FI74122C

FI74122C - UNIFUNCTIONAL GLIDRINGSTAETNING.

Info

Publication number: FI74122C
Application number: FI860393A
Authority: FI
Inventors: Markku Lummila
Original assignee: Safematic Ltd Oy
Priority date: 1986-01-28
Filing date: 1986-01-28
Publication date: 1987-12-10
Also published as: FI860393A0; FI74122B

Description

1 741221 74122

Yksitoiminen liukurengastiivisteSingle-acting mechanical seal

Keksinnön kohteena on yksitoiminen liukurengastiiviste, joka käsittää pyörivään koneenosaan kiinnitetyn 5 vastarenkaan jossa on ensimmäinen rengasmainen liukupinta ja liikkumattomaan koneenosaan tuetun pyörimättömän tii-visterenkaan, jossa on toinen rengasmainen liukupinta, joka on käytössä sovitettu painautumaan vastarenkaassa olevaa ensimmäistä liukupintaa vasten sekä tiivistettävän nesteen 10 paineen että puristusjousien vaikutuksen avulla ja jossa liukurengastiivisteessä liikkumattomaan koneenosaan on sovitettu anturi, joka on yhdistetty hälytysyksikköön ja ' liukurengastiivisteen rakenteeseen on aksiaalisen väli- : : matkan päähän anturista kiinnitetty magneetti, joka väli- 15 matka on valittu niin, että magneetti on vasta- ja tiiviste-renkaan ennaltamäärätyn suuruisten kulumisen johdosta syntyvän rakenteen aksiaalisuuntaisen liikkumisen seurauksena sovitettu siirtymään anturin kohdalle ja näin aiheuttamaan sähköisen signaalin hälytysyksikölle.The invention relates to a single-acting mechanical seal comprising a counter ring 5 fixed to a rotating machine part having a first annular sliding surface and a non-rotating sealing ring supported on a stationary machine part having a second annular sliding surface adapted to press against the first sliding surface and in which the sensor is connected to the stationary machine part in the mechanical seal, the sensor is connected to the alarm unit and the structure of the mechanical seal is axially spaced: the distance is selected so that the magnet is predetermined by the counter and the seal ring. as a result of the axial movement of the structure due to wear of the magnitudes of the device is adapted to move to the sensor and thus to cause an electrical signal to the alarm unit.

20 Liukurengastiivisteitä käytetään esim. vaihdelaati- koissa, pumpuissa ja muissa vastaavissa laitteissa estämään nesteen vuotaminen pyörivän koneenosan ja liikkuvan koneenosan välisistä yhtymäkohdista. Aksiaalisesta tiivistäviä liukurengastiivisteitä on kahdenlaisia.. Yksitoimisissa tii-25 vieteissä on kaksi toistensa suhteen pyörivää rengasta, joista toinen kiinnitetään ja tiivistetään pyörivään koneenosaan ja toinen kiinnitetään ja tiivistetään liikkumat-: tomaan koneenosaan. Renkaat painautuvat tiivistävästi toi- siaan vasten niihin muodostetuilla liukupinnoilla. Kaksi-30 toimiset tiivisteet muodostuvat yksinkertaisimmillaan kahdesta yksitoimisesta tiivisteestä, joiden väliseen tilaan johdetaan erillinen tiivisteneste, jolla pääasiallisesti voidellaan toistensa suhteen pyörivien renkaiden liukupinnat .20 Slip ring seals are used, for example, in gearboxes, pumps and other similar devices to prevent fluid from leaking at the junctions between the rotating machine part and the moving machine part. There are two types of axial sealing slip ring seals. Single-acting tii-25 slings have two rings rotating relative to each other, one of which is attached and sealed to the rotating machine part and the other is fixed and sealed to the stationary machine part. The rings press tightly against each other on the sliding surfaces formed on them. At its simplest, two-to-30 seals consist of two single-acting seals, between which a separate sealing fluid is introduced, which mainly lubricates the sliding surfaces of the rings rotating relative to each other.

35 Yksitoimisessa liukurengastiivisteessä tapahtuu 2 74122 voitelu sen sijaan yksinomaan pumpattavan nesteen toimesta, minkä johdosta yksitoimisten tiivisteiden käyttöalueen ulkopuolelle ovat jääneet mm. nesteet, jotka sisältävät runsaasti mekaanisesti kuluttavia partikkeleita, kuten mas-5 sat ja lietteet sekä erilaiset kiteytyvät liuokset. Yksi- toimisen tiivisteen käyttöä onkin rajoittanut se tiivisteen ominaisuus, että tiiviste alkaa liukupintojen kulumisen johdosta vuotaa ilman ennakkovaroitusta ehkä runsaastikin. Runsas vuoto aiheuttaa pakollisen prosessiseisokin, jonka 10 aiheuttamia kustannuksia välttääkseen käyttäjät ovat useasti valinneet prosessin kannalta tärkeisiin kohteisiin kak-sitoimiset liukurengastiivisteet, joilla useimmiten on mahdollista ajaa seuraavaan suunniteltuun prosessiseisokkiin.35 In the case of a single-acting mechanical seal, 2 74122 lubrication takes place, on the other hand, exclusively by the liquid to be pumped, as a result of which e.g. liquids rich in mechanically abrasive particles such as mas-5 sat and sludges as well as various crystallizing solutions. The use of a single-acting seal is therefore limited by the feature of the seal that the seal may start to leak due to the wear of the sliding surfaces without prior warning, perhaps even in large quantities. Excessive leakage causes a mandatory process downtime, the cost of which, in order to avoid costs, users have often selected double-acting mechanical seals for process-critical applications, which in most cases make it possible to drive to the next planned process downtime.

Yksitoimista liukurengastiivistettä on pyritty pa-15 rantamaan lisäämällä tiivisteen ilmakehän puolelle painee-ton nestehuuhtelu, joka tiivisteään säteittäisesti akselille joustavan sekundääritiivisteen avulla. Sekundääri-tiivisteellä voidaan myös pitkittää vuotavien tiivisteren-kaiden käyttöikää, mutta järjestelmä vaatii erillisen 20 huuhtelujärjestelmän, joka on rakenteeltaan ja hinnaltaan lähes kaksitoimisen liukurengastiivisteen luokkaa.An attempt has been made to improve the single-acting mechanical seal by adding a non-pressurized liquid purge to the atmospheric side of the seal, which seals radially to the shaft by means of a flexible secondary seal. The secondary seal can also extend the life of leaking sealing rings, but the system requires a separate 20 flushing system, which is in the class of a nearly double-acting mechanical seal in terms of construction and cost.

Yksitoimisen liukurengastiivisteen yhteyteen on myös kehitetty erilaisia ilmaisinjärjestelmiä, jotka itse-toimisesti ilmaisevat kyllin ajoissa, että tiiviste on ku-25 lunut ja että tiiviste todennäköisesti alkaa vuotaa lähiaikoina. Hälytyksen saaminen on erityisen tärkeätä silloin, kun tiiviste toimii poikkeuksellisen raskaissa olosuhteissa tai silloin, kun äkillinen tiivisteen hajoaminen aiheuttaa suurta harmia, eikä tiivisteen käyttöikää pystytä arvioi-30 maan etukäteen. Esimerkkinä tällaisista ratkaisuista voidaan mainita FI-patenttijulkaisussa 64 448 esitetty rakenne. Tämän tunnetun rakenteen huonona puolena on se, että tiivisterenkaaseen täytyy muodostaa heikennyskohta. Em. heikennyskohta on tehtävä tarkasti, joten kustannukset 35 nousevat tältä osin.Various detector systems have also been developed in connection with a single-acting mechanical seal, which automatically detect in good time that the seal is worn and that the seal is likely to start leaking in the near future. Obtaining an alarm is especially important when the seal is operating in exceptionally severe conditions or when a sudden breakage of the seal causes great annoyance and the life of the seal cannot be estimated in advance. An example of such solutions is the structure presented in FI patent publication 64,448. The disadvantage of this known structure is that a weakening point must be formed in the sealing ring. Em. the point of weakness must be made precisely, so the cost 35 rises in this regard.

3 741223 74122

Toisena esimerkkinä tunnetuista ratkaisuista voidaan mainita US-patenttijulkaisussa 4 497 493 esitetty ratkaisu. Tämän tunnetun ratkaisun huonona puolena on se, että sitä ei voida käyttää kaikissa olosuhteissa, sillä mm. optinen 5 suoritusmuoto ei toimi nesteissä.As another example of known solutions, mention may be made of the solution disclosed in U.S. Patent No. 4,497,493. The disadvantage of this known solution is that it cannot be used in all conditions, as e.g. the optical 5 embodiment does not work in liquids.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada liukurengas-tiiviste, jolla ei ole aiemmin tunnetun tekniikan epäkohtia. Tähän on päästy keksinnön mukaisen ratkaisun avulla, joka on tunnettu siitä, että magneetti on sovitettu liik-10 kumattomaan koneenosaan tuettuun pyörimättömän tiiviste- renkaan rakenteeseen ja että anturi on sovitettu tiivistettävän nesteen painetilan ulkopuolelle.The object of the invention is to provide a slip ring seal which does not have the disadvantages of the prior art. This is achieved by a solution according to the invention, characterized in that the magnet is arranged in a non-rotating sealing ring structure supported on a stationary machine part and that the sensor is arranged outside the pressure space of the liquid to be sealed.

Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on ennen kaikkea sen yksinkertaisuus, josta on seurauksena alhaiset valmis-15 tus- ja käyttökustannukset. Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan myös käyttää hyvin erilaisissa käyttökohteissa, sillä se toimii jopa nesteissä, esim. öljyssä. Keksinnön mukainen järjestely voidaan asentaa helposti jo olemassaoleviin tiivisteisiin jälkiasennuksena, jolloin käyttöön-20 ottokustannukset jäävät alhaisiksi.The advantage of the solution according to the invention is above all its simplicity, which results in low manufacturing and operating costs. The solution according to the invention can also be used in very different applications, as it works even in liquids, e.g. oil. The arrangement according to the invention can be easily installed on existing seals as a retrofit, whereby the commissioning costs remain low.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa tarkastelemaan lähemmin oheisessa piirustuksessa kuvattujen edullisten suoritusmuotojen avulla, jolloin kuvio 1 esittää sivulta nähtynä periaatekuvantona 25 keksinnön erästä sovellutusmuotoa tilanteessa, jossa tii- visterenkaat ovat uusia ja kuvio 2 esittää sivulta nähtynä periaatekuvantona kuvion 1 sovellutusmuotoa tilanteessa, jossa tiivisteren-kaat ovat kuluneet niin paljon, että hälytys on tapahtu-30 nut.The invention will now be examined in more detail by means of the preferred embodiments described in the accompanying drawing, in which Figure 1 shows a side view of an embodiment of the invention in a situation where the sealing rings are new and Figure 2 shows a side view in principle of the embodiment of Figure 1 in a situation in which the sealing rings are much of that alarm has occurred-30 nut.

Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty viitenumeron 1 avulla nestepumpun liikkumaton koneenosa, joka tässä sovellutus-muodossa on liikkumaton kotelo. Vastaavasti on viitenumeron 2 avulla esitetty pyörivä koneenosa, joka tässä sovel-35 lutusmuodossa on nestepumpun pyörivä akseli. Em. pyörivä akseli 2 on laakeroitu koteloon 1 laakereilla, joita ei ole 4 74122 esitetty kuvioissa. Viitenumeron 3 avulla on kuvattu nesteen täyttämää pumppukammiota. Viitenumerolla 4 on puolestaan esitetty pumpun ulkopuolista tilaa. Koteloon 1 muodostettu tiivistyspesä on suljettu ulkotilasta yksitoimisen 5 aksiaaliliukurengastiivisteen 7 avulla. Liukurengastiiviste 7 käsittää vastarenkaan 8 ja tiivisterenkaan 9. Vastarengas 8 on asennettu kannatinholkkiin 10, joka on kiinnitetty akselille 2 ja sovitettu pyörimään sen mukana. Tiivisteren-gas 9 on puolestaan asennettu tukiholkkiin 11, joka on 10 tuettu pyörimättömästi koteloon 1. Vastarenkaassa 8 ja tiivisterenkaassa on liukupinnat 8a ja 9a, jotka painautuvat toisiaan vasten kannatinholkissa 11 olevien puristus-jousten 12 vaikutuksesta.Figures 1 and 2 show, by reference numeral 1, a stationary machine part of a liquid pump, which in this embodiment is a stationary housing. Accordingly, reference numeral 2 denotes a rotating machine part, which in this embodiment is a rotating shaft of a liquid pump. Em. the rotating shaft 2 is mounted in the housing 1 by bearings not shown in the figures. Reference numeral 3 denotes a liquid-filled pump chamber. Reference numeral 4, on the other hand, shows the state outside the pump. The sealing housing formed in the housing 1 is closed from the outer space by means of a single-acting axial slip ring seal 7. The slip ring seal 7 comprises a counter ring 8 and a sealing ring 9. The counter ring 8 is mounted on a support sleeve 10 fixed to the shaft 2 and adapted to rotate therewith. The sealing gas 9 is in turn mounted on a support sleeve 11 which is non-rotatably supported on the housing 1. The counter ring 8 and the sealing ring have sliding surfaces 8a and 9a which press against each other under the action of compression springs 12 in the support sleeve 11.

Em. rakenne ja sen toiminta on alan ammattimiehelle 15 tunnettua tekniikkaa, joten ko. seikkoja ei tässä yhteydessä selvitetä tarkemmin.Em. the structure and its operation are 15 techniques known to a person skilled in the art, so that the the issues are not clarified in this context.

Keksinnön mukaisesti koteloon 1 on sovitettu rele 14, joka on yhdistetty sähköisesti häkytysyksikköön 15. Tiivisterengasrakenteeseen, tässä tapauksessa tukiholkkiin 20 11 on puolestaan aksiaalisen välimatkan päähän releen 14 kärjistä 16 kiinnitetty magneetti 13. Releen 14 kärkien 16 ja magneetin 13 aksiaalinen välimatka on valittu seu-raavin perustein. Vastarenkaan 8 ja tiivisterenkaan 9 kuluessa toisiaan vasten olevien liukupintojen 8a, 9a kohdal-25 ta tiivisterengasrakenne eli tukiholkki 11 ja tiivisteren-gas 9 liikkuvat vähitellen aksiaalisesti vastarengasta 8 kohti. Em. välimatka on valittu niin, että tietynsuuruisen kulumisen seurauksena magneetti 13 siirtyy releen kärkien 16 kohdalle ja aikaansaa kärkien sulkeutumisen. Kärkien 30 sulkeutumisen seurauksena sähköiselle hälytysyksikölle 15 välittyy signaali. Tällainen tilanne on esitetty kuviossa 2.According to the invention, a relay 14 is arranged in the housing 1, which is electrically connected to the abutment unit 15. A seal 13 is attached to the sealing ring structure, in this case to the support sleeve 20 11, at an axial distance from the tips 16 of the relay 14. The axial distance between the grounds. Within the counter ring 8 and the sealing ring 9 at the sliding surfaces 8a, 9a facing each other, the sealing ring structure, i.e. the support sleeve 11 and the sealing ring 9, gradually move axially towards the counter ring 8. Em. the distance is chosen so that, as a result of a certain amount of wear, the magnet 13 moves to the tips 16 of the relay and causes the tips to close. As a result of the closing of the tips 30, a signal is transmitted to the electronic alarm unit 15. Such a situation is shown in Figure 2.

Keksinnön mukainen liukurengastiiviste toimii periaatteessa seuraavalla tavalla. Pumpun käydessä vastarengas 8 pyörii liukupinnallaan 8a tiivisterenkaan 9 liukupintaa 35 9a vasten. Pumpattavaa nestettä pääsee liukupintojen väliin li 5 74122 sen verran, että neste muodostaa voitelukalvon liukupintojen välille. Renkaiden liukupintojen kuluessa magneetti 13 siirtyy vähitellen kuivoiden 1 ja 2 tilanteessa oikealta vasemmalle. Magneetin 13 siirryttyä releen kärkien 16 koh-5 dalle, kuten kuviossa 2 on esitetty, releen kärjet sulkeutuvat ja sähköiselle hälytyslaitteelle 15 menee hälytys-signaali, joka saa hälytyslaitteen toimimaan. Näin käyttöhenkilökunta saa tiedon, että tiiviste on kulunut kriittiseen pisteeseen. Tällöin on syytä varautua tiivisteen 10 vaihtoon ensimmäisessä sopivassa tilaisuudessa.The mechanical seal according to the invention operates in principle in the following manner. When the pump is running, the counter ring 8 rotates on its sliding surface 8a against the sliding surface 35 9a of the sealing ring 9. The amount of liquid to be pumped enters between the sliding surfaces li 5 74122 to the extent that the liquid forms a lubricating film between the sliding surfaces. During the sliding surfaces of the rings, the magnet 13 gradually moves from right to left in the dry situation 1 and 2. When the magnet 13 moves to the location of the relay tips 16, as shown in Fig. 2, the relay tips close and an alarm signal is sent to the electrical alarm device 15, which causes the alarm device to operate. This informs the operating personnel that the seal has worn to a critical point. In this case, it is advisable to prepare for the replacement of the seal 10 at the first suitable opportunity.

Edellä esitettyjä suoritusesimerkkejä ei ole mitenkään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa' monin eri tavoin. Näin ollen on selvää, että tiivisteen 15 tai sen osien ei tarvitse olla juuri sellaisia mitä kuvi oissa on esitetty, vaan muunlaisia ratkaisuja voidaan myös käyttää. Rele voi olla mikä tahansa sopiva rele, esim. ns. reed-rele. Esimerkkinä sopivasta releestä voidaan mainita ITT Herkon H 15. Magneetin ja releen kärkien vä-20 linen aksiaalinen välimatka valitaan luonnollisesti tar peen mukaan, käytännössä ko. väli valitaan kokemusperäisen tiedon pohjalta. Tiivisteen renkaiden kuluminen on suuruusluokaltaan 1 - 3 mm, joten’laitteiston tarkkuuden tulee luonnollisesti olla em. rajoissa. Hälytyslaitteena 25 voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa laitetta, esimerkiksi ääni- ja/tai valosignaalin antavaa laitetta.The above embodiments are in no way intended to limit the invention, but the invention may be modified in many different ways within the scope of the appended claims. Thus, it is clear that the seal 15 or its parts do not have to be exactly as shown in the figures, but other solutions can also be used. The relay can be any suitable relay, e.g. reed relay. An example of a suitable relay is ITT Herkon H 15. The axial distance between the magnet and the relay tips is, of course, chosen according to need, in practice the the interval is selected on the basis of empirical information. The wear of the seal rings is of the order of 1 to 3 mm, so the accuracy of the equipment must, of course, be within the above limits. Any suitable device can be used as the alarm device 25, for example a device giving an audio and / or light signal.

Claims

6 74122

A single-acting mechanical seal comprising a counter ring (8) fixed to the rotating machine part (2), having a first annular sliding surface (8a) and a non-rotating sealing ring (9) supported on the stationary machine part (1), having a second annular sliding surface (9a) , which in use is adapted to press against the first sliding surface (8a) in the mating ring (8) by both the pressure of the liquid to be sealed and the compression springs (12), and in which the sensor is connected to the alarm unit (15) in the mechanical ring part (1) and a magnet is attached to the structure of the mechanical seal at an axial distance 15 from the sensor, the distance being selected such that the magnet is adapted to move to the sensor 20 due to axial movement of the structure due to predetermined wear of the counter and sealing ring (8, 9) signal to the alarm unit (15 ), characterized in that the magnet (13) is arranged in the structure of the non-rotating sealing ring (9) supported on the stationary machine part (1) and in that the sensor (14) is arranged outside the pressure space (3) of the liquid to be sealed. Slip ring seal according to Claim 1, characterized in that the sensor (14) is a relay, the tips of which are adapted to close when the magnet moves a predetermined distance from the tips (16) of the relay.

Sliding ring seal according to Claim 1 or 2, characterized in that the sensor (14) is a reed relay. i;