NL8502971A - Centrifugaal-glijringafdichting. - Google Patents

Description

w' I « 70 7404

Centrifugaai-glijringafdichting.

De uitvinding heeft betrekking op een asafdichting met vloeistof als afdichtmiddel, tussen een binnenruimte en een buitenruimte, voorzien van een vast met de as verbonden afdichtschijf die bij rotatie van de as in een, deze omsluitende, niet-roterende afdichtkamer een radiale druk-5 stijging van de aan de afdichtkamer toegevoerde afdichtvloeistof bewerkstelligt.

Dergelijke afdichtingen zijn als zogenaamde centrifugaalafdich-tingen bekend, waarbij een vast met de as verbonden afdichtschijf bij rotatie van de as in een deze omsluitende, niet roterende afdichtkamer 10 een radiale drukstijging (pompwerking) van de aan de afdichtkamer toegevoerde afdichtvloeistof veroorzaakt, zodat in het buitendeel van de roterende afdichtschijf een roterende afdichtvloeistofring ontstaat, waarvan de binnendiameter aan weerszijden van de roterende afdichtschijf zich in overeenstemming met het drukverschil tussen de 15 binnenruimte en de buitenruimte zodanig instelt dat een evenwichtstoestand wordt bereikt. Deze afdichting werkt zonder slijtage en zonder dat in de binnenruimte vloeistoflekkage van betekenis optreedt.

Bij lage toerentallen en stilstand van de as wordt deze afdichting echter door het wegvallen van het centrifugaaleffect onwerkzaam.

20 Om dit nadeel te vermijden is de centrifugaalafdichting gecombineerd met drijfringafdichtingen, die als radiaal beweegbare, tegen het huis afgedichte bussen met de as esn door de afdichtvloeistof gevulde axiale afdichtspleet vormen. Deze drijfringafdichtingen vereisen reeds bij stilstand van de as een bepaalde, in verband met gasdrukschomme-25 lingen van buitenaf regelbare overdruk van de afdichtvloeistof ten opzichte van de binnenruimte, zodat bij stilstand van de as en bij lage toerentallen aanzienlijke afdichtvloeistoflekkages in de binnenruimte optreden.

Extreem geringe afdichtvloeistoflekkages bij stilstand en in het totale tosrentalbereik kunnen met zogenaamde glijringafdichtingen 30 worden bewerkstelligd waarbij een of meer glijringen van een elastisch en tevens afdichtend element axiaal tegen een met de as verbonden afdichtring worden gedrukt.De koeling en afdichting geschiedt door tussen de glijringen toegevoerde afdichtvloeistof. Niettemin treden bij hoge glijsnelheden hoge temperaturen in de uiterst radiale afdicht 35 spleet op, die tot afbraak van de afdichtvloeistof en van de glijring leiden waarbij de afdichting onwerkzaam wordt.

i i -2-

De uitvinding beoogt de bekende asafdichtingen met vloeistof-afdichtmiddel zodanig te verbeteren, dat het voordeel van een uiterst geringe lekkage van afdichtvloeistof in de binnenruimte vanaf stilstand tot aan het maximale toerental van de as wordt behouden 5 en ontleding van de afdichtvloeistof, alsmede slijtage van de afdichting worden vermeden.

Hiertoe worden, zoals weergegeven in de conclusies, bij een vast met de as verbonden afdichtschijf, die bij rotatie van de as in een deze orasluitende, niet-roterende afdichtkamer een radiale drukstijging van de 10 aan de afdichtkamer toegevoerde afdichtvloeistof bewerkstelligt,volgens de uitvinding tenminste één zijwand van de afdichtkamer geheel of gedeeltelijk gevormd door een of meer axiale zuigers die aan de naar de afdicht-schijf toegekeerde zijde zijn voorzien van een of meer glijringen en aan de achterzijde van een of meer elastische, dichtende en een axiale 15 kracht in de richting van de afdichtschijf uitoefenende elementen waarbij de axiale zuiger met de glijring bij stilstand van de as en lage toerentallen door een element tegen de afdichtschijf wordt gedrukt en bij hogere toerentallen door de radiale drukstijging in de afdichtvloeistof in de afdichtkamer in axiale richting van de roterende 20 afdichtschijf af wordt geschoven.Dit proces verloopt normaal gesproken automatisch, d.w.z. zonder extra uitwendige regeling. In bijzondere gevallen kan echter ook een aanvullende beïnvloeding van de axiale kracht worden toegepast, b.v. door regeling van de druk van de afdichtvloeistof in de kamer achter de axiale zuiger en wel via de afvoer-25 boringen van deze kamer.

