DE2558651B2 - Wellendichtung mit einem mit der Welle umlaufenden Dichtring - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung mit einem mit der Welle umlaufenden Dichtring und beidseitig gegenüber in besonderen Gehäuseteilen angeordneten, axial beweglichen und in Richtung auf den umlaufenden Dichtring unter Federwirkung stehenden, nicht umlaufenden Dichtringen, mit zwischen diesen gebildeten, mittels in Kanälen zugeführtem Sperrmedium aufrechterhaltener. Dichtspalten und mit einem gemeinsamen Abflußkanal sowie mit Abdichtungen zwischen jedem der beiden umlaufenden Dichtringe und dem zugeordneten Gehäuseteil.

Aus der DE-OS 21 34 964 ist eine Dichtung bekannt, bei der ein einziger feststehender Dichtring vorhanden ist, der elastisch mittels eines gasdichten als elastische Wand ausgebildeten Balges im Gehäuse aufgehängt ist, welche ihn gegen den mit der Welle umlaufenden Dichtring preßt. Ein zwischen dem umlaufenden und dem feststehenden Dichtring eingeblasener Gasstrom trennt im Betrieb die Berührungsflächen beider Dichtringe und bildet ein Gaspolster, das ein Berühren der Dichtringe verhindert.

Bei einseitiger Anordnung der radialen Dichtfläche können durch die axiale Anpreßkraft und die vom Sperrgas im Dichtspalt erzeugte Reibungswärme ungleichmäßige Verformungen des Umlaufringes auftreten, die bei höheren Druckdifferenzen und Umfangsgeschwindigkeiten in der Größenordnung der bei dieser Dichtungsbauart extrem kleinen Dichtspalthöhen liegen können, so daß es zum axialen Anstreifen zwischen dem umlaufenden und nicht umlaufenden Dichtring und zum Verschleiß der Dichtflächen kommen kann. Außerdem ist eine Kombination der Sperrgasdichtung mit einer anderen Dichtung herkömmlicher Bauart zur Aufnahme der hohen Druckdifferenz aber auch schon im Falle gleichen Druckes auf beiden Seiten der Dichtung erforderlich, wenn das mit dem Verfahrensgas verträgliche Sperrgas der Sperrgasdichtung nicht auch mit dem Medium im nach außen an die Sperrgasdichtung angrenzenden Raum, im allgemeinen der Atmosphäre, in Berührung kommen darf.

Gasdichtungen herkömmlicher Bauart, z. B. Labyrinthdichtungen haben den Nachteil erheblicher Leckgasströme, während Flüssigkeitsdichtungen als äußere Dichtung im Falle eines beispielsweise giftigen Sperrgases in der inneren Dichtung ein aufwendiges Sperrflüssigkeitsentgasungssystem erforderlich machen. Außerdem ergeben sich bei Flüssigkeitsdichtungen hohe mechanische Reibungsverluste, die den Einsatz einer Sperrflüssigkeit wegen deren Konsistenz und Dichte bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten ausschließen und engste Dichtspalte nicht ermöglichen.

Bei der bekannten gasgesperrten, mit Kugellagern versehene Wellendichtung nach der US-PS 32 60 530 handelt es sich im wesentlichen um eine Kontrolleinrichtung zur Anzeige eines aufgetretenen Schadens in der Abdichtung des Lager-Ringraumes zu den angrenzenden Verfahrensräumen bzw. zur Atmosphäre. Diese Dichtung behebt nicht die eingangs beschriebene Schwierigkeit, die Dichtungsflächen vor Verschleiß zu schützen, da nicht gleichzeitig Gleit- und Gegenring abgefedert sind und das Sperrmedium nicht so zugeführt wird, daß dadurch Dichtspalte aufrecht erhalten bleiben.

Die Wellendichtung nach der US-PS 24 67 970 weist einen mittels eines O-Rings auf der Welle festgelegten Dichtring und mittels Bälgen gehaltene nicht umlaufende Dichtringe auf. Die Gleitflächen werden mittels eines mit einem unter Druck stehenden Fluid mischbaren Schmiermittel geschmiert Es ist dabei nicht erwähnt, daß Sperrgas allein verwendet werden kann, wodurch erst die geringen Spalte ermöglicht werden. Darüber hinaus ist nicht sichergestellt, daß durch den O-Ring der mitlaufende Dichtring auf der Welle sicher gegen

Verdrehen gehalten und ausreichend axial abgefedert

ist

Keine der genannten Wellendichtungen kann gleich-

zeitig eine aus dem Verfahrensraum herausgeführte Welle nahezu hermetisch auf der einen Seite gegen diesen Raum und auf der anderen Seite gegen die Atmosphäre oder einen weiteren angrenzenden Verfahrensraum abdichten und den mit der Welle umlaufenden Dichtring mit Hilfe eines Sperrgases vor Verschleiß und Verformungen durch die angrenzenden nicht umlaufenden Dichtringe zu schützen.

