DE102014016856B4 - Device for generating a combustible gas mixture from a carbonaceous starting material with a shaft seal for rotating drives for wood gas applications - Google Patents
Device for generating a combustible gas mixture from a carbonaceous starting material with a shaft seal for rotating drives for wood gas applicationsInfo
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Abstract
Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, insbesondere aus stückigem Holz, mit einer Zufuhreinheit (10) zur Zufuhr des Ausgangsstoffs zu einem Reaktor (19), wobei der Reaktor (19) wenigstens eine Oxidationszone (24) zur Oxidation des Ausgangsstoffes und eine Reduktionszone (25) zur Reduktion wenigstens eines Zwischenprodukts der Oxidation umfasst, wobei eine Wellen-Abdichtung für drehende Antriebe vorgesehen ist und wobei eine drehende Welle (4) gegenüber einer staub-, druck- und teerbelasteten Atmosphäre mit mindestens einer Dichtbuchse (7) abgedichtet ist, wobei die Dichtbuchse (7) aus mindestens einem Spaltring (3) besteht, der aus einem auf der Welle (4) drehfest angebrachten Innenring (33) besteht, der über einen, in axialer Richtung gerichteten Dichtungsspalt (34, 34a-d) mit einem radialen Außenring (32) in Verbindung steht, der in einem Gehäuse (1) der Dichtbuchse (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (1) in axialer Richtung vom Spaltring (3) entfernt mindestens eine weitere Dichtung (2) angeordnet ist und dass zwischen dem Spaltring (3) und der mindestens einen weiteren Dichtung (2) ein Ringraum (31) angeordnet ist, der mit einem Schmierstoff (38) gefüllt ist, der über eine flüssigkeitsleitende mit dem Ringraum (31) verbundenen Bohrung (5) einbringbar ist und den gesamten Dichtungsspalt (34, 34a-d) durchsetzt und schmiert. A device for producing a combustible gas mixture from a carbon-containing starting material, in particular from lumpy wood, comprising a feed unit (10) for feeding the starting material to a reactor (19), wherein the reactor (19) comprises at least one oxidation zone (24) for oxidizing the starting material and a reduction zone (25) for reducing at least one intermediate product of the oxidation, wherein a shaft seal is provided for rotating drives and wherein a rotating shaft (4) is sealed against a dust-, pressure-, and tar-laden atmosphere by at least one sealing bush (7), wherein the sealing bush (7) consists of at least one split ring (3) comprising an inner ring (33) mounted on the shaft (4) in a rotationally fixed manner, which inner ring is connected via a sealing gap (34, 34a-d) directed in the axial direction to a radial outer ring (32) arranged in a housing (1) of the sealing bush (7), characterized in that in the housing (1) at least one further seal (2) is arranged in the axial direction away from the split ring (3), and in that an annular space (31) is arranged between the split ring (3) and the at least one further seal (2), which is filled with a lubricant (38) which can be introduced via a fluid-conducting bore (5) connected to the annular space (31) and which penetrates and lubricates the entire sealing gap (34, 34a-d).
Description
Die Technologie der Holzvergasung hat sich die letzten Jahre stark weiterentwickelt, wo ursprünglich der Gedanke der Gaserzeugung zur Fortbewegung von Fahrzeugen im Vordergrund stand, sehen heutzutage viele Experten die Zukunft der Holzvergasung in der dezentralen Versorgung von Energie in Form von Strom und Heizwärme.Wood gasification technology has developed significantly in recent years. While the original idea was to generate gas for vehicle propulsion, many experts now see the future of wood gasification in the decentralized supply of energy in the form of electricity and heat.
Dahingehend sind die Anforderungen an Laufleistung und Störsicherheit an Anlagen zur Holzvergasung enorm gewachsen. Eine Betriebsdauer von 8000 Stunden pro Jahr wird oftmals vorausgesetzt und ist nötig, um einen wirtschaftlichen Betrieb einer solchen Anlage sicherzustellen.As a result, the requirements for performance and reliability of wood gasification plants have increased enormously. An operating time of 8,000 hours per year is often required and necessary to ensure the economical operation of such a plant.
Die Prozesse zur Aufrechterhaltung der Gaserzeugung müssen deshalb vollautomatisch und maximal zuverlässig arbeiten, diese sind unter anderem Materialzuführung, Materialdurchmischung, Reinigung, Erfassung von Parametern und viele andere mehr.The processes for maintaining gas production must therefore be fully automated and operate with maximum reliability. These include material feeding, material mixing, cleaning, parameter recording and many more.
Viele dieser Prozesse werden mittels Vorrichtungen realisiert welche über Drehenergie angetrieben werden, dazu gehören Förderschnecken, Klappen, Räumer, Dreher und sonstige mechanischen Elemente.Many of these processes are carried out using devices that are driven by rotational energy, including screw conveyors, flaps, scrapers, turners and other mechanical elements.
Antriebe dieser Vorrichtungen werden zum Schutz vor Staub, Teer, Gas und anderen schädlichen Materialien und/oder Stoffen und/oder relativ hohen Temperaturen, welche im Inneren von Behältern des Holzvergasers vorhanden sind, meist von außerhalb des Behälters mittels Elektromotoren oder sonstigen Vorrichtungen zur Erzeugung von Drehenergie angetrieben.To protect against dust, tar, gas and other harmful materials and/or substances and/or relatively high temperatures present inside the wood gasifier containers, the drives of these devices are usually driven from outside the container by means of electric motors or other devices for generating rotary energy.
Dies setzt eine nahezu gasdichte Abdichtung der Welle der Antriebe, welche Förderschnecken, Klappen, Räumer, Dreher und sonstige mechanischen Elemente zur Übertragung von Drehenergie antreiben, voraus.This requires a virtually gas-tight seal on the shaft of the drives that drive screw conveyors, flaps, scrapers, rotators and other mechanical elements for transmitting rotary energy.
Die Abdichtung dieser Wellen der Antriebe gestaltet sich durch die Stoffe und Partikel im Gasbereich im Inneren der Behälter gegenüber der Umgebung als schwierig. Im Gasbereich befindet sich unter anderem Gas, Teer, Staub, Holzstaub, Verkrustungen, Schlacken, Holzstücke und Kohlestücke. Die genannten Stoffe können sogar Partikelgröße haben, was hohe Anforderungen an die Lebensdauer und Dichtigkeit der jeweiligen Drehdurchführung stellt.Sealing these drive shafts from the environment is difficult due to the substances and particles in the gas chamber inside the containers. The gas chamber contains, among other things, gas, tar, dust, wood dust, incrustations, slag, wood fragments, and coal pieces. These substances can even be particle-sized, which places high demands on the service life and tightness of the respective rotary union.
Insbesondere der vorhandene Teer reduziert die Lebensdauer von herkömmlichen Abdichtungen wie z.B. Wellendichtringen, O-Ringen, Ringen mit Kreisquerschnitt aus elastischen Werkstoffen, Gleitringdichtungen, Stopfbuchsen/Stoffbuchsen, Packungsstopfbuchsen, Balg-Gleitringdichtungen, Schwimmringdichtungen. Derartige Dichtungen sind für den vorgesehenen Einsatzzweck nicht brauchbar.In particular, the presence of tar reduces the service life of conventional seals such as shaft seals, O-rings, circular cross-section rings made of elastic materials, mechanical seals, stuffing boxes/stuffing glands, packing glands, bellows mechanical seals, and floating ring seals. Such seals are unsuitable for their intended purpose.
Der Teer verklebt die bekannten Dichtelemente und kann mit der Zeit aushärten. Ein weiteres großes Problem ist die durch den Teer an der Abdichtung haftenden abrasiven Materialien wie Holzstücke, Staub und Verschlackungen. Diese Kombination setzt den Dichtelementen einem starken kontinuierlichen Verschleiß aus.The tar binds the existing sealing elements and can harden over time. Another major problem is the abrasive materials such as wood chips, dust, and slag that adhere to the seal due to the tar. This combination exposes the sealing elements to severe, continuous wear.
Die
Eine zufriedenstellende Abdichtung ist mit der verwendeten Keramikdichtung jedoch nicht möglich, da durch den Dichtungsspalt Partikel, Schmutz, Staub, Teer oder ähnliches gelangen kann und so die nachgelagerte Antriebseinheit der Welle verschmutz.However, satisfactory sealing is not possible with the ceramic seal used, as particles, dirt, dust, tar or similar can penetrate through the sealing gap and thus contaminate the downstream drive unit of the shaft.
Aus dem Stand der Technik sind allgemein Stopfbuchsen bekannt, welche grundsätzlich bereits durch deren k onstruktive Auslegung einem Verschleiß unterliegen. Somit führt ein zusätzlicher Verschleiß durch die Atmosphäre in Behältern bei der Holzvergasung nicht unmittelbar zum Ausfall der Abdichtung, sondern lediglich zu verkürzten Wartungsintervallen und zum häufigeren Austausch der Abdichtung. Die Stopfbuchse kann zusätzlich regelmäßig mit einem Fett oder sonstigen schmierenden Materialien gefüllt werden, um die Laufleistung zu erhöhen.State-of-the-art stuffing boxes are generally subject to wear due to their inherent design. Thus, additional wear caused by the atmosphere in containers during wood gasification does not directly lead to seal failure, but merely to shortened maintenance intervals and more frequent seal replacement. The stuffing box can also be regularly filled with grease or other lubricating materials to increase its service life.
Wartungsintervalle von Stopfbuchsen zur Abdichtung einer Welle bei einem Holzvergaser sind in etwa
- 1. Nachspannen der Buchsenpackung: alle 250h,
- 2. Austauschen der Buchsenpackung: alle 4000h,
- 3. Nachschmieren mittels Fett oder ähnlichem: alle 500h.
- 1. Re-tightening of the bushing packing: every 250h,
- 2. Replacing the bushing packing: every 4000h,
- 3. Relubrication with grease or similar: every 500 hours.
Grundsätzlich ist festzustellen, dass mit der Stopfbuchse als bisheriger Stand der Technik keine nahezu gasdichte Abdichtung möglich ist. Es besteht jederzeit eine gewisse Undichtigkeit bzw. Leckage. welche beim Einsatz in Ex-geschützten Bereichen kritisch zu betrachten ist.It should be noted that the current state of the art of stuffing box technology does not provide a virtually gas-tight seal. A certain degree of leakage is always present, which should be viewed critically when used in explosion-protected areas.
Diese Undichtigkeit vergrößert sich mit dem Voranschreiten des Verschleißes der Stopfbuchse. Bei der geschmierten Stopfbuchse tritt deshalb auch Schmierstoff in beide Richtungen der Welle aus. Dieses Fett verschmutzt die Holzgasanlage im Bereich der Welle und des Antriebs außerhalb und muss regelmäßig gereinigt werden. Als weiterer Nachteil der Stopfbuchse kann die Baugröße angesehen werden, eine Abdichtung einer 30mm Welle setzt eine Länge der Stopfbuchse von etwa 10cm voraus.This leak increases as the stuffing box wears. With a lubricated stuffing box, lubricant leaks in both directions along the shaft. This grease contaminates the wood gas system around the shaft and the drive unit and must be cleaned regularly. Another disadvantage of the stuffing box is its size; sealing a 30mm shaft requires a stuffing box length of approximately 10cm.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff mit einer Wellen-Abdichtung für drehende Antriebe für holzgastechnische Anwendungen der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei besseren Abdichteigenschaften verlängerte Wartungsintervalle und eine kompaktere Baugröße erreicht werden können.The invention is therefore based on the object of developing a device for generating a combustible gas mixture from a carbon-containing starting material with a shaft seal for rotating drives for wood gas applications of the type mentioned at the beginning in such a way that extended maintenance intervals and a more compact size can be achieved with better sealing properties.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.To achieve the stated object, the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.
Um eine nahezu verschleißfreie und insbesondere nahezu gasdichte Abdichtung von drehenden Wellen zur Übertragung von Drehenergie im Bereich der Holzvergasung zu realisieren, wurde die Abdichtung nach der Erfindung entwickelt. Die abzudichtenden, drehenden Wellen haben eine Umdrehungszahl im Bereich von 1 Umdrehung/Minute bis zu 100 Umdrehungen/Minute. Es handelt sich demnach um langsam laufende Wellen.The seal according to the invention was developed to achieve a virtually wear-free and, in particular, virtually gas-tight seal for rotating shafts used to transmit rotary energy in wood gasification. The rotating shafts to be sealed have a rotational speed ranging from 1 rpm to 100 rpm. They are therefore slow-running shafts.
Im Wesentlichen besteht diese Abdichtung aus einem Ring oder mehreren Ringen mit Kreisquerschnitt aus elastischen Werkstoffen sowie aus einem oder mehreren gegebenenfalls auch mit Umlenkstrecken versehenen, relativ engen Dichtungsspalt von etwa 0,05-3 Millimeter Breite zwischen dem beweglichen und dem festen Teil der Abdichtung, wodurch ein Schmierstoff durch selbigen in Gegenrichtung zum Antrieb eingebracht wird.Essentially, this seal consists of one or more rings with a circular cross-section made of elastic materials and one or more relatively narrow sealing gaps of approximately 0.05-3 millimeters wide, possibly also provided with deflection sections, between the movable and the fixed part of the seal, through which a lubricant is introduced in the opposite direction to the drive.
Dieser Schmierstoff kann Schmierfett, Öl, Seife oder weitere auf kohlenstoffbasierende, höherviskose Stoffe oder ähnliches sein und schützt den oder die Ringe aus elastischem Werkstoff vor dem Gasbereich im Inneren der Holzgasanlage.This lubricant can be grease, oil, soap or other carbon-based, higher-viscosity substances or similar and protects the ring(s) made of elastic material from the gas area inside the wood gas plant.
Der relativ enge Dichtungsspalt kann zur Wirkungssteigerung einen oder mehrfach erfolgenden Richtungswechsel (in axialer Richtung im Querschnitt betrachtet) vornehmen, dadurch steigt unter anderem effektiv der Druckverlustbeiwert. Bei mehrmaligem Richtungswechsel spricht man unter anderem auch von der Labyrinthabdichtung.To increase efficiency, the relatively narrow sealing gap can undergo one or more changes of direction (as viewed in the axial direction in cross-section), which, among other things, effectively increases the pressure loss coefficient. Multiple changes of direction are also referred to as a labyrinth seal.
Deshalb kann der enge Spalt gegebenenfalls mittels eines Labyrinthdichtrings realisiert werden, dies bietet den Vorteil der günstigen und einfachen Austauschbarkeit im Falle einer Beschädigung.Therefore, the narrow gap can be realized using a labyrinth sealing ring if necessary, which offers the advantage of being inexpensive and easy to replace in the event of damage.
Durch den engen Dichtungsspalt ist es Teeren, Staub, Schlacken, Holzstücken stark erschwert bis zu dem oder den elastischen Dichtringen zu gelangen. Eine Nachschmierung durch eine Bohrung, eine Nut oder ähnliches, welche sich zwischen dem engen Dichtungsspalt und dem oder den elastischen Dichtringen befindet, drückt sämtliche eventuell im Dichtungsspalt oder im Zwischenraum zum elastischen Dichtring befindende Partikel, Schmutz, Staub, Teer oder ähnliches in Richtung des Gasbereichs heraus. Dort wird das Schmiermittel in Flussrichtung der Holzvergaseranlage weitergeführt und im Reaktor oder Motor der Anlage vollständig verbrannt.The narrow sealing gap makes it extremely difficult for tar, dust, slag, and wood particles to reach the elastic sealing ring(s). Relubrication through a hole, groove, or similar device located between the narrow sealing gap and the elastic sealing ring(s) pushes any particles, dirt, dust, tar, or similar material that may be present in the sealing gap or in the space between the elastic sealing ring toward the gas area. There, the lubricant is carried in the direction of flow through the wood gasification system and completely burned in the reactor or engine of the system.
Die Abdichtung der Umgebung gegen den Gasbereich erfolgt ausschließlich durch den oder die nahezu gasdichten Ringe aus elastischen Werkstoffen, wobei der Dichtungsspalt und der dort befindliche Schmierstoff lediglich dessen Schutz darstellen.The sealing of the environment against the gas area is achieved exclusively by the almost gas-tight ring(s) made of elastic materials, whereby the sealing gap and the lubricant located there merely represent its protection.
Diese Methode erlaubt es Abdichtungen zu realisieren, welche kompakt, günstig, und nahezu verschleißfrei sind. Versuche haben gezeigt, dass der oder die Dichtringe aus elastischem Werkstoff auch nach über 20 000 Betriebsstunden bei regelmäßiger Nachschmierung des Dichtspalts alle 2500 Stunden, keinerlei Verschleiß aufwiesen.This method allows for the creation of seals that are compact, cost-effective, and virtually wear-free. Tests have shown that the sealing ring(s) made of elastic material exhibited no wear even after more than 20,000 hours of operation, with regular relubrication of the sealing gap every 2,500 hours.
Des Weiteren bietet diese Abdichtung eine vielfach höhere Dichtigkeit gegenüber Gas im Vergleich zur herkömmlichen und zum Stand der Technik gehörenden Stopfbuchse.Furthermore, this seal offers a much higher level of gas tightness compared to the conventional, state-of-the-art stuffing box.
Einen Auszug der Einsatzgebiete dieser Abdichtung sind:
- 1. Antriebe von Förderschnecken zur Materialförderung,
- 2. Räumer zum Bewegen und Durchmischen von Material wie Holz, Kohle oder Staub,
- 3. Wellen zum Schließen von Klappen im Gasbereich des Holzvergasers,
- 4. Antriebe zum Abreinigen von Filteroberflächen oder beweglichen Fühlern zur Erfassung von Füllständen.
- 1. Drives of screw conveyors for material transport,
- 2. Scrapers for moving and mixing material such as wood, coal or dust,
- 3. Shafts for closing flaps in the gas area of the wood gasifier,
- 4. Drives for cleaning filter surfaces or movable sensors for detecting fill levels.
Bei der Verwendung von elastischen Dichtringen aus Materialien mit höherer Temperaturbeständigkeit wie zum Beispiel Silikon, PTFE, Fluorelastomere oder ähnlichen Materialien und einem t emperaturbeständigen Schmierstoff kann die Abdichtung bis zu 250°C im Dauerbetrieb standhalten.When using elastic sealing rings made of materials with higher temperature resistance such as silicone, PTFE, fluoroelastomers or similar materials and a temperature-resistant lubricant, the seal can withstand temperatures of up to 250°C in continuous operation.
In einer bevorzugten Ausgestaltung einer Vorrichtung für holzgastechnische Anwendungen ist die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung an verschiedenen Stellen der Anlage angeordnet.In a preferred embodiment of a device for wood gas applications, the sealing arrangement according to the invention is arranged at various locations in the system.
Eine erste Stelle betrifft hier einen Bereich der Zuführeinheit, und zwar die nächst dem Gaserzeuger liegende Förderschnecke, die das stückige Holzgut in den Gaserzeuger einfördert.The first point here concerns an area of the feed unit, namely the conveyor screw located closest to the gas generator, which feeds the lumpy wood into the gas generator.
Die Zuführschnecke sitzt in einem Aufnahmeraum, der stark von dem teerhaltigen Gas und Holzstaub beaufschlagt ist, es wirkt dort ein Druck bis etwa 100 mbar.The feed screw is located in a receiving chamber that is heavily exposed to the tar-containing gas and wood dust; the pressure there is up to about 100 mbar.
Gegenüber dieser teerbelasteten Atmosphäre, muss nun die erfindungsgemäße Dichtanordnung angeordnet sein, die eine höhere Lebensdauer gewährleistet.In this tar-contaminated atmosphere, the sealing arrangement according to the invention must now be arranged to ensure a longer service life.
Im gezeigten Anwendungsfall ist die Dichtanordnung im Bereich am hinteren, stirnseitigen Ende der Förderschnecke und dem dazugehörigen Antriebsmotor angeordnet.In the application shown, the sealing arrangement is located in the area at the rear, front end of the conveyor screw and the associated drive motor.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Antriebseinheit am bodenseitigen Ende des Gaserzeugers angeordnet, und ein Antriebsmotor dient zum Drehantrieb eines Rostes, der als Drehrost ausgebildet ist. Nachdem der Antriebsmotor am unteren Ende des Gaserzeugers angeordnet ist, wirken dort Temperaturen im Bereich von 100 bis 300 °C mit einem entsprechenden Druck und einer hoch staubbelasteten Atmosphäre.In a further preferred embodiment of the present invention, a drive unit is arranged at the bottom end of the gas generator, and a drive motor serves to drive a rotating grate. Since the drive motor is arranged at the bottom end of the gas generator, temperatures in the range of 100 to 300°C with a corresponding pressure and a highly dusty atmosphere are present there.
In einem dritten Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung wird die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung an einem weiteren Bauteil der holzgastechnischen Anlage eingesetzt, nämlich an der dem Gasgenerator nachgeschalteten Filtereinheit, die mit einer Filterabreinigungsvorrichtung verbunden ist, deren Filterabreinigung z. B. als Rüttler ausgebildet ist und drehend durch einen zugeordneten Getriebemotor angetrieben ist, wobei die Einführung der Antriebswelle des Getriebemotors in die Filtereinheit wiederum von der erfindungsgemäßen Dichtanordnung gebildet wird.In a third application of the present invention, the sealing arrangement according to the invention is used on a further component of the wood gas plant, namely on the filter unit downstream of the gas generator, which is connected to a filter cleaning device whose filter cleaning device is designed, for example, as a vibrator and is driven in rotation by an associated gear motor, wherein the introduction of the drive shaft of the gear motor into the filter unit is again formed by the sealing arrangement according to the invention.
Auch hier kann eine teerbelastete Atmosphäre bestehen, mit einer relativ hohen Temperatur von z. B. 130 °C und einem Druck von bis 100 mbar.Here, too, a tar-contaminated atmosphere can exist, with a relatively high temperature of, for example, 130 °C and a pressure of up to 100 mbar.
In einem vierten Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung bei einer der Filtereinheit nachgeschalteten Vorrichtung verwendet welche zum Transport von abgeschiedenen Stäuben und Kohlestücken dient. Hier wird die Abdichtung am stirnseitigen Ende einer Förderschnecke angebracht. Die Atmosphäre ist hier sehr stark staubbelastet.In a fourth embodiment, the sealing arrangement according to the invention is used in a device downstream of the filter unit, which serves to transport separated dust and coal pieces. Here, the seal is attached to the front end of a conveyor screw. The atmosphere here is very heavily contaminated with dust.
In diesen Anwendungsbereichen im Bereich einer holzgastechnischen Anlage ist es notwendig, eine zuverlässige Dichtanordnung für die Drehdurchführung einer Antriebswelle eines Antriebsmotors zu erreichen, die bei niedrigerem Verschleiß längere Wartungsintervalle gewährleistet.In these applications in the area of a wood gas plant, it is necessary to achieve a reliable sealing arrangement for the rotary union of a drive shaft of a drive motor, which ensures longer maintenance intervals with lower wear.
Hier setzt die Erfindung ein, die im Wesentlichen aus der Kombination von zwei unterschiedlichen Dichtungsanordnungen besteht.This is where the invention comes in, which essentially consists of the combination of two different sealing arrangements.
Erfindungsgemäß ist eine erste, gegenüber der Temperatur und Druck sowie teerbelasteten Atmosphäre beständige Dichtanordnung an dem Gehäuse einer Dichtbuchse angeordnet, wobei diese erste Dichtanordnung als Spaltring ausgebildet ist, der aus einem feststehenden Außenring besteht, der über einen radialen Spalt mit einem drehenden Innenring verbunden ist.According to the invention, a first sealing arrangement which is resistant to temperature and pressure as well as tar-contaminated atmosphere is arranged on the housing of a sealing bush, wherein this first sealing arrangement is designed as a split ring which consists of a stationary outer ring which is connected to a rotating inner ring via a radial gap.
Im Bereich zwischen dem Außenring und dem Innenring ist der eng dimensionierter Dichtungsspalt mit einer Breite im Bereich zwischen etwa 0,2 bis 3 mm angeordnet, wobei der Dichtungsspalt entweder als Labyrinth-Dichtungsspalt oder als Zickzack- oder als Bogen- oder als Wellen-Dichtungsspalt oder als geradlinig in axialer Richtung verlaufender Dichtungsspalt ausgebildet sein kann.In the area between the outer ring and the inner ring, the narrowly dimensioned sealing gap with a width in the range between approximately 0.2 to 3 mm is arranged, whereby the sealing gap can be designed either as a labyrinth sealing gap or as a zigzag or as an arc or as a shaft sealing gap or as a straight sealing gap running in the axial direction.
Nachdem der Dichtungsspalt mindestens teilweise in radialer Richtung und mindestens teilweise in axialer Richtung gerichtet ist, werden überlegene Dichteigenschaften erzielt, weil es sowohl axiale als auch radiale Dichtungskomponenten gibt.Since the sealing gap is directed at least partially in the radial direction and at least partially in the axial direction, superior sealing properties are achieved because there are both axial and radial sealing components.
Wichtig ist jedenfalls, dass der Spaltring die hoch schmutzbelastete Atmosphäre von der in axialer Richtung dahinter angeordneten Dichtanordnung fernhält und dies geschieht dadurch, dass der Dichtungsspalt an seiner von der Schmutz einwirkenden Seite abgewandten Seite mit einer Schmierstofffüllung versehen ist, die den gesamten Dichtungsspalt durchsetzt und schmiert.In any case, it is important that the split ring keeps the highly contaminated atmosphere away from the sealing arrangement arranged behind it in the axial direction. This is achieved by the sealing gap being provided with a lubricant filling on the side facing away from the dirt, which penetrates and lubricates the entire sealing gap.
Damit erfolgt eine Schmierstoff-getragene Abdichtung gegenüber der teer- und gasbelasteten Atmosphäre und die dahinter liegende Dichtanordnung wird dadurch gegen das Eindringen von Teer und anderen schädlichen Stoffen, insbesondere auch von Stäuben und anderen abrasiven und klebenden Partikeln, geschützt.This creates a lubricant-supported seal against the tar and gas-laden atmosphere and the sealing arrangement behind it This protects the system against the penetration of tar and other harmful substances, especially dust and other abrasive and adhesive particles.
Der Schmierstoff hat die Art einer Opfer-Flüssigkeit, denn der Schmierstoff gelangt nach dem Durchlauf durch den Dichtungsspalt in das Innere des Behälters und wird dort in Flussrichtung vollständig verbrannt. Er dient somit der Schmierung der Dichtung, aber auch der Abdichtung des Dichtungsspaltes gegen Eindringen von schädlichen Partikeln und verbraucht sich selbst, ohne dass beim Verbrauch ein Schaden entsteht. Der Verbrauch an Schmierstoff liegt bei regelmäßiger Nachschmierung bei etwa 10 Gramm je 2500 Stunden.The lubricant acts as a sacrificial fluid, meaning it enters the reservoir after passing through the seal gap, where it is completely burned in the direction of flow. It thus serves to lubricate the seal and also seal the seal gap against the ingress of harmful particles. It consumes itself without causing any damage. With regular relubrication, lubricant consumption is approximately 10 grams per 2,500 hours.
Die zweite, im axialen Abstand hinter der ersten Dichtanordnung (gebildet aus dem Spaltring) verwendete Dichtanordnung besteht in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus mindestens einem Abdichtring, der eine konische Dichtlippe bildet, die mit einem relativ schmalen Querschnitt auf dem Außenumfang der drehenden Welle aufsitzt und die mit Hilfe eines Kraftspeichers, z.B. einer Ringfeder, die am Außenumfang anliegt, in radialer Richtung einwärts auf die Dichtstelle der Welle aufgedrückt wird.The second sealing arrangement, used at an axial distance behind the first sealing arrangement (formed from the split ring), consists in a preferred embodiment of at least one sealing ring which forms a conical sealing lip which sits with a relatively narrow cross-section on the outer circumference of the rotating shaft and which is pressed inwards in the radial direction onto the sealing point of the shaft with the aid of a force accumulator, e.g. an annular spring which rests on the outer circumference.
Wesentlich ist, dass diese Wellenabdichtung mit der Dichtlippe radial auswärts durch eine Metallhülse abgestützt ist, die mit einem Gummimantel ummantelt in einem Freiraum im feststehenden Gehäuseteil der Dichtung angeordnet ist, so dass die radial einwärts angeordnete Dichtlippe oder Dichthülse durch die Metallhülse radial abgestützt wird.It is essential that this shaft seal with the sealing lip is supported radially outwards by a metal sleeve which is covered with a rubber jacket and arranged in a free space in the fixed housing part of the seal, so that the radially inwardly arranged sealing lip or sealing sleeve is radially supported by the metal sleeve.
Auch bekannt als Wellendichtring.Also known as shaft seal.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die zweite, vorbeschriebene Dichtungsanordnung Wellendichtring mit der Dichtlippe und der Metallhülse auch durch einen einfachen O-Ring ersetzt ist.In a second embodiment of the present invention, it can be provided that the second, previously described sealing arrangement shaft sealing ring with the sealing lip and the metal sleeve is also replaced by a simple O-ring.
Es können auch mehrere hintereinander liegende O-Ringe verwendet werden.Several O-rings can also be used one behind the other.
Statt der Verwendung eines O-Ringes können auch noch andere Kombinationen aus O-Ringen und Dichtungsscheiben verwendet werden. Hier sind vor allem elastische Ringe mit Kreisquerschnitt gemeint.Instead of using an O-ring, other combinations of O-rings and sealing washers can also be used. This primarily refers to elastic rings with a circular cross-section.
Im axialen Abstand kann die Dichtung an einem Gegenhalterring oder Sicherungsring anliegen um eine axiale Abstützung zu erreichen.At an axial distance, the seal can rest against a counter-holder ring or retaining ring to achieve axial support.
Wichtig ist, dass vorgesehen ist, dass die abzudichtende Welle freitragend ausgebildet ist, d. h. es werden keinerlei axiale Kräfte über die Welle auf die Dichtung übertragen, nachdem erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die eigentliche Wellenlagerung im Antriebsgetriebe des Drehantriebs selbst vorgenommen wird.It is important that the shaft to be sealed is designed to be self-supporting, i.e. no axial forces are transmitted via the shaft to the seal, since the invention provides that the actual shaft bearing is carried out in the drive gear of the rotary drive itself.
Falls die Welle nicht in dem Getriebemotor selbst gegen radiale und axiale Verschiebungskräfte gesichert wird, kann es in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, die eigentliche Wellenlagerung hinter der erfindungsgemäßen Dichtbuchse außerhalb des Behälters anzuordnen.If the shaft is not secured in the geared motor itself against radial and axial displacement forces, it can be provided in a further embodiment that the actual shaft bearing is arranged behind the sealing bush according to the invention outside the container.
Für die Erfindung ist hier jedenfalls wichtig, dass die erfindungsgemäße Dichtbuchse, die aus der Kombination von mindestens zwei im axialen Abstand voneinander angeordneten Dichtanordnungen besteht, stets nächst der schädlichen Atmosphäre angeordnet ist.In any case, it is important for the invention that the sealing bushing according to the invention, which consists of the combination of at least two sealing arrangements arranged at an axial distance from one another, is always arranged closest to the harmful atmosphere.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.The subject matter of the present invention results not only from the subject matter of the individual patent claims, but also from the combination of the individual patent claims with one another.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All information and features disclosed in the documents, including the abstract, in particular the spatial configuration shown in the drawings, are claimed as essential to the invention insofar as they are new, individually or in combination, compared to the prior art.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.The invention is explained in more detail below with reference to drawings illustrating only one embodiment. Further essential features and advantages of the invention will become apparent from the drawings and their description.
Es zeigen:
-
1 : schematisierte Ansicht einer Anlage zur Erzeugung von brennbarem Gas aus einem kohlenstoffhaltigen stückigen Verbrennungsgut -
2 : ein schematisierter Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Wellen-Abdichtung -
3a : eine erste Ausführungsform einer abgewandelten Form des Spaltrings -
3b : eine zweite Ausführungsform einer abgewandelten Form des Spaltrings -
3c : eine dritte Ausführungsform einer abgewandelten Dichtungsanordnung der Spaltringes -
3d : eine vierte Ausführungsform der Formgestaltung des Spaltringes mit seinem Dichtungsspalt
-
1 : schematic view of a plant for producing combustible gas from a carbonaceous lumpy combustion material -
2 : a schematic longitudinal section through a shaft seal according to the invention -
3a : a first embodiment of a modified form of the split ring -
3b : a second embodiment of a modified form of the split ring -
3c : a third embodiment of a modified sealing arrangement of the split ring -
3D : a fourth embodiment of the design of the split ring with its sealing gap
In
Das Verschlusselement 14 ist nur zeitweilig geöffnet und soll vermeiden, dass das im Gaserzeuger 19 erzeugte Gas aus der Zuführeinheit 10 nach hinten austritt.The closure element 14 is only temporarily open and is intended to prevent the gas generated in the gas generator 19 from escaping to the rear of the supply unit 10.
Das zu verbrennende kohlenstoffhaltige Material wird im Zwischenspeicher 15 chargenweise vorgehalten und wird je nach Bedarf über eine drehangetriebene Förderschnecke 17, die in einem Aufnahmeraum 8 angeordnet ist, in Pfeilrichtung 18 der Einlassseite eines Gaserzeugers 19 zugeführt.The carbonaceous material to be burned is stored in batches in the intermediate storage 15 and is fed, as required, in the direction of arrow 18 to the inlet side of a gas generator 19 via a rotary-driven conveyor screw 17 arranged in a receiving space 8.
Wichtig ist nun, dass die Förderschnecke 17 von einem Getriebemotor 16 angetrieben ist, dessen Antriebswelle 4 durch eine Dichtbuchse 7 hindurchgeführt ist, die der Erfindung entspricht. Jenseits der Dichtbuchse 7 ist ein Zwischenflansch 6 angeordnet.It is now important that the conveyor screw 17 is driven by a geared motor 16, whose drive shaft 4 passes through a sealing bushing 7 according to the invention. An intermediate flange 6 is arranged beyond the sealing bushing 7.
Im Gaserzeuger 19 wird das Material im Bereich eines Glutbettes 23 vergast, wobei über seitliche Lufteinführungen 20, 21 Verbrennungsluft in Pfeilrichtung 22 eingeführt wird. Demnach unterteilt sich das Glutbett 23 in einen oberen Bereich, der als Oxidationszone 24 und in einen unteren Bereich, der als Reduktionszone 25 bezeichnet wird.In the gas generator 19, the material is gasified in the area of a bed of embers 23, with combustion air being introduced via lateral air inlets 20, 21 in the direction of arrow 22. Accordingly, the bed of embers 23 is divided into an upper area, referred to as the oxidation zone 24, and a lower area, referred to as the reduction zone 25.
Die erfindungsgemäße weitere Dichtbuchse 7 ist im Bodenbereich des Gaserzeugers 19 angeordnet und treibt beispielsweise einen Rost 55 an, der als Drehrost ausgebildet ist. Die dort gezeigte Antriebswelle ist mit dem Getriebemotor 16 drehfest gekuppelt.The additional sealing bushing 7 according to the invention is arranged in the base area of the gas generator 19 and drives, for example, a grate 55, which is designed as a rotating grate. The drive shaft shown there is non-rotatably coupled to the gear motor 16.
Das in dem Gaserzeuger 19 erzeugte Gas wird über einen Gasauslauf 26 und eine Gasleitung 27 in eine nachgeschaltete Filtereinheit 28 geführt, in der ein oder mehrere Filter 54 angeordnet sind.The gas generated in the gas generator 19 is led via a gas outlet 26 and a gas line 27 into a downstream filter unit 28 in which one or more filters 54 are arranged.
Die Filter 54 können durch eine Filterabreinigung 53 abgereinigt werden, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Rüttler ausgebildet ist, die von einem Getriebemotor 16 drehend angetrieben ist, wobei die Durchführung der Antriebswelle in die Filtereinheit 28 wiederum über die erfindungsgemäße Dichtbuchse 7 erfolgt.The filters 54 can be cleaned by a filter cleaning device 53, which in the embodiment shown is designed as a vibrator, which is driven in rotation by a gear motor 16, wherein the drive shaft is again led into the filter unit 28 via the sealing bushing 7 according to the invention.
Aus dem gezeigten Ausführungsbeispiel ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Dichtbuchse 7 jeweils an den angegebenen Stellen einer teerhaltigen und staubbelasteten Atmosphäre ausgesetzt ist und hohen Temperaturen standhalten kann.From the embodiment shown it follows that the sealing bushing 7 according to the invention is exposed to a tar-containing and dust-laden atmosphere at the indicated locations and can withstand high temperatures.
Aus den genannten Gründen schlägt die Erfindung eine Dichtbuchse 7 entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach
In
Die drehend angetriebene Welle 4 kann sowohl in Pfeilrichtung 9 linksdrehend oder rechtsdrehend angetrieben werden.The rotating shaft 4 can be driven either anticlockwise or clockwise in the direction of arrow 9.
Die in
Die teer- und staubbelastete Atmosphäre ist im Aufnahmeraum 8 gegeben und der Schmutzangriff erfolgt in Pfeilrichtung 39 auf die Stirnseite eines Gehäuses 1 der Dichtbuchse 7, wobei an dieser Stirnseite der Spaltring 3 angeordnet ist, der den ersten Schmutzangriff abweisen soll.The tar and dust-laden atmosphere is present in the receiving space 8 and the dirt attack occurs in the direction of arrow 39 on the front side of a housing 1 of the sealing bush 7, with the split ring 3 being arranged on this front side and intended to repel the first dirt attack.
Der Spaltring 3 besteht erfindungsgemäß aus einem drehfest mit dem Gehäuse 1 verbundenen Außenring 32 und einem Innenring 33, wobei ein Zwischenraum zwischen den beiden Ringen 32, 33 durch einen Dichtungsspalt 34 gebildet ist.According to the invention, the split ring 3 consists of an outer ring 32 and an inner ring 33 connected to the housing 1 in a rotationally fixed manner, wherein an intermediate space between the two rings 32, 33 is formed by a sealing gap 34.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Dichtungsspalt 34 aus einer etwa zick-zack-förmigen Formgebung, so dass sich damit gerade und kurze Abschnitte 35, 36 jeweils in einen Umkehrpunkt 37 im Winkel miteinander verbinden und so einen in axialer Richtung gerichteten, zick-zack-förmigen Dichtungsspalt 34 ergeben.In the embodiment shown, the sealing gap 34 consists of an approximately zigzag-shaped shape, so that straight and short sections 35, 36 each connect to one another at an angle at a reversal point 37 and thus result in a zigzag-shaped sealing gap 34 directed in the axial direction.
Durch diese besondere Ausbildung des Dichtungsspaltes 34 wird verhindert, dass schädliches Material unter Überdruck von Seiten der schmutz- und staubbelasteten Atmosphäre in Pfeilrichtung 39 durch den Dichtungsspalt 34 hindurchgedrückt wird.This special design of the sealing gap 34 prevents harmful material from being forced through the sealing gap 34 in the direction of arrow 39 under excess pressure from the dirt and dust-laden atmosphere.
Am gegenüberliegenden Ende des Spaltrings 3 ist ein Ringraum 31 angeordnet, der bevorzugt mit einem hochviskosen Schmierstoff 38 gefüllt ist. Die Art und Zusammensetzung des Schmierstoffs 38 wurde bereits schon in der allgemeinen Beschreibung erwähnt.At the opposite end of the split ring 3, an annular space 31 is arranged, which is preferably filled with a highly viscous lubricant 38. The type and composition of the lubricant 38 have already been mentioned in the general description.
Wichtig ist, dass der Ringraum 31 mit einer Bohrung 5 flüssigkeitsleitend verbunden ist, über die der hoch viskose Schmierstoff eingebracht wird.It is important that the annular space 31 is fluidly connected to a bore 5 through which the highly viscous lubricant is introduced.
Nach dem Einbringen des Schmierstoffes, was unter Druck erfolgt, wird die Bohrung 5 wieder verschlossen.After the lubricant has been introduced, which is done under pressure, the bore 5 is closed again.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ringraum 31 sich neben der Dichtungsanordnung befindet, die als Wellendichtring 2 ausgebildet ist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the annular space 31 is located next to the sealing arrangement, which is designed as a shaft sealing ring 2.
In einer anderen Ausgestaltung kann es jedoch vorgesehen sein, dass eine Abtrennung vorhanden ist, damit der Schmierstoff im Ringraum 31 nicht in den dahinter liegenden Wellendichtring 2 gelangen kann.In another embodiment, however, it may be provided that a separation is present so that the lubricant in the annular space 31 cannot reach the shaft sealing ring 2 located behind it.
Der Wellendichtring 2 besteht hier aus einer radial außen liegenden Metallhülse 50, die in einem Gummimantel oder in einem anderen elastischen Material einvulkanisiert ist. Es ist lediglich der Einfachheit halber angegeben, dass das elastische Material als Gummihülse 43 ausgebildet ist. Anstatt einer Gummihülse kann auch jedes andere elastische Material verwendet werden.The shaft seal 2 here consists of a radially outer metal sleeve 50, which is vulcanized into a rubber jacket or other elastic material. For the sake of simplicity, it is stated that the elastic material is designed as a rubber sleeve 43. Any other elastic material can be used instead of a rubber sleeve.
Die Metallhülse 50 besteht aus einem in axialer Richtung ausgerichteten ersten Schenkel, der in einen in radialer Richtung umgelenkten, weiteren Schenkel (Radialansatz 52) übergeht.The metal sleeve 50 consists of a first leg aligned in the axial direction, which merges into a further leg (radial shoulder 52) deflected in the radial direction.
Der Radialansatz 52 greift in eine zugeordnete, radial nach außen geöffnete Ringnut 49 ein und stützt somit die mehrfach abgewinkelte Dichtlippe 48 ab.The radial projection 52 engages in an associated annular groove 49 which is open radially outwards and thus supports the multiply angled sealing lip 48.
Die Dichtlippe 48 ist im Schnitt konisch geformt und bildet eine elastomere Hülse, die lediglich mit einem (in der Schnittansicht) schrägen und relativ spitzwinkligen Abschnitt im Bereich einer Dichtstelle 46 auf dem umlaufenden Umfang der Antriebswelle 4 abdichtend und kraft- sowie formschlüssig aufliegt.The sealing lip 48 is conically shaped in section and forms an elastomeric sleeve which rests sealingly and in a force-locking and form-locking manner on the circumferential circumference of the drive shaft 4 only with an (in the sectional view) oblique and relatively acute-angled section in the region of a sealing point 46.
Die radiale Andruckkraft wird durch eine Ringfeder 47 erreicht, die eine federbelastete Vorspannkraft in radialer Richtung auf die Dichtlippe 48 erzeugt.The radial contact pressure is achieved by an annular spring 47, which generates a spring-loaded preload force in the radial direction on the sealing lip 48.
Die gummiummantelte Metallhülse 50 und die Dichtlippe 48 stützen sich in axialer Richtung an einem Gegenhaltering 40 ab, der seinerseits an einem Sicherungsring 41 gegen axiale Verschiebung gesichert anliegt.The rubber-coated metal sleeve 50 and the sealing lip 48 are supported in the axial direction on a counter-holding ring 40, which in turn rests against a retaining ring 41, secured against axial displacement.
Der Zentrierring 42 kann Teil des Getriebemotors sein und das Gehäuse 1 der Dichtbuchse 7 in Richtung auf den Getriebemotor zentrieren.The centering ring 42 can be part of the gear motor and center the housing 1 of the sealing bush 7 in the direction of the gear motor.
In den
Im Ausführungsbeispiel nach
Im Ausführungsbeispiel nach
In
Die Erfindung kann auch die Kombinationen verschiedener Dichtungsspalte aus einer oder mehreren Formgebungen nach
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist demnach, dass in einer thermisch belasteten, staub- und teerbelasteten Umgebung zunächst die Dichtungsanordnung von einem nächst dieser Angriffsatmosphäre ausgesetzten Spaltring geschützt wird, der mit einem hochviskosen Schmierstoff versorgt ist und dass sich in axialer Richtung dahinter an den Spaltring ein Wellendichtring anschließt, der mit dem gleichen Schmierstoff versorgt ist.What is important in the present invention is that in a thermally stressed, dust and tar-laden environment, the sealing arrangement is first protected by a split ring which is exposed to this aggressive atmosphere and is supplied with a highly viscous lubricant, and that a shaft sealing ring which is supplied with the same lubricant is connected to the split ring in the axial direction behind it.
ZeichnungslegendeDrawing legend
- 11
- GehäuseHousing
- 22
- WellendichtringShaft seal
- 33
- Spaltringsplit ring
- 44
- Antriebswelledrive shaft
- 55
- Bohrungdrilling
- 66
- ZwischenflanschIntermediate flange
- 77
- DichtbuchseSealing bushing
- 88
- Aufnahmeraum (für 17)Recording room (for 17)
- 99
- PfeilrichtungArrow direction
- 1010
- ZuführeinheitFeed unit
- 1111
- Förderschneckescrew conveyor
- 1212
- PfeilrichtungArrow direction
- 1313
- FallabschnittCase section
- 1414
- Verschlusselementlocking element
- 1515
- Zwischenspeichercache
- 1616
- GetriebemotorGear motor
- 1717
- Förderschneckescrew conveyor
- 1818
- PfeilrichtungArrow direction
- 1919
- GaserzeugerGas generator
- 2020
- LufteinführungAir inlet
- 2121
- LufteinführungAir inlet
- 2222
- PfeilrichtungArrow direction
- 2323
- GlutbettEmber bed
- 2424
- OxidationszoneOxidation zone
- 2525
- ReduktionszoneReduction zone
- 2626
- GasauslassGas outlet
- 2727
- Gasleitunggas pipeline
- 2828
- Filtereinheitfilter unit
- 2929
- Gasauslass (von 28)Gas outlet (of 28)
- 3030
- PfeilrichtungArrow direction
- 3131
- RingraumAnnular space
- 3232
- Außenringouter ring
- 3333
- Innenringinner ring
- 3434
- DichtungsspaltSealing gap
- 3535
- AbschnittSection
- 3636
- AbschnittSection
- 3737
- Umkehrpunktturning point
- 3838
- SchmierstoffLubricant
- 3939
- Pfeilrichtung (Teereinwirkung)Arrow direction (tar impact)
- 4040
- GegenhalteringRetaining ring
- 4141
- SicherungsringRetaining ring
- 4242
- Zentrierungcentering
- 4343
- Gummihülserubber sleeve
- 4444
- 4545
- 4646
- DichtstelleSealing point
- 4747
- RingfederRingfeder
- 4848
- Dichtlippesealing lip
- 4949
- RingnutRing groove
- 5050
- Metallhülsemetal sleeve
- 5151
- 5252
- RadialansatzRadial approach
- 5353
- FilterabreinigungFilter cleaning
- 5454
- Filterfilter
- 5555
- Rostrust
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