DE20212246U1

DE20212246U1 - The mechanical seal assembly

Info

Publication number: DE20212246U1
Application number: DE20212246U
Authority: DE
Original assignee: Chetra Dichtungstechnik GmbH
Current assignee: Chetra Dichtungstechnik GmbH
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2012-08-09

Description

Mechanical seal arrangement:

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung eines rotieren Bauteils gegenüber einem stationären Bauteil mit wenigstens einem stationären Gleitring und wenigstens einem drehfest mit dem rotierenden Bauteil verbundenen rotierenden Gleitring.The invention relates to a mechanical seal arrangement for sealing a rotating component with respect to a stationary component with at least one stationary slide ring and at least one rotating slide ring connected in a rotationally fixed manner to the rotating component.

Bei derartigen Dichtungen ist vielfach eine Umwälzung der Sperrflüssigkeit erforderlich, die in der Regel über eine externe Umwälzpumpe oder ein in die Gleitringdichtung integriertes Fördergewinde erfolgt. Diese Maßnahmen setzen jedoch einen entsprechend ausreichenden Einbauplatz voraus.Such seals often require circulation of the sealing fluid, which is usually achieved via an external circulation pump or a conveying thread integrated into the mechanical seal. However, these measures require a correspondingly sufficient installation space.

Bei sogenannten Patronendichtungen, die maßlich auf vorhandene Stopfbuchsräume konzipiert sind, können diese Möglichkeit der Umwälzung nicht realisieren. Um auch bei Patronendichtungen ohne separate Pumpen auszukommen, wird in der DE-U 296 02 685 eine Fördereinrichtung offenbart, die auf den Prinzip eines exzentrischen Druckraumes basiert. Bei dieser Dichtungsanordnung wird zwischen dem rotierenden Bauteil und dem stationären Gleitring ein Ringraum definiert, dessen radiale Abmessung zwischen einem Bereich mit minimaler und einem umfänglich dazu versetzten Bereich mit maximaler Abmessung divergiert. Ferner ist eine Einrichtung zum Einlass einer Pufferflüssigkeit in den Ringraum an oder nahe bei dessen Bereich mit maximaler radialer Abmessung und eine Einrichtung zum Auslass der Pufferflüssigkeit aus dem Ringraum an oder nahe bei dessen Bereich mit minimaler radialer Abmessung vorgesehen. Das rotierende Bauteil weist förderwirksame Ausnehmungen in Form von Nuten auf, in denen sich aus der Pufferflüssigkeit gelöstes Gas aufgrund von Zentripetalkräften bevorzugt ansammelt, um zur Auslassöffnung und von dort nach draußen transportiert werden zu können. Die Ansammlung von Gasblasen an den Engstellen des Ringraumes wird hierdurch wirksam vermieden. Außerdem haben die Nuten eine Aufteilung der Flüssigkeitsströmung zur Folge, in dem die rein umfängliche Strömung längst des Ringraumes axial gefächert wird, was sich vorteilhaft auf die Kühlung und Schmierung der Gleitringe auswirkt.With so-called cartridge seals, which are dimensioned to fit existing stuffing box spaces, this possibility of circulation cannot be realized. In order to manage without separate pumps even with cartridge seals, DE-U 296 02 685 discloses a conveying device based on the principle of an eccentric pressure chamber. In this sealing arrangement, an annular space is defined between the rotating component and the stationary sliding ring, the radial dimensions of which diverge between an area with a minimum dimension and an area with a maximum dimension offset circumferentially. Furthermore, a device for inlet of a buffer liquid into the annular space at or near its area with maximum radial dimension and a device for outlet of the buffer liquid from the annular space at or near its area with minimum radial dimension are provided. The rotating component has effective recesses in the form of grooves in which gas released from the buffer liquid collects due to centripetal forces in order to be transported to the outlet opening and from there out. The accumulation of gas bubbles in the narrow parts of the annular space is thus effectively prevented. In addition, the grooves result in a division of the liquid flow in that the purely circumferential flow is axially fanned out along the annular space, which has a beneficial effect on the cooling and lubrication of the sliding rings.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 anzugeben, die eine gute Förderleistung bei der Umwälzung der Flüssigkeit gewährleistet.The invention is based on the object of specifying a mechanical seal arrangement according to the preamble of claim 1, which ensures good conveying performance when circulating the liquid.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1.

Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung zur Abdichtung eines rotierenden Bauteils gegenüber einem stationären Bauteil weist wenigstens einen stationären Gleitring und wenigstens einen drehfest mit dem rotierenden Bauteil verbundenen rotierenden Gleitring auf, wobei das rotierende Bauteil eine zylindrische, äußere Umfangsfläche vorsieht, die zusammen mit einer inneren Unfangsfläche des stationären Gleitrings einen Ringraum begrenzt, und wobei ferner Mittel zum Einführen einer Flüssigkeit in den Ringraum und Mittel zum Abfuhren der Flüssigkeit aus dem Ringraum vorgesehen sind. Der stationäre Gleitring ist konzentrisch um das rotierende Bauteil angeordnet und die zylindrische Umfangsfläche des rotierenden Bauteils ist im Bereich des Ringraums mit in axialer Richtung verlaufenden Abflachungen versehen. The mechanical seal arrangement according to the invention for sealing a rotating component with respect to a stationary component has at least one stationary slide ring and at least one rotating slide ring connected to the rotating component in a rotationally fixed manner, wherein the rotating component provides a cylindrical, outer circumferential surface which, together with an inner circumferential surface of the stationary slide ring, delimits an annular space, and wherein means are also provided for introducing a liquid into the annular space and means for removing the liquid from the annular space. The stationary slide ring is arranged concentrically around the rotating component and the cylindrical circumferential surface of the rotating component is provided with flattened areas running in the axial direction in the region of the annular space.

Diese spezielle Ausbildung des rotierenden Bauteils im Bereich des Ringraums gewährleistet eine ausgezeichnete Förderleistung. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This special design of the rotating component in the area of the annular space ensures excellent conveying performance. Further embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

In einen bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Abflachungen plan ausgebildet, wobei sich auf der zylindrischen Oberfläche des rotierenden Bauteils in Umfangsrichtung zylindrische Teilbereiche und Abflachungen abwechseln.In a preferred embodiment, the flattened portions are flat, with cylindrical portions and flattened portions alternating in the circumferential direction on the cylindrical surface of the rotating component.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden in folgenden anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung näher erläutert.Further advantages and embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the description of an embodiment and the drawing.

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In der Zeichnung zeigenShow in the drawing

Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung, Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of the mechanical seal arrangement according to the invention,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Gleitringdichtungsanordnung,Fig. 2 is a side view of the mechanical seal arrangement,

Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung der Wellenhülse,
Fig. 4 eine Querschnittdarstellung im Bereich des Ringraums und
Fig. 5 ein Diagramm der Förderhöhe.Fig. 3 a longitudinal section of the shaft sleeve,
Fig. 4 a cross-sectional view in the area of the annular space and
Fig. 5 a diagram of the discharge head.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Gleitringdichtungsanordnung dient zur Abdichtung eines rotierenden Bauteils, hier einer Welle 1, gegenüber einem stationären Bauteil 2. Sie besteht aus im wesentlichen aus einem stationären Gleitring 3 und einem drehfest mit der Welle 1 verbundenen rotierenden Gleitring 4.The mechanical seal arrangement shown in Figures 1 and 2 serves to seal a rotating component, here a shaft 1, against a stationary component 2. It essentially consists of a stationary slide ring 3 and a rotating slide ring 4 connected in a rotationally fixed manner to the shaft 1.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gleitringdichtungsanordnung als sogenannte Doppeldichtung ausgebildet, so dass ein zweiter stationärer Gleitring 3' sowie zweiter rotierender Gleitring 4' vorgesehen sind. Die Gleitringe 3, 4 bzw. 3', 4' haben jeweils zusammenwirkende, radiale Dichtflächen, zwischen denen im Betrieb ein Dichtspalt gebildet wird, um einen Raum an eine Umfangseite des Dicht-Spaltes gegenüber einem Raum an der anderen Umfangseite des Dichtspaltes abzudichten. Ferner ist eine Vorspanneinrichtung 5 vorgesehen, um die Gleitringe 3, bzw. 3', 4' gegeneinander vorzuspannen, so dass bei Stillstand der Welle 1 die Dichtflächen in abdichtender Berührung miteinander gehalten sind. Derartige Gleitringdichtungsanordnungen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.In the embodiment shown, the mechanical seal arrangement is designed as a so-called double seal, so that a second stationary mechanical seal ring 3' and a second rotating mechanical seal ring 4' are provided. The mechanical seal rings 3, 4 and 3', 4' each have interacting radial sealing surfaces, between which a sealing gap is formed during operation in order to seal a space on one circumferential side of the sealing gap from a space on the other circumferential side of the sealing gap. Furthermore, a pre-tensioning device 5 is provided in order to pre-tension the mechanical seal rings 3 and 3', 4' against one another, so that when the shaft 1 is at a standstill, the sealing surfaces are held in sealing contact with one another. Mechanical seal arrangements of this type are well known to those skilled in the art.

