DE908692C

DE908692C - Seitenkanal-Spaltdichtung

Info

Publication number: DE908692C
Application number: DES15727D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Oesterlen
Original assignee: FRITZ OESTERLEN DR ING
Current assignee: FRITZ OESTERLEN DR ING
Priority date: 1941-12-04
Filing date: 1941-12-04
Publication date: 1954-04-08

Description

Seitenkanal-Spaltdichtung Für umlaufende Wellen, die durch Trennwände zwischen Räumen, in denen verschiedene Drücke herrschen, hindurchgehen, sind Spaltdichtungen mit durch Kegelflächen oder Achsnormalebenen oder durch eine Verbindung beider Flächen gebildete Spalte bekannt, bei denen im umlaufenden Dichtungsring eine Schaufelurig und an der feststehenden Spaltscheibe ein der Schaufelurig gegenüberstehender Kanal, der Seitenkanal, angebracht sind. Der Seitenkanal erstreckt sich nicht über den ganzen Umfang, sondern ist an einer Stelle unterbrochen. In dem aus den inneren Begrenzungswänden des Seitenkanals und der Beschaufelung umschlossenen ringförmigen Hohlraum entsteht, ähnlich der Fließbewegung in den Seitenkanalpumpen, eine schraubenförmige Strömung, die eine Drucksteigerung in der Drehrichtung der Schaufelurig erzeugt.
Der Seitenkanal ist an seinem in der Drehrichtung vorn liegenden Ende mit dem Raum hohen Druckes verbunden. An sein hinteres Ende, das Niederdruckende des Seitenkanals, schließt in ebenfalls bekannter Weise eine Fangnut an, die über den ganzen oder doch nahezu über den ganzen Umfang geführt ist und, in der radialen Durchflußrichtttng des Arbeitsmittels durch den Spalt hinter dem Seitenkanal liegend, die aus ihm abströmende Lässigkeitsmenge auffängt und seinem Niederdruckende zuleitet. Statt eines Seitenkanals werden, um außerachsige Kräfte zu vermeiden, meist zwei oder mehr gleichmäßig über den Umfang verteilte Seitenkanäle mit gleichen Durchmessern angeordnet.
Diese bekannte Seitenkanal-Spaltdichtung erfüllt ihren Zweck und erzeugt bei richtiger Bemessung einen Druckunterschied, der ganz oder doch nahezu ganz dem Druckunterschied auf beiden Seiten der Dichtung gleichkommt, dann. wenn der Spalt zwischen den Kegelflächen oder den Aehsnormalebenen klein ist und auch während des Betriebes klein bleibt. Nur wenn dies zutrifft, ist die Lässigkeitsmenge, die der Fangnut und von ihr wieder den Seitenkanälen zufließt, gering im Verhältnis zu der Arbeitsrnittelmenge, die in dem durch die inneren Begrenzungswände von Seitenkanal und Schaufelurig umschlossenen ringförmigen Hohlraum umgewälzt wird, und nur dann ist diese schraubenförmige Strömung fähig, den erforderlichen Druckunterschied aufrechtzuerhalten.
Die Kleinhaltung dieser Spaltweite, die in der Größenordnung von =/io bis i/io mm und darunter liegt, bereitet nun vielfach erhebliche Schwierigkeiten, einmal im Hinblick auf die Ausführungsgenauigkeit, aber noch mehr dann, wenn sich Dehnungen im Gehäuse und damit in der axialen Wellenlagerung oder in der Welle selbst durch während des Betriebes auftretende Kräfte Temperaturänderungen einstellen. Es können sich dadurch die Spalte so erweitern, daß eine brauchbare Dichtung nicht mehr eintritt.
Hier setzt nun der Erfindungsgedanke ein. In ähnlicher Weise wie bei der bekannten Schleifringdichtung wird die sich nicht drehende Spaltscheibe durch ein federndes Glied, meist eine Schraubenfeder oder eine federnde Platte, gegen den umlaufenden Dichtungsring gedrückt, so daß im Stillstand die Spaltweite gleich Null ist. Sobald die Welle und mit ihr der Dichtungsring mit Schaufelurig sich dreht, wird die Spaltscheibe durch den in den Seitenkanälen und den angrenzenden Oberflächenteilen von Spaltscheibe und Dichtungsring entstehenden Druck vom umlaufenden Dichtungsring abgehoben, so daß keine metallische Reibung, sondern Flüssigkeits- (Öl, Wasser üsw.), Gas- oder Dampfreibung je nach dem in der Spaltdichtung befindlichen Arbeitsmittel, zwischen der sich nicht drehenden Dichtungsscheibe und dem umlaufenden Dichtungsring vorhanden ist. Gegebenenfalls muß eine zusätzliche Schmierung für diese Anlaufzeit vorgesehen werden. Die Spaltweite wird sich im Betrieb bei richtig gewählter Federkraft so einstellen, daß der in der Seitenkanaldichtung erzeugte Druckunterschied ganz oder doch nahezu ganz demjenigen auf beiden Seiten der Dichtung entspricht.
