CH659869A5

CH659869A5 - LABYRINTH SEAL.

Info

Publication number: CH659869A5
Application number: CH4158/82A
Authority: CH
Inventors: Jean Tornare; Paul Duron; Klaus Bofinger
Original assignee: Cryomec Ag
Priority date: 1982-07-08
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 1987-02-27
Also published as: DE3321597A1; SE8303857L; GB8317572D0; SE8303857D0; FR2529988B1; FR2529988A1; GB2123100A; GB2123100B; SE454801B; IT8383414A0; IT1175100B; DE3321597C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung, insbesondere für hydraulische Rotationsmaschinen. The present invention relates to a labyrinth seal, in particular for hydraulic rotary machines.

Labyrinthdichtungen sind in der Technik seit langem bekannt und werden prinzipiell dort eingesetzt, wo Achsen oder Wellenlager dem Druck von gasförmigen oder flüssigen hochviskosen Medien ausgesetzt sind. Insbesondere sind Labyrinthdichtungen bekannt, bei denen der rotierende Teil und der stationäre Teil formschlüssig ineinander passende Ausdrehungen aufweisen. Damit nicht Rotor oder Stator selber der Abnützung unterliegen, sind oftmals in die eigentliche Labyrinthdichtung der Abnützung unterliegende Kunststoffscheiben eingelegt. Die formschlüssige Gestaltung von Stator und Rotor erfordert eine Teilung des aussen liegenden Teiles, zur Auswechslung der der Abnützung unterliegenden Ringe. Es sind auch berührungsfreie Labyrinthdichtungen bekannt, mit Umkehrspalten, gebildet durch abwechselnd hintereinander angeordnete kurze Ringspalte und Ringkammern. Die Ringspalte als Drosselstellen verwandeln die Druck- in Geschwindigkeitsenergie. In der nachfolgenden Kammer findet durch Wirbelung eine Umwandlung in Reibungswärme statt. Dieser Vorgang wiederholt sich entsprechend der Anzahl der Drosselstellen. Labyrinth seals have long been known in the art and are principally used where axles or shaft bearings are exposed to the pressure of gaseous or liquid, highly viscous media. In particular, labyrinth seals are known in which the rotating part and the stationary part have recesses which fit one another in a form-fitting manner. So that the rotor or stator are not subject to wear, plastic disks are often placed in the actual labyrinth seal of the wear. The form-fitting design of the stator and rotor requires a division of the outer part in order to replace the rings that are subject to wear. Non-contact labyrinth seals are also known, with reversing gaps, formed by alternately arranged short annular gaps and annular chambers. The ring gaps as throttling points convert the pressure energy into velocity energy. In the next chamber, swirling converts it to frictional heat. This process is repeated according to the number of throttling points.

Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine möglichst preisgünstige, leicht zu wartende Labyrinthdichtung zu schaffen, die weder am Rotor noch am Stator formschlüssige Ausdrehungen erfordert. The object of the present invention is to create a labyrinth seal which is as inexpensive and easy to maintain as possible, and which does not require any form-locking bores on either the rotor or the stator.

Diese Aufgabe erfüllt eine Labyrinthdichtung, die sich dadurch auszeichnet, dass jeweils zwei mit Spielpassung ineinander passende Ringe, von denen der äussere mit Presspassung in der Bohrung und der innere mit Presspassung auf der Welle sitzt, mit einem auf die Welle oder in der Bohrung mit Presspassung und in der Bohrung oder auf der Welle mit Spielpassung sitzenden Ring, abwechseln. This task is performed by a labyrinth seal, which is characterized in that two rings that fit into one another with a clearance fit, the outer one with a press fit in the bore and the inner one with a press fit on the shaft, with one on the shaft or in the bore with a press fit and alternate ring seated in the bore or on the shaft with a clearance fit.

In der Zeichnung sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt: In the drawing, three different exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown. It shows:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine hydraulische Rotationsmaschine im Bereich der Labyrinthdichtung; 1 shows a partial section through a hydraulic rotary machine in the area of the labyrinth seal;

Fig. 2 und 3 verschiedene Ringe der Labyrinthdichtung nach Figur 1 in der Aufsicht und 2 and 3 different rings of the labyrinth seal according to Figure 1 in supervision and

Fig. 4 den Ring nach Figur 3 im Schnitt ; Figure 4 shows the ring of Figure 3 in section.

Fig. 5 zeigt eine Labyrinthdichtung im Schnitt, bei der alle auf der Welle mit Presspassung sitzenden Ringe einstückig ausgebildet sind und Fig. 5 shows a labyrinth seal in section, in which all the rings sitting on the shaft with an interference fit are integrally formed and

Fig. 6 dieselbe Ansicht einer Labyrinthdichtung der Bauart nach Figur 5 mit elastischen, mit Presspassung auf die Bohrung sitzenden Scheiben. 6 shows the same view of a labyrinth seal of the type according to FIG. 5 with elastic disks which fit onto the bore with an interference fit.

In Figur 1 ist der Rotor beziehungsweise die Welle mit 10 bezeichnet. Auf der Welle 10 ist mittels einer Schraube 11 ein mitlaufender Deckel 12 aufgeschraubt. Der Deckel 12 ist gegenüber dem schematisch dargestellten Stator 13 an einer nicht dargestellten Stelle gegenüber diesem abgedichtet. Zwischen dem rotierenden Deckel 12 und dem Stator ist somit eine abgedichtete Kammer 14 vorhanden. Die Welle 10 durchsetzt den Stator 13 durch dessen Bohrung 15. Die Welle 10 ist gegen die Bohrung 15 durch die gesamthaft mit 1 bezeichnete erfindungsgemässe Labyrinthdichtung abgedichtet. In der Zeichnung rechts vom Stator 13 liegt die abzudichtende Seite A und links davon, in der Kammer 14, die abgedichtete Seite B. In Figure 1, the rotor or the shaft is designated 10. A rotating cover 12 is screwed onto the shaft 10 by means of a screw 11. The cover 12 is sealed off from the schematically illustrated stator 13 at a point not shown. A sealed chamber 14 is thus present between the rotating cover 12 and the stator. The shaft 10 passes through the stator 13 through its bore 15. The shaft 10 is sealed against the bore 15 by the labyrinth seal according to the invention, which is designated in its entirety by 1. In the drawing to the right of the stator 13 is the side A to be sealed and to the left of it, in the chamber 14, the sealed side B.

Selbstverständlich könnte 10 auch eine ruhende Achse sein, um die dann der Rotor 13 umlaufen würde. Am Prinzip der erfindungsgemässen Labyrinthdichtung ändert sich hierdurch jedoch nichts, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung auf diese equivalente Lösung nicht mehr weiter eingegangen wird. Of course, 10 could also be a stationary axis about which the rotor 13 would then rotate. However, this does not change the principle of the labyrinth seal according to the invention, which is why this equivalent solution is no longer discussed in the following description.

Auf der Welle 10 sitzen in relativ dichter Packung abwechslungsweise ein Ring 2 und ein Ring 3. Sämtliche Ringe 2 und 3 haben den gleichen inneren Radius ri, so dass sie allesamt auf der Welle 10 mit Presspassung sitzen. Die Ringe 2 haben einen erheblich kleineren, äusseren Radius n als die Ringe 3, deren äusserer Radius rs jedoch kleiner als der Radius r 15 der Bohrung 15 ist. Damit eine Presspassung zwischen den Ringen 2 und 3 und der Welle 10 gewährleistet ist, muss die Welle gegenüber dem inneren Radius ri Über-mass aufweisen. Konzentrisch um die Ringe 2 sind Ringe 4 angeordnet. Die Ringe 4 weisen einen äusseren Radius T4 auf, der gegenüber dem Radius ris der Bohrung 15 Übermass aufweist, so dass die Ringe 4 mit Presspassung in der Bohrung 15 sitzen. Der innere Radius n der Ringe 4 ist grösser als der äussere Radius n der darin liegenden Ringe 2, die somit mit Spielpassung in den Ringen 4 liegen. Durch diese Anordnung bilden sich abwechslungsweise Ringspalte 20 zwischen den Ringen 3 und der Bohrung 15, sowie Ringspalte 21 zwischen den Ringen 2 und 4. A ring 2 and a ring 3 are alternately seated on the shaft 10 in a relatively tight packing. All rings 2 and 3 have the same inner radius ri, so that they are all seated on the shaft 10 with an interference fit. The rings 2 have a considerably smaller, outer radius n than the rings 3, the outer radius rs of which, however, is smaller than the radius r 15 of the bore 15. In order to ensure a press fit between the rings 2 and 3 and the shaft 10, the shaft must be oversized compared to the inner radius ri. Rings 4 are arranged concentrically around the rings 2. The rings 4 have an outer radius T4 which is excessively large compared to the radius ris of the bore 15, so that the rings 4 are press-fit into the bore 15. The inner radius n of the rings 4 is larger than the outer radius n of the rings 2 located therein, which thus lie in the rings 4 with a clearance fit. This arrangement alternately forms annular gaps 20 between the rings 3 and the bore 15, and annular gaps 21 between the rings 2 and 4.

Sämtliche Ringe können wie Ring 3 in Figur 4 dargestellt, in ihren seitlichen Flanken 31 konzentrische Ringnuten 32 aufweisen. Die Ringnuten 32 haben eine doppelte Funktion. Zum einen setzen sie die Grösse der aufeinanderliegenden All rings can, like ring 3 in FIG. 4, have 31 concentric ring grooves 32 in their lateral flanks. The ring grooves 32 have a double function. First, they set the size of the one on top of the other

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

659 869 659 869

Reibflächen herab und zum andern bilden sie wiederum Drosselstellen in der Labyrinthdichtung. Down friction surfaces and on the other hand they form throttling points in the labyrinth seal.

In Figur 5 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem sämtliche auf der Welle 10 sitzenden Ringe einstückig aus einer Buchse 5 gedreht sind. Hierbei ist der Radius der Buchse 5, beziehungsweise der Rippen 6 gleich dem äusseren Radius rs der Ringe 3. Der Radius der Nuten 7 entspricht damit dem äusseren Radius n der Ringe 2. Die Welle 10 weist wiederum gegenüber dem Innenradius der Buchse 5 Übermass auf. Die Ringe 4 liegen hier zwischen den Rippen 6. Die Ringe 4 liegen, wie beider Ausführung gemäss Figur 1, mit Presspassung in der Bohrung 15. Die Variante gemäss Figur 6 zeigt wiederum eine Buchse 5, die mit Presspassung auf der Welle 10 sitzt. Die mit Presspassung in der Bohrung 15 sitzenden Ringe 4 sind jedoch diesmal aus elastischem Material, das eine zusätzlich nach aussen gerichtete radiale Kraft erfordert. Diese Kraft wird durch Spannringe 8 auf die elastischen Ringe 4 bewirkt. Als elastisches Material für die Ringe 4 kommen diverse Kunststoffe sowie Kunststoff-Asbest-Mischungen in Frage. Die Spannringe 8 werden vorzugsweise aus Federstahl gefertigt. FIG. 5 shows an example in which all the rings seated on the shaft 10 are rotated in one piece from a bush 5. Here, the radius of the bushing 5 or the ribs 6 is equal to the outer radius rs of the rings 3. The radius of the grooves 7 thus corresponds to the outer radius n of the rings 2. The shaft 10 in turn has an oversize in relation to the inner radius of the bushing 5. The rings 4 are here between the ribs 6. The rings 4 are, as in the case of the embodiment according to FIG. 1, with a press fit in the bore 15. The variant according to FIG. 6 again shows a bush 5 which is press-fitted on the shaft 10. The rings 4 with a press fit in the bore 15 are, however, this time made of elastic material, which requires an additional outward radial force. This force is caused by tension rings 8 on the elastic rings 4. Various plastics and plastic-asbestos mixtures can be considered as the elastic material for the rings 4. The clamping rings 8 are preferably made of spring steel.

Ist zwischen dem Stator 13 und dem umlaufenden Deckel 12, wie in Figur 1 dargestellt, eine abgedichtete Kammer 14 vorhanden, so kann man diese über eine Druckleitung durch den Stator 14 mit Druck beaufschlagen. Vorteilhafterweise verwendet man auf der abgedichteten Seite B das gleiche Medium wie auf der abzudichtenden Seite A anliegt. Dabei muss allerdings das Medium nicht unbedingt im gleichen s Aggregatszustand auf beiden Seiten anliegen. If a sealed chamber 14 is present between the stator 13 and the circumferential cover 12, as shown in FIG. 1, this can be pressurized via a pressure line through the stator 14. It is advantageous to use the same medium on the sealed side B as on the side A to be sealed. However, the medium does not necessarily have to be in the same physical state on both sides.

Die beschriebene Labyrinthdichtung hat sich bei Versuchen, insbesondere bei Pumpen für cryogene Anwendungszwecke hervorragend bewährt. Generell lässt sich jedoch die erfindungsgemässe Labyrinthdichtung für alle 10 hydraulischen Rotationsmaschinen verwenden. Diese Verwendung ist jedoch nicht abschliessend. Als ein weiteres Beispiel für eine Anwendung sei lediglich noch die Verwendung der Dichtung zur Durchführung einer Welle oder Achse durch den Deckel eines Autoklaven genannt. The labyrinth seal described has proven itself extremely well in tests, especially in pumps for cryogenic applications. In general, however, the labyrinth seal according to the invention can be used for all 10 hydraulic rotary machines. However, this use is not exhaustive. Another example of an application is the use of the seal to pass a shaft or axle through the lid of an autoclave.

15 15

Die wesentlichsten Vorteile der erfindungsgemässen Labyrinthdichtung seien abschliessend nochmals kurz aufgezählt : Finally, the most important advantages of the labyrinth seal according to the invention are briefly listed again:

1. Preisgünstige Herstellung 20 2. Einfache Montage 1. Inexpensive manufacture 20 2. Easy assembly

3. Einfache Auswechselbarkeit der Dichtung 3. Easy interchangeability of the seal

4. Sehr geringe Abnützung 4. Very little wear

5. Vereinfachte Bauart der Welle und der Bohrung, beziehungsweise des Rotors und des Stators. 5. Simplified design of the shaft and the bore, or the rotor and the stator.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. labyrinth seal, in particular for use in hydraulic rotary machines, characterized in that in each case two rings that fit into one another with a clearance fit, of which the outer (4) with a press fit in the bore (15) and the inner (2) with a press fit on the shaft ( 10), alternate with a ring (3) that fits onto the shaft (10) or in the bore (15) with a press fit and in the bore (15) or on the shaft (10) with a clearance fit.

2. Labyrinth seal according to claim 1, characterized in that the side flanks (31) of the adjoining rings (2, 3, 4) have concentric grooves (32).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Labyrinth seal according to claim 1, characterized in that the ring (3) seated on the shaft (10) or in the bore (15) with a clearance fit made of a material with a different coefficient of friction than the two rings (2 , 4).

4. Labyrinth seal according to claim 1, characterized in that all of the rings (2, 3) seated on the shaft (10) with an interference fit are rotated in one piece from a bushing (5).

5. labyrinth seal according to claim 1, characterized in that all in the bore (15) with press fit rings (4) are rotated in one piece from a socket (5).

5. Labyrinth seal according to claim 1, characterized in that all of the rings (2, 3) seated on the shaft (10) with an interference fit are rotated in one piece from a bush (5).

6. labyrinth seal according to claim 4, characterized in that the press fit in the bore (15) matching rings (4) are made of elastic material and are pressed outwards by means of clamping rings (8).

7. labyrinth seal according to claim 1, characterized in that on the sealed side (B) of the labyrinth seal (1) between the shaft (10) and bore (15) a sealed chamber (14) is present, which is acted upon by a pressure line, so that the pressure propagates through the seal (1) to the side to be sealed (A).