Bei der in der US-PS 25 55 492 beschriebenen Anordnung sind die beiden nicht umlaufenden Dichtrin-

so ge an den Gehäuseteilen gegenüber Atmosphäre und Verfahrensraum über Dichtungsringe abgedichtet axial beweglich in zylindrischen Führungen verschiebbar angeordnet Naturgemäß können solche Dichtungen nicht völlig gasundurchlässig sein, wie dies bei geschlossenen, federndelastischen Wänden der Fall ist. Der mitlaufende Dichtring ist bei der bekannten Ausbildungsweise starr auf der Welle befestigt.

Die beiden nicht umlaufenden Dichtringe sind nur mit einem Sperrmedium beaufschlagt, weshalb nur eine Zuführungsleitung und auch nur ein Zuführungsraum vorhanden ist

Der Erfindung liegt, ausgehend von dem bekannten Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, eine berührungslose Wellendichtung zu schaffen, bei der Verformungen des umlaufenden Dichtringes auch bei höheren Druckdifferenzen vermieden und daher sehr kleine Dichtspalte ermöglicht werden und mit der der Verfahrensraum nahezu hermetisch und fast leckagefrei

gegenüber der Atmosphäre abgedichtet werden kann.

Ausgehend von der berührungslosen Wellendichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 besteht die Lösung der gestellten Aufgabe darin, daß zum gasdichten Abdichten zwischen nicht umlaufendem Dichtring und Gehäuseteil elastische Wände vorgesehen und daß der mitlaufende Dich; ring gasdicht und axial verschiebbar zwischen zwei federnden Hülsen angeordnet sind und die beiden nicht umlaufenden Dichtringe mit zwei unterschiedlichen, miteinander verträglict-tn, Sperrgasen beaufschlagt sind, wobei dem atmospbärenseitigen, nicht umlaufenden Dichtring ein mit der Atmosphäre und dem verfahrensraumseitigen nicht umlaufenden Dschtring ein mit dem Verfahrensgas verträgliches Sperrgas zugeführt wird. ι s

Wegen seiner geringeren Dichte und wegen seiner Kompressibilität weist ein Gas als Sperrmedium besondere Eigenschaften auf. Die gestellte Aufgabe kann auch bei der Anpassung der betroffenen in der US-PS 25 55492 beschriebenen Bauteile nur mit Sperrgasen gelöst werden. Wenn auch nach der US-PS 25 55 492 die Leckage so gering wie möglich gehalten werden soll, so wird mit einem gewissen Leckstrom gerechnet, der in einer Aufbereitungsanlage zur Wiederverwendung gereinigt werden soll. Dies setzt einen nicht unerheblichen Leckstrom geradezu voraus.

Nach der Aufgabe der Erfindung kommt eine Wiederverwendung des Leckgases nicht nur nicht in Frage, sondern es muß die anfallende Leckgasmenge minimal sein. Dies ist nur möglich, wenn die die Dichtspalte bildenden Abstände zwischen dem mitlaufenden Dichtring und den nicht umlaufenden Dichtringen sehr klein gehalten werden können.

Dies schließt aus, daß die Dichtringe fest eingespannt etwa auf der Welle oder mit Bohrungen versehen und mittels Schaftbolzen von Schrauben geführt werden. Schon das Anbringen von Bohrungen oder das Einspannen auf dem Wellenzapfen hätte schädliche Auswirkungen dahingehend, daß die Dichtspalte — ein Anlaufen würde einen erheblichen Schaden bedeuten — größer gehalten werden müßten, als es erforderlich ist, um die Menge des austretenden Lecksperrgases auf geringste Spuren zu verringern. Nur die Unversehrtheit der Dichtringe durch auch nur geringste Formänderungen infolge von auf diese einwirkenden mechanischen Kräften ermöglicht es, die Dichtspalte derart klein zu halten und damit die Leckage nahezu auf Null zu begrenzen.

