DE2216762A1 - Self-pressurizing seal for a rotating shaft - Google Patents
Self-pressurizing seal for a rotating shaftInfo
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Description
Sich selbst unter Druck setzende Dichtung für eine umlaufende WelleSelf-pressurizing seal for a rotating shaft
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung für eine umlaufende Maschine und insbesondere eine Wellendichtung, bei der eine Hochdruckzone des abzudichtenden Strömungsmittels zwischen einer spiralförmigen gerillten Stirndichtung und einer Jiblichen Stirndichtung gebildet ist., um einen Eintritt des verunreinigenden Strömungsmittels in die Maschine zu'jverhindern. The invention relates to a shaft seal for a rotating machine and in particular a shaft seal in which a high pressure zone of the fluid to be sealed between a spiral grooved face seal and a common face seal is formed. to an inlet of the contaminating fluid into the machine.
Einer der Hauptfaktoren, die die Lebensdauer von eingetauchten Motoren begrenzen, ist das Einpumpen von Wasser an derOne of the main factors affecting the lifespan of being immersed Limiting engines is pumping water in at the
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Wellendichtung, das durch eine leichte Exzentrizität in der Stirndichtung erzeugt wird, die üblicherweise für eine minimale Leckage an der Welle verwendet wird. Auch wenn das Einpumpen von Wasser überwunden werden kann, indem die Druckdifferenz zwischen der Dichtflüssigkeit wie zum Beispiel öl, das typischerweise in dem Motor enthalten ist, und dem Umgebungswasser wesentlich erhöht wird, erfordern diese höheren Druckdifferenzen notwendigerweise eine Verstärkung des Motorgehäuses und desgleichen wesentliche Abänderungen in der federbetätigten Membran, die üblicherweise zur Erzeugung der Öl/Wasserdruckdifferenz verwendet wird.Shaft seal created by a slight eccentricity in the face seal which is commonly used for minimal leakage on the shaft. Even when pumping in water can be overcome by reducing the pressure difference between the Sealing fluid such as oil, which is typically contained in the engine, and the surrounding water increases significantly , these higher pressure differentials necessarily require reinforcement of the motor housing and the like essential Modifications in the spring-actuated diaphragm commonly used to create the oil / water pressure differential.
Aufgrund der Schwierigkeiten, die mit der Erhöhung des Öldruckes innerhalb des Motors verbunden sind, ist eine Reihe unterschiedlicher Dichtungskonfigurationen vorgeschlagen worden, um das Einpumpen von Wasser trotz einer kleinen Öl/Wasserdruckdifferenz zu verhindern. Beispielsweise sind Rotorwellen unter Verwendung einer externen Pumpe abgedichtet worden, um große und kleine Drucke in Dichtungskammern zu erzeugen, die an axial versetzten Stellen entlang der Welle angeordnet waren. In ähnlicher Weise ist bisher vorgeschlagen worden, daß die Welle einer Zentrifugalpumpe dadurch abgedichtet wird, daß die Drehgeschwindigkeit der Welle, verwendet wird, um öl von einer axial außen gelegenen Stelle zu einer inneren Dichtung zu pumpen, um die Gasleckage aus der Pumpe zu begrenzen.Because of the difficulties associated with increasing the oil pressure within the engine, a number are different Seal configurations have been proposed to allow water to be pumped in despite a small oil / water pressure differential impede. For example, rotor shafts have been sealed to large and small using an external pump To generate pressures in seal chambers, which were arranged at axially offset locations along the shaft. In a similar way has hitherto been proposed that the shaft of a centrifugal pump is sealed by increasing the rotational speed of the Shaft, used to pull oil from an axially outward location pump to an inner seal to limit gas leakage from the pump.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige sich selbst unter Druck setzende Dichtung zu schaffen, die durch eine niedrige Leckage gekennzeichnet ist. Weiterhin soll eine Dichtung geschaffen werden, die zur überwachung an einer externen Stelle geeignet ist, um eine richtige Funktion der Dichtung sicherzustellen. Ferner beinhaltet die Erfindung eine sich selbst unter Druck setzende Dichtung, in der der Druck der Dichflüssigkeit innerhalb der Dichtung dazu verwendet wird, die mechanische Vorspannung der Dichtung zu verstärken, um dadurch den von der Dichtung erhältlichen Druck ohne eine Übermäßige Ab-It is therefore an object of the present invention to provide a novel create a self-pressurizing seal characterized by low leakage. Furthermore should A seal can be created which is suitable for monitoring at an external point in order to ensure that the seal is functioning correctly to ensure. The invention also includes a self-pressurizing seal in which the pressure of the sealing liquid is used within the seal to increase the mechanical preload of the seal, thereby the pressure available from the seal without excessive
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nutzung der Dichtung während des Anlaufens zu maximieren. Schließlich soll eine sich selbst unter Druck setzende Dichtung geschaffen werden, in der eine automatische Schließung der Dichtung bei einem Abfall im Dichtungsdruck herbeigeführt wird.Maximize use of the seal during start-up. In the end the aim is to create a self-pressurizing seal in which automatic closure of the seal occurs causing a drop in seal pressure.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch eine sich selbst unter Druck setzende Dichtung für eine umlaufende Maschine gelöst, die durch eine innere Pumpdichtung mit einem ringförmigen Laufelement gekennzeichnet ist, das auf einer drehbaren Welle neben einem ringförmigen, koplanaren und feststehenden Glied angebracht ist. Wenigstens ein Element der nebeneinander angeordneten Elemente ist mit spiralförmigen Rillen bzw. Nuten versehen, die sich von dem Umfang des Gliedes entlang der planaren Stirnfläche des Gliedes bis zu einem Steg erstrecken, um die Dichtflüssigkeit von der umlaufenden Maschine in eine im wesentlichen abgeschlossene Zone zu pumpen. Die Pumpwirkung der inneren Dichtung vergrößert den Druck der Dichtflüssigkeit innerhalb der Zone relativ zum Druck der Dichtflüssigkeit innerhalb der Maschine, und entlang der Welle an einer axial außen gelegenen Stelle (relativ zu der inneren Pumpdichtung) sind übliche Stirndichtungsmittel angeordnet, um die Strömung der Dichtflüssigkeit von der Hochdruckzone in das umgebende Wasser einzuschränken. Da sichThese and other objects of the invention are provided by a self-pressurizing seal for a rotating machine solved, which is characterized by an inner pump seal with an annular running element, which is on a rotatable shaft is attached next to an annular, coplanar and fixed member. At least one element of the juxtaposed Element is provided with helical grooves extending from the perimeter of the limb along the planar face of the link extending to a web to the sealing liquid from the rotating machine in a substantially closed zone to pump. The pumping action of the inner seal increases the pressure of the sealing liquid within the zone relative to the pressure of the sealing liquid within the machine, and along the shaft at an axially outward location (relative to the inner pump seal) are common face seal means arranged to prevent the flow of sealing liquid from the Restrict the high pressure zone in the surrounding water. That I
eine einen relativ hohen Druck aufweisende Dichtflüssigkeit nur innerhalb einer Zone zwischen den axial versetzten Stirndichtungen befindet, wird ein Eintritt von Wasser in den Motor verhindert, ohne daß eine strukturelle Verstärkung des gesamten Motorgehäuses erforderlich ist und ohne daß das notwendige flexible ölexpansionssystem großen Druckdifferenzen ausgesetzt ist.a sealing liquid having a relatively high pressure only within a zone between the axially offset end seals prevents water from entering the motor, without the need for structural reinforcement of the entire engine housing and without the necessary flexible oil expansion system is exposed to large pressure differences.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will now be based on further features and advantages the following description and the accompanying drawings of various exemplary embodiments.
