DE1097224B

DE1097224B - Shaft seal

Info

Publication number: DE1097224B
Application number: DEP16098A
Authority: DE
Inventors: Andrew Thomson Bowden; Frank Medcalfe; Ronald Sanderson Mathiso Kilby
Original assignee: CA Parsons and Co Ltd
Current assignee: CA Parsons and Co Ltd
Priority date: 1955-04-21
Filing date: 1956-04-18
Publication date: 1961-01-12

Description

Wellendichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Dichtungen für Wellen, wobei die Dichtungen das Austreten eines. Fluidums dort, wo die Welle aus dem Gehäuse herausragt, verhindern sollen.Shaft Seal The present invention relates to seals for shafts, the seals being the leakage of a. Fluidum there where the wave protrudes from the housing should prevent.

Derartige Dichtungen finden z. B. Anwendung in Ventilatoren und Gebläsen oder z. B. bei völlig gekapselten Wechselstromgeneratoren hoher Drehzahl, die durch den Umlauf eines Gases, wie z. B. Wasserstoff, gekühlt werden, wobei dann die Dichtung dazu dient, das Entweichen von Wasserstoff durch das Gehäuse hindurch zu verhindern. Auch andere Vorrichtungen und sonstige Verwendungszwecke kommen für solche Dichtungen in Frage.Such seals find z. B. Use in fans and blowers or z. B. in fully enclosed alternators high speed, which by the circulation of a gas, such as. B. hydrogen, are cooled, then the seal serves to prevent the escape of hydrogen through the housing. Other devices and other uses come for such seals in question.

Eine allgemein übliche Form einer solchen Dichtung ist eine Wellendichtung der Gleitringbauart mit Flüssigkeitsfilm, d. h. einer Dichtung, bestehend aus einer ringförmigen Platte, die an dem Gehäuse befestigt ist, wobei die eine Fläche der Platte aus einem Lagermetall besteht. Diese Fläche legt sich an einen Wellenbund der Welle an. Das Lagermetall enthält eine Ringnut, welcher Öl unter einem Druck zugeführt wird, der höher ist als der Druck des Fluidums, dessen Entweichen verhindert werden soll. Das Öl breitet sich von der Nut aus ein- und auswärts in praktisch radialer Richtung aus. Das sich nach auswärts ausbreitende Öl fließt durch weitere radial angeordnete Nuten zu einer geschlossenen Kammer, welche unter Atmosphärendruck steht, während der Rest des Öles, in der Regel nur ein kleiner Anteil des Ganzen, über eine durchlaufende Lagerfläche radial einwärts strömt zu der Seite der Dichtung, wo sich das Fluidum befindet, wo es dann gesammelt und aus dem letzteren abgeschieden wird.A common form of such a seal is a shaft seal the sliding ring type with liquid film, d. H. a seal consisting of a annular plate which is attached to the housing, one surface of the Plate consists of a bearing metal. This surface lies against a wave collar of the wave. The bearing metal contains an annular groove that holds oil under pressure is supplied, which is higher than the pressure of the fluid, the escape of which is prevented shall be. The oil spreads in and out of the groove in practical radial direction. The outwardly expanding oil flows through others radially arranged grooves to a closed chamber, which is under atmospheric pressure stands, while the rest of the oil, usually only a small part of the whole, flows radially inwards over a continuous bearing surface to the side of the seal, where the fluid is located, where it is then collected and deposited from the latter will.

