FI123057B - Tiivistyssovitelmalla varustettu uiva tela ja menetelmä uivan telan tiivistämiseksi - Google Patents

Description

TIIVISTYSSOVITELMALLA VARUSTETTU UIVA TELA JA MENETELMÄ UIVAN TELAN TIIVISTÄMISEKSI

Keksinnön kohteena on tiivistyssovitelmalla varustettu uiva 5 tela, johon kuuluu staattinen akseli ja akselille pyörivästi tuettu vaippa, ja akselin ja vaipan väliin on rajattu tiivistyssovitelmalla painekammio, ja johon tiivistyssovitelmaan kuuluu tiivisterakenne ja tiivistysrako, johon on järjestetty voitelu-ainevirtaus tiivisterakenteen ja vaipan sisäpinnan väliin. 10 Keksinnön kohteena on myös menetelmä uivan telan tiivistämiseksi .

Tavallisesti puristimessa ja kalanterissa nippi muodostetaan kahdella toisiaan vasten kuormitetulla telalla, joiden välistä is kuituraina kulkee. Normaalisti toinen teloista on taipumakompen-soitu tasaisen nippipaineen aikaansaamiseksi. Aktiivisessa taipumakompensoinnissa taipumaa estetään ja/tai säädetään haluttuun muotoon vaipan sisäisen kuormituksen avulla järjestämällä akselin ja vaipan väliin voima, jonka suuruutta voidaan 20 säätää. Uivassa taipumakompensoidussa telassa akselin ja vaipan välinen tila on jaettu pitkittäis- ja päätytiivisteillä kahteen kammioon. Nipinpuoleinen kammio on painekammio, jota kutsutaan myös pluskammioksi ja vastakkainen kammio on miinuskammio, jossa vallitseva paine on matalampi kuin painekammiossa. Painekammion 25 paineistuksella aikaansaadaan vaippaa taivuttava voima. Paine-kammion projektiopinta-ala on suhteellisen suuri, joten tarvitsi tava paine jää melko pieneksi, yleensä alle 10 bar. Painekammion o tulee olla riittävän tiivis koko painepituudella ja lisäksi

CD

o telan päädyissä. Pitkittäistiivisteitä kutsutaan myös sivutii- o 30 visteiksi sijaintinsa perusteella.

X

cc

CL

Co Taipumakompensoidussa uivassa telassa on staattiselle akselille

CO

järjestetty pyörivästi vaippa. Vaipan kuormittamiseksi on q käytetty paineistettua öljyä, joka johdetaan akselin ja vaipan

CM

35 väliseen painekammioon. Kuormittamisella kompensoidaan telavai-pan taipumaa tasaisen painejakauman saamiseksi nippiin. Taipuma-kompensoitua telaa käytetään tavallisesti nippikosketukseen 2 järjestetyn telaparin toisena telana puristimella tai kalante-rilla. Pyörimisnopeuden kasvaessa telan sisäinen, lähinnä öljyn viskositeetistä johtuva, kitka kasvaa ja tela vaatii paljon käyttötehoa. Lisäksi kitka lämmittää öljyä, jota on jäähdytettä-5 vä.

US-patentissa numero 5725465 esitetään ilmakuormitteinen taipu-makompensoitu uiva tela. Paineistetun öljyn sijasta tässä käytetään paineistettua ilmaa, jolloin telan kokonaisenergianku-10 lutus pienenee. Pitkittäistiiviste muodostuu kahdesta välin päähän toisistaan sovitetusta listasta, jotka on sovitettu kontaktiin vaipan sisäpinnan kanssa. Listojen väliin syötetään voiteluaineena öljyä, joka voitelee listan ja samalla tiivistää listan ja vaipan sisäpinnan välisen raon. Öljyä kuitenkin 15 kulkeutuu myös painekammioon, josta öljyä on poistettava jatkuvasti. Rakenteen haittana on myös lukuisat poraukset sekä öljyn ja ilman sekoittumisesta aiheutuvat ongelmat.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaisen paineilmalla kuormitetun 20 eli ilmakuormitteisen uivan telan toimintaperiaate vastaa pääosin nykyisen öljykuormitteisen uivan telan toimintaperiaatetta. Myös mekaaninen rakenne vastaa nykyistä uivaa telaa telan muodostuessa pyörimättömästä akselista ja sen varaan laakeroidusta vaipasta. Ilmakuormitteisessa telassa painekammion 25 paineväliaineena käytetään siis öljyn sijasta ilmaa. Tarvittava ^ ilmamäärä ja syöttöpaine riippuvat sovelluksesta. Laskelmissa on havaittu, että syöttöpaine kasvaa lineaarisesti ulkoisten co ? kuormitusten funktiona. Esimerkkitelalle asetettu 250 kN/m ° viivakuorman kompensointiin vaaditaan noin 5 bar syöttöpaine.

