DE4210506A1

DE4210506A1 - Stuffing box allowing angular spindle movement - has bush movable radially and self-aligning spindle bearing and is pressed against seal between it and centring ring

Info

Publication number: DE4210506A1
Application number: DE19924210506
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl Ing Stein; Hans-Georg Dipl Ing Reinke
Original assignee: MITTELDEUTSCHE FEUERUNGS und U
Current assignee: MITTELDEUTSCHE FEUERUNGS und U
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-10-07

Abstract

The spindle (2) works in a bearing, particularly a double-row self-aligning roller bearing (18), clear of the valve wall (1). The stuffing box moves freely with the spindle, the end face of its bush being pressed against a seal (7) between it and a centring ring (3). Thus the bush pivots at this end, and at the opposite end against the end face of the gland (6). In the flow direction of any leak, there is a second packing (14) of soft material between the gland and a stuffing-box housing (10) fixed to the flange (9) of the supporting tube. Thus leakage can take place past the seal and into a pressure chamber in the supporting tube (8) surrounding the bush, but not to the outside. ADVANTAGE - Unaffected by vibration or angular spindle movement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stopfbuchse zum Abdichten von Wellen, die mit einem möglichen Winkelversatz aus einem Gehäuse austreten, insbesondere Wellen von Absperr- und Regelklappen in Kanälen, die heiße und schadstoffbeladene Gase aus Kesseln, Industrieöfen oder dergleichen führen.The invention relates to a stuffing box for sealing shafts that with a possible angular offset emerge from a housing, in particular Shafts of butterfly valves and control valves in channels that are hot and lead polluted gases from boilers, industrial furnaces or the like.

Absperrklappen für vergleichsweise große Kanäle, in denen heiße Gase aus Kesseln und Industrieöfen abgeleitet werden, sind einer wechselnden Belastung durch unterschiedliche Temperaturen, Vibrationen und andere Ursachen ausgesetzt. Die auftretenden Kräfte führen zu einer starken Verformung der durch die Gehäusewandung der Absperrklappe hindurchgeführten Klappenwelle, die dadurch eine Neigung oder Krümmung gegenüber der Fluchtgeraden einnimmt. Dieser Umstand führt zu großen Problemen bei der Abdichtung der Klappenwelle mittels Stopfbuchspackungen, die durch die Belastungen im Betrieb eine geringe Standzeit aufweisen und häufig ausge wechselt werden müssen.Butterfly valves for comparatively large ducts in which hot gases are released Boilers and industrial furnaces are a changing one Exposure to different temperatures, vibrations and others Causes exposed. The occurring forces lead to a strong one Deformation of the shut-off valve led through the housing wall Valve shaft, which thereby causes an inclination or curvature in relation to the Takes straight line. This leads to major problems with the Sealing of the valve shaft by means of gland packings, which through the Operational loads have a short service life and are often exhausted need to be changed.

Zur Beseitigung vergleichbarer Nachteile wurde in der DE-PS 9 30 962 zur Abdichtung und Lagerung einer mit großem radialen Spiel behafteten Welle eine Stopfbüchse vorgeschlagen, welche mit dem Gehäuse eines Rührwerkes fest verbunden ist und eine Wellenlagerung in der Stopfbuchsbrille aufweist, um einen genau zentrischen Lauf der Welle zu erzielen. Durch die Lagerung der Welle in einem als Festlager ausgebildeten Gleitlager entsteht ein erheblicher Verschleiß im Lager, was sich im Laufe der Zeit gleichermaßen auf die Stopfbuchspackung auswirkt. Um die Stopfbuchspackung vor einem vorzeitigen Ausfall zu bewahren, wurde in der DE-OS 24 60 456 eine schwimmende Stopfbüchse vorgeschlagen, die mit radialem Spiel auf der Welle eines Stofflösers gelagert ist. Die Stopfbuchsdichtung besteht aus einer Weichstoffpackung in einer Stopfbuchshülse, welche unter dem Anpreß druck von Druckfedern radial beweglich gelagert wird. Zwischen dem Gehäuse des Stofflösers und der Stopfbuchshülse besteht ein Spalt, der mit einem Dichtring abgedichtet wird. Beim Betrieb des Stofflösers verlagert sich die Welle in radialer Richtung. Dadurch ist der Dichtring zwischen dem Gehäuse und der Stopfbuchshülse einem großen Verschleiß ausgesetzt. Der Gewinn an Standzeit ist so begrenzt.To eliminate comparable disadvantages in DE-PS 9 30 962 Sealing and bearing of a shaft with high radial play proposed a gland, which with the housing of an agitator is firmly connected and a shaft bearing in the stuffing box gland has to achieve an exactly centric running of the shaft. Through the The shaft is supported in a plain bearing designed as a fixed bearing significant wear in the bearing, which changes over time equally affects the stuffing box packing. To the gland packing To prevent premature failure was described in DE-OS 24 60 456 proposed a floating stuffing box with radial play on the Shaft of a pulper is mounted. The stuffing box seal consists of a soft pack in a stuffing box sleeve, which is under the pressure Pressure of compression springs is mounted so that it can move radially. Between the case of the pulper and the stuffing box sleeve there is a gap with a Sealing ring is sealed. When the pulper is operated, it shifts Shaft in radial direction. This is the sealing ring between the housing and the stuffing box sleeve is subjected to great wear. The profit at The service life is limited.