Teneinde een beïnvloeding van de toevoerdruk van de afdichtvloeistof door de centrifugaalwerking van de roterende afdichtvloeistof te vermijden, verdient het aanbeveling de afdichtvloeistof bij een zo klein mogelijke doorsnede van de afdichtkamer toe te voeren.

30 Ook kan het gunstig zijn als extra beveiliging tegen eventueel falen van de afdichtwerking in de afdichtkamer een extra afdichtspleet tussen de toevoer voor afdichtvloeistof en de afdichtkamer aan te brengen, b.v. een drijfring.

Bij hoge drukverschillen tussen binnenruimte en de buiten-35 ruimte is het gunstig, tussen de afdichtkamer en de buitenruimte a, Γ -3- een of meer drijfringen aan te brengen. Daardoor kunnen hoge drukken van de afdichtvioeistof in de afdichtkamer worden opgewekt. De via de afdichtspleet van de drijfring in de buitenruimte stromende afdichtvioeistof dient tevens voor indirecte koeling van de 5 afdichtkamer.

Voor het verkrijgen van een compacte constructie en een betere vereffening van de axiale drukbelasting van de drijfring kan de afdichtkamer samen met de glijring met de axiale zuiger en met een element zijn geïntegreerd in een drijfringlichaam dat een dichtspleet met de as 10 vormt tussen de afdichtkamer en de buitenruimte.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding glijdt de aan het element (b.v. een vouwbalg) bevestigde axiale zuiger in een cilindrische afdichtbus, die radiaal verschuifbaar in het machinehuis is aangebracht, om een grotere beweegbaarheid van het aan een element bevestigde 15 axiaalzuiger ter plaatse van de afdichtspleet te bereiken.

Voor een verbeterde aanpassing aan verschillende drukken in de binnenruimte en daardoor verschillende binnendiameter van de roterende vloeistofring kan het gunstig zijn om de roterende binnenbegrenzings-vlakken van de afdichtkamer met verschillende diameters uit te voeren.

20 Een vereffening van verschillende drukken in de binnenruimte kan ook worden bewerkstelligd door beïnvloeding van de radiale drukstijging in de afdichtkamer door aan een of aan beide zijden van de roterende afdicht schijf aangebrachte verhogingen, b.v. pompschoepen.

Ook kan de in de afdichtkamer roterende afdichtvloeistofstroming 25 door een of meer axiale verbredingen resp. verdiepingen van de roterende afdichtschijf en de tegenoverliggende wand van de afdichtkamer worden beïnvloed.

Om de druk van de afdichtvioeistof in de kamer aan de achterzijde van de axiale zuiger niet door de rotatie te verhogen, 30 kunnen in de kamer ribben zijn aangebracht, die de rotatie van de afdichtvioeistof verhinderen.

De glijring kan op bekende wijze bestaan uit een koolring (D. Gleitkohle). De glijring kan ook op bekende wijze een hydrostatische resp. hydrodynamische werking uitoefenen op de afdichtspleet zolang 35 de afdichtspleet nog voldoende klein is.

u « -4-

Ter verduidelijking van de uitvinding zullen, onder verwijzing naar de tekening, enige uitvoeringsvoorbeelden van de afdichting worden beschreven.

Fig. 1 toont een asafdichting met vloeistof als afdichtmiddel 5 volgens de uitvinding bij stilstaande as, fig. 2 toont een asafdichting volgens fig. 1 bij roterende as; fig. 3 toont een asafdichting met een door een drijfring gevormde buitenste smoorspleet en radiaal verschuifbare afdichtbus van de axiale zuiger; 10 fig. 4 toont een asafdichting geïntegreerd in een drijfring, fig. 5 toont een asafdichting met aan de binnenzijde gelegen axiale zuiger, ribben in de kamer achter de axiale zuiger en pompschoepen aan de roterende dichtschijf, fig. 6 toont een asafdichting met een andere uitvoering van het 15 elastische afdichtende en aandrukkende element en axiale verbredingen en verdiepingen bij de afdichtschijf en bij het machinehuis, fig. 7 toont een asafdichting met tweezijdige glijring en fig. 8 toont een asafdichting met eenzijdige opstelling van twee glijringen.

20 Volgens fig. 1 is de asafdichting met vloeistof als afdichtmiddel aangebracht in een machinehuis 1 voor het afdichten van de doorvoer van de as 2 tussen een binnenruimte 3 en een buitenruimte 4. Met de as 2 is een afdichtschijf 5 star verbonden. Deze afdichtschijf 5 wordt door een afdichtkamer 6 aan twee zijden en bij de buitenomtrek omsloten.

25 Een glijring 7 is aan een axiale zuiger 8 bevestigd, die met de glijring 7 door een element 9, in dit geval een usuwbalg, bij stilstand van de as tegen de afdichtschijf 5 wordt gedrukt. Via toevoerboringen 10 wordt afdicht-vloeistof in de binnenruimte van de afdichtkamer 6 toegevoerd. Deze af-dichtvloeistof vult de gehele afdichtkamer 6 tussen de glijring 7 en 30 een tussen de afdichtkamer 6 en de buitenruimte 4 door het machinehuis 1 ·*«.

en de as 2 gevormde smoorspleet 11.

Bij overdruk van de afdichtvloeistof in de afdichtkamer 6 ten opzichte van de buitenruimte, die bijvoorbeeld onder atmosferische druk staat, vloeit het grootste deel van de afdichtvloeistof via de 35 smoorspleet 11 uit de afdichtkamer 6 in de buitenruimte 4. Een geringe -5- ï « iekkage van afdichtvloeistof treedt op bij geringe overdruk van de afdicht-vloeistof van de afdichtkamer 6 ten opzichte van de gasdruk in de binnen-ruiste' via ds giijring 7 uit de afdichtkamer 6 in de uitloopboring 12 van de binnenruimte 3. De afdichtspleet 13 van de axiale zuiger 8, 5 de kamer 14 aan de achterzijde van de axiale zuiger 8 en de uitloop-boringen 15 staan onder de toevoerdruk van de afdichtvloeistof naar de afdichtkamer 6, zodat hier bij stilstand van de as 2 geen uitstromen van afdichtvloeistof optreedt.

In fig. 2 staat de kamer 14 aan de achterzijde van de axiale 10 zuiger 8 via de uitloopboring 15 onder dezelfde afdicntvloeistofdruk als bij stilstand van de as. Via toevoerboringen 10 wordt aan het binnen- gedeelte van de afdichtkamer 6 afdichtvloeistof toegevoerd met dezelfde druk als in de uitloopboring 15. Onder invloed van de bij het toerental 51 in de afdichtkamer 6 opgewekte radiale drukstijging is de axiale £ 15 zuiger 3 met de glijring 7 van de roterende afdichtschijf 5 opgeheven en ligt aan de achterzijde tegen de aanslaguitsteeksels 16 van het machinehuis 1 aan. Een roterende afdichtvloeistofring strekt zich uit van de buitenste smoorspleet 11 over de glijring 7 heen tot aan een binnenbe-grenzing 17, waarvan de diameter zich automatisch instelt op het 20 drukverschil tussen de toevoerdruk van de afdichtvloeistof en de gasdruk in de binnenruimte 3. Bij hogere toevoerdruk van de afdichtvloeistof ten opzichte van de gasdruk ligt de begrenzing 17 op een kleinere diameter dan de binnenbegrenzing 18 van de afdichtkamer 6 ten opzichte van de buitenruimte 4. Wanneer de in de afdichtkamer 6 roterende afdichtvloei-25 stof niet wordt beïnvloed door vast met de roterende afdichtschijf verbonden extra uitsteeksels (zie conclusie 9) is een kleinere diameter van de binnenbegrenzing 19 van de afdichtkamer 6 nodig. Als gevolg van de door centrifugaalkracht bepaalde overdruk van de afdichtvloeistof in het radiaal buitenste deel van de afdichtkamer 6 stroomt bij rotatie afdicht-30 vloeistof via de afdichtspleet 13 van de axiale zuiger 8 naar de uitloopboring 15. Daarbij wordt door warmteuitwisseling in de afdichtkamer 6 roterende afdichtvloeistof gekoeld. Bij de binnenbegrenzing 17 van de afdichtvloeistofring vindt geen afdichtvloeistoflekkage van betekenis plaats. Via de buitenste afdichtspleet 11 treedt bij hetzelfde 35 drukverschil als bij stilstand ongeveer dezelfde afdichtvloeistoflekkage in de buitenruimte 4 op, als bij stilstand.

