Gleitringdichtungsanordnung

Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung, insbesondere einer Gleitringdichtungsanordnung zur Versorgung der Gleitringdichtungsanordnung mit einem Fluid, welches zum Dichtspalt zwischen Gleitringen der Gleitringdichtung geführt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer derartigen Pumpenanordnung. Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen

Ausgestaltungen bekannt. Hierbei wird ein gasförmiges oder flüssiges Sperrmedium verwendet, welches in den Dichtspalt an den Gleitflächen zwischen einem rotierenden Gleitring und einem stationären Gleitring zugeführt wird. Hierbei kann grundsätzlich jede Art von Pumpe zur Förderung des Sperrmediums verwendet werden, da üblicherweise nur ein geringer Differenzdruck zwischen dem Druck des abzudichtenden Produkts und dem Druck des Sperrmediums vorhanden ist, um eine Leckage über den Dichtspalt der

Gleitringdichtungsanordnung möglichst gering zu halten. Hierbei wurden bisher Kolbenpumpen oder Zahnradpumpen zur Druckerzeugung des Sperrmediums verwendet. Bei höheren Differenzdrücken zwischen dem Sperrmedium und dem abzudichtenden Produkt wird bisher einfach eine redundante Anordnung mit einer zweiten Pumpe vorgenommen. Dies führt jedoch zu unverhältnismäßig hohen Kosten für die gesamte Sperrmedium-Anlage.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pumpenanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit auch höhere Drücke erzeugen kann. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtung mit einer verbesserten Anlage zur Versorgung mit einem Fluid für die Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung einer Gleitringdichtungsanordnung zum Zuführen eines Fluids zu einer Gleitringdichtung weist den Vorteil auf, dass ein besonders kompakter Aufbau der Pumpenanordnung möglich ist. Hierbei können mehrere Pumpstufen in der Pumpenanordnung integriert werden. Die Pumpenanordnung umfasst dabei genau einen Antrieb mit einer Antriebswelle, eine erste und eine zweite Axialpumpe sowie eine Radialpumpe. Somit sind insgesamt drei Pumpen vorgesehen, wobei die erste und zweite Axialpumpe das Fluid in Axialrichtung der Antriebswelle fördern und die Radialpumpe das Fluid in Radialrichtung der Antriebswelle fördert. Dabei sind die erste und zweite Axialpumpe in Durchströmungsrichtung des Fluids durch die Pumpenanordnung vor der Radialpumpe angeordnet. Dabei treibt der einzige Antrieb gleichzeitig sowohl die erste und zweite Axialpumpe als auch die Radialpumpe an. Somit ist nur ein gemeinsamer Antrieb für alle drei Pumpstufen vorgesehen. Hierdurch kann ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau einer kompakten Pumpanordnung bereitgestellt werden.

Vorzugsweise umfasst die Pumpenanordnung eine Magnetkupplung mit einem Antriebsteil mit einem ersten Permanentmagneten, einem feststehenden Hohlzylinder und einem Abtriebsteil mit einem zweiten Permanentmagneten. Der Hohlzylinder ist dabei zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil angeordnet und beispielsweise mit einem Pumpengehäuse verbunden. Durch diese Ausgestaltung mit einer Magnetkupplung ist eine einfache Trennung zwischen dem Fluid und der Atmosphäre möglich. Somit können Verunreinigungen des Fluids der Gleitringdichtungsanordnung von außen vermieden werden.

Vorzugsweise ist der Antriebsteil der Magnetkupplung die Antriebswelle des Antriebs der Pumpenanordnung. Dadurch kann eine Bauteileanzahl reduziert werden und ein noch kompakterer Aufbau realisiert werden.

Weiter bevorzugt sind die ersten Permanentmagneten in Richtung einer Mittelachse der Antriebswelle um einen Abstand A versetzt zu den zweiten Permanentmagneten am Abtriebsteil. Dadurch ergibt sich nur eine teilweise Überlappung zwischen den ersten und zweiten Permanentmagneten. Die ersten und zweiten Permanentmagnete sind dabei in Axialrichtung vorzugsweise gleich lang.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Aufbau der Pumpenanordnung derart, dass die erste Axialpumpe in eine erste Axialrichtung fördert und die zweite Axialpumpe in eine zweite Axialrichtung fördert, die entgegengesetzt zur ersten Axialrichtung ist. Hierdurch kann ein Ausgleich der auf die Pumpenanordnung wirkenden Axialkräfte durch die erste und zweite Axialpumpe erreicht werden. Dabei ist der Aufbau vorzugsweise derart, dass die gegeneinander wirkenden Axialkräfte sich vollständig aufheben. Vorzugsweise sind dabei der Aufbau der ersten und zweiten Axialpumpe identisch. Ein besonders einfacher und kompakter Aufbau ergibt sich, wenn die erste und zweite Axialpumpe und die Radialpumpe direkt am Abtriebsteil der Magnetkupplung angeordnet sind.

Besonders bevorzugt sind die erste und zweite Axialpumpe eine Fördergewindepumpe. Vorzugsweise ist hierbei ein Fördergewinde sowohl am rotierenden als auch am stationären Teil angeordnet. Alternativ ist ein Fördergewinde nur an einem Teil, d.h., entweder dem rotierenden Teil oder dem stationären Teil, angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Fördergewindepumpen in Axialrichtung gleich lang.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Pumpenanordnung bevorzugt ein einteiliges Pumpengehäuse mit einem Zulauf und einem Ablauf. Das einteilige Pumpengehäuse ermöglicht eine Ausgestaltung derart, dass die erste und zweite Axialpumpe und die Radialpumpe als vormontierte Baugruppe vorgesehen werden können und einfach in das einteilige Pumpengehäuse eingeschoben werden können.

Vorzugsweise ist dabei eine Zulaufrichtung zum Zulauf der Pumpenanordnung und eine Ablaufrichtung im Ablauf der Pumpenanordnung gleich. Hierdurch werden Verluste durch Umlenken der Strömung minimiert.

Vorzugsweise umfasst die Pumpenanordnung ferner einen Fluidstromteiler, welcher einen zugeführten Fluidstrom in zwei Unterströme unterteilt. Hierbei führt ein erster Unterstrom zur ersten Axialpumpe und ein zweiter Unterstrom führt zur zweiten Axialpumpe. Der Fluidstromteiler ist vorzugsweise unmittelbar nach dem Zulauf im Pumpengehäuse angeordnet.

Bevorzugt umfasst die Pumpenanordnung ferner eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, eine Antriebsdrehzahl des einzigen Antriebs zu steuern, um dadurch eine Fördermenge der Pumpenanordnung zu steuern.

Vorzugsweise umfasst die Pumpenanordnung ein erstes und ein zweites Radiallager, um das Abtriebsteil am Hohlzylinder zu lagern. Vorzugsweise dient hierbei das Fluid auch als Schmiermedium für das erste und zweite Radiallager. Weiter bevorzugt ist lediglich ein einziges Axiallager vorgesehen, besonders bevorzugt benachbart zu einem der Radiallager, um eine axiale Lagerung des Abtriebsteils der Magnetkupplung zu realisieren. Dies ist besonders dann möglich, wenn die ersten und zweiten Permanentmagnete der Magnetkupplung in Axialrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, so dass durch die Anordnung der Permanentmagnete eine Axialkraft nur in eine Richtung zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil vorhanden ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Gleitringdichtungsanordnung, umfassend wenigstens eine erste Gleitringdichtung mit einem rotierenden und einem stationären Gleitring, welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt definieren und eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung. Die Gleitringdichtungsanordnung ist vorzugsweise als Tandembauweise, umfassend eine erste und eine zweite Gleitringdichtung in Reihe, ausgelegt. Fluid wird bei der Tandembauweise in einem Raum zwischen der ersten und zweiten Gleitringdichtung zugeführt.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Gleitringdichtungsanordnung mit einer

Pumpenanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 2 eine Schnittansicht, welche die Pumpenanordnung von Fig. 1 im Detail zeigt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine erste Gleitringdichtung 2a und eine zweite Gleitringdichtung 2b, um eine Produktseite 8 mit einem abzudichtenden Produkt von einer Atmosphärenseite 9 abzudichten. Hierbei ist eine T andem- Anordnung gezeigt, bei der die beiden Gleitringdichtungen 2a, 2b in Richtung einer Wellenmittelachse Y-Y in Reihe an einer gemeinsamen Welle 13 abdichten.

Zum Betrieb der beiden Gleitringdichtungen 2a, 2b ist ein Fluidkreislauf 7 angeordnet, welcher ein Fluid bzw. ein Sperrmedium, beispielsweise ein flüssiges Öl oder dgl., verwendet.

Die erste und zweite Gleitringdichtung 2a, 2b sind in diesem Ausführungsbeispiel gleich aufgebaut und umfassen jeweils einen rotierenden Gleitring 3 und einen stationären Gleitring 4, welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt 5 definieren. Die rotierenden Gleitringe 3 sind mittels eines hülsenförmigen Halteelements 14 auf der Welle 13 fixiert. Die stationären Gleitringe 4 sind auf übliche Weise in einem Dichtungsgehäuse 6 fixiert.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst der Fluidkreislauf 7 eine Saugleitung 70 und eine Druckleitung 71. Im Fluidkreislauf 7 ist ferner eine Pumpenanordnung 10 angeordnet, um das Fluid in einem geschlossenen Kreislauf umzupumpen. Die Pumpenanordnung 10 umfasst einen einzigen Antrieb 1 1 , welcher mittels einer Steuereinheit 12 angesteuert wird.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, führt der Fluidkreislauf 7 zu einem Raum 15 zwischen der ersten Gleitringdichtung 2a und der zweiten Gleitringdichtung 2b. Das Fluid wird hierbei in die Nähe der Dichtspalte 5 zugeführt, um eine Abdichtung an den Dichtspalten 5 zu gewährleisten. Hierbei ist ein Druck des Fluids etwas größer als ein Druck des Produkts an der Produktseite 8. Somit wird eine Leckage des Produkts in Richtung zur Atmosphärenseite 9 vermieden.

Die Pumpenanordnung 10 ist im Detail aus Fig. 2 ersichtlich. Wie in Fig. 2 dargestellt, umfasst die Pumpenanordnung 10 eine erste Axialpumpe 21 , eine zweite Axialpumpe 22 und eine Radialpumpe 23. Die erste und zweite Axialpumpe 21 , 22 sind als

Fördergewindepumpen ausgebildet, wobei ein Fördergewinde sowohl an dem rotierenden Teil als auch am stationären Teil der beiden Axialpumpen 21 , 22 vorgesehen ist.

Die erste und zweite Axialpumpe 21 , 22 sind gleich aufgebaut, wobei eine Förderrichtung der ersten Axialpumpe in einer ersten Axialrichtung X1 ist und die Förderrichtung der zweiten Axialpumpe in eine entgegengesetzte Axialrichtung X2 ist.

Wie weiter aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist in Axialrichtung X-X der Pumpenanordnung die Radialpumpe 23 zwischen der ersten und zweiten Axialpumpe 21 , 22 angeordnet. Die Radialpumpe 23 fördert das Fluid in Radialrichtung R.

Wie weiter aus Fig. 2 ersichtlich ist, umfasst die Pumpenanordnung 10 eine Magnetkupplung 30. Die Magnetkupplung 30 ist zwischen dem Antrieb 1 1 und den beiden Axialpumpen 21 , 22 sowie der Radialpumpe 23 angeordnet. Die Magnetkupplung dient dabei zur Übertragung eines Antriebsmoments auf die drei Pumpstufen der Pumpenanordnung 10.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfasst die Magnetkupplung 30 eine Vielzahl von ersten Permanentmagneten 31 und eine Vielzahl von zweiten Permanentmagneten 32. Zwischen den Permanentmagneten 31 , 32 ist ein feststehender Hohlzylinder 33 angeordnet. Der Hohlzylinder 33 ist mit einem Pumpengehäuse 38 verbunden. Die Magnetkupplung 30 ermöglicht somit eine Medientrennung zwischen dem Fluid und der Atmosphäre.

Die Magnetkupplung 30 umfasst ein Antreibsteil 30a und ein Abtriebsteil 30b. Der Antriebsteil 30a umfasst eine Antriebswelle 24 des Antriebs 1 1 sowie die ersten Permanentmagnete 31. Das Abtriebsteil 30b umfasst die zweiten Permanentmagnete 32 sowie eine Rotationshülse 39. Die zweiten Permanentmagnete 32 sind dabei an der Rotationshülse 39 angeordnet.

Weiterhin sind am äußeren Umfang der Rotationshülse 39 zwei feststehende Hülsen 37a, 37b angeordnet. Hierbei sind die Axialpumpen 21 , 22 in Form von Fördergewinden zwischen den feststehenden Hülsen 37a, 37b und der Rotationshülse 39 ausgebildet. Zwischen den beiden feststehenden Hülsen 37a, 37b ist die Radialpumpe 23 angeordnet. Die Radialpumpe ist in Fig. 2 nur schematisch dargestellt und kann eine Vielzahl von Flügeln oder dgl. umfassen, um das Sperrmedium in Radialrichtung R zur Mittelachse in einen im Pumpengehäuse 38 gebildeten Ablauf 41 zu pumpen. Im Pumpengehäuse 38 ist ferner noch ein Zulauf 42 vorgesehen, wobei eine Zulaufrichtung im Zulauf 42 gleich einer Ablaufrichtung im Ablauf 41 ist, nämlich radial. Wie in Fig. 2 dargestellt, liegen der Zulauf 42 und der Ablauf 41 auch auf einer gemeinsamen Achse senkrecht zur Axialrichtung X-X.

Zur Lagerung der Rotationshülse 39 ist ein erstes Radiallager 34 und ein zweites Radiallager 35 vorgesehen. Hierbei erfolgt eine Radiallagerung der Rotationshülse 39 gegenüber dem Hohlzylinder 33. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind hierbei Nuten 34a und 35a an Stirnseiten der beiden Radiallager 34 und 35 vorgesehen, um Fluid als Schmiermittel für die Radiallager zu den Lagerflächen zuzuführen. Ferner ist genau ein Axiallager 36 vorgesehen, welches benachbart zum zweiten Radiallager 35 angeordnet ist.

Das Axiallager 36 ist in einem Verschlusselement 44, welche das Pumpengehäuse 38 verschließt, angeordnet.

Wie ferner in Fig. 2 gezeigt, ist eine Anordnung der ersten Permanentmagnete 31 in Axialrichtung versetzt zu einer Anordnung der zweiten Permanentmagnete 32. Hierbei sind die ersten Permanentmagnete 31 um einen Abstand A in Axialrichtung X-X versetzt zu den zweiten Permanentmagneten 32. Dadurch wird eine axiale Vorspannung der Rotationshülse 39 durch die Magnetkräfte ausgeführt, so dass nur genau ein Axiallager 36 notwendig ist.

Die Funktion der Pumpenanordnung 10 ist dabei wie folgt. Wenn der Antrieb 11 durch die Steuereinheit 12 angetrieben wird, dreht sich die Antriebswelle 24 und damit auch die ersten Permanentmagnete 31. Aufgrund der Magnetkräfte, welche auf die zweiten Permanentmagnete 32 wirken, beginnt sich die Rotationshülse 39 ebenfalls zu drehen. Hierdurch erfolgt eine Ansaugung des Fluids über den Zulauf 42 zu einem Fluidstromteiler 43. Wie in Fig. 2 durch die Pfeile angedeutet, unterteilt sich der Fluidstrom B in einen ersten Unterstrom B1 zur ersten Axialpumpe 21 und einen zweiten Unterstrom B2 zur zweiten Axialpumpe 22. Das Fluid strömt dann, wie durch die weiteren Pfeile in Fig. 2 angedeutet, vom Fluidstromteiler 43 nach links und rechts und wird um 180° umgekehrt und strömt dann in die erste und zweite Axialpumpe 21 , 22. Am Austritt der ersten und zweiten Axialpumpe 21 , 22 ist dann die Radialpumpe 23 angeordnet, welche eine Umlenkung des Fluids um 90° und eine Förderung in den Ablauf 41 ausführt.

Das Fluid wird somit durch die beiden Axialpumpen 21 , 22 zu der zwischen den beiden Axialpumpen 21 , 22 angeordneten Radialpumpe 23 gefördert. Die Radialpumpe führt dann zu einer Umlenkung des axial zugeführten Fluids in Radialrichtung R und fördert das Fluid über den Ablauf 41 in die Druckleitung 71 und somit in Richtung zu den Gleitringdichtungen 2a, 2b (vgl. Fig. 1 ). Somit sind in einer Pumpenanordnung drei Pumpstufen integriert, wobei zwei Axialpumpstufen und eine Radialpumpstufe vorgesehen sind. Die beiden Axialpumpstufen sind hierbei gegenläufig und vorzugsweise als Fördergewinde ausgebildet. Durch die gegenläufige Anordnung der ersten und zweiten Axialpumpe 21 , 22 können die bei der Förderung auftretenden Axialkräfte aufgehoben werden. Weiterhin stellt die in Axialrichtung X-X versetzte Anordnung der ersten Permanentmagnete 31 relativ zu den zweiten Permanentmagneten 32 sicher, dass kontinuierlich eine Vorspannkraft F auf das einzige Axiallager 36 ausgeübt wird. Durch die Anordnung ist diese Vorspannkraft F dabei unabhängig von einer Drehzahl und unabhängig von einer Viskosität des Fluids. Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung 10 ist dabei sehr kompakt und robust und insbesondere auch für hohe Drücke bis zu 200 x 10 ⁵ Pa ausgelegt. Wenn die beiden Axialpumpen 21 , 22 als Fördergewinde ausgebildet sind und ein geschlossener Kreislauf des Fluids vorhanden ist, müssen keine weiteren Sicherheitssysteme bzw. Dichtungssysteme vorgesehen werden. Darüber hinaus stellen die als Fördergewinde ausgebildeten ersten und zweiten Axialpumpen sowie die Radialpumpe sicher, dass eine geringe Reibung innerhalb des Fluids während des Betriebs auftritt, so dass sich hier auch nur eine geringe Wärmeentwicklung ergibt. Ein weiterer großer Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung 10 liegt darin, dass eine Regelung einer Menge des gepumpten Fluids nur von der Drehzahl des Antriebs abhängt und so einfach mittels der Steuereinheit 12 realisiert werden kann. Durch das einteilige, im Schnitt U-förmige Pumpengehäuse 38 ist ferner die Realisierung einer einfach zu montierenden Baugruppe möglich. Alternativ kann das Pumpengehäuse auch mehrteilig vorgesehen werden.

Durch die Verwendung von Fördergewinden als erste und zweite Axialpumpe 21 , 22 kann ferner bei einem Ausfall der Pumpenanordnung sichergestellt werden, dass bis zu einem vollständigen Herunterfahren einer Anlage die Zirkulation des Fluids sichergestellt ist.

Bezugszeichenliste

I Gleitringdichtungsanordnung

2a erste Gleitringdichtung

2b zweite Gleitringdichtung

3 rotierender Gleitring

4 stationärer Gleitring

5 Dichtspalt

6 Dichtungsgehäuse

7 Fluidkreislauf

8 Produktseite

9 Atmosphärenseite

10 Pumpenanordnung

I I Antrieb

12 Steuereinheit

13 Welle

14 Halteelement für den rotierenden Gleitring

15 Raum

21 erste Axialpumpe

22 zweite Axialpumpe

23 Radialpumpe

24 Antriebswelle

30 Magnetkupplung

30a Antriebsteil

30b Abtriebsteil

31 erste Permanentmagnete

32 zweite Permanentmagnete

33 feststehender Hohlzylinder

34 erste Radialdichtung

34a Nut

35 zweite Radialdichtung

35a Nut

36 Axiallager

37a feststehende Hülse

37b feststehende Hülse

38 Pumpengehäuse

39 Rotationshülse

41 Ablauf 42 Zulauf

43 Fluidstromteiler

44 Verschlusselement

70 Saugleitung

71 Druckleitung

A Abstand

B Durchströmungsrichtung der Pumpenanordnung

B1 , B2 erster und zweiter Unterstrom in der Pumpenanordnung

F Vorspannkraft

R Radialrichtung

X1 erste Axialrichtung

X2 zweite Axialrichtung

X-X Axialrichtung (Mittelachse) der Pumpenanordnung

Y-Y Wellenmittelachse