DK151910B - Taetningsindretning til en hoejtryksaksialstempelpumpe - Google Patents

Description

DK 151910 B

Den foreliggende opfindelse angår en tætningsindretning til en højtryksaksialstempelpumpe, især til brug som boreslampumpe, hvor pumpens stempel er omgivet af en første pakning, der vender mod pumpemediumsiden, og en anden pakning, der vender mod drivsi-05 den, samt en mellemliggende spærrefluidumzone med cirkulerende højtryksspærrefluidum.

Opfindelsen er af særlig interesse i forbindelse med pumper til pumpning af boreslam, hvor boreslam skal pumpes med forholdsvis højt tryk. På grund af de benyttede høje pumpetryk samt pumpeme-10 diets (boreslammets) specielle konsistens er pumpen udsat for kraftig slitage ved pakningsarrangementerne imellem pumpemediet og drivmediet, og følgelig sker der en tiltagende iblanding af pumpemedium i drivmediet og omvendt efterhånden som slitagen udvikler sig. Specielt er der en tendens til dannelse af en belægning af boreslam-15 partiker på stemplet og pakningerne. En del af belægningen kan afskrabes eller fjernes af selve pakningen som følge af stemplets ak-siale bevægelse i forhold til pakningerne, men det er vanskeligt at undgå slitage på stempel og pakninger.

Med det omtalte spærrefluidum er der mulighed for at foretage 20 køling af stemplet samt spærre for utilsigtet strømning af pumpemedium mod drivsiden og for utilsigtet strømning af medium fra drivsiden mod pumpemediets side. Generelt kan dette opnås ved at benytte et forholdsvis højt tryk på køle- og spærrefluidet. Eksempelvis kan der benyttes et spærrefluidum med et så højt tryk, at der 25 ved lækage kun sker en strømning af spærrefluidum mod drivsiden, henholdsvis mod pumpemediets side, mens lækage er forhindret den modsatte vej indad i spærrefluidet. Alt efter forholdene kan der imidlertid foretages en regulering af spærrefluidets tryk efter behov.

50 Som følge af pumpestemplets hurtige aksiale bevægelse i for hold til pakningerne og til trods for et højt spærrefluidumtryk er der imidlertid en fare for, at en film af pumpemediet, henholdsvis en film af smøremiddel, eller lignende bliver medført indad imellem pakningerne og eventuelt videre indad i spærrefluidumzonen. Ved 35 hjælp af det cirkulerende spærrefluidum kan man imidlertid i en hvis grad opnå en udtømning af eventuelt indhold af pumpemedium samt indhold af smøremiddel og lignende sammen med spærrefluidet.

2

DK 151910B

I praksis giver det imidlertid anledning til problemer at få fjernet filmen af pumpemedium (med tilhørende slampartikler) og af smøremedium i en grad, som er tilstrækkelig til at undgå belægningsdannelser på pumpestemplet og på tilstødende pakninger. Føl -05 gelig er det vanskeligt at formindske slitagen på pumpestemplet eller på pakningerne.

Med den foreliggende opfindelse tilsigtes det, at formindske eller forhindre belægningsdannelser på pumpestemplet og på pakningerne, samt at tilvejebringe en særligt effektiv fjernelse af dele af 10 pumpemediet samt andet indtrængt medium, som måtte have lækket indad i spærrefluidumzonen.

Tætningsindretningen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at spærref luidumzonen er forsynet med et styreorgan i form af en muffe, der sammen med stemplet afgrænser en skrueformet kanal til 15 styring af spærrefiuidummet med skylleeffekt langs stemplet, idet kanalens indløbsåbning findes lige foran en anden pakning, mens kanalens udløbsåbning findes lige bag den første pakning (regnet i pumpestemplets aksialretning fra pumpemediumsiden mod drivsiden).

Ved ifølge opfindelsen at arrangere et specielt skyllekammer 20 med tilhørende skrueformet kanal indenfor spærref luidumzonen er der mulighed for at opnå en særlig effektiv køling af stemplet og for at få fjernet eventuelle belægninger fra de tilgrænsende fladepartier på stemplet på en særlig kontrolleret og nøjagtigt lokaliseret måde ved hjælp af en koncentreret skylleeffekt, som effektivt med-25 fører og fjerner betydelige mængder af pumpemedium eller andet indtrængt medium.

Ved at arrangere skyllekanalens indløbsåbning og udløbsåbning lige foran henholdsvis bagved den tilhørende pakning er der mulighed for at udnytte hele zonen imellem pakningerne som effektivt skylle-30 område. Ved at sørge for at skyllefluidet bevæges i aksial retning fra drivsiden mod pumpemediumsiden er der en reel mulighed for at modvirke indtrængning af pumpemedium (med tilhørende partikler) i området ved kanalen. Dette bevægelsesmønster for skyllefluidet er særligt fordelagtigt i og med at stemplet, under fortrængning af 35 pumpemediet i pumpens fortrængningskammer og under tilsvarende trykstigning i fortrængningskammeret, bevæger sig medstrøms med skyllefluidet med minimal mulighed for, at pumpemediet bliver indført i skyllefluidumkammeret. Når stemplet bevæger sig i

DK 151910 B

3 den modsatte retning, hvilket vil sige i modstrøm med skyllefluidet, udsættes pumpemediet for et tilsvarende trykfald, således at der opnås et effektivt modtryk fra skyllefluidet mod trykmediumsiden.

Ifølge opfindelsen foretrækkes det, at der er afgrænset en for-05 holdsvis smal ringformet fluidumspalte imellem kanalens udløbsåbning og den første pakning, idet muffens udløbsåbning mod stemplet afgrænser en ringformet spalte, som munder dyseformet udad i den smalle ringformede fluidumspalte.

Ved at afgrænse et ringformet skyllefluidumkammer imellem ka-10 nalens udløbsåbning og den første pakning er der mulighed for at opnå en særlig effektiv afskylning af afsnittet foran kanalen med en særlig hurtig udtømning af skyllefluidum fra kanalen i dette afsnit og med en særlig hurtig fjernelse af skyllefluidum radialt udad fra dette afsnit.

15 Ved at tilvejebringe en ringformet spalte, som munder dysefor met udad i det ringformede skyllefluidumkammer fra kanalens udløbsåbning er der mulighed for at foretage bortskylningen og fjernelsen af skyllefluidum i en sammensat aksial og radial udadforløbende bevægelse til det efterfølgende ringformede fluidumafløbskammer. Denne 20 sidstnævnte bevægelse giver, sammen med den tværgående bevægelse af skyllefluidet i skyllekanalen, en særlig effektiv skylning af stemplet i et sammensat bevægelsesmønster. I selve skyllekanalen opnås således en skylning på tværs af stemplets aksiale bevægelsesbane, mens der derefter ved udløbet fra skyllekanalen sker en udtømning 25 af skyllefluidum samt medførte andele af indtrængt medium på en kontrolleret måde i aksial retning langs stemplet og udad i fluidumaf-løbskammeret radialt udad fra stemplet.

Det foretrækkes også, at der er afgrænset en ydre ringformet fluidumspalte imellem kanalens indløbsåbning og den anden pakning, 30 idet kanalens indløbsåbning mod stemplet afgrænser en indre ringformet spalte, som munder dyseformet udad i skyllekanalen. På denne måde opnås en dyselignende effekt mod stemplets tilstødende yderflade også ved kanalens indløbsåbning, hvilket vil sige en ekstra og i det væsentlige aksialt rettet dyselignende effekt i tillæg til den i 35 det væsentlige aksialt rettede dyselignende effekt, som opnås ved kanalens udløbsåbning. På denne måde kan der opnås en to-trins og aksialt rettet dyselignende skylleeffekt i tillæg til den mellemliggende

DK 151910 B

4 skrueformede s kyl leeffekt, d.v.s. en skylning baseret pi tre efter hinanden følgende og indbyrdes afvinklede bevægelsesmønstre for skyllefluidet.

Ifølge opfindelsen foretrækkes det, at skyl lekanalen forløber 05 skrueformet over to eller flere skrueomløb og i det mindste over ét skrueomløb har et kanaltværsnitsareal, der i det væsentlige svarer til udløbsibningens og/eller indløbsåbningens spaltetværsnitsareal, idet et parti af skruekanalen lige foran udløbsåbningen og/eller et parti af skruekanalen lige bag indløbslbningen har et noget større 10 tværsnitsareal end udløbsåbningens, henholdsvis indløbsåbningens spaltetværsnitsareal. På denne måde opnås uden et særligt markeret tryktab en forholdsvis stor strømningshastighed for skyllefluidet såvel i selve skyllekanalen som i skyllekanalens udløbsåbning og/eller indløbsåbning og med en effektiv udnyttelse af skyllefluidets veks-15 lende bevægelsesmønster i spærrefluidumzonen.

Yderligere træk ved opfindelsen vil fremgå af den efterfølgende beskrivelse med henvisninger til tegningen, der illustrerer en foretrukket udførelsesform for tætningsindretningen ifølge opfindelsen.

På tegningen er der vist en aksial stempelpumpe 10. Pumpen 20 har et cylindrisk stempel 11, der er en forlængelse af den hydrauliske drivenhed, hvilket vil sige, at stemplet 11 ved den ene ende har en radialt udvidet koblingsflange 11a i et trykaflastningskammer 12a, der støder op mod en hydraulisk drivcylinder ( ikke vist), og ved den modsatte ende har stemplet en arbejdstempelflade 11b i pum-25 pens arbejds- eller fortrængingskammer 13. I pumpehuset 14, som omslutter fortrængnings kammeret 13 er der påmonteret et pumpeme-diumindløb 15 med tilhørende indløbsventil 16 samt et pumpemedium-udløb 17 med tilhørende udløbsventil 18. Imellem pumpehuset 14 og et hus 12, der indeholder trykaflastningskammeret 12a, er der ar-30 rangeret et lejehus 19, som indeholder en serie af forskellige pakninger 20-29, der danner tætning mod den cylindriske overflade 11c på stemplet 11 på forskellige steder aksialt hen langs stemplet 11.

I forbindelse med kammeret 12a er der illustreret et første pakningssystem 20-23 med fire tætningsringe 20, 21, 22 og 23, der er 35 fastgjort til en bærebøsning 30. Pakningssystemet indeholder to modstående yderste læberingspakninger 20 og 21, der er fastgjort til 5

DK 151910B

respektive holdere 31 og 32, samt to glideringpakninger 22 og 23, der er anbragt imellem en respektiv af holderne 31, 32 og en styredel 33 henholdsvis 34. Mellem styredelene 33, 34 er der et kammer 35 med glidelejer, som tilføres smøremiddel på ikke nærmere vist må-05 de.

Et andet pakningssystem 24-28 med fem ringtætninger 24, 25, 26, 27 og 28 er indsat imellem to separate bærelegemer 36 og 37 og et holdelegeme 38 med et aksialt fjederbelastet stop 39. Serien af ringtætninger 24 til 28 er indbyrdes adskilt af mellemliggende af-10 standsringe 40-43 og holdes sammenklemt imellem en stoppedel 37a pi bærelegemet 37 og det fjerderbelastede stop 39.

En læbetætning 29, der har modsat rettede læber 29a og 29b, er fastgjort til et bærelegeme 44, der er forbundet med bærelegemet 36 og er holdt på plads herpå ved hjælp af et klemlegeme 45, som 15 med gevind kan være fastskruet til indvendige gevind i bærelegemet 36. Bærelegemet 36 er fastgjort til huset 12 ved hjælp af fastgørelsesskruer 46 (kun en af disse er vist på tegningen).

Mellem læbetætningen 29 og pakningssystemet 24-28 er der udsparet et spærrefluidumkammer 47, hvilket vil sige, at der er dannet 20 en spærrefluidumzone langs et bestemt afsnit af stemplet 11. Med en pil 48 er der antydet tilførsel af spærrefluidum, og med en pil 49 er der antydet afløb for anvendt og eventuelt kontamineret spærrefluidum. Spærrefluidet kan tilføres ved et vilkårligt tryk og i vilkårligt store mængder. Der er vist et spærrefluidumindløb 50 til kammeret 25 47 samt et spærrefluidumudløb 51 fra kammeret 47.

I kammeret 47 er der monteret et styreorgan 52, som sikrer en skylning af spærrefluidum langs den tilsluttende flade på stemplet 11. Styreorganet er fastgjort til bærelegemet 36 ved hjælp af skruer 53 (kun en af disse er vist på tegningen). Styreorganet 52 er ind-30 vendigt forsynet med et skrueformet spor, som sammen med den tilsluttende flade på stemplet 11 danner en skrueformet kanal 54, der har en længde på eksempelvis 2-3 viklinger eller omløb. Ved enderne af styreorganet 52 grænser de skrueformede spor op til ringformede kanaler 55 og 56. Som vist til venstre i styreorganet 52 på tegningen 35 har kanalen 55 en noget større bredde og et større tværsnitsareal end kanalen 54 og kanalen 55 konvergerer indad mod stemplet 11 regnet i stemplets aksialretning. Mellem yderfladen på stemplet 11 6

DK 151910B

og yderkanten 57 pi styreorganet 52 er der udformet en smal ringformet spalte, der har et tværsnitsareal, som i det væsentlige svarer til tværsnitsarealet for kanalen 54. Ved hjælp af det konvergerende tværsnit for kanalen 55 opnås en markeret ledeeffekt pi skylleflui-05 dum fra kanalen 55 og i aksialretning langs stemplet med en dyse-lignende skylleeffekt. Umiddelbart uden for yderkanten 57 på styre-organet 52 er der udformet en smal spalte 58 mod den indad rettede læbe 29 pi læbetætningen 29. S kyl leeffekten er særlig effektiv i den smalle spalte 58 før fluidet udtømmes i afløbet i spærrefluidumkam-10 meret 47. S kyl leeffekten har ti! formål at presse læben 29a an mod stemplet 11 med en vis kraft samtidigt med, at læben 29a sikrer at skyllefluidet med alle medførte partikler fra smøremiddel eller pumpemedium bliver udtømt effektivt i kammeret 47 i afstand fra stemplet 11.

15 For at opnå en effektiv skylleeffekt anses det for at være af stor betydning at skylningen, som i det væsentlige sker på tværs af stemplet ved hjælp af fluidumstrømmen gennem den skrueformede kanal 54, bliver efterfulgt af en strømning aksialt langs stemplet i spalten 58 indbefattet den dyselignende skylleeffekt i kanalen 55.

20 Ved at kanalen 56 har et forløb, som i det væsentlige er mod sat kanalen 55, opnås en yderligere forøget skylleeffekt ved den modsatte ende af styreorganet 52. Styreorganets 52 tilhørende anden yderkant 59 afgrænser en smal spalte mod stemplets tilstødende flade, og denne spaltes tværsnitsareal svarer i det væsentlige til 25 tværsnitsarealet for kanalen 54. Fra denne spalte udvider kanalen 56 sig, hvilket vil sige, at kanalen divergerer mod kanalen 54 i stemplets aksialretning. Ved hjælp af denne smalle spalte og den tilstødende aksialt divergerende kanal 56 opnås en effektiv dyselignende skylleeffekt også ved indløbet til styreorganet 52, hvilket vil 30 sige med en strømning i stemplets aksialretning. Med andre ord er der ved styreorganets modsatte ender opnået en to-trins dyselignende skylleeffekt i stemplets aksialretning samt en mellemliggende skrueformet skylleeffekt i retning på tværs af stemplets aksialretning.

35 I praksis er det sikret at fluidumtrykket i spærrefluidet eller skyllefluidet ved udløbet fra styreorganet svarer til eller overstiger pumpemediets maksimaltryk. Alternativt kan der benyttes et noget

DK 151910 B

7 mindre tryk i spærrefluidet eller skyllefluidet, men i sådanne tilfælde foretrækkes en stor strømningshastighed for spærrefluidet eller skyllefluidet.

O

05 10 15 20 25 30 35

Claims (4)

1. Tætningsindretning til en højtryksaksialstempelpumpe (10) , især til brug som boreslampumpe, hvor pumpens stempel (11) er omgivet af en første pakning (29), der vender mod pumpemediumsi-10 den, og en anden pakning (24-28), der vender mod drivsiden, samt en mellemliggende spærrefluidumzone (ved 47) med cirkulerende højtryksspærrefluidum KENDETEGNET ved, AT spærrefluidumzonen er forsynet med et styreorgan (52) i form af en muffe med en indvendig skrueformet ribbe, siledes at det sammen med stemplet afgrænser 15 en skrueformet kanal (54-56) til styring af spærrefluidummet med skyl leeffekt langs stemplet, idet kanalens indløbsåbning (ved 59) findes lige foran den anden pakning (24-28), mens kanalens udløbsåbning (ved 57) findes lige bag den første pakning (29) (regnet i pumpestemplets aksialretning fra pumpemediumsiden mod drivsiden). 20

2. Tætningsindretning ifølge krav 1 KENDETEGNET ved, AT der er afgrænset en forholdsvis smal ringformet fluidumspalte (58) imellem kanalens (54, 56) udløbsåbning (ved 57) og den første pakning (29), idet muffen mod stemplet afgrænser en ringformet spalte (ved 57), som munder dyseformet udad i den smalle ringformede flui-25 dumspalte (58).

3. Tætningsindretning ifølge krav 1 eller 2 KENDETEGNET ved, AT der er afgrænset en ydre ringformet fluidumspalte mellem kanalens (54) indløbsåbning (ved 59) og den anden pakning (24-29), idet kanalens indløbsåbning mod stemplet afgrænser en indre ringfor- 30 met spalte, som munder dyseformet udad i kanalen (54-56).

4. Tætningsindretning ifølge krav 1, 2 eller 3 KENDETEGNET ved, AT kanalen (54-56) forløber skrueformet over to eller flere skrueomløb (ved 54) og over i det mindste et skrueomløb har et kanaltværsnitsareal, som i det væsentlige svarer til udløbsåbning- i ] 35 DK 151910 B ens (ved 57) og/eller indløbsåbningens (ved 59) spaltetværsnitsareal, idet en del (ved 56) af den skrueformede kanal (54-56) lige foran udløbsåbningen og/eller en del (ved 56) af den skrueformede kanal lige bag indløbsibningen har et noget større tværsnitsareal end ud-05 løbsåbningens, henholdsvis indløbsåbningens, spaltetværsnitsareal. 10 15 20 25 30 35