Für die Wartung ist es erforderlich, vor dem Zerlegen der Dichtung den Druck in dem ganzen geschlossenen System entweder zu vermindern oder auch ganz abzulassen. In vielen Fällen, so z. B. bei Ventilatoren und Gebläsen, welche Fluida in großen geschlossenen Anlagen umzuwälzen haben, ist es jedoch unzweckmäßig und kostspielig, den Druck in dein ganzen System herabzusetzen oder abzulassen, wenn man die Wellendichtungen nachsehen will.It is required for maintenance before disassembling the seal to either reduce the pressure in the entire closed system or to reduce it entirely to drain. In many cases, e.g. B. in fans and blowers, which fluids have to circulate in large closed systems, however, it is inexpedient and costly to relieve or relieve the pressure in your whole system, if you want to check the shaft seals.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, welche es ermöglicht, die Wellendichtungen zu warten sowie zu sonstigen Zwecken an dieselben zu gelangen, ohne daß es nötig wäre, den Druck des Fluidums in dem System herabzusetzen oder dasselbe ganz aus dem System zu entfernen.The aim of the invention is to provide a device which it makes it possible to service the shaft seals and to use them for other purposes without the need to depressurize the fluid in the system or remove the same thing from the system entirely.

Die Erfindung besteht demnach in einer Anordnung zur Abdichtung des Wellenaustritts an unter Innendruck stehenden Gehäusen von Rotationsmaschinen, die für Wartungs- und Reparaturzwecke im Stillstand wirkt und die die Auswechslung der im Fahrzustand wirkenden Elemente der an sich bekannten Labyrinth-und/oder Gleitringdichtungen gestattet. Dieses Problem wird gelöst durch eine Dichtungsanordnung für den Wellendurchtritt an unter Innendruck stehenden Gehäusen mit einem im Lauf wirksamen Hauptdichtung und einer nur im Stillstand nach Axialverschiebung der Welle wirksamen Hilfsdichtung, wobei die Hauptdichtung aus einem in Berührung mit einer Dichtfläche der Welle gehaltenen Gleitring besteht und zwischen die Dichtflächen ein Dichtfluidum eingeführt wird, dessen Druck höher als der Innendruck ist, und wobei die Hilfsdichtung aus einem im Stillstand sich gegen eine Gehäusefläche abstützenden Wellenbund auf der der Dichtseite der Hauptdichtung abgewandten Seite besteht, bei der erfindungsgemäß eine Dichtfläche der Hauptdichtung in an sich bekannter Weise aus einem auf der Welle lösbar angeordneten Bund besteht, der axial so in Richtung auf die Wellenlager verschiebbar ist, daß der an dem Wellenbund anliegende Gegengleitring so weit aus der Gehäusebohrung herausgezogen werden kann, daß U-förmige elastische Dichtringe, die einen Ringraum abdichten, ausgewechselt werden können, während die Stillstandsdichtung nach Axialverschiebung der Welle über eine Vorrichtung das zu fördernde, unter Druck stehende Fluidum abdichtet. In den Zeichnungen ist die Erfindung an einem Beispiel dargestellt und unter Bezug auf diese nachfolgend näher beschrieben.The invention therefore consists in an arrangement for sealing the Shaft exit on housings of rotary machines that are under internal pressure for maintenance and repair purposes in standstill acts and the replacement of the Elements of the known labyrinth and / or mechanical seals, which act in the driving state allowed. This problem is solved by a sealing arrangement for the shaft passage on housings under internal pressure with a main seal that works in the barrel and an auxiliary seal that is only effective when the shaft is at a standstill after axial displacement, wherein the main seal is held in contact with a sealing surface of the shaft There is a sliding ring and a sealing fluid is introduced between the sealing surfaces, whose pressure is higher than the internal pressure, and wherein the auxiliary seal of a at a standstill against a housing surface supported shaft collar on the Sealing side of the main seal facing away from the side, according to the invention a sealing surface of the main seal in a known manner from one on the Shaft is detachably arranged collar, which is axially so in the direction of the shaft bearing is displaceable so that the counter-slip ring resting on the shaft collar extends so far the housing bore can be pulled out so that U-shaped elastic sealing rings, which seal an annular space, can be replaced while the standstill seal after axial displacement of the shaft via a device the conveyed under pressure Seals standing fluid. In the drawings is the invention shown in an example and described in more detail below with reference to this.

Fig. 1 zeigt die ganze Anordnung der Wellendichtung gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig.2 zeigt in größerem Maßstab einen Teil der Wellendichtung neben dem Maschinengehäuse.Fig. 1 shows the whole arrangement of the shaft seal according to the one Embodiment of the present invention; Fig.2 shows a on a larger scale Part of the shaft seal next to the machine housing.

In der in den Zeichnungen als Beispiel dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung, insbesondere nach Fig. 1 derselben, fördert ein Gebläse 1 ein Fludium aus dem Raum 2 zu dem Auslaß 3, wobei die beiden letztgenannten Teile zu einem unter Druck befindlichen geschlossenen System gehören. Eine Antriebswelle 4 für das Gebläse geht durch die Öffnung bzw. den Auslaß 5 in dem Gebläsegehäuse 6 hindurch und ist für den Rest ihrer Länge zwischen dem Gebläse und einer das Gebläse antreibenden Kraftmaschine 6 a von einem zur Atmosphäre offenen Gehäuse 7 umgeben; in dieses Gehäuse sind die Lager 8 und 9 eingebaut.In the embodiment shown as an example in the drawings the sealing arrangement according to the invention, in particular according to FIG. 1 of the same, promotes a blower 1 a fluid from the space 2 to the outlet 3, the latter two being Parts belong to a pressurized closed system. A drive shaft 4 for the fan goes through the opening or outlet 5 in the fan housing 6 and is for the rest of its length between the fan and one of the fans driving engine 6 a surrounded by a housing 7 open to the atmosphere; The bearings 8 and 9 are built into this housing.

Längs der Welle zwischen dem Auslaß 5 aus dem Gehäuse und dem Lager 8 befindet sich eine Anordnung von Wellendichtungen zur Verhinderung des übertritts des Fluidums aus dem geschlossenen System längs der Welle 4 zu dem Wellengehäuse 7. Diese Anordnung besteht aus einer Labyrinthdichtung 10 und einer Flüssigkeitsdichtung der Gleitringbauart, die hier ganz allgemein mit 11 bezeichnet ist. Eine zusätzliche Dichtung 12 kommt zustande zwischen den Dichtungsmitteln an einem Bund 13 der Welle 4, gerade innerhalb des Gehäuses 6, und einer Dichtungsfläche des Gehäuses 6 selbst. Das Getriebe zur Bewegung der Welle nach rechts - auf die Zeichnung gesehen - in Richtung ihrer Achse ist bei 14 schematisch dargestellt; hierauf soll weiter unten ausführlicher Bezug genommen werden.Along the shaft between the outlet 5 from the housing and the bearing 8 there is an arrangement of shaft seals to prevent overflow of the fluid from the closed system along the shaft 4 to the shaft housing 7. This arrangement consists of a labyrinth seal 10 and a liquid seal the sliding ring type, which is designated here quite generally with 11. An additional Seal 12 comes about between the sealing means on a collar 13 of the shaft 4, just inside the housing 6, and a sealing surface of the housing 6 itself. The gear for moving the shaft to the right - as seen on the drawing - in The direction of its axis is shown schematically at 14; on this is to be found below be referred to in more detail.

Die in der Fig. 2 genauer dargestellte Labyrinthdichtung 10, welche verhindert, daß das der Dichtung 11 zugeführt Öl in das Gebläsegehäuse eintritt, ist von üblicher Bauart. Die Dichtung 11 gehört zu der Gleitringbauart, bei welcher ein zylindrischer Dichtungsring 15 mit einer Dichtungsfläche 16 unter der Einwirkung von Federn 17 und dem Druck des Fluidums in Berührung gehalten wird mit einer Fläche eines Wellenbundes 18, der auf der Welle 4 abnehmbar befestigt ist.The labyrinth seal 10 shown in more detail in FIG. 2, which prevents the oil supplied to the seal 11 from entering the fan housing, is of the usual design. The seal 11 belongs to the slip ring type in which a cylindrical sealing ring 15 with a sealing surface 16 under the action is held in contact with a surface by springs 17 and the pressure of the fluid a shaft collar 18 which is detachably fastened on the shaft 4.

In die Dichtungsfläche 16 ist eine Ringnut 19 eingeschnitten; sie wird aus einem Behälter 20 und durch die Ölbohrungen 21 und 22 mit Drucköl versorgt. Weitere Nuten mit parallelen Seiten sind im gleichen Abstand voneinander auf der Dichtungsfläche 16 angeordnet; sie erstrecken sich in radialer Richtung zwischen der Nut 19 und dem Raum 23. Diese Nuten führen die Masse des Öls von der Dichtungsfläche ab. Der verbleibende Teil der Dichtungsfläche16 zwischen der Ringnut 19 und dem Ende der Dichtungsfläche, die nächst der Welle 4 angeordnet ist, ist eben und bietet dem Wellenbund 18 eine durchlaufende Fläche dar.An annular groove 19 is cut into the sealing surface 16; she is supplied with pressure oil from a container 20 and through the oil bores 21 and 22. Further grooves with parallel sides are equidistant from one another on the Sealing surface 16 arranged; they extend in the radial direction between the groove 19 and the space 23. These grooves carry the bulk of the oil from the sealing surface away. The remaining part of the sealing surface 16 between the annular groove 19 and the The end of the sealing surface, which is arranged next to the shaft 4, is flat and offers the shaft collar 18 is a continuous surface.

Eine geringe Menge des Öls fließt über diesen Teil der Fläche 16 in den Raum 24 und gelangt aus diesem in den Raum 25, aus welchem das Öl zu einem Apparat geleitet wird, in welchem das Öl aus dem Fluidum des geschlossenen Systems abgeschieden wird.A small amount of the oil flows over this part of surface 16 in the space 24 and comes from this into the space 25, from which the oil to an apparatus is conducted, in which the oil is separated from the fluid of the closed system will.

Elastische U-förmige Dichtungsringe 26 verhindern das Entweichen des Öls aus einem Ringraum 27 zwischen der Fläche des Dichtungsringes 15 und dem Gehäuse 7, das von dem Behälter 20 zu der Dichtungsfläche 16 gelangt. Von Zeit zu Zeit müssen diese U-förmigen Dichtungsringe 26 ersetzt werden, oder man muß zu der Dichtungsfläche 16 gelangen können. Damit diese Arbeit vorgenommen werden kann, ohne daß man nötig hätte, den Druck in dem ganzen geschlossenen System, das eventuell einen recht großen Rauminhalt hat, herabzusetzen oder ihn überhaupt abzulassen, ist hier eine sogenannte »Stillstands«-Dichtung vorgesehen in der Form eines Dichtungsringes 28 der O-Ring-Bauart, eingebettet in einen Wellenbund 13 der Welle 4. Während der Drehung der Welle befindet sich diese Dichtung außer Berührung mit der Dichtungsfläche des Gebläsegehäuses 6, und zwar mit dem in der Fig.2 dargestellten Spielraum. Wenn sich jedoch die Welle nicht dreht, und man will Zugang zu der Dichtung 11 erhalten, um - falls erforderlich -einige Teile zu entfernen, dann ist hierfür die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 14 vorgesehen. Diese letztere kann die Form einer üblichen Turbinenwellen-Einstellvorrichtung haben, welche -ermöglicht, die Welle in Richtung ihrer Achse zu bewegen, bis der Dichtungsring 28 in Berührung mit der Dichtungsfläche des Gehäuses 6 kommt. Die Welle wird also bewegt, bis eine vollkommene Abdichtung zwischen diesen beiden Oberflächen erzielt ist. Dadurch wird bei der Inspektion der Dichtung 11 das Entweichen von Fluidum aus dem System in das Gehäuse 7 verhindert. Eine geringe Menge des Fluidums verbleibt in dem Raum zwischen der Stillstandsdichtung 28 und der Dichtung 11, nachdem die erstere geschlossen worden ist, aber diese Menge ist vernachlässigbar im Vergleich zu der Gesamtmenge des Fluidums in dem geschlossenen System.Resilient U-shaped sealing rings 26 prevent the escape of the Oil from an annular space 27 between the surface of the sealing ring 15 and the housing 7, which passes from the container 20 to the sealing surface 16. Have to from time to time these U-shaped sealing rings 26 must be replaced, or one has to go to the sealing surface 16 can reach. So that this work can be done without the need for one the pressure in the whole closed system, which could be quite a big one Has to reduce the volume of the room or to let it down at all, here is a so-called "Standstill" seal provided in the form of a sealing ring 28 of the O-ring type, embedded in a shaft collar 13 of the shaft 4. During the rotation of the shaft is located this seal is out of contact with the sealing surface of the fan housing 6, with the margin shown in FIG. However, when the wave does not rotate, and you want to get access to the seal 11 to - if necessary To remove some parts, the device shown in FIG. 1 is used for this purpose 14 provided. This latter can take the form of a conventional turbine shaft adjuster have, which enables the shaft to move in the direction of its axis until the Sealing ring 28 comes into contact with the sealing surface of the housing 6. the So shaft is moved until a perfect seal between these two surfaces is achieved. As a result, when the seal 11 is inspected, the escape of Fluid from the system in the housing 7 is prevented. A small amount of the fluid remains in the space between the standstill seal 28 and the seal 11 after the former has been closed, but this amount is negligible in comparison to the total amount of fluid in the closed system.

Zur Entfernung der U-förmigen Ringe 26 wird der obere Teil des Gehäuses 7 entfernt bzw. abgehoben. Dadurch kann man auch die oberen Lagerschalen der Lager 8 und 9 sowie die Labyrinthdichtung 10 entfernen. Eine Wellenanhebevorrichtung wird an der Nut 29 angebracht; dadurch kann die Welle so weit angehoben werden, daß man die untere Lagerschale des Lagers 8 entfernen kann.To remove the U-shaped rings 26, the upper part of the housing 7 removed or lifted off. This way you can also use the upper bearing shells 8 and 9 and remove the labyrinth seal 10. A shaft lifting device is used attached to the groove 29; thereby the shaft can be raised so far that one the lower bearing shell of the bearing 8 can be removed.

Der Wellenbund 18, welcher durch die Mutter 30 in seiner Lage gehalten wird, wird dann längs der Welle über das Lager 8 hinaus bewegt. Die U-förmigen Ringe können nunmehr entfernt und abgeschnitten werden. Neue Ringe, die sich in dem Behälter 31 befinden, können nunmehr über die Mutter 30 hinweg und durch einen Raum zwischen dem Wellenbund 18 und der Welle 4 an Ort und Stelle geschoben werden.The shaft collar 18, which is held in place by the nut 30 is then moved along the shaft beyond the bearing 8. The U-shaped rings can now be removed and cut off. New rings that are in the container 31 are located, can now over the nut 30 and through a space between the shaft collar 18 and the shaft 4 are pushed in place.

Zur Entfernung und zum Austausch der Dichtung 11 muß man die untere Lagerschale des Lagers 9 entfernen und dann, indem man die Welle mit einem Gurt unmittelbar rechts von dem Lager 9 hebt, die Wellenverlängerung 32 abkuppeln. Man kann dann die ganze Dichtung 11 längs der Welle bis zu dem Gurt schieben, ein zweiter Gurt wird zwischen den Lagern 8 und 9 eingehängt, und schließlich wird der Gurt am Ende entfernt, wodurch man die Dichtung abziehen kann.To remove and replace the seal 11 you have to the lower Remove the bearing shell of the bearing 9 and then hold the shaft with a belt lifts immediately to the right of the bearing 9, uncouple the shaft extension 32. Man can then push the entire seal 11 along the shaft up to the belt, a second Belt is hooked between bearings 8 and 9, and finally the belt removed at the end, which allows you to pull off the seal.

Nach den notwendigen Reparaturen wird die Welle mittels des Getriebes 14 in ihre ursprüngliche Lage zurückbewegt. Ist der Druck -in dem geschlossenen System hoch, dann kann die zur Rückbewegung der Welle in die ursprüngliche Lage erforderliche Kraft recht beträchtlich sein infolge der unausgeglichenen Kraft, die von dem Fluidum in dem System auf den Läufer des Gebläses ausgeübt wird. Um diese Rückbewegung der Welle zu unterstützen, kann ein unter Druck gesetztes Fluidum in den Raum 5 zwischen der Labyrinthdichtung 10 und dem Bund 13 eingeführt werden. Die Wellenverlängerung 32 wird mit der Welle 4 vorzugsweise mittels einer Zahnkupplung gekuppelt, um den Durchmesser der Kupplung auf einem Mindestmaß zu halten.After the necessary repairs, the shaft is opened by means of the gearbox 14 moved back to its original position. Is the pressure -in the closed System high, then it can move the shaft back to its original position required force be quite considerable due to the unbalanced force, which is exerted on the runner of the fan by the fluid in the system. Around A pressurized fluid can support this return movement of the shaft be introduced into the space 5 between the labyrinth seal 10 and the collar 13. the Shaft extension 32 is preferably connected to shaft 4 by means of a tooth coupling coupled to keep the diameter of the coupling to a minimum.

Claims

PATENTANSPHOCKS: 1. Sealing arrangement for the shaft passage housings under internal pressure with an effective main seal and an auxiliary seal that is only effective when the shaft is at a standstill after axial displacement, wherein the main seal is held in contact with a sealing surface of the shaft There is a sliding ring and a sealing fluid is introduced between the sealing surfaces, whose pressure is higher than the internal pressure and wherein the auxiliary seal consists of a at a standstill against a housing surface supported shaft collar on the The sealing side of the main seal facing away from the side, characterized in that that a sealing surface of the main seal (11) in a known manner from a on the shaft (4) releasably arranged collar (18), the axially so in the direction on the shaft bearing (8, 9) is displaceable, that the bearing on the shaft collar (18) Counter-slip ring (15, 16) can be pulled out of the housing bore as far as possible that U-shaped elastic sealing rings (26), which seal an annular space (27), replaced can be, while the standstill seal (28) after axial displacement of the shaft (4) Seals the pressurized fluid to be conveyed via a device (14).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the part of the shaft (4), on which the removable collar (18) is located, has a larger diameter as the parts of the shaft between the collar and one the shaft with a prime mover connecting coupling (32).

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the standstill seal (28) consists of O-rings inserted into a groove in the collar (13) consists.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that between the Main seal (11) and the standstill seal (28) in a manner known per se Labyrinth seal (10) is arranged.

5. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that means for supplying a pressurized Fluidum arranged to the movement of the shaft in a direction in which the Standstill seal (28) is intended to disengage by one on the sealing surface to support the shaft collar (13) acting force.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that for the supply of the axial displacement supporting Pressure fluid: the space between the shaft collar (13) and the labyrinth seal (10) is provided.

7. Arrangement according to claim 1, characterized in that the Shaft axially displacing and the standstill seal (22) bringing into effect The device is a turbine shaft adjusting device (14) known per se. B.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the sealing collar (18) is the Mechanical seal (11) by a nut (30), adjusting ring or the like. Can be locked.

9. Arrangement according to claims 1 to 8, characterized in that on the shaft (4) a container (31) is attached containing replacement rings (26). Into consideration Printed publications: German patent specification No. 703 866.