Fig. 1 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung einer sich selbst unter Druck setzenden Dichtung gemäß der Erfindung,Fig. 1 is an enlarged cross-sectional view of a self self pressurizing seal according to the invention,
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Pig. 2 ist eine Draufsicht auf ein Teil der inneren Stirndichtung und zeigt die Anordnung der darin befindlichen spiralförmigen Rillen.Pig. Figure 2 is a top plan view of a portion of the inner face seal showing the placement of the helicals therein Grooves.
Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung einer sich selbst unter Druck setzenden Dichtung, in der der Hydraulikdruck des Öls innerhalb der Dichtung verwendet ist, um den erhältlichen Dichtungsdruck zu erhöhen.Figure 3 is a cross-sectional view of a self beneath Pressurizing seal in which the hydraulic pressure of the oil inside the seal is used to make the available Increase sealing pressure.
Pig. H ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung und zeigt die Kraftverteilung entlang der spiralförmigen gerillten Dichtung gemäß Fig. 3.Pig. H is an enlarged cross-sectional view showing the force distribution along the spiral grooved seal shown in FIG. 3.
Fig. 5 ist eine andere Dichtungskonfiguration und zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur überwachung der Dichtung.Fig. 5 is another seal configuration showing that of the invention Device for monitoring the seal.
Fig. 6 ist eine Querschnittsdarstellung einer spiralförmigen gerillten Dichtung, bei der die Auspumpgeschwindigkeit der Dichtung bei einer Verkleinerung im äußeren Dichtungsdruck verkleinert wird.Fig. 6 is a cross-sectional view of a spiral grooved Seal at which the pump-out speed of the seal with a decrease in the external seal pressure is reduced.
Fig. 7 ist eine Draufsicht auf den feststehenden Teil, der die Dichtung; gemäß Flg. 6 bildet.Fig. 7 is a top plan view of the fixed part making up the seal; according to Flg. 6 forms.
In Fig. 1 ist eine sich selbst unter Druck setzende Dichtung 10 gemäß der Erfindung gezeigt. Sie enthält allgemein eine innere spiralförmige und mit Nuten bzw. Rillen versehene Stirndichtung 12 und eine äußere Stirndichtung 14, die tandemartig auf einer Welle 16 einer dynamoelektrischen Maschine angeordnet sind. Eine derartige dynamoelektrische Maschine kann beispielsweise ein Pumpmotor sein, wie er in dem US-Patent 2 790 916 beschrieben ist. Die Offenbarung dieser Patentschrift wird durch diese Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung einbezogen. Typische^-rweise enthält der Pumpmotor eine Dichtflüssigkeit, wie z.B. Transformatoröl 20, die durch eine flexible Membran vorgespannt ist, umIn Fig. 1, there is a self-pressurizing seal 10 shown according to the invention. It generally includes an inner helical and grooved face seal 12 and an outer end seal 14, which in tandem on a Shaft 16 of a dynamoelectric machine are arranged. Such a dynamoelectric machine can, for example, be a Be a pump motor as described in U.S. Patent 2,790,916 is. The disclosure of this patent specification is incorporated into the present application by this reference. Typically the pump motor contains a sealing liquid such as transformer oil 20, which is biased by a flexible membrane to
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den Druck des Öls um.etwa 0,35 kp/cm (5 psi) relativ zum Wasser 24 zu erhöhen, das während des Betriebes die Umgebung für den. Motor bildet. Das öl innerhalb des Motors steht mit der radial äußeren Oberfläche der inneren Dichtung 12 in Verbindung und wird durch die spiralförmigen Rillen der inneren Stirndicht.ung. in die im wesentlichen geschlossene ringförmige ölkammer 26 gepumpt, wodurch der Öldruck der Kammer relativ zum Öldruck innerhalb des .Pumpmotors erhöht wird.the pressure of the oil by about 0.35 kgf / cm (5 psi) relative to the water 24 to increase the environment for the during operation. Engine forms. The oil inside the engine stands with the radial outer surface of the inner seal 12 in connection and is through the spiral grooves of the inner face seal. in the substantially closed annular oil chamber 26 is pumped, whereby the oil pressure of the chamber relative to the oil pressure within the .Pump motor is increased.
Die spiralförmige gerillte Stirndichtung 12 ist allgemein durch einen ringförmigen Laufring 28 aus Kohlenstoff gekennzeichnet., der auf der Welle 16 montiert 1st, wobei die ebene Stirnfläche des Laufringes gegenüber einer ebenen Stirnfläche 32 eines feststehenden Teiles 34 aus Keramik angeordnet ist, das an dem Pumpenmotorgehäuse 36 starr angebracht ist. Die eine der ebenen Stirnflächen der Stirndichtung 12, die in Fig. 1 als die Stirnfläche 32 des feststehenden Teiles 34 dargestellt ist, weist spiralförmige Nuten bzw. Rillen 22 auf, um bei einer Drehung des Laufringes 28 relativ zum feststehenden Teil 34 öl aus dem Motor zu pumpen. Die Nuten bzw. Rillen, die in Fig. 2 deutlicher dargestellt sind, haben eine geometrische Konfiguration und Dichte, die von der Quantität des von der Stirndichtung erwünschten Pumpens abhängig ist, was im folgenden noch näher erläutert wird. Wünschenswerterweise erstrecken sie sich in radialer Richtung von dem äußeren Umfangsrand des ringförmigen feststehenden Teiles 34 bis zu einem ringförmigen Steg 38, der die Nuten bzw. Rillen von einer in der Mitte angeordneten, in axialer Richtung durch das Teil 34 laufenden öffnung 40 trennt. Falls ein Fehler an der äußeren Stirndichtung 14 ein Abschalten des Motors erforderlich manchen sollte, wirkt der Steg 38 vorteilhafterweise als Absperrung gegenüber einer Rückströmurtg des Wassers durch die spiralförmige gerillte Stirndichtung 12.The spiral grooved face seal 12 is generally characterized by an annular race 28 made of carbon. which is mounted on the shaft 16, the flat end face of the race against a flat end face 32 of a stationary one Part 34 is arranged made of ceramic, which on the pump motor housing 36 is rigidly attached. One of the flat end faces the end seal 12, which is shown in Fig. 1 as the end face 32 of the fixed part 34, has spiral-shaped Grooves or grooves 22 in order to supply oil from the engine when the race 28 rotates relative to the stationary part 34 pump. The grooves or grooves shown in Fig. 2 more clearly have a geometric configuration and density that depends on the quantity of pumping desired by the face seal depends, which will be explained in more detail below. Desirably they extend in the radial direction from the outer peripheral edge of the annular fixed part 34 up to an annular ridge 38, which the grooves or grooves of an opening 40 arranged in the center and running in the axial direction through the part 34. If there is an error in the Outer face seal 14 should it be necessary to switch off the motor, the web 38 advantageously acts as a barrier against a Rückströmurtg of the water through the spiral grooved face seal 12.
Die von der ebenen Stirnfläche 30 entfernte Stirnfläche des Kohlelaufringes 28 ist mit einem Einschnitt versehen, um eine untereThe end face of the carbon raceway removed from the flat end face 30 28 is provided with an incision to a lower one
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Schulter 42 zu bilden, die zusammen mit einer Stützplatte 44 dazu dient, ein Gehäuse für einen O-Ring 46 zu bilden, der den Kohlelaufring gegenüber der Welle 16 abdichtet. Eine zweite Schulter 48 ist auch entlang der radial äußeren Stirnfläche des Kohlelaufringes 28 gebildet, um einen Sitz für einen im allgemeinen L-förmigen Sperring 50 aus Messing zu bilden, der durch eine Feder gegenüber dem Laufring 28 vorgespannt ist. Um eine Axialbewegung des Sperringes entlang der Welle 16 zu gestatten, während eine Bewegung des Sperringes in einer Ebene senkrecht zur Welle beschränkt ist, ist ein langgestreckter Körper 54 des Sperringes innerhalb einer Führung 56 gleitend gehalten, die an der Motorwelle starr befestigt ist.To form shoulder 42, together with a support plate 44 to this serves to form a housing for an O-ring 46, which is the carbon race with respect to the shaft 16 seals. A second shoulder 48 is also along the radially outer face of the carbon race 28 formed to seat a generally L-shaped Locking ring 50 made of brass, held by a spring is pretensioned with respect to the raceway 28. To allow axial movement of the locking ring along the shaft 16 while a Movement of the locking ring is limited in a plane perpendicular to the shaft is an elongated body 54 of the locking ring slidably held within a guide 56 attached to the motor shaft is rigidly attached.
Die äußere Stirndichtung 14, ist in üblicher Weise ausgebildet und tandemartig mit der spiralförmigen gerillten Stirndichtung 12 montiert, so daß der Druck des Öls innerhalb der Kammer 26 die Neigung hat, den Kohlelaufring 56 gegen das gegenüberliegende keramische, feststehende Teil 58 zu drücken. Eine Vorspannfeder 60 verstärkt den Öldruck, der die Stirndi^chtung zu schließen versucht, indem eine Axialkräft gegen die obere Verlängerung 62 eines Sperringes 64 geliefert wird, um die nach innen ragende Stützplatte 66 gegen den Kohlelaufring 56 zu drücken. Der der Stirndi-'Chtung 12 nächstgelegene Rand des Sperringes 64 verläuft durch eine Führung 68 hindurch, um die Axialbewegung des Sperringes zu begrenzen, während die Abdichtung des Laufringes gegenüber der Welle durch einen flexiblen Faltenbalg 70 herbeigeführt wird, der zwischen der Welle und dem darüber liegenden Sperring fest angebracht ist.The outer face seal 14 is formed in a conventional manner and is in tandem with the spiral-shaped grooved face seal 12 mounted so that the pressure of the oil within the chamber 26 has the tendency to the coal race 56 against the opposite ceramic, fixed part 58 to press. A preload spring 60 increases the oil pressure that closes the front seal tried by an axial force against the upper extension 62 of a locking ring 64 is delivered to the inwardly protruding To press the support plate 66 against the carbon race 56. The the Stirndi-'Chtung 12 closest edge of the locking ring 64 runs through a guide 68 to limit axial movement of the locking ring while sealing the race against the shaft is brought about by a flexible bellows 70, which is fixed between the shaft and the locking ring above it is appropriate.
Um den Eintritt fester Verunreinigungen in den Motor zu verhindern, ist an der Motorwelle an einer axialen Stelle ein Sandslinger befestigt, um den axial äußeren Rand des äußeren Dichtungsträgers 73 einzuhüllen. Der Dichtungsträger ist an dem Motorgehäuse 36 durch Bolzen 74 starr befestigt, die durch geeignete öffnungenTo prevent solid contaminants from entering the engine, a sand slinger is attached to the motor shaft at an axial point around the axially outer edge of the outer seal carrier 73 to be enveloped. The seal carrier is on the motor housing 36 rigidly attached by bolts 74, which through suitable openings
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in dem Außenflansch des Dichtungsträgers hindurchführen, während eine radial innen gelegene Aussparung in dem Dichtungsträger als ein Sitz für einen feststehenden Teil 58 der Stirndichtung 14 dient.in the outer flange of the seal carrier, while a radially inner recess in the seal carrier serves as a seat for a fixed part 58 of the end seal 14.
Während des Motorbetriebes pumpt die Drehbewegung des Kohlelaufringes 28 relativ zum spiralförmig gerillten feststehenden Teil J>k öl von dem Motorgehäuse in die ringförmige ölkammer 26, um den Öldruck innerhalb der Kammer auf ein vorbestimmtes Niveau zu erhöhen. Dieses hängt hauptsächlich von der vorhergesehenen Wasserhineinpumpkraft an der äußeren Stirndichtung Ik ab, die von einer Exzentrizität in der äußeren Abdichtung hervorgerufen wird. Diese vorbestimmte Druckhöhe kann gemäß einem Artikel mit dem Titel "Inward Pumping in Mechanical Paee Seals" von J.A. Pindlay in der Schrift Nr. 68 bei der Lub 2 ASME-ASIE Lubrication Conference in Atlantic City, New Jersey, vom 1.-10. Oktober 1968 nach der folgenden Formel errechnet werden:During engine operation, the rotation of the coal runner 28 relative to the helically grooved stationary portion J> k pumps oil from the engine housing into the annular oil chamber 26 to increase the oil pressure within the chamber to a predetermined level. This depends mainly on the anticipated water pumping force on the outer face seal Ik , which is caused by an eccentricity in the outer seal. This predetermined pressure level can be determined according to an article entitled "Inward Pumping in Mechanical Paee Seals" by JA Pindlay in Document No. 68 at the Lub 2 ASME-ASIE Lubrication Conference in Atlantic City, New Jersey, from Jan. October 1968 can be calculated using the following formula:
^ 3 £ cos oc' /u GO (R- R, )^ 3 £ cos oc '/ u GO (R- R,)
- 5 ö \ J-} - 5 ö \ J-}
Darin ist: ■ ■■ - der erforderliche Öldruck in e 0,7O cmWhere: ■ ■■ - the required oil pressure in e 0, 7 cm O
für jeweils 2,5 cm (Zoll) Exzentrizität (e) der äußeren Stirndichtung 14,for every 2.5 cm (inch) eccentricity (s) of the outer End seal 14,
£! ist die maximale Kippung, die für die Stirndichtung m erwartet wird, £! is the maximum tilt that is expected for the face seal m,
CL? ist die Wellendrehzahl in Radian pro Sekunde,CL? is the shaft speed in radians per second,
R-R. ist der radiale Abstand der nebeneinander liegenden, die Dichtung Ik bildenden Stirnflächen in 2,j? cm (Zoll),RR. is the radial distance between the adjacent end faces forming the seal Ik in FIG. 2, j? cm (inch),
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die maximale Verschiebung, die für die Stirndichtung 14 erwartet wird,the maximum displacement that is expected for the end seal 14,
/U ist die Viskosität des Wassers, von dem angenommen
wii
in/ U is the viscosity of the water assumed by wii
in
wird, daß es die Dichtungsgrenzfläche durchdringt, 0,455 kp/gec.will penetrate the sealing interface, 0.455 kg / gec.
6755 cm2 »6755 cm 2 »
h ist die durchschnittliche ölfilmdicke zwischen den Stirnflächen der Dichtung in 2,5 cm (Zoll).h is the average oil film thickness between the Seal face in 2.5 cm (inches).
2 Üblicherweise ist eine Öldruckerhöhung von etwa 281 kp/cm (4000 lbs/ sq.inch) erforderlich, um jeweils 2,5 cm (1 Zoll) Wellenexzentrizität zu kompensieren, damit sichergestellt 1st, daß die Einpumpwirkung an der äußeren Stirndichtung null ist.2 Usually an oil pressure increase of around 281 kp / cm (4000 lbs / sq.inch) for every 2.5 cm (1 in.) of shaft eccentricity to be compensated to ensure that the pumping effect on the outer face seal is zero.
Auch wenn die Dichtungsexzentrizität in Abhängigkeitfvon verschiedenen Faktoren variieren kann, wie z.B. dem Wellenauslauf unter Last und Drehzahl, der Unrundheit der Kohlescheibe usw., so kann doch im allgemeinen die Gesamtexzentrizität mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit für irgendein gegebenes Herstellverfahren geschätzt werden. Wenn somit die Herstellungserfahrung gezeigt hat, daß eine Exzentrizität von etwa 0,25 mm (0,010 Zoll) normalerweise bei hergestellten Stirndichtungen nicht überschritten wird, wird der für die Kammer 26 erforderliche Druck, um ein Hineinpumpen von Wasser zu verhindern, dadurch berechnet, daß die maximalEven if the seal eccentricity depends on different Factors can vary, such as the shaft runout under load and speed, the out-of-roundness of the carbon disc, etc., so can but generally the total eccentricity is estimated with a high degree of confidence for any given manufacturing process will. Thus, if manufacturing experience has shown that an eccentricity of about 0.25 mm (0.010 inch) would normally be is not exceeded when the end seals are produced, the pressure required for the chamber 26 to allow pumping in to prevent water, calculated by the maximum
ρ beobachtete Exzentrizität mit dem Druck pro 2,5 cm (Quadratzoll) der Stirndichtungsexzentrizität multipliziert wird, die aus der vorstehend genannten Findlay-Gleicbjng errechnet wird. Beispielsweise ergibt/sich für eine empirisch bestimmte maximale Exzentrizität von etwa 0,25 mm und einem errechneten Öldruck von 281 kp/ cm pro 2,5 cm (Zoll) Exzentrizität ein Gesamtdruck von 2,8l kp/ cm . Dieser Druck muß in der ölkammer 26 bestehen, um ein Hineinpumpen zu verhindern.ρ observed eccentricity with pressure per 2.5 cm (square inch) the face seal eccentricity is multiplied, which is calculated from the aforementioned Findlay equation. For example results / results for an empirically determined maximum eccentricity of about 0.25 mm and a calculated oil pressure of 281 kp / cm per 2.5 cm (inch) eccentricity a total pressure of 2.8 l kgf / cm. This pressure must exist in the oil chamber 26 in order to be pumped into it to prevent.
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Es muß auch die Herauspumpgeschwindigkeit an der äußeren Stirndichtung lh betrachtet werden, um sicherzustellen, daß die Ölversorgung in dem Motor bei dem Versuch, den Eintritt von Wasser durch die Stirndichtung hindurch zu verhindern, nicht in einer unverhältnismäßig kurzen Zeit erschöpft ist. Die Herauspumpgeschwindigkeit für die äußere Dichtung wird deshalb beispielsweise aus der folgenden Formel berechnet:The pumping out rate at the outer face seal lh must also be considered to ensure that the oil supply to the engine is not depleted in a disproportionately short time in an attempt to prevent water from entering through the face seal. The pumping out speed for the outer seal is therefore calculated, for example, from the following formula:
q. q .
/u/ u
A RA R
Darin ist: q die AuspumpgeschwindigkeitWhere: q is the pump-out speed
Differenz im Druck über der Stirndichtung 14 in 0,07 kp/cm2,Difference in pressure across the face seal 14 in 0.07 kp / cm 2 ,
h ist die durchschnittliche Pilmdicke zwischen den gegenüberliegenden Stirnflächen der Dichtung in 2,5 cm (Zoll),h is the average pilm thickness between the opposite end faces of the gasket in 2.5 cm (Customs),
R. ist der Radius zum Innenrand des Dichtsteges,R. is the radius to the inner edge of the sealing web,
αχ ist die Viskosität von öl in der Dic_Jitungsgrenz- αχ is the viscosity of oil in the Dic_Jitungslimit-
ρ
fläche in 0,07 kp/cm undρ
area in 0.07 kp / cm and
R ist gleich dem radialen Abstand der gegenüberliegenden, die Dichtung bildenden Stirnflächen in 2,5 cm (Zoll).R is equal to the radial distance of the opposing end faces forming the seal in 2.5 cm (Customs).
Der optimale Druck für die ölkammer 26 wird dann als ein Kompromiss gewählt zwischen dem hohen Öldruck, der zur Überwindung des Hereinpumpens von Wasser in den Motor erwünscht ist, und dem niedrigen Öldruck, der zur Begrenzung der ölherauspumpgeschwindigkeit an der äußeren Stirndichtung erstrebenswert ist.The optimal pressure for the oil chamber 26 is then considered a compromise chosen between the high oil pressure desired to overcome the pumping of water into the engine and the low oil pressure, which is desirable to limit the oil pump-out speed at the outer face seal.
Wenn der für die ringförmige ölkammer 26 gewünschte Druck einmal gewählt worden ist, kann die geometrische Konfiguration der inneren spiralförmig gerillten Stirndichtung 12, die zur ErzeugungOnce the pressure desired for the annular oil chamber 26 Has been chosen, the geometric configuration of the inner spirally grooved face seal 12, which is used to generate
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dieses Druckes erforderlich ist, gemäß einem Artikel von E.A. Muijderman bestimmt werden. Dieser Artikel trägt den Titel "Spiral Groove Bearings" und 1st 1966 von der Philips Technical Library veröffentlicht worden. Eine spiralförmig gerillte Stirndichtungs^konfiguration, die für einen eintauchbaren 30 cm-Motor mit einer drehbaren Welle von etwa 5 cm geeignet befunden wurde, war durch 10 im gleichen Abstand angeordnete Nuten bzw. Rillen gekennzeichnet, die auf eine Tiefe von 0,033 mm (0,0013 Zoll) eingeschnitten waren und in einem Spiralwinkel von 15° mit einem Verhältnis von Rillensteg zu Rillenbreite von 1 verliefen. Die Innen- und Außendurchmesser der Dichtung betrugen 4,75 cm bzw. 6 cm (1,87 bzw. 2,37 Zoll), während der Innendurchmesser der Rille 4,96 cm (1,95 Zoll) betrug. Mit der vorstehend angegebenen Dichtung, die bei einer Drehzahl von 30 Umdrehungen pro Sekunde ro-of this pressure is required, according to an article by E.A. Muijderman to be determined. This article is entitled "Spiral Groove Bearings" and 1st published in 1966 by the Philips Technical Library. A helically grooved face seal configuration, which has been found suitable for a 30 cm submersible motor with a rotating shaft of approximately 5 cm, was characterized by 10 equally spaced grooves extending to a depth of 0.033 mm (0.0013 in.) were cut and ran at a helix angle of 15 ° with a ratio of groove land to groove width of 1. the The inside and outside diameters of the gasket were 4.75 cm and 6 cm (1.87 and 2.37 inches), respectively, while the inside diameter of the groove Was 4.96 cm (1.95 inches). With the seal specified above, which rotates at a speed of 30 revolutions per second
tierte, wurde ein maximaler Dnuck von 4,75 kp/cm (67,5 psi) in der ringförmigen ölkammer 26 beobachtet.a maximum pressure of 4.75 kg / cm (67.5 psi) in the annular oil chamber 26 is observed.
Fig. 3 zeigt ein verbessertes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, bei dem die Kraft der Vorspannfeder der spiralförmig gerillten Stirndichtung verkleinert werden kann, ohne daß der Druck herabgesetzt wird, der von der Stirndichtung erhältlich ist. Um dieses Ergebnis zu erzielen, ist eine Schulter 72 an einer relativ zum O-Ring 46 A außen gelegenen Stelle in den Kohlelaufring 28 A geschnitten, wodurch unter Druck gesetztes öl Innerhalb der ringförmigen ölkammer 26 A mit der Stirnfläche 75 in Verbindung stehen und den Laufring 28 A hydraulisch in axialer Richtung In einen gegenseitigen Kontakt mit dem feststehenden Teil 34 A drücken kann, wenn der Druck innerhalb der ölkammer ansteigt. Auch wenn eine Schulter 76 in der Welle 16 A vorgesehen ist, um den eingeschnittenen Laufring 28 A abzudichten, und die Lage der Stützhalterung für die Feder 60 A leicht abgewandelt worden ist, so Ist doch die sich selbst unter Druck setzende Stirndichtung gemäß Fig. 3 ansonsten im wesentlichen identisch mit der in FIg. 1 dargestellten Dichtung. Die vergrößerte Axialkraft auf den Laufring 28 A, die aus dem hydraulischen Druck auf die Stirn-Fig. 3 shows an improved embodiment of this invention, in which the force of the biasing spring of the helically grooved face seal can be reduced without the Pressure available from the face seal is reduced. To achieve this result, a shoulder 72 is on one relative to the O-ring 46 A outside located point in the carbon race 28 A cut, whereby pressurized oil within the annular oil chamber 26 A with the end face 75 in connection stand and the race 28 A hydraulically in the axial direction in mutual contact with the fixed part 34 A can press when the pressure inside the oil chamber rises. Even if a shoulder 76 is provided in the shaft 16 A to seal the cut race 28 A, and the location The support bracket for the spring 60 A has been slightly modified, but the end seal that puts itself under pressure is 3 otherwise essentially identical to that in FIG. 1 seal shown. The increased axial force the race 28 A, which results from the hydraulic pressure on the face
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fläche 72 resultiert, verkleinert jedoch den Spalt bzw.den Zwischenraum der spiralförmig- gerillten Stirndichtung,wodurch der von der Dichtung erhältliche Druck vergrößert wird. Dieser vergrößerte Druck führt seinerseits zu einer erhöhten hydraulischen Kraft auf die Stirnfläche 75, und der Druck innerhalb der ringförmigen ölkammer 26 A wird mehr oder weniger selbständig (bootstrap fashion) erhöht, bis ein Gleichgewichtsdruck erreicht, ist.area 72 results, but reduces the gap or space the spiral-grooved face seal, whereby the from the pressure available to the seal is increased. This increased pressure in turn leads to an increased hydraulic force on the face 75, and the pressure within the annular oil chamber 26 A is increased more or less independently (bootstrap fashion), until an equilibrium pressure is reached.
Wenn die an der äußeren Stirndichtung 14 A auftretende resultierende Strömung mit null angenommen wird, steigt der durch die spiralförmig gerillte Stirndichtung 12 A erzeugte Druck, der in Fig. 4 durch das Druckdiagramm P dargestellt ist, etwa linear von dem Außenumfang des feststehenden Teiles 34A zur inneren Ausdehnung der Rillen in dem feststehenden Teil an, d.h. von d, nach d2, wobei der Druck entlang dem nicht gerillten Abschnitt der Dichtungsgrenzfläche, d.h. von dp nach d^jbei ΡΜΑχ konstant bleibt. Der Einfachheit halber kann der durchschnittliche Druck, der über der Fläche zwischen dp und d, wirksam ist, mit 1/2 P^aX angenommen werden. Der Maximaldruck bei Gleichgewicht kann deshalb aus der Näherungsformel geschätzt werden:If the resulting flow occurring at the outer end seal 14 A is assumed to be zero, the pressure generated by the spirally grooved end seal 12 A, which is represented in FIG. 4 by the pressure diagram P, increases approximately linearly from the outer circumference of the fixed part 34A to internal expansion of the grooves in the fixed part, ie from d to d 2 , the pressure remaining constant along the non-grooved section of the sealing interface, ie from dp to d ^ j at Ρ ΜΑχ. For the sake of simplicity, the average pressure that is effective over the area between dp and d, can be assumed to be 1/2 P ^ aX. The maximum pressure at equilibrium can therefore be estimated from the approximation formula:
F
MAX ~ . r ,„ 2 . Λ 2. KD> F.
MAX ~. r, "2. Λ 2. KD>
Γ (V * ^) ä 2l Γ ( V * ^) ä 2l
L— 2 - %J L - 2 % J
Darin ist:In it is:
Fg die durch die Feder 52 A auf die Dichtung ausgeübte Axialbelastung in 0,45 kp,F g is the axial load exerted on the seal by the spring 52 A in 0.45 kp,
d2 ist der Innendurchmesser des spiralförmig gerillten ringförmigen Abschnittes der Stirndichtung,d 2 is the inner diameter of the helically grooved annular section of the end seal,
d^ ist der Außendurchmesser des spiralförmig gerilltm, ringförmigen Abschnittes der Stirndichtung undd ^ is the outer diameter of the spirally grooved, annular section of the end seal and
djj ist der Durchmesser der Hydraulikschulter 72, die in dem Kohlelaufring 28A ausgebildet ist.djj is the diameter of the hydraulic shoulder 72, the is formed in the carbon race 28A.
Eine mehr oder weniger selbsttätige Dichtung (bootstrap seal) mit einem Innendurchmesser der Dichtung (d.h. d1) von 4,75 cmA more or less automatic seal (bootstrap seal) with an inner diameter of the seal (ie d 1 ) of 4.75 cm
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(1,87 Zoll), einem Rilleninnendurchmesser (d.h. dp) von 4,95 cm (1,95 Zoll), einem Außendurchmesser der Dichtung (d.h. d,) von 6,03 cm (2,374 Zoll) und einem Ausgleichdurchmesser der Dichtung (d.h. djj) von 5,08 cm (2,0 Zoll) erzeugte eine hydraulische Last von 2,02 kp/cm (28,7 lbs) auf die Stirndichtung zusätzlich zu einer Vorspannung von 2,95 kp/cm2 (42 lbs), die von der Feder 52 A erzeugt wurde, so daß eine axiale Gesamtbelastung der Stirndichtung von etwa 5 kp/cm2 (70,7 lbs) entstand.(1.87 inches), a groove inside diameter (ie dp) of 4.95 cm (1.95 inches), an outside diameter of the gasket (ie d,) of 6.03 cm (2.374 inches), and a compensating diameter of the gasket (ie djj) of 5.08 cm (2.0 in) created a hydraulic load of 2.02 kg / cm (28.7 lbs) on the end seal in addition to a preload of 2.95 kg / cm 2 (42 lbs), generated by the spring 52A so that a total axial load on the end seal of about 5 kg / cm 2 (70.7 lbs) was created.
Die spiralförmig gerillte Lauffläche der Stirndichtung enthielt 15 im gleichen Abstand angeordnete Rillen, die unter einem Spiralwinkel von 15° angeordnet waren, und die Lauffläche wurde mit einer Drehzahl von etwa 30 Umdrehungen pro Sekunde gedreht.The helically grooved running surface of the face seal contained 15 equally spaced grooves, which under one Spiral angles of 15 ° were arranged, and the tread was rotated at a speed of about 30 revolutions per second.
Wenn der erforderliche Druck für die ölzwischenkammer klein ist, beispielsweise 1,1Jl kp/cm (20 psi), kann die äußere Stirndichtung Rücken an Rücken mit der inneren spiralförmig gerillten Stirndichtung angeordnet werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Der Druck innerhalb der ölkammer 26B übt dann eine Axialkraft auf die äußere Stirndichtung I1IB aus, die die sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Dichtung zu trennen versucht, wodurch eine Vorspannfeder 6OB mit einer ausreichenden Axialkraft erforderlich wird, umden Hydraulikdruck innerhalb der Kammer 26B zu überwinden, damit die gewünschte öffnung der äußeren Stirndichtung während des Betriebes beibehalten wird. Wenn ein Fehler im Druck innerhalb der Kammer 26B auftreten sollte, würde die hydraulische Kraft, die die äußere Dichtung offen zu halten versucht, verschwinden und die Vorspannfeder 6OB würde die Neigung haben, die Stirnflächen der äußeren Dichtung zu schließen, wodurch ein Eintritt von Wasser in den Motor verhindert wird. Wenn die Rücken-anftückenanordnung bei relativ hohen Dichtungsdrucken verwendet wird, beispielsweise bei Drucken von etwa 4,25 kp/cm (60 psi), muß dafür Sorge getragen werden, daß eine Vorspannfeder 60B mit einer ausreichenden Kraft gewählt wird, um ein zu starkes Herauspumpen von öl durch die äußere StirndichtungIf the required pressure is oil between chamber small for the, for example, 1, 1 Jl kp / cm (20 psi), the outer end seal may back are arranged back to back with the inner helically grooved face seal, as shown in Fig. 5. The pressure within the oil chamber 26B then exerts an axial force on the outer face seal I 1 IB which attempts to separate the opposing end faces of the seal, thereby requiring a biasing spring 6OB with sufficient axial force to overcome the hydraulic pressure within the chamber 26B, so that the desired opening of the outer face seal is maintained during operation. If an error were to occur in the pressure within chamber 26B, the hydraulic force trying to hold the outer seal open would disappear and the biasing spring 6OB would tend to close the faces of the outer seal, preventing water from entering the engine is prevented. If the back-to-back assembly is used at relatively high seal pressures, for example at pressures of about 4.25 kgf / cm (60 psi), care must be taken to ensure that a bias spring 60B is selected with sufficient force to prevent excessive pumping of oil through the outer face seal
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hindurch zu verhindern.to prevent through.
Ein Hauptmerkmal dieser Erfindung liegt darin, daß die Dichtwirkung an einer außen gelegenen Stelle durch die Anordnung eines Druckwandlers 77 innerhalb der ölkammer 26B überwacht werden kann, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Der Druckwandler ist mit einer Alarmvorrichtung 78 und einer Spannungsquelle wie beispielsweise einem Transformator 80 in Reihe geschaltet, dessen Primärwicklung 8OA den nicht gezeigten Leitern für die Motorerregung parallel geschaltet ist. Dieser Druckwandler hat die Funktion, die Reihenschaltung bei einem Druckabfall innerhalb der ölkammer 26B unter ein vorbestimmtes Minimum zu schließen. Die Alarmanlage 78 wird dann in Funktion gesetzt und erlaubt eine Abschaltung und Entfernung des Motors aus der untergetauchten Lage} bevor eine Dauerbeschädigung des Motorinnenraumes durch ein Hereinströmen von Wasser hervorgerufen wird. Sollte der Druckabfall in der Kammer 26B durch ein Versagen der äußeren Stirndichtung 14b erzeugt werden, wird das Eintreten von Wasser durch die spiralförmig gerillte Stirndichtung 12B hindurch während des Abschaltens durch den ringförmigen Steg 38 der Stirndichtung verhindert. Um während der Motorabschaltung, die infolge des Versagens der äußeren Dichtung 14B erfolgt, wirksam als eine Strömungsbegrenzung zu funktionieren, sollte der ringförmige Steg wünschenswerterweise eine radiale Ausdehnung von wenigstens 1 mm (0,01I Zoll) aufweisen.A key feature of this invention is that the sealing action at an external location can be monitored by the placement of a pressure transducer 77 within the oil chamber 26B, as shown in FIG. The pressure transducer is connected in series with an alarm device 78 and a voltage source such as a transformer 80, the primary winding 80A of which is connected in parallel with the conductors (not shown) for the motor excitation. This pressure transducer has the function of closing the series circuit in the event of a pressure drop within the oil chamber 26B below a predetermined minimum. The alarm system 78 is then activated and allows the engine to be switched off and removed from the submerged position } before permanent damage to the interior of the engine is caused by an inflow of water. Should the pressure drop in the chamber 26B be created by failure of the outer face seal 14b, the entry of water through the helically grooved face seal 12B is prevented during shutdown by the annular ridge 38 of the face seal. To while the engine is shut-off, which occurs due to the failure of the outer seal 14B to function effectively as a flow restrictor, the annular web should desirably have a radial extent of at least 1 mm (0.0 1 I inch).
In den Fig. 6 und 7 ist ein in sich geschlossenes Motorschutzgerät gezeigt, in dem ein federbetätigtes Druckentlastungsventil verwendet wird, um die Wirkungsweise der inneren spiralförmigen gerillten Dichtung 12C im Falle eines Versagens der äußeren Dichtung von einer Vollfilm-in IF%stkörper-Festkörper-Berührungsart umzuwandeln. Das Entlastungsventil 82 hat die Wirkung, während des normalen Betriebes der sich selbst unter Druck setzenden Dichtung , die ölströmung von einer ringförmigen Rille 84, die am radial innen gelegenen Fnde der spiralförmigen Rille 22C ange-In Figs. 6 and 7 a self-contained motor protection device is shown, in which a spring-operated pressure relief valve is used to control the operation of the inner spiral grooved seal 12C in case of failure of the outer seal and a hard film in I F% stkörper solids -Convert touch type. The relief valve 82 acts, during normal operation of the self-pressurizing seal, to block the flow of oil from an annular groove 84 formed at the radially inward end of the spiral groove 22C.
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ordnet ist, zu einer Nebenöffnung 86 zu begrenzen. Wenn an der äußeren Stirndichtung während des Motorbetriebes ein Fehler auftreten sollte, wodurch der Druck innerhalb der zwischen den Stirn dichtungen gebildeten Ölkammer 26C verkleinert wird, fällt auch der hydraulische Druck auf den Kolben 87 des Ventils 82 ab, das mit der ölkammer 26C über eine axiale öffnung 88 in Verbindung steht, und der relativ höhere Druck des Öles innerhalb der ringförmigen Nut bzw. Rille 84 überwindet die Vorspannung der Feder 90, um den Druck an der Dichtungsgrenzfläche über die Nebenöffnung 86 abzulassen.is arranged to limit a secondary opening 86. If a fault occurs on the outer face seal while the engine is running should, whereby the pressure within the oil chamber 26C formed between the end seals is decreased, also falls the hydraulic pressure on the piston 87 of the valve 82, which communicates with the oil chamber 26C via an axial opening 88 stands, and the relatively higher pressure of the oil within the annular Groove 84 overcomes the preload of the spring 90 to relieve the pressure at the seal interface via the auxiliary port 86.
Wenn das Ventil 82 geöffnet ist, verschiebt sich die Wirkungsweise der spiralförmig gerillten Stirndichtung 12C von einer üblichen Dickfilmwirkungsweise, d.h. einem Film von mehr als etwa 1 ^im (100 Mikrozoll), der üblicherweise bei einer üblichen Rillen tiefe von 10 - 15 ym (1000 - 15OO Mikrozoll) erzeugt wird, zu einer Festkörper-Festkörper-Berührungsart, d.h. einer Filmdicke von weniger als etwa 0,5 um (50 Mikrozoll), wodurch die Auspumpgeschwindigkeit der spiralförmig gerillten Stirndichtung/Degrenzc wird. Somit wird ein Teil des durch die Stirndichtung gepumpten Öles zur Ansaugseite der Stirndichtung zurückgeleitet, wodurch sowohl der zwischen den Stirnflächen der spiralförmig gerillten Stirndichtung erzeugte Maximaldruck als auch die Menge des in die ölkammer 26C gepumpten Öles verkleinert werden.When the valve 82 is open, the mode of operation shifts of the helically grooved face seal 12C of conventional thick film action, i.e., a film greater than about 1 ^ in (100 microinches), which is usually the case with a usual grooving depth of 10-15 ym (1000-1500 microinches) is produced, too a solid-solid contact mode, i.e., a film thickness of less than about 0.5 µm (50 microinches), which increases the pumpdown rate the spiral-shaped grooved face seal / limitc. Thus, some of that is pumped through the face seal Oil is returned to the suction side of the face seal, causing both the between the faces of the spirally grooved The face seal generated maximum pressure as well as reducing the amount of oil pumped into the oil chamber 26C.