Die sich nicht drehende Spaltscheibe muß also in Achsrichtung beweglich und an ein den Hoch- vom Niederdruckraum trennendes Element fest angeschlossen sein. Dies wird erreicht durch einen metallischen oder aus irgendeinem anderen geeigneten Stoff bestehenden Faltenbalg (Federungskörper), der mit einem Ende an einer festen Wand und mit dem anderen an der Dichtungsscheibe befestigt ist. Dieser Faltenbalg hat im allgemeinen _ nur die Trennung zwischen Hoch- und Niederdruck bei axialer Beweglichkeit zu übernehmen, nicht aber einen Anpressungsdruck zwischen Spaltscheibe und Dichtungsring herzugeben, der, wie oben schon gesagt, von einer besonderen Feder erzeugt- wird. Nur bei kleinen Anpressungsdrücken oder wenn statt des Faltenbalges eine federnde Scheibe (Membran, Diaphragma) als trennendes Glied zwischen Hoch- und Niederdruckraum verwendet wird, kann dieses federnde Glied bei ausreichender Federkraft auch zugleich zur Erzeugung des Anpressungsdruckes herangezogen werden.
Die Erfindung stellt eine Kombination der bekannten Seitenkanal-Spaltdichtung mit der Schleifringdichtung dar. Sie verbessert die Seitenkanal-Spaltdichtung dadurch, daß stets der erforderliche enge Spalt erhalten bleibt und sie deshalb auch für Maschinen, bei denen sonst während des Betriebes unzulässige Änderungen der Spaltweite eintreten würden (Verdichter, Gas- und Dampfturbinen) brauchbar wird. Die Schleifringdichtung wird in dieser neuen Form, also in Verbindung mit der Seitenkanaldichtung, dadurch verbessert, -daß zwischen den Dichtungsringen während des Betriebes keine metallische oder halb metallische Reibung mehr auftritt, sondern sich die Dichtungsflächen durch Erzeugung eines Druckes in den Seitenkanälen voneinander abheben und somit nur Flüssigkeits- oder Gas-- oder Dampfreibung vorhanden ist. Es werden dadurch die vielfach auftretenden Ermüdungsbrüche der Federungskörper vermieden, und es läßt sich diese Dichtung nach der Erfindung auch für höhere Drücke als die bisherige Schleifringdichtung verwenden.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungen der Erfindung dargestellt, wobei die Spalte durchweg zwischen Achsnormalebenen liegend gezeichnet sind. In allen Abbildungen ist rechts der Hochdruckraum angenommen, der gegen die Atmosphäre abgedichtet werden soll.
In Fig: i (mit i a und i b) sitzt der Dichtungsring b mit der Beschaufelung c fest an der umlaufenden Welle a. Die sich nicht drehende Spaltscheibe e ist mit dem einen Ende des Federungskörpers h (Faltenbalg) verbunden, der an seinem anderen Ende mittels des Halteringes i dicht an das Gehäuse m angeschlossen ist und so den Hochdruckraum vom Niederdruckraum trennt. Den Anpressungsdruck erzeugt die Feder n. In der Spaltscheibe e sind die aus Fig. i und i b ersichtlichen zwei Seitenkanäle g1 und g2, die sich nur je über einen Teil des halben Umfangs erstrecken, und die Fangnut f ausgespart. Die Fangnut ist bei i i und i2 mit den in der Drehrichtung hinteren Enden der beiden Seitenkanäle verbunden, während die vorderen Enden durch die Aussparungen h1 und /1.z mit dem Hochdruckraum in Verbindung stehen.
Die Bauart nach Fig.2 entspricht im Grundsatz der Fig. i, nur ist der Federungskörper und die Schraubenfeder durch eine federnde Scheibe Q ersetzt, die sowohl den Hochdruck- vom Niederdruckraum trennt als auch den Anpressungsdruck liefert. Während bei der gezeichneten Anordnung (Fig. 2) die Federscheibe p den Druckunterschied zwischen Hoch- und Niederdruck mit überwinden muß, läßt sich auch die umgekehrte Kraftwirkung erreichen, wobei dann auch der durch die Spaltdichtung erzeugte Axialschub in der umgekehrten Richtung wirkt.
Das letztere ist der Fall bei der Bauart nach Fig. 3, wie sie beispielsweise für Kreiselverdichter verwendet werden kann, bei denen der Axialschub von links nach rechts gegen den Saugstutzen zu wirkt und durch die Spaltdichtung zum Teil aufgehoben werden kann. Im übrigen ist die Anordnung dieselbe wie bei Fig. i und auch die Bezeichnung der einzelnen Teile ist die gleiche.
Bei großen Druckunterschieden kann es zweckinäßig sein, zwei hintereinandergeschaltete Seitenkanal-Spaltdichtungen anzuordnen, je bestehend aus umlaufendem Dichtungsring und feststehender Spaltscheibe (Fig. -[). Dabei sind nach einem weiteren Erfindungsgedanken die Spaltscheiben fest miteinander verbünden und gemeinsam an den Federungskörper angeschlossen. Es ist dies deshalb zulässig, weil sich ihre axiale Entfernung klein halten läßt, so daß unterschiedliche axiale Dehnungen in der Welle und in diesem Spaltscheibenkörper keinen Einfluß haben können. Statt zwei lassen sich in gleicher Weise auch drei und mehr solcher Dichtungsspalte hintereinanderschalten.
Der Federungskörper hat bei der Anordnung nach Fig.4 den vollen Druckunterschied auszuhalten und die Feder muß den Anpressungsdruck für beide Dichtungen hergeben. Über bestimmte Druckhöhen lassen sich die Federungskörper nun nicht mehr herstellen. Um die Seitenkanal-Spaltdichtung mit axialer Einstellung auch für noch höhere Drücke anwenden zu können, wird der Druck durch zwei oder mehr hintereinandergeschaltete Seitenkanal-Spaltdichtungen unterteilt und erfindungsgemäß jede der sich nicht drehenden Spaltscheiben der einzelnen Spaltdichtung mit Federungskörper und Feder bzw. statt beider mit einer Federscheibe zusammengebaut. Jeder Federungskörper hat dann nur einen Teildruck auszuhalten. In der Abb. 5 ist dieser Erfindungsgedanke für eine Zweiteilung des gesamten Druckunterschiedes beispielsweise dargestellt.
Die Erfindungsgedanken nach Fig. 4 und 5 lassen sich auch kombinieren, so daß z. B. bei Unterteilung des Druckunterschiedes in mehrere Stufen nach Fig.5 in jeder Druckstufe statt einer auch zwei oder mehr Seitenkanal-Spaltdichtungen mit fest miteinander verbundenen Spaltscheiben, entsprechend der Abb.4 hintereinander angeordnet sein können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Seitenkanal-Spaltdichtung mit durch Drehflächen, insbesondere Kegelflächen oder Achsnormalebenen gebildeten Spalten, bei der durch eine Schaufelung im umlaufenden Dichtungsring und die ihr in der feststehenden Spaltscheibe gegenüberstehenden Seitenkanäle, die mit dem Hochdruckraum in Verbindung stehen und in die eine oder mehrere Fangnuten münden, ein Druckunterschied erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die sich nicht drehende Spaltscheibe (e) in axialer Richtung in an sich bekannter Weise nachgiebig gelagert ist und den durch Kräfte- oder Wärmedehnungen verursachten Verschiebungen des auf der Welle festsitzenden Dichtungsringes folgt.
2. Seitenkanal-Spaltdichtungnach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen mit der sich nicht drehenden Dichtungsscheibe (e) verbundenen Federungskörper (Faltenbalg k) und die Anordnung einer Feder (n) oder statt beider durch die Verwendung einer Federscheibe (p) zur Erreichung der axialen Verschiebung der Spaltscheibe (e).
3. Seitenkanal-Spaltdichtung nach den Ansprüchen i und 2, bei der der Druckunterschied, gegen den zu dichten ist, in zwei oder mehr Teile unterteilt wird und dazu zwei oder mehr solcher Seitenkanal-Spaltdichtungen hintereinandergeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die sich nicht drehenden Spaltscheiben (e) der einzelnen Spaltdichtungen in axialer Richtung fest miteinander verbunden und in ihrer Gesamtheit axial nachgiebig gelagert sind.
4. Seitenkanal-Spaltdichtung nach den Ansprüchen i und 2, bei der der Druckunterschied, gegen -den zu dichten ist, in zwei oder mehr Teile unterteilt wird und dazu zwei oder mehr Seitenkanal-Spaltdichtungen hintereinandergeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der sich nicht drehenden Spaltscheiben (e) der einzelnen Spaltdichtungen für sich in axialer Richtung nachgiebig gelagert ist, also mit Federungskörper (Faltenbalg k) und Feder (n), oder statt beider mit einer Federscheibe (p) zusammengebaut ist. Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 080 403; deutsche Patentschriften Nr. 499 879, 626 378, 517 824, 516:263, 59 461.