FI64846C

FI64846C - FOERFARANDE FOER FOERBAETTRING AV EN AXELTAETNINGS MOTSTAOENDETAETNINGSYTORNAS FORMSTABILITET

Info

Publication number: FI64846C
Application number: FI782078A
Authority: FI
Inventors: Jukka Timperi; Kalle Lampela
Original assignee: Ahlstroem Oy
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1984-01-10
Also published as: FR2434319B1; DE2924542A1; CA1114591A; FI64846B; JPS5514388A; FI782078A; FR2434319A1

Description

____ I r„, „„ KUULUTUSjULKAISU r a a a c 11^ UTLÄCG NINGSSKRI FT 6 4 846 J*gj[g C (45) Tarti r_;'"m.c t ly 10 01 1904 patent ceddelat ’ (51) Ky-lkP/InfcCI.3 F 16 J 15/28 SUOMI —FINLAND (21) P»e*nttlh*k*imi· — Pttantamdknlng 782078 (22) H«k*ml*p«lvi — AnaMutlngadag 29.06. 78 (23) AlkupUvt—Glltljh«t»dij 29.06.78 (41) Tullut |ulklMlcsl — Bllvlt offwitllf 30.12.79____ I r „,„ „AD PUBLICATION raaac 11 ^ UTLÄCG NINGSSKRI FT 6 4 846 J * gj [g C (45) Tarti r _; '" mc t ly 10 01 1904 patent ceddelat' (51) Ky-lkP / InfcCI.3 F 16 J 15/28 FINLAND —FINLAND (21) P »e * nttlh * k * imi · - Pttantamdknlng 782078 (22) H« k * ml * p «lvi - AnaMutlngadag 29.06. 78 (23) AlkupUvt — Glltljh« t »Dij 29.06.78 (41) Tullut | ulklMlcsl - Bllvlt offwitllf 30.12.79

Patmttl· ja rekisterihallit!» NihtMWp™» j. kuuLjuiiutam p*m. - ’Patmttl · and registry halls! » NihtMWp ™ »j. kuLjuiiutam p * m. - ’

Patent- och registerstyrelsen Ameiun utlagd och utl.«krift«n publkartd ju.u^.uj (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Ba(lrd prlorltet (71) A. Ahlström Osakeyhtiö, Noormarkku, Suomi-Finland(FI) (72) Jukka Timperi, Kotka, Kalle Lampela, Vantaa, Suomi-Finland(FI) (5*0 Menetelmä akselitiivisteen vastakkaisten tiivistyspintojen muodon-pitävyyden parantamiseksi - Förfarande för förbättring av en axel-tätnings motstäende tätningsytornas formstabilitetPatent and registration authorities Ameiun utlagd och utl. FI) (72) Jukka Timperi, Kotka, Kalle Lampela, Vantaa, Finland-Finland (FI) (5 * 0 Method for improving the shape-retention of opposite sealing surfaces of a shaft seal

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää akselitiivisteen vastakkaisten tiivistyspintojen muodonpitävyyden parantamiseksi. Kyseessä oleva akselitiiviste käsittää akselin mukana pyörivän ti ivistyseI imen sekä paikallaan olevan tiivistys-5 elimen, joiden vastakkaiset ti ivistyspinnat muodostavat tiivistyskohdan ja joista ainakin toinen on valmistettu austeniittisesta ruostumattomasta teräksestä.The present invention relates to a method for improving the dimensional stability of opposite sealing surfaces of a shaft seal. The shaft seal in question comprises a seal rotating with the shaft and a stationary sealing member 5, the opposite sealing surfaces of which form a sealing point and at least one of which is made of austenitic stainless steel.

Tällaisia tiivisteitä käytetään yleisesti pumpuissa, jolloin ne voivat olla joko ns. hydrostaattisia tiivisteitä, jolloin 10 pintojen välissä on ohut nestekalvo, tai ns. mekaanisia tiivisteitä, joissa ei-pyörivän osan tasopinta painetaan pyörivän osan tasopintaa vasten niin, että ne ovat kosketuksessa toisiinsa. Molemmissa tapauksissa on tiivisteen moit- 2 64846 teettömän toiminnan edellytyksenä pintojen yhdensuuntaisuus j a tasoma i suus.Such seals are commonly used in pumps, in which case they can be either so-called hydrostatic seals with a thin film of liquid between the surfaces, or so-called mechanical seals in which the plane of the non-rotating part is pressed against the plane of the rotating part so that they are in contact with each other. In both cases, the parallelism and flatness of the surfaces are a prerequisite for the proper operation of the seal.

