DE102019103069A1

DE102019103069A1 - Kupplung für die Trockenpartie einer Faserbahn

Info

Publication number: DE102019103069A1
Application number: DE102019103069.2A
Authority: DE
Inventors: Mika Laurikainen
Original assignee: Valmet Technologies Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2019-08-22
Also published as: AT520948A3; FI20185157A1; AT520948A2; FI128250B; AT520948B1; CN110172855A; CN110172855B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplung in der Trockenpartie einer Faserbahnmaschine, welcher Kupplung
- ein nicht drehbar eingebauter Kupplungsrahmen (21) umfassend Anschlüsse (13, 23) für das Kondensatwasser und/oder den Dampf am Ende des Kupplungsrahmens (21),
- ein Ringkolben (25) nicht drehbar am Kupplungsrahmen (21) eingebaut, aber federbelastet und axial beweglich durch eine axiale Trommelfläche (21a) gesteuert,
- eine mit dem Ringkolben (25) verbundene direkte radiale Dichtungsfläche (31a),
- ein mit der Achse (10c) verbundenes Gegenstück und eine daran angeordnete drehbare kugelartige Dichtungsfläche (29a), deren Radius r 55 - 75 %, bevorzugter 58 - 70% mal den Außendurchmesser Du der Kohlenringdichtung (28) beträgt,
- eine zwischen der kugelförmigen Dichtungsfläche (29a) und der mit dem Ringkolben (25) verbundenen Dichtungsfläche (30a) angeordnete schwimmende Kohlenringdichtung (28), während die Federung des Kolbens (28) und der Gegendruck die Dichtungsflächen (28a, 29a) zusammendrücken, zugeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung für die Trockenpartie einer Faserbahnmaschine, insbesondere eine Dampf- und/oder Kondensatwasserkupplung, mit deren Hilfe der Zylinder der Faserbahnmaschine druckdicht gehalten ist, jedoch das Drehen des Zylinders und die Durchführung der in einer festen Station befindlichen Rohrleitungen in das Innere des Zylinders über den Innenraum seiner Achse ermöglicht sind, während die Kupplung zum Einbauen unmittelbar außerhalb des nächstliegenden den Zylinder tragenden Lagers vorgesehen ist, wobei der Kupplung

- ein nicht drehbar eingebauter Kupplungsrahmen umfassend die Anschlüsse für das Kondensatwasser und/oder den Dampf am Ende des Kupplungsrahmens,
- einen Ringkolben, nicht drehbar eingebaut am Kupplungsrahmen, aber federbelastet und axial beweglich durch eine axiale Trommelfläche gesteuert,
- ein an der betreffenden Achse befestigtes Gegenstück und eine an diesem angeordnete drehbare kugelförmige Dichtungsfläche,
- eine zwischen der kugelförmigen Dichtungsfläche und dem Ringkolben angeordnete Trockendichtung während die Federung der Kolbe und der Gegendruck die Dichtungsflächen zusammen- drückt, zugeordnet sind.

Das finnische Patent 103907 zeigt eine Dampfkupplung, bei der dem festen Teil der Dampfkupplung eine axial gefederte, koaxial ein Ringkolben der Zylinderfläche und eine daran unbeweglich mit Schrauben befestigte trockene Dichtung zugeordnet sind. Am Ende der Achse, also am drehbaren Teil der Dampfkupplung wird quer eine Dichtungsebene zugeordnet, wogegen sich die trockene Dichtung legt. Der Aufbau lässt geringe radiale Abweichungen und Winkelabweichungen zu. Die trockene Dichtung besteht üblicherweise aus Kohle, deren Befestigung an Kolben oft eine kritische Stelle darstellt, welche oft am Befestigungspunkt bricht. Die ungenaue Passung des Kolbens rief Festklemmen hervor, weil sich der Kolben drehen konnte und den Zylinder beanspruchte.
Der gefederte Kolben wurde wie oben beschrieben sehr oft eingesetzt. Oft stützen die den Kolben drückenden Federn diese auch in der radialen Richtung und lassen mit Absicht so ein wenig Bewegungsraum in der radialen Richtung zu.
In dem finnischen Patent FI 99285 ( US 5098135A ) wird eine den nächstliegenden Stand der Technik darstellende Mediumkupplung beschrieben.
Der Kolben drückt mit seiner geraden Dichtungsfläche die Ringdichtung an, deren andere Seite kugelförmig ist. Die gegenüberliegende kugelförmige Stützfläche dreht sich am Ende der Achse. Die Lösung lässt auch einen kleinen radialen Versatz zu.
Bei den alten Lösungen werden zwei nacheinander angeordnete Dichtungen eingesetzt, welche in verschiedenen Zusammenbauten gerade und/oder kugelförmige Dichtungsflächen in verschiedenen Größen aufweisen.
Eine einzige verschleißende Ringdichtung ist jedoch wünschenswert, wobei sich die gleiche Ringdichtung mit ihren Kolben in radialer Richtung gemäß den Axialitätsabweichungen einstellen muss. Bei einem Teil der Lösungen wird der Kolben durch einen balgartigen Mechanismus getragen, wobei der Balg sowohl für die radialen Abweichungen als auch für die Winkelabweichungen zuständig ist ( US1718209 , US1896062 ), während er gleichzeitig den Kolben axial andrückt.
Bei den bekannten Lösungen ist das Ende des Kupplungsrahmens vor dem Kolbenaufbau, wobei mehrere miteinander verbundene Ringstücke mit ihren Befestigungen als Kolben-/Anschlagteile eingesetzt werden.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist, eine betriebssicherere und leichter zu pflegende Kupplung hervor zu bringen. Die Aufgabe der Erfindung wird anhand der Lösung gemäß dem Patentanspruch 1 erzielt.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden punktartige Belastungen hervorrufende Befestigungen ganz vermieden.
Die erfindungsgemäße Kombination hat sich bei einem Test als betriebssicher gezeigt. Sie weist eine kugelförmige, sich nach außen öffnende drehbare Dichtungsfläche und eine auf der Seite des axial gesteuerten Kolbens direkte Dichtungsfläche sowie eine zwischen diesen aufschwimmende Kohldichtung auf. Dabei wird bevorzugt ein Radius, der erheblich kleinerer als der vorherige ist, an der kugelförmigen Dichtungsfläche eingesetzt. Der Radius beträgt nur 55 - 75 % bevorzugt 58 - 70%, von dem Außendurchmesser der Ringdichtung. Eine steile Kugelartigkeit steuert die Ringdichtung sehr gut, denn diese zentriert sie besser als vorher.
Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist dem Kolben ein Gegendruckbereich zum Leiten des Dampfdruckes hinter den Kolben, um die Kohlenringdichtung zu pressen, zugeordnet. Dabei befindet sich am Ende des Ringkolbens ein sich in die Mitte der Achse richtender Ansatz und bildet dabei eine Gleitfläche gegenüber der Planfläche der Kohlenringdichtung. Zwischen der sich von der Dichtung des Ansatzes in Richtung Mitte ausstreckenden Fläche und dem Verlängerungsstück des Kupplungsrahmens bleibt ein Gegendruckbereich für den Dampfdruck, der den Ringkolben in Richtung Kohlenringdichtung belastet. Es ist auch vorteilhaft, die Gleitfläche des Ringkolbens für das Verlängerungsstück des Kupplungsrahmens auf das gleiche Durchmessermaß (±3 %) als der Außendurchmesser der Kohlenringdichtung vorzusehen. Das Verlängerungsstück vom Kupplungsrahmen ist ein Vorsprung auf der Innenseite des Ringkolbens, das sich von seiner anderen Fläche her auf den Dampfraum begrenzt. Dabei wurde eine überraschend kompakte Zusammensetzung zustande gebracht:

- Ein durch einen Ansatz des Ringkolbens ausgebildeter Gegendruckbereich,
- ein Verlängerungsstück für den Kupplungsrahmen mit einer außenseitigen Gleitfläche des Zylinders, dabei die innenseitige Gleitfläche des Ringkolbens tragend.

Eine besonders bevorzugte Anordnung der Erfindung wird durch Anordnen der Kupplung im Zusammenhang mit einem mit Hilfe eines Siebes angetriebenen Zylinder erzielt. Da die Winkelveränderungen und andere Abweichungen der Achse kleiner als bei einem mit Zahnrad angetriebenen Zylinder sind, eignet sich die erfindungsgemäße Dampfkupplung besser für die geringeren Abweichungen. Bei einem mit Zahnrad angetriebenen Zylinder erstreckt sich die Achse weiter und alle die zu kompensierenden Abweichungen sind größer. Die kugelförmige Dichtungsfläche lässt jedoch größere Abweichungen und Winkelveränderungen zu.
Eine solche genau angepasste Kolben-Kupplungsrahmen-Zusammensetzung ist auch leichter mit einer an dem Verlängerungsstück des Kupplungsrahmens angeordneten Dichtung zu verdichten, welche sich bevorzugt neben der erwähnten Dichtung befindet. Die Anordnung ist als Ganzes betrachtet sehr kompakt und weist in der axialen Richtung einen kurzen Aufbau auf. Diese hat nur eine geringe Anzahl von Teilen, was seinerseits die Anzahl von gegenseitigen Passungen und Dichtungen verringert.
Das Material des Kolbens besteht bevorzugt aus Gußeisen oder aus Chrom-Molybdän-Stahl und ist mindestens von der innenseitigen Gleitfläche und von der kohlenringseitigen Dichtungsfläche her in einer an und für sich bekannten Weise gehärtet. Dabei wurde mehr Presskraft als vorher eingesetzt, wobei die charakteristische quadratische Kraft auf einer direkten Dichtungsfläche 30a 0,5 - 2,0 N/mm2 beträgt.
Die axiale Länge des Ringkolbens beträgt 25 - 40 % von dessen Außendurchmesser.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigelegten Figuren beschrieben, welche eine erfindungsgemäße Dampfkupplung und deren Ausführungsform in Zusammenhang mit einem Zylinder einer Papiermaschine darstellen.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Kupplung in Zusammenhang mit einem Trockenzylinder dargestellt.
In 2 ist die Kupplung in einem größeren Maßstab quergeschnitten dargestellt.
In 3 ist eine Explosionszeichnung von der Kupplung dargestellt

Die Anordnung der 1 entspricht ansonsten den 1a und 2a des Patents 103907, aber dabei weist die Achse des Zylinders kein antreibendes Zahnrad auf. In 1 ist ein Trockenzylinder 10 der Papiermaschine dargestellt, welcher durch die Kraft von Siebeinrichtungen und gestützt auf dem Lager gedreht wird. Der Dampf wird über ein auf den Rahmen 21 der Dampf-/Kondensatwasserkupplung 20 angeordnetes Verbindungsstück 23 eingeführt und das Kondensatwasser wird über das Verbindungsstück 13 am Ende des Rahmens 21 abgeführt.
Dem Trockenzylinder 10 sind ein Mantel 10a, ein Ende 10b und eine damit verbundenen hohle Achse 10c zugeordnet. Diese weist einen zentralen Trommelraum C zum Einbauen des koaxialen Dampfrohres 12 und des Kondensatwasserrohres 11 zwischen der nicht drehbaren Kupplung 20 und dem Innenteil des Zylinders 10 in einer an und für sich bekannten Weise auf.
Die Achse 10c des Trockenzylinders 10 wird auf den erwähnten Lagern 18 getragen, welche über das Lagergehäuse 19 auf die Unterlagenkonstruktion 19c gestützt werden, was weiter den Kupplungsrahmen 21 mit seinem Flanschenaufbau 19b trägt.
In 2 ist der Aufbau der Kupplung detailliert dargestellt, genauer gesagt der Querschnitt der Kupplung. Der Rahmen 21 der Kupplung wird durch einen mit der Unterlagenkonstruktion verbundenen Flansch 19b getragen (der Befestigungsbolzen 31 ist in der Figur sichtbar). Der mit dem Flansch 19b verbundene Aufbau schützt die Feder 27b und die Kohlenringdichtung vor von außen eindringenden Unreinigkeiten in einer engen Durchlaufstrecke in den Ringraum 22.
Der Muffenkopf des Kupplungsrahmens kann dem erwähnten Patent FI103907 entsprechen. Dagegen weist der Kupplungsrahmen 21 einen Ringraum 22 auf, in dem der Ringkolben 25 axial zum Bewegen so angeordnet ist, dass die innenseitige Trommelfläche 25a des Ringkolbens auf die außenflächenseitige Gleitfläche 21a des Kupplungsrahmens gestützt wird. Diese Gleitflächen 21a und 25a sind mit einer exakten Gleitpassung miteinander angeordnet. Die Dichtung 21 verdichtet die Gleitfläche von Dampfdruck des Innenraumes. Der Kolben 25 wird durch die Feder 27a belastet, für welche der Kolben eine Hohlstelle aufweist, welche die Feder 27a zusammen mit dem Zapfen 27b steuert.
Dampfdruck hinter dem Ansatz 30 liefert neben der Federkraft günstige zusätzliche Belastung, welche beim zunehmenden Druck die Verdichtung intensiviert. Die Feder 27a liefern in jeder Situation eine die Dichtungsflächen 29a, 30a belastende Grundbelastung.
Die Kohlenringdichtung 28 hält den Trockenzylinder druckdicht stützend auf die Dichtungsflächen 30a und 29a, ermöglicht jedoch das Drehen des Zylinders und die Durchführung des in fester Position befindlichen Rohrsystems in das Innere des Zylinders über den Innenraus seiner Achse. Am Ende der Achse 10c wird ein Ringteil 29 befestigt, an dem die erwähnte kugelförmige Dichtungsfläche 29a maschinell bearbeitet wurde. Die Kohlenringdichtung 28 stellt sich von ihren Verschleißflächen 28a und 28b her gemäß der Belastung zwischen der direkten Dichtungsfläche 30a und der kugelförmigen Dichtungsfläche 29a ein. Die Kohlenringdichtung 28 kann sich radial auf der Dichtungsfläche 30a versetzen und die in gleiche Richtung laufenden Abweichungen der Achse 10c nehmen die Verschiebungen in der Kugelfläche 29a auf. Das Drehen kommt in beiden Dichtungsflächen vor, aber hautsächlich in der direkten Dichtungsfläche 30a.
Die Flächen 21a und 25a zwischen dem Kolben 25 und dem Verlängerungsstück des Kupplungsrahmens 21 sind in Bezug aufeinander als Gleitpassung maschinell bearbeitet worden, zum Beispiel nach Anweisungen des Herstellers der Dichtung. Die effektive axiale Länge der Stützfläche 25a beträgt 15 - 35 %, bevorzugter 20 - 30% von dem Außendurchmesser Du der Kohlenringdichtung 28.
Der Kolben 25 ist von seiner Dichtungs- und Gleitfläche 30a, 21a her in einer an und für sich bekannten Weise gehärtet.
Gemäß der 3 umfasst die Dampfkupplung hauptsächlich koaxial in Bezug aufeinander sich einstellende Komponenten. Alle anderen Komponenten als der in der Achse 10c zu befestigende Ringteil 29 und die Kohlenringdichtung 28 sind drehbar und der Ringkolben 25 ist über den Kupplungsrahmen 21 an der Unterlage verbunden. In 3 ist die den Ringkolben 25 tragende trommelförmige Stützfläche 21a gut sichtbar, welche eine Gleitfläche 21a auf der innenseitigen Trommelfläche 25a des Ringkolbens 25 ausbildet. Die Kohlenringdichtung 21c ist in den Vertiefungen des Kopfes der Stützfläche 21a angeordnet.
Die Federbelastung des Kolbens 25 umfasst acht Federn 27a, welche durch einen Zapfen 27b zusätzlich dazu gesteuert werden, dass die Federn sich in einem im Kolben ausgebildeten Trommelraum (nicht dargestellt) zusammenziehen. Diese Federanzahl teilt die Belastung gleichmäßiger auf und verringert ihre Neigungen im Vergleich zu einer geringeren Federanzahl. Die Trommelstifte F verhindern das Drehen des Kolbens 25.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FI 103907 [0002, 0022]
FI 99285 [0004]
US 5098135 A [0004]
US 1718209 [0007]
US 1896062 [0007]

Claims

Kupplung für die Trockenpartie einer Faserbahnmaschine, insbesondere eine Dampf- und/oder Kondensatwasserkupplung, mit deren Hilfe der Zylinder der Faserbahnmaschine druckdicht gehalten ist, jedoch das Drehen des Zylinders und die Durchführung der in einer festen Station befindlichen Rohrleitungen (11, 12) in das Innere des Zylinders über den Innenraum (C) seiner Achse (10c) ermöglicht sind, während die Kupplung zum Einbauen unmittelbar außerhalb des nächstliegenden den Zylinder (10) tragenden Lagers (18) vorgesehen ist, wobei der Kupplung - ein nicht drehbar eingebauter Kupplungsrahmen (21) umfassend Anschlüsse (13, 23) für das Kondensatwasser und/oder den Dampf am Ende des Kupplungsrahmens (21), - ein Ringkolben (25), nicht drehbar eingebaut am Kupplungsrahmen (21), aber federbelastet und axial beweglich durch eine axiale Trommelfläche (21a) gesteuert, - eine mit dem Ringkolben (25) verbundene direkte radiale Dichtungsfläche (31a), - ein an der Achse (10c) befestigtes Gegenstück (29) und eine an diesem angeordnete drehbare kugelförmige Dichtungsfläche (29a), - eine zwischen der kugelförmigen Dichtungsfläche (29a) und mit dem Ringkolben (25) verbundene Dichtungsfläche (30a) angeordnete schwimmende Kohlenringdichtung (28), während die Federung des Kolbens (28) und der Gegendruck die Dichtungsflächen (28a, 29a) zusammendrücken, zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius r der kugelförmigen Dichtungsfläche (29a) 55 - 75 %, bevorzugter 58 - 70%, mal der Außendurchmesser Du der Kohlenringdichtung (28) beträgt
Kupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben (25) ein Gegendruckbereich (30b) zum Leiten des Dampfdruckes hinter den Ansatz (30) des Ringkolbens (25) um die Kohlenringdichtung (28) anzupressen zugeordnet ist.
Kupplung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (25a) des Ringkolbens (25) als Gleitpassung als Trommelfläche auf seinem Innendurchmesser sich einstellend gegen der im Verlängerungsstück des Kupplungsrahmens (21) angeordneten Trommelfläche (21a) angeordnet ist.
Kupplung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive axiale Länge der Stützfläche 25a 15 - 35 %, bevorzugter 20 - 30 % von dem Außendurchmesser Du der Kohlenringdichtung (28) beträgt.
Kupplung nach einem der Patentansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Ringkupplung aus Chrom-Molybdän-Stahl oder Gusseisen besteht.
Kupplung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkupplung (25) von ihrer Gleitfläche (25a) her gehärtet ist.
Kupplung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkupplung (25) von ihrer Dichtungsfläche (30a) her gehärtet ist.
Kupplung nach einem der Patentansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Ringkolben (25) hervorgerufene Flächendruck auf einer direkten Dichtungsfläche 0,5 - 2 N/mm2 beträgt.
Kupplung nach einem der Patentansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des Ringkolbens 25 - 40 % von seinem Außendurchmesser beträgt.
Anordnung am Ende des Zylinders (10) einer Papiermaschine/Kartonmaschine, bei der die Achse (10c) des Zylinders mit einem die Winkelabweichung zulassenden Lager (18) gelagert ist und welches Lager (18) sich von seinem Außenring her auf eine Unterlage stützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Kupplung gemäß einem der Patentansprüche 1-9 aufweist, welche mit dem das Lager (18) tragende Rahmen (19) verbunden ist.
Anordnung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius r von der Entfernung zwischen den axialen Mittelmaßen des Lagers (18) und der Kohlenringdichtung (28) L 15 - 40% beträgt, bevorzugter 15 - 25%.