FI61558B - Mekanisk axeltaetning - Google Patents

Description

FSwl rBl KUULUTUSJULKAISU , * r r R

' 1) UTLÄGGNINGSSKRIFT 0(000 C (4S) ; :ϊ ...j ' ^ " ^ (51) Kv.lk.3/lnt.CI.3 P 16 J 15/^0 SUOM I —Fl N LAN D (21) f*«tenttlh.k.mu*-P«.nt«»ölcnlni 772705 (22) H*k*ml*|>ilv» — AnaMuiInftdag 1U . 09 77 <FI) (23) Alkupllvi—Glltlghrtsdag lU.09.77 (41) Tullut luikituksi —Bltvlt offantllf 15-03.79

Patentti· ja rekisterihallitus /44) NlhtivUulptnon |t kuuLjulkaitun pvm. — 30.01.82

Patent· och registerstyrelsen Antektn utlagd och uti.*krift»n pubiicurtd (32)(33)(31) Fyydutty «tuolkuut —Bigtrd priorltet (71) Insinööritoimisto Painotekniikka Oy, 10950 Muurame, Suomi-Finland(FI) (72) Katiko Hytönen, Muurame, Suomi -Finland (FI) (7l) Oy Kolster Ab (5l) Mekaaninen akselitiiviste - Mekanisk axeltätning Tämän keksinnön kohteena on mekaaninen akselitiiviste pyörivän elementin ja kiinteän elementin välisen raon tiivistämiseksi painevä1 iainetila n erottamiseksi ulkopuolisesta tilasta, joka akselitiiviste käsittää vähintään yhden toisen elementin varaan asennetun, aksiaa1isesti liikkuvan tiivisterenkaan, joka tiivistää tämän elementin suhteen, ja vähintään yhden toiseen elementtiin kiinnitetyn, tiivisterenkaan painetilan puolella sijaitsevan vasta-renkaan, joka tiivistää tämän elementin suhteen, jolloin tiiviste-rengas ja vastarengas on varustettu aksiaa 1 isest i toisiaan vasten painautuvilla tiivistävillä liukupinnoilla ja jolloin toisen elementin ja tiivisterenkaan välissä on mainittuihin liukupintoihin rajoittuva välitila tiivistenestettä varten ja tiivisterenkaaseen on muodostettu rengasolake, jonka välityksellä paineväliaineen paino kohdistaa tiivisterenkaan liukupintaan sulkevan voiman, joka en suurempi kuin paineväliaineen paineen aiheuttama liukupintoja avaa-va voima, ja tiivisterengas on varustettu toisen elementin suhteen tiivistävällä rengasmaisella männällä, jonka avulla tiivisteneste painaa tiivisterengasta painetilan suuntaan ja joka on kooltaan 2 615 5 8 sellainen, että tiivistenesteen paineesta aiheutuva liukupintoja avaava voima on pienempi kuin tiivistenesteen paineesta aiheutuva sulkeva voima.

Tämäntapaista tiivistettä käytetään pumpuissa, jauhimissa, sekoittimissa, puhaltimissa yms., joissa pyörivä akseli kulkee kiinteän seinämän läpi. Seinämän eri puolilla voi olla erilaiset paineet ja erilaiset nesteet ja kaasut. Niinpä voi paineväliai-neena olla neste tai kaasu ja ulkopuolisena tilana voi olla paineen alainen tai paineeton neste- tai kaasutila tai ilmakehä. Tii-vistenesteenä käytetään tavallisesti tiivistevettä.

Useilla aloilla on tunnettua käyttää tämäntapaisiä mekaanisia akselitiivisteitä paineisten nesteiden tiivistämiseen ilmakehästä. Tiivistäminen voidaan suorittaa joko tiivisteellä, jossa käytettävän tiivist eveden paineen täytyy olla jatkuvasti, myös koneen seisoessa, korkeampi kuin nesteen paineen, tai tiivisteellä, jossa tiivisteveden paineen täytyy aina olla alhaisempi kuin nesteen paineen.

