FI120274B - Mekaaninen tiivisterakenne - Google Patents

Description

Mekaaninen tiivisterakenne

Keksinnön kohteena on mekaaninen tiivisterakenne pyörivän ja pyörimättömän koneenosan välisen raon tiivistämiseksi, joka mekaaninen akselitii-5 visterakenne käsittää ainakin yhden pyörivän koneenosan mukana pyörivän vastarenkaan, tiivisteen runko-osan, runko-osaan kiinnitetyn, tiivistettävän väliaineen kanssa kosketuksissa olevan pyörimättömän ensimmäisen tiivisteren-kaan, ainakin yhden kanavan jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen syöttämiseksi tiivisterakenteen sisään ja ilmakehän ja jäähdyttävän ja voitelevan väliai-10 neen kanssa kosketuksissa olevan pyörimättömän toisen tiivisterengasraken-teen, jolloin ensimmäinen tiivisterengas on sovitettu painautumaan pyörivän koneenosan mukana pyörivää vastarengasta vasten.

Alalla tunnetut mekaaniset tiivisterakenteet pyörivän ja pyörimättömän koneenosan välisen raon tiivistämiseksi, ts. mekaaniset akselitiivisteet 15 muodostuvat tyypillisesti vähintään yhdestä pyörivästä liukupintaosasta, joka on kiinnitetty seinämän suhteen pyörivään akseliin ja vähintään yhdestä pyörimättömästä liukupintaosasta, joka on kiinnitetty laitteeseen tai erilliseen runko-kappaleeseen. Edellä mainitut rakenteet käsittävät edelleen lisäksi erillisistä seinämän suhteen pyörimistä siirtäviä tai sen estäviä lisäosia, jousia, jotka 20 varmistavat liukupintojen kosketuksen toisiinsa toiminnan aikana, lisäosia joiden avulla jousivoimat kohdistetaan muihin osiin sekä erilaisia aputiivisteitä, joita käytetään edellä mainittujen osien välisten rakojen tiivistämiseen. Näistä tiivisteistä käytetään nimitystä 1-toiminen tiiviste.

Alalla tunnettuja ovat myös mekaaniset akselitiivisteet, joissa on nel-25 jä, kahden liukupinnan muodostamina pareina toimivaa liukupintaa, joista kaksi on sovitettu pyörimään akselin mukana ja kaksi sovitettu pysymään pyörimättöminä laitteen seinämän suhteen. Näistä tiivisteistä käytetään nimitystä 2-toiminen tiiviste.

Tunnettu ratkaisu on myös näiden kahden päämallin välimuoto, jos-30 sa tiivistettävää tuotetta vasten on sovitettu liukupintapari 1-toimisen tiivisteen tapaan, mutta tiivisteen sisään johdetun liukupintaparia jäähdyttävän väliaineen tiivistys ilmakehään on toteutettu, jonkinlaisella toisiotiivisteellä kuten esimerkiksi V-renkaalla tai labyrinttitiivisteellä. Näistä tiivisteistä käytetään nimitystä 1-toiminen tiiviste sisäisellä huuhtelulla.

35 Kuten tunnettua toimiessaan mekaanisen akselitiivisteen liukupinta- osien tasopinnat pyörivät toisiaan vasten toisen liukupintaosan pyöriessä pyö- 2 rivan koneenosan, ts. akselin mukana ja toisen liukupintaosan pysyessä pyörimättömänä kiinni pyörimättömässä koneenosassa, ts. itse laitteessa tai tiivis-terakenteen erillisessä runkokappaleessa. Toimiessaan mekaanisen akselitiivisteen toisiaan vasten pyörivien osien tasopintojen välillä vaikuttaa kitkavoi-5 ma, joka aiheutuu osien kosketuksesta toisiaan vastaan. Vallitsevista olosuhteista riippuen mekaanisen akselitiivisteen liukupintaosien tasopintoja voitelee ja jäähdyttää laitteen sisällä oleva tiivistettävä väliaine tai mekaanisen akselitiivisteen sisään erityisesti tätä tarkoitusta varten johdettava jäähdyttävä ja voiteleva väliaine. Jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen tarkoituksena on tunkeutua 10 osittain pyörivien tasopintojen väliin ja pienentää tasopintojen välissä vaikuttavaa kitkavoimaa ja pienentää siten kitkavoiman aiheuttamaa lämpöenergian syntymistä mekaanisen akselitiivisteen liukupintaosien tasopinnoissa.

Edelleen tunnettua on, että mekaanisen akselitiivisteen rakenne pyritään suunnittelemaan siten, että tiivisteeseen käytön aikana vaikuttavat hyd-15 rauliset voimat varmistavat jousivoiman lisäksi liukupintojen vastakkain painumista. 2-toimiset tiivisteet pyritään suunnittelemaan siten, että tiivistettävän tuotteen ja liukupintoja jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen paineiden ja niiden erojen aiheuttamat hydrauliset voimat eivät aiheuta liukupintojen aukeamista ja sen seurauksena tiivisteen vuotoa. Tämän toteuttamiseksi joissakin 2-20 toimisissa mekaanisissa akselitiivisteissä käytetään erillisiä osia, joita tyypillisesti kutsutaan paininrenkaiksi. Tämä on alan ammattihenkilölle täysin tunnettua tekniikkaa, joten sitä ei tässä yhteydessä lähdetä selvittämään sen tarkemmin.

Väliaineen johtamiseksi mekaanisen akselitiivisteen sisään on ole-25 massa useita tunnettuja ratkaisuja. Tyypillisesti mekaanisen akselitiivisteen runko-osaan on muodostettu tätä tarkoitusta varten kanava tai kanavia, joiden kautta väliaine johdetaan jäähdyttämään ja voitelemaan liukupintoja. Mekaanisen akselitiivisteen runko-osan tarkoituksena on tämän lisäksi toimia myös kiinnityselimenä laitteen seinämään nähden. Tämän seurauksena mekaanisen 30 akselitiivisteen suurin osa on tyypillisesti runko-osa. Tällaiseen rakenteeseen liittyy tunnettu epäkohta, joka aiheutuu väliaineen johtamiseksi muodostettujen kanavien sijoittamisesta runko-osaan. Kanavien vaatima tila kasvattaa mekaanisen akselitiivisteen suurimman osan kokoa ja lisää siten tuotteen materiaa-linkulutusta ja kustannuksia.

35 Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan mekaaninen tiivistera- kenne pyörivän ja pyörimättömän koneenosan välisen raon tiivistämiseksi, jon- 3 ka avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat voidaan eliminoida. Tähän on päästy keksinnön avulla. Keksintö on tunnettu siitä, että kanava jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen syöttämiseksi tiivisterakenteen sisään on muodostettu ilmakehän ja jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen kanssa kosketuksissa ole-5 vaan toiseen tiivisterengasrakenteeseen.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea se, että keksinnön mukainen rakenne mahdollistaa mekaanisen tiivisteen muodostamisen kustannustehokkaalla tavalla ilman lisäosia tai tarpeetonta materiaalinkulutusta.

Keksintöä selvitetään seuraavassa tarkemmin oheisessa piirustuk-10 sessa esitettyjen esimerkkien avulla, jolloin kuvio 1 esittää periaatteellisena leikkauskuvantona aiemmin tunnetun tekniikan mukaista mekaanista tiivisterakennetta, kuvio 2 esittää periaatteellisena leikkauskuvantona keksinnön mukaisen mekaanisen tiivisterakenteen ensimmäistä sovellutusmuotoa, 15 kuvio 3 esittää periaatteellisena leikkauskuvantona keksinnön mu kaisen mekaanisen tiivisterakenteen toista sovellutusmuotoa, kuvio 4 esittää periaatteellisena leikkauskuvantona keksinnön mukaisen mekaanisen tiivisterakenteen kolmatta sovellutusmuotoa ja kuvio 5 esittää periaatteellisena leikkauskuvantona keksinnön mu-20 kaisen mekaanisen tiivisterakenteen neljättä sovellutusmuotoa.

Kuviossa 1 on esitetty periaatteellisesti eräs esimerkki tyypillisestä aiemman tunnetun tekniikan mukaisesta mekaanisesta akselitiivisteestä. Tiiviste ja sen toimintaympäristö käsittää tyypillisesti vähintään yhden pyörivän koneenosan, esimerkiksi laitteen akselin 13 mukana pyörimättömän koneenosan, 25 esimerkiksi seinämän 9 suhteen pyörivän vastarenkaan 1. Rakenteessa on edelleen tiivisteen runko-osa 2, tähän kiinnitetty, tiivistettävän väliaineen 10 kanssa kosketuksissa oleva pyörimätön tiivisterengas 3, jousia 4, paininrengas 5, ilmakehän sekä myös jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen 12 kanssa kosketuksissa oleva tiivisterengas 6, osien välisiä rakoja tiivistäviä aputiivisteitä 30 kuten esimerkiksi o-renkaita 7, osien kiinnityksiä varmistavia ruuveja 8, tiiviste-renkaan seinämän suhteen pyörimättömäksi kiinnittäviä osia 11 sekä vähintään yksi runkoon 2 muodostettu kanava 14 jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen 12 johtamiseksi tiivisteen sisälle. Tällöin kuviossa 1 esitetyssä mekaanisessa tiivisterakenteessa on juuri ne epäkohdat, joita on kuvattu edellä.

35 Kuviossa 2 on esitetty periaatteellisesti keksinnön mukaisen me kaanisen tiivisterakenteen ensimmäinen sovellutusesimerkki. Kuvion 2 esimer- 4 kissa mekaaninen tiivisterakenne käsittää vähintään yhden laitteen pyörivän akselin 13 mukana seinämän 9 suhteen pyörivän vastarenkaan 1 ja tiivisteen runko-osan 2. Kuvion 2 esimerkissä vastarenkaita 1 on kaksi kappaletta. Runko-osaan 2 on kiinnitetty pyörimätön, tiivistettävän väliaineen 10 kanssa koske-5 tuksissa oleva, tiivisterengas 3.

Kuvion 2 mukaisessa tiivisterakenteessa on edelleen jousia 4 ja ilmakehän ja jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen 12 kanssa kosketuksissa oleva pyörimätön toinen tiivisterengasrakenne 5, 6. Kuvion 2 esimerkissä toinen tiivisterakenne 5, 6 käsittää paininrankaan 5 ja toisen tiivisterenkaan 6.

10 Kuvion 2 mukaisessa tiivisterakenteessa on lisäksi myös osien väli siä rakoja tiivistäviä aputiivisteitä kuten esimerkiksi o-renkaita 7, osien kiinnityksiä varmistavia ruuveja 8, tiivisterenkaan seinämän suhteen pyörimättömäksi kiinnittäviä osia 11 sekä vähintään yksi kanava 14 jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen 12 johtamiseksi tiivisteen sisälle.

15 Keksinnön olennaisen ajatuksen mukaisesti tunnusomaista tälle keksinnön mukaiselle rakenteelle on se, että kanava 14 väliaineen 12 johtamiseksi tiivisterakenteen sisälle on muodostettu ilmakehän ja jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen 12 kanssa kosketuksissa olevaan toiseen tiivisterengasra-kenteeseen 5, 6.

20 Kuvion 2 esimerkissä pyörimätön toinen tiivisterakenne käsittää pai- ninrenkaan 5 ja toisen tiivisterenkaan 6 kuten edellä on todettu. Kuvion 2 sovellutusesimerkissä kanava 14 on sovitettu paininrenkaaseen 5.

Kuviossa 3 on esitetty periaatteellisesti keksinnön mukaisen mekaanisen tiivisterakenteen toinen sovellutusesimerkki. Kuvion 3 mukaisessa 25 esimerkissä mekaaninen tiivisterakenne käsittää vähintään yhden pyörivän koneenosan, esimerkiksi laitteen akselin 13 mukana seinämän 9 suhteen pyörivän vastarenkaan 1 ja tiivisteen runko-osan 2. Kuvion 3 esimerkissä vastarenkaita 1 on kaksi kappaletta. Runko-osaan 2 on kiinnitetty pyörimätön, tiivistettävän väliaineen 10 kanssa kosketuksissa oleva, tiivisterengas 3.

30 Kuvion 3 mukaisessa esimerkissä on edelleen jousia 4 ja ilmakehän ja jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen 12 kanssa kosketuksissa oleva pyörimätön toinen tiivisterengasrakenne 5, 6. Kuvion 3 esimerkissäkin toinen tiivisterakenne 5,6 käsittää paininrankaan 5 ja toisen tiivisterenkaan 6.

Kuvion 3 mukaisessa tiivisterakenteessa on lisäksi osien välisiä ra-35 koja tiivistäviä aputiivisteitä kuten esimerkiksi o-renkaita 7, osien kiinnityksiä varmistavia ruuveja 8, tiivisterenkaan seinämän suhteen pyörimättömäksi kiin- 5 riittäviä osia 11 sekä vähintään yksi kanava 14 jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen 12 johtamiseksi tiivisteen sisälle.

Kuvion 3 mukaisessa sovellutusesimerkissä kanava 14 on keksinnön perusajatuksen mukaisesti muodostettu ilmakehän ja jäähdyttävän ja voi-5 televan väliaineen 12 kanssa kosketuksissa olevaan toiseen tiivisterengasra-kenteeseen 5, 6.

Kuvion 3 esimerkissä pyörimätön toinen tiivisterakenne käsittää pai-ninrenkaan 5 ja toisen tiivisterenkaan 6 kuten kuvion 2 sovellutusesimerkissäkin. Kuvion 3 sovellutusesimerkissä kanava 14 on kuitenkin sovitettu toisessa 10 tiivisterakenteessa olevaan toiseen tiivisterenkaaseen 6.

Kuviossa 4 on esitetty periaatteellisesti keksinnön mukaisen mekaanisen tiivisterakenteen kolmas sovellutusesimerkki. Kuvion 4 mukaisessa esimerkissä mekaaninen tiivisterakenne käsittää vähintään yhden pyörivän koneenosan, esimerkiksi laitteen akselin 13 mukana seinämän 9 suhteen pyöri-15 vän vastarenkaan 1 ja tiivisteen runko-osan 2. Kuvion 4 esimerkissä vastaren-kaita 1 on kaksi kappaletta. Runko-osaan 2 on kiinnitetty pyörimätön, tiivistettävän väliaineen 10 kanssa kosketuksissa oleva, tiivisterengas 3.

Kuvion 4 mukaisessa esimerkissä on edelleen jousia 4 ja ilmakehän ja jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen 12 kanssa kosketuksissa oleva pyöri-20 mätön toinen tiivisterengasrakenne 6. Kuvion 4 esimerkissä toinen tiivisterakenne 6 on toteutettu ilman paininrengasta.

Kuvion 4 mukaisessa tiivisterakenteessa on lisäksi osien välisiä rakoja tiivistäviä aputiivisteitä kuten esimerkiksi o-renkaita 7, osien kiinnityksiä varmistavia ruuveja 8, tiivisterenkaan seinämän suhteen pyörimättömäksi kiin-25 nittäviä osia 11 sekä vähintään yksi kanava 14 jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen 12 johtamiseksi tiivisteen sisälle.

Kuvion 4 mukaisessa sovellutusesimerkissä kanava 14 on keksinnön perusajatuksen mukaisesti muodostettu ilmakehän ja jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen 12 kanssa kosketuksissa olevaan toiseen tiivisterengasra-30 kenteeseen 6.

Kuvion 4 esimerkissä pyörimätön toinen tiivisterakenne on muodostettu ilman paininrengasta, joten kuvion 4 sovellutusesimerkissä kanava 14 on sovitettu toisessa tiivisterakenteessa olevaan toiseen tiivisterenkaaseen 6.

Kuviossa 5 on esitetty periaatteellisesti keksinnön mukaisen me-35 kaanisen tiivisterakenteen neljäs sovellutusesimerkki. Kuvion 5 mukainen sovellutus on tyypiltään 1-toiminen tiiviste sisäisellä huuhtelulla. Tähän tiiviste- 6 tyyppiin on viitattu selitysosan alussa tunnettua tekniikkaa kuvaavan osan yhteydessä.

Kuviossa 5 on käytetty vastaavissa kohdissa samoja viitenumerolta kuin kuvioiden 2 D4 mukaisissa sovellutusesimerkeissä.

5 Kuvion 5 esimerkissä pyörivän koneenosan 13 mukana pyörivän vastarenkaan 1 ja pyörimättömän, tiivistettävän väliaineen 10 kanssa kosketuksissa olevan tiivisterenkaan 3 vastakkain painautuvat pinnat muodostavat liukupintaparin, jonka väliin johdetaan jäähdyttävää ja voitelevaa väliainetta 12.

Jäähdyttävän väliaineen tiivistys ilmakehään on kuvion 5 esimerkis-10 sä toteutettu muodostamalla toinen tiivisterakenne toisiotiivisteestä, esimerkiksi V-renkaasta tai labyrinttitiivisteestä. Kuvion 5 esimerkissä toinen tiivisterakenne on muodostettu ohjainrenkaasta 15, V-renkaasta tai sokkelotiivisteestä 16 ja tukirenkaasta 17. Keksinnön olennaisen ajatuksen mukaisesti kuvion 5 esimerkissä kanava 14, jonka avulla jäähdyttävä ja tiivistettävä väliaine 12 joh-15 detaan tiiviste rakenteen sisään, on muodostettu toisessa tiivisterakenteessa olevaan ohjainrenkaaseen 15.

Keksintöä on selostettu edellä muutamien erilaisten sovellutusesimerkkien avulla. Keksintöä ei kuitenkaan ole mitenkään rajoitettu edellä esitettyihin sovellutusesimerkkeihin, vaan muunlaisetkin sovellutukset ovat 20 mahdollisia keksinnön perusajatuksen puitteissa. Näin ollen keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa täysin vapaasti.

Claims (4)

1. Mekaaninen tiivisterakenne pyörivän ja pyörimättömän koneenosan välisen raon tiivistämiseksi, joka mekaaninen akselitiivisterakenne käsittää ainakin yhden pyörivän koneenosan (13) mukana pyörivän vastaren- 5 kaan (1), tiivisteen runko-osan (2), runko-osaan kiinnitetyn, tiivistettävän väliaineen (10) kanssa kosketuksissa olevan pyörimättömän ensimmäisen tiiviste-renkaan (3), ainakin yhden kanavan (14) jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen (12) syöttämiseksi tiivisterakenteen sisään ja ilmakehän ja jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen (12) kanssa kosketuksissa olevan pyörimättömän toisen tii-10 visterengasrakenteen (5,6;6;15,16,17), jolloin ensimmäinen tiivisterengas (3) on sovitettu painautumaan pyörivän koneenosan (13) mukana pyörivää vasta-rengasta (1) vasten, tunnettu siitä, että kanava (14) jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen (12) syöttämiseksi tiivisterakenteen sisään on muodostettu ilmakehän ja jäähdyttävän ja voitelevan väliaineen (12) kanssa kosketuksissa 15 olevaan toiseen tiivisterengasrakenteeseen (5,6;6;15,16,17).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mekaaninen tiivisterakenne, tunnettu siitä, että kanava (14) on sovitettu toisessa tiivisterengasraken-teessa (5,6;6) olevaan toiseen tiivisterenkaaseen (6).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mekaaninen tiivisterakenne, 20 tunnettu siitä, että kanava (14) on sovitettu toisessa tiivisterengasraken- teessa (5,6) olevaan paininrenkaaseen (5).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mekaaninen tiivisterakenne, tunnettu siitä, että kanava (14) on sovitettu toisessa tiivisterengasraken-teessa olevaan ohjainrenkaaseen (15). 25