-6- V <4

In fig. 3 wordt de buitenste afdichtspleet 11 gevormd door de as 2 en een radiaal in het machinehuis 1 verschuifbare, door O-ring 21 zijdelings afgedichte drijfring 20. Tussen de toevoerboring 10 voor afdicht/vloeistof en de afdichtkamer 6 is een extra afdichtspleet 29 5 gevormd. Bovendien wordt in dit uitvoeringsvoorbeeld de buitenbegrenzing van de afdichtspleet 13 van de axiale zuiger 8 gevormd door een radiaal in het machinehuis 1 verschuifbare cilindrische afdichtbus 22, die zijdelings door middel van 0-ringen 23 afgedicht ten opzichte van het machinehuis en waarvan de buitenkamer 24 voor een betere radiale beweeg-10 baarheid via vereffeningsboringen 25 met de afdichtkamer 6 is verbonden.

Volgens fig. 4 zijn de afdichtkamer 6, de glijring 7, de axiale zuiger 8 en de vouwbalg 9 geïntegreerd in een gemeenschappelijk drijf-ringlichaam 26, dat met de as 2 de buitenste afdichtspleet 11 vormt.De af-dichtvloeistof wordt aan de het drijflichaam 26 omsluitende kamer 27 15 toegevoerd via boringen 28 in het machinehuis 1 en via de toevcer- boringen 10 in het drijfringlichaam 26 en een hierbij bovendien aanwezige afdichtspleet 29 in het binnenste deel van de afdichtkamer 6.

Via uitloopboringen 15 wordt door de bij de buitenomtrek van de roterende afdichtvloeistofstroming opgewekte radiale drukstijging afdichtvloeistof 20 via de afdichtspleet 13 van de axiale zuiger 8 via uitloopboringen 15 naar de kamer 27 teruggevoerd, alwaar deze vloeistof die door wrijving in de 6 afdichtkamer is verwarmd, met vers toegevoerde afdichtvloeistof wordt gemengd en via de toevoerboringen 10 weer via de afdichtspleet 29 aan het binnenste deel van de afdichtkamer 6 wordt toegevoerd en via de af-25 dichtspleet 11 naar de buitenruimte wordt afgevoerd.De uit de uitloopboring 15 uittredende afdichtvloeistof kan echter ook direct via leidingen 30 in de afdichtvloeistoftoevoer worden teruggeleid.

Lekkage buitenom tussen het drijfringlichaam 26 en het machinehuis 1 wordt verhinderd door O-ringen 31.

30 In fig. 5 is een uitvoeringsvorm weergegeven met een aan de binnenzijde liggende afdichtspleet 13 van de axiale zuiger 8. Bij stilstand van de as 2 wordt in deze uitvoeringsvorm uitsluitend het binnenste deel 32 van de afdichtkamer 6 tot aan de glijring 7 door via toevoerboringen 10 aangevoerde afdichtvloeistof gevuld. Bij rotatie van de 35 as stroomt een kleiner deel van de afdichtvloeistof van het binnenste -7- deei 32 via de afdichtspleet 13 van de axiale zuiger 3 naar de ruimte 14 achter de axiale zuiger die via drukvereffeningsboringen 33 met de toevoer voor afdichtvloeistof in verbinding staat. In de kamer 14 aangebrachte radiale ribben 34 verhinderen rotatie van de afdichtvloeistof in deze 5 kamer. Pompschoepen 35 die met de roterende afdichtschijf 5 vast zijn verbonden dienen voor het bij rotatie van de as optimaliseren van de druk-verdeling in de afdichtvloeistofring. Via uitloopboringen 36 met een armatuur 37 kan een deel van de afdichtvloeistof bij de buitenomtrek van de afdichtkamer 6 voor koeling en ontgassing worden afgevoerd.

10 In fig. 6 is het elastische, afdichtende en een axiale kracht uitoefenende element uitgevoerd als een combinatie van een O-ring 38 met bij de omtrek verdeeld aangebrachte drukveren 39 tussen welke de via de toevoerboringen 10 aangevoerde afdichtvloeistof de kamer 14 achter de axiale zuiger 8 bereikt. De afdichtschijf 5 is voor het beïnvloeden 15 van de centrifugaalkracht in de roterende afdichtvloeistofring voorzien van een ringvormige axiale verbreding 40, terwijl het machinehuis 1 is voorzien van een overeenkomstige ringvormige verdieping 41.

Fig. 7 toont een uitvoering met een glijringafdichting aan weerszijden. Hierbij is geen aanvullende buitenste smoorspleet nodig.

20 De beide glijringen 7 worden bij stilstand elk tegen een kopvlak van de afdichtschijf 5 gedrukt, zodat de daardoor op de afdichtschijf 5 uitgeoefende axiale krachten elkaar opheffen. Via toevoerboringen 10, de kamer 14 achter de axiale zuiger 8 en boringen 42 wordt de afdichtkamer 6 gevoed met afdichtvloeistof. De afdichtkamer 6 is in het bui-25 tenste doorsnedegebied tot aan de glijringen 7 met afdichtvloeistof gevuld. Geringe hoeveelheden doorlekkende afdichtvloeistof bereiken via de glijringen 7 de binnenruimte 3 en de buitenruimte 4. Bij rotatie van de as 2 stijgt de druk van de afdichtvloeistof in de afdichtkamer 6 en drukt de axiale zuiger terug tegen de aanslagen 16. De binnenbegrenzingen 43 en 30 44 van de afdichtvloeistofring strekken zich via de glijringen 7 uit tot kleinere diameters, die zich afhankelijk van de uitgeoefende gasdrukken in de binnen- en buitenruimte instellen. De via boringen 42 in de axiale zuiger 8 in de afdichtkamer 6 stromende afdichtvloeistof wordt als gevolg van de door centrifugaalkracht daarin opgewekte radiale 35 drukstijging in de afdichtkamer 6 voor een deel via de afdichtspleet 13 van de axiale zuigers weer in de onder toevoerdruk staande kamers 14 5 « -8- teruggeleid. Een deel wordt voor koelingsdoeleinden via boringen 46 in de cilindrische afdichtbus 47 van de axiale zuiger 8, de kamer 48 en leidingen 49 met armatuur 50 afgevoerd.

In fig. 8 worden voor het verkrijgen van een geringe axiale 5 bouwmaat twee glijringen 7 tegen dezelfde zijde van de afdichtschijf 5 geperst. Via toevoerboringen 10 in het machinehuis 1, elastische verbin-dingsleidingen 51 en boringen 42 in de binnenste axiale zuiger 8 wordt af-dichtvloeistof aan het deel 52 van de afdichtkamer 6 toegevoerd, die, in radiale richting gezien, aan de binnenzijde door de glijring 8 10 en aan de buitenzijde door de glijring 53 in de buitenste axiale zuiger 54 wordt begrensd. De kamer 55 staat via de afdichtspleet 13, die door de axiale zuigers 8 en 54 wordt gevormd, in verbinding met de kamer 52.

Bij rotatie van de as 2 wordt in de kamer 52 door de afdichtvloeistof een overdruk opgewekt, die de axiale zuigers 8 en 54 met de glij-15 ringen 7 en 53 van de afdichtschijf 5 opheft. Er worden dan, op dezelfde wijze als in de uitvoering van fig. 7, aan weerszijden van de afdichtschijf 5 roterende afdichtvloeistofringen gevormd.

Claims (12)

1. Asafdichting met vloeistof als afdichtmiddel tussen een binnenruimte en een buitenruimte met een vast met de as verbonden afdichtschijf, die bij rotatie van de as in een deze omsluitende, niet-roterende afdichtkamer een radiale drukstijging van de aan de afdichtkamer 5 toegevoerde afdichtvloeistof bewerkstelligt, met het kenmerk, dat ten minste een zijwand van de afdichtkamer (6) geheel of gedeeltelijk wordt gevormd door een of meer axiale zuigers (8), die aan de naar de afdichtschijf (5) toegekeerde zijde zijn voorzien van een of meer glij-ringen (7) en aan de achterzijde van een of meer elastische, afdichtende 10 en een axiale kracht in de richting van de afdichtschijf(5) uitoefenende elementen (9) waarbij de afdichtzuigers (8) met de glijring (7) bij stilstand van de as en bij lage toerentallen van het element (9) tegen de afdichtschijf (5) worden gedrukt en bij hogere toerentallen door de radiale drükstijging van de afdichtvloeistof in 15 de afdichtkamer (6) in axiale richting van de roterende afdichtschijf (5) worden afgeheven.

2. Asafdichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de toevoer- boringen (10) voor afdichtvloeistof in het radiaal binnenste deel van de afdichtkamer (6) uitmonden.

3. Asafdichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat tussen de toevoerboringen(lQ) voor afdichtvloeistof en de afdichtkamer (5) een afdichtspleet (29) aanwezig is.

4. Asafdichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de afdichtspleet (29) wordt gevormd door de as (2) en een drijfring (26).

5. Asafdichting volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat tussen de afdichtkamer (5) en de buitenruimte (4) een of meer afdichtringen (20) zijn aangebracht.

6. Asafdichting volgens conclusie 1 en 2, met het kenmerk, dat de afdichtkamer (6) met de glijring (7), de axiale zuiger (8) en elementen 30 (9) tot éen drijfringlichaam (26) zijn geïntegreerd, die een afdicht spleet (11) met de as (2) vormt, tussen de afdichtkamer (6) en de buitenruimte (4).

7. Asafdichting volgens de conclusies 1 tot 6, met het kenmerk, dat dat de aan het element (9) bevestigde axiale zuiger (8) glijdt in een ci- 35 lindrische afdichtbus (22) die radiaal verschuifbaar in het machinehuis (1) is aangebracht. -10- *

8. Asafdichting volgens conclusies 1 - 7, met het kenmerk, dat de roterende binnenste begrenzingsvlakken (18) en (19) van de afdicht-kamer (6) een verschillende doorsnede hebben.

9. Asafdichting volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, dat 5 aan één of aan beide zijden bij de kopvlakken van de afdichtschijven (5) verhogingen (35) zijn aangebracht die de drukstijging van de afdicht-vloeistof beïnvloeden.

10. Asafdichting volgens conclusies 1-9, met het kenmerk, dat de roterende afdichtschijf (5) en de wanden van de afdichtkamer (5) 10 aan een of aan beide zijden zijn voorzien van een of meer axiale verbredingen (40) resp. verdiepingen (41).

11. Asafdichting volgens conclusies 1-10, met het kenmerk, dat in de kamer (14) aan de achterzijde van de axiale zuiger (8) voor het verhinderen van een rotatie van de afdichtvloeistof ribben (34) zijn aan-15 gebracht. Y2 Asafdichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de glijring (7) is uitgevoerd als een koolstofring (D. Gleitkohle).

13. Asafdichting volgens een van de voorgaande conclusies, 2Q met het kenmerk, dat de glijring (7) als hydrostatische en/of hydrodynami-sche afdichtring is uitgevoerd.