Käytettäessä tiivistettä, jossa tiivisteveden paineen on aina oltava korkeampi kuin nesteen paineen, on erittäin hankala varmistua kaikissa olosuhteissa ylipaineisen tiivisteveden riittävyydestä esim. sähkönjakeluhäiriöiden takia. Sähkönjakeluhäiriöiden poissulkemiseksi tiivisteveden riittävän määrän ja paineen tuottamisesta joudutaan rakentamaan monimutkaisia ja kalliita varavoimaläh-teillä varustettuja tiivistevesijärjestelmiä. Mikäli kuitenkin kaikista varajärjestetyistä huolimatta tiivisteveden paine jostain syystä alenee alle nesteen paineen, avautuu nesteen puoleinen tii-visterengas ja tiivistävien liukupintojen välistä tunkeutuu nestettä tiivist evesitilaan. Mikäli nesteessä on epäpuhtauksia, tiivis-tepinnat kuluvat nopeasti tai ne voivat aiheuttaa tiivistevesitilan tukkeutumisen tai estää tiivistepintojen uudelleensu1keutumisen. Tällöin tiiviste tuhoutuu.

Käytettäessä taas tiivistettä, jossa tiivisteveden paineen täytyy olla alhaisempi kuin nesteen paineen, muodostuu liukupintojen välissä oleva voiteleva kalvo nesteestä eikä tiivistevedestä. Mikäli neste on esim. syövyttävä, aiheuttaa voiteleva nestekalvo nesteen puoleisiin liukupintoihin nopeampaa syöpymistä, tai mikäli nesteen voiteluominaisuudet ovat heikot, aiheutuu tästä nesteen puoleisten liukupintojen nopeampaa kulumista kuin käytettäessä Ylipaineista tiivistevettä. Mikäli alhaista painetta köyttävän tiivisteveden paine jostain syystä nousee yli nesteen paineen, 615 58 esim. silloin, kun akselin kaulalle muodostuu ai ipai riutta, avautuvat nesteen puoleiset liukupinnat ja nestettä pääsuo tunkeutumaan tiivistevesitilaan. Nesteessä olevat epäpuhtaudet voivat estää tiivistepintojen uudelleen sulkeutumisen, ja ne voivat tukkia tiivistevesitilan. Edellä esitetyt syyt voivat lyhentää oleellisesti tiivisteen kestoikää ja se voi tuhoutua virheellisen tii-visteveden paineen vuoksi.

US - patenttiju1 kaisusta 3 01 5 506 on aikaisemmin tunnettu tiivist eratkaisu, jossa pumpattavaa nestettä kierrätetään tiivisteen läpi. Mikäli pumpattava neste sisältää kiintoaineita tai kuituja, tukkivat ne nopeasti mäntää painavan jousen väliset raot sekä tiivistävien pintojen väliset raot tehden tiivisteen toimintakyvyttömäksi. Esitetty tiivist erät kaisu ei siten sovellu kiintoaine- tai kuitupitoisten nesteiden pumppaamista varten.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada mekaaninen akselitiiviste, joka poistaa edellä mainitut epäkohdat. Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella akselitiivisteellä, jolle on tunnusomaista se, että männän 1iikkumistila on eristetty paineväliai-neesta ja tiivistenesteestä ja on kanavalla yhdistetty paineiseen t i laan.

Keksinnön mukaisessa akselitiivisteessä on männän liikkurnis-tila täysin estetty tukkeutumasta pumpattavan nesteen mahdollisesti sisältämien kiintoaineiden ja kuitujen vaikutuksesta, koska männän liikkumatila ei ole lainkaan yhteydessä painevä1 iaineen eikä myöskään tiivistenesteen kanssa. Männän 1iikkumistilasta paineiseen tilaan, esim. ulkoilmaan johtava kanava varmistaa sen, ettei tiivisterenkaan aksiaalisesta liikkumisesta aiheutuva männän liikkumistilan tilavuudenmuutos häiritse tiivisteen toimintaa.

Keksintöä selitetään lähemmin seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää aksiaalileikkauksena keksinnön mukaisen akseli-tiivisteen erästä edullista sovellutusmuotoa paikalleen asennettuna, kuvio 2 esittää aksiaalileikkauksena akselitiivisteen tiivis-terengasta ja tiivisterunkoa erillään toisistaan, kuvio 3 esittää suuremmassa koossa akselitiivisteen toiminta-p e r i a a t t: t t a , ja kuvio 4 esittää akselitiivisteen vaihtoehtoista sovellutusmuotoa .

. Piirustuksissa on esitetty esim. nestepumpun pyörivä elementti, 4 61558 akseli 1 ja kiinteä elementti, runko 2. Akselin jo rungon völinen rako on tiivistetty rengasmaisella akselitiivisteellä 3. Pungnn sisäpuolella (kuvion 1 vasemmalla puolella) on painutila 4 paine-nestettä varten ja rungon ulkopuolella (kuvion 1 oikealla puolella) on ilmakehä 5.

Akselitiiviste 3 käsittää rungon varaan asennetun kiinteän xengasmaisen tiivisterungon 6, kaksi tiivisterungon ja akselin välissä sijaitsevaa tiivisterengasta 7, ö sekä kaksi tiivisterenkai-den vastakkaisilla puolilla sijaitsevaa, akselille kiinnitettyä vastarengasta 9, 10. Vastarenka iden lukitusruuvit on merkitty viitenumerolla 9’, 10’. Vastarenkaat on tiivistetty sinänsä tunnetulla tavalla akselia vasten rengastiivisteillä 11 ja tiivisterunko 6 koneen runkoa 2 vasten rengastiivistei 1lä 12. Tiivisterenkaat on samoin tiivistetty tiivisterunkoa vasten rengastiivistei1lä 13. Kummassakin vastarenkaassa on tiivisterenkaitä päin suunnatut liukupinnat 14, 15 ja tiivisterenkaiden vastarenkaitä päin sijaitse vissa päissä on vastaavat liukupinnat 16, 17. Tiivisterenkaiden välissä sijaitsevat puristusjouset 1ö painavat tiivisterenka itä poispäin toisistaan, niin että liukupinnat painautuvat parittain vastakkain. Tiivisterenkaiden ja akselin väliin jää välitila 19 tii-vistevettä varten ja koneen rungossa on tulokanava 20 ja poistokanava 21 tiivistevettä varten. Painetilan puoleisessa tiivisteren-*aassa on rengasmainen olake 22 jäljempänä selitettävää tarkoitusta varten.

Painetilan puoleisen tiivisterenkaan 7 ulkopäähän on kiinnitetty rengasmainen tiivistävä mäntä 23. Mäntään sisältyy joustava rengastiiviste 24 (kuv. 2), jonka vastakkaisille puolille on sovitettu tukilevyt 25, 26. Yhdistelmä 24, 25, 26 on kiinnitetty ak-siaalisesti 1iikkumattomasti tiivisterenkaaseen 7 ruuvilla 27. Mäntää varten on tiivisterunkoon 6 muodostettu lieriömäinen pesä 2t) tiivisterenkaan mukana liikkuvan männän aksiaaliliikettä varten. Tiivisterungon läpi ulottuu säteettäinen kanava 29, joka sisäpääs-tään on yhteydessä mainittuun pesään tämän pesän ja rengastiivis-teen 13 välisen välitilan kautta. Tiivisterungon kanava 29 on yhtey-eessä ilmakehään 5 rungon läpi ulottuvan kanavan 30 kautta.

Edellä selitetyssä rakenteessa pyrkii painenestettä 31 (kuv.

3) painetilasta 4 tunkeutumaan vastarenkaan ja tiivisterenkaan liukupintojen 14, 16 väliin aiheuttaen liukupintoja avaavan voiman (1) F, = P n .A., 2 1 •u. i 5 61558 jossa pn on painenesteen paine ja on liukupintojen tehollinen pinta-ala. Paineneste vaikuttaa myös olakkeeseen 22 aiheuttaen mainittuja liukupintoja 14, 16 sulkevan voiman (2) F2 = pn · · jossa &2 on olakkeen tehollinen pinta-ala.

