DE69430063T2

DE69430063T2 - Gleitringdichtung mit winkel- und ringförmigen nuten

Info

Publication number: DE69430063T2
Application number: DE69430063T
Authority: DE
Inventors: Josef Sedy
Original assignee: Flowserve Management Corp
Current assignee: Flowserve Management Co
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2014-09-02
Also published as: KR100320312B1; DE69430063D1; EP0720709A4; KR960705163A; EP0720709B1; CA2170746A1; CA2170746C; BR9407404A; JPH09503276A; AU7645394A; EP0720709A1; AU685502B2; US5702110A; US5556111A; JP3885972B2; WO1995006832A1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Dichtungsvorrichtungen für rotierende Wellen, bei denen ein dicht eingeschlossenes Fluid zum Erzeugen von hydrostatisch-hydrodynamischen oder aerostatisch- aerodynamischen Kräften zwischen einander gegenüberliegenden, miteinander in Wechselwirkung befindlichen Dichtungselementen vom Gleitflächentyp, von denen eines steht und das andere rotiert, eingesetzt wird. Diese Kräfte sorgen für leichte Trennung und berührungslosen Betrieb der Dichtungselemente, wodurch Gleitflächenverschleiß und Reibungskraftverluste unter Aufrechterhaltung geringer Fluidleckage minimiert werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Fluidfilm-Gleitringdichtungen, auch Spalt- oder berührungslose Gleitringdichtungen genannt, kommen gewöhnlich bei Hochgeschwindigkeits- und/oder Hochdruckrotationsausrüstungen zur Anwendung, bei der die Verwendung von gewöhnlichen Gleitringdichtungen mit Dichtungsflächenkontakt zu übermäßiger Wärmeerzeugung und übermäßigem Verschleiß führen würde. Der berührungslose Betrieb vermeidet diesen unerwünschten Dichtungsflächenkontakt zu den Zeiten, an denen sich die Welle mit einer Drehzahl über einer bestimmten Mindestdrehzahl, Abhebedrehzahl genannt, dreht.
Der obige berührungslose Betrieb kann auf verschiedene Weisen erreicht werden. Eine der häufiger verwendeten Methoden ist die Bildung eines flachen Spiralrillenmusters in einer der Dichtungsflächen. Die der gerillten Dichtungsfläche gegenüberliegende Dichtungsfläche ist relativ eben und glatt. Der Flächenbereich, wo diese beiden Dichtungsflächen einen Dichtungsabstand definieren, wird die Dichtungsschnittstelle genannt.
Das oben erwähnte Spiralrillenmuster auf einer der Dichtungsflächen erstreckt sich normalerweise vom äußeren Umfang nach innen und endet an einem bestimmten, Rillendurchmesser genannten Dichtungsflächendurchmesser, der größer ist als der Innendurchmesser der Dichtungsschnittstelle. Der nichtgerillte Bereich zwischen dem Rillendurchmesser und dem inneren Schnittstellendurchmesser dient als eine Beschränkung des Fluidauslaufes. Von dem Spiralmuster gefördertes Fluid muss durch diese Beschränkung hindurch strömen und es kann dies nur, wenn die Dichtungsflächen sich trennen. Dies wird durch Druckaufbau bewirkt. Sollten die Flächen in Kontakt bleiben, wird Fluid unmittelbar vor der Beschränkung verdichtet, wodurch Druck aufgebaut wird. Der Druck verursacht Trennkräfte, die schließlich größer als die Kräfte werden, welche die Flächen zusammenhalten. In diesem Augenblick trennen sich die Dichtungsflächen und lassen Fluid entweichen. Während des Betriebs der Dichtung entsteht zwischen dem Fluidzufluss durch Spiralpumpen und dem Fluidauslauf durch Dichtungsflächentrennung ein Gleichgewicht. Die Dichtungsflächentrennung liegt daher vor, solange die Dichtung in Betrieb ist, d. h. solange sich eine Dichtungsfläche im Verhältnis zur gegenüberliegenden Dichtungsfläche dreht.
Spiralpumpen ist aber nicht der einzige Faktor, der das Maß der Trennung zwischen den Dichtungsflächen bestimmt. Ebenso wie die Spiralen kann auch die Druckdifferenz das Fluid am Rillendurchmesser vorbei in den nichtgerillten Teil der Dichtungsschnittstelle hinein treiben. Wenn der Druckunterschied zwischen dem gerillten Ende der Schnittstelle und dem nichtgerillten Ende groß genug ist, wird Fluid auch in den nichtgerillten Teil der Schnittstelle forciert, wodurch die Dichtungsflächen getrennt werden und den Abstand bilden.
Beide Methoden, auf die zwischen den Dichtungsflächen ein Abstand gebildet werden kann, die eine durch Umdrehungsgeschwindigkeit, die andere durch Druckdifferenz, sind verschieden und separat, obwohl sich die Wirkungen der beiden an der laufenden Dichtung vereinigen. Wenn es keinen Druckunterschied gibt und die Dichtungsflächentrennung strikt auf Grund der Dichtungsflächenrotation erfolgt, sind auf Fluidfluss beruhende Kräfte als hydrodynamische Kräfte bekannt, wenn das abgedichtete Fluid eine Flüssigkeit ist, und als aerodynamische Kräfte, wenn das abgedichtete Fluid ein Gas ist.
Wenn es andererseits keine gegenseitige Rotation zwischen den beiden Dichtungsflächen gibt und die Dichtungsflächentrennung strikt die Folge einer Druckdifferenz zwischen beiden Enden der Dichtungsschnittstelle ist, werden auf Fluidfluss beruhende Kräfte hydrostatische Kräfte genannt, wenn das abgedichtete Fluid eine Flüssigkeit ist, und aerostatische Kräfte, wenn das abgedichtete Fluid ein Gas ist. Im Folgenden werden die Begriffe hydrostatisch und hydrodynamisch für Flüssigkeits- und Gaswirkungen verwendet, da diese letzteren Begriffe beim Beschreiben von Flüssigkeits- und von Gasdichtungen konventioneller verwendet werden.
Eine typische Spiralrillendichtung muss akzeptable Leistung in Bezug auf Leckage und das Fehlen des Dichtungsflächenkontakts während aller Dichtungsbetriebsarten erbringen. Dies ist nicht nur bei höchster Drehzahl und Höchstdruck erforderlich, sondern auch im Stillstand, beim Anlaufen, bei der Beschleunigung, bei Ausrüstungswarmlaufperioden oder beim Abstellen. Bei normalen Betriebsbedingungen variieren Druck und Drehzahl dauernd, was kontinuierliche Einstellungen des Betriebsabstands zur Folge hat. Diese Einstellungen erfolgen automatisch; eine der Haupteigenschaften von Spiralrillendichtungen ist ihre Fähigkeit zur Selbsteinstellung. Bei einer Drehzahl- oder Druckänderung stellt sich der Dichtungsflächenabstand automatisch auf einen neuen Satz von Bedingungen ein. Diese Einstellung verursachen hydrostatische und hydrodynamische Kräfte.
Die Betriebshüllkurve der Drehzahlen und Drücke ist gewöhnlich sehr breit, und eine notgedrungene Dichtungskonstruktion muss ein Kompromiss sein. Damit ihre Leistung bei einer Drehzahl oder einem Druck von fast null akzeptabel ist, ist sie bei Betriebsdrehzahl und -druck weniger als optimal. Das beruht einfach auf der Tatsache, dass die Dichtung sowohl hinsichtlich Druck als auch hinsichtlich Drehzahl von null Drehzahl und null Druckdifferenz auf Betriebsbedingungen gebracht werden muss.
Besonders kritisch für den Dichtungsbetrieb ist das Anlaufen. Wenn die Dichtung bei einem Gaskreiselverdichter zur Anwendung kommt, wird die volle Saugdruckdifferenz oft auf die Dichtung ausgeübt, bevor die Welle sich zu drehen beginnt. Das stellt insofern eine Gefahr dar, als die Dichtungsflächen reibungsbedingt aufeinander blockieren. Es kommt zum Blockieren der Dichtungsflächen, wenn die hydrostatische Kraft nicht groß genug ist, um die Druckkräfte, die die Dichtungsflächen in Kontakt halten, zu überwinden. Dichtungsflächenblockierung kann zur Zerstörung der Dichtung führen, wobei übermäßige Losbrechreibung zwischen einander berührenden Dichtungsflächen schweren Verschleiß oder den Bruch innerer Dichtungskomponenten verursachen kann.
Spiralrillen müssen also zunächst die Dichtungsflächen für berührungslosen Betrieb bei voller Drehzahl hydrodynamisch trennen können. Das erfordert normalerweise ziemlich kurze und relativ tiefe Spiralrillen. Zweitens müssen die Spiralrillen die Dichtungsflächen für Start/Stopps hydrostatisch entlasten können, um eine Dichtungsflächenblockierung zu vermeiden. Hierfür müssen die Rillen eine längere Länge haben. Die verlängerten Rillen wiederum verursachen bei Betrieb bei voller Drehzahl mehr Trennung und Leckage. Die Leckage bei voller Drehzahl einer typischen 3,75-Zoll- Wellendichtung mit kurzen und relativ tiefen Spiralen kann bei 1.000 psi Überdruck und 10.000 U/min ungefähr 0,9 scfm (Normalkubikfuß-Minute) betragen. Die Leckage bei voller Drehzahl für eine derartige Dichtung mit verlängerten Rillen kann aber unter den gleichen Bedingungen 2,4 scfm erreichen, fast das Dreifache des vorhergehenden Wertes. Die konstante Belastung einer Leckage, die größer ist als erforderlich, stellt beträchtliche Betriebskosten dar und ist äußerst unerwünscht.
Die Spiralrillenentwurfspraxis geht auf US-Patent Nr. 3.109.658 zurück, in dem zwei einander gegenüberliegende Spiralrillen Öl gegeneinander pumpen, um eine zum Abdichten eines Gases geeignete Flüssigkeitssperre zu entwickeln. Eine derartige Anordnung ist bezüglich Druck- und auch Drehzahlkapazität begrenzt, wie dies dem Gebrauch von Flüssigkeitskräften zum Abdichten von Gas eigen ist.