Die Welle 1 weist ferner eine Wellenhülse 6 auf, die in den Figuren 3 und 4 näher dargestellt ist. Diese Wellenhülse 6 ist drehfest mit der Welle 1 verbunden, wobei Welle 1 und Hülse 6 das rotierende Bauteil bilden, welches gegenüber dem stationären Bauteil 2 durch die Gleitringdichtungsanordnung abgedichtet werden soll.The shaft 1 also has a shaft sleeve 6, which is shown in more detail in Figures 3 and 4. This shaft sleeve 6 is connected to the shaft 1 in a rotationally fixed manner, with the shaft 1 and sleeve 6 forming the rotating component which is to be sealed from the stationary component 2 by the mechanical seal arrangement.

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Die Wellenhülse 6 weist eine zylindrische, äußere Umfangsfläche 6.1 auf, die zusammen mit eine inneren Umfangsfläche der stationären Gleitringe 3, 3' einen Ringraum 7 begrenzen. Es sind ferner Mittel 8 zum Einführen einer Flüssigkeit in den Ringraum 7 und Mittel 9 zum Abführen der Flüssigkeit aus dem Ringraum vorgesehen. The shaft sleeve 6 has a cylindrical, outer circumferential surface 6.1, which together with an inner circumferential surface of the stationary sliding rings 3, 3' delimits an annular space 7. Means 8 for introducing a liquid into the annular space 7 and means 9 for discharging the liquid from the annular space are also provided.

Die Gleitringe 3, 3' sind konzentrisch um die Welle bzw. Wellenhülse 6 angeordnet und die zylindrische Umfangsfläche 6.1 der Wellenhülse 6 ist im Bereich des Ringraums 7 mit in axialer Richtung belaufenden Abflachungen 6.1a versehen. Die Abflachungen sind plan ausgebildet und wechseln sich auf der Umfangsfläche der Wellenhülse 6 mit zylindrischen Teilbereichen 6.1b ab. Die Abflachungen 6.1a sind zweckmäßigerweise gleichmäßig über den Umfang der Wellenhülse 6 verteilt angeordnet. Dabei können beispielsweise vier bis sechs Abflachungen vorgesehen werden. The sliding rings 3, 3' are arranged concentrically around the shaft or shaft sleeve 6 and the cylindrical peripheral surface 6.1 of the shaft sleeve 6 is provided with flats 6.1a running in the axial direction in the area of the annular space 7. The flats are flat and alternate with cylindrical partial areas 6.1b on the peripheral surface of the shaft sleeve 6. The flats 6.1a are expediently arranged evenly distributed over the circumference of the shaft sleeve 6. For example, four to six flats can be provided.

Die Umfangsfläche 6.1 der Wellenhülse 6 begrenzt zusammen mit den inneren Umfangsflächen der beiden stationären Gleitringe 3, 3' einen ersten und einen zweiten Abschnitt des Ringraums 7. Zwischen diesen beiden Abschnitten des Ringraums bildet die Wellenhülse 6 mit einem gegenüberliegenden Bereich des stationären Bauteils 2 einen dritten Abschnitt des Ringraums, wobei die Mittel 8 zum Einfuhren der Flüssigkeit in den Ringraum und die Mittel 9 zum Abfuhren der Flüssigkeit aus dem Ringraum in diesem dritten Abschnitt vorgesehen sind.The peripheral surface 6.1 of the shaft sleeve 6, together with the inner peripheral surfaces of the two stationary sliding rings 3, 3', delimits a first and a second section of the annular space 7. Between these two sections of the annular space, the shaft sleeve 6 forms a third section of the annular space with an opposite region of the stationary component 2, wherein the means 8 for introducing the liquid into the annular space and the means 9 for removing the liquid from the annular space are provided in this third section.

Die Abflachungen 6.1a sind mit gleichem Winkelabstand &agr; über den Umfang der Wellenhülse 6 verteilt angeordnet. Die Mittel 8, 9 zum Einführen bzw. Abführen der Flüssigkeit sind in einem ganzzahligen Vielfachen des Winkelabstand &agr; angeordnet. Wie aus der Figur 2 ersichtlich wird, beträgt der Abstand der Mittel 8, 9 beim dargestellten Ausführungsbeispiel 2a.The flats 6.1a are arranged at the same angular distance α over the circumference of the shaft sleeve 6. The means 8, 9 for introducing or discharging the liquid are arranged at an integer multiple of the angular distance α. As can be seen from Figure 2, the distance between the means 8, 9 in the embodiment shown is 2a.