Tiivistevesi 32 pyrkii vastaavasti tunkeutumaan mainittujen liukupintojen 14, 16 väliin aiheuttaen liukupintoja avaavan voiman (3) f. = . A1, 2 jossa p^. on t i i visteveden paine. Tiivistevesi vaikuttaa myös edellä selitettyyn mäntään 23 aiheuttaen vastaavasti liukupintoja 14, 16 sulkevan voiman (4) f3 = Pt * A3' jossa A^ on männän tehollinen pinta-ala.

Jos jousien 18 liukupintoja 14, 16 sulkeva voima merkitään F^, pysyvät liukupinnat sulkeutuneina, jos (5) F2 * f3 * Fj > F, ♦ fr

Jos tiivisteveden paine p^ on 0 eli alhaisempi kuin painenesteen paine (ja jousivoima F . yksinkertaisuuden vuoksi merkitään = 0) täyttyy ehto (5), kun A, (6) A? _1 (p. = 0).

2

Jos painenesteen paine pn on 0 eli tiivisteveden paine on suurempi kuin painenesteen paine, täyttyy ehto (51, kun (7) A3>-^ (Pn * 0)·

Jos tiivisteveden paine p^ ja painenesteen paine pn ovat yhtä suuria, täyttyy ehto (5), kun (8) A2 ♦ A3 > A1 (pt = pn).

Kuviosta 3 huomataan, että varustamalla tiivisterengas 7 edellä selitetyn tapaisella männällä 23 saadaan liukupintoihin 14, 16 aina kohdistetuksi avaavaa voimaa suurempi sulkeva voima riippumatta siitä, onko tiivisteveden paine pienempi, suurempi tai yhtä suuri kuin painenesteen paine.

Männän 23 pesän 28 yhteys kanavien 29, 30 kautta ilmakehään 5 varmistaa sen, ettei männän aksiaalisesta liikkumisesta pesässä aiheutuva pesän tilavuudenmuutos aiheuta ehdon (5) täyttymistä vastustavia aksiaalisia lisävoimia tiivisteessä.

6 61558

Edellä esitetyissä kaavoissa on oletettu, että jousien 10 jousivoima on epäolennainen, ts. että jouset on mitoitettu voin aikaansaamaan liukupintojen 14, 16 ja vastaavasti 15, 17 es i pa i ria ut umi neri vastakkain. On kuitenkin selvää, että mitä suurempi jousivoima on sitä enemmän se vahvistaa männän 23 aiheuttamaa sulkevaa voimaa Jousivoiman kasvaessa voidaan männän pinta-alaa siten vastaavasti pienentää.

Kuviossa 4 esitetyssä sovellutusmuodossa on käytetty samoista osista samoja viitenumerolta kuin edellisessä sovellutusmuodossa. Kuvion 4 mukainen rakenne poikkeaa edellisestä rakenteesta lähinnä vain siinä suhteessa, että tiivisterenkaat 7, Θ on kiinnitetty koneen rungon asemesta akselille 1 ja vastarenkaat 9, 10 akselin asemesta koneen runkoon 2.

Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan voi keksinnön mukainen tiiviste vaihdella huomattavastikin patenttivaatimus-sten puitteissa. Tiivisteen ilmakehän puoleinen tiivistys voi olla aikaansaatu liukupintojen 15, 17 asemesta jollakin muulla aksiaali-tiivisteellä. Tiivisterenkaat 7, 8 voivat tiivistää suoraan koneen runkoon 2 työstettyjä tiivistepintoja vasten, jolloin tiivisterunko 6 voidaan jättää pois. Vaikka edellä onkin esitetty kaksi erillistä tiivisterengasta 7, 0, voidaan tiivisterengas 7 järjestää tiivistämään suoraan ulkopuolista vastarengasta 10 vasten, jolloin tiiviste-rengas ö jää pois. Mäntä 23 voi erillisen kappaleen 24, 25, 26 asemesta olla yhtä kappaletta tiivisterenkaan 7 kanssa olevan rengasmaisen laipan muodostama, joka sopivalla tavalla tiivistää tiiviste-runkoa 6 vasten. Kuviossa 2 esitetyssä sovellutusmuodossa on mäntä 23 kiinnitetty aksiaa1isesti 1iikkumattomasti tiivisterenkaaseen, mutta on mahdollista, että männän ja ruuvin 27 välillä un välys, koska keksinnön kannalta on olennaista vain, että mäntä painautuu kiinteästi tiivisterengasta vasten painetilan suuntaan. Koneen rungon läpi ulottuvan kanavan 30 asemesta voi tiivisterungon 6 kanava 29 olla järjestetty ulottumaan aksiaa1isesti tiivisterungon läpi ja päättymään ilmakehään 5 sen ulkoreunan kautta.

Claims (4)

7 61558

1. Mekaaninen akselitiiviste pyörivän elementin (1) ja kiinteän elementin (2) välisen raon tiivistämiseksi pa i rievä 1 i a in et i iän (4) erottamiseksi ulkopuolisesta tilasta (5), joka akselitiiviste (33 käsittää vähintään yhden toisen elementin (2 tai 1) varaan asennetun, aksiaalisesti liikkuvan tiivisterenkaan (7), joka tiivistää tämän elementin suhteen, ja vähintään yhden toiseen elementtiin (1 tai 2) kiinnitetyn, tiivisterenkaan painetilan puolella sijaitsevan vastarenkaan (91, joka tiivistää tämän elementin suhteen, jolloin tiivisterengas ja vastarengas on varustettu aksiaalisesti toisiaan vasten painautuvilla tiivistävillä liukupinnoilla (14, 11j) ja jolloin toisen elementin ja tiivisterenkaan välissä on mainittuihin liukupintoihin rajoittuva välitila (19) tiivistenestettä (321 varten ja tiivisterenkaaseen on muodostettu rengasolake (221, jonka välityksellä paineväliaineen (311 paine kohdistaa tiivisterenkaan liukupintaan (161 sulkevan voiman (F2), joka on suurempi kuin paine-väliaineen paineen aiheuttama liukupintoja avaava voima (F^l, ja tiivisterengas (71 on varustettu toisen elementin (2 tai 1) suhteen tiivistävällä rengasmaisella männällä (231, jonka avulla tiiviste-neste (321 painaa tiivisterengasta (71 painetilan (41 suuntaan ja joka on kooltaan sellainen, että tiivistenesteen paineesta aiheutuva liukupintoja (14, 161 avaava voima (f^l on pienempi kuin tiiviste-nesteen paineesta aiheutuva sulkeva voima (f^l, tunnettu siitä, että männän (231 liikkumistila (281 on eristetty paineväli-aineesta (311 ja tiivistenesteestä (321 ja on kanavalla (29, 301 yhdistetty paineiseen tilaan (51.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen akselitiiviste, jossa kiinteään elementtiin (21 on kiinnitetty aksiaalisesti 1iikkumattomasti tiivisterunko (61, jota vasten tiivisterengas (71 tiivistää, tunnettu siitä, että tiivisterunkoon (61 on muodostettu lieriömäinen, tiivisterungon sisäkehän ympäri ulottuva eristetty pesä (281 männän (23) aksiaalisuuntaista liikettä varten ja että pesä on yhteydessä paineiseen tilaan (51 ti ivisterungon läpi ulottuvan ytiriys-kanavan (29) kautta. , ; n t 8 61 558

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen akselitiiviste, tunnettu siitä, että yhdyskanava (29) on yhdistetty kiinteään elementtiin (2) tehdyn kanavan (30) kautta ilmakehään (9).

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen akselitiiviste, tunnettu siitä, että yhdyskanava (29) ulottuu aksiaa1isesti tii-visterungon (6) läpi päättyen tiivisterungon ulkopäahän, juku un yhteydessä ilmakehään (5). ·.*> r * · 61558 Patent krav: