DE20103013U1 - Liquid seal assembly - Google Patents
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Description
DE2374 FlüssigkeitsdichtungsanordnungDE2374 Liquid seal arrangement
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsdichtungsanordnung zur Abdichtung eines rotierenden Bauteils gegenüber einem stationären Bauteil, z.B. einer Welle gegenüber einem Gehäuse, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a liquid sealing arrangement for sealing a rotating component with respect to a stationary component, e.g. a shaft with respect to a housing, according to the preamble of claim 1.
Sie betrifft insbesondere eine Anordnung mit Leckagerückführung, wie sie grundsätzlich aus der EP-A-864 756 bekannt ist. Die Leckagerückführung der bekannten Flüssigkeitsdichtungsanordnung soll verhindern, dass eine nicht gänzlich vermeidbare, jedoch stets sehr geringe Leckage längs einer Hauptdichtung an die Umgebung gelangen kann. Die Hauptdichtung ist demzufolge auf eine möglichst weitgehende Abdichtung des Mediums ausgelegt. Ausser einer Gleitringdichtung kann als Hauptdichtung auch eine Labyrinthdichtung oder Stopfbuchspackung vorgesehen sein. Die Auslegung der Hauptdichtung auf minimierte Leckage hat zur Folge, dass mehr oder minder deutliche Reibung zwischen den in dichtendem Eingriff miteinander tretenden, relativ zueinander sich bewegenden Dichtflächen auftritt und damit ein die Lebensdauer limitierender Verschleiss. Selbst bei Gleitringdichtungen, bei denen bei Betrieb ab einer gewissen Drehgeschwindigkeit ein Schmierfilm aus dem abzudichtenden Medium zwischen den zusammenwirkenden Dichtflächen gebildet wird, kann unter den genannten Voraussetzungen deutlicher Verschleiss festgestellt werden, insbesondere dann, wenn das Medium Verunreinigungen, z.B. Fremdkörper, enthält.It relates in particular to an arrangement with leakage return, as is known in principle from EP-A-864 756. The leakage return of the known liquid sealing arrangement is intended to prevent a leakage, which cannot be completely avoided but is always very small, from reaching the environment along a main seal. The main seal is therefore designed to seal the medium as extensively as possible. In addition to a mechanical seal, a labyrinth seal or stuffing box packing can also be provided as the main seal. The design of the main seal to minimize leakage means that more or less significant friction occurs between the sealing surfaces that engage with one another and move relative to one another, and thus wear that limits the service life. Even in the case of mechanical seals, where a lubricating film is formed from the medium to be sealed between the interacting sealing surfaces when operating at a certain rotational speed, significant wear can be observed under the conditions mentioned, especially if the medium contains impurities, e.g. foreign bodies.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitsdichtungsanordnung der gattungsgeniässen Art zu schaffen, bei der ein Verschleiss während des Betriebs in Folge von Festkörperreibung oder dgl. gänzlich oder wenigstens weitestgehend vermieden wird. Dabei soll gleichzeitig eine hohe Dichtwirkung der Flüssigkeitsdichtungsanordnung gewährleistet sein, so dass auch toxische bzw. aggressive umweltschädliche Flüssigkeiten zuverlässig an einem Zutritt an die Umwelt gehindert werden.The invention is based on the object of creating a liquid sealing arrangement of the generic type in which wear during operation as a result of solid body friction or the like is completely or at least largely avoided. At the same time, a high sealing effect of the liquid sealing arrangement should be ensured so that even toxic or aggressive environmentally harmful liquids are reliably prevented from entering the environment.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemässenThis object is achieved according to the invention by the features according to the characterizing part of claim 1. An essential feature of the inventive
Flüssigkeitsdichtungsanordnung ist eine dergestaltige Auslegung der Hauptdichtung, dass diese nicht, wie bislang, eine nur geringe bzw. vernachlässigbare Leckage hat, sondern zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Dichtflächen gezielt eine erhöhte Leckageströmung geschaffen und aufrechterhalten wird. Dadurch wird eine berührende Eingriffnahme der zusammenwirkenden Dichtflächen zuverlässig vermieden und werden eventuell im abzudichtenden Medium befindliche Fremdpartikel kontinuierlich aus dem Bereich zwischen den Dichtflächen herausgespült. Durch geeignete in den Unteransprüchen aufgeführte Massnahmen kann erreicht, dass der berührungslose Lauf der Hauptdichtung schon bei geringen Drehgeschwindigkeiten eintritt und dadurch die Hauptdichtung nicht nur beim normalen Betrieb, sondern auch beim An- und Abfahren der betreffenden Gerätschaft praktisch verschleissfrei läuft. Die bewusst in Kauf genommene hohe Leckage längs der Hauptdichtung wird an einem Austreten an die Umwelt gehindert, indem die Hauptdichtung mit einer Leckagerückführung kombiniert ist, die dafür sorgt, dass die Leckage vollständig in den Hauptförderstrom des abzudichtenden flüssigen Fördermediums zurückgeführt wird. Trotz der erhöhten Leckage längs der Hauptdichtung können daher mittels der erfindungsgemässen Dichtungsanordnung auch toxische oder aggressive flüssige Medien zuverlässig gegenüber der Umwelt abgedichtet werden. Die Lebensdauer der Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach der Erfindung übersteigt um ein Vielfaches die der bekannten gattungsgemässen Dichtungsanordnungen, wobei als vorteilhafte Nebenwirkung die geringeren Anforderungen an die Passgenauigkeit der Aufbauteile der Hauptdichtung zu nennen ist. Obschon die Hauptdichtung als Labyrinthdichtung oder Drosselspaltdichtung ausgebildet sein kann, wird bevorzugt hierfür eine einfachwirkende Gleitringdichtung vorgesehen, die grundsätzlich einen herkömmlichen Aufbau haben kann, jedoch gezielt auf eine erhöhte Leckage modifiziert ist.The liquid seal arrangement is a design of the main seal in such a way that it does not have only a small or negligible leakage, as was previously the case, but rather an increased leakage flow is deliberately created and maintained between the sealing surfaces moving relative to one another. This reliably prevents the interacting sealing surfaces from touching each other and any foreign particles in the medium to be sealed are continuously flushed out of the area between the sealing surfaces. By taking suitable measures listed in the subclaims, it can be achieved that the contactless operation of the main seal occurs even at low rotational speeds and thus the main seal runs practically wear-free not only during normal operation but also when the relevant equipment is started up and shut down. The high leakage along the main seal, which is deliberately accepted, is prevented from escaping into the environment by combining the main seal with a leakage return system, which ensures that the leakage is completely returned to the main flow of the liquid medium to be sealed. Despite the increased leakage along the main seal, toxic or aggressive liquid media can therefore also be reliably sealed against the environment using the sealing arrangement according to the invention. The service life of the liquid sealing arrangement according to the invention exceeds that of the known generic sealing arrangements by a multiple, with the lower requirements for the accuracy of fit of the structural parts of the main seal being an advantageous side effect. Although the main seal can be designed as a labyrinth seal or throttle gap seal, a single-acting mechanical seal is preferably provided for this purpose, which can basically have a conventional structure but is specifically modified for increased leakage.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using embodiments and the drawing. They show:
Fig. 1 in teilweise schematischer geschnittener Ansicht eine Flüssigkeitsdichtungsanordnung gemäss einer Ausführungsform der Erfindung,Fig. 1 shows a partially schematic sectional view of a liquid sealing arrangement according to an embodiment of the invention,
Fig. 2 in perspektivischer fragmentarischer Ansicht einen Gleitring einerFig. 2 in perspective fragmentary view a sliding ring of a
Gleitringdichtung als Hauptdichtung der Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach Fig. 1 gemäss einer Modifikation der Erfindung, undMechanical seal as the main seal of the liquid sealing arrangement according to Fig. 1 according to a modification of the invention, and
Fig. 3 in quergeschnittener Ansicht eine Gleitringpaarung einer Gleitringdichtung alsFig. 3 in cross-sectional view a mechanical ring pairing of a mechanical seal as
Hauptdichtung der Flüssigkeitsdichtungsanordnung nach Fig. 1 gemäss einer weiteren Modifikation der Erfindung.Main seal of the liquid sealing arrangement according to Fig. 1 according to a further modification of the invention.
Obschon die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit ihrer Anwendung bei einer Kreiselpumppe beschrieben wird, versteht es sich, dass dieses Anwendungsgebiet nur beispielhaft und nicht als einschränkend anzusehen ist.Although the invention is described below in connection with its application to a centrifugal pump, it is to be understood that this field of application is only exemplary and not restrictive.
In der Zeichnung betreffen das Bezugszeichen 1 das Laufrad der Kreiselpumpe und das Bezugszeichen 2 deren Gehäuse. Das Gehäuse 2 definiert einen Druckraum 3, in dem das Laufrad 1 drehbar aufgenommen ist. Bei der Drehung des Laufrades 1 wird ein in einem Ansaugstutzen oder Niederdruckbereich 4 der Kreiselpumpe 1 anstehendes flüssiges Fördermedium angesaugt und zu einem radial aussenliegenden Ausstossbereich 5 beschleunigt und dabei unter Druck gesetzt. Wie dargestellt, ist das Laufrad 1 auf einer horizontalen Welle 6 montiert, die durch das Gehäuse 2 nach aussen zu einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung geführt ist.In the drawing, reference numeral 1 refers to the impeller of the centrifugal pump and reference numeral 2 to its housing. The housing 2 defines a pressure chamber 3 in which the impeller 1 is rotatably accommodated. When the impeller 1 rotates, a liquid conveying medium present in an intake port or low-pressure area 4 of the centrifugal pump 1 is sucked in and accelerated to a radially outer discharge area 5 and pressurized in the process. As shown, the impeller 1 is mounted on a horizontal shaft 6 which is guided through the housing 2 to the outside to a drive device (not shown).
Zur Abdichtung der Welle 6 gegenüber dem Gehäuse 2 ist eine aussenbeaufschlagte Hauptdichtung 7 vorgesehen, die erfindungsgemäss so ausgebildet ist, dass relativ zu bekannten Einrichtungen dieser Art eine vergleichsweise hohe Leckage des abzudichtenden, flüssigen Fördermediums zugelassen ist. Die Hauptdichtung 7 trennt den Druckraum 3 der Kreiselpumpe gegenüber einem druckentlasteten ringförmigen Leckagesammelraum 9 ab, der sich umfänglich der Welle 6 abstromseitig der Hauptdichtung 7 erstreckt und in einem von der WelleTo seal the shaft 6 against the housing 2, an externally loaded main seal 7 is provided, which is designed according to the invention in such a way that, compared to known devices of this type, a comparatively high leakage of the liquid conveying medium to be sealed is permitted. The main seal 7 separates the pressure chamber 3 of the centrifugal pump from a pressure-relieved annular leakage collection chamber 9, which extends around the circumference of the shaft 6 downstream of the main seal 7 and in a
durchsetzten Aufsatzteil 8 ausgebildet sein kann. Der Aufsatzteil 8 kann am Gehäuse 2, z.B. durch eine Schraubverbindung, befestigt sein. Die relativ hohe Leckage des Fördermediums längs der Hauptdichtung 7 gelangt in den Leckagesammeiraum 9 und wird sich bevorzugt in dessen unteren Bereich ansammeln. Eventuell vorhandene gasförmige Anteile der Leckage können über eine Druckentlastungsleitung 22, die mit dem oberen Bereich des Leckagesammeiraums 9 in Verbindung steht, nach aussen z.B. zu einer Abfackelungsstelle abgeführt werden. Wenn erwünscht, kann am Aufsatzteil 8 eine mit der Welle 6 zusammenwirkende weitere Dichtung (nicht gezeigt), z.B. Labyrinth- oder Gleitringdichtung, vorgesehen sein, um den Leckagesammeiraum 9 abstromseitig zusätzlich nach aussen abzudichten.penetrated attachment part 8. The attachment part 8 can be attached to the housing 2, e.g. by a screw connection. The relatively high leakage of the conveying medium along the main seal 7 reaches the leakage collection chamber 9 and will preferably collect in its lower area. Any gaseous portions of the leakage that may be present can be discharged to the outside, e.g. to a flaring point, via a pressure relief line 22 that is connected to the upper area of the leakage collection chamber 9. If desired, a further seal (not shown), e.g. a labyrinth or mechanical seal, that interacts with the shaft 6 can be provided on the attachment part 8 in order to additionally seal the leakage collection chamber 9 on the downstream side from the outside.
Der Leckagesammeiraum 9 ist über eine Verbindungsleitung 10 und ein darin angeordnetes Absperrventil 11 mit dem Inneren eines Speicherbehälters 12 verbunden. Der Speicherbehälter 12 bildet einen Zwischenspeicher, in den die Leckage aus dem Sammelraum 9 eingeführt werden kann. Das Absperrventil 11 ermöglicht eine Strömung der Leckage vom Sammelraum 9 in den Speicherbehälter 12, während es eine Strömung in entgegengesetzter Richtung verhindert.The leakage collection chamber 9 is connected to the interior of a storage tank 12 via a connecting line 10 and a shut-off valve 11 arranged therein. The storage tank 12 forms an intermediate storage into which the leakage from the collection chamber 9 can be introduced. The shut-off valve 11 enables the leakage to flow from the collection chamber 9 into the storage tank 12, while preventing a flow in the opposite direction.
Ein verschliessbarer Auslass 13 nahe dem Boden des Speicherbehälters 12 ist über eine Leitung 17 mit der Ansaugseite einer Pumpeinrichtung 18 verbunden. Obschon andere geeignete Pumpeinrichtungen verwendet werden können, wird eine solche bevorzugt, die in abgekapselter Bauweise ausgebildet werden kann und ohne externen Antrieb auskommt. Bezüglich weiterer Details einer derartigen Pumpeinrichtung kann auf die EP-A-O 864 756 verwiesen werden. Ausstossseitig ist die Pumpeinrichtung 18 über eine Leitung 19 mit dem Ansaugstutzen 4 der Kreiselpumpe 1 verbunden.A closable outlet 13 near the bottom of the storage tank 12 is connected via a line 17 to the intake side of a pumping device 18. Although other suitable pumping devices can be used, one that can be designed in an encapsulated manner and does not require an external drive is preferred. For further details of such a pumping device, reference can be made to EP-A-0 864 756. On the discharge side, the pumping device 18 is connected via a line 19 to the intake port 4 of the centrifugal pump 1.
Zum Öffnen und Schliessen des Auslasses 13 des Speicherbehälters 12 ist ein bei 14 angedeutetes Schliesselement vorgesehen, das in Abhängigkeit von der Füllstandshöhe an Leckage im Speicherbehälter 12 betätigt werden kann. Dazu kann ein Schwimmer 15 im Speicherbehälter 12 angeordnet sein, der über einen Gestängemechanismus 16 mit dem Schliesselement 14 verbunden ist. Sobald die Leckage im Speicherbehälter 15 eine bestimmteTo open and close the outlet 13 of the storage tank 12, a closing element is provided, indicated at 14, which can be actuated depending on the level of leakage in the storage tank 12. For this purpose, a float 15 can be arranged in the storage tank 12, which is connected to the closing element 14 via a rod mechanism 16. As soon as the leakage in the storage tank 15 reaches a certain
obere Füllstandshöhe erreicht hat, bewegt der Schwimmer 15 das Schliesselement 14 in die Freigabestellung, so dass das Innere des Speicherbehälters 12 über die Leitung 17 mit der Pumpeinrichtung 18 und weiter über die Leitung 19 mit dem Ansaugstutzen 4 der Kreiselpumpe in Verbindung gebracht werden kann. Das Schliesselement 14 verschliesst den Auslass 13 wieder, wenn die Füllstandshöhe auf ein unteres Niveau abgefallen ist, so dass stets ein Rest an Leckage im Speicherbehälter 12 zurückgehalten wird. Hierdurch wird vermieden, dass von der Pumpeinrichtung 18 gasförmige Materie, die das Fördermedium verunreinigen würde, angesaugt werden kann.has reached the upper filling level, the float 15 moves the closing element 14 into the release position so that the interior of the storage tank 12 can be connected to the pumping device 18 via the line 17 and then to the intake port 4 of the centrifugal pump via the line 19. The closing element 14 closes the outlet 13 again when the filling level has fallen to a lower level so that a residual leakage is always retained in the storage tank 12. This prevents the pumping device 18 from sucking in gaseous matter which would contaminate the conveying medium.
Eine Überwachungseinrichtung 20 kann vorgesehen sein, um eine übermässige Füllstandshöhe im Speicherbehälter 12 zu erfassen und ein Alarmsignal abzugeben, wenn die in den Speicherbehälter 12 eingeführte Leckagemenge grosser als diejenige ist, die über den Auslass 13 abgeführt werden kann. Mit 21 ist eine Leitung angedeutet, die einen oberen Bereich des Speicherbehälters 12 mit der Druckentlastungsleitung 22 verbindet. Im oberen Bereich des Speicherbehälters 12 angesammelte gasförmige Anteile der Leckage können daher über die Leitungen 21 und 22 zur Abfackelungsstelle geführt werden. Gleichzeitig wird hierdurch ein Druckaufbau im Speicherbehälter 12 vermieden.A monitoring device 20 can be provided to detect an excessive filling level in the storage tank 12 and to emit an alarm signal if the amount of leakage introduced into the storage tank 12 is greater than that which can be discharged via the outlet 13. 21 indicates a line which connects an upper region of the storage tank 12 to the pressure relief line 22. Gaseous components of the leakage which have accumulated in the upper region of the storage tank 12 can therefore be guided to the flaring point via the lines 21 and 22. At the same time, this prevents a pressure build-up in the storage tank 12.
Obschon eine Leckagerückführung mit den vorgenannten Sicherheitsmerkmalen bevorzugt wird, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Vielmehr könnte auch eine kontinuierliche Leckagrückführung ohne Zwischenspeicherung vorgesehen sein.Although a leakage return with the aforementioned safety features is preferred, the invention is not limited to this. Rather, a continuous leakage return without intermediate storage could also be provided.
Erfindungsgemäss ist die Hauptdichtung 7 für einen Betrieb mit minimiertem Verschleiss an den abdichtenden Dichtflächen ausgelegt. Dies wird erreicht, indem die Dichtflächen bei Betrieb schon bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten der Welle, wie sie z.B. beim An- und Abfahren der Kreiselpumpe auftreten, durch hydrodynamische Effekte ausser Berührung miteinander gebracht werden und dazwischen ein Polster oder verstärkter Schmierfilm aus dem abzudichtenden Medium gebildet wird. Die dadurch bedingte hohe Leckage längs der Hauptdichtung 7 ist selbst bei toxischen oder aggressiven Medien unschädlich, da sie dank der vorerwähnten MassnahmenAccording to the invention, the main seal 7 is designed for operation with minimal wear on the sealing surfaces. This is achieved by the sealing surfaces being brought out of contact with one another by hydrodynamic effects during operation even at low shaft rotation speeds, such as those that occur when the centrifugal pump starts and stops, and a cushion or reinforced lubricating film is formed between them from the medium to be sealed. The resulting high leakage along the main seal 7 is harmless even with toxic or aggressive media, since it is prevented thanks to the aforementioned measures.
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nicht an die Umgebung gelangt, sondern in das Fördersystem der Kreiselpumpe zurückgeführt werden kann.does not escape into the environment, but can be returned to the conveying system of the centrifugal pump.
Es wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, dass die erwünschte Verschleissminimierung erhalten wird, wenn eine Leckage längs der Hauptdichtung 7 zugelassen wird, die um ein Vielfaches, z.B. 10-faches grosser als die Leckage ist, die bislang unter vergleichbaren Bedingungen (Wellendurchmesser, Drehgeschwindigkeit, Druck und Viskosität des abzudichtenden Mediums, Bauweise der Hauptdichtung etc.) als zulässig erachtet wurde.It has been found within the scope of the invention that the desired wear minimization is achieved if a leakage along the main seal 7 is permitted which is several times, e.g. 10 times, greater than the leakage which was previously considered permissible under comparable conditions (shaft diameter, rotational speed, pressure and viscosity of the medium to be sealed, design of the main seal, etc.).
Obschon für die Hauptdichtung 7 grundsätzlich eine Labyrinth- oder Drosselspaltdichtung verwendet werden könnte, ist diese vorzugsweise als einfachwirkende aussenbeaufschlagte Gleitringdichtung ausgebildet, wie sie vom grundsätzlichen Aufbau her dem Fachmann bekannt ist und deshalb hier mit näheren Details nicht beschrieben werden braucht. Es kann z.B. auf BURGMANN, ABC der Gleitringdichtung, 1988 Selbstverlag, Seite 46 verwiesen werden. Bei einer derartigen Geltringdichtung sind erfindungsgemäss Massnahmen vorgesehen, die eine Spaltbildung zwischen den Dichtflächen eines Paares zusammenwirkender Gleitringe 23, 24 schon bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten bewirkt, was einen frühzeitigen berührungslosen Lauf der Gleitringdichtung zur Folge hat. Andererseits muss die Gleitringdichtung bei Stillstand der Welle 6 weitestgehend leckagefrei abdichten. Dazu können die Gleitringe 23, 24 mit einer statischenVorspannkraft permanent beaufschlagt werden, so dass die Dichtflächen bei Ausbleiben hydrodynamischer Kräfte in erne abdichtende Beziehung zueinander gedrückt werden.Although a labyrinth or throttle gap seal could in principle be used for the main seal 7, this is preferably designed as a single-acting externally loaded mechanical seal, the basic structure of which is known to those skilled in the art and therefore does not need to be described in more detail here. Reference can be made, for example, to BURGMANN, ABC of mechanical seals, 1988 self-published, page 46. In such a gel ring seal, measures are provided according to the invention which cause a gap to form between the sealing surfaces of a pair of interacting mechanical seal rings 23, 24 even at low rotational speeds, which results in the mechanical seal running without contact at an early stage. On the other hand, the mechanical seal must seal as leak-free as possible when the shaft 6 is at a standstill. To this end, the mechanical seal rings 23, 24 can be permanently loaded with a static preload force so that the sealing surfaces are pressed into a sealing relationship with one another when hydrodynamic forces are absent.
Eine Massnahme zu einer frühzeitigen Spaltbildung besteht darin, dass der so genannte Belastungsfaktor k der Gleitringdichtung, definiert als das Verhältnis von hydraulisch belasteter Fläche der Gleitringdichtung zur Gleitring-Dichtfläche (siehe auch BURGMANN, ABC der Gleitringdichtung, a.a.O., Seite 25), auf einem niedrigen Wert eingestellt wird, so dass eine deutlich entlastete Gleitringdichtung geschaffen wird. Während herkömmliche einfachwirkende Gleitringdichtungen einen Belastungsfaktor k bis 2,0 besitzen, werden für die vorliegende Erfindung herabgesetzte Belastungsfaktoren k < 0,8, z.B. 0,4 bis 0,5 gewählt, wobei der Wert fürOne measure to prevent early gap formation is to set the so-called load factor k of the mechanical seal, defined as the ratio of the hydraulically loaded surface of the mechanical seal to the mechanical seal surface (see also BURGMANN, ABC of the mechanical seal, op. cit., page 25), to a low value, so that a significantly relieved mechanical seal is created. While conventional single-acting mechanical seals have a load factor k of up to 2.0, reduced load factors k < 0.8, e.g. 0.4 to 0.5, are selected for the present invention, whereby the value for
den Belastungsfaktor k vom Druck und der Viskosität des abzudichtenden Mediums beeinflusst wird.the load factor k is influenced by the pressure and viscosity of the medium to be sealed.
Bei einer herkömmlichen einfach wirkenden Gleitringdichtung mit planen Dichtflächen und einem Belastungsfaktor k = 1,2 betrug die Leckage einen üblichen Wert von 3 bis 5 ml/h in Gegenwart eines wässrigen Mediums, bei einem Durchmesser der Welle von 50 mm, einer Drehgeschwindigkeit von 3000 min" und einem Druck des Medium von 3,5 bar. Durch eine Reduzierung des k-Faktors auf 0,5 bei ansonsten unveränderten Bedingungen nahm die Leckage auf 150 ml/h zu. Die mit erhöhter Leckage ausgestattete Gleitringdichtung zeigte auch nach langen Betriebszeiten keinerlei Verschleissspuren.In a conventional single-acting mechanical seal with flat sealing surfaces and a load factor k = 1.2, the leakage was a typical value of 3 to 5 ml/h in the presence of an aqueous medium, with a shaft diameter of 50 mm, a rotational speed of 3000 min" and a medium pressure of 3.5 bar. By reducing the k-factor to 0.5 with otherwise unchanged conditions, the leakage increased to 150 ml/h. The mechanical seal equipped with increased leakage showed no signs of wear even after long periods of operation.
Eine frühzeitige Spaltbildung kann ferner durch Einbringen förderwirksamer Ausnehmungen in wenigstens eine der Dichtflächen initiiert werden. Diese pumpen schon bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten der Welle 6 das abzudichtende flüssige Medium zwischen die Dichtflächen, um dazwischen einen Druck aufzubauen und diese so in Abstand voneinander zu bringen. Derartige Ausnehmungen können ähnlich wie die bei der Abdichtung gasförmiger Medien häufig verwendeten förderwirksamen Nuten, z.B. Spiralnuten ausgebildet sein, wie sie in BURGMANN, Gasdichtungen, Selbstverlag 1997, Seite 17 beschrieben sind. Die Nuten erstrecken sich vom äusseren Umfang einer Dichtfläche bis zu einer zwischenliegenden radialen Stelle, so dass nahe dem inneren Umfang der Dichtfläche ein nutfreier ringförmiger Dammbereich verbleibt, der bei Stillstand der Welle in eine abdichtende Beziehung mit einer planen Gegenfläche am benachbarten Gleitring 24' (nicht gezeigt) unter der axialen Vorspannkraft gedrückt wird.Early gap formation can also be initiated by introducing effective conveying recesses into at least one of the sealing surfaces. Even at low rotational speeds of the shaft 6, these pump the liquid medium to be sealed between the sealing surfaces in order to build up pressure between them and thus space them apart from one another. Such recesses can be designed in a similar way to the effective conveying grooves frequently used in sealing gaseous media, e.g. spiral grooves, as described in BURGMANN, Gasdichtungen, Selbstverlag 1997, page 17. The grooves extend from the outer circumference of a sealing surface to an intermediate radial point, so that a groove-free annular dam area remains near the inner circumference of the sealing surface, which is pressed into a sealing relationship with a flat counter surface on the adjacent sliding ring 24' (not shown) under the axial preload force when the shaft is at a standstill.
Eine weitere Möglichkeit der frühzeitigen Spaltbildung besteht darin, in der Dichtfläche eines der oder beider Gleitringe eine Wellenstruktur einzubringen, wie sie schematisch in Fig. 2 gezeigt ist. In Fig. 2 betreffen das Bezugszeichen 23' einen der zusammenwirkenden Gleitringe 23', 24' und das Bezugszeichen 25 die Dichtfläche des betreffenden Gleitringes 23'. In einemAnother possibility for early gap formation is to introduce a wave structure into the sealing surface of one or both of the sliding rings, as shown schematically in Fig. 2. In Fig. 2, the reference numeral 23' refers to one of the interacting sliding rings 23', 24' and the reference numeral 25 refers to the sealing surface of the respective sliding ring 23'. In a
Bereich 26 der Dichtfläche 25, der sich zwischen dem äusseren, d.h. dem abzudichtenden Medium ausgesetzten Umfang und einer radial zwischenliegenden umfänglichen Begrenzung erstreckt, ist die Dichtfläche wellenförmig strukturiert. Dadurch werden abwechselnde, radial verlaufende Wellenberge und -täler gebildet, die einen Eintritt des abzudichtenden Medium zwischen die Dichtflächen der zusammenwirkenden Gleitringe 23', 24' fördern, um die gewünschte frühzeitige Spaltbildung zu bewirken. Nahe dem inneren Umfang der Dichtfläche 25 ist ein Dammbereich 27 mit einer ringförmigen planen Oberfläche vorgesehen, die bei Stillstand der Welle für eine abdichtende Beziehung der Dichtflächen sorgt.The sealing surface has a wave-shaped structure in the region 26 of the sealing surface 25, which extends between the outer circumference, i.e. the circumference exposed to the medium to be sealed, and a radially intermediate circumferential boundary. This creates alternating, radially running wave crests and troughs, which promote the entry of the medium to be sealed between the sealing surfaces of the interacting sliding rings 23', 24' in order to bring about the desired early gap formation. Near the inner circumference of the sealing surface 25, a dam region 27 with an annular flat surface is provided, which ensures a sealing relationship between the sealing surfaces when the shaft is at a standstill.
Schliesslich können die Dichtflächen als weitere Alternative so zueinander angeordnet oder ausgebildet sein, so dass dazwischen ein V-Spalt 30 entsteht, wie dies schematisch in Fig. 3 gezeigt ist. Der V-Spalt 30 hat ebenfalls eine erhöhte Leckage zur Folge hat. Vorzugsweise sind hierzu die Dichtflächen 28, 29 der zusammenwirkenden Gleitringe 23", 24" ballig ausgebildet, so dass sie vom inneren zum äusseren Umfang progressiv in grösserem Abstand voneinander treten. Bei Stillstand der Welle kommen ringförmige Flächenbereiche nahe den inneren Umfangen der Dichtflächen 28, 29 in Berührung miteinander, um den Spalt abzudichten.Finally, as a further alternative, the sealing surfaces can be arranged or designed in such a way that a V-gap 30 is formed between them, as shown schematically in Fig. 3. The V-gap 30 also results in increased leakage. For this purpose, the sealing surfaces 28, 29 of the interacting sliding rings 23", 24" are preferably designed to be spherical, so that they progressively become further apart from each other from the inner to the outer circumference. When the shaft is at a standstill, ring-shaped surface areas near the inner circumferences of the sealing surfaces 28, 29 come into contact with each other in order to seal the gap.
Die Erfindung ermöglicht es, dass bei Betrieb der Gleitringdichtung ein Spalt zwischen den Dichtflächen der Gleitringe gebildet wird, der eine Leckage von wenigstens 25 ml/h bei einem Druck des abzudichtenden Mediums zwischen 1 und 25 bar zur Folge hat. Die Spaltbildung mit einer derartigen Leckage ist bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten der Welle bis zu maximal 5000 min"1 gewährleistet. Wird statt einer Gleitringdichtung als Hauptdichtung 7 eine Labyrinthoder Drosselspaltdichtung vorgesehen, ist die Leckage entsprechend den vorerwähnten Werten auszulegen. Derartige Hauptdichtungen 7 sollten ferner mit einer, vorzugsweise drehzahlgesteuerten Stillstandsdichtung kombiniert werden, wie sie mit näheren Details in BURGMANN, ABC der Gleitringdichtung, a.a.O., Seite 232 beschrieben ist, auf die daher Bezug genommen werden kann.The invention makes it possible for a gap to be formed between the sealing surfaces of the sliding rings during operation of the mechanical seal, which results in a leakage of at least 25 ml/h at a pressure of the medium to be sealed between 1 and 25 bar. The formation of a gap with such a leakage is guaranteed at low rotational speeds of the shaft up to a maximum of 5000 min" 1. If a labyrinth or throttle gap seal is provided as the main seal 7 instead of a mechanical seal, the leakage must be designed according to the aforementioned values. Such main seals 7 should also be combined with a preferably speed-controlled standstill seal, as described in more detail in BURGMANN, ABC of the mechanical seal, op. cit., page 232, to which reference can therefore be made.
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