X

£ 30 Painetaso on prosessiriippuvainen, joten ilmakuormitteisen telan <j> tehonkulutuksen vähentämiseksi on ulosvirtaus painekammiosta co to saatava riittävän alhaiseksi tiivistyksen avulla. Ilman matalas- o ta viskositeetistä johtuen painekammiossa syntyvät kitkahäviöt C\l ovat olemattoman pienet. Tällöin ilmakuormitteisen telan pyörit-35 tämiseen vaadittava käyttötehontarve on huomattavan pieni.

3

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uudenlainen tiivistysso-vitelmalla varustettu uiva tela, jossa saavutetaan hyvä paine-kammion tiiveys ilman tekniikan tason ongelmia. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uivan telan tiivistämiseksi 5 uudenlainen menetelmä, jolla ratkaistaan tiivistyssovitelman ongelmat. Tämän keksinnön mukaisen tiivistyssovitelman tunnusomaiset piirteet ovat, että voiteluaine on kaasua tai kaa-suseosta. Vastaavasti keksinnön mukaisen menetelmän tunnusomaiset piirteet ovat, että voiteluaineena käytetään kaasua tai 10 kaasuseosta.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin eräitä keksinnön sovelluksia kuvaaviin piirroksiin, joissa 15

Kuva la esittää periaatteellisesti telaparia telan päästä katsottuna,

Kuva Ib esittää kuvan la telaparin konesuunnassa katsottuna, Kuva le esittää yhtä keksinnön mukaisen tiivistyssovitelman 20 periaatetta,

Kuva Id esittää toista keksinnön mukaisen tiivistyssovitelman periaatetta,

Kuva 2a esittää periaatteellisesti tiivistyssovitelman rakennetta, 25 Kuva 2b esittää kolmatta keksinnön mukaisen tiivistyssovitel- I- man periaatetta, o c , Kuva 2c esittää neljättä keksinnön mukaisen tiivistyssovitel- co ? man periaatetta, ° Kuva 3a esittää viidettä keksinnön mukaisen tiivistyssovitel- x £ 30 man periaatetta, cd Kuva 3b esittää kuvan 3a periaatteen mukaista rakennetta hal oo m kileikattuna, o Kuva 3c kuvan 3b tiivisterakenteen isometrisenä kuvantona.

CM

35 Kuvassa la esitetään telapari, jossa alempi tela on taipumakom-pensoitu uiva tela. Telaan kuuluu staattinen akseli 10 ja 4 akselille 10 pyörivästi tuettu vaippa 11. Akselin 10 ja vaipan 11 väliin on rajattu tiivistyssovitelmalla painekammio 12. Lisäksi tiivistyssovitelmaan kuuluu tiivisterakenne 13 ja tiivistysrako 14, johon on järjestetty voiteluainevirtaus 5 tiivisterakenteen 13 ja vaipan 11 sisäpinnan 15 väliin (kuva le). Kuvassa la esitetään myös miinuskairanio 20. Keksinnön mukaan siis voiteluaine on kaasua tai kaasuseosta. Kuvassa Ib esitetään telaparia konesuunnassa katsottuna.

io Kuvassa 2a on esitetty yksinkertaistettuna painekammion 12 tiivistys, jonka tarkoituksena on rajoittaa kaasuvirtausta ulos painekammiosta. Voiteluaineena, joka samalla tiivistää, käytetään kaasua tai kaasuseosta, joka pyrkii virtaamaan tiivistyksen ohi matalampaan paineeseen. Vuoto painekammiosta on sallittua, 15 kunhan vuodosta aiheutuva ilmakuormituksen kompressoritehontarve ei kasva liian suureksi.

Yleisesti sanottuna tiivistys käsittää tiivisterakenteen ja tiivistysraon. Tiivistysrako muodostuu tiivisterakenteen ja 20 telan vaipan sisäpinnan väliin. Tiivistyksessä osana on myös tiivistysrakoon järjestetty voiteluaine, joka muodostaa voitelu-kalvon. Tiivisterakenne voi olla esimerkiksi lista, kalvo, ilmatyyny, foili tai muu vastaava. Voitelu voi olla aerodynaaminen tai aerostaattinen ja voiteluaineena voi olla kaasu tai 25 kaasuseos, kuten esimerkiksi ilma. Kuvassa le tiivisterakenne T- muodostuu ilmatyynyistä 16 ja kuvassa Id foileista 21.

(M

CD

Vaikka selityksessä on keskitytty kuvaamaan keksintöä pitkit- ° täistiivisteen yhteydessä, on huomattava, että painekammio on x £ 30 tiivistetty myös päistään päätytiivisteillä ja pääty- ja pitkitti) täistiivisteet voivat käsittää yhtenäisen rakenteen.

m m o Ilmakuormitteiseen telaan syötetään ilmaa painekammion muodosta-

(N

miseksi. Keksinnössä on oivallettu käyttää kaasua tai kaasuseos-35 ta tiivisterakenteiden voiteluaineena, jolloin vältytään tekniikan tason mukaisilta ongelmilta. Voitelu voi olla aerodynaamista 5 tai aerostaattista. Aerodynaamisessa voitelussa voitelukalvo muodostuu vastinpintojen välisessä liikkeessä. Voitelun ansiosta tiivistysrakoon lisäksi syntyy painejakauma, joka aikaansaa tiivisteen irtoamisen vastinpinnasta, tässä vaipan sisäpinnasta.

5

Aerostaattisen tiivistyksen toiminta perustuu tiivistysrakoon johdettavaan paineistettuun kaasuun tai kaasuseokseen, kuten ilmaan. Paineilma aikaansaa tiivistysrakoon aerostaattisen voitelutilanteen, jolloin vastinpintojen välillä ei esiinny 10 kosketusta. Kuormituspaine voidaan johtaa tiivisteen läpi tiivistysrakoon voiteluaineeksi. Tiivistys soveltuu hyvin myös korkeisiin käyttölämpötiloihin.

Aerosaattisen tiivistyksen tavoitteita ovat tiivisteen stabiili 15 toiminta ja vähäinen ilmakulutus. Vaadittava kuormankantokyky on pieni, joten kaasun käyttö voiteluaineena on mahdollista. Kaasut ovat kemiallisesti stabiileja laajalla lämpötila-alueella ja niillä on pieni kitka matalasta viskositeetistä johtuen. Lisäksi ilmaa käytettäessä voiteluaineen saanti on helppoa eikä yleensä 20 vaadita ulkoista jäähdytystä.

Kuvassa 2b esitetään kalvotiivisteen rakennetta. Kalvotiivisteen toiminta perustuu joustavaan kalvoon 17, jonka alle johdetaan kuormituspaine kuormitusaineena ollessa edullisesti ilma tai 25 kaasu. Kalvo voidaan kiinnittää akseliin 10 koneistetun uran ^ päälle ja kalvon 17 pullistuessa tiivistysrako pienenee. Kalvo ^ voi olla esimerkiksi metallia tai polymeerimateriaalia. Kalvo co ? voi olla ilmaa läpäisevää tai ilmaa läpäisemätön. Edullisesti ° samalla johdetaan kaasua tai kaasuseosta voiteluaineeksi kalvon x £ 30 alle. Jos kuormitukseen käytettävä väliaine johdetaan läpäisevän σ> tai läpäiseväksi muodostetun kalvon läpi, tiivistys toimii to aerostaattisella periaatteella.

δ c\i

Eräs esimerkki aerostaattisesta rakenteesta voi olla kuvan 3a 35 mukainen konstruktio, jossa tiivistysrakoon syötetään paineilmaa kuristimen läpi paineella ps ja ilmaa virtaa edelleen tiivistys- 6 raosta ympäristöön paineeseen py, samalla muodostaen voitelevan limakalvon tiivisteen ja vaipan väliin. Tässä tiivisteen alle muodostuvaan tilaan syötetään erillinen kuormituspaine, mutta syöttöpaine voidaan järjestää osaksi kuormituspainetta kuten 5 kuvassa 2c esitetään.

Tiivistysrakoon syötettävän ilman virtausta voidaan edullisesti kuristaa, jolloin vältetään rakokorkeuden kasvaminen liian suureksi. Suuresta rakokorkeudesta seuraa ilmankulutuksen kasvu 10 ja jäykkyyden heikentyminen. Virtausta voidaan kuristaa esimerkiksi suuttimella, jonka jälkeen itse tiivistysrako toimii sekundäärisenä kuristimena. Suuttimien sijasta tai sen lisäksi ilma voidaan syöttää tiivistysrakoon esimerkiksi huokoisen materiaalin läpi, jossa kuristaminen perustuu materiaalin 15 lukuisiin pieniin reikiin.

Erään esimerkin mukainen tiivisterakenne on esitetty halkileik-kauksena kuvassa 3b. Tässä esitetään testitiiviste, jonka pituus on murto-osan todellisesta pitkittäistiivisteestä. Tiiviste 22 20 kiinnittyy kelluvasti runkoon 23. Tiivistysrakoon syötettävä ilma ohjataan porausten 24 kautta tiivistysrakoon, jolloin syntyy voiteleva limakalvo. Tiivisteen alle muodostuu tila 25, johon paineilmaa syöttämällä aikaansaadaan kuormituspaine. Kuormituspaineen suuruus määrää tiivistysrakoon syntyvän paineen 25 voimatasapainoyhtälön mukaisesti, kun tiivistysrakoon syntyy

CM

T- voiteleva limakalvo, o

CM

CD

? Erään esimerkin mukainen tiivisterakenne on esitetty isometrise- co ^ nä kuvantona kuvassa 3c. Paineilma syötetään tiivisteen päätyyn x £ 30 kierrettävästä pistoliittimestä 26, mistä ilma virtaa viidestä σ> porauksesta 27 tiivistysrakoon. Suuttimet on yhdistetty toisiin-

LO

m sa urituksella 28, joiden tarkoituksena on tasata painejakaumaa o ja estää tiivisteen kallistuminen korkeilla liukunopeuksilla.

Tiivisteen pintamateriaalina voi olla esimerkiksi teknistä 35 muovia. Tiivisteen pintamateriaali ja runkomateriaali voivat olla samaa tai eri materiaalia. Materiaali valitaan edullisesti 7 siten, että liukupintojen hetkittäinen kontakti mahdollistuu. Tiiviste voidaan kiinnittää kelluvasti akseliin, jolloin voidaan saavuttaa tasainen rakokorkeus vaipan sisäpinnan akselin keskipisteen välisen etäisyyden muuttuessa akselin taipuessa.

5

Keksinnön mukaiseen tiivistyssovitelmaan kuuluu välineet 18 voiteluainevirtauksen muodostamiseksi. Välineisiin 18 kuuluu virtausyhteet 19, jotka on järjestetty tiivisterakenteen 13 läpi, kuten kuvassa 2c. Virtausyhteet 19 voivat myös tiivistera-10 kenteen 13 pituus- ja/tai poikittaissuuntaisia. Esimerkiksi kuvasta 3b ilmenee tiivisterakenteeseen muodostettu pitkit-taisyhde, josta avautuu poikittaisyhteitä tiivistysrakoon. Lisäksi tiivisterakenteeseen 13 kuuluu kuormituspaineistus, joka on kuvan 2c sovelluksessa sovitettu osaksi voiteluainesyöttöä. 15

Ilmakuormitteisen uivan telan kokonaistehonkulutuksen kannalta on pyrittävä saamaan painekammioiden välisistä virtauksista aiheutuva kompressoritehontarve mahdollisimman pieneksi. Paine- kammion muodostamisessa on uivan telan pitkittäistiivistyksen 20 tiivistyskyky olennaisessa osassa. Erästä keksinnön mukaista tiivisterakennetta testattiin tuotantokonemittakaavaa olevan telavaipan sisäpintaa simuloivissa olosuhteissa. Testissä tiivisteen vastinpinta muodostui lieriömäisestä teräsputkesta.

Testien perusteella painekammio saadaan täysin ilmatiiviiksi, 25 jos tiivistyksen rakopaineeksi järjestetään painekammiota ^ korkeampi tai yhtä suuri paine. Vaikka tiivistysraon paineen c\i ^ kasvattamisella saavutetaan vuotamaton painekammio, kasvaa ? vastaavasti tiivisteelle syötettävän ilman virtaus. Lisäksi ° havaittiin, että tiivisteen keskimääräinen rakokorkeus pysyy

X

£ 30 vakiona pyörimisnopeudesta riippumatta, jolioin virtauskin pysyy <5 vakiona. Tiivisteestä pyritään tekemään kelluva ja asentovirhei-

oo J

LO

LO sun mukautuva. Tällöin geometnavirheestä aiheutuva virtaus o saadaan minimoitua. Edullisesti tiivistettä kuormittava ja cu tiivistysrakoa voiteleva ilma tuodaan yhdellä syöttölinjalla. 35 Ilmakuormitteisen uivan telan kokonaistehonkulutus on lähes nopeusriippumaton nykyiseen uivaan telaan verrattuna, sillä vain 8 telan mekaaniset tehohäviöt kasvavat nopeuden noustessa. Vaikka edellä on keksintöä selostettu lähemmin rakenteella, jossa voiteluaineen paine tiivistysraossa on suurempi tai yhtä suuri kuin painekammiossa, voidaan tiivistysraon voitelussa hyödyntää 5 kammioiden välistä virtausta. Tällöin paine tiivistysraossa on matalampi kuin painekammiossa, mutta korkeampi kuin miinuskammi-on paine.

Ilmakuormitteisen uivan telan käyttökohteita ovat esimerkiksi 10 kuiturainakoneiden, kuten paperi- ja kartonkikoneiden puristin-ja kalenterisovellukset sekä metallihihnapuristimet. On mahdollista asentaa käytötön taipumakompensoitu tela esimerkiksi ohjaustelaksi metallihihnakalanteriin, jossa yhdellä käytölli-sellä telalla pyöritetään hihnalenkin välityksellä useita 15 ohjausteloja.

δ

<M

CD

O

δ

X

X

CL

O)

CO

LO

LO

δ

(M

Claims (10)

1. Tiivistyssovitelmalla varustettu uiva tela, johon kuuluu staattinen akseli (10) ja akselille (10) pyörivästä tuettu 5 vaippa (11), ja akselin (10) ja vaipan (11) väliin on rajattu tiivistyssovitelmalla painekammio (12), ja johon tiivistyssovi-telmaan kuuluu tiivisterakenne (13) ja tiivistysrako (14), johon on järjestetty voiteluainevirtaus tiivisterakenteen (13) ja vaipan (11) sisäpinnan (15) väliin, tunnettu siitä, että voite-10 luaine on kaasua tai kaasuseosta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tela, tunnettu siitä, että voiteluaine on virtaavaa paineistettua kaasua tai kaasuseosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tela, tunnettu siitä, että voiteluainevirtauksen paine on yhtä suuri tai suurempi kuin painekammion (12) paine.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tela, tunnettu siitä, 20 että voiteluainevirtauksen paine on pienempi kuin painekammion (12) paine.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen tela, tunnettu siitä, että tiivistyssovitelmaan kuuluu välineet (18) voitelu- 25 ainevirtauksen muodostamiseksi. C\l δ CM .

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tela, tunnettu siitä, että co - ? välineisiin (18) kuuluu virtausyhteet (19), jotka on järjestetty co tiivisterakenteen (13) läpi. I 30 σ>

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen tela, tunnettu siitä, että to virtausyhteet (19) ovat tiivisterakenteen (13) pituus- ja/tai δ poikittaissuuntaisia. CM

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen tela, tunnettu siitä, että tiivisterakenteeseen (13) kuuluu kuormituspaineis-tus, joka on sovitettu osaksi voiteluainesyöttöä.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen tela, tunnettu siitä, että voiteluainevirtaus on järjestetty siten, että tiivistysrako (14) tiivisterakenteen (13) ja vaipan (11) sisäpinnan (15) välillä on pienempi kuin 50 pm.

10. Menetelmä uivan telan tiivistämiseksi, johon telaan kuuluvan staattisen akselin (10) ja akselille (10) pyörivästi tuetun vaipan (11) väliin rajataan tiivistyssovitelmalla painekammio (12), ja tiivistyssovitelmaan kuuluvaan tiivistysrakoon (14) syötetään voiteluainetta, tunnettu siitä, että voiteluaineena 15 käytetään kaasua tai kaasuseosta. C\J δ CvJ CD cp CD CvJ X X Q. o CO LO LO δ CvJ