WO2024132275A1 - Mechanical face seal assembly - Google Patents

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WO2024132275A1
WO2024132275A1 PCT/EP2023/080189 EP2023080189W WO2024132275A1 WO 2024132275 A1 WO2024132275 A1 WO 2024132275A1 EP 2023080189 W EP2023080189 W EP 2023080189W WO 2024132275 A1 WO2024132275 A1 WO 2024132275A1
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WO
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mechanical seal
sealing gap
barrier fluid
pressure
fluid
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/080189
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German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus Lang
Farah Elderbi
Original Assignee
Eagleburgmann Germany Gmbh & Co. Kg
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Filing date
Publication date
Application filed by Eagleburgmann Germany Gmbh & Co. Kg filed Critical Eagleburgmann Germany Gmbh & Co. Kg
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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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    • F16J15/342—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities with means for feeding fluid directly to the face
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    • F16J15/3428—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with a wavy surface
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    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3436—Pressing means
    • F16J15/3448—Pressing means the pressing force resulting from fluid pressure

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical seal arrangement with a leakage reduced by orders of magnitude and reduced barrier fluid consumption compared to the previously known solutions.
  • the object of the present invention is to provide a mechanical seal arrangement which, with a simple structure and easy, cost-effective manufacture, has a reduced leakage of barrier fluid and reduced barrier fluid consumption during operation and also fulfils difficult sealing tasks.
  • the mechanical seal arrangement according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a secure seal is possible with a very compact design of the mechanical seal. In this case, a leakage reduced by orders of magnitude of 10 2 or more is also achieved.
  • the consumption of barrier fluid can also be significantly reduced.
  • the mechanical seal arrangement makes it possible to set a supply pressure of the barrier fluid very close to to maintain a pressure of one atmosphere, in particular at a pressure of a maximum of twice atmospheric pressure, more particularly 10% above atmospheric pressure or even below.
  • the mechanical seal arrangement comprises a mechanical seal with a rotating sliding ring and a stationary sliding ring, which define a sealing gap between their sliding surfaces.
  • a through opening is formed on the stationary sliding ring, which is designed to guide barrier fluid into the sealing gap between the sliding surfaces.
  • the through opening has an opening directed towards the sealing gap.
  • the opening of the through opening divides the sealing gap into a first annular sealing gap region and a second annular sealing gap region.
  • a conveying arrangement is arranged, which is designed to convey barrier fluid supplied via the through opening into a pressure chamber in which a first pressure P1 prevails.
  • a second pressure P2 which is lower than the first pressure P1.
  • a minimal amount of sealing gas then flows through the second sealing gap area towards the atmospheric area or alternatively towards a flare system, since there is only a minimal pressure difference between the area at the mouth of the passage opening and the atmospheric area.
  • the invention thus also enables a significant reduction in the amount of sealing fluid with minimal installation space.
  • a further advantage of the invention is that no complex supply systems for the barrier fluid are necessary, since this can be supplied at a very low pressure close to atmospheric pressure.
  • the conveying arrangement which is arranged on at least one of the sliding rings, comprises a plurality of conveying grooves.
  • the conveying grooves are preferably sickle-shaped and preferably designed with a depth that changes in the radial direction.
  • conveying grooves are arranged in both sliding surfaces of the rotating and stationary sliding rings.
  • the second sealing gap area preferably has a groove arrangement on at least one of the sliding rings to reduce the flow of barrier fluid.
  • the groove arrangement is preferably a circumferential barrier groove with a constant depth or a changing depth.
  • the second sealing gap region is arranged radially inside the mouth of the through opening in the stationary sliding ring.
  • the mechanical seal arrangement further preferably comprises a barrier fluid line which leads from a pressure region of the medium to be sealed to the antechamber on the stationary mechanical seal ring.
  • the antechamber is preferably provided on a rear side of the stationary mechanical seal ring.
  • the second pressure P2 in the antechamber is lower than a third pressure P3 in the pressure range of the medium to be sealed.
  • the pressure reduction from the third pressure P3 to the second pressure P2 can be carried out by suitable devices, for example pressure reducers or the like.
  • a cleaning device is arranged in the barrier fluid line in order to clean the barrier fluid. This removes impurities from the barrier fluid that could cause damage to the mechanical seal when the medium to be sealed is used as the barrier fluid.
  • the mechanical seal arrangement further comprises a reservoir which is filled with pressurized barrier fluid and which can be brought into fluid communication with the antechamber.
  • the reservoir serves as a safety device in order to be able to continue to supply barrier fluid to the mechanical seal in the event of a failure of the actual barrier fluid or maintenance on a filter unit. Since the consumption of barrier fluid is significantly reduced by the invention, the reservoir can be designed to be very small.
  • the reservoir is preferably a nitrogen bottle.
  • the operation of the mechanical seal can still be maintained over a longer period of time, in particular several hours or days, due to the low barrier fluid consumption, in order to enable the machine in which the mechanical seal seals to stop, for example in the event of a malfunction.
  • the mechanical seal arrangement further comprises a nitrogen generator which is designed to generate nitrogen as a barrier fluid from the air and to supply it to the antechamber on the stationary mechanical seal ring. Due to the low barrier fluid consumption, the nitrogen generator can be dimensioned very small. The nitrogen generator is preferably protected from excessive pressure by means of a check valve.
  • the mechanical seal arrangement further comprises a second mechanical seal as a safety seal.
  • the safety seal comprises a rotating and a stationary mechanical seal, which define a sealing gap between their sliding surfaces.
  • An intermediate space is connected to the first and second mechanical seal in a fluid-connecting manner.
  • At least one of the mechanical seals of the second mechanical seal has a conveying arrangement on a sliding surface in order to convey air from an atmospheric region through the sealing gap of the second mechanical seal into the intermediate space.
  • a branch line to a flare system or the like preferably leads off from the intermediate space.
  • This also has the advantage that air can be fed into the intermediate space through the second mechanical seal at such a high rate that, for example, in the case of a flammable barrier fluid, a ratio of the barrier fluid and the supplied air is selected such that no ignitable mixture can form and this mixture can then be released safely, for example via a flare system, or can be burned catalytically.
  • the mechanical seal arrangement further comprises a second mechanical seal arranged in series with the first mechanical seal as a safety seal, which has a rotating mechanical ring and a stationary mechanical ring, which define a sealing gap between their sliding surfaces, wherein an intermediate space is connected in a fluid-connecting manner to the first and second mechanical seals, wherein at least one of the mechanical rings of the second mechanical seal has a conveying arrangement on a uniform surface in order to supply an additional barrier fluid into a barrier space which is arranged on the second mechanical seal.
  • the barrier space is separated from the intermediate space between the first and second mechanical seals by a further additional seal, preferably a labyrinth seal.
  • the additional barrier fluid is preferably nitrogen.
  • the conveying arrangement in one of the mechanical rings of the second mechanical seal conveys the additional barrier fluid from the barrier space through the sealing gap of the second mechanical seal to the atmospheric region. Since nitrogen is used as the additional barrier fluid, it can be prevented that a component that is harmful to the environment can reach the atmosphere.
  • a fourth pressure in the barrier chamber is greater than a fifth pressure in the space between the first and second mechanical seal. The additional barrier fluid therefore flows via the additional seal from the barrier chamber to the space.
  • the mechanical seal arrangement further comprises a second mechanical seal arranged in series with the first mechanical seal as a safety seal.
  • the second mechanical seal comprises a stationary seal ring which has a through-opening through which an additional barrier fluid can flow through the through-opening to the sealing gap of the second mechanical seal. can be conveyed.
  • the second mechanical seal is constructed in the same way as the first mechanical seal, so that the additional sealing fluid can be guided into the space between the first and second mechanical seals through the conveying arrangement of the second mechanical seal. Due to the pressure build-up in the sealing gap of the second mechanical seal through the conveying arrangement, the pressure of the additional sealing fluid in front of the through opening can be very low and only small amounts of the additional sealing fluid or no amounts can reach the atmosphere side.
  • the mechanical seal arrangement further preferably comprises a check valve which is arranged in the barrier fluid line.
  • the check valve is arranged in the barrier fluid line as close as possible to the antechamber of the stationary mechanical seal, in particular such that no further devices are present between the check valve and the antechamber.
  • the check valve prevents fluid from flowing back from the antechamber in the direction of the source of the barrier fluid and protects components of the barrier fluid supply from high pressure in the event of a failure of the mechanical seal direction.
  • the mechanical seal arrangement is preferably a gas-lubricated mechanical seal arrangement.
  • the additional sealing gas is preferably nitrogen, which is obtained from the ambient air using a nitrogen generator. Since the additional sealing fluid only needs to have a low pressure, since the main pressure generation for the sealing fluid takes place through the conveying arrangement in the sealing gap of the mechanical seal, only a very small amount of additional sealing fluid is used.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement according to a third embodiment of the invention.
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement according to a fourth embodiment of the invention.
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement according to a fifth embodiment of the invention.
  • a mechanical seal arrangement 1 according to a first preferred embodiment of the invention is described in detail below with reference to Fig. 1.
  • the mechanical seal arrangement 1 comprises a mechanical seal
  • a sealing gap 5 is defined between the first and second sliding surfaces.
  • a through-opening 40 is arranged in the stationary sliding ring 4 and is designed to supply a barrier fluid into the sealing gap 5 between the sliding surfaces of the sliding rings.
  • the through-opening 40 runs in a straight line from a rear side of the stationary sliding ring to the sealing gap 5.
  • the through-opening 40 has an opening 41 directed towards the sealing gap.
  • the mouth 41 on the sealing gap 5 divides the latter into a first annular sealing gap region 51 and a second annular sealing gap region 52.
  • the first annular sealing gap region 51 is arranged radially outside the mouth 41 and the second annular sealing gap region 52 is arranged radially inside the mouth 41.
  • the rotating slide ring 3 is connected to a shaft 13 running in the axial direction X-X by means of a slide ring carrier 31.
  • the slide ring seal 2 seals a product area 16 from an atmospheric area 17 on the shaft 13.
  • the shaft 13 drives a compressor 15, which is sealed from the atmospheric area 17 by means of the slide ring seal arrangement 1.
  • the stationary sliding ring 4 is arranged on a housing 14.
  • a conveyor arrangement 6 is arranged.
  • the conveyor arrangement 6 is provided in the first sealing gap region 51 of the sealing gap.
  • the conveyor arrangement 6 comprises a plurality of conveyor grooves 61.
  • the conveyor grooves 61 are arranged along the circumference at the same distance from one another and are geometrically constructed in the same way. As can be seen from Fig. 1, a depth of the conveyor grooves 61 changes in such a way that the depth decreases radially outwards.
  • the conveyor grooves 61 can be straight or sickle-shaped.
  • the rotating sliding ring 3 has a groove arrangement 9 for reducing a flow of barrier fluid in the direction of the atmospheric region 17.
