Maschine mit gekühlter Stopfbüchse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine mit einer Stopfbüchse und einem Hohlraum zur Kühlung derselben und ferner einem Kühler zum Kühlen des Kühlmittels, welches während des Betriebes der Maschine durch eine Fördervorrichtung im Zwanglauf durch den Kühler und den Hohlraum gehalten ist. In vielen Fällen solcher Maschinen besitzt das flüssige oder gasförmige Mittel, welches durch die Stopfbüchse am Durchtritt entlang einer drehenden Welle verhin dert werden soll, eine so hohe Temperatur, dass hieraus Betriebsstörungen entstehen können.
Auch die Drücke des Arbeitsmittels können im Bereich der Durchführung beweglicher Maschinenelemente - seien es Wellen oder Kolbenstangen - durch das Maschinengehäuse hohe Drücke aufweisen, welche eine starke Anpressung des Dichtungsmaterials der Stopfbüchse an das bewegliche Maschinenelement notwendig machen.
In beiden Fällen kann die Temperatur der Stopfbüchse und des beweglichen Maschinenelementes so hoch ansteigen, dass ein störungsfreier Betrieb nicht mehr gesichert ist und leicht Maschinenschäden entstehen. Dieser Gefahr wird in bekannter Weise durch eine gezielte Kühlung im Bereich der Stopfbüchse vorgebeugt. Nicht immer genügt es, wenn die Stopfbüchse nur während des Betriebes gekühlt wird. Vielmehr kann es sogar notwendig werden, die in den Maschinenelementen noch gespeicherten Wärmemengen auch nach Stillegung der Maschine durch geeignete Mittel wegzuführen. Diese Wärme könnte sonst sich in Maschinenelemente ausbreiten, die im normalen Betrieb niedrigere Temperaturen aufweisen und hier Schaden anrichten. Es könnte z.
B. die Temperatur von Weichpackungen im Bereich der Stopfbüchse von den viel höhern Temperaturen der beweglichen Maschinenelemente soweit gesteigert werden, dass sie Schaden litten. Dieser Gefahr wurde durch Verwendung von zusätzlichen Pumpen schon begegnet, welche nach der Stillegung der Maschine und der durch sie angetriebenen Zirkulationspumpe eine Zeitlang noch behelfsmässig die Kühlmittelzirkulation aufrecht erhielten. Abgesehen davon, dass diese Pumpen nach Stillegung der Maschine besonders in Betrieb zu setzen sind, müsste auch dafür gesorgt sein, dass sie nach genügender Abkühlung der Stopfbüchse wieder still gesetzt werden.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen zwischen Kühler, Hohlraum und Fördervorrichtung derart angeordnet und bemessen sind, dass auch nach Stillegung der Maschine und der Fördervorrichtung bis zur genügenden Abkühlung der Stopfbüchse noch weiter an Durchlauf des Kühlmittels zufolge der durch Kühler und Stopfbüchse verursachten Thermo Siphon-Wirkung aufrecht erhalten bleibt.
Der Thermo-Siphon-Kreislauf des Kühlmittels erspart alle Betriebsvorkehrungen und Hilfsmittel zur Nachkühlung einer Maschinenstopfbüchse nach Stillegung des Maschinenbetriebes.
In einer Ausführungsform kann in einer Pumpe das Förderrad als Fördervorrichtung verwendet werden, welche im Stillstand genügend Durchflussquerschnitt zum Durchlauf des Kühlmittels unter Einwirkung der Thermo-Siphon-Wirkung frei lässt.
Zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind auf der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Maschine mit einem geschlossenen Kreislauf und Fig. 2 eine solche mit einem offenen Kreislauf.
Die Kreiselpumpe 1 (Fig. 1 und 2) dient zur Förderung einer Flüssigkeit erhöhter Temperatur aus der Zufuhrleitung 2 in die Abfuhrleitung 3. Ihr Kreiselrad 4 sitzt fliegend auf der Welle 5, welche durch die Stopfbüchse 6 aus dem Maschinengehäuse an die Kupplung 7 mit der Antriebsmaschine 8 herangeführt ist. Die Dichtungselemente 9 der Stopfbüchse müssen mit einem Druck an die Welle 5 angepresst werden, der es verhindert, dass von der durch die Pumpe 1 zu fördernden Flüssigkeit auch nur kleine Mengen der Welle entlang nach aussen dringen. Infolge des Anpressdruckes mit der dadurch entstehenden Gleitreibung und infoge der Temperatur des zu fördernden Mittels an sich wird sich eine Erhöhung der Temperatur der ganzen Stopfbüchse, insbesondere der Welle, einstellen.
In der Stopfbüchse sind zur Verhütung allzu hoher Temperaturen Hohlräume 10 in Form einer Anzahl rund um die Achse angeordneter Bohrungen hergestellt, welche durch eine Zufuhrleitung 11 an eine Abfuhrleitung 12 (Fig. 1) mit dem Kühler 13 verbunden sind. Im Innern enthält der Kühler ein Rohrsystem 14, dem durch die Leitung 15 ein sekundäres Kühlmittel zugeführt wird. Nach Erwärmung dieses sekundären Kühlmittels strömt es durch die Leitung 16 beispielsweise in einen Ablauf. Dadurch entsteht für die Stopfbüchse ein Kühlstrom durch die Zufuhrleitung 11 im Sinn des Pfeiles 17, durch die Hohlräume 10, durch die Abfuhrleitung 12 in Richtung des Pfeiles 18 und durch den das Kühlrohrsystem 14 umgebenden Raum des Kühlers 13. Das sekundäre Kühlmittel durchströmt den Kühler im Gegenstrom zum Stopfbüchskühlmittel und kühlt dieses beim Durchfliessen bis nahe an seine Zufuhrtemperatur.
Das abgekühlte Kühlmittel der Stopfbüchse sinkt infolge des erhöhten spezifischen Gewichts durch die Leitung 11 abwärts in die Stopfbüchse, während das in der Stopfbüchse wieder erwärmte Kühlmittel - welches infolge dessen ein geringes spezifisches Gewicht aufweist - durch die Abfuhrleitung 12 gegen das obere Ende des Rückkühlers 13 strömt. Diese Thermo-Siphon-Wirkung bleibt aufrecht, solange die Stopfbüchsentemperatur höher ist als die Temperatur des im Rückkühler 13 abgekühlten Stopfbüchsenkühlmittels.
Auf der Welle 5 (Fig. 1) ist ausserdem ein Kreiselrad 19 aufgesetzt, welches während des Betriebes der Pumpe 1 den Strom des Kühlmittels im Stopfbüchsen- kühlsystem beschleunigt und damit für einen bessern Wärmeübergang und eine gesteigerte Kühlwirkung sorgt. Nach Stillegen der Pumpe ist eine Beschleunigung der Zirkulation nicht mehr notwendig, so dass zur Abführung der Restwärme die Thermo-Siphon Wirkung allein genügt.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird als primäres Kühlmittel für die Stopfbüchse 6 eine kleine abgezweigte Menge des durch die Pumpe 1 geförderten Mittels selber benützt. Die in den Hohlräumen 10 der Stopfbüchse 6 erwärmte Stopfbüchskühlflüssigkeit strömt der Welle 5 entlang in den Raum 20 des Pumpengehäuses und von hier durch die Bohrungen 21 in der Nabe des Kreiselrades auf die Saugseite des Förderrades 4. Diese erwärmte Flüssigkeit vermischt sich mit dem Fördermittel und gelangt mit ihr in die Abfuhrleitung 3. Aus der Abfuhrleitung wird eine entsprechende Teilmenge durch die Leitung 22 dem Rückküh ler 13 zugeführt.
Während des Betriebs und auch nach dem Betrieb entsteht für das Stopfbüchskühlmittel eine Thermo-Siphon-Strömung, und zwar aus der Förderleitung 3 durch die Leitung 22, den Kühler 13, die Leitung 11, die Hohlräume 10 und weiter der Welle 5 entlang und durch das Förderrad 4 in seine Saugseite.
Es ergibt sich dabei der Vorteil, dass ein besonderes Förderrad in den Kühlmittelweg nicht einzusetzen ist, seine Wirkung übernimmt zusätzlich das Förderrad 4 der Pumpe selber. Ausserdem werden noch praktisch die gesamte Brille 23 der Stopfbüchse, die gesamte Welle 5 und zudem noch die Nabe des Rades 4 gekühlt.
Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei Pumpen anderer Art z. B. bei Kreiskolbenpumpen, Zahnradpumpen, bei Kolbenpumpen und -verdichtern mit hin- und hergehendem Kolben zur Kühlung der Stopfbüchse der Kolbenstange, bei Kreisel- und anderen Verdichtern mit drehender Welle, und schliesslich auch auf alle Arten von Kolbenmaschinen und Turbomaschinen zur Arbeitserzeugung wie Dampf- und Gasturbinen Verwendung finden.