HU213078B

HU213078B - Compact sealing unit of long durability

Info

Publication number: HU213078B
Application number: HU580590A
Authority: HU
Inventors: Istvan Danyi; Zoltan Danyi
Original assignee: Danyi
Priority date: 1990-09-06
Filing date: 1990-09-06
Publication date: 1997-02-28
Also published as: HUT59212A; HU905805D0

Abstract

A találmány szerinti tömítőegység tömítésházat, a tömítésházban legalább három, radiális tömítési hellyel rendelkező tömítőgyűrűt (8, 9) és olajteret (16, 17) tartalmaz, ahol a tömítőgyűrűk (8, 9) a víztér felől záródóan vannak elrendezve és közöttük legalább két egymástól, valamint külső olajforrástól független, zárt olaj tér (16, 17) van. A tömítésház (1) tömítőtárcsával (3) van ellátva, és ennek külső oldalába olyan, a forgó tengellyel (14) egytengelyű forgásfelület (18) van bemunkálva, amelynek sugara a tömítőgyűrűktől (8, 9) távolodva növekszik, a forgó tengely (14) és a tömítőgyűrűk (8,9) között védőpersely (15) van és a tömítőgyűrűk (8, 9) között az olajterekben (16, 17) réseit távtartó gyűrűk (4) vannak. HU 213 078 B A leírás terjedelme: 6 oldal (ezen belül 2 lap ábra)The sealing unit according to the invention comprises a sealing housing, at least three sealing rings (8, 9) and an oil chamber (16, 17) having a radial sealing location in the seal housing, wherein the sealing rings (8, 9) are arranged at the water space and at least two of them are spaced apart. and a closed oil space (16, 17) independent of an external oil source. The seal housing (1) is provided with a sealing disc (3), and its outer side is machined by a rotary axis (18) with a rotary axis (14) whose radius extends away from the sealing rings (8, 9), the rotating shaft (14) and a sealing sleeve (15) between the sealing rings (8.9) and spacer rings (4) between the sealing rings (8, 9) in the oil spaces (16, 17). EN 213 078 B Scope of the description: 6 pages (including 2 sheets)

Description

A találmány tárgya hosszú élettartamú kompakt tömítőegység, forgástengelyek tömítésére, amely tömítésházat, tömítőgyűrűket és olajteret tartalmaz.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a long-life compact sealing unit for sealing rotary shafts comprising a seal housing, sealing rings and an oil space.

Ilyen jellegű tömítőegységeket a műszaki életben számos helyen, például szivattyúkban alkalmaznak. A tömítésházakban lévő tömítési helyeken lehetnek például karmantyús tömítések vagy ajakos tömítőgyűrűk, amelyek a forgó tengellyel érintkezve radiális tömítési helyeket alkotnak.Such sealing units are used in many applications in the technical world, such as pumps. The sealing points in the seal housings may include, for example, sleeve seals or lip seals, which, when in contact with the rotating shaft, form radial sealing points.

A rendkívül sok irányú követelményekhez alkalmazkodva igen sokféle anyagú és kialakítású tömítést gyártanak, amelyek élettartamát alapvetően a tömítőelemre ható nyomás, hőmérséklet, a kerületi sebesség, a kenési körülmények és a határolt térben vagy szállított közegben lévő koptatóanyag-tartalom, valamint radiális tömítések esetén a tengely keménysége és felületminősége határozza meg. Az alkalmazás néhány jellemző esetét szemlélteti a SIMRIT katalógus 32-39. oldala. A radiális tömítőgyűrűk előnye az alacsony ár, az egyszerű szerelhetőség, az igen kicsi axiális irányú helyigény és koptatóanyagmentes környezetben a kedvező élettartam. Szilárd anyagokat, például zagyot, szennyező szemcséket stb. tartalmazó közeg a viszonylag puha, radiális tömítőgyűrűket az ismert megoldásokban rövid idő alatt tönkreteszi.Adapting to extremely multi-directional requirements, a variety of materials and configurations are manufactured that have a lifetime of pressure, temperature, circumferential velocity, lubrication conditions and abrasive content in the confined space or transport medium, and in the case of radial seals. and surface quality. Some features of the application are illustrated in pages 32-39 of the SIMRIT Catalog. side. The advantage of the radial sealing rings is their low price, easy installation, very small axial space and wear-free environment. Solids such as slurries, contaminating particles, etc. medium will destroy relatively soft, radial sealing rings in the prior art in a short period of time.

Olyan megoldások is ismertek (lásd például a DE OS 2 743 112 vagy 2 545 736 sz. közrebocsátási iratokat), ahol a fenti okokból több, például három egymást követő és azonos irányból záródó radiális tömítőelemet alkalmaznak. A tömítőelemek kenésére, illetve esetleges hűtésére egy, a tömítőelemek oldalánál elhelyezkedő olajtér van kialakítva, amely valamelyik két tömítőelem között érintkezik a forgástengellyel.There are also known solutions (see, for example, DE OS 2 743 112 or 2 545 736), for which, for these reasons, several, for example, three consecutive and radially sealing members are used. For lubricating or possibly cooling the sealing elements, there is provided an oil space located at the side of the sealing elements, which is in contact with the axis of rotation between one of the sealing elements.

Ezen megoldások gyakorlatilag nem hosszabbítják meg érdemben a tömítőgyűrűk élettartamát, minthogy az olajtér a koptató szilárd részecskék eltávolítására nem alkalmas és csak egyetlen helyen van kialakítva.These solutions do not substantially extend the life of the sealing rings, since the oil space is not capable of removing abrasive solids and is located in one place only.

A koptató anyagokat tartalmazó közegek tömítéséhez olyan kemény anyagból készült csúszógyűrűs (axiális) tömítéseket alkalmaznak, ahol az állógyűrűk a tömítésházban vannak rögzítve és a forgógyűrűk a tengelyhez vannak erősítve. A tömítés az állógyűrű és a forgógyűrű közötti, igen finoman megmunkált, egymáson csúszó felületek között történik. Ilyen megoldást ismertet például a 216 894 sz. osztrák szabadalmi leírás.For sealing media containing abrasive materials, sliding ring seals (axial) made of hard material are used where the stationary rings are fixed in the seal housing and the rotary rings are fixed to the shaft. The sealing is done between very tightly worked, sliding surfaces between the stationary ring and the rotary ring. Such a solution is described, for example, in U.S. Patent No. 216,894. Austrian patent specification.

A folyadékteret az olajtértől két kemény anyagból (leginkább keményfém-keményfém) készített és rugóval összeszorított csúszógyűrűvel, az olajteret a motortértől szintén rugóval összefeszített, általában grafitkeményfém csúszógyűrűvel tömítik. Az olajtér szerepe a csúszó felületek kenése, valamint hűtése. Az olajtér meglehetősen nagy amiatt, hogy a keményfém gyűrűk egymáson csúszása miatt tekintélyes hőmennyiséget kell - a forgás miatt turbulens olajáramlással közvetítve - az olajtér külső falán (szivattyúház) a hűtőközegnek átadni. (A fenti megoldást bemutató ábrák szerepelnek: FLYGT katalógus 6-7. oldalán és az ABS Pumpen AFP - típussorozat katalógus 2. oldalán is.)The fluid chamber is sealed with a spring sliding ring made of two hard materials (mostly carbide-carbide) and the oil chamber is also sealed with a spring, usually a graphite-carbide sliding ring. The role of the oil space is to lubricate and cool sliding surfaces. The oil space is quite large due to the fact that due to the sliding of the carbide rings, a considerable amount of heat has to be transferred to the refrigerant via the turbulent oil flow due to rotation. (See illustrations for the above solution: also on page 6-7 of the FLYGT catalog and on page 2 of the ABS Pumpen AFP type series catalog.)

A bemutatott kettős axiális tömítéssel határolt egy olajteres tengelytömítés hátránya a viszonylag nagy helyigény és olajszükséglet, a meghibásodás esetén komplett cserét igénylő költséges tömítőegységek. Az olajteret a motortértől is el kell szigetelni, ami axiális tömítések alkalmazása esetén azzal a további hátránynyal jár, hogy a hajtásoldalon a szivattyú járókereke távol esik a csapágyaktól. Emiatt nagyméretű és erősen terhelt csapágyazás, valamint növelt tengelyátmérő szükséges, ami a tengelytömítést jobban igénybevevő nagyobb kerületi sebességet eredményez.The disadvantage of the oil seal shaft seal, as shown by the double axial seal shown, is the relatively large space requirements and oil requirements, as well as costly replacement units requiring complete replacement in the event of a failure. The oil space must also be insulated from the engine compartment, which has the additional disadvantage of using the pump impeller on the drive side away from the bearings when using axial seals. As a result, large and heavily loaded bearings and increased shaft diameter are required, resulting in higher peripheral speeds requiring greater shaft sealing.

A jelen találmánnyal ezért olyan tömítőegység kialakítása a célunk, amelynek élettartama a hagyományos megoldásokénál lényegesen nagyobb, ugyanakkor egyszerű felépítésű, kis helyigénye van, olcsó, és működése biztonságos, karbantartást gyakorlatilag nem igényel.The object of the present invention is therefore to provide a sealing unit which has a significantly longer service life than conventional solutions, yet is simple in design, low in space, inexpensive and safe in operation and practically maintenance-free.

Találmányunk alapja az a felismerés, hogy a tömítőelemre jellemző élettartam azáltal növelhető, ha az élettartamot csökkentő hatások egy részét fokozatosan visszatartjuk, illetve az egy irányban záródóan elrendezett tömítőelemekre lépcsőzetesen adjuk át, azaz a tömítési helyek igénybevételét a tömítési helyek elrendezésével befolyásoljuk.The present invention is based on the discovery that the lifetime of a sealing member may be increased by gradually retaining some of the life-reducing effects, or by stepwise transferring it to one-way sealing members, i.e., by affecting the use of sealing locations by arranging the sealing locations.

A kitűzött feladatot tehát olyan tömítőegységgel oldottuk meg, amely a forgó tengelyek tömítésére alkalmazott tömítésházban legalább három, radiális tömítési hellyel rendelkező tömítőgyűrűt és olajteret tartalmaz, ahol a tömítőgyűrűkben a tömítőelemek a víztér felől záródóan vannak elrendezve, ahol a találmány szerint a tömítőgyűrűk között legalább két, egymástól, valamint külső olajforrástól független, zárt olajtér van, továbbá a tömítésház tömítőtárcsával van ellátva, és ennek külső oldalába olyan, a forgó tengellyel egytengelyű forgásfelület van bemunkálva, amelynek sugara a tömítőgyűrűktől távolodva növekszik.The object of the present invention is thus achieved by a sealing unit comprising at least three sealing rings and an oil space in the sealing housing used for sealing the rotary shafts, wherein the sealing rings are arranged sealingly from the water space, wherein at least two sealing rings are provided. a sealed oil space independent of each other and an external oil source, and provided with a sealing disc for the seal housing and an outer rotating surface which is radially offset from the sealing rings.

A forgó tengely és a tömítőgyűrűk között célszerűen védőpersely van elrendezve, hogy a forgó tengely bármilyen kopását, károsodását elkerüljük.A protective sleeve is preferably provided between the rotating shaft and the sealing rings to prevent any wear or damage to the rotating shaft.

A tömítőelemek, illetve tömítőgyűrűk között az olajterekben résekkel ellátott távtartó gyűrűk vannak, hogy az olaj szabadon áramolhasson az olajtérben.There are spacer rings with gaps between the sealing elements or sealing rings to allow the oil to flow freely in the oil space.

A fentiek szerint kialakított tömítőegység a hagyományosnál sokszorosan nagyobb élettartammal rendelkezik, illetve a csúszógyűrűkkel összehasonlítva az élettartam/ár hányados lényeges kedvezőbb. A tömítőegység legalább két olajtere viszonylag kicsi és zárt, azaz külső olajforrással nincs kapcsolatban, így a szükséges olajmennyiség is kisebb, mint a hagyományos megoldásoknál. Ugyanakkor viszonylag olcsó, egyszerű felépítésű és könnyen, biztonságosan üzemeltethető. Szükség esetén az egész tömítőegység vagy bármelyik része gyorsan és egyszerűen kicserélhető.The sealing unit formed as described above has a much longer lifetime than the conventional one, and the lifetime / price ratio is significantly better than the sliding rings. The sealing unit has at least two oil spaces that are relatively small and closed, i.e. not connected to an external oil source, so that the amount of oil required is less than with conventional solutions. However, it is relatively inexpensive, simple in design, and easy to operate safely. If necessary, the entire sealing unit or any part can be replaced quickly and easily.

A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon azFurther details of the invention will be illustrated by way of example in the drawings. In the drawing it is

1. ábra a találmány szerinti tömítőegység egy kiviteli alakjának metszete, ahol a szivattyú forgástengelye körül három Simmering gyűrű és két olajtér van elrendezve, aFigure 1 is a sectional view of an embodiment of a sealing unit according to the invention, wherein three Simmering rings and two oil spaces are arranged around the axis of rotation of the pump;

2. ábra a találmány szerinti tömítőegység egy másik kiviteli alakjának metszete, ahol ugyancsak egy szivattyú forgástengelye körül két Sim2Fig. 2 is a sectional view of another embodiment of a sealing unit according to the invention, also showing two Sim2 circuits around the axis of rotation of a pump;

HU 213 078 Β mering gyűrű és egy ajakos tömítőgyűrű van elhelyezve a tömítőegységben.EN 213 078 Β a mering ring and a lip sealing ring are located in the sealing unit.

Az ábrákon látható megoldásoknál 13 szivattyúházban ágyazott forgó 14 tengely körül 15 védőpersely van elhelyezve és ezt veszi körül az 1 tömítésházból és a 8, illetve 9 tömítőgyűrűkből álló tömítőegység.In the embodiments shown in the figures, a protective sleeve 15 is arranged around a rotary shaft 14 embedded in a pump housing 13 and is surrounded by a sealing unit consisting of a sealing housing 1 and sealing rings 8 and 9, respectively.

Az 1 tömítésházat 6 csavarok rögzítik a 13 szivattyúházban. Az 1 tömítésháznak a folyadéktér felőli oldalán 3 tömítótárcsa van elhelyezve. Ezt a már említett 6 csavar szorítja 7 „Ο’’-gyűrűvel tömítetten a 13 szivattyúházhoz. A 3 tömítótárcsa belső részénél a tömítési helytől kifelé nyíló kúpos 18 forgásfelület van kialakítva, amely a forgás során a 8 és 9 tömítőgyűrűktől elvezeti a koptató részecskék jelentős részét a centrifugális erő segítségével, azaz fázisszétválasztást végez.The sealing housing 1 is secured by screws 6 in the pump housing 13. A sealing disc 3 is disposed on the liquid side of the sealing body 1. This is screwed by the aforementioned screw 6, which is sealed to the pump housing 13 by a ring "7" "". At the inner part of the sealing disc 3, a conical pivoting surface 18, which opens outwardly from the sealing area, is formed which, during rotation, directs a large part of the abrasive particles from the sealing rings 8 and 9 by centrifugal force, i.e. phase separation.

Az 1 tömítésházbán a 8 és 9 tömítőgyűrűk alatt 2 kinyomógyűrű, közöttük 4 réseit távtartó gyűrűk vannak elhelyezve. Fölülről az 1 tömítésházat 5 szorítótárcsa zárja le, amelyet a 6 csavar rögzít.Below the sealing rings 8 and 9, the sealing housing 1 is provided with a discharge ring 2, with spacer rings 4 between them. From above, the sealing housing 1 is closed by a clamping disc 5 which is secured by a screw 6.