  • the groove arrangement 9 is preferably a circumferential annular groove with a constant, rectangular cross-section, or alternatively with any other arbitrary geometric cross-section.
  • an antechamber 8 is provided on a rear side 4b of the stationary sliding ring 4.
  • the sealing fluid is supplied to the antechamber 8 via a sealing fluid line 10, which branches off from the medium area 16 of the compressor.
  • a cleaning unit 11 and a pressure reducer 12 are arranged in series in the sealing fluid line 10 for cleaning the possibly contaminated medium to be sealed.
  • the pressure reducer 12 is designed to reduce the medium under high pressure P3 to a low second pressure P2.
  • the barrier fluid is conveyed radially outwards in the direction of a pressure chamber 7.
  • a first pressure P1 prevails in the pressure chamber 7.
  • the second pressure P2 in the anteroom 8 is slightly greater than the atmospheric pressure PO in the atmospheric region 17.
  • the second pressure P2 is a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, preferably a maximum of 2% greater than the atmospheric pressure PO. It should be noted that it is theoretically also possible for the second pressure P2 to be a pressure below the atmospheric pressure PO.
  • the stationary sliding ring 4 is sealed against the housing 14 by means of a first secondary seal 71 and a second secondary seal 72. Only the first secondary seal 71 on the stationary sliding ring is subjected to pressure from the pressure chamber 7, so that very good axial mobility of the stationary sliding ring 4 is ensured.
  • the rotating sliding ring 3 is sealed at the back by means of a third secondary seal 73 on the sliding ring carrier 31.
  • the function of the mechanical seal arrangement according to the invention is as follows. Barrier fluid is branched off from the medium region 16 via the barrier fluid line 10 to the antechamber 8 and reduced from the third pressure P3 to the second pressure P2. The barrier medium then flows from the antechamber 8 through the through opening 40 into the sealing gap 5. Due to the rotation of the rotating slide ring 3, most of the barrier fluid supplied to the sealing gap is conveyed radially outwards. The conveying arrangement increases the pressure of the barrier fluid, which is conveyed radially outwards into the pressure chamber 7, preferably by a factor of 50 or more.
  • the groove arrangement 9 prevents large quantities of barrier fluid, which has a similar pressure level to the atmospheric pressure PO due to the low second pressure P2, from flowing radially inwards towards the atmospheric region 17. This is mainly achieved by the blocking groove arrangement 9 in the rotating slide ring.
  • the groove arrangement 9 can be designed such that during operation no barrier fluid flows via the second sealing gap region 52 in the direction of the atmospheric region 17.
  • the mechanical seal arrangement 1 according to the invention thus has a very compact design. A separate additional sealing fluid device is not necessary since the medium to be sealed can be used as the sealing fluid.
  • a reservoir 18 connected to the barrier fluid line 10 is provided.
  • the reservoir 18 stores barrier fluid under pressure and forms an emergency reserve of barrier fluid to replace the barrier fluid missing from the medium area 16. Since the mechanical seal arrangement according to the invention only uses very little barrier fluid due to the very low second pressure P2, operation can be maintained for several hours or days using the barrier fluid stored in the reservoir 18.
  • the reservoir 18 can therefore be designed to be very small and is preferably a gas bottle, in particular filled with nitrogen. The invention therefore also enables emergency operation without complex redundant devices.
  • a switching device 81 is provided at an opening of the connecting line between the reservoir 18 and the barrier fluid line 10, which can be designed as a 3/2-way valve, for example.
  • the switching device 81 prevents barrier fluid from flowing in the direction of the medium region 16 when it is taken from the reservoir 18.
  • a check valve 80 is also arranged in the barrier fluid line 10.
  • the check valve 80 prevents the barrier fluid from flowing back from the antechamber 8 in the direction of the medium region 16.
  • the check valve 80 is arranged in the barrier fluid line 10 in such a way that no further devices are arranged in the barrier fluid line 10 between the antechamber 8 and the check valve 80. In other words, the check valve 80 is in direct fluid communication with the antechamber 8.
  • the blocking direction of the check valve 80 is thus opposite to the usual conveying direction in the blocking fluid line 10 (see arrows in Fig. 1).
  • the mechanical seal arrangement 1 can ensure that, due to the use of the medium to be sealed as a sealing gas, sealing is also possible in closed circuits with coolant using a process-compatible sealing fluid. Since the sealing fluid may be critical for the environment, the very low pressure level P2, which is close to the atmospheric pressure PO, can also prevent the sealing fluid from flowing out inadmissibly to the atmospheric region 17. If the second pressure P2 is below the atmospheric pressure PO, a flow reversal can even be achieved in the second sealing gap region 52, so that air is sucked into the sealing gap 5 via the second sealing gap region 52 and leakage of the sealing fluid into the environment can thus be reliably prevented.
  • Fig. 2 shows a mechanical seal arrangement 1 according to a second embodiment of the invention.
  • a sealing fluid obtained from ambient air is used. This can be done, for example, by means of a nitrogen generator 28, so that nitrogen is supplied as a sealing fluid to the antechamber 8. Since the second pressure P2 is close to the atmospheric pressure PO and is only minimally greater than the atmospheric pressure PO, no additional, energy-consuming compression of the sealing fluid needs to be provided. Furthermore, in contrast to the first embodiment, in the second embodiment the conveying arrangement 6 is provided with a row of first conveying grooves 61 in the rotating mechanical seal 3 and a row of second conveying grooves 62 in the stationary mechanical seal 4.
  • Fig. 3 shows a mechanical seal arrangement 1 according to a third embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are again designated with the same reference numerals as in the first embodiment.
  • the mechanical seal arrangement 1 of the third embodiment comprises a second mechanical seal 20 as a safety seal.
  • the first mechanical seal 2 and the second mechanical seal 20 are arranged in series on the shaft 13 in order to seal a medium region 16 from the atmospheric region 17 on the shaft 13.
  • a gap 19 is provided between the first and second mechanical seal on the shaft.
  • the second mechanical seal 20 comprises a rotating sliding ring 21 and a stationary sliding ring 22, which is arranged axially movable on the housing 14.
  • a sealing gap 23 is arranged in a known manner between the rotating and the stationary sliding ring.
  • the rotating sliding ring 21 is connected to the shaft 13 by means of a sliding ring carrier 21a.
  • a conveying arrangement 24 with a plurality of conveying grooves provided along the circumference is arranged in the rotating slide ring 21.
  • the conveying arrangement 24 ensures during rotation that air is conveyed from the atmospheric region 17 via the sealing gap 23 to the intermediate space 19 and thus no leakage can occur via the sealing gap 23 of the second mechanical seal 20 in the direction of the atmospheric region 17. a pressure increase by the conveying arrangement 24 to a pressure greater than the atmospheric pressure PO.
  • the first mechanical seal 2 is constructed in the same way as described in the first embodiment.
  • the intermediate space 19 is in fluid communication with the second sealing gap region 52 and the sealing gap 23, so that in the intermediate space 19 a mixing of the air supplied via the second mechanical seal 20 and the very slight leakage via the second sealing gap region 52 takes place.
  • This can prevent, for example, if the air is conveyed at a high rate via the second mechanical seal 20, a mixing of the minimal leakage and the air at the first mechanical seal 2 in the case of a flammable barrier fluid, so that no ignitable mixture is formed by the dilution.
  • the mixture can then be safely discharged to a flare system 100, for example.
  • the medium to be sealed as the barrier fluid, as in the first embodiment, or alternatively another barrier fluid.
  • a reservoir 18 filled with a barrier fluid is again provided. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiments, so that reference can be made to the description given there.
  • Fig. 4 shows a mechanical seal arrangement 1 according to a fourth embodiment of the invention, wherein again identical or functionally identical parts are designated by the same reference numerals as in the first embodiment.
  • the fourth embodiment essentially corresponds to the third embodiment and also has a second mechanical seal 20 as a safety seal.
  • a second barrier fluid line 25 is also provided here, which supplies a second barrier fluid into a barrier chamber 27 in front of the second mechanical seal 20.
  • the second barrier fluid line 25 is separated from the first barrier fluid line 10.
  • the second mechanical seal 20 comprises a conveying arrangement 24 in the rotating slide ring 21, which leads radially inwards so that the second barrier fluid can be conveyed from the second barrier fluid line 25 through the sealing gap 23 to the atmospheric region 17.
  • the second barrier fluid is thus a medium that is harmless to the atmosphere.
  • an additional seal is provided between the blocking chamber 27 and the intermediate space 19 between the first mechanical seal 2 and the second mechanical seal 20, which is designed as a labyrinth seal 26.
  • the second blocking fluid can be nitrogen or air.
  • a fourth pressure P4 in the blocking chamber 27 is greater than a fifth pressure P5 in the intermediate space 19. This prevents a medium that may have leaked into the intermediate space 19 from atmosphere. The media mixture can thus be diverted from the intermediate space 19 to a flare system 100.
  • the first mechanical seal 2 corresponds again to the mechanical seal described in the first embodiment. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiments, so that reference can be made to the description given there.
  • Fig. 5 shows a mechanical seal arrangement 1 according to a fifth embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are again designated with the same reference numerals as in the previous embodiments.
  • the fifth embodiment essentially corresponds to the fourth embodiment, with the second seal 20 being designed differently from the fourth embodiment.
  • the second mechanical seal 20 is constructed in the same way as the first mechanical seal 2.
  • the reference numerals of the second mechanical seal are the same as in the first mechanical seal, but marked with an apostrophe.
  • Second barrier fluid is fed via the second barrier fluid line 25 to the rear of the stationary slide ring 4' into the through opening 40'.
  • the through opening 40' opens at the mouth 4T on the sealing gap 5' between the stationary slide ring 4' and a rotating slide ring 3'.
  • a conveying arrangement 6' with conveying grooves 6T is provided on the rotating slide ring 3' on the first sealing gap region 5T.
  • a corresponding barrier groove arrangement 9' is provided on the second sealing gap region 52'.
  • the second barrier fluid is preferably nitrogen. As a result, any possible leakage can be easily discharged via the second sealing gap region 52' to the atmospheric region 17. Otherwise, this embodiment corresponds to the fourth embodiment, so that reference can be made

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Abstract

The invention relates to a mechanical face seal assembly (1) comprising: a mechanical face seal (2) having a rotating slide ring (3) and a stationary slide ring (4), which define a sealing gap (5) between their sliding surfaces; a through-opening (40) in the stationary slide ring (4), the through-opening being designed to guide a sealing fluid into the sealing gap (5) between the sliding surfaces; wherein the through-opening (40) has a mouth (41) directed toward the sealing gap, wherein at the sealing gap (5) the mouth of the through-opening (41) divides the sealing gap into a first annular sealing gap region (51) and a second annular sealing gap region (52), wherein in the first sealing gap region (51) a conveying arrangement (6) is arranged on at least one of the sliding-surface regions located there, wherein the conveying arrangement (6) is designed to convey sealing fluid, which is supplied via the through-opening, into a pressure chamber (7) in which there is a first pressure P1, and wherein in a pre-chamber (8) adjacent to the stationary slide ring (4), through which pre-chamber the sealing fluid is supplied to the through-opening (40), there is a second pressure P2 which is less than the first pressure P1.

Description

Gleitringdichtungsanordnung Mechanical seal arrangement
Beschreibung Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer um Größenordnungen reduzierten Leckage und reduziertem Sperrfluidverbrauch gegenüber den bisher bekannten Lösungen. The present invention relates to a mechanical seal arrangement with a leakage reduced by orders of magnitude and reduced barrier fluid consumption compared to the previously known solutions.
Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Um zu verhindern, dass das abzudichtende Medium über einen Dichtspalt zwischen Gleitringen einer Gleitringdichtung eine Leckage bildet, ist es bekannt, Sperrfluid zum Sperren der Gleitringdichtung zuzuführen. Einfach zugängliche Sperrfluide, wie beispielsweise Stickstoff, können jedoch bei bestimmten Dichtungsanwendungen für eine Sperrung nicht verwendet werden, da diese das abzudichtende Medium kontaminieren würden. Insbesondere ist bei geschlossenen Kreisen mit Kältemitteln, wie z.B. Propan oder Ammoniak, das Einbringen von Stickstoff durch die Leckage über den Dichtspalt immer kritisch. Es ist daher notwendig, dass Lösungen gefunden werden, welche derartige Medien sicher abdichten können. Mechanical seal arrangements are known in various designs from the prior art. In order to prevent the medium to be sealed from leaking through a sealing gap between the sliding rings of a mechanical seal, it is known to supply a sealing fluid to seal the mechanical seal. Easily accessible sealing fluids, such as nitrogen, cannot, however, be used for sealing in certain sealing applications, as they would contaminate the medium to be sealed. In particular, in closed circuits with coolants such as propane or ammonia, the introduction of nitrogen through the leak through the sealing gap is always critical. It is therefore necessary to find solutions that can reliably seal such media.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine reduzierte Leckage von Sperrfluid und reduzierten Sperrfluidverbrauch im Betrieb aufweist und auch schwierige Abdichtaufgaben erfüllt. The object of the present invention is to provide a mechanical seal arrangement which, with a simple structure and easy, cost-effective manufacture, has a reduced leakage of barrier fluid and reduced barrier fluid consumption during operation and also fulfils difficult sealing tasks.
Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by a mechanical seal arrangement having the features of claim 1. The subclaims show preferred developments of the invention.
Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine sichere Abdichtung bei einer sehr kompakten Bauform der Gleitringdichtung möglich ist. Hierbei wird ferner eine um Größenordnungen von insbesondere 102 oder grösser reduzierte Leckage erreicht. Auch kann ein Sperrfluidverbrauch signifikant verringert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Gleitringdichtungsanordnung es ermöglicht, einen Vorlagedruck des Sperrfluids sehr nahe an einen Druck einer Atmosphäre, insbesondere auf einem Druck von maximal doppeltem Atmosphärendruck, weiter insbesondere 10% über Atmosphärendruck oder sogar darunter zu halten. Hierbei umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden Gleitring und einem stationären Gleitring, welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt definieren. Am stationären Gleitring ist eine Durchgangsöffnung ausgebildet, welche eingerichtet ist, Sperrfluid in den Dichtspalt zwischen den Gleitflächen zu führen. Die Durchgangsöffnung weist dabei eine zum Dichtspalt gerichtete Mündung auf. Die Mündung der Durchgangsöffnung unterteilt dabei den Dichtspalt in einen ersten ringförmigen Dichtspaltbereich und einen zweiten ringförmigen Dichtspaltbereich. Im ersten Dichtspaltbereich ist an wenigstens einem der dort befindlichen Gleitflächenbereiche eine Förderanordnung angeordnet, welche eingerichtet ist, über die Durchgangsöffnung zugeführtes Sperrfluid in einen Druckraum zu fördern, in welchem ein erster Druck P1 herrscht. In einem Vorraum, welcher in Strömungsrichtung des Sperrfluids vor der Durchgangsöffnung an einer Rückseite des stationären Gleitrings liegt, und durch welchen Sperrfluid zur Durchgangsöffnung zugeführt wird, herrscht ein zweiter Druck P2, welcher kleiner als der erste Druck P1. The mechanical seal arrangement according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a secure seal is possible with a very compact design of the mechanical seal. In this case, a leakage reduced by orders of magnitude of 10 2 or more is also achieved. The consumption of barrier fluid can also be significantly reduced. This is achieved according to the invention in that the mechanical seal arrangement makes it possible to set a supply pressure of the barrier fluid very close to to maintain a pressure of one atmosphere, in particular at a pressure of a maximum of twice atmospheric pressure, more particularly 10% above atmospheric pressure or even below. The mechanical seal arrangement comprises a mechanical seal with a rotating sliding ring and a stationary sliding ring, which define a sealing gap between their sliding surfaces. A through opening is formed on the stationary sliding ring, which is designed to guide barrier fluid into the sealing gap between the sliding surfaces. The through opening has an opening directed towards the sealing gap. The opening of the through opening divides the sealing gap into a first annular sealing gap region and a second annular sealing gap region. In the first sealing gap region, on at least one of the sliding surface regions located there, a conveying arrangement is arranged, which is designed to convey barrier fluid supplied via the through opening into a pressure chamber in which a first pressure P1 prevails. In an antechamber which is located in front of the passage opening on a rear side of the stationary sliding ring in the flow direction of the barrier fluid and through which barrier fluid is supplied to the passage opening, there is a second pressure P2 which is lower than the first pressure P1.
Über den zweiten Dichtspaltbereich in Richtung zum Atmosphärenbereich oder alternativ zu einem Fackelsystem, strömt dann eine minimale Menge von Sperrgas, da nur eine minimale Druckdifferenz zwischen dem Bereich an der Mündung der Durchgangsöffnung und dem Atmosphärenbereich vorhanden ist. Somit ermöglicht die Erfindung auch eine signifikante Reduzierung der Sperrfluidmenge bei minimalem Bauraum. A minimal amount of sealing gas then flows through the second sealing gap area towards the atmospheric area or alternatively towards a flare system, since there is only a minimal pressure difference between the area at the mouth of the passage opening and the atmospheric area. The invention thus also enables a significant reduction in the amount of sealing fluid with minimal installation space.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass keine aufwendigen Versorgungssysteme für das Sperrfluid notwendig sind, da dieses mit einem sehr geringen Druck nahe dem Atmosphärendruck zugeführt werden kann. A further advantage of the invention is that no complex supply systems for the barrier fluid are necessary, since this can be supplied at a very low pressure close to atmospheric pressure.
Vorzugsweise umfasst die Förderanordnung, die an wenigstens einem der Gleitringe angeordnet ist, eine Vielzahl von Fördernuten. Die Fördernuten sind vorzugsweise sichelförmig und vorzugsweise mit in Radialrichtung sich ändernder Tiefe ausgebildet. Preferably, the conveying arrangement, which is arranged on at least one of the sliding rings, comprises a plurality of conveying grooves. The conveying grooves are preferably sickle-shaped and preferably designed with a depth that changes in the radial direction.
Besonders bevorzugt sind in beiden Gleitflächen des rotierenden und stationären Gleitrings jeweils Fördernuten angeordnet. Particularly preferably, conveying grooves are arranged in both sliding surfaces of the rotating and stationary sliding rings.
Um möglichst zu verhindern, dass Sperrfluid in Richtung zur Atmosphärenseite oder zu einem Fackelsystem über den zweiten Dichtspaltbereich im Dichtspalt der Gleitringdichtung strömen kann, weist der zweite Dichtspaltbereich vorzugsweise an wenigstens einem der Gleitringe eine Nutanordnung zur Reduzierung einer Durchströmung von Sperrfluid auf. Die Nutanordnung ist vorzugsweise eine umlaufende Sperrnut mit konstanter Tiefe oder sich ändernder Tiefe. Besonders bevorzugt ist der zweite Dichtspaltbereich radial innerhalb der Mündung der Durchgangsöffnung im stationären Gleitring angeordnet. In order to prevent as far as possible that barrier fluid can flow in the direction of the atmosphere side or to a flare system via the second sealing gap area in the sealing gap of the mechanical seal, the second sealing gap area preferably has a groove arrangement on at least one of the sliding rings to reduce the flow of barrier fluid. The groove arrangement is preferably a circumferential barrier groove with a constant depth or a changing depth. Particularly preferably, the second sealing gap region is arranged radially inside the mouth of the through opening in the stationary sliding ring.
Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine Sperrfluidleitung, welche von einem Druckbereich des abzudichtenden Mediums zum Vorraum am stationären Gleitring führt. Der Vorraum ist vorzugsweise an einer Rückseite des stationären Gleitrings vorgesehen. Somit kann als Sperrfluid das abzudichtende Medium verwendet werden, wodurch die Kosten für das Sperrfluid und notwendige Anlagekosten für die Sperrfluidanordnung weiter reduziert werden können. The mechanical seal arrangement further preferably comprises a barrier fluid line which leads from a pressure region of the medium to be sealed to the antechamber on the stationary mechanical seal ring. The antechamber is preferably provided on a rear side of the stationary mechanical seal ring. The medium to be sealed can thus be used as the barrier fluid, whereby the costs for the barrier fluid and necessary system costs for the barrier fluid arrangement can be further reduced.
Bevorzugt ist der zweite Druck P2 im Vorraum kleiner als ein dritter Druck P3 im Druckbereich des abzudichtenden Mediums. Die Druckreduzierung vom dritten Druck P3 zum zweiten Druck P2 kann durch geeignete Vorrichtungen, beispielsweise Druckreduzierer oder dgl. , erfolgen. Weiter bevorzugt ist auch eine Reinigungsvorrichtung in der Sperrfluidleitung angeordnet, um das Sperrfluid zu reinigen. Dadurch werden Verunreinigungen, welche bei Verwendung des abzudichtenden Mediums als Sperrfluid an der Gleitringdichtung einen Schaden anrichten könnten, aus dem Sperrfluid entfernt. Preferably, the second pressure P2 in the antechamber is lower than a third pressure P3 in the pressure range of the medium to be sealed. The pressure reduction from the third pressure P3 to the second pressure P2 can be carried out by suitable devices, for example pressure reducers or the like. It is also preferred that a cleaning device is arranged in the barrier fluid line in order to clean the barrier fluid. This removes impurities from the barrier fluid that could cause damage to the mechanical seal when the medium to be sealed is used as the barrier fluid.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner einen Speicher, welcher mit unter Druck stehendem Sperrfluid gefüllt ist und welcher in Fluidverbindung mit dem Vorraum bringbar ist. Der Speicher dient als Sicherheitseinrichtung, um der Gleitringdichtung bei einem Ausfall des eigentlichen Sperrfluids oder einer Wartung an einer Filtereinheit weiter Sperrfluid zuführen zu können. Da durch die Erfindung der Verbrauch an Sperrfluid signifikant reduziert ist, kann der Speicher sehr klein ausgelegt werden. Der Speicher ist vorzugsweise eine Stickstoffflasche. Trotz eines derartig kleinen Speichers, wie beispielsweise der Stickstoffflasche mit kleinem Volumen, kann der Betrieb der Gleitringdichtung noch über einen längeren Zeitraum, insbesondere mehrere Stunden oder Tage, aufgrund des geringen Sperrfluidverbrauchs aufrechterhalten werden, um beispielsweise bei einer Störung ein Auslaufen der Maschine, in der die Gleitringdichtung abdichtet, zu ermöglichen. According to a further preferred embodiment of the invention, the mechanical seal arrangement further comprises a reservoir which is filled with pressurized barrier fluid and which can be brought into fluid communication with the antechamber. The reservoir serves as a safety device in order to be able to continue to supply barrier fluid to the mechanical seal in the event of a failure of the actual barrier fluid or maintenance on a filter unit. Since the consumption of barrier fluid is significantly reduced by the invention, the reservoir can be designed to be very small. The reservoir is preferably a nitrogen bottle. Despite such a small reservoir, such as the nitrogen bottle with a small volume, the operation of the mechanical seal can still be maintained over a longer period of time, in particular several hours or days, due to the low barrier fluid consumption, in order to enable the machine in which the mechanical seal seals to stop, for example in the event of a malfunction.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner einen Stickstofferzeuger, welcher eingerichtet ist, Stickstoff als Sperrfluid aus der Luft zu erzeugen und zum Vorraum am stationären Gleitring zuzuführen. Aufgrund des niedrigen Sperrfluidverbrauchs kann der Stickstofferzeuger sehr klein dimensioniert werden. Vorzugsweise ist der Stickstofferzeuger mittels eines Rückschlagventils vor zu hohem Druck geschützt. According to an alternative embodiment of the invention, the mechanical seal arrangement further comprises a nitrogen generator which is designed to generate nitrogen as a barrier fluid from the air and to supply it to the antechamber on the stationary mechanical seal ring. Due to the low barrier fluid consumption, the nitrogen generator can be dimensioned very small. The nitrogen generator is preferably protected from excessive pressure by means of a check valve.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner eine in Reihe zur ersten Gleitringdichtung angeordnete zweite Gleitringdichtung als Sicherheitsdichtung. Die Sicherheitsdichtung umfasst einen rotierenden und einen stationären Gleitring, welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt definieren. Ein Zwischenraum ist in fluidverbindender Weise mit der ersten und zweiten Gleitringdichtung verbunden. Wenigstens einer der Gleitringe der zweiten Gleitringdichtung weist eine Förderanordnung an einer Gleitfläche auf, um Luft aus einem Atmosphärenbereich durch den Dichtspalt der zweiten Gleitringdichtung in den Zwischenraum zu fördern. Vom Zwischenraum geht vorzugsweise eine Abzweigleitung zu einem Fackelsystem oder dgl. ab. According to a further preferred embodiment of the invention, the mechanical seal arrangement further comprises a second mechanical seal as a safety seal. The safety seal comprises a rotating and a stationary mechanical seal, which define a sealing gap between their sliding surfaces. An intermediate space is connected to the first and second mechanical seal in a fluid-connecting manner. At least one of the mechanical seals of the second mechanical seal has a conveying arrangement on a sliding surface in order to convey air from an atmospheric region through the sealing gap of the second mechanical seal into the intermediate space. A branch line to a flare system or the like preferably leads off from the intermediate space.
Dies hat weiterhin den Vorteil, dass Luft mit einer so hohen Rate durch die zweite Gleitringdichtung in den Zwischenraum eingefördert werden kann, dass z.B. im Falle von einem brennbaren Sperrfluid ein Verhältnis des Sperrfluids und der zugeführten Luft derart gewählt wird, dass kein zündfähiges Gemisch entstehen kann und dieses Gemisch dann gefahrlos beispielsweise über ein Fackelsystem abgegeben werden kann oder katalytisch verbrannt werden kann. This also has the advantage that air can be fed into the intermediate space through the second mechanical seal at such a high rate that, for example, in the case of a flammable barrier fluid, a ratio of the barrier fluid and the supplied air is selected such that no ignitable mixture can form and this mixture can then be released safely, for example via a flare system, or can be burned catalytically.
Weiter alternativ umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine in Reihe zur ersten Gleitringdichtung angeordnete zweite Gleitringdichtung als Sicherheitsdichtung, welche einen rotierenden Gleitring und einen stationären Gleitring aufweist, welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt definieren, wobei ein Zwischenraum in fluidverbindender Weise mit der ersten und zweiten Gleitringdichtung verbunden ist, wobei wenigstens einer der Gleitringe der zweiten Gleitringdichtung eine Förderanordnung an einer Gleichfläche aufweist, um ein Zusatzsperrfluid in einen Sperrraum zuzuführen, welcher an der zweiten Gleitringdichtung angeordnet ist. Der Sperrraum ist vom Zwischenraum zwischen der ersten und zweiten Gleitringdichtung durch eine weitere zusätzliche Dichtung, vorzugsweise eine Labyrinthdichtung, getrennt. Das Zusatzsperrfluid ist dabei vorzugsweise Stickstoff. Die Förderanordnung in einem der Gleitringe der zweiten Gleitringdichtung fördert dabei das Zusatzsperrfluid aus dem Sperrraum durch den Dichtspalt der zweiten Gleitringdichtung zum Atmosphärenbereich. Da als Zusatzsperrfluid Stickstoff verwendet werden, kann hierbei verhindert werden, dass ein für die Umwelt schädlicher Bestanteil an die Atmosphäre gelangen kann. Ein vierter Druck im Sperrraum ist dabei größer als ein fünfter Druck im Zwischenraum zwischen der ersten und zweiten Gleitringdichtung. Somit strömt das Zusatzsperrfluid über die zusätzliche Dichtung vom Sperrraum zum Zwischenraum. As an alternative, the mechanical seal arrangement further comprises a second mechanical seal arranged in series with the first mechanical seal as a safety seal, which has a rotating mechanical ring and a stationary mechanical ring, which define a sealing gap between their sliding surfaces, wherein an intermediate space is connected in a fluid-connecting manner to the first and second mechanical seals, wherein at least one of the mechanical rings of the second mechanical seal has a conveying arrangement on a uniform surface in order to supply an additional barrier fluid into a barrier space which is arranged on the second mechanical seal. The barrier space is separated from the intermediate space between the first and second mechanical seals by a further additional seal, preferably a labyrinth seal. The additional barrier fluid is preferably nitrogen. The conveying arrangement in one of the mechanical rings of the second mechanical seal conveys the additional barrier fluid from the barrier space through the sealing gap of the second mechanical seal to the atmospheric region. Since nitrogen is used as the additional barrier fluid, it can be prevented that a component that is harmful to the environment can reach the atmosphere. A fourth pressure in the barrier chamber is greater than a fifth pressure in the space between the first and second mechanical seal. The additional barrier fluid therefore flows via the additional seal from the barrier chamber to the space.
Gemäß einer weiteren bevorzugten alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist die Gleitringdichtungsanordnung ferner eine in Reihe zur ersten Gleitringdichtung angeordnete zweite Gleitringdichtung als Sicherheitsdichtung auf. Die zweite Gleitringdichtung umfasst einen stationären Gleitring, welcher eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche ein Zusatzsperrfluid durch die Durchgangsöffnung zum Dichtspalt der zweiten Gleitringdichtung gefördert werden kann. Die zweite Gleitringdichtung ist dabei gleich wie die erste Gleitringdichtung aufgebaut, so dass durch die Förderanordnung der zweiten Gleitringdichtung das Zusatzsperrfluid in den Zwischenraum zwischen der ersten und zweiten Gleitringdichtung geführt werden kann. Aufgrund des Druckaufbaus im Dichtspalt der zweiten Gleitringdichtung durch die Förderanordnung wird wieder erreicht, dass ein Druck des Zusatzsperrfluids vor der Durchgangsöffnung sehr klein sein kann und nur geringe Mengen des Zusatzsperrfluids oder keine Mengen zur Atmosphärenseite gelangen können. According to a further preferred alternative embodiment of the invention, the mechanical seal arrangement further comprises a second mechanical seal arranged in series with the first mechanical seal as a safety seal. The second mechanical seal comprises a stationary seal ring which has a through-opening through which an additional barrier fluid can flow through the through-opening to the sealing gap of the second mechanical seal. can be conveyed. The second mechanical seal is constructed in the same way as the first mechanical seal, so that the additional sealing fluid can be guided into the space between the first and second mechanical seals through the conveying arrangement of the second mechanical seal. Due to the pressure build-up in the sealing gap of the second mechanical seal through the conveying arrangement, the pressure of the additional sealing fluid in front of the through opening can be very low and only small amounts of the additional sealing fluid or no amounts can reach the atmosphere side.
Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ein Rückschlagventil, welches in der Sperrfluidleitung angeordnet ist. Das Rückschlagventil ist dabei in der Sperrfluidleitung möglichst nahe am Vorraum des stationären Gleitrings angeordnet, insbesondere derart, dass keine weiteren Einrichtungen zwischen dem Rückschlagventil und dem Vorraum vorhanden sind. Das Rückschlagventil verhindert dabei ein Rückströmen von Fluid aus dem Vorraum in Richtung der Quelle des Sperrfluids und schützt Komponenten der Sperrfluidzuführung im Falle eines Versagens der Gleitringrichtung vor hohem Druck. The mechanical seal arrangement further preferably comprises a check valve which is arranged in the barrier fluid line. The check valve is arranged in the barrier fluid line as close as possible to the antechamber of the stationary mechanical seal, in particular such that no further devices are present between the check valve and the antechamber. The check valve prevents fluid from flowing back from the antechamber in the direction of the source of the barrier fluid and protects components of the barrier fluid supply from high pressure in the event of a failure of the mechanical seal direction.
Vorzugsweise ist die Gleitringdichtungsanordnung eine gasgeschmierte Gleitringdichtungsanordnung. Das Zusatzsperrgas ist vorzugsweise Stickstoff, welcher aus der Umgebungsluft mittels eines Stickstofferzeugers gewonnen wird. Da das Zusatzsperrfluid nur einen geringen Druck aufweisen muss, da die Hauptdruckerzeugung für das Sperrfluid durch die Förderanordnung im Dichtspalt der Gleitringdichtung erfolgt, wird auch nur eine sehr geringe Menge an Zusatzsperrfluid verbraucht. The mechanical seal arrangement is preferably a gas-lubricated mechanical seal arrangement. The additional sealing gas is preferably nitrogen, which is obtained from the ambient air using a nitrogen generator. Since the additional sealing fluid only needs to have a low pressure, since the main pressure generation for the sealing fluid takes place through the conveying arrangement in the sealing gap of the mechanical seal, only a very small amount of additional sealing fluid is used.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: Preferred embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawing. In the drawing:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 1 is a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement according to a first embodiment of the invention,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 is a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement according to a second embodiment of the invention,
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 3 is a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement according to a third embodiment of the invention,
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 4 is a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement according to a fourth embodiment of the invention, and
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Fig. 5 is a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement according to a fifth embodiment of the invention. A mechanical seal arrangement 1 according to a first preferred embodiment of the invention is described in detail below with reference to Fig. 1.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine GleitringdichtungAs can be seen from Fig. 1, the mechanical seal arrangement 1 comprises a mechanical seal
2 mit einem rotierenden Gleitring 3 mit einer ersten Gleitfläche 3a und einem stationären Gleitring 4 mit einer zweiten Gleitfläche 4a. Zwischen der ersten und zweiten Gleitfläche ist ein Dichtspalt 5 definiert. 2 with a rotating sliding ring 3 with a first sliding surface 3a and a stationary sliding ring 4 with a second sliding surface 4a. A sealing gap 5 is defined between the first and second sliding surfaces.
Im stationären Gleitring 4 ist eine Durchgangsöffnung 40 angeordnet, welche eingerichtet ist, ein Sperrfluid in den Dichtspalt 5 zwischen den Gleitflächen der Gleitringe zuzuführen. Die Durchgangsöffnung 40 verläuft dabei geradlinig von einer Rückseite des stationären Gleitrings zum Dichtspalt 5. Am Dichtspalt 5 weist die Durchgangsöffnung 40 eine zum Dichtspalt gerichtete Mündung 41 auf. A through-opening 40 is arranged in the stationary sliding ring 4 and is designed to supply a barrier fluid into the sealing gap 5 between the sliding surfaces of the sliding rings. The through-opening 40 runs in a straight line from a rear side of the stationary sliding ring to the sealing gap 5. At the sealing gap 5, the through-opening 40 has an opening 41 directed towards the sealing gap.
Die Mündung 41 am Dichtspalt 5 unterteilt diesen in einen ersten ringförmigen Dichtspaltbereich 51 und einen zweiten ringförmigen Dichtspaltbereich 52. Der erste ringförmige Dichtspaltbereich 51 ist in diesem Ausführungsbeispiel radial außerhalb der Mündung 41 angeordnet und der zweite ringförmige Dichtspaltbereich 52 ist radial innerhalb der Mündung 41 angeordnet. The mouth 41 on the sealing gap 5 divides the latter into a first annular sealing gap region 51 and a second annular sealing gap region 52. In this embodiment, the first annular sealing gap region 51 is arranged radially outside the mouth 41 and the second annular sealing gap region 52 is arranged radially inside the mouth 41.
Der rotierende Gleitring 3 ist mittels eines Gleitringträgers 31 mit einer in Axialrichtung X-X verlaufenden Welle 13 verbunden. Die Gleitringdichtung 2 dichtet dabei einen Produktbereich 16 von einem Atmosphärenbereich 17 an der Welle 13 ab. In diesem Ausführungsbeispiel treibt die Welle 13 einen Verdichter 15 an, welcher mittels der Gleitringdichtungsanordnung 1 gegenüber dem Atmosphärenbereich 17 abgedichtet wird. The rotating slide ring 3 is connected to a shaft 13 running in the axial direction X-X by means of a slide ring carrier 31. The slide ring seal 2 seals a product area 16 from an atmospheric area 17 on the shaft 13. In this embodiment, the shaft 13 drives a compressor 15, which is sealed from the atmospheric area 17 by means of the slide ring seal arrangement 1.
Der stationären Gleitring 4 ist an einem Gehäuse 14 angeordnet. The stationary sliding ring 4 is arranged on a housing 14.
Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist an der ersten Gleitfläche 3a des rotierenden GleitringsAs can be seen from Fig. 1, on the first sliding surface 3a of the rotating sliding ring
3 eine Förderanordnung 6 angeordnet. Die Förderanordnung 6 ist dabei im ersten Dichtspaltbereich 51 des Dichtspalts vorgesehen. Die Förderanordnung 6 umfasst eine Vielzahl von Fördernuten 61. Die Fördernuten 61 sind entlang des Umfangs mit gleichem Abstand voneinander angeordnet und geometrisch gleich aufgebaut. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ändert sich eine Tiefe der Fördernuten 61 derart, dass die Tiefe radial nach außen abnimmt. Die Fördernuten 61 können geradlinig oder sichelförmig ausgebildet sein. 3 a conveyor arrangement 6 is arranged. The conveyor arrangement 6 is provided in the first sealing gap region 51 of the sealing gap. The conveyor arrangement 6 comprises a plurality of conveyor grooves 61. The conveyor grooves 61 are arranged along the circumference at the same distance from one another and are geometrically constructed in the same way. As can be seen from Fig. 1, a depth of the conveyor grooves 61 changes in such a way that the depth decreases radially outwards. The conveyor grooves 61 can be straight or sickle-shaped.
Am zweiten Dichtspaltbereich 52 weist der rotierende Gleitring 3 eine Nutanordnung 9 zur Reduzierung einer Strömung von Sperrfluid in Richtung zum Atmosphärenbereich 17 auf. Die Nutanordnung 9 ist vorzugsweise eine umlaufende Ringnut mit konstantem, rechteckigen Querschnitt, oder alternativ mit einem anderen beliebigen geometrischen Querschnitt. Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist an einer Rückseite 4b des stationären Gleitrings 4 ein Vorraum 8 vorgesehen. Das Sperrfluid wird dem Vorraum 8 über eine Sperrfluidleitung 10, welche von dem Mediumbereich 16 des Verdichters abzweigt, zugeführt. In der Sperrfluidleitung 10 ist zur Reinigung des möglicherweise verunreinigten abzudichtenden Mediums eine Reinigungseinheit 11 und in Reihe ein Druckreduzierer 12 angeordnet. Der Druckreduzierer 12 ist eingerichtet, das unter hohem Druck P3 stehende Medium auf einen niedrigen zweiten Druck P2 zu reduzieren. At the second sealing gap region 52, the rotating sliding ring 3 has a groove arrangement 9 for reducing a flow of barrier fluid in the direction of the atmospheric region 17. The groove arrangement 9 is preferably a circumferential annular groove with a constant, rectangular cross-section, or alternatively with any other arbitrary geometric cross-section. As can also be seen from Fig. 1, an antechamber 8 is provided on a rear side 4b of the stationary sliding ring 4. The sealing fluid is supplied to the antechamber 8 via a sealing fluid line 10, which branches off from the medium area 16 of the compressor. A cleaning unit 11 and a pressure reducer 12 are arranged in series in the sealing fluid line 10 for cleaning the possibly contaminated medium to be sealed. The pressure reducer 12 is designed to reduce the medium under high pressure P3 to a low second pressure P2.
Mittels der Förderanordnung 6 im rotierenden Gleitring 3 wird das Sperrfluid radial nach außen in Richtung zu einem Druckraum 7 gefördert. Im Druckraum 7 herrscht dabei ein erster Druck P1. By means of the conveying arrangement 6 in the rotating sliding ring 3, the barrier fluid is conveyed radially outwards in the direction of a pressure chamber 7. A first pressure P1 prevails in the pressure chamber 7.
Der zweite Druck P2 im Vorraum 8 ist etwas größer als der Atmosphärendruck PO im Atmosphärenbereich 17. Vorzugsweise ist der zweite Druck P2 um maximal 10%, vorzugsweise um maximal 5%, vorzugsweise maximal 2% größer als der Atmosphärendruck PO. Es sei angemerkt, dass es theoretisch auch möglich ist, dass der zweite Druck P2 ein Druck unterhalb des Atmosphärendrucks PO ist. The second pressure P2 in the anteroom 8 is slightly greater than the atmospheric pressure PO in the atmospheric region 17. Preferably, the second pressure P2 is a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, preferably a maximum of 2% greater than the atmospheric pressure PO. It should be noted that it is theoretically also possible for the second pressure P2 to be a pressure below the atmospheric pressure PO.
Der stationären Gleitring 4 ist mittels einer ersten Nebendichtung 71 und einer zweiten Nebendichtung 72 gegenüber dem Gehäuse 14 abgedichtet. Dabei ist nur die erste Nebendichtung 71 am stationären Gleitring druckbelastet aus dem Druckraum 7, so dass eine sehr gute axiale Bewegbarkeit des stationären Gleitrings 4 sichergestellt ist. Der rotierende Gleitring 3 ist mittels einer dritten Nebendichtung 73 am Gleitringträger 31 rückseitig abgedichtet. The stationary sliding ring 4 is sealed against the housing 14 by means of a first secondary seal 71 and a second secondary seal 72. Only the first secondary seal 71 on the stationary sliding ring is subjected to pressure from the pressure chamber 7, so that very good axial mobility of the stationary sliding ring 4 is ensured. The rotating sliding ring 3 is sealed at the back by means of a third secondary seal 73 on the sliding ring carrier 31.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung ist dabei wie folgt. Sperrfluid wird aus dem Mediumbereich 16 über die Sperrfluidleitung 10 zum Vorraum 8 abgezweigt und vom dritten Druck P3 auf den zweiten Druck P2 reduziert. Das Sperrmedium strömt dann vom Vorraum 8 durch die Durchgangsöffnung 40 in den Dichtspalt 5. Aufgrund der Rotation des rotierenden Gleitrings 3 wird der größte Teil des zum Dichtspalt zugeführten Sperrfluids radial nach außen gefördert. Dabei erfolgt mittels der Förderanordnung eine Druckerhöhung des Sperrfluids, welches radial nach außen in den Druckraum 7 gefördert wird, vorzugsweise um den Faktor 50 oder größer. Weiterhin verhindert die Nutanordnung 9, dass große Mengen Sperrfluid, welcher aufgrund des geringen zweiten Drucks P2 ein ähnliches Druckniveau wie der Atmosphärendruck PO aufweist, radial nach Innen in Richtung zum Atmosphärenbereich 17 strömen kann. Dies wird hauptsächlich durch die sperrende Nutanordnung 9 im rotierenden Gleitring erreicht. Die Nutanordnung 9 kann dabei derart ausgebildet werden, dass im Betrieb kein Sperrfluid über den zweiten Dichtspaltbereich 52 in Richtung zum Atmosphärenbereich 17 strömt. Somit weist die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung 1 einen sehr kompakten Aufbau auf. Eine separate zusätzliche Sperrfluideinrichtung ist nicht notwendig, da als Sperrfluid das abzudichtende Medium verwendet werden kann. The function of the mechanical seal arrangement according to the invention is as follows. Barrier fluid is branched off from the medium region 16 via the barrier fluid line 10 to the antechamber 8 and reduced from the third pressure P3 to the second pressure P2. The barrier medium then flows from the antechamber 8 through the through opening 40 into the sealing gap 5. Due to the rotation of the rotating slide ring 3, most of the barrier fluid supplied to the sealing gap is conveyed radially outwards. The conveying arrangement increases the pressure of the barrier fluid, which is conveyed radially outwards into the pressure chamber 7, preferably by a factor of 50 or more. Furthermore, the groove arrangement 9 prevents large quantities of barrier fluid, which has a similar pressure level to the atmospheric pressure PO due to the low second pressure P2, from flowing radially inwards towards the atmospheric region 17. This is mainly achieved by the blocking groove arrangement 9 in the rotating slide ring. The groove arrangement 9 can be designed such that during operation no barrier fluid flows via the second sealing gap region 52 in the direction of the atmospheric region 17. The mechanical seal arrangement 1 according to the invention thus has a very compact design. A separate additional sealing fluid device is not necessary since the medium to be sealed can be used as the sealing fluid.
Sollte einmal die Zufuhr von Sperrfluid über die Sperrfluidleitung 10 aus dem Mediumbereich 16 nicht mehr möglich sein, ist ein mit der Sperrfluidleitung 10 verbundener Speicher 18 vorgesehen. Der Speicher 18 speichert Sperrfluid unter Druck und bildet eine Notreserve von Sperrfluid, um das aus dem Mediumbereich 16 fehlende Sperrfluid zu ersetzen. Da die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung aufgrund des sehr geringen zweiten Drucks P2 nur sehr wenig Sperrfluid verbraucht, kann mittels des im Speicher 18 gespeicherten Sperrfluids der Betrieb noch über mehrere Stunden oder Tage aufrechterhalten werden. Der Speicher 18 kann somit sehr klein ausgelegt werden und ist vorzugsweise eine Gasflasche, insbesondere mit Stickstoff gefüllt. Somit ermöglicht die Erfindung auch einen Notbetrieb ohne aufwendige redundante Einrichtungen. If the supply of barrier fluid via the barrier fluid line 10 from the medium area 16 is no longer possible, a reservoir 18 connected to the barrier fluid line 10 is provided. The reservoir 18 stores barrier fluid under pressure and forms an emergency reserve of barrier fluid to replace the barrier fluid missing from the medium area 16. Since the mechanical seal arrangement according to the invention only uses very little barrier fluid due to the very low second pressure P2, operation can be maintained for several hours or days using the barrier fluid stored in the reservoir 18. The reservoir 18 can therefore be designed to be very small and is preferably a gas bottle, in particular filled with nitrogen. The invention therefore also enables emergency operation without complex redundant devices.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist an einer Mündung der Verbindungsleitung zwischen dem Speicher 18 und der Sperrfluidleitung 10 eine Umschalteinrichtung 81 vorgesehen, welche beispielsweise als 3/2-Wegeventil ausgebildet sein kann. Die Umschalteinrichtung 81 verhindert, dass, wenn Sperrfluid aus dem Speicher 18 entnommen wird, dieses in Richtung zum Mediumbereich 16 strömen kann. Ferner ist in der Sperrfluidleitung 10 ein Rückschlagventil 80 angeordnet. Das Rückschlagventil 80 verhindert ein Rückströmen des Sperrfluids aus dem Vorraum 8 in Richtung zum Mediumbereich 16. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist das Rückschlagventil 80 dabei derart in der Sperrfluidleitung 10 angeordnet, dass zwischen dem Vorraum 8 und dem Rückschlagventil 80 keine weiteren Einrichtungen in der Sperrfluidleitung 10 angeordnet sind. Mit anderen Worten ist das Rückschlagventil 80 direkt in Fluidverbindung mit dem Vorraum 8. Die Sperrrichtung des Rückschlagventils 80 ist somit entgegen der üblichen Förderrichtung in der Sperrfluidleitung 10 (vgl. Pfeile in Fig. 1). As can be seen from Fig. 1, a switching device 81 is provided at an opening of the connecting line between the reservoir 18 and the barrier fluid line 10, which can be designed as a 3/2-way valve, for example. The switching device 81 prevents barrier fluid from flowing in the direction of the medium region 16 when it is taken from the reservoir 18. A check valve 80 is also arranged in the barrier fluid line 10. The check valve 80 prevents the barrier fluid from flowing back from the antechamber 8 in the direction of the medium region 16. As can be seen from Fig. 1, the check valve 80 is arranged in the barrier fluid line 10 in such a way that no further devices are arranged in the barrier fluid line 10 between the antechamber 8 and the check valve 80. In other words, the check valve 80 is in direct fluid communication with the antechamber 8. The blocking direction of the check valve 80 is thus opposite to the usual conveying direction in the blocking fluid line 10 (see arrows in Fig. 1).
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung 1 sicherstellen, dass aufgrund der Verwendung des abzudichtenden Mediums als Sperrgas auch eine Abdichtung bei geschlossenen Kreisen mit Kältemittel mit einem prozessverträglichen Sperrfluid möglich ist. Da das Sperrfluid möglicherweise kritisch für die Umwelt ist, kann durch das sehr geringe Druckniveau P2, welches nahe dem Atmosphärendruck PO liegt, auch ein unzulässiges Abströmen des Sperrfluids zum Atmosphärenbereich 17 verhindert werden. Wenn der zweite Druck P2 unterhalb des Atmosphärendrucks PO liegt, kann sogar eine Strömungsumkehr im zweiten Dichtspaltbereich 52 erreicht werden, so dass über den zweiten Dichtspaltbereich 52 Luft in den Dichtspalt 5 eingesaugt wird und somit sicher eine Leckage des Sperrfluids in die Umwelt verhindert werden kann. Fig. 2 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird beim zweiten Ausführungsbeispiel ein aus Umgebungsluft gewonnenes Sperrfluid verwendet. Dies kann beispielsweise mittels eines Stickstofferzeugers 28 erfolgen, so dass Stickstoff als Sperrfluid zum Vorraum 8 zugeführt wird. Da der zweite Druck P2 nahe dem Atmosphärendruck PO liegt und nur minimal größer als der Atmosphärendruck PO ist, muss auch keine zusätzliche, energieverbrauchende Verdichtung des Sperrfluids vorgesehen werden. Weiterhin ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel die Förderanordnung 6 mit einer Reihe von ersten Fördernuten 61 im rotierenden Gleitring 3 und einer Reihe von zweiten Fördernuten 62 im stationären Gleitring 4 vorgesehen. Hierdurch kann die Druckerhöhung im Dichtspalt im Betrieb der Gleitringdichtung weiter erhöht werden. Es sei angemerkt, dass, falls es das abzudichtende Medium zulässt, statt des Stickstofferzeugers in der Sperrfluidleitung 10 auch einfach Luft auf den zweiten Druck P2 verdichtet werden kann und als Sperrfluid verwendet werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. Furthermore, the mechanical seal arrangement 1 according to the invention can ensure that, due to the use of the medium to be sealed as a sealing gas, sealing is also possible in closed circuits with coolant using a process-compatible sealing fluid. Since the sealing fluid may be critical for the environment, the very low pressure level P2, which is close to the atmospheric pressure PO, can also prevent the sealing fluid from flowing out inadmissibly to the atmospheric region 17. If the second pressure P2 is below the atmospheric pressure PO, a flow reversal can even be achieved in the second sealing gap region 52, so that air is sucked into the sealing gap 5 via the second sealing gap region 52 and leakage of the sealing fluid into the environment can thus be reliably prevented. Fig. 2 shows a mechanical seal arrangement 1 according to a second embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are designated with the same reference numerals as in the first embodiment. In contrast to the first embodiment, in the second embodiment a sealing fluid obtained from ambient air is used. This can be done, for example, by means of a nitrogen generator 28, so that nitrogen is supplied as a sealing fluid to the antechamber 8. Since the second pressure P2 is close to the atmospheric pressure PO and is only minimally greater than the atmospheric pressure PO, no additional, energy-consuming compression of the sealing fluid needs to be provided. Furthermore, in contrast to the first embodiment, in the second embodiment the conveying arrangement 6 is provided with a row of first conveying grooves 61 in the rotating mechanical seal 3 and a row of second conveying grooves 62 in the stationary mechanical seal 4. This allows the pressure increase in the sealing gap to be further increased during operation of the mechanical seal. It should be noted that, if the medium to be sealed allows it, instead of the nitrogen generator in the sealing fluid line 10, air can also simply be compressed to the second pressure P2 and used as the sealing fluid. Otherwise, this embodiment corresponds to the first embodiment, so that reference can be made to the description given there.
Fig. 3 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Fig. 3 shows a mechanical seal arrangement 1 according to a third embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are again designated with the same reference numerals as in the first embodiment.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 des dritten Ausführungsbeispiels eine zweite Gleitringdichtung 20 als Sicherheitsdichtung. Die erste Gleitringdichtung 2 und die zweite Gleitringdichtung 20 sind dabei in Reihe an der Welle 13 angeordnet, um einen Mediumbereich 16 vom Atmosphärenbereich 17 an der Welle 13 abzudichten. Hierbei ist zwischen der ersten und zweiten Gleitringdichtung an der Welle ein Zwischenraum 19 vorgesehen. As can be seen from Fig. 3, the mechanical seal arrangement 1 of the third embodiment comprises a second mechanical seal 20 as a safety seal. The first mechanical seal 2 and the second mechanical seal 20 are arranged in series on the shaft 13 in order to seal a medium region 16 from the atmospheric region 17 on the shaft 13. A gap 19 is provided between the first and second mechanical seal on the shaft.
Die zweite Gleitringdichtung 20 umfasst einen rotierenden Gleitring 21 und einen stationären Gleitring 22, welcher am Gehäuse 14 axial beweglich angeordnet ist. Zwischen dem rotierenden und dem stationären Gleitring ist in bekannterWeise ein Dichtspalt 23 angeordnet. Der rotierenden Gleitring 21 ist mittels eines Gleitringträgers 21a mit der Welle 13 verbunden.The second mechanical seal 20 comprises a rotating sliding ring 21 and a stationary sliding ring 22, which is arranged axially movable on the housing 14. A sealing gap 23 is arranged in a known manner between the rotating and the stationary sliding ring. The rotating sliding ring 21 is connected to the shaft 13 by means of a sliding ring carrier 21a.
Im rotierenden Gleitring 21 ist eine Förderanordnung 24 mit einer Vielzahl von entlang des Umfangs vorgesehenen Fördernuten angeordnet. Die Förderanordnung 24 stellt dabei bei Rotation sicher, dass Luft aus dem Atmosphärenbereich 17 über den Dichtspalt 23 zum Zwischenraum 19 gefördert wird und somit keine Leckage über den Dichtspalt 23 der zweiten Gleitringdichtung 20 in Richtung Atmosphärenbereich 17 auftreten kann. Hierbei erfolgt auch eine Druckerhöhung durch die Förderanordnung 24 auf einen Druck größer als der Atmosphärendruck PO. A conveying arrangement 24 with a plurality of conveying grooves provided along the circumference is arranged in the rotating slide ring 21. The conveying arrangement 24 ensures during rotation that air is conveyed from the atmospheric region 17 via the sealing gap 23 to the intermediate space 19 and thus no leakage can occur via the sealing gap 23 of the second mechanical seal 20 in the direction of the atmospheric region 17. a pressure increase by the conveying arrangement 24 to a pressure greater than the atmospheric pressure PO.
Die erste Gleitringdichtung 2 ist gleich wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben aufgebaut. Der Zwischenraum 19 ist dabei mit dem zweiten Dichtspaltbereich 52 und dem Dichtspalt 23 in Fluidverbindung, so dass im Zwischenraum 19 eine Vermischung der über die zweite Gleitringdichtung 20 zugeführten Luft und der sehr geringen Leckage über den zweiten Dichtspaltbereich 52 erfolgt. Somit kann beispielsweise verhindert werden, wenn die Luft über die zweite Gleitringdichtung 20 mit einer hohen Rate gefördert wird, dass im Falle eines brennbaren Sperrfluids an der ersten Gleitringdichtung 2 eine Vermischung der minimalen Leckage und der Luft erfolgt, so dass durch die Verdünnung kein zündfähiges Gemisch entsteht. Das Gemisch kann dann beispielsweise gefahrlos an ein Fackelsystem 100 abgegeben werden. Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Sperrfluidleitung 10 kann dabei als Sperrfluid wie im ersten Ausführungsbeispiel das abzudichtende Medium verwenden oder alternativ auch ein anderes Sperrfluid. Für Notfälle ist wiederum ein Speicher 18, der mit einem Sperrfluid gefüllt ist, vorgesehen. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. The first mechanical seal 2 is constructed in the same way as described in the first embodiment. The intermediate space 19 is in fluid communication with the second sealing gap region 52 and the sealing gap 23, so that in the intermediate space 19 a mixing of the air supplied via the second mechanical seal 20 and the very slight leakage via the second sealing gap region 52 takes place. This can prevent, for example, if the air is conveyed at a high rate via the second mechanical seal 20, a mixing of the minimal leakage and the air at the first mechanical seal 2 in the case of a flammable barrier fluid, so that no ignitable mixture is formed by the dilution. The mixture can then be safely discharged to a flare system 100, for example. The barrier fluid line 10 shown schematically in Fig. 3 can use the medium to be sealed as the barrier fluid, as in the first embodiment, or alternatively another barrier fluid. For emergencies, a reservoir 18 filled with a barrier fluid is again provided. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiments, so that reference can be made to the description given there.
Fig. 4 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei wiederum gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind. Fig. 4 shows a mechanical seal arrangement 1 according to a fourth embodiment of the invention, wherein again identical or functionally identical parts are designated by the same reference numerals as in the first embodiment.
Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel und weist ebenfalls eine zweite Gleitringdichtung 20 als Sicherheitsdichtung auf. Hierbei ist jedoch zusätzlich eine zweite Sperrfluidleitung 25 vorgesehen, welche ein zweites Sperrfluid in einen Sperrraum 27 vor der zweiten Gleitringdichtung 20 zuführt. Die zweite Sperrfluidleitung 25 ist von der ersten Sperrfluidleitung 10 getrennt. Die zweite Gleitringdichtung 20 umfasst eine Förderanordnung 24 im rotierenden Gleitring 21 , welche radial nach innen führt, so dass das zweite Sperrfluid aus der zweiten Sperrfluidleitung 25 durch den Dichtspalt 23 zum Atmosphärenbereich 17 gefördert werden kann. Das zweite Sperrfluid ist somit ein für die Atmosphäre unschädliches Medium. The fourth embodiment essentially corresponds to the third embodiment and also has a second mechanical seal 20 as a safety seal. However, a second barrier fluid line 25 is also provided here, which supplies a second barrier fluid into a barrier chamber 27 in front of the second mechanical seal 20. The second barrier fluid line 25 is separated from the first barrier fluid line 10. The second mechanical seal 20 comprises a conveying arrangement 24 in the rotating slide ring 21, which leads radially inwards so that the second barrier fluid can be conveyed from the second barrier fluid line 25 through the sealing gap 23 to the atmospheric region 17. The second barrier fluid is thus a medium that is harmless to the atmosphere.
Weiterhin ist zwischen dem Sperrraum 27 und dem Zwischenraum 19 zwischen der ersten Gleitringdichtung 2 und der zweiten Gleitringdichtung 20 eine Zusatzdichtung vorgesehen, welche als Labyrinthdichtung 26 ausgebildet ist. Ähnlich wie im zweiten Ausführungsbeispiel kann das zweite Sperrfluid dabei Stickstoff oder Luft sein. Ein vierter Druck P4 im Sperrraum 27 ist dabei größer als ein fünfter Druck P5 im Zwischenraum 19. Dadurch wird verhindert, dass ein möglicherweise als Leckage in den Zwischenraum 19 gelangtes Medium zur Atmosphäre gelangt. Aus dem Zwischenraum 19 kann das Mediengemisch somit wieder zu einem Fackelsystem 100 abgeleitet werden. Die erste Gleitringdichtung 2 entspricht wieder der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Gleitringdichtung. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. Furthermore, an additional seal is provided between the blocking chamber 27 and the intermediate space 19 between the first mechanical seal 2 and the second mechanical seal 20, which is designed as a labyrinth seal 26. Similar to the second embodiment, the second blocking fluid can be nitrogen or air. A fourth pressure P4 in the blocking chamber 27 is greater than a fifth pressure P5 in the intermediate space 19. This prevents a medium that may have leaked into the intermediate space 19 from atmosphere. The media mixture can thus be diverted from the intermediate space 19 to a flare system 100. The first mechanical seal 2 corresponds again to the mechanical seal described in the first embodiment. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiments, so that reference can be made to the description given there.
Fig. 5 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Fig. 5 shows a mechanical seal arrangement 1 according to a fifth embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are again designated with the same reference numerals as in the previous embodiments.
Das fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel, wobei die zweite Dichtung 20 unterschiedlich zum vierten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. Beim fünften Ausführungsbeispiel ist die zweite Gleitringdichtung 20 gleich wie die erste Gleitringdichtung 2 aufgebaut. Die Bezugszeichen der zweiten Gleitringdichtung sind gleich wie in der ersten Gleitringdichtung, allerdings mit einem Apostroph gekennzeichnet. Zweites Sperrfluid wird über die zweite Sperrfluidleitung 25 zur Rückseite des stationären Gleitrings 4‘ in die Durchgangsöffnung 40‘ zugeführt. Die Durchgangsöffnung 40‘ mündet an der Mündung 4T am Dichtspalt 5‘ zwischen dem stationären Gleitring 4‘ und einem rotierenden Gleitring 3‘. Am rotierenden Gleitring 3‘ ist eine Förderanordnung 6‘ mit Fördernuten 6T am ersten Dichtspaltbereich 5T vorgesehen. Am zweiten Dichtspaltbereich 52‘ ist eine entsprechende Sperr-Nutanordnung 9‘ vorgesehen. Das zweite Sperrfluid ist vorzugsweise Stickstoff. Dadurch kann eine mögliche Leckage über den zweiten Dichtspaltbereich 52‘ zum Atmosphärenbereich 17 problemlos abgeführt werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vierten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. The fifth embodiment essentially corresponds to the fourth embodiment, with the second seal 20 being designed differently from the fourth embodiment. In the fifth embodiment, the second mechanical seal 20 is constructed in the same way as the first mechanical seal 2. The reference numerals of the second mechanical seal are the same as in the first mechanical seal, but marked with an apostrophe. Second barrier fluid is fed via the second barrier fluid line 25 to the rear of the stationary slide ring 4' into the through opening 40'. The through opening 40' opens at the mouth 4T on the sealing gap 5' between the stationary slide ring 4' and a rotating slide ring 3'. A conveying arrangement 6' with conveying grooves 6T is provided on the rotating slide ring 3' on the first sealing gap region 5T. A corresponding barrier groove arrangement 9' is provided on the second sealing gap region 52'. The second barrier fluid is preferably nitrogen. As a result, any possible leakage can be easily discharged via the second sealing gap region 52' to the atmospheric region 17. Otherwise, this embodiment corresponds to the fourth embodiment, so that reference can be made to the description given there.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Gleitringdichtungsanordnung 1 Mechanical seal arrangement
2 Gleitringdichtung 2 Mechanical seal
3 rotierender Gleitring 3 rotating sliding ring
3a erste Gleitfläche 3a first sliding surface
4 stationärer Gleitring 4 stationary sliding ring
4a zweite Gleitfläche 4a second sliding surface
4b Rückseite 4b Back
5 Dichtspalt 5 Sealing gap
6 Förderanordnung 6 Conveyor arrangement
7 Druckraum 7 Printing room
8 Vorraum 8 Entrance hall
9 Nutanordnung 9 Groove arrangement
10 Sperrfluidleitung 10 Barrier fluid line
11 Reinigungseinheit 11 Cleaning unit
12 Druckreduzierer 12 pressure reducers
13 Welle 13 Wave
14 Gehäuse 14 Housing
15 Verdichter 15 compressors
16 Mediumbereich 16 Medium range
17 Atmosphärenbereich 17 Atmosphere area
18 Speicher / Gasflasche 18 Storage / Gas bottle
19 Zwischenraum 19 Space
20 zweite Gleitringdichtung / Sicherheitsdichtung20 second mechanical seal / safety seal
21 rotierender Gleitring 21 rotating slide ring
21a Gleitringträger 21a Slide ring carrier
22 stationärer Gleitring 22 stationary sliding ring
23 Dichtspalt 23 Sealing gap
24 Förderanordnung 24 Conveyor arrangement
25 zweite Sperrfluidleitung 25 second barrier fluid line
26 Zusatzdichtung / Labyrinthdichtung 26 Additional seal / labyrinth seal
27 Sperrraum 27 Restricted area
28 Stickstofferzeuger 28 nitrogen generators
31 Gleitringträger 31 Slide ring carrier
40 Durchgangsöffnung 40 Passage opening
41 Mündung 41 Mouth
51 erster Dichtspaltbereich 52 zweiter Dichtspaltbereich 51 first sealing gap area 52 second sealing gap area
61 erste Fördernut 61 first conveyor groove
62 zweite Fördernut 62 second conveyor groove
71, 72, 73 erste, zweite und dritte Nebendichtung 80 Rückschlagventil 71, 72, 73 first, second and third secondary seal 80 check valve
81 Umschalteinrichtung 81 Switching device
100 Fackelsystem 100 flare system
PO Atmosphärendruck PO atmospheric pressure
P1 , P2, P3, P4, P5 erster, zweiter, dritter, vierter und fünfter Druck X-X Axialrichtung P1, P2, P3, P4, P5 first, second, third, fourth and fifth pressure X-X axial direction

Claims

Ansprüche Expectations
1. Gleitringdichtungsanordnung (1) umfassend: eine Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (3) und einem stationären Gleitring (4), welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt (5) definieren, eine Durchgangsöffnung (40) im stationären Gleitring (4), welche eingerichtet ist, ein Sperrfluid in den Dichtspalt (5) zwischen den Gleitflächen zu führen, wobei die Durchgangsöffnung (40) eine zum Dichtspalt gerichtete Mündung (41) aufweist, wobei am Dichtspalt (5) die Mündung der Durchgangsöffnung (41) den Dichtspalt in einen ersten ringförmigen Dichtspaltbereich (51) und einen zweiten ringförmigen Dichtspaltbereich (52) unterteilt, wobei im ersten Dichtspaltbereich (51) an wenigstens einem der dort befindlichen Gleitflächenbereiche eine Förderanordnung (6) angeordnet ist, wobei die Förderanordnung (6) eingerichtet ist, über die Durchgangsöffnung zugeführtes Sperrfluid in einen Druckraum (7) zu fördern, in welchem ein erster Druck P1 herrscht, und wobei in einem Vorraum (8) am stationären Gleitring (4), durch welchen das Sperrfluid zur Durchgangsöffnung (40) zugeführt wird, ein zweiter Druck P2 herrscht, welcher kleiner ist als der erste Druck P1. 1. Mechanical seal arrangement (1) comprising: a mechanical seal (2) with a rotating sliding ring (3) and a stationary sliding ring (4), which define a sealing gap (5) between their sliding surfaces, a through-opening (40) in the stationary sliding ring (4), which is designed to guide a barrier fluid into the sealing gap (5) between the sliding surfaces, wherein the through-opening (40) has an opening (41) directed towards the sealing gap, wherein at the sealing gap (5) the opening of the through-opening (41) divides the sealing gap into a first annular sealing gap region (51) and a second annular sealing gap region (52), wherein in the first sealing gap region (51) at least one of the sliding surface regions located there is a conveying arrangement (6), wherein the conveying arrangement (6) is designed to convey barrier fluid supplied via the through-opening into a pressure chamber (7) in which a first pressure P1 prevails, and wherein in an anteroom (8) at the stationary sliding ring (4) through which the blocking fluid is supplied to the through opening (40), a second pressure P2 prevails which is smaller than the first pressure P1.
2. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei die Förderanordnung (6) eine Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Fördernuten (61) umfasst. 2. Mechanical seal arrangement according to claim 1, wherein the conveying arrangement (6) comprises a plurality of conveying grooves (61) arranged in the circumferential direction.
3. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die Fördernuten in beiden Gleitflächen des rotierenden und stationären Gleitrings angeordnet sind. 3. Mechanical seal arrangement according to claim 2, wherein the conveying grooves are arranged in both sliding surfaces of the rotating and stationary seal ring.
4. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im zweiten Dichtspaltbereich (52) an wenigstens einem der Gleitringe eine Nutanordnung (9) zur Reduzierung einer Strömung von Sperrfluid in entgegengesetzter Richtung zur Förderrichtung im ersten Dichtspaltbereich (51) angeordnet ist. 4. Mechanical seal arrangement according to one of the preceding claims, wherein in the second sealing gap region (52) on at least one of the sliding rings a groove arrangement (9) for reducing a flow of barrier fluid in the opposite direction to the conveying direction in the first sealing gap region (51) is arranged.
5. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Sperrfluidleitung (10) zur Zuführung von Sperrfluid zur Durchgangsöffnung (40) einen Medienbereich (16) des abzudichtenden Mediums mit dem Vorraum (8) verbindet. 5. Mechanical seal arrangement according to one of the preceding claims, wherein a barrier fluid line (10) for supplying barrier fluid to the through opening (40) connects a media region (16) of the medium to be sealed with the antechamber (8).
6. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 5, wobei der zweite Druck P2 im Vorraum (8) kleiner ist als ein dritter Druck P3 im Medienbereich (16). 6. Mechanical seal arrangement according to claim 5, wherein the second pressure P2 in the antechamber (8) is smaller than a third pressure P3 in the media region (16).
7. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Speicher (18), welcher mit unter Druck stehendem Sperrfluid gefüllt ist, wobei der Speicher mit dem Vorraum (8) verbindbar ist und als Notfalleinrichtung vorgesehen ist, um in einem Notfall die Gleitringdichtung (2) mit Sperrfluid zu versorgen. 7. Mechanical seal arrangement according to one of the preceding claims, further comprising a reservoir (18) which is filled with pressurized barrier fluid, wherein the accumulator can be connected to the anteroom (8) and is intended as an emergency device to supply the mechanical seal (2) with barrier fluid in an emergency.
8. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Stickstofferzeuger (28), welcher eingerichtet ist, Stickstoff als Sperrfluid aus der Umgebungsluft zu erzeugen und zum Vorraum (8) zuzuführen. 8. Mechanical seal arrangement according to one of the preceding claims, further comprising a nitrogen generator (28) which is arranged to generate nitrogen as a barrier fluid from the ambient air and to supply it to the antechamber (8).
9. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine erste Gleitringdichtung (2) und eine zweite Gleitringdichtung (20) als Sicherheitsdichtung, welche in Reihe an einem abzudichtenden Bauteil angeordnet sind, wobei die zweite Gleitringdichtung (20) einen rotierenden Gleitring (21) und einen stationären Gleitring (22) aufweist, welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt (23) definieren, wobei ein Zwischenraum (19) in fluidverbindender Weise mit der ersten Gleitringdichtung (2) und der zweiten Gleitringdichtung (20) verbunden ist, und wobei wenigstens einer der Gleitringe der zweiten Gleitringdichtung (20) eine Förderanordnung (24) an einer Gleitfläche aufweist, um Luft aus einem Atmosphärenbereich (17) in den Zwischenraum (19) zu fördern. 9. Mechanical seal arrangement according to one of the preceding claims, further comprising a first mechanical seal (2) and a second mechanical seal (20) as a safety seal, which are arranged in series on a component to be sealed, wherein the second mechanical seal (20) has a rotating slide ring (21) and a stationary slide ring (22), which define a sealing gap (23) between their sliding surfaces, wherein an intermediate space (19) is connected in a fluid-connecting manner to the first mechanical seal (2) and the second mechanical seal (20), and wherein at least one of the slide rings of the second mechanical seal (20) has a conveying arrangement (24) on a sliding surface in order to convey air from an atmospheric region (17) into the intermediate space (19).
10. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine erste Gleitringdichtung (2) und eine zweite Gleitringdichtung (20) als Sicherheitsdichtung, welche in Reihe an einem abzudichtenden Bauteil angeordnet sind, wobei die zweite Gleitringdichtung (20) einen rotierenden Gleitring (21) und einen stationären Gleitring (22) aufweist, welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt (23) definieren, wobei ein Zwischenraum (19) in fluidverbindender Weise mit der ersten Gleitringdichtung (2) und der zweiten Gleitringdichtung (20) verbunden ist, und wobei wenigstens einer der Gleitringe der zweiten Gleitringdichtung (20) eine Förderanordnung (24) an einer Gleitfläche aufweist, um ein Zusatzsperrfluid aus einem Sperrraum (27) zum Atmosphärenbereich (17) auszufördern, wobei der Sperraum (27) an der zweiten Gleitringdichtung (20) angeordnet ist, und wobei der Sperrraum (27) vom Zwischenraum (19) durch eine Zusatzdichtung (26) getrennt ist. 10. Mechanical seal arrangement according to one of claims 1 to 8, further comprising a first mechanical seal (2) and a second mechanical seal (20) as a safety seal, which are arranged in series on a component to be sealed, wherein the second mechanical seal (20) has a rotating slide ring (21) and a stationary slide ring (22), which define a sealing gap (23) between their sliding surfaces, wherein an intermediate space (19) is connected in a fluid-connecting manner to the first mechanical seal (2) and the second mechanical seal (20), and wherein at least one of the slide rings of the second mechanical seal (20) has a conveying arrangement (24) on a sliding surface in order to convey an additional barrier fluid from a barrier space (27) to the atmospheric region (17), wherein the barrier space (27) is arranged on the second mechanical seal (20), and wherein the barrier space (27) is separated from the intermediate space (19) by an additional seal (26).
11. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine erste Gleitringdichtung (2) und eine zweite Gleitringdichtung (20) als Sicherheitsdichtung, welche in Reihe an einem abzudichtenden Bauteil angeordnet sind, wobei die zweite Gleitringdichtung (20) einen rotierenden Gleitring (21) und einen stationären Gleitring (22) aufweist, welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt (23) definieren, wobei ein Zwischenraum (19) in fluidverbindender Weise mit der ersten Gleitringdichtung (2) und der zweiten Gleitringdichtung (20) verbunden ist, und wobei wenigstens einer der Gleitringe der zweiten Gleitringdichtung (20) eine Förderanordnung (24) an einer Gleitfläche aufweist, um ein durch eine Durchgangsöffnung (40’) im stationären Gleitring (4‘) zum Dichtspalt (5‘) zugeführtes Zusatzsperrfluid aus dem11. Mechanical seal arrangement according to one of claims 1 to 8, further comprising a first mechanical seal (2) and a second mechanical seal (20) as a safety seal, which are arranged in series on a component to be sealed, wherein the second mechanical seal (20) has a rotating sliding ring (21) and a stationary sliding ring (22), which have a sealing gap (23) between their sliding surfaces. define, wherein an intermediate space (19) is connected in a fluid-connecting manner to the first mechanical seal (2) and the second mechanical seal (20), and wherein at least one of the sliding rings of the second mechanical seal (20) has a conveying arrangement (24) on a sliding surface in order to convey an additional barrier fluid, which is supplied through a through-opening (40') in the stationary sliding ring (4') to the sealing gap (5'), from the
Dichtspalt (5‘) zum Zwischenraum (19) zu fördern. sealing gap (5’) to the intermediate space (19).
12. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Zusatzsperrfluid Stickstoff oder Luft ist. 12. A mechanical seal arrangement according to claim 10 or 11, wherein the additional barrier fluid is nitrogen or air.
13. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Rückschlagventil (80), welches in der Sperrfluidleitung (10) angeordnet ist und ein Rückströmen des Sperrfluids aus dem Vorraum (8) verhindert. 13. Mechanical seal arrangement according to one of the preceding claims, further comprising a check valve (80) which is arranged in the barrier fluid line (10) and prevents the barrier fluid from flowing back out of the antechamber (8).
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