Abdichtvorrichtung für eine Welle Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdicht- vorrichtung für eine durch eine Gehäusewandung geführte Welle, welche Vorrichtung insbesondere für hohe Umfangsgeschwindigkeit geeignet ist, mit zwi schen Welle und Gehäusewandung angeordneter, gegen Drehung gesicherter, jedoch axial verschieb barer Büchse, welche die Welle mit Spiel umschliesst und unter Federwirkung gegen einen auf der Welle angebrachten Bund oder eine Schulter gedrückt ist.
Im folgenden ist der Fall einer Welle mit Bund angenommen; für eine Welle mit Schulter gilt Ent sprechendes: Bei bekannten Abdichtvorrichtungen dieser Art ist zwischen die Büchse und das Gehäuse ein aus elastischem Werkstoff bestehender Dichtungsteil, z. B. ein Dichtungsring oder ein Dichtungsbalg ein gelegt, in dem die Büchse gehalten und dabei mehr oder weniger in ihn eingespannt ist.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, dass die Büchse in der Gehäusewandung berührungsfrei, unter Bildung eines zwischen ihr und der Gehäuse wandung liegenden Dichtungsspaltes, gelagert ist. Die Dichtungswirkung des Spaltes beruht auf der Viskosität (Zähigkeit) des im Spalt befindlichen Fördermediums sowie auf der zwischen den ein ander zugekehrten Flächen des Gehäuses und der Büchse wirksamen Kapillarität, die ihrerseits von der Grösse der einander zugekehrten Flächen der Teile abhängt, und zwar mit wachsender Fläche bei der Teile zunimmt.
Die praktischen Versuche ergaben, dass die Dich tungswirkung des Spaltes ausreichend ist. Bei höheren aufzunehmenden Druckdifferenzen kann der Spalt gegebenenfalls in Achsrichtung entsprechend länger ausgebildet werden. Eventuell kann ein Sperrmedium eingeleitet werden. Die gegen Drehung gesicherte, axial verschieb bare und berührungsfrei im Gehäuse gelagerte Büchse vermag jeder geringen radialen oder axialen Bewegung oder Schwingung des Bundes, gegen den sie gedrückt wird, vollständig und ohne Verzöge rung und auch praktisch ohne Änderung der An- presskräfte zu folgen. Diese bleiben bei Momentan auslenkung der Welle über den ganzen Umfang konstant.
Die Büchse kann auch nicht etwa in irgend einer schiefen Stellung, in die sie einmal auf Grund einer momentanen Bewegung von Bund und Welle gelangt ist und in der - nach Rückkehr von Bund und Welle ün die Normalstellung - die Dichtungs wirkung an der Berührungsstelle zwischen Bund und Büchse mangelhaft wäre, festgehalten werden, wie es bei den erwähnten, bekannten Abdichtvor- richtungen häufig eintritt. Bei diesen übt der zwi schen Büchse und Gehäuse befindliche Dichtungs teil (Dichtungsring) in einer solchen schiefen Stel lung mitunter Kräfte auf die Büchse aus, die in der Grössenordnung der durch die Feder hervorgeru fenen, von der Büchse auf den Bund ausgeübten Anpresskräfte liegen.
Bei Momentanauslenkung der Welle tritt dann bei diesen bekannten Abdichtvor- richtungen, ausser der Undichtheit infolge vermin derter Anpressung an gewissen Umfangsstellen, eine Störanfälligkeit auf, und zwar dadurch, dass an anderen Umfangsstellen die Büchse stärker als er wünscht angepresst wird und dort Wärme erzeugt wird, die über die Büchse auf den sie haltenden Dichtungsteil geleitet wird, wodurch dieser nach einiger Zeit - bei höheren Umfangsgeschwindigkei ten bereits nach relativ kurzer Zeit - zerstört wird und ausgewechselt werden muss.
Ähnliche Verhält nisse treten bei den erwähnten, bekannten Abdicht- vorrichtungen mit die Büchse haltendem Dichtungs teil bei momentaner oder länger anhaltender Axial- verschiebung der Welle auf. Je nach Richtung der Axialverschiebung tritt dort eine Undichtheit infolge verminderter Anpressung oder eine zu grosse Anpres- sung mit der erwähnten schädlichen, übermässigen Wärmeerzeugung ein.
Da die Reibungswärme an der Welle also bei der vorliegenden Abdichtvorrichtung in verminder tem Masse auftritt und - soweit sie auftritt - unschäd lich bleibt, können grössere Umfangsgeschwindig keiten von z. B. 60 bis 120 m/sec-1 und darüber angewendet oder - bei gleichbleibender Drehzahl grösserer Wellenumfang benutzt werden.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäss ausgebildeten Abdichtvor- richtung in einem schematischen Schnitt, bei dem die untere Hälfte der die Welle umgebenden Teile weggelassen ist.
Die Welle 1, z. B. einer Turbomaschine, etwa eines Kompressors, die eine Laufbüchse 2 und einen mit ihr drehenden Bund 3 trägt, ist in einer Gehäuse wandung 4 geführt. In dem Raum zwischen Welle 1 und Wandung 4 ist eine mit einem Graphitring 5 versehene Büchse 6 angeordnet, die mittels eines im Gehäuse sitzenden Arretierstiftes 7 gegen Dre hung gesichert und durch eine Wendelfeder 8 gegen den Bund 3, also in der Zeichnung nach links gedrückt ist.
Die Büchse 6 umschliesst die Welle 1 bzw. deren Laufbüchse 2 mit Spiel 9; durch den dem Spiel entsprechenden Spalt kann jedoch kein För- dermedium aus dem Kompressor austreten, weil die Teile 5, 3 bei 11 gleitend aneinanderliegen.
Weiter ist die Büchse 6 unter Freilassung eines Dichtungsspaltes 12 lose in der Gehäusewandung 4 geführt. Auf einen Dichtungsteil, etwa einen Gummiring zwischen Büchse 6 und Wandung 4, in dem die Büchse 6 mehr oder weniger stark einge spannt wäre, ist verzichtet. Auf Grund des in dem Spalt 9 befindlichen Mediums wird die Büchse dynamisch zentriert, auf Grund des Spieles 12 ge genüber dem Gehäuse vermag sie jeder geringfügi gen Bewegung (Wackelbewegung) des Bundes 3 und damit jeder Schwingung und Auslenkung der Welle 1 zu folgen und auch sofort wieder in die Normal stellung zurückzukehren. Sie kann nicht in einer schiefen Stellung gehalten werden, in der die Ab dichtung an der Stelle 11 mangelhaft wäre.
Das im Spalt 12 befindliche Medium unterstützt bei Aus lenkungen der Welle 1 die Zentrierung der Büchse 6, weil dann der Spalt 12 auf derjenigen Seite, nach der die Welle ausgelenkt wird, kleiner wird, der Druck sich dort also erhöht, während der Spalt 12 auf der gegenüberliegenden Seite vergrössert wird, so dass dort der Druck sinkt.
In der Zeichnung ist ferner angedeutet, wie bei spielsweise gegen den Bund 3 von der anderen Seite her zugleich eine Büchse 6' mit Graphitring 5' ge drückt sein kann. Die Büchse 6' besitzt gegenüber der Welle 1 dasselbe Spiel 9 und gegenüber einem anderen Gehäuseteil dasselbe Spiel 12 wie die Büchse 6.
Wenn die Welle 1 z. B. 100 mm Durchmesser hat, kann das Spiel 9 bei gasförmigem Zwischen film z. B. etwa 0,05 bis 0,1 mm, bei flüssigem Zwischenfilm z. B. etwa 0,1 bis 0,5 mm, grössen ordnungsmässig also etwa 0,10/9 des Wellendurch messers betragen. In der gleichen Grössenordnung liegt auch das Spiel 12. Die in Achsrichtung zu messende, wirksame Länge des Spaltes 12 ist varia bel und hängt davon ab, wie gross die Differenz der beiderseitigen Drücke und wie gross der Spalt 12 quer zur Achsrichtung ist. Je grösser der Spalt 12 quer zur Achsrichtung ist, um so länger muss er bei gleicher aufzunehmender Druckdifferenz sein. Die Länge des Spalts 12 wird in der Regel grössen ordnungsmässig etwa das 100fache des in radialer Richtung gemessenen Betrages sein.
.Die beschriebene Abdichtvorrichtung lässt sich mit Vorteil anwenden, wenn keine zu hohen Diffe renzen von Drücken beiderseits der Dichtung be stehen, weil dann die durch den Spalt 12 austre tende Menge an Leckmedium gering ist. Die Vor richtung wird besonders dann verwendet, wenn der Austritt von kostspieligem oder gefährlichem, z. B. radioaktiv verseuchtem, brennbarem oder explo siblem Fördermedium verhindert werden soll, z. B. im Fall von zur Kühlung eines Kernreaktors ver wendetem CO.-Gas oder bei Förderung von Am moniak oder Freon im Rahmen von Kälteanlagen.
Dabei kann gegebenenfalls durch Spalt 12 ein Sperr medium hindurchgeleitet sein, was besonders dann vorteilhaft ist, wenn durch die Abdichtvorrichtung höhere Druckdifferenzen aufgenommen werden sol len.
Die Ringe 5 und 5' können auch aus anderem, leicht abreibbarem, gegebenenfalls metallischem Ma terial bestehen. Die Büchsen 6 und 6' sind in der Regel aus metallischem Werkstoff, z. B. Messing hergestellt, können aber auch aus einem Kunst stoff, z. B. einem unter dem Namen Teflon be kannten Polytetrafluor-Athylen bestehen. Gegebe nenfalls kann auf die Ringe 5 und 5' verzichtet sein und die Büchsen 6 und 6' werden selbst un mittelbar gegen den Bund 3 gedrückt. Bei einer abgewandelten Ausführungsform besitzt die Welle 1 statt eines Bundes eine entsprechende Schulter, gegen die dann lediglich von einer Seite her eine Büchse 6 gedrückt werden kann.
Gegebenenfalls kann der Spalt 12 auch so aus gebildet sein, dass an der Büchse 6 oder/und am Gehäuse 4 Labyrinthvorrichtungen, z. B. Nuten oder in den Spalt hineinragende Rippen, Ringe oder der gleichen, angebracht sind. In diesem Fall kann die axiale Länge des Spalts relativ gering sein. In jedem Fall dürfen aber die Labyrinthvorrichtungen bei etwas schiefer Lage der Büchse 6 den anderen Teil nicht berühren.