DE2827026C3

DE2827026C3 - Dichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2827026C3
Application number: DE2827026A
Authority: DE
Inventors: Tuneo Urawa Saitama Yamaguchi
Original assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Current assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1978-06-20
Publication date: 1985-11-14
Also published as: DE2827026A1; GB2011556B; US4168070A; DE2827026B2; GB2011556A; JPS5499946U

Description

unmittelbaren Umgebung der Antriebsschraubenwelle in Verbindung stehen. Die Kammern sind durch ein bewegliches Element, z. B. durch einen Faltenbalg getrennt der vorzugsweise in die Richtung auf eine den Öldruck herabsetzende Stellung vorgespannt ist Ein ölnachfüllsystem ist gleichfalls dazu vorgesehen, öl aus dem Schmierölkreislauf in die erste Kammer einzuführen, wenn dieses erforderlich ist

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Dichtungsvof richtung näher erläutert

F i g. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung für eine Schiffsschraubenwelle;

F i g. 2 zeigt eine Querschnittsansicht der öldichtung einer Schiffsschraubenwelle gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig.3 zeigt schematisch die- den Druck des Dichtungsöls erhöhende Einrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig.4 zeigt schematisch die Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung;

F i g. 5 zeigt ein weiteres Beispiel für die dcir Druck des Dichtungsöls erhöhende Einrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In F i g. 1 ist die Antriebsschraubeneinrichtung einer im Wasser befindlichen Vorrichtung mit Tiefgang, beispielsweise eines halbtauchfähigen ölbohrturms, dargestellt der in relativ tiefen Gewässern benutzt wird. Ein Gehäuse 1/4 der Antriebseinrichtung ist drehbar am Unterbau einer Einrichtung zum Anheben zur Wasseroberfläche angebracht

Eine Antriebsschraubenwelle ist drehbar in der Antriebseinrichtung gelagert Eine Dichtungsvorrichtung 5 für die Welle befindet sich am Außenumfang einer Laufbuchse 4, die mii der Antriebsschraubenweiie 3 in Eingriff steht Wie es in F i g. 2 dargestellt ist, umfaßt die Dichtungsvorrichtung 5 für die Antriebsschraubenweiie eine Vielzahl von Öldichtungen 5B und einen *c Stiitzring 5/4. Die öldichtungen S3 werden durch den Stützring 5/4 gehalten.

Ein Schmierölversorgungskreislauf 24 versorgt die Antriebsschraubenweiie 3 nr.'t Schmieröl von einem Ölbehälter 24/4, der im Gehäuse \A der Antriebsein- «5 richtung ausgebildet ist, über ein%<; ö.bumpe 22B, einen Ölkühler 2OC und ein Magnetventil 24C Ein Versorgungskreislauf 22 für das Dichtungsöl versorgt den Oldichtungsteil der AntriebssdraubenweJb 3 nut r'.djujifcSci, dai üoer den Schmierölvtrsorgungskreislauf ">A über uin weiteres Magnetventil 72A erhalten wird.

Es ist gleichfalls eine Einrichtung 6 zum Erhöhen des Druckes des Dichtungsöles vorgesehen. Die Einrichtung 6 isl mehr im einzelnen in Fig.3 dargestellt. Das Gehäuse 6/4 der Einrichtung 6 ist beispielsweise an dem oberen Teil des Gehäuses der Antriebseinrichtung über ein Rahmenelement 7 angebracht Eine Wasserdruckarbeitskammer 8 und eine Öldruckkammei 9 sind durch eine Trennwand 10 getrennt, die zwei Verbindungsöff· *° nungen 10a aufweist. Die Kammer 8 ist durch einen Faltenbalg 11 weiter unterteilt.

Ein Ende des Faiienbalges 1! steht mit einem Anguß lOfc der Trennwand 10 in Verbindung, während das andere Ende des Faltenbalges 11 mit einem Stützteil 13 &⁵ verbunden ist, das an einer Stange befestigt ist, die ihrerseits gleitend versch'ebbar in Bohrungen sowohl in der Trennwand als auch einer Wand des Gehäuses 6Λ gelagert ist. Der Faltenbalg weist eine Elastizität auf, die dadurch verstärkt, werden kann, daß eine nicht dargestellte Feder vorgesehen wird oder daß der Faltenbalg aus Edelstahl mit einer gewünschten Federkonstanten gebildet wird. Öffnungen 8a und 8b. die in den Wänden der Wasserdruckarbeitskammer ausgebildet sind, bilden die Belüftungsöffnungen und die Wassereinlaß- und -auslaßöffnungen. Die Öffnung 8a steht mit einem Wassereinlaßrohr 15 über Ventile 18 und einen Filter 17 in Verbindung. Das Wassereinlaßrohr 15 steht beispielsweise über eine Öffnung 16, die im Boden der Hebeeinrichtung 2 von F i g. 1 ausgebiidet ist, mit einem Bereich in der Nähe der Antriebsschraubenwelle 1 in Verbindung. Die Belüftungsöffnung Sb steht über eine Rohrleitung 14, in der ein Belüftungsventil 14Λ vorgesehen ist, mit der Außenluft in Verbindung. Dichtungsöleinlaß- und -auslaßöffnungen 9.? und 9b sind in den Außenwänden 9A der Öldruck kämmer 9 ausgebildet. Die Dichtungsöleinlaßöffnung 9 a steht über eine Rohrleitung 22a des Versorgungskreislaufes 22 für das Dichtungsöl, in dem das K;ignetventil 22/4 vorgesehen ist, mit dem oben erwähnten 3chmierölversorgungskreis.'auf 24 in Verbindung. Ein Belüftungsventil 22£? ist in einer von der Hauptrohrieitung 22a abzweigenden Rohrleitung vorgesehen. Die Dichtungsölauslaf öffnung 96 steht mit einer Versorgungsleitung 19 für das Dichtungsöl in Verbindung. Das Ende der Versorgungsleitung 19 für das Dichtungsö! steht mit einem Versorgungskanal 20 für das Dichtungsöl in Verbindung, der in der Dichtungseinrichtung 5 für die Antriebsschraubenwelle ausgebildet ist, wie in Fig.2 dargestellt ist

Dieser Versorgungskanal 20 steht mit einem Raum in Verbindung, der vom ringförmigen Stützring SA und der Laufbuchse 4 begrenzt v/ird, so daß sich eine Versorgungsöffnung 20A für das Dichtungsöl bildet

Bei einem derartigen Aufbau des Leitungssystems ist die Einrichtung 6, die den Druck des Dichtungsöls erhöht, so ausgebildet, daß Wasser aus der unmittelbaren Umgebung des öldichtungsteiles der Antriebsschraubenwelle eingeleitet wird und bei geschlossenem Magnetventil 22Λ das Dichtungsöl in der Öldruckkammer 9 durch den Wasserdruck beaufschlagt wird, wodurch das Dichtungsöl in den öldichiungsteil eingeführt wird. Die Einrichtung 6, die din Druck des Dichtungsöls erhöht, ist weiterhin mit einer Einrichtung 23 zum Ermitteln der ölmenge versehen, die dazu dient, die Dichtungsölrnense in d?r v/asMrdichten ÖSdruckkammer 9 zu ermitteln, indem die Stellung des Faltenbalges 11 erfaßt wird.

Die Einrichtung 23- zum Ermitteln der ölmenge weist einen Hebel 12/4 auf, der an der Stange 12 befestigt ist. Durch die Beziehung dei Öldruckes und des Wasserdruckes in der Kammer 6 werden Signale erzeugt. D. h. im einzelnen, daß Signale für den Beginn der ölzufuhr in der Stellung A oder Signale für die Unterbrechung der ölzufuhr in der Stellung B auf die Magnetventile 22/4 und 24C übertragen werden. Die Signale werden du^ch die Stellung des Hehels 12/4 in der Einrichtung 23 zum Bestimmen der öimenge erzeugt.

Wenn sich während des Betriebes die Antriebseinrichtung 1 nicht tief unter der Wasseroberfläche befindet, ist das Magnetventil 22/4 geöffnet, um dadurch das Dichtungsöl vom Schmierölversorgungskreislauf 24 in den öldichtungsteU einzuleiten, ohne die Öldruckkammer 9 unter Druck zu setzen.

Das Dichtungsöl wird über die Dichtungsölauslaßöffnung %b und die Rohrleitung 19 2ur Dichtungsölversor-

gungsöffnung 2OA geleitet, die mit dem Raum in Verbindung steht, der von dem ringförmigen Stützring und der Laufbuchse begrenzt wird, wie es in Fig.2 dargestellt ist Wenn die Dichtungsölzufuhr abgeschlossen ist, wird d?.i Magnetventil geschlossen.

Wenn anschließend die Hebeeinrichtung 2 Lief ins Wasser eintaucht, wird das Wasser von der Wassereinlaßofinung 16 Ober d>e Rohrleitung 15 und die öffnung Sa in der Einrichtung 6, die den Druck des Dichlungsöls erhöht, in die Druckarbeitskammer 8 eingeleitet. Wenn die Druckarbeitskammer 8 mit Wasser gefüllt ist, liegt der Druck des Wassers am Faltenbalg 11, wodurch der Faltenbalg in Richtung des Pfeiles C in F i g. 3 gegen seine Federkraft oder Elastizitätskraft um eine Strecke bewegt wird, die dem Wasserdruck entspricht. Wenn der Faltenbalg zurückgezogen wird, nimmt der Druck des Dichtungsöls in der Kammer 9 zu. Der Faltenbalg ist dann ausgeglichen, wenn der Druck in der Wasserkam iiici ο giciiiiuCiu !μ GCi \JiA.Z~,~Z7 " iSt

In diesem ausgeglichenen Zustand läßt sich die Beziehung zwischen dem Wasserdruck Pa und dem Druck aes Dichtungsöls im öldichiungsteil anhand von F i g. 4 darstellen. In F i g. 4 bezeichnet /t die Tiefe der Antriebsschraubenwelle, gemessen von der Wasseroberfläche, h die Strecke von der Einrichtung zum Erhöhen des Druckes des Dichtungsöls ;:ur Antriebsschraubenweile, /j die Tiefe der Einrichtung zum Erhöhen des Druckes des Dichtungsöls, gemessen von der Wasseroberfläche, y\ das spezifische Gewicht des Wassers, yi das spezifische Gewicht des Dichtungsöls und Δ Po den Federdruck des Faltenbalges.

Der Wasserdruck in der Nähe der Antriebsschraubenwelle ergibt sich als:

Pa = Ί · :·. ■

Der Druck der öldichtung beträgt Pb = (h - h) ■ -A-AP₀ + h- fr.

Der Druckunterschied AP zwischen dem Druck Pa und dem Druck Pe beträgt dann:

IP

- Ρ»

(D

In der obigen Gleichung 1 wird der Druckunterschied idPdurch die Größe k. d- h. den Abstand der Einrichtung zum Erhöhen des Druckes des Dichtungsöls zur Antriebsschraubenwelle und durch die Größe APo, d. h. den Federdruck des Faltenbalges bestimmt Der Federdruck APo ändert sich in Abhängigkeit von der Tiefe /j, d. h. vc~ der Tiefe h der Einrichtung 6 zum Erhöhen des Druckes des Dichtungsöls, gemessen von der Wasseroberfläche, wenn die Federkonstante einen konstanten Wert hat

Der Druck P* des Dichtungsöls wird, wie bisher, auf einem Wert gehalten, der um 0,5 bis 1,0 kg/cm² kleiner als der Wert des Wasserdruckes Pa ist um eine wirksame Abdichtung zu erhalten. Die Strecke k und die Federkonstante des Faltenbalges, d.h. der Wen APo, sollten daher so festgelegt sein, daß ein Wert in diesem Bereich erhalten wird.

Die Dichtungsölmenge in der ölkammer nimmt andererseits aufgrund von Ölleckverlusten der Dichtungseinrichtung 5 für die Antriebsschraubenwelle und ähnlichem ab, so daß die äquivalente Stellung des Faltenbalges 11 zur Trennwand 10 verschoben und die gestrichelte Linie in F i g. 1 erreicht wird, bei der der Hebel \2A, der an der Stange J2 befestigt ist an den Schaltkontakt 73A anschlägt Das hat zur Folge, daß Signale den Magnetventilen 22A und 24C übertragen werden, um dadurch das Ventil 22A zu öffnen und gleichzeitig das Ventil 24Czu schließen. Der Schmieröl-'■> kreislauf zwischen dem Behälter 24/4 und dem Ventil 24C wird dementsprechend unterbrochen und das vom ölbehälter 24Λ durch die Pumpe 225 hochgepumpte Schmieröl wird Ober das geöffnete Magnetventil 22A, die Rohrleitung 22a und die Dichtungsöleinlaßöffnung ίο 9a als Dichtungsöl in die Öldruckkammer 9 eingeleitet.

Nachdem das Dichtungsöl in dieser Weise eingeleitet ist, nähert sich die äquivalente Stellung des Faltenbalges der Stirnwand der Druckarbeitskammer 8. Wenn der Hebel 12Λ an den Schaltkontakt 23Ö anschlägt, wird das is Magnetventil 24C geöffnet und wird gleichzeitig das Magnetventil 22Λ geschlossen, um die ölzufuhr zu unterbrechen und den Schmierölkreislauf wieder in Gang zu setzen.

Wie es eben erwähnt wjrde, wird der Druck in der

ölkammer 9 auf einem Wert gehalten, der etwas unter dem Wasserdruck liegt, in dem das Wasser aus der

Umgebung des öldichtungsteils in die Kammer 9

eingeleitet wird, während das Magnetventil 22/4 geschlossen ist Ein Auslaufen des Schmieröls und ein

« Eindringen von Wasser in die öldichtung können daher wirksam verhindert werden.

F i g. 5 zeigt eine weitere Einrichtung zum Erhöhen des Druckes des Dichtungsöls gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. Die Einrichtung zum Erhöhen des Druckes des Dichtungsöls umfaßt zwei Kolben 28 und 29, die Ober eine Kolbenstange 27 miteinander verbunden sind, sowie einen gruScn und einen kleinen Zylinder 25 und 26, die den Kolben 28 und 29 jeweils zugeordnet sind Das Wasser in der Nähe des öldichtungsteils der Antriebsschraubenwelle 3 wird in die an der Kopfseite befindliche Kammer 25A des kleinen Zylinders 25 eingeleitet, während das Dichtungsöl des Versorgungskreislaufes 22 für das Dichtungsöl in die an der Kopfseite befindliche Kammer 26/4 des großen Zylinders 26 eingeleitet wird. Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels ist dieselbe wie die des im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiels, wobei der Unterschied im Oberflächenbereich der beiden Kolben den Wert ΔΡο liefert Im obigen wurden die Ausführungsbeispiele der Vorrichtung anhand der Antriebseinrichtung eines halbeintauchbaren Bohrturmes erläutert Die Vorrichtung ist jedoch auf beliebige Vorrichtungen anwendbar, die im Wasser benutzt werden und deren Drehwelle so dem Wasser ausgesetzt ist

Wie es oben erwähnt wurde, liegt der Drue·, des Öldichtungsteils der Drehwelle, die sich im Wasser befindet, auf einem Wert, der gleich dem oder etwas kleiner als der des Wassers in der Umgebung des öldichtungsteiles ist Das der herkömmlichen Vorrichtung anhaftende Eindringen von Wasser in das Lager und den Drehverschleißbereich wird daher bei der beschriebenen Vorrichtung wirksam verhindert Das der herkömmlichen Vorrichtung gleichfalls eigene Auslaufen des Dichtungsöls in den Drehverschleißbereich wird bei der beschriebenen Vorrichtung gleichfalls wirksam vermieden. Die Schmier- und Kühlwirkung des Schmieröls wird gut beibehalten. Die Temperaturzunahme im Lager der Drehwelle, die zu einem Festfressen der Drehwelle und zu einem entsprechenden Abrieb der Drehwelle führt kann ebenfalls wirksam vermieden werden.

Der ölkreislauf ist in einen den Dichtungsöldruck

erhöhenden Kreislauf zum Zuführen des Dichtungsöls zum öldichtungsteil und in einen Kreislauf für das Schmieröl der Drehwelle unterteilt. Das Schmieröl wird automatisch dem Kreislauf zum Erhöhen des Druckes des Dichtungsöls zugeführt, wenn ein derartiges Umschalten notwendig ist. Der den Druck des Dichtungsöls erhöhende Kreislauf arbeitet somit sicher, so daß es nicht notwendig ist, den Druck der großen Schn.ierölmenge im Schmierölkreislauf zu erhöhen, was zur Folge hat, daß die Einrichtung zum Erhöhen des Druckes sehr klein ausgebildet und leicht hergestellt werden kann.

Hici/ii 4 Blau Zeichnungen

.13

50

60

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsvorrichtung mit einer oder mehreren Öldichtungen, die das Eindringen von Wasser an einer unter Wasser befindlichen Durchtrittsstelle einer Antriebswelle verhindern und die über eine Dichtungsölzuleitung versorgt werden, die eine Steuereinrichtung zur Anpassung des Dichtungsöldrucks an den jeweiligen Wasserdruck aufweist und mittels eines von der Steuereinrichtung betätigten Ventils beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Dichtungsölzuleitung (22) über das Ventil (22A) mit einem Schmierölkreislauf (24) verbunden ist und

b) der Schmierölkreislauf (24) nach dem Abzweig der Dichtungsölzuleitung (22) mittels eines ebenfalls von der Steuereinrichtung betätigten zweitem Ventils (24) bei Öffnen des ersten Ventils (22A) gesperrt wird.

2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (23) zwei Stellungsschalter (23A, 23B) aufweist, die die Stellung des beweglichen Elementes (11; 27, 28, 29) einer Druckerhöhungseinrichtung (6) ermitteln.

30

Bei einem Arbeitsschiff, z. B. twier halbtauchfähigen ölbohrplattform oder efcera Kranschiff, ist eine Einrichtung zum Steuern der P< iitiori des Schiffes vorgesehen, um das Schiff zu bewegen oder es an einer bestimmten Stelle am Liegeplatz zu haken. Die Steuereinrichtung umfaßt eine im Wasser befindliche Antriebsvorrichtung, bei der die Antriebsschraubenwelle, das Lager und alle in Reibineingriffnahme stehenden Flächen dadurch geschmiert und gekühlt werden, daß man sie mit Schmieröl versorgt Es ist weiterhin eine Dichtungsvorrichtung für die Welle, beispielsweise eine Öldichtung vorgesehen, um sowohl ein Auslaufen des Öls an der Antriebsschraubenwelle als auch ein Eindringen von Wasser zu verhindern. Da bei einem derartigen Arbeitsschiff je nach den Verhältnissen auf See und dem Arbeitszweck Ballastwasser aufgenommen werden muß, kommt die Antriebsvorrichtung oftmals in einer Wassertiefe von 6 bis 35 m zum Einsatz. so Wenn die Eintauchtiefe der Antriebsvorrichtung stark variiert, was beisptebw-ix? bei einem ö!'.r,nkc.- ·ηϊι großer Kapazität der Fall ist, wird zur Beibehaltung optimaler Arbeitsbedingungen für die Dichtungsvorrichtung der Welle der Dichtungsdruck auf einem Wert gehslten, der um 0,5 bis 1,0 bar unter dem Wasserdruck in der Tiefe liegt, die der Menge an aufgenommenem Ballastwasser entspricht Dies geschieht d^#jrch Erzeugung eines hydraulischen Dichtungsdruckes mittels Umschaltung der Voriaufiänks.

Bei einem Arbeitsschiff ändert sich die Eintauchtiefe der Antriebsvorrichtung jedoch häufig und stark. Es ist daher schwierig, die volle Funktion der Dichtungsvorrichtung für die Antriebsvorrichtung beizuhalten, und es besteht die Gefahr, daß Dichtungsöl ausläuft und ein schneller Verschleiß der Dichtungsvorrichtung auftritt.

Aus der US-PS 30 88 744 ist eine Dichtungsvorrichtung für eine U-Bool-Schraubenwelle bekannt, die bei stark unterschiedlichem Wasseraußendruck und auch bei seitlichen, axialen oder in beliebiger anderer Richtung erfolgenden Versetzungen der Antriebswelle das Eindringen von Wasser verhindert Zu diesem Zweck sind Dichtungsringe aus Gummi vorgesehen, die die Laufbuchse der Antriebswelle federnd halten. Zwischen den Dichtungsringen strömt Sperröl in einem sich verjüngenden, ringförmigen Strömungsraum entlang der Antriebrwelle, so daß neben der Dichtuigswirkung eine selbstzentrierende Wirkung auf die Welle ausgeübt wird. Das Sperröl wird mit Hilfe einer ständig in Betrieb befindlichen Verdrängerpumpe aus einem Vorratsbehälter über ein Filter in den Sperrölkreislauf gepumpt und auf den maximal zu erwartenden Wasseraußendruck gebracht Falls der Sperröldruck höher ist als der Wasseraußendruck, wird Sperröl über ein durch den Wasseraußendruck gesteuertes Diaphragmaventil in den Vorratsbehälter abgelassen, so daß der Öldruck stets in etwa dem Wasseraußendruck entspricht

Diese bekannte Wellendichtung hat den Nachteil, daß stets eine große Sperröhnenge bei hoher Pumpenleistung in Umlauf ist und daß zur Anpassung des Sperröldruckes an variierende Wasseraußendrücke ein besonderer Vorratsbehälter für das Sperröl erforderlich ist

Auch bei den sjs der DE-PS 8d8371, DE-OS 18 08 510 und GB-PS 13 78 343 bekannten Stevenrohrlager-Abdichtungen wird das Dichtungsöl für die Öldichtungen durch Schwerkraft oder über Druckregeleinrichtungen aus gesonderten Hochtanks zugeführt. Derartige Hochtanks sind jedoch in tauchfähigen oder halb-tauchfähigen Systemen aus Platzgründen unerwünscht Außerdem müßten sie im Falle der Dichtungsölzufuhr durch Schwerkraft in relativ großer Höhe angeordnet sein, um bei großen Eintauchtiefen einen entsprechend hohen Dichtungsöidruck zu erzeugen, im Falle der Zwischenschaltung von Druckregeleinrichtungen tritt der bereits geschilderte Nachteil auf, daß bei variierendem Wasseraußendruck jeweils eine große Dichtungsölmenge auf den geänderten Druck gebracht werden muß.

In der DE-OS 19 M 971 ist eine Dichtungsvorrichtung für Zentrifugalpumpen zum Fördern von Kraftstoff für Gasturbinentriebwerke beschrieben, bei der ein,Teil des Schmieröls zum Beaufschlagen eines Dichtungsringes verwendet wird, um diesen bei den auftretenden hohen Drehzahlen wenigstens im äußeren Teil des Auflagebereiches zu schmiereirund zu kühlen.

Diese Dichtungsvorrichtung enthält somit keine eigentliche öldichtung ur«l sie ist auch nicht zur Abdichtung von unter Wasser befindlichen Antriebswellen bei variierendem Wasseraußendruck geeignet

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dichtungsvorrichtung mit einer öldichtung für eine unter Wasser befindliche Antriebswelle bereitzustellen, bei der der Dichtungsöldruck in Abhängigkeit vom Wasserdruck an der Durchtrittsstelle der Antriebswelle gesteuert werden kann und die selbst bei stark variierendem Wasseraußendruck eine minimale Dichtungsölmenge ohne einen besonderen Dichiungsel-Vörratsbehälier erfordert.

Diese Aufgabe wird mit der in den Patentansprüchen gekennzeichneten Dichtungsvorrichtung gelöst

Die in der Dichtungsvorrichtung \crwendete Druckerhöhungseinrichtung weist zur Regelung des Dichtutigsöldruckes eine erste und eine zweite Kammer ari, die mit dem Dichtungsöl bzw. dem Wasser in der