Eine weitere bekannte Anordnung wird in US-Patent Nr. 3.499.653 gezeigt. Diese Schnittstellengestaltung mit teilweisen Spiralrillen ist stark von hydrostatischen Wirkungen abhängig. Der Schnittstellenspalt ist mit einer sich verjüngenden Form gestaltet, die am nichtgerillten Ende schmaler und an den Spiralrillen breiter ist. Die Wirkung der Spiralrillen und somit der hydrodynamischen Kräfte wird unterdrückt, da Spiralrillenpumpen über die breiteren Spalten weniger effektiv wird. Desgleichen beeinflusst dies die Stabilität der Dichtung und begrenzt ihre Höchstdruck- und -drehzahlkapazität.
Eine weitere bekannte Anordnung wird von US-Patent Nr. 4.212.475 gezeigt. Hier versucht die Spiralrille selbst, als ein hydrostatisches und auch als ein hydrodynamisches Muster zu wirken und wird verwendet, um die Notwendigkeit der sich verjüngenden Form des Spaltes zu beseitigen, so das ein beträchtlicher Grad an hydrodynamischer Spiralrillenkraft ausgeübt werden kann, um der Dichtungsschnittstelle eine Selbstausrichtungseigenschaft zu verleihen. Die Selbstausrichtungseigenschaft forciert die Dichtungsschnittstelle wieder auf eine parallele Position zu, gleichgültig, ob Abweichungen von der parallelen Position während des Dichtungsbetriebs in radialer oder tangentialer Richtung auftreten. Das hatte eine verbesserte Stabilität und höhere Leistungsgrenzen hinsichtlich Druck und Drehzahl zur Folge.
Noch eine weitere bekannte Anordnung wird von der deutschen Offenlegungsschrift 1 964 150 gezeigt. Diese Anordnung beschreibt angewinkelte oder gerade Rillen, die in beabstandetem Verhältnis um eine der Dichtungsflächen herum gebildet sind, wobei die Rillen entweder eine einheitliche Tiefe haben oder abgeschrägt sind, wobei das flache Ende der abgeschrägten Rillen direkt unter dem ringförmigen Damm endet, der die Rillen von der Seite niedrigen Drucks der Dichtung trennt. In dieser Anordnung funktioniert die Dichtung, wenn Rillen einheitlicher Tiefe bereitgestellt sind, dann allgemein in der gleichen Weise wie andere oben beschriebene bekannte Anordnungen. Wenn die Dichtung aber mit abgeschrägten Rillen versehen ist, gilt der Betrag an hydrostatischem Druck, der an den flachen Enden dieser Rillen effektiv erzeugt werden kann, und der an die flachen Enden dieser Rillten angrenzend erzeugte Quetschfilm als völlig unzureichend und ist zum Minimieren von Dichtungsverschleiß oder unerwünschter Dichtungsberührung bei Anlaufbedingungen oder bei geringen Umlaufgeschwindigkeiten nicht effektiv.
Die bekannten Fluiddichtungen, wie oben kurz zusammengefasst, haben zwar versucht, sowohl hydrodynamische als auch hydrostatische Dichtungseigenschaften bereitzustellen, die bekannten Dichtungen sind aber trotzdem unzulänglich bezüglich ihrer Fähigkeit, die Kombination dieser hydrostatischen und hydrodynamischen Eigenschaften zu optimieren, um erwünschte hydrostatische Eigenschaften bereitzustellen, die das Anlaufen und Stoppen von Dichtungen ermöglichen, während sie direkten Dichtungsflächenkontakt effektiv minimieren oder vermeiden und die Dichtungsflächenbeanspruchung zwischen den Dichtungen minimieren, damit die Baugruppe mit minimaler Reibung gestartet werden kann, um starke Reibungskrafterfordernisse und direkten Reibverschleiß zwischen den Dichtungsflächen zu vermeiden, und um gleichzeitig erwünschte hydrodynamische Eigenschaften zwischen den relativ rotierbaren Dichtungsflächen unter einem breiten Bereich von Betriebsbedingungen bereitzustellen, besonders jenen in Verbindung mit hoher Drehzahl und hohem Druck.
Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Fluiddichtung des Typs bereitzustellen, der auf einer der einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen ein gerilltes Muster einsetzt, wobei die verbesserte Dichtung eine mehr optimierte Kombination von hydrodynamischen und hydrostatischen Dichtungseigenschaften bereitstellt, um eine verbesserte Dichtungsleistung unter einem bedeutend größeren Bereich von Betriebsbedingungen zuzulassen, einschließlich Betriebsbedingungen, die vom Anlaufen bis zu mit hoher Drehzahl und hohem Druck verbundenen Bedingungen reichen.
In der verbesserten Dichtungsanordnung der vorliegenden Erfindung hat das Rillenmuster (das im typischen Fall nur auf einer der Dichtungsflächen vorgesehen ist) eine erste und eine zweite Rillenanordnung, die beide mit dem Hochdruckfluid auf einer Seite der Dichtung kommunizieren, wobei eine Rillenanordnung bedeutend tiefer als die andere ist, wodurch die tiefere Anordnung zum Bereitstellen der erwünschten hydrodynamischen Charakteristik besonders effektiv ist, während die flachere Rillenanordnung hauptsächlich nur eine hydrostatische Charakteristik bereitstellt. Gleichzeitig sind diese Anordnungen so positioniert, dass die flachere Anordnung allgemein radial zwischen der tieferen Rillenanordnung und einem nichtgerillten ringförmigen Steg oder Damm, der das Rillenmuster effektiv von der Niederdruckseite der Dichtung trennt, angeordnet ist, wodurch wünschenswerte hydrostatische und hydrodynamische Dichtungseigenschaften erreicht werden können, gleichzeitig aber die Leckage von Dichtungsfluid (z. B. einem Gas) über den Damm zur Niederdruckseite minimiert wird, um die wirksame Leistung der Dichtung zu verbessern.
Bei der verbesserten Dichtung dieser Erfindung, wie oben kurz besprochen, schließt das Rillenmuster die tiefe Rillenanordnung ein, die durch eine umfangsmäßig angeordnete Reihe von Rillen definiert ist, die von der umgebenden Hochdruckseite der Dichtung umfangsmäßig oder radial nach innen angewinkelt sind, wobei die angewinkelten Rillen eine spiralförmige, kreisförmige oder gerade Konfiguration haben können. Diese angewinkelten Rillen sind relativ tief und springen nur teilweise über die Dichtungsfläche vor. In der bevorzugten Ausführungsform kommunizieren die radial inneren Enden der angewinkelten Rillen mit der flachen Rillenanordnung, die radial einwärts von der tiefen Rillenanordnung positioniert ist, aber durch den dazwischenliegenden nichtgerillten ringförmigen Steg oder Damm von der Niederdruckseite der Dichtung getrennt ist. Diese flache Rillenanordnung hat eine Tiefe, die ein kleiner Bruchteil der Tiefe der tieferen Rillenanordnung ist, und ist zum Erzeugen einer hydrostatischen Kraft zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen, im Wesentlichen im zwischen den radial äußeren und inneren Grenzen der Dichtungsschnittstelle definierten zentralen Bereich davon, wirksam.
Außerdem wird diese Optimierung der Dichtungseigenschaften und Leistungscharakteristik durch das Optimieren des Rillenmusters oder der Rillenkonfiguration im Verhältnis zu den umgebenden Stegen, die auf der Dichtungsfläche definiert sind, weiter verbessert, so dass der Fluidfilm, der zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen erzeugt wird, eine einheitlichere Druckverteilungs- und Abdichtungscharakteristik ergibt, während die Verformung der Dichtungsfläche minimiert wird, was wiederum zur Optimierung der Dichtungsleistung bei minimaler Spaltbreite zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen beiträgt, während direkter Kontakt und Reibverschleiß zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen immer noch vermieden oder minimiert wird.
Im Besonderen sind bei der verbesserten Dichtung dieser Erfindung die mit der tiefen Rillenanordnung assoziierten angewinkelten Rillen vorzugsweise dergestalt, dass die Seiten aneinander angrenzender Rillen sich allgemein in Parallelität zueinander erstrecken, damit der dazwischenliegende Stegbereich zwischen aneinander angrenzenden Rillen eine weitgehend konstante Breite beibehält, selbst an die radial inneren Enden der Rillen angrenzend, um Quetschfilmeffekte im Fluid, das über diese Stege strömt, zu maximieren und so die Drucklagerstützung zu verbessern, die diese Stege zum Vermeiden von Dichtungsflächenkontakt bei Rotation mit voller Drehzahl oder nahe daran bereitstellen.
Eine weitere Verbesserung der Dichtungsanordnung zielt auf die Verringerung und Eliminierung von Dichtungsflächenverformungen ab, die normalerweise als eine Folge von umfangsmäßiger Ungleichmäßigkeit hydrostatischer Druckfelder auftreten, wenn sich diese bei Bedingungen bei der Null-Umdrehungsgeschwindigkeit oder nahe daran über Rillen- und Stegbereichen bilden. Diese Verbesserung wird in der flachen Rillenanordnung durch eine schmale und flache Umfangsrille erreicht, die radial an die radial inneren Enden der angewinkelten Rillen angrenzt. Die flache Umfangsrille steht in kontinuierlicher Druckfluidkommunikation mit den angewinkelten Rillen und wirkt zum umfangsmäßigen Ausgleichen von hydrostatischen Druckfeldungleichmäßigkeiten, wobei als Folge dessen jedwede Dichtungsflächenverformungen unterdrückt werden und eine einheitliche Dichtungsflächentrennung mit keinem oder nur minimalem Dichtungsflächenkontakt selbst bei extrem geringen Trennungsgrößen zwischen den Dichtungsflächen erzeugt wird.
Andere Aufgaben und Zwecke der Erfindung werden mit Dichtungen dieses allgemeinen Typs vertrauten Personen beim Lesen der folgenden Beschreibung und bei Betrachtung der Begleitzeichnungen offensichtlich sein. Dabei zeigt bzw. zeigen:

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 eine bruchstückhafte zentrale Schnittansicht, die eine allgemein konventionelle, mit einer rotierenden Welle assoziierte Fluid-Gleitringdichtungsanordnung, wie eine gerillte Gleitringdichtung, illustriert;
Fig. 2 eine Ansicht, die allgemein entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 entnommen ist und das mit einer Dichtungsfläche des rotierenden Dichtungsrings assoziierte Rillenmuster gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung illustriert;
Fig. 3 eine bruchstückhafte Vergrößerung eines Teils von Fig. 2 zum detaillierteren Illustrieren des Rillenmusters;
Fig. 4 und Fig. 5 bruchstückhafte Schnittansichten, weitgehend entlang der Linien 4-4 bzw. 5-5 in Fig. 3;
Fig. 6 eine Fig. 2 ähnliche Ansicht, die aber das mit der Dichtungsfläche eines rotierenden Dichtungsrings assoziierte Rillenmuster gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung illustriert;
Fig. 7 eine bruchstückhafte Vergrößerung eines Teils von Fig. 6 zum detaillierteren Illustrieren des Rillenmusters;
Fig. 8 und Fig. 9 bruchstückhafte Schnittansichten, die weitgehend entlang der Linien 8-8 bzw. 9-9 in Fig. 7 entnommen sind.
In der folgenden Beschreibung wird eine bestimmte Terminologie nur zur praktischen Bezugnahme verwendet und ist nicht begrenzend. Zum Beispiel beziehen sich die Begriffe "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Begriffe "einwärts" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen auf die geometrische Mitte der Baugruppe und bezeichneter Teile davon zu bzw. von ihr weg. Zu der genannten Terminologie gehören die speziell erwähnten Begriffe, Ableitungen davon und Begriffe ähnlicher Bedeutung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

In Fig. 1 wird eine typische gerillte Gleitringdichtungsbaugruppe 10 und ihre Umgebung gezeigt. Diese Umgebung besteht aus einem Gehäuse 11 und einer rotierbaren Welle 12, die sich durch das genannte Gehäuse hindurch erstreckt. Die Dichtungsbaugruppe 10 wird zum dichten Einschließen eines Fluids (wie z. B. einem unter Druck stehendem Gas) in einem Ringraum 13 und zum Einschränken seines Entweichens in die Umgebung an 14 angewendet. Zu den Hauptbestandteilen der Dichtungsbaugruppe gehört ein ringförmiger, axial bewegbarer aber nichtrotierbarer Dichtungsring 16 mit einer sich radial erstreckenden flachen Dichtungsfläche 17 in gegenüberliegendem dichtendem Verhältnis zu einer sich radial erstreckenden flachen Dichtungsfläche 18 eines ringförmigen Dichtungslaufrings 19, der nichtrotierbar an der Welle 12 montiert ist. Ring 19 dreht sich normalerweise in der Richtung des Pfeils (Fig. 2). Der Dichtungsring 16 befindet sich in dem Hohlraum 21 des Gehäuses 11 und wird weitgehend konzentrisch zum Dichtungslaufring 19 gehalten. Zwischen Gehäuse 11 und dem Dichtungsring 16 befindet sich eine konventionelle Rotationssperrvorrichtung (nicht gezeigt) zum Verhindern der Rotation des Rings 16 sowie eine Mehrzahl von Federn 22, die mit gleichem Abstand zueinander um den Hohlraum 21 herum angeordnet sind. Die Federn 22 drängen den Dichtungsring 16 zum Eingriff mit dem Dichtungsring 19.
Ein O-Ring 23 dichtet den Zwischenraum zwischen dem Dichtungsring 16 und dem Gehäuse 11 ab. Der Dichtungsring 23 wird von einer Muffe 24 in der axialen Position festgehalten, die konzentrisch mit der Welle 12 ist und auf ihr gesichert ist, wie z. B. durch die auf Welle 12 aufgeschraubte Sicherungsmutter 25, wie gezeigt. O-Ring 26 schließt Leckage zwischen dem Dichtungsring 19 und der Welle 12 aus.
Die sich radial erstreckende Dichtungsfläche 18 des Dichtungsrings 19 und die sich radial erstreckende Dichtungsfläche 17 von Dichtungsring 16 sind in dichtendem Verhältnis zueinander und definieren zwischen sich einen ringförmigen Kontaktbereich 27, welcher die Dichtungsschnittstelle ist. Diese Dichtungsschnittstelle 27 wird von einem umgebenden Außendurchmesser 28 von Ring 19 und einem Innendurchmesser 29 von Ring 16 definiert, wobei dies die dem Hoch- bzw. dem Niederdruckfluid ausgesetzten Durchmesser in der illustrierten Ausführungsform sind. Im Betrieb wird zwischen den Dichtflächen 17-18 auf Grund eines Fluidfilms, wie er von einem in der Dichtungsfläche 18 des Dichtungsrings 19 gebildeten Rillenmuster (wie nachstehend beschrieben) erzeugt wird, ein sehr schmaler Abstand aufrechterhalten. Alternativ kann sich das Rillenmuster in der Dichtungsfläche 17 des Dichtungsrings 16 befinden und immer noch wirksam sein. Der genannte schmale Abstand wird von dem Fluid zwischen den Dichtungsflächen aufrechterhalten, das die Erzeugung von Reibungshitze und -verschleiß verhindert, aber der schmale Abstand begrenzt das Abfließen des abgedichteten Fluids aus dem Raum 13 in den Bereich 14.
Im Folgenden wird auf, Fig. 2 Bezug genommen, in der die Dichtungsfläche 18 des Dichtungsrings 19 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung illustriert wird, wobei in die Dichtungsfläche 18 eine Rillenanordnung 31 eingeformt ist. Diese Rillenanordnung 31 hat eine solche Geometrie, dass es beim Strömen des Fluids auf dem Weg vom Schnittstellendurchmesser 28 zum Schnittstellendurchmesser 29 über die Rillenanordnung 31 hinweg eine allmähliche Verschiebung im Gemisch ihrer hydrodynamischen und hydrostatischen Eigenschaften gibt. Im Besonderen wird der Teil 32 der Rillenanordnung 31 einen höheren Anteil hydrodynamischer Wirkung haben und hauptsächlich am radial äußeren Teil der Dichtungsfläche 18 positioniert sein. Dieser Teil 32 stellt normalerweise hydrodynamische und auch hydrostatische Kraft in der Dichtungsschnittstelle 27 bereit, obwohl er die Hauptquelle für die Erzeugung hydrodynamischer Kraft ist und somit hierin normalerweise als hydrodynamischer Bereich bezeichnet wird.
Die Rillenanordnung 31 hat auch einen zweiten Rillenteil 33, der allgemein radial einwärts von der Rillenportion 32 angeordnet ist und allgemein im mittleren radialen Bereich der Fläche 18 positioniert ist, d. h. der Bereich, der von beiden Schnittstellendurchmessern 28 und 29 radial beabstandet ist. Dieser letztere Rillenteil oder -bereich 33 hat in erster Linie die Aufgabe, bei Bedingungen bei Umdrehungsgeschwindigkeiten von fast null eine hydrostatische Kraft zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 17-18 bereitzustellen. Die Rillenteile 32 und 33 können mit konventionellen Fertigungsmethoden in der Fläche 18 gebildet werden.
Im Folgenden wird zunächst der hydrodynamische Rillenteil 32 betrachtet, er wird von einer Mehrzahl angewinkelter Rillen 34 definiert, die in der Dichtungsfläche 18 in weitgehend einheitlich winkelig beabstandetem Verhältnis daran herum eingeformt sind. Diese Rillen 34 sind alle angewinkelt, so dass sie vom Außendurchmesser 28 dergestalt radial einwärts münden, dass die Rillen gleichzeitig umfangsmäßig und radial einwärts vorspringen, und eine winkelige Beziehung im Verhältnis zu Umfangs- und radialen Richtungen der Dichtungsfläche haben. Die angewinkelte Rille 34, wie sie von ihrer Mittellinie 36 repräsentiert wird, wo die Rille den Außendurchmesser 28 schneidet, mündet normalerweise einwärts vom Außendurchmesser 28 in einem spitzen Winkel relativ zu einer Tangente zum Außendurchmesser, wobei der spitze Winkel im Bereich von 15 Grad sein kann.
Jede angewinkelte Rille 34 wird von einem Paar Seiten- oder Randwandungen 37 und 38 definiert. Diese Wandungen 37 und 38 sind radial einwärts angewinkelt, um an einem mit R4 bezeichneten, um den Mittelpunkt O des Gleitrings herum erzeugten Radius zu enden, wobei dieser Radius R4 den Innendurchmesser für die Rillen 34 definiert. Allgemein und vorzugsweise konvergieren die einander gegenüberliegenden Seitenwandungen 37-38, die jede der Rillen 34 definieren, im Verhältnis zueinander im radial einwärts angewinkelten Verlauf der Rille leicht. Diese Seitenwandungen 37-38 können verschiedene Konfigurationen annehmen, wie Geraden, Kreisbögen oder Spiralprofile. Wenn die Seiten 37-38 als Kreisbögen oder Spiralen definiert sind, dann hat die Seitenwandung 37 eine konvexe Konfiguration und die gegenüberliegende Wandung 38 hat eine konkave Konfiguration.
In der illustrierten und bevorzugten Ausführungsform haben die einander gegenüberliegenden Seiten 37-38 eine kreisförmige Konfiguration, werden aber vorzugsweise um verschiedene Radien mit verschiedenen Mittelpunkten erzeugt.
Beispielsweise und unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird die konkave Seite 38' von Rille 34' um einen ersten Radius herum erzeugt, der einen ersten Mittelpunkt C1 hat, und die konvexe Seite 37 der angrenzenden Rille 34 wird um einen zweiten Radius herum erzeugt, der ebenfalls um den ersten Mittelpunkt C1 herum geschwungen ist, wodurch der zweite Radius den ersten Radius um den senkrechten Abstand übersteigt, der die Ränder 37 und 38' des angrenzenden Rillenpaares 34 und 34 trennt. Das hat zur Folge, dass die/der zwischen den Rändern 37 und 38' definierte ebene Fläche oder Steg 41 über den radial einwärts zur Mitte des Rings angewinkelten Verlauf des Stegs eine konstante Querbreite hat.
Der konkave Rand 38 der Rille 34 wird auf ähnliche Weise auch um den genannten ersten Radius herum erzeugt, wobei dieser erste Radius jetzt um einen vom ersten Mittelpunkt C1 beabstandeten zweiten Mittelpunkt C2 herum erzeugt wird, und der konvexe Rand 37" der nächsten Rille 34" wird gleichermaßen um den genannten zweiten Radius herum erzeugt, der ebenfalls um den zweiten Mittelpunkt C2 geschwungen ist, wodurch der Steg 41 im einwärts zur Mitte des Rings angewinkelten Verlauf dieses Stegs wieder die gleiche konstante Querabmessung zwischen den Rändern 38 und 37" hat. Die beiden Mittelpunkte selbst liegen auf einem Kreis, der um die Mitte O herum konzentrisch ist, und alle Rillen 34 wurden auf ähnliche Weise erzeugt.
Jede der Rillen 34 hat eine durchschnittliche Tiefe, die bedeutend tiefer ist als die des Rillenteils 33, wobei diese Tiefe von der allgemein flachen aber vorzugsweise abgeschrägten (d. h. angewinkelten) unteren Wandung 39 der Rille 34, wie von Fig. 4 gezeigt, illustriert wird. Im Besonderen hat die Rille 34 auf ihrer gesamten Länge vorzugsweise eine abgeschrägte Konfiguration, so dass die Tiefe auf der gesamten Rillenlänge variiert, wobei die Rille ihre größte Tiefe am radial äußeren Ende und ihre kleinste Tiefe am radial inneren Ende, wie an Radius R3 definiert, hat, obwohl die Tiefe an diesem radial inneren Ende noch messbar ist. Die durchschnittliche Tiefe der Rille 34 tritt im Wesentlichen in der Mitte ihrer Länge auf. In dieser abgeschrägten Rille kann die Rillentiefe am radial äußeren Ende tief genug sein, um die Wirkung der hydrodynamischen Kraft zu minimieren, wenn dies wünschenswert ist, um die Entwicklung von Schrägungsflächenverformungen bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten zu verhindern. Diese hydrodynamische Kraft ist dann weiter einwärts zum zentralen radialen Teil der Rille 34 hin ausgeprägter und wird am flachen Ende der Rille wieder weniger effektiv. Alternativ kann die Tiefe der Rillen am radial äußeren Ende so sein, dass der hydrodynamische Effekt dort am höchsten ist.
Den hydrostatischen Rillenteil 33 betrachtend, ist dieser Rillenteil vom hydrodynamischen Rillenteil 32 allgemein radial einwärts angeordnet und hat allgemein eine bedeutend flachere Tiefe, um zu bewirken, dass er einen bedeutend abnehmenden hydrodynamischen Effekt hat. Dieser weitgehend hydrostatische Rillenteil 33 wird von einer flachen ringförmigen Rille 44 beendet, die in konzentrischem Verhältnis zum Mittelpunkt O in der Dichtungsfläche 18 gebildet ist. Diese ringförmige Rille 44 ist von den angewinkelten Rillen 34 radial einwärts positioniert und zwischen einer inneren ringförmigen Wandung 46 und einer äußeren ringförmigen Wandung 47 definiert. Diese innere ringförmige Wandung 46 wird effektiv vom Radius R3 definiert und definiert den äußeren Durchmesser eines ringförmigen ebenen Stegs 51, wobei Letzterer zwischen dem Niederdruck- oder Schnittstellendurchmesser 29 (d. h. Radius R2) und dem Rillenwandungsdurchmesser 46 (d. h. Radius R3) definiert wird. Der ringförmige Steg 51 hat keine Rillen und fungiert als ein Damm, um den Fluss von Dichtungsfluid über ihn hinweg in den am Durchmesser 29 definierten Bereich niedrigeren Drucks hinein bedeutend zu drosseln.
Die ringförmige Rille 44 steht in kontinuierlicher und direkter Fluidkommunikation mit dem radial inneren Ende jeder angewinkelten Rille 34 und sorgt für eine kontinuierliche Verbindung und Fluidkommunikation zwischen den radial inneren Enden der Reihe von angewinkelten Rillen 34. Bei jeder der angewinkelten Rillen 34 mündet also ihr radial inneres Ende für direkte und kontinuierliche Kommunikation mit der ringförmigen Rille 44 durch die äußere Rillenwandung 47 hindurch. Tatsächlich enden die einander gegenüberliegenden Seitenränder 37-38, die zum Definieren jeder Rille 34 zwischen sich zusammenwirken, selbst direkt an dieser äußeren Rillenwandung 47.
Die mit jeder angewinkelten Rille 34 assoziierte angewinkelte oder abgeschrägte untere Wandung 39 ist geneigt, so dass die Tiefe der Rille 34 nach und nach abnimmt, je weiter die Rille nach innen vorspringt, bis sie die äußere Rillenwandung 47 schneidet. In der illustrierten Ausgestaltung, wie in Fig. 4 mit durchgezogenen Linien gezeigt, kann die untere Wandung 48 der flachen ringförmigen Rille 44 selbst im radialen Verlauf der unteren Wandung von der äußeren Wandung 47 bis zur inneren Wandung 46 angewinkelt oder abgeschrägt sein, wobei die Abschrägung der unteren Rillenwandung 48 eine Verlängerung der abgeschrägten unteren Wandung 39 der Rille 34 darstellt. Alternativ kann die Rille 44 aber im Querschnitt von einheitlicher Tiefe sein, was durch die gestrichelten Linien in Fig. 4 angedeutet wird, wobei die einheitliche Tiefe der Rille 44 ausgewählt wird, um weitgehend der Tiefe des flachen Endes von Rille 39, wo Letztere die äußere Rillenwandung 47 schneidet, zu gleichen.
Die Rille 44 hat vorzugsweise eine ziemlich schmale radiale Breite, die, zwischen den Grenzwänden 46 und 47 definiert, typischenfalls im Bereich von ungefähr 1/16 Zoll oder weniger liegt.
Was die Tiefe der Rillen 34 und 44 betrifft, haben die Rillen 34 eine durchschnittliche Tiefe, die mehrmals größer ist als die durchschnittliche Tiefe der ringförmigen Rille 44, und die durchschnittliche Tiefe von Rille 34 liegt tatsächlich vorzugsweise im Bereich von ungefähr dem Fünf- bis Zehnfachen der Tiefe der ringförmigen Rille 44.
Im Besonderen haben die ringförmigen Rillen 34 eine durchschnittliche Tiefe von ungefähr 0,0001 Zoll bis ungefähr 0,001 Zoll, obwohl ungefähr 0,0005 Zoll für eine praktischere maximale Tiefe gehalten wird, wobei eine Tiefe von ungefähr 0,0001 Zoll bis ungefähr 0,0003 Zoll bevorzugt wird. Die flache ringförmige Rille 44 hat normalerweise eine Tiefe von ungefähr 0,00001 Zoll bis ungefähr 0,00008 Zoll, wobei eine Tiefe von ungefähr 0,00002 Zoll bis ungefähr 0,00005 Zoll bevorzugt wird. Die Tiefe der Rille 44, die vorzugsweise umfangsmäßig davon einheitlich ist, entspricht weitgehend der Tiefe der Rillen 34 an ihren radial inneren Enden.
Was die radialen lagemäßigen Beziehungen zwischen den Rillen 34 und 44 und dem Steg 51 betrifft, werden diese Beziehungen relativ zur radialen Breite ΔR der Dichtungsschnittstelle 27, die zwischen dem Hochdruckradius 28 (Radius R1) und dem Niederdruckradius 29 (R2) gemessen wird, bestimmt. Der Steg 51 nimmt normalerweise ungefähr das radial innere Viertel bis Drittel der Entfernung ΔR ein und das Rillenmuster 31 nimmt normalerweise den radial äußeren Rest der radialen Dimension ΔR ein. Die flache ringförmige Rille 44 ist radial positioniert, um vorzugsweise innerhalb des mittleren Drittels bis ungefähr der mittleren Hälfte der Breite ΔR angeordnet zu sein, um die Fluiddrücke in diesem zentralen Bereich des Gleitrings zu optimieren, um so einen erhöhten Widerstand gegen die konventionelle Verformung bereitzustellen, die bei Bedingungen bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von null oder nahe daran normalerweise auftritt.
Beim Betrieb mit einer niedrigen Drehzahl oder einer Drehzahl von null tritt das den Außendurchmesser 28 umgebende Hochdruckfluid in die tiefen Rillen 34 und die flache Rille 44 ein, wird dann aber von dem Steg oder Damm 51 an einem weiteren radialen Strömen nach innen gehindert. Dieses Druckfluid innerhalb der Rillen erzeugt ausreichend hydrostatischen Druck, um im ganzen Schnittstellenbereich 27 eine kleine Trennung zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 17-18 zu bewirken, wobei somit in dem kleinen Spalt zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen eine hydrostatische Kraft geschaffen wird. Diese hydrostatische Kraft ist besonders erwünscht, weil auf Grund des Vorhandenseins der flachen ringförmigen Rille 44 ringförmig um den gesamten zentralen radialen Bereich der Dichtungsschnittstelle 27 herum eine weitgehend einheitliche Kraft erzeugt wird, wodurch zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 17-18 ein einheitlicher Druck und somit Spalt erzeugt wird. Das eliminiert die Tendenz der Dichtungsfläche, sich umfangsmäßig zu einem welligen Muster zu verformen, oder minimiert sie stark. Eine kleine aber kontrollierte Menge des Dichtungsfluids gelangt über den Damm oder Steg 51 zur Niederdruckseite 29 der Dichtung, aber die Anwesenheit der ringförmigen Druckrille 44 bewirkt, dass der Steg 51 um sie herum umfangsmäßig ein einheitliches radiales Ausmaß hat, wodurch die Druckgradienten des über den Steg 51 hinweg laufenden Fluids ebenfalls umfangsmäßig einheitlich sind, um jedwede Tendenz der Dichtungsfläche zu umfangsmäßiger Verformung zu minimieren. Die Anwesenheit dieser hydrostatischen Kraft minimiert den Reibungskontakt zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 17-18 stark und fördert das Anlaufen der Dichtung erheblich, indem sie die auf strukturelle Elemente, die die Dichtungsflächenreibung auf das Dichtungsgehäuse 11 oder die rotierende Welle 12 übertragen, ausgeübten Belastungen reduziert und indem sie direkten Reibungskontakt zwischen den einander gegenüberliegenden, relativ rotierbaren Dichtungsflächen 17-18 beim Einleiten der Rotation beträchtlich reduziert oder eliminiert.
Wenn die Dichtungsanordnung mit höherer Umdrehungsgeschwindigkeit arbeitet, wird das Hochdruckfluid in den äußeren hydrodynamischen Teilen der Rillen 34 effektiv über die Stege 41 und über die inneren hydrostatischen Teile der Rillen 34 hinweg herausgepumpt, um die Dimension des Spalts oder Abstands zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 17-18 zu erzeugen und zu vergrößern, um eine relative Hochgeschwindigkeitsrotation zwischen den Dichtungsflächen zu erlauben, während direkter Reibungskontakt zwischen ihnen effektiv vermieden oder stark minimiert wird. Das unter dieser letzteren Bedingung zwischen diesen einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 17-18 erzeugte Fluiddruckprofil (d. h. die hydrodynamische Kraft), erfährt aber seinen höchsten Druck an einer Stelle, die um einen kleinen Abstand von der Rillenwandung 47 radial nach außen beabstandet ist, wobei dieser Bereich höchsten Drucks sich von den Rillen 44 nach außen wenigstens in den zentralen Teil der Rillen 34 längs zwischen den Enden der betreffenden angewinkelten Rillen hinein erstreckt. Aufgrund der Konvergenz in der Tiefe der Rillen 34 in ihrem Verlauf radial nach innen wird das Fluid in den Rillen unter Hochgeschwindigkeitsrotationsbedingungen allgemein radial einwärts zur ringförmigen Rille 44 hin gepumpt. Die Mindesttiefe der angewinkelten Rillen 34, wo sie direkt an die ringförmige Rille 44 anschließen, ist aber so niedrig, dass sie die Erzeugung eines effektiven hydrodynamischen Drucks in der Nähe der flachen inneren Enden der Rillen 34 verhindert. Von den inneren Enden radial nach außen, in dem längs angeordneten zentralen oder äußeren Bereich der Rillen 34, ist die Tiefe der Rillen aber so, dass sie die effektive Erzeugung von hydrodynamischem Druck zulässt, wobei das hydrodynamische Druckprofil dann an die äußeren Enden der Rillen 34 angrenzend abnimmt, wenn die Tiefen an den äußeren Enden zu groß sind zum Erzeugen eines effektiven hydrodynamischen Drucks oder weil die Wirkung des abgedichteten Drucks es außer Kraft setzt. Die höchsten dynamischen Drücke werden somit allgemein in den zentralen Bereichen der angewinkelten Rillen 34 erzeugt, wobei diese zentralen Bereiche ihren Mittelpunkt ungefähr ein Drittel der Dichtungsschnittstellenabmessung ΔR vom äußeren Hochdruckdurchmesser 28 entfernt haben. Damit dieses Druckfluid zur Seite niedrigeren Drucks 29 der Dichtung entweichen kann, muss es zuerst über den flachen Rillenbereich 33 strömen, was einen bedeutenden Strömungswiderstand erzeugt, und muss außerdem auch quer über den relativ breiten Damm oder Steg 51 fließen. Das behindert somit das Entweichen des Dichtungsfluids zur Niederdruckseite der Vorrichtung erheblich und lässt die Entwicklung einer wünschenswerten hydrodynamischen Kraft zu, während es gleichzeitig für kontrollierte und akzeptable Dichtungsfluidleckageraten zur Niederdruckseite sorgt.
Wenn der hydrostatische Rillenteil an seinem inneren Ende von der flachen ringförmigen Rille 44 definiert wird, gleicht dies effektiv die Drücke umfangsmäßig in der Nähe der ringförmigen Rille 44 aus. Die zwischen aneinander angrenzenden angewinkelten Rillen 34 in der Anwesenheit der Stege 41 erzeugten Fluiddruckfelder können somit umfangsmäßig auf einer weitgehend einheitlichen Größe gehalten werden. Da das Druckfluid nicht nur die Rillen 34, sondern auch die ringförmige Rille 44 einnimmt, minimiert dies Verformungen beider Dichtungsflächen in Umfangsrichtungen und erlaubt somit eine kleinere hydrostatische Dichtungsflächentrennung mit kleinerer Leckage, während der Dichtungsflächenkontakt bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von null oder nahe daran vermieden oder minimiert wird.
Da das Hochdruckfluid in einem hydrostatischen Zustand an der ganzen ringförmigen Rille 44 kontinuierlich ausströmt, erzeugt der Druckabfall des Fluids, während es radial über den Steg 51 zur Niederdruckseite 29 entweicht, einheitliche Druckgradienten, die sich umfangsmäßig zum Dichtungsring erstrecken, wodurch auch die Verformung umfangsmäßig zum Dichtungsring im Bereich des Stegs 51 minimiert wird und somit die Tendenz des Dichtungsrings, sich zu einer welligen, umfangsmäßig sich erstreckenden Konfiguration zu verformen, wie oben besprochen, minimiert wird. In einem hydrodynamischen Zustand fungiert der flache Rillenbereich 33 aber effektiv als eine Verlängerung des Stegs 51, um für kontrollierte und minimale Leckage von Dichtungsfluid über ihn während des Betriebs mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit nahe an null oder von null zu sorgen.
Im Folgenden wird Bezug genommen auf die Fig. 6 bis 9, in denen eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert wird. Im Besonderen entsprechen die Fig. 6 bis 9 allgemein den oben beschriebenen Fig. 2 bis 5, außer dass die Fig. 6 bis 9 eine Dichtungsfläche für einen Dichtungsring 119 mit einer in ihm gebildeten modifizierten Rillenanordnung illustrieren, wobei der Ring 119 allgemein genauso mit der Dichtungsbaugruppe insgesamt zusammenwirkt wie der Ring 19 der Fig. 2 bis 5. In den Fig. 6 bis 9 abgebildete entsprechende Teile sind mit Ausnahme des Zusatzes von jeweils "100" mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet, die in den Fig. 2 bis 5 verwendet werden.
In Fig. 6 wird die Dichtungsfläche 118 des Dichtungsrings 119 illustriert, wobei in diese Fläche eine Rillenanordnung 131 eingeformt ist. Diese Rillenanordnung 131 hat ein erstes Rillenmuster 132, das sich hauptsächlich im radial äußeren Teil der Fläche 118 befindet. Dieses Rillenmuster 132 erzeugt in der Dichtungsschnittstelle 27 (Fig. 1) normalerweise sowohl hydrodynamische als auch hydrostatische Kraft, obwohl es die Hauptquelle für die Erzeugung von hydrodynamischer Kraft ist und deshalb hierin oft als der hydrodynamische Bereich bezeichnet wird.
Die Rillenanordnung 131 hat auch ein zweites Rillenmuster 133, das allgemein radial einwärts vom Rillenmuster 132 angeordnet ist und allgemein im mittleren radialen Bereich der Fläche 118 positioniert ist, das heißt der Bereich, der von beiden Schnittstellendurchmessern 128 und 129 radial beabstandet ist. Dieses/dieser letztere Rillenmuster oder -bereich 133 hat hauptsächlich die Aufgabe, bei Bedingungen von Umdrehungsgeschwindigkeiten von fast null eine hydrostatische Kraft zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen bereitzustellen. Die Rillenmuster 132 und 133 können mit konventionellen Fertigungsmethoden in der Fläche 118 gebildet werden.
Im Folgenden wird zunächst das hydrodynamische Rillenmuster 132 betrachtet, er wird von einer Mehrzahl angewinkelter Rillen 134 definiert, die in der Fläche 118 in weitgehend einheitlich winkelig beabstandetem Verhältnis daran herum eingeformt sind. Diese Rillen 134 sind alle so angewinkelt, dass sie vom Außendurchmesser 128 dergestalt radial einwärts münden, dass die Rillen gleichzeitig umfangsmäßig und radial einwärts vorspringen, und eine winkelige Beziehung im Verhältnis zu Umfangs- und radialen Richtungen der Dichtungsfläche haben. Die angewinkelte Rille 134, wie sie von ihrer Mittellinie 136 repräsentiert wird, wo die Rille den Außendurchmesser 128 schneidet, mündet normalerweise einwärts vom Außendurchmesser 128 in einem spitzen Winkel relativ zu einer Tangente zum Außendurchmesser, wobei der spitze Winkel im Bereich von 15 Grad sein kann.
Jede angewinkelte Rille 134 wird von einem Paar Seiten- oder Randwandungen 137 und 138 definiert. Die inneren Enden der Rillen 134 enden allgemein an Schultern oder Widerlagern 142, die allgemein ziemlich abrupt sind und um einen R4 bezeichneten, um den Mittelpunkt O des Gleitrings herum erzeugten Radius definiert sind, wobei dieser Radius R4 den Rillendurchmesser für die Rillen 134 des äußeren Rillenmusters 132 definiert. Allgemein und vorzugsweise konvergieren die einander gegenüberliegenden Seitenwandungen 137-138, die jede der Rillen 134 definieren, im Verhältnis zueinander im radial einwärts angewinkelten Verlauf der Rille leicht. Diese Seitenwandungen 137-138 können verschiedene Konfigurationen annehmen, wie Geraden, Kreisbögen oder Spiralprofile. Wenn die Seiten 137-138 als Kreisbögen oder Spiralen definiert sind, dann hat die Seitenwandung 137 eine konvexe Konfiguration und die gegenüberliegende Wandung 138 hat eine konkave Konfiguration.
In der illustrierten und bevorzugten Ausführungsform haben die einander gegenüberliegenden Seiten 137-138 eine kreisförmige Konfiguration, werden aber vorzugsweise um verschiedene Radien mit verschiedenen Mittelpunkten herum erzeugt.
Beispielsweise und unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird die konkave Seite 138 von Rille 1341 um einen ersten Radius herum erzeugt, der einen ersten Mittelpunkt C1 hat, und die konvexe Seite 137 der angrenzenden Rille 134 wird um einen zweiten Radius herum erzeugt, der ebenfalls um den ersten Mittelpunkt C1 herum geschwungen ist, wodurch der zweite Radius den ersten Radius um den senkrechten Abstand übersteigt, der die Ränder 137 und 138' des angrenzenden Rillenpaares 134 und 134' trennt. Das hat zur Folge, dass die/der zwischen den Rändern 37 und 38' definierte ebene Fläche oder Steg 41 über den radial einwärts zur Mitte des Rings angewinkelten Verlauf des Stegs eine konstante Querbreite hat.
Der konkave Rand 138 der Rille 134 wird auf ähnliche Weise auch um den genannten ersten Radius herum erzeugt, wobei dieser erste Radius jetzt um einen vom ersten Mittelpunkt C1 beabstandeten zweiten Mittelpunkt C2 herum erzeugt wird, und der konvexe Rand 137" der nächsten Rille 134" wird gleichermaßen um den genannten zweiten Radius herum erzeugt, der ebenfalls um den zweiten Mittelpunkt C2 geschwungen ist, wobei der Steg 141 zwischen den Rändern 138 und 137" im einwärts zur Mitte des Rings angewinkelten Verlauf dieses Stegs wieder die gleiche konstante Querabmessung dazwischen hat. Die beiden Mittelpunkte selbst liegen auf einem Kreis, der um die Mitte O herum konzentrisch ist, und alle Rillen 134 wurden auf ähnliche Weise erzeugt.
Jede der Rillen 134 hat eine bedeutende Tiefe im Verhältnis zum Rillenmuster 133, wobei diese Tiefe von der allgemein flachen unteren Wandung 139 der Rille 134, wie von Fig. 8 gezeigt, illustriert wird. Die Rillentiefe in einer bevorzugten Ausführungsform, wie mit der durchgezogenen Linie 139 veranschaulicht, ist auf der gesamten Länge der Rille 134 weitgehend einheitlich.
Die Rille 134 kann aber auf ihrer gesamten Länge eine abgeschrägte Konfiguration haben, so dass die Tiefe auf der gesamten Länge variiert, was von den Variationen graphisch dargestellt wird, die in Fig. 8 von den mit 139a und 139b bezeichneten gestrichelten Linien angedeutet werden. Was die an 139a bezeichnete untere Rillenwandung betrifft, hat diese Rille ihre größte Tiefe am radial äußeren Ende und ihre kleinste Tiefe am radial inneren Ende, obwohl die Tiefe am radial inneren Ende noch groß genug ist, um an ihrem radial inneren Ende eine bedeutende Schulter oder Wandung 42 zu ergeben. Bei dieser an 139a bezeichneten Variation entspricht die durchschnittliche Tiefe der Rille im Wesentlichen auf halbem Weg ihrer Länge vorzugsweise weitgehend der einheitlichen Tiefe der Rille, wie sie von der unteren Wandung 139 angedeutet wird. In dieser an 139a bezeichneten abgeschrägten Variation ist die Rillentiefe am radial äußeren Ende tief genug, um die Wirkung der hydrodynamischen Kraft zu minimieren. Dieser letztere Effekt ist an das radial innere Ende der Rille 134 angrenzend im Bereich des Gleitrings, der zentraler liegt, ausgeprägter und gilt als effektiver zum Ausüben eines größeren Drucks auf den zentralen Teil des Gleitrings, um der typischen thermischen Verformung (d. h. Balligkeit) gegenüber beständig zu sein, die beim Betrieb auftritt.
Was die andere durch den Boden 139b in Fig. 8 veranschaulichte abgeschrägte Variation der Rille 134 betrifft, ist die Rille 134 in dieser Variation an ihrem radial äußeren Ende am flachsten und an ihrem radial inneren Ende an die Schulter 142 angrenzend am tiefsten. Die flache Tiefe der Rille am radial äußeren Ende ist dergestalt, dass sie diesen Bereich der Rille effektiv fluidarm macht, und sie minimiert ebenfalls den hydrodynamischen Effekt in diesem Bereich, so dass größerer Druck näher an der Mitte des Gleitrings entwickelt wird, um dazu zu neigen, größeren Druckwiderstand gegen die Verformung des Rings bereitzustellen, die während des Betriebs normalerweise auftritt.
Den hydrostatischen Rillenteil 133 betrachtend, ist dieser Rillenteil vom hydrodynamischen Rillenmuster 132 allgemein radial einwärts angeordnet und hat allgemein eine bedeutend flachere Tiefe, um zu verhindern, dass er irgendeinen bedeutenden hydrodynamischen Effekt hat. Dieses hydrostatische Rillenmuster 133 wird in erster Linie von einer flachen ringförmigen Rille 144 gebildet, die in konzentrischem Verhältnis zum Mittelpunkt O in der Dichtungsfläche 18 gebildet ist. Diese ringförmige Rille 144 ist in radial einwärts beabstandetem Verhältnis zu den inneren Endwänden 142 der tiefen Rillen 134 positioniert, wobei die ringförmige Rille 144 zwischen einer inneren ringförmigen Wandung 146 und einer äußeren ringförmigen Wandung 147 definiert wird. Diese innere ringförmige Wandung 146 wird effektiv vom Radius R3 definiert und definiert den äußeren Durchmesser eines ringförmigen ebenen Stegs 151, wobei Letzterer zwischen dem Niederdruck- oder Schnittstellendurchmesser 129 (d. h. Radius R2) und dem Rillenwandungsdurchmesser 146 (d. h. Radius R3) definiert wird. Der ringförmige Steg 151 hat keine Rillen und fungiert als ein Damm, um den Fluss von Dichtungsfluid über ihn hinweg in den am Durchmesser 129 definierten Bereich niedrigeren Drucks hinein bedeutend zu drosseln.
Das Rillenmuster 133 hat in dieser Ausführungsform eine Reihe von flachen Kommunikationsrillen oder -kanälen 152, die sich radial zwischen der ringförmigen Rille 144 und den radial inneren Enden der einzelnen angewinkelten tiefen Rillen 134 erstrecken. Jeder Kommunikationskanal 152 ist an einem radial inneren Ende von ihm direkt mit der ringförmigen Rille 144 verbunden, wobei der Kommunikationskanal 152 allgemein entlang einer radialen Richtung radial nach außen vorspringt, so dass das äußere Ende jedes Kanals 152 mit einem radial inneren Ende einer betreffenden der tiefen Rillen 134 kommuniziert. Diese Kommunikationskanäle 152 haben vorzugsweise eine flache Tiefe, die weitgehend gleich der flachen Tiefe der ringförmigen Rille 144 ist. Die Kanäle 152 kommunizieren an ihren radial äußeren Enden vorzugsweise direkt durch die Endwandung 142 der betreffenden angewinkelten Rille 134 hindurch, wobei diese Kommunikation des Kanals 152 durch die Endwandung 142 von einer abrupten Stufe oder Schulter dargestellt wird, die dadurch bedingt ist, dass das radial innere Ende von Rille 134 bedeutend tiefer ist als die Tiefe des Kanals 152.
Außerdem hat Kanal 152 eine Breite (umfangsmäßig gemessen), die bedeutend kleiner und effektiv ein kleiner Bruchteil der Länge (umfangsmäßig gemessen) der Rillenendwandung 142 ist, wobei diese Breite vorzugsweise höchstens ungefähr ein Viertel der Länge der Endwandung 142 beträgt. Ferner mündet der Kanal 152 vorzugsweise durch die an ein Ende von ihm angrenzende Rillenendwandung 142 hindurch, die im Besonderen an das Ende von ihm angrenzt, das im Verhältnis zum Fluss des Druckfluids in die Rille 134 hinein stromaufwärts angeordnet ist, wobei dieses stromaufwärts liegende Ende der Wandung 142 das Ende davon ist, das mit der konvexen Seitenwandung 137 verbunden ist. Diese lagemäßige Beziehung für den Kommunikationskanal 152, wie von Fig. 7 illustriert, resultiert in der Definition eines effektiv am geschlossenen Ende der Rille 134 definierten Stromabwärtsbereichs 153, wobei dieser Bereich 153 nicht direkt mit dem Kanal 152 kommuniziert und die Entwicklung von bedeutendem hydrodynamischem Druck während des Dichtungsbetriebs zulässt.