In der DE-OS 39 15 978 wurde eine vereinfachte, ebenfalls radialbewegliche Stopfbuchse zur Abdichtung einer Klappenwelle für eine Klappe zum Absperren heißer Gase vorgeschlagen. Die Weichstoffpackung überträgt die von der radialen Wellenverschiebung ausgehenden Querkräfte auf eine mittels Federscheiben eingespannte, ausschließlich radialbewegliche Gehäusebuchse für die Weichstoffpackung. Die Abdichtung des Dichtspaltes zwischen dem Gehäuse und der beweglichen Stopfbuchse erfolgt so, daß die Dichtpackung unter Zwischenschaltung einer Dichtscheibe an die auf die Gehäusewand aufgesetzte Grundplatte unter Federwirkung angepreßt wird. Die Standzeit einer derartigen radialbeweglichen Stopfbuchse ist von dem Anpreßdruck der Federringe abhängig. Bei einem starken Anpreßdruck der Stopfbuchsbrille erhöht sich der Verschleiß in Abhängigkeit von der Flächenpressung des Dichtringes. Bei einem ungenügenden Anpreßdruck besteht die Gefahr von Leckagen. Auftretende mögliche Schrägpressungen begünstigen diese negativen Auswirkungen.In DE-OS 39 15 978 a simplified, also radially movable Stuffing box to seal a valve shaft for a valve to shut off hot gases suggested. The soft pack transfers the from the radial shaft displacement emanating transverse forces on a Spring washers clamped, only radially movable housing bushing for the soft pack. The sealing of the sealing gap between the Housing and the movable stuffing box is made so that the packing with the interposition of a sealing washer on the housing wall attached base plate is pressed under spring action. The service life such a radially movable gland is from the contact pressure Spring washers dependent. When the gland is pressed hard the wear increases depending on the surface pressure of the Sealing ring. If the contact pressure is insufficient, there is a risk of Leaks. Possible oblique pressures favor these negative ones Impact.

In der DE-OS 38 21 971 ermöglicht die dargestellte Lösung zwar eine uneingeschränkte Funktion der Stopfbuchse auch bei einer Wellenverlagerung, jedoch bewirkt der relativ große Ringspalt zwischen dem Gehäuse und der Stopfbuchse insbesondere bei Absperr- und Regelklappen hohe Leckagen.In DE-OS 38 21 971, the solution shown enables one unrestricted function of the stuffing box even with one Shaft displacement, however, the relatively large annular gap between the Housing and the stuffing box, especially for butterfly and control valves high leakages.

Die Erfindung bezweckt eine Stopfbuchse mit einer langen Lebensdauer, in der Leckagen sicher vermieden werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirksame und beschädigungsfreie Stopfbuchslösung zum Abdichten, insbesondere von Klappenwellen, zu schaffen, die infolge von Schiefstellungen ihrer Achsrichtung bzw. Vibrationen und Ausschlägen bislang zu einer begrenzten Lebensdauer der Abdichtung geführt haben.The invention aims at a stuffing box with a long life, in leakage can be safely avoided. The object of the invention is to achieve this based on an effective and damage-free stuffing box solution for Sealing, especially of valve shafts, to create the result of Misalignment of their axial direction or vibrations and deflections have so far resulted in a limited seal life.

Erfindungsgemäß wird die Lösung dadurch gefunden, daß durch die Kombination zweier Stopfbuchspackungen eine verbesserte und beschädigungsfreie Abdichtung dadurch erreicht wird, daß eine zweite Stopfbuchspackung ortsfest zwischen einer axial verlängerten Stopfbuchsbrille einer ersten frei beweglichen Stopfbuchse und einem zweiten, entsprechend größerem, gleichermaßen fest angeflanschten Stopfbuchsgehäuse angeordnet ist und von einem eine zweite Stopfbuchsbrille bildenden Spannflansch zusammengepreßt wird. Dabei ist die der ersten Stopfbuchspackung zugeordnete Stopfbuchshülse in ihren als Gelenkpunkte ausgebildeten Andruckstellen jeweils an den Stirnseiten gehäuseseitig sowie der ersten Stopfbuchsbrille gegenüber frei beweglich angeordnet, so daß sie jede Wellenbewegung mit ausführen kann.According to the invention, the solution is found in that the combination two packing glands an improved and damage-free Sealing is achieved in that a second gland packing stationary between an axially elongated gland follower of a first one freely movable stuffing box and a second, correspondingly larger, equally flanged gland housing is arranged and of a clamping flange forming a second packing gland is pressed together becomes. The one assigned to the first gland packing Stuffing box sleeve in its pressure points designed as articulation points in each case on the front sides of the housing and on the first packing gland arranged freely movable opposite, so that they with every wave movement can perform.

Eine zusätzlich angeordnete Dichtung an der Stirnseite der Stopfbuchshülse verhindert größere Undichtheiten durch die vergrößerte Ringspalte zwischen dem Tragrohr und dem ersten Stopfbuchsgehäuse. An additional seal on the face of the stuffing box sleeve prevents larger leaks due to the enlarged annular gap between the support tube and the first gland housing.

Der Innendurchmesser der ersten Stopfbuchsbrille ist so ausgeführt, daß eine Wellenverlagerung nicht zu einer Berührung zwischen beiden führt, zumal die Wellenlagerung in unmittelbarer Nähe der Stopfbuchsabdichtung erfolgt. Die Stopfbuchse ist, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Stärke einer Isolierung der Kanalwandung das Tragrohr und die Stopfbuchshülse in einander entsprechender Länge ausführbar ist. Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß auf beide Stopfbuchspackungen keine radialen Kräfte einwirken können, durch die eine vorzeitige Undichtheit hervorgerufen werden könnte.The inside diameter of the first packing gland is designed so that a Shaft displacement does not lead to a contact between the two, especially since the Shaft bearing in the immediate vicinity of the gland seal. The stuffing box is further characterized in that according to the Thickness of insulation of the duct wall, the support tube and the Stuffing box sleeve is executable in corresponding length. The advantages of the invention are that both gland packings no radial forces can act due to premature Leakage could be caused.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigtThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment will. In the accompanying drawings

Fig. 1 die Klappenwellenabdichtung im Schnitt, Fig. 1, the valve shaft seal in section,

Fig. 2 eine erste Ausbildung der stirnseitigen Abdichtung der Stopfbuchshülse,
e Fig. 2 shows a first embodiment of the end-face seal of the stuffing box,
e

Fig. 3 eine zweite Ausbildung der stirnseitigen Abdichtung der Stopfbuchshülse, Fig. 3 shows a second embodiment of the end seal of the stuffing box,

Fig. 4 eine dritte Ausbildung der stirnseitigen Abdichtung der Stopfbuchshülse. Fig. 4 shows a third embodiment of the end seal of the stuffing box sleeve.

Die Klappenwandung 1 umschließt einen nicht dargestellten Kanalquerschnitt der in der Regel mit einem unter einem erhöhten Druck stehenden Medium, wie heißen Gasen aus Kesseln, Industrieöfen oder dergleichen, gefüllt ist. In der Klappenwandung 1 befindet sich ein Durchbruch für die aus dem Kanalquerschnitt herausstrebende Klappenwelle 2 und einen Zentrierring 3, der mit der äußeren Klappenwandung 1 fest verbunden ist. Unmittelbar daran anschließend stützt sich die erste Stopfbuchse mit einer frei beweglichen Stopfbuchshülse 5 auf ein Dichtelement 7 gegen den Zentrierring 3 ab. Die in ihr befindliche Stopfbuchspackung 4 wird durch eine verlängerte Stopfbuchsbrille 6 verpreßt. Dadurch wird sowohl die Welle 2 abgedichtet als auch der Andruck gegen das Dichtelement 7 erzeugt.The flap wall 1 encloses a channel cross-section, not shown, which is generally filled with a medium under increased pressure, such as hot gases from boilers, industrial furnaces or the like. In the flap wall 1 there is an opening for the flap shaft 2 emerging from the channel cross-section and a centering ring 3 which is firmly connected to the outer flap wall 1 . Immediately afterwards, the first gland is supported with a freely movable gland sleeve 5 on a sealing element 7 against the centering ring 3 . The gland packing 4 located in it is pressed by an extended gland gland 6 . As a result, both the shaft 2 is sealed and the pressure against the sealing element 7 is generated.

Bei einer Schiefstellung der Welle 2 bewegt sich die Stopfbuchshülse 5, die Wellenverlagerung mitvollziehend, jeweils über die diagonal gegenüberstehenden Gelenkpunkte an der gehäuseseitigen Stirnseite bzw. an der Verlängerung der Stopfbuchsbrille 6, wobei sich entsprechend dem jeweils vorhandenen Elastizitätsverhalten der Weichstoffpackung 4 als auch des entsprechend ausgewählten Dichtungselementes 7 zueinander eine bestimmte Wegausgleichung vollzieht. Dabei ist der Innendurchmesser der Stopfbuchsbrille so bemaßt, daß eine Winkelverlagerung der Welle 2, die in dem nahe der Stopfbuchse angeordnetem Pendelrollenlager ihren Ausgleich findet, nicht zu einer Berührung zwischen der Welle 2 und der Stopfbuchsbrille 6 führt.When the shaft 2 is skewed, the stuffing box sleeve 5 moves along with the shaft displacement, in each case via the diagonally opposed articulation points on the end face of the housing or on the extension of the stuffing box gland 6 , the soft material packing 4 and the one selected accordingly, depending on the elastic behavior present in each case seal member 7 to each other takes a certain Wegausgleichung. The inner diameter of the stuffing box gland is dimensioned such that an angular displacement of the shaft 2 , which is compensated for in the spherical roller bearing arranged near the stuffing box, does not result in contact between the shaft 2 and the gland packing 6 .

Im Rahmen der Erfindung ist die Ausführung des Dichtelementes 7 nicht auf die schematisch dargestellte Ausführungsform beschränkt. Vielmehr sind nach Fig. 2 und 3 auch andere Dichtungen derart denkbar, daß gegenüber der Dichtung 7 eine ringförmige Auswölbung des Zentrierrings 3 angeordnet oder bei Anordnung des Dichtelementes 7 gegenüberliegend in dem Zentrierring 3 eine abgerundete Aufführung der Stirnseite der Stopfbuchshülse 5 vorgesehen ist. Bei weniger hohen Dichtheitsanforderungen innerhalb einer Kanalabsperrung ist nach Fig. 4 der Einsatz von geeigneten Federelementen 23 zur Gelenkausbildung anstelle des Dichtelementes 7 möglich. Konzentrisch zur Klappenwelle 2 ist auf dem Zentrierring 3 ein sich axial erstreckendes Tragrohr 8 mit einem endseitigen Rohrflansch 9 angeordnet. Der Rohrflansch 9 enthält auf seinem Umfang Bohrungen für die Aufnahme von Befestigungsschrauben für ein zweites Stopfbuchsgehäuse 10, das mit den besagten Befestigungsschrauben und einer Flachdichtung 11 druckdicht mit dem Rohrflansch 9 verbunden ist. Weiterhin enthält der Rohrflansch 9 Bohrungen, die mit entsprechenden Bohrungen in dem Stopfbuchsgehäuse 10 korrespondieren und zur Aufnahme von Spannschrauben 12 für die axial verlängerte Stopfbuchsbrille 6 und einen Spannflansch 13 für eine zweite Weichstoffpackung 14 dienen. Die zweite Weichstoffpackung 14 ist in einer abgesetzten Bohrung 15 des Stopfbuchsgehäuses 10 angeordnet und umfaßt abdichtend den äußeren Umfang der Stopfbuchsbrille 6. Gegenüber der Stopfbuchspackung 4 besitzt die Weichstoffpackung 14 eine geringere Anzahl von Dichtringen. Beide Packungen werden durch jeweilige Spannmuttern 16 unter Zuhilfenahme geeigneter Unterlegscheiben 17 mit dem Spannflansch 13 und der Stopfbuchsbrille 6 verpreßt, bis eine Dichtheit gegenüber dem Medium im Kanal erreicht ist.In the context of the invention, the design of the sealing element 7 is not limited to the embodiment shown schematically. Rather, that opposite the gasket 7 has an annular bulge of the centering ring 3 is arranged or provided opposite in the arrangement of the sealing element 7 in the centering ring 3 is a rounded performance of the end face of the stuffing box sleeve 5 also other seals are shown in Fig. 2 and 3 in such a conceivable. At less high tightness requirements within a channel barrier 4, the use of suitable spring elements 23 is shown in FIG. Possible to joint formation in place of the sealing element 7. Concentrically with the valve shaft 2 an axially extending support tube 8 is arranged with an end pipe flange 9 on the centering ring. 3 The pipe flange 9 contains on its circumference bores for receiving fastening screws for a second stuffing box housing 10 , which is connected to the pipe flange 9 in a pressure-tight manner with the said fastening screws and a flat gasket 11 . Furthermore, the pipe flange 9 contains bores which correspond to corresponding bores in the stuffing box housing 10 and serve to receive clamping screws 12 for the axially elongated gland gland 6 and a clamping flange 13 for a second soft packing 14 . The second soft material packing 14 is arranged in a stepped bore 15 of the gland housing 10 and sealingly comprises the outer circumference of the gland gland 6 . Compared to the stuffing box packing 4 , the soft packing 14 has a smaller number of sealing rings. Both packs are pressed by respective clamping nuts 16 with the aid of suitable washers 17 with the clamping flange 13 and the stuffing box gland 6 until tightness with respect to the medium in the channel is achieved.

In einem sich ergebenden Abstand zur Klappenwandung 1 ist die Klappenwelle 2 vorzugsweise in einem zweireihigen Pendelrollenlager 18 abgestützt. Das Pendelrollenlager 18 ist in einem Lagergehäuse 19 befestigt, welches auf einer Lagerplatte 20 montiert und über Lagerwinkel 21 mit dem Rohrflansch 9 verbunden ist. Das Lagergehäuse 19 ist mit einem Lagerdeckel 22 verschlossen. Schiefstellungen der Klappenwelle 2 führen durch die Winkelbeweglichkeit des doppelseitigen Pendelrollenlagers 18 nicht zu Verkantungen und bewirken damit keinen Verschleiß im Lager. Die abdichtende Wirkung der Stopfbuchspackung und die Lebensdauer wird erhöht.At a resulting distance from the flap wall 1 , the flap shaft 2 is preferably supported in a double row spherical roller bearing 18 . The spherical roller bearing 18 is mounted in a bearing housing 19 which is mounted on a bearing plate 20 and is connected to hinge bracket 21 with the pipe flange. 9 The bearing housing 19 is closed with a bearing cover 22 . Oblique positions of the valve shaft 2 do not lead to canting due to the angular mobility of the double-sided spherical roller bearing 18 and therefore do not cause wear in the bearing. The sealing effect of the gland packing and the service life is increased.

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference numerals used

1 Klappenwandung
2 Klappenwelle
3 Zentrierring
4 Stopfbuchspackung
5 Stopfbuchshülse
6 Stopfbuchsbrille
7 Dichtungselement
8 Tragrohr
9 Rohrflansch
10 Stopfbuchsgehäuse
11 Flachdichtung
12 Spannschrauben
13 Spannflansch
14 Weichstoffpackung
15 Bohrung
16 Spannmutter
17 Unterlegscheiben
18 Pendelrollenlager
19 Lagergehäuse
20 Lagerplatte
21 Lagerwinkel
22 Lagerdeckel
23 Federelement 1 flap wall
2 valve shaft
3 centering ring
4 gland packing
5 stuffing box sleeve
6 gland packing
7 sealing element
8 support tube
9 pipe flange
10 gland housings
11 flat gasket
12 clamping screws
13 clamping flange
14 soft pack
15 hole
16 clamping nut
17 washers
18 spherical roller bearings
19 bearing housing
20 bearing plate
21 bearing bracket
22 bearing caps
23 spring element

Claims

1. Stuffing box for sealing shafts that emerge from a housing with possible angular misalignment, in particular shafts of shut-off and control flaps in ducts that carry hot and polluted gases from boilers, industrial furnaces or the like, with a radially movable stuffing box sleeve ( 5 ), thereby characterized in that the flap shaft ( 2 ), which is mounted in an angularly movable manner in a bearing spaced apart from the flap wall ( 1 ), preferably a double-row spherical roller bearing ( 18 ), is sealed by means of the stuffing box which is freely movable with the flap shaft ( 2 ), the end face of the stuffing box sleeve ( 5 ) is pressed onto an optionally available sealing element ( 7 ) between it and a centering ring ( 3 ), so that the stuffing box sleeve ( 5 ) is articulated between the two correspondingly designed articulation points on the front side of the stuffing box sleeve ( 5 ) and the front side of the stuffing box gland ( 6 ) is arranged movably, and behind the seal seen element ( 7 ) in the direction of flow of a leakage fluid, between the sleeve of the gland ( 6 ) and a gland housing ( 10 ) firmly connected to the support tube flange ( 9 ) a second soft packing ( 14 ) is arranged so that in the event of a leak on the sealing element ( 7 ) forms a pressure chamber encompassing the movable stuffing box sleeve ( 5 ) in the support tube ( 8 ), but a leakage to the outside is not possible.

2. Stuffing box according to claim 1, characterized in that the hinge point on the end face of the stuffing box sleeve ( 5 ) is designed such that the sealing element ( 7 ) is an elastic, but dimensionally and temperature-resistant material, the shaft ( 2 ) comprising and is in the centering ring ( 3 ) disc or ring, on which a rounded end of the stuffing box sleeve ( 5 ) is supported.

3. stuffing box according to claim 1, characterized in that the hinge point on the end face of the stuffing box sleeve ( 5 ) is formed such that the sealing element ( 7 ) in accordance with the material used in the end face of the stuffing box sleeve ( 5 ) in a suitable form and against the centering ring ( 3 ) is supported, which is optionally provided with an annular bulge opposite the sealing element ( 7 ).

4. stuffing box according to claim 1, characterized in that the hinge point on the end face of the stuffing box sleeve ( 5 ) is designed such that a suitable spring element 23 is arranged.

5. gland according to one of claims 1-4, characterized in that the gland ( 3 ) extends axially and the end face of the gland ( 6 ) pressing on the soft packing ( 4 ) is rounded, so that here an articulated movement is possible .

6. Gland according to one of claims 1-5, characterized in that an elastic sealing ring ( 11 ) is embedded between the pipe flange ( 9 ) and the fixed gland housing ( 10 ).

7. stuffing box according to one of claims 1-6, characterized in that according to the thickness of an insulation of the channel wall ( 1 ), the support tube ( 8 ) and the stuffing box sleeve ( 5 ) can be executed in a corresponding length.

8. Stuffing box according to any one of claims 1-7, characterized in that the bearing housing (19) is screwed to the shaft bearing having a bearing plate (20) and the bearing plate (20) with the bearing brackets (21) and the bearing angle of the pipe flange and the support tube is welded to the centering ring in such a way that an aligned arrangement of the bearing ( 18 ) with the shaft ( 2 ) is ensured.