Az 1. ábrán bemutatott megoldásnál a 8 tömítőgyűrűk karmantyús tömítések, míg a 2. ábrán látható kiviteli alaknál az első két 8 tömítőgyűrű szintén karmantyús tömítés, a harmadik 9 tömítőgyűrű pedig teflon és/vagy grafittartalmú rugalmas ajakos gyűrű, amely különlegesen nagy élettartamú, amennyiben a tömítési helyen koptató hatás nem éri.In the embodiment shown in Figure 1, the sealing rings 8 are sleeve seals, whereas in the embodiment shown in Figure 2, the first two sealing rings 8 are also sleeve seals and the third sealing ring 9 is a Teflon and / or graphite-containing elastic lip ring. no abrasion at sealing site.

A víztér felől záródóan elrendezett 8 és 9 tömítőgyűrűk között külön zárt 16 és 17 olajterek vannak kialakítva. Az ezekben lévő olaj biztosítja egyrészt a 8 és 9 tömítőgyűrűk kenését és hűtését, másrészt szenynyezőcsapdaként is működik, minthogy az elkopott 8 tömítőgyűrűk mentén esetlegesen beáramló koptató szemcsék a 4 réseit távtartó gyűrűkön keresztül a centrifugális erő hatására a 16 és 17 olajterek külső részébe kerülnek és csak nagyobb mennyiség behatolása után jutnak a 8, illetve 9 tömítőgyűrűk tömítési helyeihez.Separately sealed oil spaces 16 and 17 are formed between sealing rings 8 and 9 arranged from the water space. The oil contained therein provides lubrication and cooling of the sealing rings 8 and 9 on the one hand and acts as a dirt trap, since any abrasive grains flowing through the worn sealing rings 8 through the slit spacer rings only to the outside of the oil spaces 16 and 17 after penetration of a larger quantity, they reach the sealing points of the sealing rings 8 and 9, respectively.

A találmány szerinti tömítőegység működése során először csak a legalsó 8 tömítőgyűrűre hat a szivattyú által szállított folyadék nyomása és a folyadékban esetleg jelenlévő szilárd részecskék koptató hatása. A középső 8 tömítőgyűrűre és a fölső 8, 9 tömítőgyűrűre csak a tengely forgásából adódó koptató hatás érvényesül. A szállított közeg nyomását, fizikai és kémiai hatásokat (például koptatóanyag-tartalom, hőmérséklet stb.) a legalsó 8 tömítőgyűrű teljes mértékben felveszi. A középső 8 tömítőgyűrű és fölső 8, 9 tömítőgyűrű eközben optimális körülmények között, olajkenéssel üzemel.During the operation of the sealing unit according to the invention, only the lowest sealing ring 8 is initially affected by the pressure of the liquid conveyed by the pump and by the abrasion effect of any solid particles present in the liquid. The central sealing ring 8 and the upper sealing ring 8, 9 are subject only to abrasion due to rotation of the shaft. The pressure of the transported medium as well as the physical and chemical influences (e.g. abrasive content, temperature, etc.) are fully absorbed by the lower sealing ring 8. Meanwhile, the middle sealing ring 8 and the upper sealing ring 8, 9 operate under oil lubrication under optimum conditions.

A legalsó 8 tömítőgyűrű elhasználódásakor a középső 8 tömítőgyűrűre hat a nyomás és a kémiai hatások, valamint részlegesen a fizikai hatások, például a hőmérséklet. A koptató anyagokat viszont a legalsó 8 tömítőgyűrű még mindig kizárja. A legfölső 8, 9 tömítőgyűrű továbbra is optimális körülmények között üzemel.When the lower sealing ring 8 is worn out, the middle sealing ring 8 is exposed to pressure and chemical effects and partly to physical effects such as temperature. However, abrasive materials are still excluded by the lower 8 sealing rings. The upper sealing ring 8, 9 continues to operate under optimum conditions.

A középső 8 tömítőgyűrű elhasználódásakor a legfölső 8, 9 tömítőgyűrűre a tengely forgásából adódó hatásokon kívül még mindig csak a nyomás hat teljes egészében. A már tömítésre alkalmatlan alsó és középső 8 tömítőgyűrűk, valamint természetesen az olajterek a legfelső 8, 9 tömítőgyűrű terhelését azonban még mindig csökkenti oly módon, hogy a kémiai hatásokat részlegesen, a fizikai hatásokat pedig szinte teljes mértékben kiszűrik.In addition to the effects of rotation of the shaft, when the central sealing ring 8 is worn, only the full pressure is still applied to the upper sealing ring 8, 9. However, the already unsuitable lower and middle sealing rings 8 and, of course, the oil spaces still reduce the load on the uppermost sealing rings 8, 9 by partially and almost completely eliminating the chemical effects.

A működés teljes időtartama alatt védi a 8, 9 tömítőgyűrűket a fázisszétválasztó tárcsa, amely jelentős mértékben csökkenti a tömítéshez eljutó szennyező anyag mennyiségét.Throughout the operation, the sealing rings 8, 9 are protected by a phase separation disc, which significantly reduces the amount of impurities entering the seal.

Vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy a találmány szerinti tömítőegységben négynél több tömítési hely és háromnál több olajtér kialakítása nem célszerű, mivel a tengely forgásából adódó hatások valamennyi 8, 9 tömítőgyűrűre hatnak és amire a legfölső 8, 9 tömítőgyűrűn átjut a szállított közeg hatása, addigra a tengely forgásából adódó koptató hatások gyakorlatilag a legfölső 8,9 tömítőgyűrűt is elkoptatják.Our investigations have shown that it is not desirable to have more than four sealing points and more than three oil spaces in the sealing unit according to the invention, since the effects of rotation of the shaft affect all sealing rings 8, 9 and the upper sealing rings 8, 9 the abrasion effects caused by the rotation of the shaft virtually wear off the upper 8.9 sealing ring.

A találmány szerinti tömítőegységgel ily módon viszonylag olcsó radiális 8, 9 tömítőgyűrűk segítségével forgástengelyek tömítése, koptató hatású közegek esetében is biztonságosan és költségtakarékos módon megvalósítható. A 8, 9 tömítőgyűrűk a tömítésház kiszerelése nélkül cserélhetők, a szállított közeg jellegétől függő anyagminőséggel és kialakítással, tetszőleges kombinációval alkalmazhatók.The sealing unit according to the invention thus provides a relatively inexpensive way of sealing rotary shafts by means of relatively inexpensive radial sealing rings 8, 9, even in abrasive media. The sealing rings 8, 9 can be replaced without removing the seal housing, and can be used with any combination of material quality and design depending on the nature of the medium being transported.

Természetesen a bemutatott kiviteli példák csupán a találmány illusztrálására szolgálnak és a bemutatottakon kívül még számtalan változatban elkészíthetők a csatolt igénypontok által meghatározott oltalmi körön belül.Of course, the embodiments shown are merely illustrative of the invention and may be made in numerous variations within the scope of the appended claims.

Claims

1. A long-life compact sealing unit for sealing rotary pump shafts extending into a fluid compartment, comprising a seal housing, at least three sealing rings having a radial sealing location in the seal housing and an oil space, wherein the sealing rings are arranged sealingly from the water space. between the at least two sealed oil spaces (16, 17) independent of each other and from an external oil source, the seal housing (1) being provided with a sealing disc (3) and an outer rotating surface (18) the radius of which increases with distance from the sealing rings (8, 9).

Sealing unit according to claim 1, characterized in that there is a protective sleeve (15) between the rotating shaft (14) and the sealing rings (8, 9).

Sealing unit according to claim 1 or 2, characterized in that there are spacer rings (4) between the sealing rings (8, 9) in the oil spaces (16, 17).