Die Beabstandung der ringförmigen Rille 144 radial einwärts von den inneren Endwänden 142 und die Anwesenheit der Verbindungskanäle 152 hat die Definition von Zwischenstücken oder Stegen 154 zur Folge, die von den Stegen 141 radial einwärts vorspringen, um effektiv an der äußeren Rillenwandung 147 zu enden, wobei diese Stege 154 sich umfangsmäßig zwischen benachbarten Kanälen 152 erstrecken. Jeder Steg 154 beinhaltet einen Teil, der radial zwischen der Rillenwandung 147 und der Endwandung 142 definiert ist, wodurch die kombinierten Stege 141 und 154 eine allgemein V-förmige Konfiguration haben.
Die Rille 144 hat vorzugsweise eine ziemlich schmale radiale Breite, die, zwischen den Grenzwänden 146 und 147 definiert, typisch im Bereich von ungefähr 1/16 Zoll oder weniger beträgt.
Die Anwesenheit der Stege 154 von bedeutendem Flächeninhalt und ihre Anwesenheit allgemein im zentralen radialen Bereich der Dichtungsfläche 118 verbunden mit der Tatsache, dass die Mindestquerabmessung über diese Stege relativ groß ist, ist wirksam zum Einschließen von Fluid dazwischen, um in Zeiten des Betriebs mit relativ hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten einen Drucklagereffekt zu erzeugen. Das heißt, dass an den Stegen 154 ein Quetschfilmeffekt erzeugt wird, der wirksam ist, um Änderungen in der Spaltbreite auf Grund von durch hohe Drehzahlen induzierten Schwingungen und Vibrationen zu widerstehen.
Was die Tiefe der Rillen 134 und 144 betrifft, haben die Rillen 134 eine Tiefe, die um das Mehrfache größer ist als die Tiefe der ringförmigen Rille und die vorzugsweise im Bereich von ungefähr dem Fünf- bis ungefähr dem Zehnfachen der Tiefe der ringförmigen Rille 144 liegt. Im Besonderen haben die tiefen Rillen 134 normalerweise eine durchschnittliche Tiefe von ungefähr 0,0001 Zoll bis ungefähr 0,001 Zoll, obwohl ungefähr 0,0005 Zoll für eine praktischere maximale Tiefe gehalten wird, wobei eine Tiefe von ungefähr 0,0001 Zoll bis ungefähr 0,0003 Zoll bevorzugt wird. Die flache ringförmige Rille 144 hat normalerweise eine Tiefe von ungefähr 0,00001 Zoll bis ungefähr 0,00008 Zoll, wobei eine Tiefe von ungefähr 0,00002 Zoll bis ungefähr 0,00005 Zoll bevorzugt wird. Die Tiefe der Rille 144 ist umfangsmäßig vorzugsweise einheitlich. Die Kanäle 152 haben vorzugsweise die gleiche Tiefe wie Rille 144.
Was die radialen lagemäßigen Beziehungen zwischen den tiefen Rillen 134, den flachen Rillen 144 und 152 und dem Steg 151 betrifft, werden diese Beziehungen relativ zur radialen Breite ΔR der Dichtungsschnittstelle, die zwischen dem Hochdruckradius 128 (Radius R1) und dem Niederdruckradius 129 (R2) gemessen wird, bestimmt. Das hydrodynamische Rillenmuster 132 nimmt normalerweise ungefähr das radial äußere Viertel bis Drittel der radialen Dimension ΔR ein, der Steg 151 nimmt normalerweise ungefähr das radial innere Viertel bis Drittel des Abstands ΔR ein und das hydrostatische Rillenmuster 133 nimmt normalerweise den restlichen Mittelteil des radialen Abstands ΔR ein. Das flache Rillenmuster 133 kann nach Wunsch radial verschmälert oder verbreitert werden, so dass es irgendeinen einen Teil vom mittleren Viertel bis ungefähr zur mittleren Hälfte der Breite ΔR einnimmt, um die Fluiddrücke in diesem zentralen Bereich des Gleitrings zu optimieren, um einen erhöhten Widerstand gegen die konventionelle Verformung und Balligkeit bereitzustellen, die beim Betrieb normalerweise auftritt, wie z. B. auf Grund von thermischen Auswirkungen.
Im Betrieb tritt das den Außendurchmesser 128 umgebende Hochdruckfluid in die tiefen Rillen 134 und die flache Rille 144 ein, wird dann aber von dem Steg oder Damm 151 an einem weiteren radialen Strömen nach innen gehindert. Dieses Druckfluid innerhalb der Rillen erzeugt ausreichend hydrostatischen Druck, um im ganzen Schnittstellenbereich 27 (Fig. 1) eine bedeutende Entlastung oder eine kleine Trennung zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 117-118 zu bewirken, wobei somit eine hydrostatische Kraft zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen geschaffen wird. Diese hydrostatische Kraft ist besonders wünschenswerter Art, weil sie auf Grund des Vorhandenseins der flachen ringförmigen Rille 144 ringförmig um den gesamten zentralen radialen Bereich der Dichtungsschnittstelle 27 herum weitgehend einheitlich ist, wodurch zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 117-118 eine einheitliche Druckentlastung oder ein einheitlicher Spalt erzeugt wird. Das eliminiert die Tendenz der Dichtungsfläche, sich umfangsmäßig zu einem welligen Muster zu verformen, oder minimiert sie stark. Eine kleine aber kontrollierte Menge des Dichtungsfluids gelangt über den Damm oder Steg 151 zur Niederdruckseite 129 der Dichtung, aber die Anwesenheit der ringförmigen Druckrille 144 bewirkt, dass der Steg 151 um sie herum umfangsmäßig ein einheitliches radiales Ausmaß hat, wodurch die Druckgradienten des über den Steg 151 strömenden Fluids ebenfalls umfangsmäßig einheitlich sind, um jedwede Tendenz der Dichtungsfläche zu umfangsmäßiger Verformung zu minimieren. Die Anwesenheit dieser hydrostatischen Kraft minimiert den Reibungskontakt zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 117-118 stark und fördert das Anlaufen der Dichtung erheblich, indem sie die auf strukturelle Elemente, die die Dichtungsflächenreibung auf das Dichtungsgehäuse oder die rotierende Welle übertragen, ausgeübten Belastungen reduziert und indem sie den direkten Reibungskontakt zwischen den einander gegenüberliegenden, relativ rotierbaren Dichtungsflächen 117-118 beim Einleiten der Rotation beträchtlich reduziert oder eliminiert.
Wenn die Dichtungsanordnung mit höherer Umdrehungsgeschwindigkeit arbeitet, wird das Hochdruckfluid in den tiefen Rillen 134 effektiv über den flachen Rillenbereich 133 und die Stege 141 hinweg herausgepumpt, um die Dimension des Spalts oder Abstands zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 117-118 zu erzeugen und zu vergrößern, um eine relative Hochgeschwindigkeitsrotation zwischen den Dichtungsflächen zu erlauben, während direkter Reibungskontakt zwischen ihnen effektiv vermieden oder stark minimiert wird. Das unter dieser letzteren Bedingung zwischen diesen einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen 117-118 erzeugte Fluiddruckprofil (d. h. die hydrodynamische Kraft), erfährt seinen höchsten Druck aber in der Nähe der Endwandungen 142, die umfangsmäßig zwischen den aneinander grenzenden Rillenbereichen 132 und 133 angeordnet sind. Damit dieses Druckfluid zur Seite niedrigeren Drucks 129 der Dichtung entweichen kann, muss es zuerst über den flachen Rillenbereich 133 fließen, der einen bedeutenden Strömungswiderstand erzeugt, und muss außerdem auch quer über den relativ breiten Damm oder Steg 151 fließen. Dieser von dem Steg 151 und dem flachen Rillenbereich 133 definierte bedeutende radiale Bereich behindert das Entweichen des Dichtungsfluids zur Niederdruckseite der Vorrichtung erheblich und lässt die Entwicklung einer erwünschten hydrodynamischen Kraft zu, während es gleichzeitig für kontrollierte und akzeptable Dichtungsfluidleckageraten zur Niederdruckseite sorgt. Indem die Kommunikationskanäle 152 stromaufwärts von den konvergierenden geschlossenen Enden der tiefen Rillen 134 positioniert werden, hat dies zur Folge, dass die Bereiche 153 effektiver geschlossen sind, um die Erzeugung eines Hochdruckbereichs zuzulassen, was bewirkt, dass in den angrenzenden Bereichen der Stege 141 und 154 ein bedeutender hydrodynamischer Druck erzeugt wird zum Aufrechterhalten eines erwünschten Spaltes zwischen den Dichtungsflächen 117-118 während Hochgeschwindigkeitsbetriebsbedingungen.
Wenn das hydrostatische Rillenmuster 133 die flache ringförmige Rille 144 und die flache Kommunikationsrille 152 beinhaltet, wie in Fig. 7 gezeigt, gleicht dies effektiv Drücke umfangsmäßig in der Nähe der ringförmigen Filmrille 144 aus. Der zwischen aneinander angrenzenden angewinkelten Rillen 134 in Anwesenheit der Stege 141 und 154 erzeugte Fluidfilm kann somit umfangsmäßig auf einer weitgehend einheitlichen Größe gehalten werden. Da der Fluiddruck nicht nur die Rillen 134 einnimmt, sondern auch die ringförmige Rille 144, minimiert dies Verformungen beider Dichtungsflächen in Umfangsrichtungen und erlaubt daher eine kleinere hydrostatische Dichtungsflächentrennung mit geringerer Leckage, während Dichtungsflächenkontakt bei oder nahe an einer Drehzahl von Null vermieden oder minimiert wird.
Da das Hochdruckfluid in einem hydrostatischen Zustand kontinuierlich in der gesamten ringförmigen Rille 144 vorliegt, erzeugt der Druckabfall des Fluids bei seinem Entweichen radial über den Steg 151 zur Niederdruckseite 129 einheitliche Druckgradienten, welche sich umfangsmäßig zum Dichtungsring erstrecken, wodurch auch die Verformung umfangsmäßig zum Dichtungsring im Bereich des Stegs 151 minimiert wird und somit die Tendenz der Dichtung, zu einer welligen umfangsmäßig verlaufenden Konfiguration zu verformen, wie oben besprochen, minimiert wird. Bei einem hydrodynamischen Zustand wirkt jedoch der gesamte flache Rillenbereich 133 effektiv als eine Verlängerung des Stegs 151, um während des Betriebs bei oder fast bei voller Drehzahl für eine kontrollierte und minimale Leckage von Dichtungsfluid über ihn hinweg zu sorgen.
Während die illustrierte und bevorzugte Ausführungsform offenlegt, dass bei der flachen Rillenanordnung 133 die ringförmige Rille 144 durch die flachen Kommunikationskanäle oder -rillen 152 direkt mit den tiefen Rillen 134 kommuniziert, ist zu beachten, dass andere alternative Kommunikationskanäle bereitgestellt werden können, um zuzulassen, dass die flache ringförmige Rille 144 mit dem die Dichtung umgebenden Hochdruckfluid kommuniziert. Beispielsweise können mehrere Bohrungen bereitgestellt werden, um mit dem Hochdruckdurchmesser 128 zu kommunizieren und dann radial einwärts vom Dichtungsring 119 in nach hinten beabstandetem Verhältnis zur Dichtungsfläche 118 vorzuspringen, wobei diese radialen Bohrungen an radial inneren Enden ausschließlich mit Axialbohrungen verbunden sind, die ausschließlich zwischen den radialen Bohrungen und dem Boden der Rille 144 eine Verbindung herstellen. Vorzugsweise wären an umfangsmäßig beabstandeten Stellen um die ringförmige Rille 144 herum mehrere Axialbohrungen bereitgestellt. Bei einer solchen Anordnung kommuniziert das umgebende Hochdruckfluid direkt mit der ringförmigen Rille 144 zur gleichen Zeit, wie es mit den tiefen Rillen 134 kommuniziert, wobei in diesem Fall die Kommunikationsrillen 152 wegfallen können. Es muss aber anerkannt werden, dass Variationen dieses letzteren beschriebenen Typs in der Herstellung bedeutend teuerer sind, und es besteht die Ansicht, dass sie eine geringere Zuverlässigkeit besitzen als die Verwendung von Oberflächenkommunikationskanälen wie den Kanälen 152.
Bei der hierin illustrierten und beschriebenen Erfindung ist der Hochdruckbereich zwar am äußeren Durchmesser angeordnet, was der am häufigsten angetroffene Benutzungszustand ist, es ist aber zu beachten, dass sich das Rillenmuster radial von einem inneren Durchmesser aus erstrecken kann, wenn Letzerer der Hochdruckbereich ist.

Claims

1. Fluiddichtungsvorrichtung, die zwischen einem Gehäuse und einer rotierbaren Welle kooperiert, zum Herstellen einer Fluiddichtung zwischen Hoch- und Niederdruckbereichen, wobei die genannte Vorrichtung Folgendes umfasst:

einen an der Welle zur Rotation mit ihr montierten ersten Dichtungsring und einen zweiten Dichtungsring, der an den ersten Dichtungsring angrenzend angeordnet und im Verhältnis zum Gehäuse nichtrotierbar montiert ist;

wobei der genannte erste und der genannte zweite Dichtungsring einander gegenüberliegende flache ringförmige Dichtungsflächen, eine erste und eine zweite, daran definieren zum weitgehend axialen Aufeinanderstoßen, um eine ringförmige Dichtungsschnittstelle zu definieren, die sich radial dazwischen erstreckt und von Hoch- und Niederdruckdurchmessern definiert wird, die mit dem genannten Hoch- bzw. Niederdruckbereich kommunizieren, wobei einer der genannten Dichtungsringe axial beweglich ist und normalerweise axial auf den anderen Dichtungsring zu gedrängt wird;

ein Rillenmuster, das in einer der genannten Dichtungsflächen geformt ist und mit dem Hochdruckbereich kommuniziert, um zu bewirken, dass zwischen den genannten Dichtungsflächen ein dünner Film aus druckbeaufschlagtem Fluid vorhanden ist, um zwischen ihnen einen kleinen Abstand zu schaffen;

wobei das genannte Rillenmuster eine in der genannten einen Dichtungsfläche geformte erste Rillung hat zum Erzeugen einer hydrodynamischen Fluiddichtung zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen, wenn der erste und der zweite Dichtungsring verhältnismäßig rotieren, wobei die genannte erste Rillung an den Hochdruckdurchmesser der genannten Dichtungsschnittstelle angrenzend angeordnet ist;

wobei das genannte Rillenmuster eine in der genannten einen Dichtungsfläche geformte zweite Rillung hat zum Erzeugen einer hydrostatischen Fluiddichtung zwischen den genannten einander gegenüberliegenden Dichtungsflächen, wenn die genannte erste und die genannte zweite Dichtungsfläche weitgehend feststehend sind, wobei die genannte zweite Rillung radial von der genannten ersten Rillung versetzt ist;

wobei die genannte eine Dichtungsfläche an sich einen ringförmigen ungerillten flachen Steg definiert, der sich radial zwischen dem genannten Unterdruckdurchmesser und der genannten zweiten Rillung erstreckt;

wobei die genannte erste Rillung eine Mehrzahl von ersten Rillen hat, die in allgemein einheitlich winkelig beabstandetem Verhältnis um die genannte eine Dichtungsfläche herum angeordnet sind, wobei die genannten ersten Rillen angewinkelt sind, um umfangsmäßig und radial von dem genannten Hochdruckdurchmesser vorzuspringen, wobei die genannten ersten Rillen an inneren Enden abschließen;

wobei die genannte zweite Rillung eine flache ringförmige Rille hat, die in konzentrischem Verhältnis zum betreffenden Dichtungsring in der genannten einen Dichtungsfläche geformt ist, wobei die genannte flache ringförmige Rille radial angrenzend an die genannten inneren Enden der genannten ersten Rillen angeordnet ist, wobei die genannte flache ringförmige Rille in offener Fluidkommunikation mit den inneren Enden der genannten ersten Rillen angeordnet ist und sie umfangsmäßig verbindet, und die genannte flache ringförmige Rille eine radiale Grenze des genannten ringförmigen Stegs definiert; und

wobei die genannten ersten Rillen eine Durchschnittstiefe haben, die mehrfach größer ist als die Tiefe der genannten ringförmigen Rille.

2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die inneren Enden der genannten ersten Rillen direkt an einer radialen Grenzwand der genannten ringförmigen Rille abschließen und durch sie hindurch münden.

3. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die genannten ersten Rillen eine Tiefe haben, die über die vom Hochdruckdurchmesser bis zur radialen Grenzwand der genannten ringförmigen Rille vorspringenden ersten Rillen zunehmend kleiner wird.

4. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die ersten Rillen an ihre inneren Enden angrenzend eine Tiefe haben, die weitgehend gleich der Tiefe der flachen ringförmigen Rille ist.

5. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 mit einer in dem Dichtungsring geformten Kommunikationskanalvorrichtung zum Bereitstellen der Kommunikation zwischen dem Hochdruckbereich und der genannten flachen ringförmigen Rille.

6. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die genannte Kommunikationskanalvorrichtung flache Kommunikationsrillen aufweist, die sich in der genannten einen Dichtungsfläche befinden und sich radial zwischen der genannten flachen ringförmigen Rille und den inneren Enden der genannten ersten Rillen erstreckt zum Ermöglichen direkter Kommunikation zwischen diesen, wobei die genannten Kommunikationskanäle eine Tiefe haben, die eine ähnliche Größe hat wie die Tiefe der flachen ringförmigen Rille.

7. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die genannte Kommunikationsrille eine Breite hat, die ein kleiner Bruchteil der Breite der genannten ersten Rille ist.

8. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei der sich die genannte Kommunikationsrille radial erstreckt, damit ihr eines Ende mit der genannten ringförmigen Rille kommuniziert und ihr anderes Ende mit einer betreffenden der genannten ersten Rillen kommuniziert.

9. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der das innere Ende der genannten ersten Rille eine abrupte dammartige Wand definiert und bei der das andere Ende jedes Kommunikationskanals direkt mit dem inneren Ende der betreffenden ersten Rille an einer an ein Ende der dammartigen Wand angrenzenden Stelle kommuniziert, die im Verhältnis zum Fluss von Druckfluid in die betreffende erste Rille stromaufwärts ist.

10. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Kommunikationskanal dort, wo er in die genannte erste Rille mündet, eine Tiefe hat, die ein kleiner Bruchteil der Tiefe der ersten Rille an ihrem inneren Ende ist, so dass die dammartige Wand eine abrupte Stufe bildet, an welcher der genannte Kommunikationskanal durch die dammartige Wand hindurch mündet.

11. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste Rille eine durchschnittliche Tiefe im Bereich von ungefähr 0,00254 mm (0,0001 Zoll) bis ungefähr 0,0254 mm (0,001 Zoll) hat und bei der die Tiefe der genannten ersten Rille im Bereich von ungefähr dem Fünf- bis Zehnfachen der Tiefe der flachen ringförmigen Rille liegt.

12. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die genannte flache ringförmige Rille eine Tiefe im Bereich von ungefähr 0,00254 mm (0,00001 Zoll) bis ungefähr 0,02032 mm (0,00008) hat und bei der die genannten ersten Rillen eine durchschnittliche Tiefe haben, die wenigstens mehrmals so groß ist wie die Tiefe der genannten ringförmigen Rille.

13. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Dichtungsfluid Gas ist.

14. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der jede der genannten ersten Rillen zwischen den ersten und zweiten Seitenrändern definiert ist, die relativ zueinander konvergieren, während sie umfangsmäßig und von dem genannten Hochdruckdurchmesser radial nach innen vorspringen, und bei der der erste Seitenrand einer genannten ersten Rille sich parallel zu einem angrenzenden genannten zweiten Seitenrand einer angrenzenden genannten ersten Rille erstreckt, um dazwischen einen ebenen Steg zu definieren, der über den gesamten Längsverlauf der ersten Rillen eine konstante Breite hat.

15. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der jede der genannten ersten Rillen zwischen dem ersten und dem zweiten Seitenrand definiert ist, die relativ zueinander konvergieren, während sie umfangsmäßig und von dem genannten Hochdruckdurchmesser radial nach innen vorspringen, wobei der genannte erste und der genannte zweite Rand beide eine glatt gekrümmte Konfiguration haben, wobei der eine genannte Seitenrand eine konkave Konfiguration hat und der andere genannte Seitenrand eine konvexe Konfiguration hat.

16. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Hoch- und Niederdruckdurchmesser von äußeren bzw. inneren radial beabstandeten Durchmessern definiert werden und bei der die ersten Rillen von dem genannten äußeren Durchmesser radial nach innen vorspringen, wobei ihre inneren Enden radial zwischen den genannten äußeren und inneren Durchmessern angeordnet sind.