Dasselbe gilt prinzipiell auch für die Verwendung von Gasen als Sperrmedien, um die Dichtflächen auf einem Abstand zu halten, bei dem der Leckverlust an dem mit dem Verfahrensmedium vermischten Sperrgas annähernd auf Null herabzudrücken ist.

Durch die gleichhohe Erzeugung von Reibungswärme auf beiden radialen Flächen des umlaufenden Dichtringes wird ferner gleichmäßige Temperaturverteilung und damit eine geringere Verformung des Umlaufringes durch Temperatureinflüsse bewirkt, was insbesondere bei haben Umfangsgeschwindigkeiten, bei denen größere Reibungswärmen im Sperrgas in der Dichtfläche erzeugt werden, von Bedeutung ist. Verformungen des Umlaufringes durch Druckunterschiede werden dadurch weitgehend vermieden, daß an den radialen Dichtflächen des Umlaufringes beidseitig Axialkräfte angreifen, die sich gegenseitig aufheben, so daß es zu keiner Verwölbung des Umlaufringes in axialer Richtung kommt Außerdem kann die anfallende Druckdifferenz zwischen Verfahrensgas und Außenraum auf beide Sperrgasdichtungen aufgeteilt werden. Durch Wahl eines mit dem Außenraum verträglichen Sperrgases in der äußeren Dichtung werden auch hierfür die Vorteile eines geringen Sperrgasverbrauches bzw. der Fortfall einer Flüssigkeitsdichtung mit aufwendigem Sperrflüssigkeits-Entgasungssystem wirksam.

Durch Wahi eines mit dem Verfahrensgas verträglichen Sperrgases wird verfahrensraumseitig eine Verunreinigung des Verfahrensgases vermieden.

Das neue Dichtungssystem ist daher so ausgestaltet, daß an dem Umlaufring praktisch überhaupt keine Verformungskräfte mehr wirksam werden. Die fehlende axiale Belastung des Umlaufringes erlaubt den Einsatz von schmalen Ringen, so daß die Unwuchtkräfte reduziert werden und somit die maximal zulässige Drehzahl weit nach oben verschoben werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der gasgesperrten Wellendichtung ist in der Zeichnung dargestellt

Eine rotierende Welle 4 ist aus einem unter Überdruck stehenden Gehäuse (nicht dargestellt) herausgeführt, wobei die Wellendichtung eine Abdichtung zwischen dem Arbeitsraum (obere Hälfte) und der Atmosphäre (untere Hälfte der Zeichnung) besorgt Mit der Welle 4 ist ein umlaufender Dichtring 3 drehfest, jedoch axialverschieblich verbunden.

Im Bereich der Wellendichtung ist die Welle 4 von einer Gehäusewand 10 umgeben, in die zwei Gehäuseflansche 5a und 56 zur Welle 4 hin nach innen vorspringen. Die Gehäuseflansche 5a, 56 sind im Querschnitt etwa L-förmig ausgebildet, wobei ein Schenkel des L parallel zu der Gehäuseinnenwand 10 liegt und mit dieser abgedichtet verbunden ist, und der andere Schenkel frei nach innen ragt

Am freien Schenkel der Gehäuseflansche 5a bzw. 5b, die gegenüber den feststehenden Dichtringen ta, 16 spiegelbildlich angeordnet sind, sind elastische Wände 2a und 2b befestigt, die einen doppelten Zweck erfüllen. Zum einen bilden sie eine Abdichtung des torusförmigen Raumes zwischen Gehäuse 10 und Welie 4; zum anderen ist in ihnen eine Federkraft gespeichert, die paarig angeordnet, die feststehenden Dichtringe la und IZj auf den umlaufenden Dichtring 3 drücken, wobei die Anpreßflächen zwischen den Dichtringen la und Ib sowie 3 einen kleinen Abstand (Dichtspalt) aufweisen und unter Gasdruck stehen. Der Dichtspalt ermöglicht eine relative Bewegung der Dichtringe gegeneinander ohne nennenswerte Reibungsverluste.

Die Sperrgase werden über Zuführungsleitungen herangeführt, die innerhalb der Gehäusewand 10 mit einem ersten Zuführungskanal 6 bzw. 7 beginnen, der die Gehäusewand durchdringt Die Zuleitungen zu der Gehäusewand von außen her sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Sperrgase werden über weitere Bohrungen 11, 12 hindurchgeleitet, die winkelig durch die Gehäuseflansche 5a, 5b geführt sind. Am Ende der Bohrungen 11, 12 sind gebogene Röhrchen 13, 14 vorgesehen, die eine Verbindung zwischen der genannten Bohrung und einer weiteren Bohrung 15 bzw. 16 bilden, die in den feststehenden Dichtringen la, 16 vorhanden sind. Die Bohrungen 15,16 enden im Bereich der bereits erwähnten Dichtspalte zwischen den Dichtringen 1 a, 16 bzw. 3. Die Öffnung ist erweitert.

Die abströmenden Gase gelangen zum einen Teil aus dem Dichtspalt zwischen den Dichtringen in einen gemeinsamen Ablaßkanal 9. Der andere Teil gelangt in den Raum zwischen Welle und federnden Hülsen 40, insbesondere in den Raum 50, der im folgenden

beschrieben wird.

Auf der Welle 4 sind mitdrehende, federnde Hülsen 40 über Befestigungsvorrichtungen 41 verbunden. Der umlaufende Ring 3 ist über die federnden Hülsen 40 verbunden. Der umlaufende Ring 3 ist über die federnden Hülsen 40 auf der Welle befestigt, mit der Welle 4 ist er nicht direkt verbunden. Er kann sich je nach der auf ihn wirkenden Druckbelastung auf der Welle axial einstellen. Die mit dem Verfahrensraum bzw. der Atmosphäre in Verbindung stehenden Räume zwischen der Welle 4 und den feststehenden Ringen la, 16sind möglichst klein ausgelegt.

Durch den Kanal 42 bzw. 43, der zum Verfahrensraum bzw. zur Atmosphäre gehört, stellt sich ein Druckgleichgewicht ein, das für einen Ausgleich der Kräfte sorgt. Die eingebauten Dichtungselemente werden dabei nicht verformt

Dadurch, daß die Spalte zwischen den Dichtringen

mittels des für jede Einzeldichtung gesonderten Sperrgases selbsttätig in ihrer Breite eingestellt werden können, wird ein berührungsfreier Lauf der Dichtung garantiert. Der umlaufende Dichtring 3 ist zwischen ι federnden Hülsen 40 angeordnet und somit axial verschiebbar.

Die Funktion der Wellendichtung ist aus der Zeichnung erkennbar. Beispielsweise wird durch den Kanal 6 auf der verfahrensseitigen Dichtungsstufe ein

κι für das Verfahrensgas verträgliches Sperrgas eingedrückt Die atmosphärenseitige Dichtungsstufe wird durch den Kanal 7 mit einem Sperrgas betrieben, das ohne Schaden in die Atmosphäre entweichen darf. Durch Vermischung dieses Sperrgases mit dem aus dem

is verfahrensseitigen Dichtring in den Mischbereich gelangenden verfahrensseitigen Sperrgas wird ein kontrollierter Abzug sichergestellt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wellendichtung mit einem mit der Welle umlaufenden Dichtring und beidseitig gegenüber in besonderen Gehäuseteilen angeordneten, axial beweglichen und in Richtung auf den umlaufenden Dichtring unter Federwirkung stehenden, nicht umlaufenden Dichtringen mit zwischen diesen gebildeten, mittels in Kanälen zugeführtem Sperrmedium aufrechterhaltenen Dichtspalten und mit einem gemeinsamen Abflußkanal sowie mit Abdichtungen zwischen jedem der beiden umlaufenden Dichtringe und dem zugeordneten Gehäuseteil, dadurch gekennzeichnet, daß zum gasdichten Abdichten zwischen jedem der nicht umlaufenden Dichtringe (la, Ii^ und dem zugeordneten Gehäuseteil je eine elastische Wand vorgesehen ist und der mitlaufende Dichtring (3) gasdicht und axial verschiebbar zwischen zwei federnden Hülsen (40) angeordnet ist und die beiden nicht umlaufenden Dichtringe (la, Xb) mit zwei unterschiedlichen, miteinander verträglichen, Sperrgasen beaufschlagt sind, wobei dem atmosphärenseitigen, nicht umlaufenden Dichtring (Ib) ein mit der Atmosphäre und dem verfahrensraumseitigen nicht umlaufenden Dichtring (la,) ein mit dem Verfahrensgas verträgliches Sperrgas zugeführt wird.