DE1450285C

DE1450285C - Mechanical seal

Info

Publication number: DE1450285C
Authority: DE
Inventors: Alhambra Calif Tracv Herbert E (V St A)
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Publication date: 1971-08-26

Description

1 21 2

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit hierdurch wird die Lebensdauer der Gleitringe ver-The invention relates to a mechanical seal with this reduces the service life of the sliding rings

einem umlaufenden und einem feststehenden Gleit- längert. 'one rotating and one fixed sliding length. '

ring, wobei ein Gleitring gegen den anderen un- Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend an Hand verschiebbar angeordneten Geitring axial' angepreßt der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt (
ist und ein Gleitring in seiner Dichtfläche eine Ring- 5 F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Gleitringnut aufweist, die mit dem Flüssigkeit enthaltenden dichtung,ring, with one slip ring against the other un- An embodiment is explained below on hand displaceably arranged slide ring axially 'pressed on the drawing. It shows (
is and a sliding ring in its sealing surface a ring 5 F i g. 1 has an axial section through a sliding ring groove, which is connected to the seal containing the liquid,

Hochdruckraum über eine als Drossel ausgebildete, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1High-pressure chamber via a throttle designed, F i g. 2 shows a section along line 2-2 in FIG. 1

im Gleitring angeordnete Leitung in Verbindung steht. in vergrößertem Maßstab,is in connection with the line arranged in the slip ring. on a larger scale,

. Mit den bekannten Gleitringdichtungen, von denen Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 in. With the known mechanical seals, of which Fig. 3 is a partial section along the line 3-3 in

die Erfindung ausgeht und bei denen die in der io F i g. 2 durch die Gleitringe.the invention proceeds and in which the in the io F i g. 2 through the slip rings.

Gleitfläche angeordnete'Ringnut über eine Drossel· . In der Zeichnung ist mit 1 eine Pumpe oder einRing groove arranged on the sliding surface via a throttle. In the drawing, 1 is a pump or a

bohrung mit dem'Hochdruckraum in Verbindung .^: anderes Gehäuse bezeichnet, das eine Bohrung 2 fürbore in connection with the high pressure chamber. ^: Designates another housing that has a hole 2 for

steht, soll die Aufgabe gelöst werden, die Spaltbreite eine sich drehende Welle 3 aufweist. An der Außen-stands, the object is to be achieved, the gap width has a rotating shaft 3. At the outside

zwischen den Gleitringen selbsttätig zu regulieren, fläche des Gehäuses 1 ist mittels Schrauben 4 einto regulate automatically between the slip rings, surface of the housing 1 is a screw 4

indem bei zu engem Dichtspalt über die Drossel- 15 ringförmiger Flansche befestigt, der eine zentraleby fastening ring-shaped flanges over the throttle valve if the sealing gap is too narrow, the central one

bohrung ein stärkerer Druckanstieg in der Ringnut Bohrung 6 für einen Wellenabschnitt 7 verringertenbore a greater pressure increase in the annular groove bore 6 for a shaft section 7 decreased

und damit eine Spaltvergrößerung und umgekehrt Durchmessers aufweist.and thus has a gap enlargement and vice versa diameter.

entsteht. In diesem Zusammenhang ist es auch be- An der Welle 3 ist ein umlaufender Gleitring 8 bekannt, die Drosselbohrung einstellbar zu machen, festigt, dessen Ende 10 eine verhältnismäßig breite um die Größe des sich selbst einstellenden Spaltes zu 20 radiale Dichtfläche 9 aufweist,
verändern. Durch eine Bohrung 12 im Längsteil 11 des Gleit-arises. In this context, it is also known that a rotating sliding ring 8 is known to make the throttle bore adjustable, the end 10 of which has a sealing surface 9 that is relatively wide around the size of the self-adjusting gap to 20,
change. Through a hole 12 in the longitudinal part 11 of the sliding

Für sehr hohe Drücke, beispielsweise in der ringes 8 ist ein ringförmiger Raum geschaffen, inFor very high pressures, for example in the ring 8, an annular space is created in

Größenordnung von 100 atü und mehr, sind mehr- dem eine U-förmige Dichtung 13 angeordnet ist, dieOn the order of 100 atmospheres and more, a U-shaped seal 13 is arranged, which

stufige Gleitringdichtungen verwendet worden, bei mit Hilfe eines keilförmigen Spannringes IS undstepped mechanical seals have been used with the help of a wedge-shaped clamping ring IS and

denen jede Dichtung nur einen Teildruck abzudichten 25 einer Feder 16 auf einen Sitz 14 und ferner gegen diewhich each seal only a partial pressure to seal 25 a spring 16 on a seat 14 and also against the

hat. Dabei ist jedoch der Bauaufwand sowie der Welle 3 und die innere Wand der Bohrung 12 ge-has. However, the construction costs as well as the shaft 3 and the inner wall of the bore 12 are

Platzbedarf für den Einbau verhältnismäßig groß. preßt ist. Ein Ring 17 hat einen SchulterabschnittRelatively large space requirement for installation. is pressing. A ring 17 has a shoulder portion

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe 17', der auf einem Ansatz 18 der Welle 3 sitzt,
zugrunde, ausgehend von einer bekannten Gleitring- Der Gleitring 8 besitzt axial gerichtete Mitnehmerdichtung mit einer Ringnut, die lediglich über den 30 ansätze 8 a, die außerhalb des Spannringes 15 liegen Dichtungsspalt mit dem Hochdruck- und dem und in Schlitze 15 α einer äußeren Hülse 15 b greifen. Niederdruckraum in Verbindung steht, die Ab- Von dem Ansatz 18 der Welle 3 erstrecken sich axial dichtung insbesondere für hohe Drücke zu ver- Schlitze 19, in die die Köpfe 20 von Mitnehmerbessern, indem der Druckabbau zwischen dem Hoch- bolzen 21 greifen; diese Bolzen führen radial durch druckraum und der Ringnut sowie zwischen der 35 Öffnungen 22 in dem Ring 17 und greifen in die vorRingnut und dem Niederdruckraum gesteuert wird. genannten Längsschlitze 15 α der äußeren Hülse 15 b, In contrast, the invention has the task 17 ', which sits on a shoulder 18 of the shaft 3,
based on a known sliding ring- The sliding ring 8 has axially directed driver seal with an annular groove, which only over the 30 approaches 8 a, which are outside of the clamping ring 15, sealing gap with the high pressure and the and in slots 15 α of an outer sleeve 15 b grab. Low-pressure chamber is connected, which extends axially seal from the extension 18 of the shaft 3, especially for high pressures, to slots 19, into which the heads 20 of better drivers, in that the pressure reduction between the bolt 21; These bolts lead radially through the pressure chamber and the annular groove and between the openings 22 in the ring 17 and engage in the vorRingnut and the low-pressure chamber is controlled. mentioned longitudinal slots 15 α of the outer sleeve 15 b,

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, so daß der Gleitring 8 mit Welle 3 über die Mitdaß die Ringnut über eine weitere als Drossel aus- nehmeransätze 8 a, die Hülse 15 b und die Mitgebildete, ebenfalls im Gleitring angeordnete Leitung nehmerbolzen 21 drehfest, jedoch axial frei bewegmit dem Niederdruckraum in Verbindung steht. 40 lieh verbunden ist. Diese Bauweise ist bekannt.This object is achieved according to the invention, so that the sliding ring 8 with the shaft 3 rotatably, but axially, the annular groove via a further as a throttle except lugs 8 a, the sleeve 15 b and the line also formed in the sliding ring is freely movable with the low-pressure chamber in connection. 40 borrowed is connected. This construction is known.

Durch Bemessung der beiden Drosseln läßt sich Ein feststehender Gleitring 24 ist in der Bohrung 6 ein bestimmter Druck in der Ringnut einstellen, so ■ des Flansches 5 angeordnet. In einer Ringnut am daß der Druckabbau an der gesamten Gleitfläche äußeren Umfang des Gleitringes 24 ist ein O-Dichtzwischen dem Hochdruckraum und dem Nieder- ring 26 eingelegt, der sich gegen die Innenwandung druckraum nicht mehr einen Verlauf hat, der von 45 einer Bohrung 25 des Flansches 5 legt. Der Flansch 5 den verschiedensten Einflüssen abhängig ist und des- besitzt ferner eine Bohrung 27 geringeren Durchhalb nicht geradlinig ist, wie man^: theoretisch an- messers, die einen ringförmigen Sitz für einen zweiten nimmt, sondern daß der Druckgradient zwischen O-Dichtring 28 bildet, der einen Axialabschnitt 29 dem Hochdruckraum und der Ringnut sowie zwi- verringerten Durchmessers des Gleitringes 24 umsehen der Ringnut und dem Niederdruckraum jeweils 5° gibt. Die Dichtringe 26 und 28 verhindern, daß unter einen Wert aufweist, der von dem durch die Drosseln Druck stehende Flüssigkeit aus der Bohrung 2 des vorgegebenen Druck in der Ringnut bestimmt ist. Gehäuses zwischen dem Gleitring 24 und dem Damit läßt sich die tatsächliche Druckverlaufslinie Flansch 5 ausfließt,
besser einstellen bzw.,anpassen. Zwischen der radial äußeren Dichtfläche30 undBy dimensioning the two throttles, a fixed slide ring 24 is set in the bore 6, a certain pressure in the annular groove, so ■ the flange 5 is arranged. In an annular groove on the pressure reduction on the entire sliding surface of the outer circumference of the sliding ring 24, an O-seal is inserted between the high pressure chamber and the low ring 26, which no longer has a course against the inner wall of the pressure chamber that extends from 45 of a bore 25 of the Flange 5 sets. The flange 5 is dependent on the most varied of influences and also has a bore 27 with a smaller diameter that is not straight, as one ^: theoretically more appropriate, which takes one ring-shaped seat for a second one, but that the pressure gradient between the O-sealing ring 28 forms, which gives an axial section 29 to the high pressure chamber and the annular groove as well as between the reduced diameter of the sliding ring 24 around the annular groove and the low pressure chamber in each case 5 °. The sealing rings 26 and 28 prevent the predetermined pressure in the annular groove from being below a value which is determined by the liquid from the bore 2 under pressure through the throttles. Housing between the sliding ring 24 and the So that the actual pressure curve line flange 5 flows out,
better adjust or adjust. Between the radially outer sealing surface30 and

Zusätzlich hat riian es in der Hand, die Druck- 55 der radial inneren Dichtfläche 31, an denen der verlaufslinie durch Wahl des Abstandes der Ringnut Druckabbau erfolgt, ist eine Ringnut 32 angeordnet, zum Außen- bzw. Innendurchmesser an der Gleit- in die Flüssigkeit mit einem bestimmten Zwischenringdichtung zu beeinflussen. druck geleitet wird, so daß der Druckgradient zwi-In addition, riian has it in hand, the pressure 55 of the radially inner sealing surface 31, on which the running line takes place by choosing the distance between the annular groove pressure reduction, an annular groove 32 is arranged, to the outer or inner diameter of the sliding in the liquid with a certain intermediate ring seal to influence. pressure is passed so that the pressure gradient between

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sehen dem Hochdruckraum und der Ringnut 32 soist jede Drossel für gleiche Druckdifferenzen vorge- 60 wie zwischen dieser und dem Niederdruckraum einsehen, wobei die Ringnut im radial mittleren Bereich stellbar ist.In an advantageous embodiment of the invention, the high pressure chamber and the annular groove 32 see as it is view each throttle for the same pressure differences as between it and the low-pressure chamber, wherein the annular groove can be adjusted in the radially central area.

der Dichtfläche liegt. Hierdurch ergibt sich eine Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungthe sealing surface lies. This results in an embodiment shown in the drawing

bessere Anpassung des Druckverlaufs an die als ist der Gleitring 24 mit einer Einlaßleitung 33 undbetter adaptation of the pressure curve to the than is the sliding ring 24 with an inlet line 33 and

theoretisch angenommene Gerade zwischen dem einer Auslaßleitung 34 versehen, die zwischen dentheoretically assumed straight line between an outlet line 34 provided between the

Hochdruck- und dem Niederdruckraum. 65 Dichtringen 26, 28 mit im Flansch 5 ausgebildetenHigh pressure and the low pressure room. 65 sealing rings 26, 28 formed in the flange 5

Ferner kann in vorteilhafter Weise in der Flüssig- Anschlüssen 35 bzw. 36 in Verbindung stehen,Furthermore, in the liquid connections 35 and 36 can advantageously be connected,

keitszuleitung zwischen dem Hochdruckraum und der Vom Hochdruckraum gelangt Flüssigkeit durchpower supply line between the high pressure chamber and the liquid passes through from the high pressure chamber

Ringnut eine Kühlvorrichtung vorgesehen sein. Auch einen Anschluß 37 im Flansch 5 und eine Leitung 38Annular groove a cooling device can be provided. Also a connection 37 in the flange 5 and a line 38

in eine Drossel, wobei die Leitung 38 vorzugsweise als Rohrschlange ausgebildet ist und somit als Drossel dient, und von dieser über den Anschluß 35 in die Ringnut 32.in a throttle, wherein the line 38 is preferably designed as a coil and thus as Throttle is used, and from this via the connection 35 into the annular groove 32.

Andererseits ist die Ringnut 32 über den Anschluß 36 und eine Leitung 39, in der eine Drossel angeordnet ist, mit Atmosphäre verbunden. Die Leitung 39 ist ebenfalls vorzugsweise als Rohrschlange aus- ! gebildet und dient als Drossel. Die Ausflußgeschwindigkeit soll möglichst gering sein, beispielsweise in der Größenordnung von einigen Tropfen/Minute. Von der Ringnut 32 aus betrachtet, wirkt die Leitung 39 als Druckstaueinrichtung und die Leitung 38 als Druckmindereinrichtung.On the other hand, the annular groove 32 is arranged via the connection 36 and a line 39 in which a throttle is connected with atmosphere. The line 39 is also preferably designed as a pipe coil. ! formed and serves as a throttle. The outflow velocity should be as low as possible, for example in of the order of a few drops / minute. Viewed from the annular groove 32, the line acts 39 as a pressure retaining device and the line 38 as a pressure reducing device.

Die Leitung 38 kann durch einen Wärmetauschermantel 40 geführt werden, um die hindurchfließende Flüssigkeit in den Fällen zu kühlen, wo hohe Temperaturen ein zusätzliches Problem darstellen. Ist beispielsweise der Hochdruck 210 atü, so wird in der Leitung 38 und der Drossel der Druck der Flüssigkeit in der Ringnut 32 auf etwa 105 atü herabgesetzt. Damit besteht ein Druckabfall über beide Dichtflächen 30, 31 von jeweils 105 atü, d. h. von 210 auf 105 atü, längs der Dichtfläche 30 und von 105 atü auf Atmosphärendruck längs der Dichtfläche 31.The line 38 can be passed through a heat exchanger jacket 40 to the flowing through Cooling liquid in cases where high temperatures are an additional problem. is For example, the high pressure 210 atü, the pressure of the liquid is in the line 38 and the throttle reduced in the annular groove 32 to about 105 atmospheres. There is thus a pressure drop across both sealing surfaces 30, 31 of 105 atü each, i.e. H. from 210 to 105 atmospheres along the sealing surface 30 and from 105 atmospheres to atmospheric pressure along the sealing surface 31.

Im Sinne der Erfindung wird die Ringnut 32 vorzugsweise so in dem Gleitring 24 angeordnet, daß die Dichtflächen 30 und 31 die gleiche Fläche aufweisen, so daß sich die Ringnut 32 in einem radialen Bereich zwischen den Dichtflächen 30 und 31 befindet, in dem normalerweise zu erwarten wäre, daß sich dort der Mittelwert des Druckgradienten längs der Dichtflächen der Gleitringe 8 und 24 befindet. Durch Einstellung eines Mitteldruckes wird tatsächlich erreicht, daß ein gleich großer Druckabbau von jeder der beiden radial ineinanderliegenden Teildichtflächen erzielt wird.According to the invention, the annular groove 32 is preferably arranged in the sliding ring 24 that the sealing surfaces 30 and 31 have the same area, so that the annular groove 32 in a radial Area between the sealing surfaces 30 and 31 is located in which would normally be expected that the mean value of the pressure gradient along the sealing surfaces of the sliding rings 8 and 24 is located there. By setting a medium pressure it is actually achieved that an equally large pressure reduction of each of the two radially nested partial sealing surfaces is achieved.

Ferner kann der starken Abnutzung und damit der geringen Lebensdauer derjenigen Teile der Gleitflächen entgegengewirkt werden, die auf der Seite des Hochdruckraumes liegen, wenn die abzudichtenden Drücke sehr hoch sind. Zu diesem Zweck wählt man den Druck in der Ringnut so, daß sich zwischen dem Hochdruckraum und der Ringnut ein größerer Druckgradient als zwischen der Ringnut und dem Niederdruckraum einstellt. Dadurch ergibt sich ein verbesserter Durchfluß der Flüssigkeit längs der Gleitfläche, so daß die Schmierung verbessert und die Reibung vermindert wird. Andererseits kann der Druck in der Ringnut auch im Verhältnis höher gewählt werden.Furthermore, the heavy wear and thus the short service life of those parts of the sliding surfaces be counteracted, which are on the side of the high pressure chamber when the to be sealed Pressures are very high. For this purpose one chooses the pressure in the ring groove so that between the high pressure chamber and the annular groove a greater pressure gradient than between the annular groove and the Adjusts the low pressure chamber. This results in an improved flow of the liquid along the Sliding surface, so that lubrication is improved and friction is reduced. On the other hand, the Pressure in the ring groove can also be selected to be proportionally higher.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Zweistufendichtung dargestellt, aber es ist selbstverständlich, daß zusätzliche Stufen angeordnet werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, so daß sogar noch höhere Drücke wirkungsvoll abgedichtet werden können. Die obenstehende Bezugnahme auf bestimmte Drücke ist ebenfalls nur als zur Veranschaulichung gegebenes Beispiel zu verstehen.In the drawing, a two-stage seal is shown as an exemplary embodiment, but it goes without saying that that additional stages can be arranged without falling within the scope of the invention leave so that even higher pressures can be effectively sealed. The above Reference to certain pressures is also given for illustrative purposes only Understand example.

Claims

Patent claims:

1. Mechanical seal with a rotating and a fixed sliding ring, with a Slide ring is pressed axially against the other non-displaceably arranged slide ring and a Sliding ring has an annular groove in its sealing surface, which communicates with the high-pressure chamber containing the liquid via a line designed as a throttle and arranged in the sliding ring stands, characterized in that the annular groove (32) via a further designed as a throttle, Line (34, 36, 39) with the low-pressure chamber also arranged in the sliding ring (24) communicates.

2. Seal according to claim 1, characterized in that each throttle for the same pressure differences is provided, the annular groove (32) lying in the radially central region of the sealing surface.

3. Seal according to claim 1 or 2, characterized in that in the liquid supply line a cooling device is provided between the high-pressure chamber and the annular groove.

1 sheet of drawings