) aus hartem und nicht schweißbarem Material umgebenden Stützflansch (38) für den Gleitring, dadurch gekennzeichnet, daß eine hochtemperaturfeste Lamellendichtung (50) in einem Raum (48) zwischen dem Gleitring (24) aus hartem und nicht schweißbarem Material und dem Stützflansch (38) vorgesehen ist, die Dichtung (50) im wesentlichen gegen einwirkendes Prozeßströmungsmittel geschützt ist, und daß ein Haltering (52) in Anlage an den Gleitring (24) aus hartem und nicht schweißbarem Material vorgesehen und mit dem Stützflansch (38) verbunden ist, um den Gleitring (24) aus hartem und nicht schweißbarem Material in dem Stützflansch (38) zu halten.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, bei der der Gleitring (24) aus hartem und nicht schweißbarem Material aus Siliziumcarbit hergestellt ist und der Stützflansch (38) und der Haltering (52) aus einer korrosionsfesten Metallegierung hergestellt ist.

3. Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Lamellendichtung (50) aus mehreren gestapelten ringförmigen scheibenförmigen Bauteilen hergestellt ist, die nachgiebig gestaltet sind, wobei die Dichtung (50) in dem Raum (48) komprimiert ist und den Gleitring (24) aus hartem und nicht schweißbarem Material gegen den Haltering (52) nachgiebig andrückt.

4. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Gleitring (24) aus hartem und nicht schweißbarem Material der drehbare Gleitring (24) ist, und bei der die federnden Andrückmittel (28) einen Balgen (28) aufweisen, der an einem Ende an dem Stützflansch (38) angeschweißt und am entgegengesetzten Ende mit der Welle (14) verbunden ist.

5. Gleitringdichtung nach Anspruch 4, ferner mit einer Formschlußverbindung (54) zwischen dem drehbaren Gleitring (24) und dem Stützflansch (38) und somit mit dem Balgen (28) und der Welle (14), wobei die Formschlußverbindung (54) einen Stift (54) aufweist, der aus dem Stützflansch (38) vorragt und in einer Nut (56) im drehbaren Gleitring (24) aufgenommen ist.

6. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Stützflansch (38) und der Haltering (52) aus korrosionsfestem rostfreiem Stahl hergestellt sind.

7. Gleitringdichtungsbaugruppe in Patronenform, mit einer zylindrischen Hülse (34) zum Umschließen einer Welle (14), einem die Hülse (34) umgebenden und mit dieser für eine begrenzte axiale Verschiebung verbundenen Gleitring (24), wobei der Gleitring (24) aus einem relativ harten und nicht schweißbaren Material hergestellt ist, mit einem Stützflansch (38), der den Gleitring (24) umgibt und an einem Ende einen radialen Abschnitt (40) aufweist, mit Federmitteln (28), die an einem Ende mit der Hülse (34) und am anderen Ende mit dem Stützflansch (38) verbunden sind, und die Federmittel die Verbindung zwischen dem Gleitring (24) und der Hülse (34) hersteßlen, mit einer hochtemperaturfesten nachgiebigen Lamellendichtung (50) in einem Raum (48) zwischen dem Gleitring (24) und dem Stützflansch (38), wobei die Dichtung (50) im wesentlichen gegen einwirkendes Prozeßströmungsmittel geschützt ist, und mit einem Haltering (52), der mit dem Stützflansch (38) an dem dem radialen Abschnitt (40) gegenüberliegenden Ende verbunden und in Anlage an den Gleitring ist.

8. Gleitringdichtungsbaugruppe in Patronenform nach Anspruch 7, bei der der Raum (48) ringförmig und in dem Gleitring (24) gebildet ist sowie teilweise von dem Stützflansch (38) definiert ist.

9. Gleitringdichtungsbaugruppe in Patronenform nach Anspruch 7 oder 8, ferner mit einem ringförmigen verringerten Abschnitt (46) an einem Ende des Gleitringes (24) zur Aufnahme des Halteringes (52).