DE1221865B

DE1221865B - Mechanical seal

Info

Publication number: DE1221865B
Application number: DEM50183A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ehrhard Mayer
Original assignee: EHRHARD MAYER DR ING
Current assignee: EHRHARD MAYER DR ING
Priority date: 1961-08-31
Filing date: 1961-08-31
Publication date: 1966-07-28

Description

Gleitringdichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitringdichtung mit einem Gleitring und einem Gegenring, die in einer Radialebene liegende, aufeinanderlaufende ringförmige Gleitflächen aufweisen und wobei in der Gleitfläche des einen Ringes mehrere voneinander getrennte Nuten angeordnet sind, die jeweils von der mit dem abzudichtenden flüssigen Druckmedium beaufschlagten Seite der Gleitfläche ausgehen und an einer anderen Stelle der gleichen Seite der Gleitfläche wieder austreten, ohne mit der Niederdruckseite in Verbindung zu stehen.Mechanical seal The invention relates to a mechanical seal with a sliding ring and a counter ring, the one lying in a radial plane and running one on top of the other have annular sliding surfaces and wherein in the sliding surface of the one ring several separate grooves are arranged, each of the with the liquid pressure medium to be sealed go out on the side of the sliding surface acted upon and exit at another point on the same side of the sliding surface, without being in communication with the low pressure side.

Bei derartigen Gleitringdichtungen (USA.-Patentschrift 2 587 408) weist die Gleitfläche des anderen Ringes in der Mitte zwischen der mit dem abzudichtenden Druckmedium beaufschlagten Seite und der Niederdruckseite eine Ringnut auf, zu deren innerer Kante die inneren Kanten der geradlinig und parallel zueinander verlaufenden zwei Nuten des einen Ringes Tangenten bilden. Diese geradlinigen Nuten haben die Aufgabe, der Ringnut kontinuierlich ein Schmiermittel zuzuführen, das für Kühlungs- und Dichtungszwecke dient.With mechanical seals of this type (US Pat. No. 2 587 408) has the sliding surface of the other ring in the middle between the one to be sealed Pressure medium acted upon side and the low pressure side an annular groove, to their inner edge the inner edges of the straight line and parallel to each other two grooves of one ring form tangents. These straight grooves have the Task of continuously supplying a lubricant to the annular groove, which is used for cooling and sealing purposes.

Für hochbelastete Gleitringdichtungen wird für die aufeinanderlaufenden Gleitflächen eine hydrodynamische Schmier- und Tragwirkung angestrebt, mit der ihre Einsatzgrenzen und Standzeiten wesentlich erhöht werden können. Voraussetzung hierfür ist die Anwesenheit von Keilflächen, die in den Gleitflächen ausgebildet sind. Es sind beispielsweise Gleitringdichtungen bekannt, bei denen eine von Nuten freie ebene Gleitfläche gegen eine Gleitfläche anläuft, in die in Laufrichtung ansteigende Flächen eingearbeitet sind, die mit der von einem flüssigen Medium beaufschlagten Seite direkt (schweizerische Patentschrift 208 998) oder über radiale Nuten (britische Patentschrift 829 482) in Verbindung stehen, wobei auch von der anderen Seite ausgehende, radial verlaufende Nuten sich über einen Teil der Lauffläche erstrecken können.For highly stressed mechanical seals, one on top of the other is used Sliding surfaces strived for a hydrodynamic lubricating and supporting effect with which their Limits of use and service life can be increased significantly. Prerequisite for this is the presence of wedge surfaces formed in the sliding surfaces. It For example, mechanical seals are known in which one of the grooves is free flat sliding surface runs against a sliding surface, in the one increasing in the running direction Areas are incorporated, which acted upon by a liquid medium Side directly (Swiss patent specification 208 998) or via radial grooves (British Patent specification 829 482) are in connection, whereby also originating from the other side, radially extending grooves can extend over part of the tread.

Derartige bekannte Gleitringdichtungen, welche im Prinzip Axialdrucklagern gleichen, sind besonders bei aus hartem Material, wie beispielsweise Metallkarbiden, bestehenden Gleitflächen wegen der erforderlichen Ausbildung von Schrägflächen schwierig und teuer herzustellen und weisen .im Ruhezustand und im Lauf nur einen relativ kurzen Dichtspalt auf. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß Fremdkörper in die radialen Nuten bzw. in die von den Schrägflächen gebildeten Taschen gelangen, welche ohnehin wegen geringer Flüssigkeitszirkulation nur wenig Kühlwirkung ausüben können und die sie verstopfen, oder zwischen die Gleitflächen gelangen, so daß sich diese in kurzer Zeit überhitzen und zerstört werden.Known mechanical seals of this type, which in principle have axial thrust bearings are especially made of hard material such as metal carbides, existing sliding surfaces difficult because of the required formation of inclined surfaces and expensive to manufacture and have only one relatively short sealing gap. In addition, there is a risk that foreign bodies in the radial grooves or in the pockets formed by the inclined surfaces, which in any case, can only exert a little cooling effect because of the low liquid circulation and they clog, or get between the sliding surfaces, so that these overheat and be destroyed in a short time.

Bekannt ist es weiterhin, die Keilflächen durch erst beim Lauf auftretende thermische Verwerfungen, hervorgerufen durch kontrollierbare Temperaturdifferenzen, zu bilden. Vorteilhaft ist hierbei, daß die Gleitflächen dann als Planflächen hergestellt werden können und bei nicht umlaufender Welle ohne jede Leckage dichtend aufeinanderliegen. Bekannte Gleitringdichtungen dieser Gattung weissen jedoch den Nachteil auf, daß nur eine schwache Kühlwirkung und damit nur verhältnismäßig geringe thermische Verwerfungen auftreten können, so däß das Laufverhalten nur geringfügig durch hydrodynamische Schmiereffekte verbessert werden kann. Außerdem neigen die dort vorgesehenen. Schmiernuten auf Grund ihrer Anordnung leicht zu Verstopfungen durch Ablagerungen, was sich nachteilig auf die Kühl- und Schmierwirkung auswirkt.It is also known that the wedge surfaces only occur during the run thermal distortions caused by controllable temperature differences, to build. The advantage here is that the sliding surfaces are then produced as flat surfaces and when the shaft is not rotating, they lie tightly on top of one another without any leakage. Known mechanical seals of this type, however, have the disadvantage that only a weak cooling effect and thus only relatively low thermal distortions can occur, so that the running behavior is only slightly due to hydrodynamic Smear effects can be improved. Also, the ones provided there tend to be. Oil grooves Due to their arrangement easy to clogging by deposits, which is disadvantageous affects the cooling and lubricating effect.

Bei bekannten Gleitringdichtungen der eingangs genannten Art, bei denen eine vorteilhafte Kühlwirkung vorliegt, kann ein hydrodynamisches Laufverhalten nur in sehr begrenztem Maße auftreten, weil das in der Ringnut zirkulierende Druckmedium der Entstehung von Temperaturdifferenzen und folglich auch keilförmigen Verwerfungen entgegenwirkt, welche an der mit den parallelen Nuten versehenen Gleitflächen entstehen könnten, und weil insbesondere ein wenn auch schwach ausgebildeter Druckberg in dem außerhalb der Ringnut gelegenen Gleitflächenbereich sich wegen dieser Ringnut nicht in den inneren Gleitflächenbereich erstrecken kann.In known mechanical seals of the type mentioned at the beginning which have an advantageous cooling effect, a hydrodynamic running behavior occur only to a very limited extent, because the pressure medium circulating in the annular groove the emergence of temperature differences and consequently also wedge-shaped faults counteracts which arise on the sliding surfaces provided with the parallel grooves could, and especially because an albeit poorly developed pressure mountain in the sliding surface area located outside the annular groove is different because of this annular groove cannot extend into the inner sliding surface area.

Diese Nachteile treten noch stärker bei. einer ebenfalls bekannten Gleitringdichtung (britische Patentschrift 755 238) auf, bei der eine ebene ungenutete Gleitfläche gegen eine solche anläuft, die zwei kontentrische Ringnuten besitzt, von welchen die innere mit der Druckseite über .radiale Nuten verbunden ist. Die Ausbildung von thermischen Verwerfungen und folglich ein hydrodynamisches Laufverhalten ist hierbei nicht zu erwarten.These disadvantages are even more pronounced. one also known Mechanical seal (British patent specification 755 238), in which a flat unslotted Sliding surface runs against such, the two contentric Ring grooves has, of which the inner one is connected to the pressure side via .radiale grooves is. The formation of thermal faults and consequently a hydrodynamic one Running behavior is not to be expected here.

Es ist auch bekannt, .in einer der Gleitflächen eine in sich geschlossene, polygonal verlaufende und über Bohrungen von einer Sperrflüssigkeit gespeiste Nut (britische Patentschrift 736 568) oder von der Druckseite ausgehende radiale Nuten (britische Patentschrift 685 282) auszubilden. Im ersteren Fall sorgt die in der polygonalen Nut zirkulierende Flüssigkeit für eine Beseitigung der Temperaturdifferenzen in Umfangsrichtung, die infolge der Gestaltung ohnehin nur äußerst gering sein können, während im zweiten Fall die kurzen radialen Nuten nur geringe Kühlwirkung zeigen und damit nur eine kleine Temperaturdifferenz erzeugen können, die sich auch nicht auf die nicht unterbrochene Gleitfläche erstrecken kann. In beiden Fällen treten daher Verwerfungen nur sehr schwach auf, wobei. .die Nuten leicht durch Ablagerangen ganz verstopft werden können, so daß bei dieser bekannten Gleitringdichtung, wenn überhaupt, so doch nur unvollkommen das Lufverhalten durch hydrodynamische Effekte verbessert wird. zs Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, durch Verbesserung der hydrodynamischen Schmier- und Tragwirkung die Einsatzgrenzen und das Betriebsverhalten der eingangs erwähnten Gleitringdichtungen wesentlich günstiger zu gestalten. Dies wird bei einer 3o Gleitringdichtung, deren eine Gleitfläche Nuten mit den eingangs genannten Merkmalen aufweist, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Gleitfläche des anderen Ringes Nuten mit den gleichen Merkmalen oder keine Nuten aufweist. 35 Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g,. 1 eine Draufsicht auf die Gleitfläche eines Gleitringes, der auf seiner Außenseite mit dem abzu- 4.o dichtenden Druckmedium beaufschlagt wird, und F i g. 2 eine Draufsicht auf die Gleitfläche eines Gleitringes, der auf seiner Innenseite mit dem abzudichtenden Druckmedium beaufschlagt wird.It is also known to have a self-contained, Polygonal groove fed by a barrier fluid via bores (British Patent 736 568) or radial grooves extending from the pressure side (British Patent 685,282). In the former case, the polygonal groove circulating liquid for an elimination of temperature differences in the circumferential direction, which can be extremely small anyway due to the design, while in the second case the short radial grooves show only a slight cooling effect and thus can only generate a small temperature difference, which also does not change can extend to the uninterrupted sliding surface. Occur in both cases therefore faults only very weakly, whereby. . the grooves easily by storage racks can be completely clogged, so that with this known mechanical seal, if at all, but only imperfectly the air behavior due to hydrodynamic effects is improved. zs The invention has set itself the task of improving the hydrodynamic lubrication and load-bearing effect, the limits of use and the operating behavior to make the mechanical seals mentioned above much cheaper. this is with a 3o mechanical seal, one sliding surface of which grooves with the input has mentioned features, achieved according to the invention in that the sliding surface the other ring has grooves with the same characteristics or no grooves. 35 In the following, the invention is explained in more detail, for example with reference to the drawings. In the drawings, F i g,. 1 is a plan view of the sliding surface of a sliding ring, which acts on its outside with the pressure medium to be 4.o sealed becomes, and F i g. 2 is a plan view of the sliding surface of a sliding ring which is based on its inside is acted upon by the pressure medium to be sealed.

Die'Fvg. 1 veranschaulicht in ihrer oberen Hälfte a.5 einen .Gleitring, Bier in seiner Lauffläche mehrere voneinander getrennte Nuten 2a aufweist, die geradlinig als Sekanten verlaufen. Eine andere Ausführungsform ist in der unteren Hälfte der F i g. 1 dargstellt, bei der die Nuten 2 b einer gebrochenen 5o Geraden folgen.Die'Fvg. 1 illustrates in its upper half a.5 a .Gleitring, Beer has a plurality of mutually separate grooves 2a in its tread, which are rectilinear run as secants. Another embodiment is in the lower half of the F i g. 1, in which the grooves 2b follow a broken straight line.

Die Nuten 2 a, 2 b der F i g.1 sind für eine Gleitringdiehtung bestimmt, bei der der Druck Pa des abzu dichtenden Mediums auf den Außenumfang der Gleitungen einwirkt, d. h., der Leckstrom versucht, in 55 den Dichtungsspalt in Richtung des kleinen Durch-Messers zu gelangen. Falls bei dieser Ausbildung der Dichtung die Nuten im rotierenden Ring vorgesehen werden, kann die Zentrifugalkraft zur Verbesserung der Zirkulation des Mediums durch die Nuten herangezogen werden. Hierbei ergibt sich auch der Vorteil, daß in dem Medium enthaltene Fes'tkörperbestandteile wegen ihrer gewöhnlich höheren Dichte im Vers gleich zu dem Medium abgeschleudert werden, so daß die Möglichkeit einer Verstopfung der Nuten und des Eindringens solcher Festkörper in den Dichtspalt stark vermindert wird. Die Länge jeder Nut kann somit ein Mehrfaches der effektiven Dichtbreite im Spalt sein.The grooves 2 a, 2 b of Fig. 1 are intended for a mechanical seal, at which the pressure Pa of the medium to be sealed on the outer circumference of the slides acts, d. that is, the leakage current tries to move the seal gap towards the small diameter. If in this training of the seal Grooves are provided in the rotating ring, which can improve the centrifugal force the circulation of the medium through the grooves. This results in there is also the advantage that solid constituents contained in the medium are due to due to their usually higher density in verse, are thrown off to the medium, so that the possibility of clogging of the grooves and penetration of such solids is greatly reduced in the sealing gap. The length of each groove can thus be a multiple the effective sealing width in the gap.

Die F i g. 2 zeigt einen Gleitring 1, der einen auf dessen Innenumfang wirkenden Druck Pi abdichtet. Die in der Gleitfläche angeordneten Nuten 3 folgen dem Verlauf eines KreIsringabschnittes.The F i g. 2 shows a slip ring 1, which has one on its inner circumference acting pressure Pi seals. The grooves 3 arranged in the sliding surface follow the course of a circular ring section.

@5 Wesentlich für den Verlauf der erfindungsgemäßen Nuten ist, d#aß sie von der mit dem abzudichtenden Medium beaufsehlagten Seite des Gleitringes ausgehen und auf der gleichen Seite wieder austreten. Die Nuten können hierbei. auch abweichend von dem so dargestellten geradlinigen oder kreisbogenförmigen Verlauf ausgebildet sein, wobei aber vorzugsweise ein zu einem Radius des Gleitringes symmetrischer Verlauf gewählt wird, falls die Dichtung von der Drehrichtung der Welle unabhängig sein soll.@ 5 It is essential for the course of the grooves according to the invention that d # aß they start from the side of the sliding ring exposed to the medium to be sealed and exit again on the same side. The grooves can here. also different formed by the straight or arcuate shape shown in this way be, but preferably one more symmetrical to a radius of the sliding ring Course is selected if the seal is independent of the direction of rotation of the shaft should be.

Claims

Claims: 1. Mechanical seal with a sliding ring and a Counter ring, the ring-shaped sliding surfaces that lie in a radial plane and run one on top of the other have and wherein in the sliding surface of the one ring a plurality of separated from each other Grooves are arranged, the. in each case from the one with the liquid pressure medium to be sealed acted upon side of the sliding surface and at another point the same Side of the sliding surface exit again without being in connection with: the low-pressure side to stand, d a d u r c h marked that the sliding surface of the other ring Has grooves with the same characteristics or no grooves.

2. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the grooves have the shape of a segment of a circular ring exhibit.

3. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the Grooves are straight-formed in a manner known per se.

4. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the grooves (2 b) follow the course of a once follow broken lines.

5. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that that the grooves are designed symmetrically to a radius of the sealing ring. In Publications considered: Swiss Patent No. 208 998; . British Patent Nos. 685 282, 736 568, 755 238, 829 482; U.S. Patent No. 2 587 408.