Valittaessa hydrostaattisen tiivisteen materiaalia vaativiin sovellutuksiin, kuten esim. ydinvoimaloiden pääkiertopumppui-5 hin, täytyy ensisijaisesti pitää huolta materiaalin korroosion kestävyydestä jopa osittain lujuuden kustannuksella. Tästä on seurauksena, että esim. austeniittisia teräksiä käytetään akselitiivisteen tiivistyseIimi en materiaalina. Näillä teräksillä on kuitenkin haittapuolena se, että pysyviä 10 muodonmuutoksia tapahtuu jo pienillä kuormituksilla.When choosing a hydrostatic seal material for demanding applications, such as the main circulating pump of nuclear power plants, the primary concern must be to ensure the corrosion resistance of the material, even in part at the expense of strength. As a result, e.g. austenitic steels are used as the material for the sealing adhesive of the shaft seal. However, the disadvantage of these steels is that permanent deformations take place even at low loads.

Kun tällaisesta materiaalista valmistettuun tiivisteeseen kohdistuu joko normaaleista toimintaolosuhteista tai häiriötilanteista kuormituksia, tiivistyspinnat muuttavat pysyvästi muotoa jo pienillä jännityksillä. Se, että tiivisteen pinnat 15 eivät ole yhdensuuntaiset, johtaa tiivisteen tiivistyskyvyn huononemiseen ja saattaa tiivisteen alttiiksi toimintahäiriöille tai jopa vaurioitumiselle.When a seal made of such a material is subjected to loads under either normal operating conditions or disturbances, the sealing surfaces permanently change shape even at low stresses. The fact that the surfaces 15 of the seal are not parallel leads to a deterioration of the sealing ability of the seal and exposes the seal to malfunctions or even damage.

Keksinnön tarkoituksena on kehittää parannettu akselitiivisteiden valmistusmenetelmä, jonka avulla saadaan aikaan tii-20 visteitä, jotka vaurioitumatta sietävät käytännössä esiintyvät kuormitukset, esim. nopeat IämpötiIamuutokset.The object of the invention is to develop an improved method of manufacturing shaft seals, by means of which tii-20 seals are provided which, without damage, can withstand the loads occurring in practice, e.g. rapid temperature changes.

Tämä keksinnön päämäärä saavutetaan siten, että tiivistyspin-nat saatetaan nestemäisen Iämmönvaihtoaineen avulla alttiiksi vähintään kaksi vuorottaista lämmitys- ja jäähdytysvaihet ta 25 käsittävälle lämpökäsittelylle alle 100 °C:n lämpötila- alueella, jossa käsittelyssä kunkin I ämmitysvaiheen lämpötilan muutos on sitä edeltäneen Iämmitysvaiheen lämpötilan muutosta suurempi, ja Iämmitysvaiheen lämpötilan muutosnopeus ja lämpötilan muutos ovat vähintään yhtä suuria kuin käytön ai-30 kana tapahtuvan lämpötilan muutoksen nopeus ja lämpötilan muutos, joka epäsäännöllisen lämpötilan jakautumisen vuoksi aiheuttaa pysyviä muodonmuutoksia, kun taas jäähdytysvaiheen lämpötilan muutosnopeus on niin pieni, ettei pysyviä muodon- 3 64846 muutoksia aiheudu.This object of the invention is achieved by subjecting the sealing surfaces to a heat treatment comprising at least two alternating heating and cooling steps in the temperature range below 100 ° C by means of a liquid heat exchanger, where the change in temperature of each heating step I is greater than the change in temperature of the previous heating step. , and the rate of temperature change and temperature change of the heating phase are at least equal to the rate of temperature change and temperature change during use which, due to the irregular temperature distribution, causes permanent deformation, while the rate of temperature change of the cooling phase is so small that no permanent deformation occurs. changes do not occur.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, joka esittää pituusleikkauksena tyypillistä tiivistettä, johon keksinnön mukaista menetelmää 5 vo idaan soveI taa.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, which shows in longitudinal section a typical seal to which the method 5 according to the invention can be applied.

Kuviossa tarkoittaa 1 pyörivää akselia, jossa on olake 2, johon akselin mukana pyörivä tiivistyseIin 3 on tuettu jousien 4 välityksellä. Paikallaan oleva tiivistyse Iin 5 on tuettu pesään 6. TiivistyseI imi en vastakkain olevat pinnat 7 10 ja 8 muodostavat kapean raon 9, jossa on tiivistyspinnat toisistaan erottava erittäin ohut vesikalvo. Paineneste johdetaan tasopintojen väliin raon ulkopuolelta sekä toisesssa tiivistyseIimessä olevien porauksien 10 ja uran 11 kautta. Raon läpi vuotanut neste poistuu alhaisemmalla paineella 15 pesään paikallaan olevan tiivistyseI imen ja akselin välisen raon 12 kautta. Koska tasopintojen 7 ja 8 välinen rako on hyvin kapea, jo pienetkin tiivistyspintojen vääristymät kasvattavat vuotoa haitallisessa määrin.In the figure, 1 means a rotating shaft with a shoulder 2 in which the shaft-rotating sealing wall 3 is supported by means of springs 4. The stationary seal 5 is supported in the housing 6. The opposite surfaces 7 10 and 8 of the seals form a narrow gap 9 with a very thin water film separating the sealing surfaces. The pressure fluid is led between the planar surfaces from outside the gap and through the bores 10 and the groove 11 in the second sealing member. The fluid leaking through the gap is discharged at a lower pressure 15 into the housing through a gap 12 between the sealing element and the shaft. Since the gap between the planar surfaces 7 and 8 is very narrow, even small distortions of the sealing surfaces increase the leakage to a detrimental extent.

Keksinnön mukaan tiivistyseI imet on sopivinta Iämpökäsite I Iä 20 nesteellä, joka saatetaan virtaamaan tiivisteen läpi sen ollessa asennettuna erityisessä koelaitteessa tai pumpussa, missä toinen tiivistyseI imistä voi pyöriä. Lämpökäsittely käsittää Iämmitysvaiheen, jonka aikana lämpötila muuttuu vähintään niin nopeasti, että tiivistyseI imi in aiheutuu pysyviä 25 muodonmuutoksia ja jäähdytysvaiheen, jonka aikana lämpötila muuttuu niin hitaasti, ettei pysyviä muodonmuutoksia aiheudu. Lämpökäsittelyn avulla aiheutetaan tiivistyseI imi I le vähintään yhtä suuria tai mieluummin suurempia jännityksiä kuin ne jännitykset, joille tiivistyseI imien oletetaan käytön aikana 30 joutuvan alttiiksi. Lämpökäsittely voi esimerkiksi käsittää kolme Iämmitysvaihet ta ja kolme jäähdytysvaihet ta , jolloin lämpötila käsittelyn aikana muuttuu seuraavasti: 20 °C - 40°C -20 °C - 60 °C - 20 °C - 90 °C - 20 °C, I ämmi tysva i he i den 64846 >1 lämpötilan muutosnopeuden ollessa vähintään 20 °C/min ja jäähdytysvaiheen enintään 10 °C/min. Kuitenkin valittavat muutosnopeudet ja Iämpöti Iarajat kussakin tapauksessa riippuvat mm. tiiviste-elimien materiaalista, koosta ja muodosta, 5 käsittelyssä käytettävästä nesteestä sekä mekaanisista kuormi tuks i s ta.According to the invention, the seals are most suitably a thermal concept I with a liquid which is made to flow through the seal when it is installed in a special test device or pump, where one of the seals can rotate. The heat treatment comprises a heating step during which the temperature changes at least so rapidly that permanent deformation occurs in the sealing suction and a cooling step during which the temperature changes so slowly that no permanent deformation occurs. The heat treatment causes stresses on the sealing suction to be at least equal to, or preferably greater than, the stresses to which the sealing suction is expected to be subjected during use. For example, the heat treatment may comprise three heating steps and three cooling steps, the temperature of which changes during the treatment as follows: 20 ° C to 40 ° C -20 ° C to 60 ° C to 20 ° C to 90 ° C to 20 ° C, heating step i they i den 64846> 1 with a temperature change rate of at least 20 ° C / min and a cooling phase of at most 10 ° C / min. However, the selectable rates of change and temperature limits in each case depend on e.g. the material, size and shape of the sealing members, the handling fluid and the mechanical loads.

On selvää, että lämpökäsittely voi myös tapahtua päinvastaisella tavalla, eli siten, että ensin suoritetaan nopea pysyviä muodonmuutoksia aiheuttava jäähdytys, jonka jälkeen seu-10 raa hidas lämmitys, joka ei aiheuta pysyviä muodonmuutoksia. Tätä käsittelyä käytetään silloin, kun tiivisteen oletetaan käytön aikana joutuvan alttiiksi vastaavalle kuormitukselle.It is clear that the heat treatment can also take place in the opposite way, i.e. by first carrying out rapid cooling causing permanent deformation, followed by slow heating which does not cause permanent deformation. This treatment is used when the seal is assumed to be subjected to a similar load during use.

Claims

64846 5 Claims

A method for improving the dimensional integrity of opposite sealing surfaces of a shaft seal, the shaft seal comprising a shaft-rotating sealing member (3) and a stationary sealing member (5) having sealing surfaces (7, 8) formed and at least one of which is made of austenitic stainless steel. steel, characterized in that the sealing surfaces (7, 8) are subjected to a heat treatment 10 comprising at least two alternating heating and cooling steps in a temperature range below 100 ° C by means of a liquid heat exchanger, where the change in temperature of each heating step is prior heating and the rate and temperature change of the heating phase are at least equal to the rate of change of temperature no-15 during operation and the temperature change which, due to the irregular temperature distribution, causes permanent deformations, while the temperature of the cooling phase the rate of deformation of the tube is so low that no permanent deformation occurs.

Method according to Claim 1, characterized in that the rate of temperature rise of the heating step is at least 20 ° C / min.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the rate of decrease in the temperature of the cooling step is at most 10 ° C / min.