-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Wellendichtung für sich drehende
Wellen in Turbomaschinen oder andere unter Überdruck gesetzte Maschinen
bzw. Druckmaschinen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung,
gemeinsam mit WO-A-96/33357
eine Wellendichtung mit einem Dichtelement, einem Drehdichtteil,
koaxial mit dem Dichtelement montiert und hiermit eines kontaktlose Primärdichtung
bildend, zwischen gegenüberliegenden
Flächen
des Dichtelements und des Drehdichtteils, um im wesentlichen ein
Fließen
eines Fluids über
die Primärdichtung
von einer Hochdruckradialseite zu einer Niederdruckradialseite zu
vermeiden, ein Dichtungsgehäuse,
einer Schiebemuffe angeordnet zwischen dem Dichtungsgehäuse und
dem Dichtelement, koaxial zu und in Kontakt mit dem Dichtelement,
ein Vorspannmittel zum Drücken
der Schiebermuffe weg von dem Dichtgehäuse und gegen das Dichtelement,
zum Drängen
des Dichtelements axial zu dem Drehdichtteil, und ein erstes Dichtelement, angeordnet
um die Schiebermuffe und angeordnet in einem Kanal, in Kommunikation
zu der Hochdruckradialseite zum Bilden einer zweiten Dichtung für die Schiebermuffe
zischen der Hochdruck- und er Niederdruckradialseite. Eine derartige
Wellendichtung ist in WO-A-96/33357 offenbart.
-
Nicht-kontaktierende
Wellendichtungen werden oft mit einer Maschinerie für das Komprimieren oder
Expandieren eines Gases verwendet (Wasserstoff, Erdgas, Luft, etc.),
und die Übertragung
des Gases entlang der Welle ist zu vermeiden. Aufgrund des Hochdrucks
wird normalerweise eine Hochleistungsmaschine verwendet, und die
Wellendichtungen sind so gewählt,
dass sie vom Nichtkontakttyp sind, zum Reduzieren der in den Dichtungen
aufgebauten Wärme
und der Abnutzung der Dichtteile und/oder zum Vermeiden der Komplexität von Öldichtungen
und deren zugeordneten Systeme.
-
Ein
nicht-kontaktierender Betrieb vermeidet den nicht wünschenswerten
Flächenkontakt
dann, wenn die Welle sich über
einer bestimmten Minimalgeschwindigkeit dreht, die oft als Abhebegeschwindigkeit
bezeichnet wird.
-
Nicht-kontaktierende
Wellendichtungen erzielen Vorteile gegenüber Dichtungen, wo die Dichtoberflächen in
Kontakt zueinander gelangen, aufgrund der Reduktion der Abnutzung
und der geringeren Wärmeerzeugung.
Artikel mit dem Titel "Grundlagen von
Spiralnut nicht-kontaktierenden Flächendichtungen" von Gabriel, Ralph
P. (Journal of American Society of Lubrication Engineers Volume
35, 7, Seiten 367-375),
und "Verbesserter
Leistungsumfang von Film-reitenden Gasdichtungen durch Anheben der hydrodynamischen
Wirkungen" von Secy,
Joseph (Transaction of the American Society of Lubrication Engineers,
Band 23, 1 Seiten 35-44) beschreiben nicht-kontkatierende Dichtungstechnologie
und Entwurfskriterien, und sie sind hier durch Bezugnahme mit aufgenommen.
-
Wie
bei gewöhnlichen
mechanischen Dichtungen besteht eine nicht-kontaktierende Flächendichtung
aus zwei Hauptdichtelementen. Zumindest eines der Dichtelemente
ist mit flachen Oberflächenvertiefungen
versehen.
-
Die
Vertiefungen sind kegel- bzw. konusförmig rechtwinklig zu und konzentrisch
mit der Drehachse, und der Kegel ist in Richtung entgegengesetzt zu
der Drehrichtung der Welle ausgebildet. Bei bekannten kontaktlosen
Flächendichtungen
sind beide Dichtelemente in der Form von Ringen angrenzend zueinander
positioniert, wobei die Dichtoberflächen in Kontakt unter Bedingungen
gelangen, dass ein Nulldruckdifferential und eine Drehgeschwindigkeit von
Null vorliegt. Einer der Ringe ist normalerweise an der Drehwelle
mittels einer Schiebemuffe bzw. Manschette fixiert, und der andere
ist in der Dichtgehäusestruktur
angeordnet, und er darf sich axial bewegen. Die Wellendichtung ist
so entworfen, dass sie eine Axialbewegung des Dichtrings ermöglicht und dennoch
vermeidet oder im wesentlichen minimiert, dass das abgedichtete
Fluid leckt. Aus diesem Grund ist ein Dichtelement zwischen dem
Ring und dem Gehäuse
platziert.
-
Wie
oben erwähnt,
ist zum Erzielen eines nicht-kontaktierenden Betriebs der Dichtung
eine der zwei Dichtoberflächen
mit flachen Oberflächenvertiefungen
versehen, die zum Erzeugen von Druckfiltern wirken, die die zwei
Dichtoberflächen
auseinanderdrücken.
Wird die Größe der.
Kräfte,
die sich aus diesen Druckfeldern ergeben, groß genug, um die Kräfte zu überwinden,
die auf ein Schließen
der Abdichtflächen
drängen,
so werden die Dichtoberflächen
getrennt und sie bilden einen Abstand, was zu einem nicht-kontaktierenden
Betrieb führt.
-
Wie
in den oben referenzierten Artikeln detailliert beschrieben, ist
der Charakter der Trennkräfte so,
dass sich ihre Größe mit Zunahme
der Flächentrennung
verringert. Entgegengesetzte oder schließende Kräfte hängen andererseits von dem Dichtdruckniveau
ab und sind, als solche, unabhängig
von der Flächentrennung.
Sie ergeben sich aufgrund der Wirkung des umschlossenen Drucks und
der Federkraft, die auf die Rückoberfläche des
axial beweglichen Dichtrings wirkt. Da die Trennungs- oder Öffnungskraft
von der Trennungsdistanz zwischen Dichtoberflächen abhängt, etabliert sich während dem
Betrieb der Dichtung oder bei Auferlegung eines ausreichenden Drucks
eine differentielle Gleichgewichtstrennung zwischen beiden Oberflächen von selbst.
Dies tritt dann auf, wenn die Öffnungs-
und Schließkräfte im Gleichgewicht
und gleich zueinander sind. Eine Gleichgewichtstrennung ändert sich konstant
in dem Bereich der Zwischenräume.
Das Ziel besteht darin, dass der untere Grenzwert dieses Bereichs über Null
liegt. Ein anderes Ziel besteht darin, diesen Bereich so schmal
wie möglich
auszubilden, da an seinem oberen Ende die Trennung zwischen den
Flächen
zu einer erhöhten
Dichtleckage führt.
Da nicht-kontaktierende Dichtungen per Definition mit einem Zwischenraum
zwischen Dichtoberflächen
arbeiten, ist ihre Leckage höher
als diejenige einer kontaktierenden Dichtung mit ähnlicher
Geometrie. Dennoch bedeutet das Nichtvorliegen des Kontakts eine
Abnutzung von Null an den Dichtoberflächen und demnach einen relativ
geringen Umfang an hierzwischen erzeugter Wärme. Es ist diese geringe erzeugte
Wärme und
der Mangel an Abnutzung, der die Anwendung nicht-kontaktierender Dichtungen bei Hochleistungs-Turbomaschinen
und anderen Druckmaschinen ermöglicht,
wo das umschlossene Fluidgas ist. Turbokompressoren werden zum Komprimieren
dieses Fluids verwendet, und da Gas eine relativ geringe Masse hat,
arbeiten sie normalerweise mit sehr hohen Geschwindigkeiten und
mit einer Zahl von Kompressionsstufen in Serie.
-
Wie
in den oben referenzierten Artikeln beschrieben, hängt die
Wirksamkeit der Dichtung in großem
Umfang von einem sogenannten Balance- bzw. Gleichgewichtsdurchmesser
der Dichtung ab. Dies gilt auch für kontaktierende Dichtungen.
-
Wird
Druck von dem Außenseitendurchmesser
der Dichtung angewandt, so führt
die Reduktion des Balance-Durchmessers im Ergebnis zu einer größeren Kraft,
die die zwei Sichtflächen
aneinander drückt,
und somit zu einem kleineren Abstand zwischen den Flächen. Demnach
leckt weniger Gas von dem System.
-
Es
wurden bekannte Kompressoren zum Komprimieren von Gas bei Eingangsdrücken von
einigen 200 bar für
die Abgabe von Drücken
von einigen 500 bar verwendet. Kontaktlose Wellendichtungen der
oben beschriebenen Art werden typischerweise für ein Abdichten gegenüber dem
Kompressoreinlassdruck verwendet. Der Trend bei Kompressoranforderungen
geht heutzutage zu höheren
Einlass- und Abgabedrücken.
Demnach führen
derartige Druckniveaus zu einem Problem bei kontaktlosen Wellendichtungen,
wie sie oben beschrieben sind, und wie sie nun unter Bezug auf die 1, 1a und 2, 2a beschrieben werden.
-
Die 1 zeigt eine Teillängs-Querschnittsansicht
durch die Wellendichtungen unter Darstellung der relevanten Strukturelemente
einer nicht-kontaktierenden Wellendichtung des oben beschriebenen
Typs. Die Wellendichtung ist in einer (nicht gezeigten) Turbomaschine
mit aufgenommen, beispielsweise einem Kompressor bei diesem Beispiel.
Es ist eine Wellendichtung 1 mit einem (nicht drehenden)
Dichtelement oder Ring 2 gezeigt, die koaxial mit der Wellenachse
montiert sind (bezeichnet durch das Bezugszeichen 3), und
einem Drehdichtteil oder Ring 4, koaxial angeordnet mit
dem Dichtring 2, und demnach ebenso mit der Wellenachse 3.
Es ist zu erkennen, dass die vertikale Querschnittsansicht nach 1, aus Gründen der
Einfachheit, lediglich den Teil der Wellendichtung zeigt, der über der
Wellenachse angeordnet ist. Der Dichtring 4 ist an einer inneren
Schiebemuffe oder Manschette 5 mit einem Radialflansch 5a montiert,
an den der Dichtring 4 angrenzt, und die Manschette 5 ist
an der Welle 6 so montiert, dass sich die Welle 6,
die innere Manschette 5 und der Drehdichtring 4 miteinander
als einzelnes Drehelement drehen. Zusätzlich ist eine Aufnahmemanschette 7 an
der Innenmanschette 5 verschraubt. Für die Anordnung mit den Komponenten 4, 5 und 7 wird
ein Verstellen in einer Axialrichtung durch einen Anordnungs- bzw.
Aufnahmering 21 vermieden, und entlang der entgegengesetzten
Axialrichtung durch den Hubdruck, der in dem Kompressor wirkt.
-
Die
Wellendichtung hat ein Dichtgehäuse 8 und
eine Schiebermanschette bzw. eine Schiebemuffe 9, die zwischen
einem radial innen liegenden Flansch 8b des Dichtgehäuses 8 und
einem Dichtring 2 angeordnet sind. Die Schiebermuffe hat
einen Radialflansch 9b, gegen den eine Vielzahl von Vorspannfedern
(eine von diesen, 10, ist in 1 gezeigt)
angeordnet bei derselben Axialposition in jeweiligen Sacklöchern 11 in
dem radial innen liegenden Flansch 8b und über die
Wellenachse verteilt, wirken, zum Schieben der Schiebemuffe 9 gegen
den Dichtring 2. Der (sich nicht drehende) Dichtring 2 und der
sich drehende Dichtring 4 bilden zusammen eine kontaktlose
Primärdichtung
dann, wenn die Turbomaschine (oder unteren Überdruck gesetzte Maschine)
in Betrieb ist, was im wesentlichen vermeidet, dass Fluid zwischen
den Dichtflächen
der Primärdichtung
fließt,
von der Hochdruck radial außen
liegenden Seite zu der Niederdruck radial innen liegenden Seite.
Die Dichtfläche
des Dichtrings 2 hat flache Nuten, die in ihre Vorderoberfläche geschnitten
sind, zum Erzeugen der erforderlichen Trennung zwischen den Dichtflächen der
Dichtringe 2, 4. Alternativ könnten die Nuten in dem Drehdichtring 4 gebildet
sein.
-
Bevorzugte
Entwürfe
für die
Nuten sind in größerem Detail
in er offen gelegten Internationalen Anmeldung WO-A-96/15397 der
Dresser-Rand Company angegeben, und die bevorzugten Entwürfe für die Nut
sind hier durch Bezugnahme mit eingebunden. Das Dichtelement 2 ist
normalerweise aus Kohlenstoff oder einem anderen geeigneten Material
hergestellt.
-
Wie
in 1 gezeigt, besteht
für das
Dichtelement 2 die Möglichkeit
einer begrenzten Axialbewegung gegen die Vorspannkraft der Federn 10.
Die Federn bilden eine relativ geringe Netto- bzw. Nennvorspannkraft
so, dass dann, wenn sich die Welle bei Normalgeschwindigkeit dreht,
die erzeugten Trennkräfte
ein Trennen des Dichtrings 4 von dem Dichtring 2 bewirken.
Der Abstand zwischen diesen Ringen gleicht sich selbst so an, dass
die erzeugten Öffnungskräfte auf
der einen Seite und die Summe der erzeugten Schließkräfte und
die Federvorspannkraft auf der anderen Seite gleich zueinander sind.
Jedoch wirken kann, wenn die Welle ruhig ist, die Federn zum Bewegen
des Dichtrings 2 in Kontakt zu dem Drehdichtring 4.
-
Es
wird ein Hochdruckgas dem radial äußeren Rand der Dichtringe 2, 4 zugeführt. Normalerweise
würde dieses
Gas von dem Arbeitsfluid der Maschine abgeleitet. Jedoch könnte es
anstelle hiervon ein Reingas sein, das sich für ein Entlüften in der Atmosphäre eignet.
In diesem Fall kann das entlüftete Gas
ein verbrennbares Gas sein, das zum Brennen durch Rohre geleitet
wird (Abfackeln).
-
Der
Hochdruck bei der Hochdruckradialseite wirkt um die Rückoberfläche des
Dichtelements 2 nach unten zu einem sogenannten Gleichgewichtsbalance-Durchmesser.
-
Sekundärdichtungen 12, 13 sind
zum Vermeiden der Hochdruckentlüftung
um die Rückoberfläche des
Dichtelements 2 zu der Niederdruckradialseite (Atmosphärendruck)
vorgesehen. Der Balancedurchmesser ist im wesentlichen durch die Kontaktlinie
der Sekundärdichtung 2 mit
dem Gehäuse 8 bestimmt.
-
Die
erste Sekundärdichtung 12 ist
zwischen der Schiebemuffe 9 und dem radial innen liegenden Flansch 8b des
Dichtgehäuses 8 vorgesehen.
Diese Dichtung kann von jeder geeigneten Form sein, beispielsweise
ein üblicher
O-Ring oder, wie gezeigt, eine federerregte U-Dichtung. Andere Formen
einer Dichtung sind möglich,
und die präzise
gewählte Form
ist nicht wesentlich. Die erste Sekundärdichtung 12 ist,
wie in 1, 1a gezeigt, in einem Kanal 14 angeordnet,
der in dem sich axial erstreckenden Hauptmuffenabschnitt 9a der
Schiebemuffe 9 gebildet ist. Diese Sekundärdichtung
presst dichtend gegen die Unterseite des Kanals 14, der
in dem sich axial erstreckenden Hauptmuffenabschnitt 9a gebildet
ist. Er presst auch dichtend gegen die sich axial erstreckende Innenradialfläche des
radialen nach innen gerichteten Flansches 8b, wodurch der
Gleichgewichtsbalance-Durchmesser für die Wellendichtung dann definiert
wird, wenn sie in ihrem Gleichgewichtsmodus arbeitet.
-
Die
weitere Sekundärdichtung 13 ist
zwischen der Rückfläche des
Dichtrings 2 und dem Radialflansch 9b der Schiebemuffe 9 vorgesehen.
Wiederum kann diese Sekundärdichtung
die Form eines O-Rings annehmen, oder, wie gezeigt, einer federerregten
U-Dichtung oder Y-Dichtung. Die Sekundärdichtung 13 ist in
einem Kanal 15 angeordnet, der in der Schiebemuffe 9 gebildet
ist. Alternativ könnte
der Kanal 15 in dem Dichtelement 2 gebildet sein.
-
Bei
Anwendung der Wellendichtung 1 wird das Hochdruck-Arbeitsfluid des
Kompressors zu der Hochdruck-Radialseite der Primärdichtung
zugelassen. Dieser Druck wirkt auf ein äußeres ringförmiges Gebiet der Vorderfläche des
Radialflansches 9a der Schiebemuffe 9, und das äußere ringförmige Gebiet hat
einen Innendurchmesser, der durch die Dichtungslinie der Sekundärdichtung 13 gegen
den Dichtring 2 und den radialen Außendurchmesser des Radialflansches 9a definiert
ist. Das Hochdruckfluid wirkt auch gegen die Rückoberfläche des Schiebefingers und
nach unten zu dem Balancedurchmesser. Die Sekundärdichtungen 12, 13 bewirken
ein Dichten des angewandten Hochdrucks gegenüber der Niederdruck-Radialseite,
was ein Atmosphärendruck
ist, wo eine einzelne Schaftdichtung verwendet wird, oder, sofern
mehrere Schaftdichtungen in Kaskade vorgesehen sind, bei einem Druck
niedriger als der abzudichtende Druck. Aufgrund der Druckdifferenz, die
auf dem Bereich der Rückfläche des
Radialflansches 9a von Dichtdurchmesser der Dichtung 13 nach
unten zu dem Balancedurchmesser wirkt, gibt es eine Nenn- bzw. Nettoschließkraft (nach
links in der 1), die
auf die Schiebemuffe 9 gegenüber dem Dichtring 2 zu
sämtlichen
Zeitpunkten wirkt. Die Schließkraft
wird ergänzt
durch die Wirkung der Vorspannfedern 10, und diese Schließkräfte liegen
entlang der Schließrichtung
gegen den Dichtring 2 an. Zusätzlich erzeugt das auf die
Frontoberflächen
des Dichtrings 2 wirkende Hochdruckfluid eine Öffnungskraft,
während
das auf die Rückflächen nach
unten zu dem Dichtdurchmesser der Sekundärdichtung 3 wirkende
Hochdruckfluid eine Schließkraft
erzeugt. Weiterhin erzeugen die kegelförmigen Oberflächenvertiefungen
oder Nuten, die in die Frontfläche
des Dichtrings 2 geschnitten sind (oder die Rückfläche des
Dichtrings 4) Trenndruckfelder, die zwischen Dichtringen 2, 4 wirken,
und die Größe der Druckfelder
hängen
von der Drehgeschwindigkeit der Kompressorwelle ab. Der abzudichtende
Hochdruck, die Tiefen der Vertiefungen oder Nuten und die Größe des Spalts
zwischen den Dichtringen 2, 4, beeinflussen ebenso
die Größe der Druckfelder.
Ob die Dichtringe 2, 4 der Wellendichtung in Kontakt
oder getrennt vorliegen, hängt
von den Größen der
erzeugten Öffnungs-
und Schließkräfte ab,
sowie von der Nennfedervorspannkraft.
-
Wird
der Kompressor gestartet, so bewirkt, sofern sich die Drehgeschwindigkeit
der Welle 6 anfänglich
aufzubauen beginnt, die Primärdichtung
ein Beibehalten einer im wesentlichen fluiddichten Abdichtung zwischen
den Hochdruck- und Niederdruck-Radialseiten, mittels dem Dichtkontakt
zwischen den Dichtringen 2, 4. Unter diesen Bedingungen
ist die durch die Primärdichtung
erzeugte Nenntrennkraft unzureichend, um die Summe der Federvorspannkräfte und
die Nennschließkraft
wirkend auf die Primärdichtung
aufgrund des anliegenden Hochdrucks zu überwinden.
-
Wenn
jedoch die Kompressor-Wellengeschwindigkeit einen ausreichenden
Wert so erreicht, dass der anliegende Fluiddruck adäquat ist,
um eine Trennkraft zu erzeugen, die die Nennschließkraft überwindet,
die auf den Dichtring 2 wirkt, so beginnt dieser Dichtring
mit dem Start einer Bewegung weg von dem Dichtring 4 in
eine Gleichgewichtsposition, in der er eine kontaktlose Dichtung
zwischen den Drehdichtring 2 und den Nichtdreh-Dichtring 4 beibehält. Wie
oben beschrieben, funktionieren die Sekundärdichtungen 12, 13 zu
sämtlichen
Zeitpunkten zu einem Vermeiden einer Leckage des Hochdruckfluids über die
Rückfläche des
Dichtrings 2 und der Schiebemuffe 9 hinaus.
-
Ein
Beispiel einer Wellendichtung, wie sie oben beschrieben ist, ist
offenbart in WO-A-96/33358, die dem vorliegenden Anmelder gehört und der
Firma Dresser-Rand Company angegliedert ist.
-
Gemäß einer
bekannten Modifikation, gezeigt in 2,
wird der Kanal 14, anstelle dass er in der Schiebemuffe 9 gebildet
wird, in dem Dichtgehäuse 8 gebildet.
Derartige Anordnungen (jedoch lediglich als solche) sind offenbart
in EP-A-0591586 von Nippon Pillar Packing Co. Ltd. und US-A-5421593,
das demselben Eigentümer
gehört.
-
Wellendichtungen
von dem oben unter Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Typ arbeiten bei
typischen Dichtdrücken
von Kompressoren zufriedenstellend, die in der Vergangenheit hergestellt wurden.
Typischerweise wurden derartige Kompressoren zum Komprimieren von
Gasen bei Drücken von
typischerweise ausgehend von ungefähr 300 bar zu ungefähr 500 bar
hergestellt. Jedoch verlangt die Industrie nur Kompressoren für das Komprimieren von
Gas von 300 bar oder mehr zu 800 bar oder mehr. Andererseits wurde
festgestellt, dass existierende Wellendichtungsentwürfe nicht
zum Widerstehen gegenüber
derartigen Einlassdruckventilen adäquat sind, aus den Gründen, die
nun unter Bezug auf die 1a und 2a beschrieben werden.
-
Diese
Figuren zeigen in absichtlich übersteigerter
Weise für
den Zweck der Darstellung die Wirkung des Betriebs unter derartigen
Hochdruckwerten. Wie in diesen Figuren gezeigt, deformiert der Hochdruck,
der an der Außenfläche des
sich axial erstreckenden Hauptmuffenabschnitts 9a der Schiebemuffe 9 zwischen
der Dichtung 12 und dem Übergang mit der Rückfläche des
Radialabschnitts 9b wirkt, den sich axial erstreckenden
Hauptabschnitt nach innen mit einer Dichtung, die sich mit zunehmender
axialer Distanz entlang der Axialrichtung weg von der Verbindung
zwischen dem sich axial erstreckenden Hauptabschnitt und dem Radialflansch 9a erhöht. Diese
Torsionsdeformation wird durch den Buchstaben A in 1a angezeigt. Entsprechend bewirkt der
gegen die innenseitige (Front) Fläche des radialen Innenflansches 8b wirkende
Hochdruck eine Torsionsdeformierung dieses Flansches nach rückwärts, wie
durch den Pfeil B angezeigt ist. Die Konsequenz besteht darin, dass,
wie in 1a, 2a gezeigt, der sehr kleine
Spalt, der normalerweise zwischen der Innenfläche des radial nach innen gerichteten Flansches 8b und
dem Dichtgehäuse 8 besteht,
und die Außenfläche des
sich axial erstreckenden Hauptmuffenabschnitts 9a der Schiebemuffe 9 vergrößert ist.
Mit zunehmendem Hochdruck, der gegen die Sekundärdichtung 12 wirkt
und den Spalt zwischen dem Flansch 8b und dem Hauptmuffenabschnitt
der Schiebemuffe 9 erweitert, beginnt das Bilden eines Bördels 12b,
sofern die Sekundärdichtung 12 durch den
sich erweiternden Spalt mit dem Extrudieren beginnt. Gibt es keinen
derartigen Bördel
bei der Sekundärdichtung 12,
so bietet diese Dichtung einen geringen Reibungswiderstandswert
zu dem Rückwärtsgleiten
in Axialrichtung der Schiebemuffe 9. Beginnt jedoch der
Bördel 12b sich
zu bilden, so erhöht sich
der Reibungswiderstandswert, potentiell signifikant, und selbst
zu dem Punkt, wo die Schiebemuffe mit dem Gehäuse 8 vereinigt werden,
an. Ferner kann sich beim Anwachsen des Bördels 12b eine zunehmend
instabile Situation entwickeln, wodurch die Dichtfähigkeit
der Sekundärdichtung 12 progressiv verringert
ist, aufgrund des fortlaufenden Extrudierens, bis gegebenenfalls
eine instabile Situation erreicht wird, bei der die Dichtung 12 durch
den Spalt ausgestoßen
oder ausgeblasen wird, was zu einem Fehler der Wellendichtung führt. Es
ist zu erwähnen, dass
sich der Bördel 12b nicht
normalerweise um das gesamte Rückumfangsgebiet
der Sekundärdichtung 12 bildet,
sondern allgemein lediglich bei einer einzelnen ringförmigen Position
um den Dichtungsumfang.
-
Eine
mögliche
Lösung
für dieses
Problem wurde dahingehend betrachtet, den Spalt zu minimieren, der
zwischen dem Radialflansch 8b und der Schiebemuffe 9 dann
existiert, wenn die Wellendichtung nicht angewandt wird, jedoch
gibt es eine Grenze dafür,
wie weit dieser Spalt sich reduzieren lässt, da die Schiebemuffe 9 frei
sein muss, um eine begrenzte Axialbewegung dann zu durchlaufen,
wenn die Wellendichtung nicht in Betrieb ist. Ferner ist eine radial
nach innen gerichtete Ablenkung des Hauptmuffenabschnitts der Schiebemuffe 9 unvermeidlich, jedoch
darf dieser Muffe nicht erlaubt werden, in Kontakt mit der (sich
drehenden) Welleninnenmuffe 5 unter vollem Betriebsdruck
zu gelangen.
-
Eine
andere potentielle Lösung,
die betrachtet wurde, war die Anwendung härterer Materialien für die Bildung
der Dichtteile der Sekundärdichtung 12 oder
die Anwendung von Sicherungsringen aus härterem Material als den Dichtringen
selbst für
die Sekundärdichtung.
Jedoch gibt es eine Grenze dafür, wie
hart die ausgewählten
Materialien sein können, insbesondere
deshalb, weil härtere
Materialien weniger wirksam zum Bereitstellen der erforderlichen Dichtwirkung
sind und sie ebenso die erzeugten Reibungskräfte erhöhen.
-
Es
wurden federerregte Polymerdichtungen vorgeschlagen. Jedoch beträgt der Betriebsdruck, bei
dem sich Bördel
bei derartigen Dichtungen zu bilden beginnen, ungefähr 200-250
bar.
-
Die
vorliegende Erfindung sucht nach der Bereitstellung einer Wellendichtung,
die im Hinblick auf die obigen Aspekte verbessert ist und hohen
Betriebsdrücken
widerstehen kann, in dem Bereich von 0 bar bis 300 bar oder mehr.
Sie betrifft eine Wellendichtung sie anfänglich definiert und ist gekennzeichnet
durch eine Hilfsmuffe, angeordnet um die Schiebemuffe koaxial hierzu
und gehalten in Dichtkontakt mit der Schiebemuffe durch das erste
Dichtelement, wobei die Hilfsmuffe für ein Drängen entlang einer Axialrichtung
durch Fluiddruck ausgebildet ist, unter der Wirkung bei der Hochdruckradialseite
zum Bilden einer Tertiärdichtung.
-
Da
der auf die Hilfsmuffe wirkende Fluidhochdruck eine radial nach
innen gerichtete Nutz- bzw. Gesamtkraft erzeugt, kann sie so ausgebildet sein,
dass der kleine Abstand, der zwischen dem Schieber und den Hilfsmuffen
dann besteht, wenn kein Fluiddruck anliegt, zu der Wellendichtung
sich nicht in dem Umfang erhöht,
wie er bei Wellendichtungen nach dem Stand der Technik auftritt,
wie sie unter Bezug auf die 1, 1a und 2, 2a offenbart sind.
Demnach gibt es eine reduzierte Tendenz für das Entwickeln eines beachtlichen
Reibungswiderstandswerts zwischen dem ersten Dichtelement und dem
Dichtgehäuse,
oder für
das Ausstoßen
des ersten Dichtelements unter Hochdruckbetrieb.
-
Die
Funktion der Tertiärdichtung
besteht lediglich im Beibehalten des Dichtkontakts zwischen dem
Dichtgehäuse
und der Hilfsmuffe. Idealerweise ist die Geometrie, das Material
und der Entwurf der Hilfsmuffe so ausgebildet, dass die Verzerrung
der Hilfsmuffe im wesentlichen abgestimmt ist zu derjenigen der
Schiebemuffe unter Fluiddruck, so dass der Spalt zwischen diesen
zwei Elementen im wesentlichen derselbe bleibt, unabhängig von
der Wirkung des Fluiddrucks, wodurch das Risiko einer Bördelbildung
an dem ersten Dichtelement vermieden oder minimiert ist.
-
Bevorzugt
ist der Kanal, in dem das erste Dichtelement angeordnet ist, in
der Schiebemuffe gebildet. Dies maximiert die Schließkraft,
die auf die Schiebemuffe dann wirkt, wenn sie unter Hochfluiddruck
arbeitet, da dann die durch das erste Dichtelement gegenüber der
Schiebemuffe bereitgestellte Dichtung bei einer in radialer Weise
nach innen verlegter Stelle angeordnet ist. Alternativ ist der Kanal,
in dem das erste Dichtelement angeordnet ist, in der Hilfsmuffe
gebildet.
-
Bevorzugt
wirkt die Vorspannvorrichtung zwischen der Schiebemuffe und der
Hilfsmuffe. Diese Anordnung garantiert, dass der Dichteffekt der Tertiärdichtung
integriert zu allen Zeitpunkten beibehalten wird, so dass dann,
wenn der Fluiddruck anliegt, vermieden wird, dass er unbeschränkt hinter
die Hilfsmuffe zu der Niederdruck-Radialseite geführt wird.
Jedoch ist es alternativ für
die Vorspannvorrichtung möglich,
zwischen dem Dichtgehäuse
und der Schiebemuffe zu wirken, da betrachtet wird, dass dann, wenn
der Hochfluiddruck auf die Hochdruckradialseite angewandt wird,
dann die Hilfsmuffe als Ergebnis der Anordnung der Tertiärdichtung
in die Axialrichtung gedrängt
wird, was gewährleistet,
dass die Tertiärdichtung
ihre erforderliche Dichtfunktion ausführt. In ihrer einfachsten Form
ist die Tertiärdichtung durch
Fläche-zu-Fläche-Kontakt
zwischen Querflächen
der Hilfsmuffe und des Dichtgehäuses
gebildet, wenn die Wellendichtung angewandt wird. Jedoch ist bevorzugt,
dass eine getrennte Tertiärdichtung
vorgesehen ist, für
eine größere Dichtintegrität.
-
Geeignet
enthält
die Tertiärdichtung
einen O-Ring, angeordnet in einem Kanal, der in der Querendfläche der
Hilfsmuffe gebildet ist. Gemäß einer Modifikation
enthält
die Tertiärdichtung
einen O-Ring, angeordnet in einem Kanal, der in der Querendfläche des
Dichtgehäuses
gebildet ist. Alternativ kann sie eine federerzeugte U-Dichtung
oder Y-Dichtung
enthalten.
-
Normalerweise
enthält
die Schiebemuffe einen sich axial erstreckenden Hauptabschnitt mit
einem Radialflansch bei einem Ende in Fläche-zu-Fläche-Kontakt mit dem Dichtelement.
Dieser Entwurf für
die Schiebemuffe ist bevorzugt, da dann der sich axial erstreckende
Hauptabschnitt dahingehend dienen kann, dass er zum Aufnehmen der
erforderlichen begrenzten Axialbewegung der Schiebemuffe dient, während das
erste Dichtelement den Dichtkontakt mit der Hilfsmuffe beibehält, und
der Radialflansch dient geeignet zum Empfangen der Vorspannkraft der
Vorspannvorrichtung und zum Anwenden derselben gegen das Dichtelement.
Ferner besteht der Flansch im wesentlichen gegen eine radiale nach
innen gerichtete Verzerrung der Schiebemuffe bei einem axialen Ende
der Schiebemuffe. Hat die Schiebemuffe diese bevorzugte Form, so
enthält
die Hilfsmuffe bevorzugt ähnlich
einen sich erstreckenden Hauptabschnitt mit einem Radialflansch,
der bei einem Ende dem Flansch der Schiebemuffe gegenüberliegt.
Diese Anordnung für
die Hilfsmuffe hilft beim Gewährleisten,
dass ihre Verzerrung unter Druck in großem Maße in Übereinstimmung mit derjenigen der
Schiebemuffe konform geht.
-
Bei
einer anderen Anordnung hat die Schiebemuffe dieselbe Konstruktion,
jedoch liegt die Hilfsmuffe in der Form einer Muffe über ihre
gesamte Länge
vor. Dann bewirkt in dem Fall, in dem die Wellendichtung angewandt
wird, der Hochfluiddruck, der auf die Außenseite des axialen Niederdruck-Endabschnitts
der Hilfsdichtung hinter die Dichtstelle des ersten Dichtelements
wirkt, ein Biegen dieses Endabschnitts nach innen, was wiederum
die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass das erste Dichtelement von
der Wellendichtung ausgeblasen wird.
-
Zusätzlich kann
eine weitere Sekundärdichtung
zwischen angrenzenden Radialoberflächen des Dichtrings und der
Schiebemuffe vorgesehen sein.
-
Die
Tertiärdichtung
kann durch eine Lippe vorgesehen sein, die integriert mit dem Dichtgehäuse und
der Hilfsmuffe oder von einer der beiden vorstehend ausgebildet
ist, wobei die Lippe dichtend die andere Einheit von dem Dichtgehäuse und/oder
der Hilfsmuffe kontaktiert. Ferner kann die Sekundärdichtung
zwischen dem Dichtring und der Schiebemuffe durch eine Lippe vorgesehen
sein, die als Einheit mit einer Einheit von der Schiebemuffe und
dem Dichtring oder von diesem vorstehend gebildet wird, und die
Lippe wird dichtend in Kontakt mit der anderen Einheit von dem Schiebeelement
und dem Dichtring gehalten.
-
Die
bevorzugten Ausführungsformen,
bei denen eine Lippe jeweils zum Bilden einer direkten Kontaktdichtung
zwischen der Schiebemuffe und dem Dichtring oder zwischen der Hilfsmuffe
und dem Dichtgehäuse
gebildet ist, vermeiden die Anwendung getrennter Dichtelemente;
und führen
somit im Ergebnis zu einer konstruktionsmäßigen Vereinfachung und zu
geringeren Kosten.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
die Schiebemuffe ein inneres Schiebemuffenelement und eine äußere ringförmige Schiebescheibe, wobei
die das innere Schiebemuffenelement und die äußere Schiebescheibe jeweils
Radialoberflächen haben,
die in Kontakt zueinander gehalten werden.
-
Alternativ
oder zusätzlich
enthält
die Hilfsmuffe ein inneres Hilfsmuffenelement und eine äußere ringförmige Hilfsscheibe,
wobei das Innenhilfsmuffenelement und die äußere ringförmige Hilfsscheibe jeweilige
Radialoberflächen
haben, die in Kontakt zueinander gehalten sind.
-
Auf
diese Weise sind Torsionskräfte,
die in dem Gebiet der Verbindung des Axialerstreckungsabschnitts
und des Vorwärts-Radialabschnitts
sowohl der einteiligen Schiebemuffe als auch der einteiligen Hilfsmuffe
wirken, in großem
Umfang eliminiert.
-
Die
Wellendichtung kann in einer Turbomaschine oder einer anderen unter
internem inneren Druck stehenden Maschine aufgenommen sein, obgleich
aus Gründen
der Bequemlichkeit die folgende Beschreibung den spezifischen Fall
eines Kompressors betrifft, wie bei dem Beispielen des Stands der Technik,
die mit Bezug auf die 1, 1a und 2, 2a beschrieben
sind.
-
Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung und Darstellung wie sich dieselbe in der Wirklichkeit ausführen lässt, erfolgt
nun beispielhaft ein Bezug auf die beiliegende Zeichnung; es zeigen:
-
1 eine Teillängs-Querschnittsansicht durch
eine erste bekannte Wellendichtung zum Darstellen der relevanten
Strukturelemente der Dichtung;
-
1a eine vergrößerte Ansicht
eines Teils der Dichtung, zum Darstellen der Verzerrung bestimmter
Strukturelemente in übersteigerter
Weise für
darstellende Zwecke;
-
2, 2a entsprechende Ansichten zur 1, 1a für
eine modifizierte bekannte Anordnung;
-
3, 3a entsprechende Ansichten zu 1, 1a, jeweils für eine erste Ausführungsform
der Erfindung;
-
3b, 3c jeweils, in einem vergrößerten Maßstab, alternative
Formen einer Tertiärdichtung
für diejenige,
die in der Ausführungsform
nach 3, 3a aufgenommen ist;
-
4 eine Explosionsansicht
der Wellendichtung gemäß der ersten
Ausführungsform;
-
5, 5a entsprechende Ansichten zu 3, 3a, jeweils für eine zweite Ausführungsform der
Erfindung;
-
6, 6a entsprechende Ansichten zu 3, 3a, jeweils für eine dritte Ausführungsform
der Erfindung;
-
7 eine Ansicht entsprechend 3a zum Darstellen einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung; und
-
8 eine Ansicht entsprechend 3a, zum Darstellen einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung.
-
Die
Wellendichtungen, die in den 3 und 4, der 5 und den 6, 7 und 8 dargestellt sind, sind identisch zu
derjenigen, die oben unter Bezug auf die 1 beschrieben ist, mit Ausnahme der nachfolgend
beschriebenen Aspekte. In dem Umfang, wie die Konstruktion dieselbe
ist, ist dies durch die Anwendung identischer Bezugszeichen angezeigt.
-
Die
Wellendichtung 1 enthält
zusätzlich
eine Hilfsmuffe 20, angeordnet um die Schiebemuffe 9 koaxial
hierzu, mit einem schmalen Abstand, der radial die zwei Muffen 9, 20 trennt,
und angeordnet in einer Vertiefung 17 in dem radialen inneren
Flansch 18b. Die Hilfsmuffe enthält eine sich axial erstreckenden Hauptmuffenabschnitt 20a,
der bei einem Ende einen Radialflansch 20b hat, der der
Rückfläche des
Radialflansches 9b der Schiebemuffe 9 gegenüber liegt. Die
Vorspannfedern 10 wirken zwischen den Flanschen von 9b, 20b der
Schiebemuffe 9 und der Hilfsmuffe 20, wodurch
sie die Hilfsmuffe ferner in die Vertiefung 17 des Dichtgehäuses 8 drängen. Eine
Tertiärdichtung 16 erzielt
eine im wesentlichen fluidtyp-artige Abdichtung zwischen der nach
rückwärts zeigenden
Querendfläche
des Muffenabschnitts 20a und einer angrenzenden nach vorne
zeigenden ringförmigen
Querfläche 19 des
Dichtgehäuses.
Wie gezeigt, hat diese Dichtung bevorzugt die Form einer federerregten
Y-Dichtung. Alternativ kann sie ein O-Ring 16' sein, angeordnet
in einem Kanal, der in dem Muffenabschnitt 20a (siehe 3b) gebildet ist oder in
dem radial nach innen gerichteten Flansch 8b des Dichtgehäuses, oder
eine federerregte U-Dichtung 16" (siehe 3c), oder eine federerregte Y-Dichtung. Das
erste zweite Dichtelement 12 erzielt eine im wesentlichen
fluiddichte Abdichtung zwischen der Hilfsmuffe und der Schiebemuffe 9.
-
Die 4 zeigt eine Explosionsansicht
der Wellendichtung mit einer klaren Anzeige der Geometrie der jeweiligen
Elemente der Wellendichtung. Die Figur zeigt ebenso die Modifikation,
gemäß der die kegelgeformten
Nuten in der abdichtenden Fläche des
Drehdichtungsrings 4 gebildet sind, anstelle von dem nicht
drehenden Dichtring 2.
-
Bei
Anwendung der Wellendichtung wirkt das Hochdruckfluid, das bei der
Hochdruckfluidseite der Primärdichtung
wirkt, wie in dem Fall der bekannten Wellendichtungen gemäß der 1, 1a und 2, 2a gegen die Schiebemuffe 9,
zum Bewirken, dass sich der axial erstreckende Muffenabschnitt radial
nach innen biegt. Die Verzerrung des sich radial erstreckenden Muffenabschnitts
ist progressiv ausgehend von der Axialstelle der Sekundärdichtung 12 entlang der
Länge der
Schiebemuffe, aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Innen- und
Außendrücken, die auf
den Hauptmuffenabschnitt 20a wirken. Der Flansch 9b widersteht
im wesentlichen der Verzerrung der Schiebemuffe in dem Gebiet bei
diesem Ende. Die maximal nach innen gerichteten Radialverzerrung
tritt bei dem anderen Ende auf.
-
Jedoch
verzerrt bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in der 3b gezeigt, das auf die Hilfsmuffe
wirkende Hochdruckfluid insbesondere um dessen externe Oberfläche ähnlich wie
die Hilfsmuffe 20. Demnach ändert sich der schmale Abstand,
der zwischen der Außenoberfläche der
Schiebemuffe 9 und der Innenoberfläche der Hilfsmuffe 20 besteht,
nicht viel, wodurch die Möglichkeit
vermieden oder zumindest minimiert wird, dass der auf dies Sekundärdichtung 12 wirkende
Hochdruck bewirkt, dass die Dichtung in den Spalt extrudiert wird.
Demnach beginnt selbst bei einem Betrieb unter hohen Drücken von
beispielsweise 300 bar aufwärts
die Sekundärdichtung 12 nicht
damit, einen hohen Reibungswiderstandswert der Gleitwirkung der
Schiebemuffe entgegenzusetzen, noch wird sie aus dem Kanal 14 der
Schiebemuffe 9 ausgestoßen oder ausgeblasen.
-
Es
ist bevorzugt, die Hilfsmuffe 20 so zu entwerfen, dass
der Spalt zwischen ihr und der Schiebemuffe 9 im wesentlichen
konstant bleibt, unabhängig von
dem Druck, der bei der Hochdruckradialseite wirkt.
-
Dieses
Ergebnis lässt
sich durch geeignete Wahl der Geometrie und der Relativdimensionen
der Hilfsmuffe 20 und der Schiebemuffe 9 erzielen,
und durch geeignete Wahl der Materialien, aus denen diese Komponenten
hergestellt sind. Bevorzugt sind die radiale und die ringförmige Steifigkeit
der Hilfsmuffe 20 die gleiche wie diejenige der Schiebemuffe 9.
Es ist auch bevorzugt, dass die Materialien, aus denen die Hilfsmuffe 20 und
die Schiebemuffe 9 hergestellt sind, die gleichen sind,
so dass der Spalt zwischen diesen zwei Komponenten im wesentlichen
invariant bleibt, unabhängig
von Temperaturänderungen.
-
Die
Ausführungsform
nach 5 zeigt zwei mögliche Modifikationen,
die einzeln oder in Kombination angewandt werden können.
-
Die
erste Modifikation betrifft lediglich die Aufnahme des sekundären Dichtelements 20 in
einem Kanal 14, der in der Hilfsmuffe 20 gebildet
ist, anstelle in der Schiebemuffe 9.
-
Die
zweite Modifikation besteht darin, dass die Federn 10 nicht
bei einem Ende gegen die Hilfsmuffe 20 wirken, sondern
lediglich eine Funktion dahingehend haben, dass sie die Schiebemuffe 9 gegen
den Dichtring 2 drängen.
Dennoch wird mit dieser Anordnung immer noch berücksichtigt, dass eine ausreichende
Dichtleistungsfähigkeit
durch die Tertiärdichtung 16 gebildet
wird, da dann, wenn das Hochdruckfluid bei der Hochdruckradialseite
wirkt, es eine Gesamtaxialkraft erzeugt, die zum Drängen der Hilfsmuffe 20 gegen
den radial nach innen laufenden Flansch 8b des Dichtgehäuses 8 wirkt,
aufgrund der Stellen der Sekundärdichtung 12 und
der Tertiärdichtung 16 an
der Hilfsmuffe.
-
Es
ist zu betonen, dass bei der Ausführungsform nach 5 die Hilfsmuffe 20 nicht
irgendeinen Endflansch wie in der Ausführungsform nach 3 und 4 aufweist, jedoch in der Form einer
Muffe über den
gesamten axialen Umfang vorliegt. Aufgrund der Dichtfunktion der
Sekundärdichtung 12 balancieren sich
die internen und externen Kräfte,
die auf den Axialabschnitt der Hilfsmuffe bei der Hochdruckaxialseite
der Sekundärdichtung 12 wirken,
miteinander, wohingehend es eine gesamte nach innen gerichtete Radialkraft
gibt, die auf den Abschnitt der Hilfsmuffe bei der axialen Seite
mit niedrigem Druck der Sekundärdichtung 12 wirkt,
was zu einem Verzerren der Hilfsdichtung nach innen zu dem sich
axial erstreckenden Muffenabschnitt der Schiebemuffe 9 führt. Die
Verzerrung erzeugt die Wirkung zum Minimieren des Spalts zwischen
den Schiebe- und Hilfsmuffen an der Niederdruckfluidseite der Dichtung 12,
wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Ausstoßens der Dichtung 12 minimiert
ist.
-
Die 6 zeigt eine andere Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Modifikation ist keine Tertiärdichtung 16,
wie beispielsweise in 3a gezeigt,
durch ein getrenntes Dichtelement vorgesehen. Anstelle ist die Tertiärdichtung
durch direkten Dichtkontakt gebildet, zwischen einer Frontfläche einer
Lippe 8c, integral mit dem Dichtgehäuse 8 gebildet, und
axial und nach vorne von dem radial nach innen laufenden Flansch 8b des
Dichtgehäuses 8 vorstehend,
sowie der Rückfläche des
Axialerstreckungsabschnitts 20a der Hilfsmuffe 20.
Alternativ kann die Lippe integriert mit dem Axialerstreckungsabschnitt 20a der
Hilfsmuffe 20 gebildet und von diesem nach rückwärts vorstehend
gebildet sein, für
ein Abdichten gegenüber
einer Querfrontfläche
des radial nach innen laufenden Flansches 8b. In ähnlicher Weise
wird die Anwendung einer Sekundärdichtung 13 in
der Form einer getrennten Komponente, wie bei der Ausführungsform
nach 3, 3a, durch Bereitstellen einer Lippe 9c vermieden,
die von der Frontfläche
des Radialflansches 9b der Schiebemuffe 9 nach
vorne vorsteht und integriert mit dieser gebildet ist, wie in 6 gezeigt, und die Lippe
steht in direktem Dichtkontakt mit der Rückfläche es Dichtrings 2. Alternativ
kann die Lippe 9c integriert an der Rückfläche es Dichtrings 2 gebildet
sein, und rückwärts vorstehen,
für ein
Abdichten gegenüber
der Frontfläche des
Radialflansches 9b der Schiebemuffe 9. Die 6a zeigt die Wellendichtung
unter Arbeitsbedingungen.
-
Eine
vierte in 7 gezeigte
Ausführungsform
der Erfindung ist eine Modifikation der Schiebemuffe 9 der
dritten Ausführungsform.
Bei dieser modifizierten Ausführungsform
ist die Schiebemuffe, die eine Einteilkomponente ist, mit einer
zweiteiligen Schiebemuffe ersetzt, enthaltend ein inneres Schiebemuffenelement 23 mit
einem sich axial erstreckenden Abschnitt 23a und einen
Radialflansch 23b bei dem Vorderende des sich radial erstreckenden
Abschnitts 23a, und eine äußere ringförmige Schiebescheibe 22,
wobei die Schiebescheibe koaxial um die innere Schiebemuffe 23 angeordnet
ist. Eine Frontfläche 22' eines inneren
radialen Abschnitts der Schiebescheibe 22 wird in dichtenden
Kontakt zu der Rückfläche 23' des Radialflansches 23b gehalten. Die
Schiebemuffe 23 bewirkt ein Dichten gegenüber dem
Dichtring 2 über
eine Lippe 23c, die nach vorne von der Frontfläche des
Radialflansches 23b vorsteht, wobei die Lippe integriert
mit dem Radialflansch 23b gebildet ist und in direktem
Kontakt mit der Rückfläche des
Dichtrings 2. Alternativ kann die Lippe integriert an der
Rückfläche des
Dichtrings 2 gebildet sein und rückwärts für ein Abdichten gegenüber einer
Vorderfläche
des Radialflansches 23b vorstehen.
-
Ein
Vorteil einer zweiteiligen Schiebemuffe besteht darin, dass Torsionskräfte, wie
sie in dem Gebiet der Verbindung zwischen dem Radialabschnitt 9b und
dem sich axial erstreckenden Abschnitt 9a der Einkomponenten-Schiebemuffe 9 auftreten, wenn
die Wellendichtung in Betrieb ist, in großem Umfang eliminiert sind.
-
Eine
fünfte
in 8 gezeigte Ausführungsform
der Erfindung ist eine Modifikation der vierten Ausführungsform.
Bei der fünften
Ausführungsform ist
die Hilfsmuffe 20, die eine Einteilkomponente ist, durch
eine zweiteilige Hilfsmuffe ersetzt, enthaltend ein inneres Hilfsmuffenelement 24 und
eine äußere ringförmige Hilfsscheibe 25.
Die äußere ringförmige Hilfsscheibe
ist koaxial um das innere Hilfsmuffenelement 24 bei ihrem
vorderen Ende angeordnet, und das innere Hilfsmuffenelement und
die äußere ringförmige Hilfsscheibe
haben jeweilige Front- und Rückradialoberflächen 24' und 25', die dichtend
in Kontakt zueinander gehalten werden.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
ist die Schiebemuffe eine einteilige Konstruktion (wie sie beispielsweise
unter Bezug auf die 6, 6a beschrieben ist), und
die Hilfsmuffe ist eine zweiteilige Konstruktion (beispielsweise
unter Bezug auf die 8 beschrieben).
-
Wie
in dem Fall der zweiteiligen Schiebemuffe der vierten Ausführungsform,
besteht ein Vorteil des Ersetzens der Einkomponenten-Hilfsmuffe
mit einer zweiteiligen Hilfsmuffe darin, dass Torsionskräfte, wie
sie in dem Gebiet der Verbindung zwischen dem Radialflansch 20b und
dem Axialerstreckungsabschnitt 20a der Einkomponenten-Hilfsmuffe 20 dann auftreten,
wenn die Wellendichtung in Betrieb ist, in großem Umfang eliminiert sind.
Weiterhin deformiert sich, wenn in Betrieb, die zweiteilige Hilfsmuffe
in übereinstimmender
Weise mit der Deformation in der Schiebemuffe.
-
Unter
normalen Betriebsbedingungen, wie gezeigt in den 6a, 7 und 8, ist die auf die Lippendichtungen 8c, 23c wirkende
Kraft aufgrund des sehr hohen in dem Kompressor wirkenden Fluiddrucks sehr
groß,
aufgrund der relativ kleinen Kontaktfläche der Lippendichtungen, und
demnach wird eine im wesentlichen fluiddichte Abdichtung beibehalten.
-
Die
Lippendichtanordnungen, die in den in 6, 6a, 7 und 8 gezeigten
Ausführungsformen verwendet
werden, vermeiden die Anwendung getrennter Dichtelemente, die als
die Sekundärdichtung 13 und
die Tertiärdichtung 16 gemäß der in
den 3, 3a gezeigten Ausführungsform dienen. Dies führt im Ergebnis
zu einer konstruktionsmäßigen Vereinfachung
und demnach zu geringeren Kosten.
-
Als
eine Alternative zu der Vorspannfeder kann eine Wellenfeder, beispielsweise
in der Form eines einzelnen Kreisrings eines geeigneten Bogenmaterials,
z.B. Metall (oder mehrere zusammengestapelt) so deformiert sein,
dass sie sukzessive Wellenbewegungen bei unterschiedlichen Winkelpositionen
um die Achse des Kreisrings bilden. Der deformierte Kreisring wird
zwischen dem primären
Dichtring 2 und der Hilfsmuffe 20 oder dem radial
nach innen laufenden Flansch 8b (wie der Fall sein mag)
deformiert, wobei die erforderliche Vorspannwirkung in der Art und
Weise einer Blattfeder bereitgestellt wird.
-
In
den beschriebenen Ausführungsformen
ist die Quelle für
das Hochdruckfluid das Arbeitsfluid des Kompressors, dessen Druck
sich entsprechend mit zunehmender Kompressor-Betriebsgeschwindigkeit erhöht. Wo eine
getrennte Quelle für
das Hochdruckfluid gegenüber
dem Arbeitsfluid verbessert wird, wird dessen Druck normalerweise
bei einem vorgegebenen Abgabedruck gehalten. Ruht der Kompressor,
so ist die auf die Primärdichtung
wirkende Gesamtkraft vorzugsweise eine Schließkraft, wobei der Dichtring 2 gegen
den Dichtring 4 gehalten wird. Jedoch ist dann, wenn der
Kompressor mit der Geschwindigkeit ausreichend nach oben gegangen
ist, die Trennkraft, erzeugt durch die kegelförmigen Nuten oder Vertiefungen
in dem einen Dichtring oder dem anderen Primärdichtring ausreichend, um
die zwei Ringe zu trennen. Demnach ist der Betrieb im wesentlichen
derselbe wie in dem Fall, in dem das Arbeitsfluid des Kompressors
die Quelle des Hochdruckfluids ist. Obgleich es in dieser Ausführungsform
bevorzugt ist, dass der Dichtring 2 gegen den Dichtring 4 gehalten
ist, wenn der Kompressor in Ruhe vorliegt, ist es für die Wellendichtung
möglich, unter
Ruhebedingungen geringfügig
zu öffnen,
da die wesentliche Anforderung lediglich darin besteht, dass die
Wellendichtung einen kontaktlosen Betrieb dann bereitstellt, wenn
der Kompressor bei normaler Betriebsgeschwindigkeit arbeitet.