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Die oben beschriebene Gleitringdichtungsanordnung gewährleistet eine ausgezeichnete Pump- bzw. Umwälzwirkung. Mit diese Anordnung ist auch der Einsatz von Schmiermitteln hoher Viskosität möglich.The mechanical seal arrangement described above ensures an excellent pumping or circulating effect. This arrangement also allows the use of high-viscosity lubricants.

Das Diagramm gemäß Figur 5 zeigt die erzielbare Förderhöhe in Abhängigkeit der Drehzahl des rotierenden Bauteils. Die Kurve 10 stellt die Werte der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung und die Kurve 11 die Werte einer herkömmlichen Patronendichtung dar. Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung zeichnet sich bei gleicher Drehzahl durch eine wesentliche höhere Förderleistung aus. Die Förderung der Flüssigkeit findet darüber hinaus auch bei niedrigen Drehzahlen von unter 1.500 U/min statt. Dadurch kann eine ausreichende Schmierung auch bei langsam drehenden Bauteilen gewährleistet werden.The diagram in Figure 5 shows the achievable delivery head as a function of the speed of the rotating component. Curve 10 shows the values of the mechanical seal arrangement according to the invention and curve 11 shows the values of a conventional cartridge seal. The mechanical seal arrangement according to the invention is characterized by a significantly higher delivery capacity at the same speed. The liquid is also delivered at low speeds of less than 1,500 rpm. This ensures sufficient lubrication even with slowly rotating components.

Wenn gleich das oben beschriebene Ausführungsbeispiel eine Doppeldichtung betrifft, ist die Erfindung selbstverständlich auch bei Einfachdichtungen anwendbar.Although the embodiment described above relates to a double seal, the invention is of course also applicable to single seals.

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Claims

1. Mechanical seal arrangement for sealing a rotating component ( 1 ) with respect to a stationary component ( 2 ), with at least one stationary slide ring ( 3 ) and at least one rotating slide ring ( 4 ) connected in a rotationally fixed manner to the rotating component, wherein the rotating component has a cylindrical, outer circumferential surface ( 6.1 ) which, together with an inner circumferential surface of the stationary slide ring, delimits an annular space ( 7 ), and wherein means ( 8 ) for introducing a liquid into the annular space and means ( 9 ) for discharging the liquid from the annular space are also provided, characterized in that the stationary slide ring ( 3 ) is arranged concentrically around the rotating component ( 1 ) and the cylindrical circumferential surface of the rotating component ( 6.1 ) in the region of the annular space ( 7 ) is provided with flattened portions ( 6.1a ) running in the axial direction.

2. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the flats ( 6.1 a) are flat

3. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that cylindrical partial areas ( 6.1 b) and flattened areas ( 6.1 a) alternate in the circumferential direction on the cylindrical surface of the rotating component.

4. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the flattened portions ( 6.1 a) are evenly distributed over the circumference.

5. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the rotating component ( 1 ) has a shaft sleeve ( 6 ).

6. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that four to eight, preferably six flattened portions ( 6.1 a) are provided on the rotating component.

7. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that means ( 8 ) for introducing the liquid into the annular space ( 7 ) and the means ( 9 ) for discharging the liquid from the annular space are provided in a region of the stationary component which, together with a radially opposite region of the rotating component, forms a further section of the annular space.

8. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that a second stationary and a second rotating sliding ring ( 3 ', 4 ') are provided, wherein the cylindrical peripheral surface ( 6.1 ) of the rotating component together with the inner peripheral surfaces of the two stationary sliding rings delimit a first and a second section of the annular space.

9. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that a second stationary and a second rotating slide ring ( 3 ', 4 ') are provided, wherein the cylindrical peripheral surface ( 6.1 ) of the rotating component together with the inner peripheral surfaces of the two stationary slide rings delimit a first and a second section of the annular space, and wherein between these two sections of the annular space the rotating component ( 1 ) forms a third section of the annular space with an opposite region of the stationary component ( 2 ), wherein the means ( 8 , 9 ) for introducing and discharging the liquid are provided in this third section of the annular space.

10. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the flattened portions ( 6.1 a) are distributed at the same angular distance α over the circumference of the rotating component and the means ( 8 ) for introducing the liquid and the means ( 9 ) for discharging the liquid are arranged at an integer multiple of the angular distance α.