Es sei darauf hingewiesen, daß sich die spiralförmig gerillte Stirndichtung selbst ohne die Wirkung des Entlastungsventiles bei einem Versagen der größeren Dichtung aufgrund des erhöhten Maximaldruckes an der Dichtungsgrenzfläche zu schließen versucht, was zu einer veränderten Ö'lverteilung an der Dichtungsgrenzfläche führt. Falls der Maximaldruck, der bei einer Leckage für die Dichtung erforderlich ist, das maximale Erzeugungsvermögen der v Dichtung überschreitet, schaltet die Dichtung von Natur aus von einer Vollfilm- auf eine Festkörper-Festkörper-Kontaktart um, um die Auspumpgeschwindigkeit herabzusetzen. Somit kann durch eineIt should be noted that the spirally grooved face seal tries to close itself without the action of the relief valve in the event of failure of the larger seal due to the increased maximum pressure at the sealing interface, which leads to a changed oil distribution at the sealing interface. If the maximum pressure that is required for a leakage for the seal exceeds the maximum production capacity of the V seal, the seal turns of natural order from a Vollfilm- on a solid-solid-contact type, the pumpdown reduced. Thus, through a
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sorgfältige Auswahl der Auslegung der Spiralrille, d.h. der Breite, Tiefe und Länge der Spiralrille, eine Dichtung hergestellt werden, bei der der gewünschte Druck erzeugt wird, wobei die äußere Dichtung 1*JC bei einer Vollfilmart richtig arbeitet, während bei einem Versagen der äußeren Dichtung eine wesentlich verkleinerte AuHpumpgeschwindigkeit erzeugt wird.careful selection of the design of the spiral groove, i.e. the width, Depth and length of the spiral groove, a seal can be made at which the desired pressure is created, with the outer 1 * JC seal works properly with a full film type while with a failure of the outer seal produces a significantly reduced pumping speed.
Die vorstehend angegebene Formel (3) zur Abschätzung des maximalen Druckanstieges zeigt deutlich den Einfluß der Schulter d^ gemäß Fig. 4 auf den erzeugten Druck. In Formel (3) war ein durch-The above formula (3) for estimating the maximum The increase in pressure clearly shows the influence of the shoulder d ^ 4 on the pressure generated. In formula (3) there was a
schnittlicher Druck MAX über demjenigen Abschnitt der Dichtungsgrenzfläche angenommen, wo sich der Druck ändert. Eine andere, theoretisch exakte Formel zur Berechnung maximalen Druckanstieges kann durch Integration des angenommenen linearen Druckanstieges über der Fläche zwischen den Durchmessern d„ und d, gemäß Fig. 1I erhalten werden. Falls der Dichtungsdurchmesser ÖL· gleich dem Durchmesser d^ ist, existiert keine Wellenschulter und die Formel zur Rechnung des Druckanstieges nimmt die folgende Formel an:average pressure MAX assumed over that portion of the sealing interface where the pressure changes. Another theoretically exact formula for calculating the maximum pressure increase can be obtained by integrating the assumed linear pressure increase over the area between the diameters d 1 and d, according to FIG. 11. If the seal diameter OIL is equal to the diameter d ^, there is no shaft shoulder and the formula for calculating the pressure increase assumes the following formula:
PMAX / TT P MAX / TT
Darin ist:In it is:
der maximale Druck in 0,07/cm , der durch diethe maximum pressure in 0.07 / cm created by the
Dichtung bei einer Vollfilm-Berührungsart ohne Leckage erzeugt wird,The seal is created with a full-film contact type without leakage,
Fe ist die Gesamtkraft in 0,45 kp, die durch die Vorspannfeder auf die Dichtung ausgeübt wird, dj ist der Atstand von der radial innen gelegenen Stirnfläche der Stirndichtung zur Wellenachse, dp ist der Abstand von dem radial innen gelegenen Ende der spiralförmigen Rillen zur Wellenachse und d, ist der Abstand von dem radial äußeren Umfang derF e is the total force in 0.45 kp that is exerted on the seal by the preload spring, dj is the distance from the radially inner end face of the face seal to the shaft axis, dp is the distance from the radially inner end of the spiral grooves to the Shaft axis and d, is the distance from the radially outer circumference of the
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epiralenförmigen Rillen zurepiral grooves for
Pas Verhältnis des maximalen Druckes, der an der Pumpdiphtung bet einer Leekage an der Grenzfläche der äußeren Piehtung wickelt wird, relativ zu dem maximalen Pruek, der v§n der tung ohne eine Leckage entwickelt werden kannf kann 4ann aus folgenden Formel berechnet werden:Pas ratio of the maximum pressure, which is at the Pumpdiphtung bet a Leekage at the interface of the outer Piehtung wound, can be developed relative to the maximum Pruek, the v§n the processing without leakage f can be 4ann calculated from the formula:
mit Leckagewith leakage
FMAX, onn® Leckage F MAX, onn ® leakage
Aus diesem Verhältnis kann der majtimaje Druck, der y*m der tung 12 ohne Beschränkung der Leckage an (ίφψ äußeren Dichtung entwickelt werden kann, berechnet werden, um eine Anzeige für Filmdicke zu liefern, die aus dem Druckanstieg entsteht. Wenn der berechnete Maximalfilmdruck bei einer Leckage das maximale Erzeugungsvermögen der Dichtung überschreitet, das aus der oben angegebenen Veröffentlichung von Muijderman berechnet werden kann, ändert sich die Wirkungsweise der Dichtung bei einem Ver^ sagen der äußeren Dichtung von einer Vollfilmart zu einer Festkörper-Fest körperr-Berührungsart.From this ratio, the majtimaje pressure that can be developed y * m of device 12 without restriction of leakage at (ίφψ outer seal) can be calculated to provide an indication of film thickness resulting from the pressure increase If the leakage exceeds the maximum generating capacity of the seal, which can be calculated from the above-cited publication by Muijderman, the performance of the seal changes from a full film type to a solid-solid contact type in the event of a failure of the outer seal.
Es sei bemerkt, daß sehr flache (beispielsweise 1/2 ^m) oder sehr tiefe (beispielsweise 200 um) Rillen für die innere Stirndichtung verwendet werden können, um bei einem Versagen der äußeren Dichtung die Auspumpgeschwindigkeit zu verkleinern. Da Jedoch die Drucke, die von diesen Stirndichtungen während eines normalen Betriebes erzeugt werden, infolge von Änderungen der Strömungsmittelviskosität an der Dichtungsgrenzfläche schwierig vorauszusagen sind, sind derartige Dichtungen für die innere Stirndichtung im allgemeinen nicht zu empfehlen.It should be noted that very shallow (e.g. 1/2 ^ m) or very deep (e.g. 200 µm) grooves for the inner face seal can be used to prevent failure of the outer Seal to reduce the pump-out speed. However, since the prints produced by these forehead seals during a normal Operation is difficult to predict due to changes in fluid viscosity at the seal interface such seals are generally not recommended for the inner face seal.
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Legal Events
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---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |