DE657750C

DE657750C - Sealing arrangement consisting of at least two units for pistons of high pressure machines

Info

Publication number: DE657750C
Application number: DEK135652D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1934-10-18
Filing date: 1934-10-18
Publication date: 1938-03-12

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pakkung, die zur Abdichtung von Pumpenkolben oder Kolbenstangen dient, die bei Einrichtungen Verwendung finden soll, die mit außergewöhnlich hohen Drücken arbeiten. Man hat hierbei Metallpackungen angeordnet, die aus mehreren Einheiten bestehen, bei denen die Dichtungsringe nach der Druckseite hin mit unterschiedlichen Keilwinkeln versehen sind. Solche Packungen bestehen aus T-förmigen Ringen und weiteren in die Winkel des T eingepaßten Ringen. Bei diesen Dichtungsanordnungen sind die Dichtungsflächen der Dichtungsringe nach innen gerichtet, was sich in hohem Maße bei Anwendung an Kolbenstangen und auch an kleineren Tankkolben bewährt hat. Die Dichtungsringe sind nicht in die Kolbenstange oder den Kolben selbst, sondern in die umgebende Stopfbüchse bzw. in die Zylinderwandung eingesetzt. Es handelt sich bei diesen Anwendungsfällen solcher Packungen um die Abdichtung von beweglichen Flächen verhältnismäßig geringen Urnfangs mit nach innen auf diese Flächen gerichteten Kräften.The invention relates to a package used for sealing pump pistons or piston rod is used, which is to be used in facilities with exceptional high pressures work. One has arranged here metal packs, which consist of several units, in which provide the sealing rings with different wedge angles on the pressure side are. Such packings consist of T-shaped rings and more in the angles of the T fitted rings. In these sealing arrangements, the sealing surfaces are the sealing rings are directed inwards, which is to a large extent when used on piston rods and has also proven itself on smaller tank pistons. The sealing rings are not in the piston rod or the piston itself, but inserted into the surrounding stuffing box or into the cylinder wall. It deals In these applications, such packs are concerned with the sealing of movable ones Areas of relatively small size with inwardly directed towards these areas Forces.

Neben diesen Anwendungsfällen ist jedoch das Bedürfnis nach einer auch für höchste Drücke brauchbaren Kolbendichtung für größere Kolbendurchmesser entstanden, und zwar insbesondere auch nach bei hohen Temperaturen, z. B. für Höchstdruckdampfmaschinen mit 100 Atmosphären Dampfdruck bei 450⁰ C, brauchbaren Kolbendichtungen. Man hat sich gescheut, zur Befriedigung dieses Bedürfnisses die alten Wege weiterzugehen. Es schien dem Fachmann von vornherein nicht möglich, die bekannten Dichtungsanordnungen als Kolbenringe auszubilden; denn einer derartigen Verwendung schienen folgende Bedenken entgegenzustehen:In addition to these applications, however, the need for a piston seal that can also be used for the highest pressures has arisen for larger piston diameters. B. for high pressure steam engines with 100 atmospheres steam pressure at 450 ⁰ C, usable piston seals. People have shied away from going on the old ways to satisfy this need. It did not seem possible from the outset to a person skilled in the art to design the known sealing arrangements as piston rings; because such a use seemed to be countered by the following concerns:

In erster Linie ist die Abdichtung größerer Zylindermantelflächen gegenüber Hochdruckkolben üblichen Durchmessers von vornherein schon deshalb wesentlich schwieriger als die beschriebene bekannte Stopfbüchsenpackung mit nach innen gerichteten Dichtungsflächen kleineren Durchmessers, weil bei größeren Durchmessern viel größere Kräfte erforderlich sind, um den zur Abdichtung erforderlichen Flächendruck gegen die Zylinderwandung zu erzielen. Nun sind Dichtungsringe mit nach innen gerichteten Dichtungsflächen zwar verhältnismäßig leicht mit dem erforderlichen Flächendruck um die zugehörige Kolbenstange o. dgl. zu spannen, da schon durch die etwas enger als die Kolbenstange gewählte Bohrung der Ringe eine Vorspannung erzielt wird; eine nach außen gerichtete Vorspannung derartiger Dichtungsringe ist auf diesem Wege sachgemäß fast unmöglich, weshalb der Ring von vornherein schon auf den durch Wärme gedehnten Zylinderdurchmesser auf + 0,02 mm genau abgdreht wird. Ferner wird bei nach innen gerichteten Dich-First and foremost is the sealing of larger cylinder jacket surfaces against high-pressure pistons The usual diameter is therefore much more difficult from the outset than that described known gland packing with inwardly directed sealing surfaces smaller diameter, because larger diameters require much greater forces are to the surface pressure required for sealing against the cylinder wall to achieve. Now there are sealing rings with inward facing sealing surfaces although relatively easy with the necessary surface pressure around the associated To tighten the piston rod or the like, because it is a bit narrower than the piston rod selected bore of the rings a preload is achieved; an outward one Pre-tensioning such sealing rings is practically impossible in this way, which is why the ring is already set to the cylinder diameter, which has been expanded by heat, from the outset is turned off with an accuracy of + 0.02 mm. Furthermore, in the case of inward-facing seals

tungsflächen die Dichtung verbessert, wenn die von ihnen utrfgebetie Kolbenstange o. dgl. sich beim Arbeiten ausdehnt, da deren Ausdehnung größer als die Ausdehnung der umgebenden Stopfbüchse bzw. Wandung ist. Umgekehrt liegen die Verhältnisse ganzanders. Bei Lagerung der Dichtungen am Kolbenumfang ist zu berücksichtigen, daß die spezifische Dehnung von Metallkolben ίο o. dgl. und Gußeisenwand ebenfalls sehr verschieden ist, so daß durch Erwärmung der Dichtung mit dem Kolben Dehnungen hervorgerufen werden, die ein Verklemmen des Kolbens verursachen müßten.processing surfaces improves the seal when the piston rod or the like utrfgebetie of them. expands while working, since its expansion is greater than the expansion of the surrounding area Stuffing box or wall is. Conversely, the situation is completely different. When storing the seals on the circumference of the piston, it must be taken into account that the specific expansion of metal pistons ίο or the like and cast iron wall also very different is, so that the heating of the seal with the piston causes expansions that jamming of the piston would have to cause.

Aus diesen Gründen wurde bisher eine Lösung des Problems der Hochdruckkolbenabdichtung für einfach oder doppelt wirkende Kolben nicht auf den gewiesenen Wegen angestrebt, vielmehr erfolgte die eigentliche Lösung auf verschiedenen anderen Wegen. So hat man z.B. Hochdruqkdampfmaschinen lediglich wegen der Dichtungsschwierigkeiten unter Inkaufnahme des schlechteren Wirkungsgrades nur einfach wirkend gebaut und mit nur dafür geeigneten andersartigen Liderungsringen. For these reasons, there has been a solution to the problem of the high pressure piston seal for single or double-acting pistons not aimed for in the indicated ways, rather, the actual solution came in various other ways. For example, high-pressure steam engines are only used because of the sealing difficulties at the acceptance of the poorer degree of efficiency only single-acting and built with only suitable different types of eyelid rings.

Die Erfindung bildet nun die Dichtungen nach den bekannten Metallpackungen dadurch weiter aus, daß sie eine zwar allgemein, insbesondere aber für große Kolben- von Hochdruckmaschinen und hohe Temperaturen brauchbare Dichtungsanordnung schafft, und zwar durch die Verwendung von Dichtungsringen mit nach außen gerichteten Dichtungsflächen. Diese Verwendung ist möglich geworden, nachdem, sich, durch eingehende Versuche überraschenderweise gezeigt hat, daß die nach innen gerichteten Dichtungsflächen bei der vorgenannten bekannten Anordnung unter bestimmten Abänderungen grundsätzlich auch für die allgemeine Lösung der Dichtungsfrage bei Kolben Anwendung finden können. Durch die neuen Dichtungen werden die nachteiligen und umständlichen bisherigen Hilfsmittel überflüssig, insbesondere wird durch sie der doppeltwirkenden Hochdruckdampf- oder Kraftmaschine der Weg gebahnt. Die wegen ihres Graphitgehalts als Schmierhilfsmittel bisher in solchen Fällen verwendeten gußeisernen Kolbenringe, in welchen wegen hoher Temperatur und hohen Druckes andere Schmiermittel versagen, können bei Verwendung der neuen Dichtungen in Wegfall kommen, da dann auch unter solchen Bedingungen eine wichtige ölschmierung möglich bleibt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Anordnung einer Aussparung in der der Zylinderfläche zugekehrten Mantelfläche einer Einlage, zur Aufnahme von eingespritztem öl, die sonst bei Hochdruckdampfmaschinen oder in ähnlichen Fällen beobachtete Zersetzung des Öles nicht eintritt, weil der Dampf nicht bis zu dieser öl enthaltenden Aussparung gelangt.The invention now forms the seals according to the known metal packings thereby further from the fact that it is a general, but especially for large piston of high pressure machines and high temperature provides useful seal assembly, and through the use of sealing rings with outwardly facing sealing surfaces. This use has become possible after, yourself, through thorough experimentation Surprisingly has shown that the inwardly facing sealing surfaces in the aforementioned known arrangement with certain changes in principle can also be used for the general solution of the sealing question for pistons. Through the new seals will be the disadvantageous and cumbersome previous aids are superfluous, in particular they paved the way for the double-acting high-pressure steam engine or engine. The cast iron piston rings previously used in such cases as a lubricant because of their graphite content, in which other lubricants can fail due to high temperature and high pressure if the new seals are used, they are no longer applicable, since then also under such Conditions an important oil lubrication remains possible. It has been shown that that when a recess is arranged in the lateral surface facing the cylinder surface an insert to hold the injected oil, which is otherwise found in high-pressure steam engines or in similar cases observed decomposition of the oil does not occur because of the steam not up to this oil-containing recess got.

Da die Dehnung einer bestimmten Legierung durch Wärme bekannt ist und berechnet Werden kann, so wählt man an Stelle des Gußeisens für die Dichtungsringe geeignete bekannte Speziallegierungen, deren Dehnungsgröße für die vorherbestimmte hohe Tempe- ratur genau begrenzt ist, so daß der erforderliche Dichtungsdruck erreicht wird. Diese Legierungen brauchen dem Erfordernis der Selbstspannung nicht zu genügen und wirken hinsichtlich Verschleiß, Bildung des Ölfilms und Ölverbrauchs günstiger, da das bei Gußeisen beobachtete.Aufsaugen von öl vermieden werden kann. Die so berechnete und nach ihrer Dehnung ausgewählte Legierung für nach außen gerichtete Dichtungsflächen ergibt eine härtere Dichtung als bei nach innen gericheten Dichtungsflächen der bekannten Bauart.Because the elongation of a certain alloy due to heat is known and calculated Can be chosen instead of cast iron for the sealing rings suitable known ones Special alloys, the expansion of which for the predetermined high temperature rature is precisely limited so that the required sealing pressure is achieved. These Alloys do not need to meet the requirement of self-tensioning and are effective cheaper in terms of wear, formation of the oil film and oil consumption, as this is the case with cast iron observed. Soaking up oil can be avoided. The so calculated and after Alloy selected for their elongation for outwardly facing sealing surfaces a harder seal than with inwardly directed sealing surfaces of the known Design type.

Aus der Zeichnung geht der Querschnitt eines Kolbens mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung hervor. Eine aus mindestens zwei Einheiten bestehende Dichtungsanordnung ist bei allen Kraftmaschinen der bezeichneten Art notwendig, da die Dichtungswirkung bei jedem Kolbenhub vornehmlieh auf der Druckseite des Kolbens gegen den Dampf oder die anderen Mittel ausgeübt wird. α ist der Kolben, b_± und b₂ sind die Aussparungen von verschiedener Tiefe für die Dichtungsringe, und in der Aussparung b% ist eine Einlage c fest gelagert mit einem radialen Ansatz c'. An ihrem Ende ist d ein Widerlager als Stützpunkt für die Feder d' vorgesehen. Die eigentlichen Dichtungsringe bestehen aus den Ringen e_u e₂ mit den Keilflächen Z₁, f_it dem Ringg mit T-förmigem Querschnitt und den Ringen H₁ und H₂, welche die Hauptdichtungsfläche tragen. d₂ ist eine ■ zweite Feder, welche sich gegen den Ring e₃ des nächsten Dichtungsringes abstützt und in dem Ansatz c' gelagert ist. Der zweite Dichtungsring ist entsprechend aus den Ringen <?₃, ^ei> Sv ^h: hi zusammengesetzt, jedoch mit flacheren Keilflächen ^₃, /₄. Daraus ergibt sich dieselbe Wirkungsweise hinsichtlich einer Ab- 11.0 dichtung nach außen, wie sie in dem Patent 502578 für eine Abdichtung nach innen beschrieben ist. Die Federn O₁, d_s müssen namentlich bei sehr schnellem Hinundhergang des Kolbens im Gegensatz zu den Federn h des Hauptpatents von solcher Stärke sein, daß sie auch bei den Massenwirkungen des Hinundhergangs ihre elastische Druckwirkung ausüben.The drawing shows the cross section of a piston with the sealing arrangement according to the invention. A sealing arrangement consisting of at least two units is necessary in all power machines of the specified type, since the sealing effect is exerted primarily on the pressure side of the piston against the steam or the other means during each piston stroke. α is the piston, b _± and b ₂ are the recesses of different depths for the sealing rings, and in the recess b% an insert c is firmly mounted with a radial extension c '. At its end an abutment is provided as a base for the spring d 'd. The actual sealing rings consist of rings e _w ₂ with the wedge surfaces Z _1, f _it the Ringg with T-shaped cross section and the rings H ₁ and H _2, which have the primary sealing surface. d ₂ is a ■ second spring which is supported against the ring e _{3 of} the next sealing ring and is mounted in the shoulder c '. The second sealing ring is correspondingly out of the rings <? ₃ , ^e i> Sv ^ h: hi composed, but with flatter wedge surfaces ^ ₃ , / ₄ . This results in the same mode of operation with regard to an 11.0 seal to the outside as is described in patent 502578 for a seal to the inside. In contrast to the springs h of the main patent, the springs O ₁ , d _s must be of such strength that they exert their elastic compressive action even with the mass effects of the reciprocating movement of the piston.

Zum Zwecke der Ölung sind die Ansätze c' lao der Einlagestücke c so ausgebildet, daß ihre Umfläche ein wenig, beispielsweise 2 mm, vonFor the purpose of oiling, the approaches c ' lao of the insert pieces c are designed so that their surrounding area a little, for example 2 mm, of

der Zylinderfläche absteht und so ein Zwischenraum k für das öl in Gestalt eines Ölbades bleibt. Die Ölung erfolgt dann so, daß von einer Ölpumpe ein Tropfen Öl in dieses ölbad am Ende des Kolbenhubes gedruckt wird und nur in das eine ölbad, welches auf der Seite des niederen Druckes und der niederen Temperatur für den folgenden Kolbenhub steht. Das öl wird dann bei diesem Kolbenhub mitgenommen, und es hat sich gezeigt, daß die eintretende Erwärmung des Öles keine Temperaturen erreicht, welche seine Schmierfähigkeit zerstören.
Unter Umständen kann dem Keilring e_± ein zylindrischer Ansatz an der Innenseite gegeben werden, der sich über den Keilring e₂ erstreckt und sich dichtend an die Innenfläche dieses Keilrings anlegt.the cylinder surface protrudes and so a gap k remains for the oil in the form of an oil bath. The oiling then takes place in such a way that an oil pump presses a drop of oil into this oil bath at the end of the piston stroke and only into the one oil bath which is on the side of the low pressure and the low temperature for the following piston stroke. The oil is then carried along with this piston stroke, and it has been shown that the heating of the oil does not reach temperatures which destroy its lubricity.
Under certain circumstances, the wedge ring e _{± can be given} a cylindrical extension on the inside, which extends over the wedge ring e ₂ and rests against the inner surface of this wedge ring in a sealing manner.

Claims

Patent claims:

i. Consisting of at least two units Sealing arrangement for pistons of high-pressure machines with the highest pressures, where embedded in T-shaped rings Provide sealing rings with different wedge angles on the pressure side are characterized by the use of these embedded in T-shaped rings, on the pressure side provided with different wedge angles ■ sealing rings with outwardly directed Sealing surfaces on the circumference of high pressure machine pistons, in particular at high temperatures.

2. Sealing arrangement according to claim 1, characterized in that an insert (c) is placed in the recess of the piston located on the pressure side, which in its lowest radial projection (c ') facing away from the pressure side has an axially acting between the two units Spring (d ') receives, and through ■ an abutment (d) at the end of the piston, which forms the support point for the same spring (J ₂ ).

3. Sealing arrangement according to claim 2, characterized in that the lateral surface of the insert (c) facing the cylinder running surface is provided with a recess (k) known per se for receiving injected oil.

1 sheet of drawings