FI75656B - Taetningsanordning. - Google Patents

Description

75656

Tiivistyslaite Tätningsanordning

5 TEKNIIKAN ALA

Tämä keksintö koskee tiivistysläitetta yhdessä suunnassa tapahtuvaa tiivistystä varten yhteis toimivien sylinteri-mäisen reiän pinnan ja sen sisällä liikkuvan karan vaippa-10 pinnan välillä, jolloin jompikumpi pinta on varustettu ren-gasuralla, johon on asetettu tiivistysrengas, jolla on jonkin verran liikkuvuutta aksiaalisessa ja radiaalisessa suunnassa, minkä tarkoituksena on minimoida nestevuotoja yhteis-toimivien pintojen välillä, jolloin sylinterimäisessä reiäs-15 sä olevaan uraan sijoitetun renkaan tiivistyspinta sijaitsee renkaan sisäsivun ympärillä ja karassa olevaan uraan sijoitetun renkaan tiivistyspinta sijaitsee renkaan ulkopinnalla ja renkaan poikkileikkauksen ulottuvuudet ovat pieniä verrattuna karaan ja ympäröivään reikään, ja rengas on niin 20 taipuisa, että renkaaseen kohdistuva ohjausnestepaine helposti muuttaa renkaan läpimittaa, mutta on niin jäykkää materiaalia, että renkaan poikkileikkauksen deformaatio on merkityksetön verrattuna renkaan läpimitan muutokseen, ja renkaan tiivistyspinta on lievästi kartiomainen, ja rengas 25 on sijoitettu siten, että tiivistyspinta yhteistoiminnassa joko reiän tai karan tiivistyspinnan kanssa muodostaa raon, jonka korkeus (>0) pienenee renkaan sitä sivua kohti olevassa suunnassa, jota vasten tiivistys tapahtuu, eli vuodon virtaussuunnassa.

30

TEKNIIKAN TASO

Jo kauan on yritetty ratkaista ongelmaa vuodosta ja liukukitkasta hydrauliventtiileissä, jotka muodostuvat 35 venttiilipesästä ja sen sisällä aksiaalisesti siirrettävästä luistista. Tällöin on yritetty keskittyä pesän ja luistin muodostamiin yhteistoimiviin tiivistyspintoihin ja an- 75656 taa näille sellaiset ahtaat toleranssit, että muodostuu mahdollisimman pieni tiivistysrako. Liian pieni välys aiheuttaa silloin pienen vuodon, mutta vaaran kohonneesta kitkasta aina täydelliseen luistinlukittumiseen asti. Liian suu-5 ri välys aiheuttaa, ei-hyväksyttävän vuodon, mutta vähentyneen luistinlukittumisvaaran. Koska paine lisää raon suuruutta ja voi myös taivuttaa venttiilipesää sekä aiheuttaa niin kutsutun hydraulisen lukituksen johtuen epätasaisesta painejakautumasta tiivistysraossa, vaikutetaan sekä vuotoon 10 että kitkaan negatiivisesti. Lämpötila ja lämpötilamuodon-muutos vaikuttavat myös vuotoon ja kitkaan negatiivisesti. Vuoto lisääntyy alentuneen viskositeetin ja rakomuodonmuu- toksen johdosta ja kitka kasvaa venttiilipesän taipumisen ja raon kutistumisen johdosta, erityisesti korkeissa lämpö-15 tiloissa. Ongelmasta selviydytään auttavasti pienillä venttiileillä ja käyttäen hyvin vaativaa tarkkuusvalmistusta, jossa sekä luistin että venttiilipesän luistiaukon täytyy olla noin 2 tuhannesosamillimetrin sisällä. Suuria vent-tiileitä varten ja korkeilla tiiviysvaatimuksilla täytyy 20 luistiperiaate korvata istukkatyyppisillä venttiilitoimin-noilla, Istukkaventtiileillä on kuitenkin rajoituksia niiden ohjattavuudessa, minkä johdosta tiivis ja kitkavapaas-ti ohjattava liukuventtiili on aina ollut toivomuksena. Tiivisterenkailla varustettua..hydrauliventtiiliä ei nykyään 25 enää esiinny, koska tunnetut suoritusmuodot antavat ei-hy-väksyttävät kitkavoimat. Hyvin vähän huomioitu, mutta huomattava haitta rakotiivistetyillä liukuventtilleillä on se, että ongelma vuodon ja luistikitkan vähentämisestä ohjaa täysin rakenteellista muotoilua ja siten ei käytännöllises-50 ti katsoen ole jäljellä mitään rakenteellista vapautta. Se johtaa runsaasti tilaa vieviin, raskaisiin ja kalliisiin venttiileihin, jotka sen lisäksi eivät ole tiiviitä eivätkä ohjattavia pienillä voimilla. Nyt mainitut haitat ja ongelmat esiintyvät myös mäntäpumpuilla, jotka juuri toimi-35 vat rakotiivisteiden kanssa, ja muutoin voidaan kiinnittää huomiota kehärengasrakenteisiin, joissa voi olla rakotii- 3 75656 viste pyörivän liikkuvuuden sallimiseksi, samalla kun aksiaalinen asento on säilytettävä hydraulipaineen avulla, joka ei saa kadota rakotiivisteen läpi.

5 KEKSINNÖN SELITYS

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut haitat sallimalla tietty pieni vuoto tiivistyspintojen ohi ja käyttämällä silloin hydrauliset olosuhteet hyväksi 10 kitkan poistamiseksi. Tunnusomaista keksinnölle on silloin se, että rengas voidaan vääntää pois keskitasostaan, ja että tiivistyspinta on varustettu ainakin yhdellä ympärikulkeval-la uralla ja että yhteistoimivilla tiivistyspinnoilla on niin hieno pintaprofiili, että niiden kokonaisprofiilisyvyys 15 on pienempi kuin raon pienin mitta korkealla paineella sekä että rengas rajoittuu uran radiaaliseen sisäsivuun pitkin tukipintaa, joka on renkaanmuotoinen ja jolla on olennaisesti pienempi korkeus kuin renkaan poikkileikkauskorkeus ja joka on sijoitettu tiivistyspintaa vasten ja mainitulla tu-20 kipinnalla on niin pieni korkeusmitta renkaan aksiaalisen mitan suhteen, että tukipinnassa vaikuttavat kitkavoimat voitetaan renkaaseen radiaalisesti vaikuttavilla voimilla. Keksinnöllä saavutetaan seuraavat edut: a) vuoto tulee hyvin alhaiseksi ja ainoastaan heikosti riip-25 puvaksi paineesta, b) kitka tulee lähes nollaksi seurauksena siitä, ettei renkaan ja luistin välille voi syntyä kosketusta, c) venttiilipesä voidaan konstruoida kohtalaisen vapaasti, eli muoto ja materiaalivalinta ja karan läpimitta voidaan 30 .valita vapaasti ja silloin edullisesti suureksi. Mitoitus voi periaatteessa tapahtua lujuutta varten eikä ajatellen yksipuolisesti muodonmuutoksia ja lämpötilalaajenemisia. Näistä johdettuja etuja ovat: d) suuri konstruktiivinen vapaus ja sovituskyky useimpiin 35 toivomuksiin.

e) "Alhainen vuoto"; aiheuttaa alhaisemmat kustannukset seurauksena halvemmasta liukuventtiilistä sekä tiivistys-toimintaan tarvittavien erikoisventtiilien tarpeen eliminoinnista.

40 f) "Alhainen kitka"; antaa paremman ohjattavuuden sekä mah- 4 75656 dollisuuden venttiileissä ohjata esimerkiksi suoraan, sen sijaan että ohjattaisiin servoavulla tai suoraanvaikutta-valla sähkömagneetilla ilman hydraulista servoapua.

Seuraavassa kuvataan keksinnön joitakin euoritusmuo-5 toja viittaamalla oheisiin piirustuskuvioihin.

Kuvio 1 esittää diagrammia virtausvuodosta paineen funktiona.

Kuvio 2 esittää siinä voimakkaasti yksinkertaistettuna keksinnöllisen ajatuksen soveltamista ohjausventtiiliin. 10 Kuvio 3 esittää suuremmassa mittakaavassa ensimmäisen suoritusmuodon mukaista venttiilitiivistettä.

Kuvio 4 esittää kaaviollisesti paineolosuhteita vent-tiililaitteen yli tiivistystapahtuman ensimmäisessä vaiheessa.

15 Kuvio 5 esittää samalla tavalla paineolosuhteita toi sessa vaiheessa.

Kuviot 6a ja 6h esittävät kaaviollisesti, miksi tii-vistysrengas puristuu kiinni karan ympärille.

Kuviot 7a ja 7b esittävät kaaviollisesti, miten kiin-20 nipuristuminen eliminoidaan renkaan tiivistyspinnassa olevilla urilla.

Kuvio 8 kuvaa tiivistyspintojen pintasileyden ja raon suuruuden välistä suhdetta.

Kuvio 9 esittää suurennettuna ja voimakkaasti yksin-25 kertaistettuna keksinnön toista suoritusmuotoa, mikä koskee myös sitä, mitä kuvio 10 esittää.

Kuvio 11 esittää keksinnön viimeistä suoritusmuotoa.

Kuvio 1 esittää diagrammissa virtausvuotoa tiivistys-raossa vallitsevan paineen funktiona. Käyrä A esittää täl-30 löin kulkua vakiosuuruisella viskositeetilla ja vakiosuu-ruisella välyksellä. Käyrä B esittää kulkua ottaen huomioon myös viskositeetin lasku vapautuneen lämmön johdosta. Kuvio C esittää kulkua, kun aikaisemmin mainittujen olosuhteiden lisäksi otetaan huomioon myös venttiilipesän muo-35 donmuutos (luisti ei deformoidu). Käyrä D esittää kulkua, keksinnön mukaisella tiivistyslaitteella ja siitä selviää, että alussa olevan lyhyen nousun jälkeen käyrä nopeasti tasoittuu siten, että vuoto pysyy suurin piirtein vakiona 5 75656 paineen lisääntyessä. Se on aikaisemmin saavuttamaton ja myös tuntematon vaikutus.

Kuviossa 2 esitetään venttiilipesä 1. Tässä venttiili-pesässä on aksiaalinen reikä 2, jonka sisällä on edestakai-5 sin siirrettävä kara 3. Kara säätää virtausta tulokanavas-ta 4 ja karan kavennuksen ohi ja ulos poistokanavan 5 läpi. Siten edellytetään, että tulokänavassa 4 vallitsee suurempi paine ja että poistokanavassa 5 vallitsee paine, kun kara avaa yhteyden kanavien välille. Tiivistysjärjestelyn on 10 tiivistettävä toisaalta ulospäin venttiilipesästä, toisaalta kanavien 4 ja 5 välillä, kun tulokanavan tulee olla suljettu poistokanavan 5 suhteen. Siksi on järjestetty kolme tiivistysrengasta 6, 7 ja 8. Tiivistysrengas 6 tiivistää ulospäin vasemmalle karan 3 ohi ja tiivistysrengas 7 tii-15 vistää oikealle tulokanavasta 4 poistokanavaa 5 kohti, kun kara 3 sijaitsee vasemmassa, ei-esitetyssä ääriasennossaan. Tiivistysrengas 7 tulee esitetyssä asennossa sisäsivulla puomeja 32 vasten, jotka muodostavat karan tiivistyspinnan (vaippapinnan) pidennykset. Paineyhteys kanavien 4 ja 5 vä-20 Iillä muodostuu siten puomien välisistä aksiaalisista urista. Tiivistysrengas 8 tiivistää ulospäin oikealle, eli ulos venttiilipesästä 1. On siten huomattava, että tii-vistysrenkaat voivat yksistään muodostaa tiivistystoimin-nan yhdessä suunnassa ja tämä käy selville seuraavasta ku-25 vauksesta.

Kuviosta 3 käy selville tiivistysrenkaan rakenteellinen muoto. Kuvion 2 mukaiset tiivistysrenkaat 6, 7 ja 8 on muodostettu samanlaisiksi ja ne toimivat samalla tavalla, mutta seuraavassa kuvataan yksinkertaisuuden vuoksi vain 30 tiivistysrenkaan 8 toiminta. Rengas 8 on siten järjestetty rengasrakoon 9. Piirustuskuviossa 3 esitetään rengas 8 poikkileikkauksessa. Poikkileikkaus on periaatteessa suorakulmainen, mutta renkaan oikeassa päätysivussa on rengasmainen, ulostyöntyvä olake 10 ja rengas tukee tällä olak-35 keella uran 9 sisäsivua 11 vasten. Mekaaninen voima rengasmaisen levyjousen 31 muodossa voi puristaa olakkeen 10 sisäsivua 11 vasten tiivistyksen aikaansaamiseksi niiden välillä, ennenkuin hydraulipaine tulee merkitseväksi.

6 75656

Kuten näkyy, olake 10 on asetettu renkaan sisäsivun 12 viereen. Olakkeen 10 korkeus, eli sen mitta radiaalisessa suunnassa on pieni ja etupäässä on renkaan leveys, eli aksiaalinen mitta sisäsivua 12 pitkin, 4-12 kertaa suurempi 5 kuin olakkeen radiaalinen korkeus. Renkaan radiaalinen korkeus on pieni myös suurilla karoilla ja käytännöllinen mitta voi olla 0,5 mm - 5 mm. Renkaan leveys voi olla 1-5 mm.· Rengas on siten pieni mitoiltaan ja se on myös tehty elastisesta materiaalista, esimerkiksi teräksestä, 10 niin että se on hoikka. Siihen vaikuttavat ne hydrauliset voimat, jotka esiintyvät renkaan ympärillä, esimerkiksi aiheutettuina luistin ja renkaan välissä virtaavalla nesteellä. Kuten näkyy kuviosta 3, on rengas järjestetty uraan 9 siten, että on välys rengasta varten sen liikkumiseksi uras-15 sa kaikkiin suuntiin, vaikkakin kuviossa 3 rengas esitetään lepäävän oikealle urassa, eli olake 10 tukee uran sisäsivua 11 vasten. Nestepaine esiintyy renkaan kaikilla sivuilla, paitsi siinä, missä olake 10 lepää sisäsivua 11 vasten. Virtauksen karan ja tiivistysrenkaan ohi oletetaan tapahtu-20 van nuolen 13 suunnassa. Itse asiassa tiivistysrengas ei voi huolehtia tiivistyksestä muuhun virtaussuuntaan kuin minkä nuoli esittää. Renkaan 8 vasemmalla puolella tulee tällöin vallitsemaan tietty paine, kun taas paine renkaan toisella sivulla on pieni. Kuten näkyy kuviosta 3» on ren-25 kaan sisäsivu tai tiivistyspinta kartiomainen aksiaalisen suunnan suhteen. Kartiokkuus on hyvin pieni. Tämä tarkoittaa, että rengas 8 on sijoitettu rengasuraan 9. Rengasmainen rako muodostuu karaa 3 kohti siellä, missä rakokorkeus vasemmalla, eli nesteen sisääntulon kohdalla on suurempi 30 kuin poistokohdassa, eli renkaan oikealla puolella. Rako-korkeutta vasemmalla puolella merkitään viitenumerolla 14 ja oikealla puolella, eli poistopuolella viitenumerolla 15. Seuraavassa edellytetään, että paineella renkaasta 8 vasemmalle on tietty suuruus, kun taas paine oikealle on nol-35 la. Voidaan myös esittää, että paine pituusyksikköä kohti raossa tapahtuvassa virtauksessa seuraaa seuraavaa kaavaa Q vakio / h^ , jossa h on nostokorkeus ja 1 raon pi- tuus ja Q muodostaa virtauksen.

7 75656

Renkaan 8 sisäsivulle 12 (tiivistyspinta) on järjestetty ympärikulkevat kehäurat 33, jotka tasapainottavat rengasta ja pitävät sen vapaana karasta 3, mikä käy selville seu-raavasta kuvioiden 6a-7b selityksen yhteydestä.

5 Johtuen painejakautumasta renkaan yli, mistä seuraavas- sa puhutaan enemmän, tulee paine erilaiseksi eri sivuilla. Kuten aikaisemmin on mainittu, on rengas suhteellisen hoikka ja paine voi tällöin muuttaa renkaan muotoa jonkin verran siten, että se tällöin puristuu ja ottaa sen aseman, jo-10 ka esitetään katkoviivoilla kuviossa. Tällöin tapahtuu siten, että renkaan oikeanpuoleinen sivu painuu alas enemmän kuin vasen sivu, eli siten, että rako muuttuu ja saa pienemmän korkeuden oikeanpuoleisessa päässä, eli nesteen poisto-päässä kuin tulopäässä. Rakokorkeudet 14 ja 15 siis muuttu-15 vat ja tämä merkitsee myös sitä, että rengas vääntyy jonkin verran, eli vääntyy oikealle kuviossa 3. Tässä on siis kysymys renkaan muodosta ja asennosta, mikä esitetään katkoviivoin, ennenkuin paine on puristanut rengasta ja muuttanut sen muotoa. Katkoviivoilla kuviossa 3 esitetään ren-20 kaan asento ja vääntyminen paineolosuhteiden johdosta tapahtuneen puristumisen jälkeen.

Kuviossa 4 esitetään nyt kaaviollisesti paineolosuh-teet renkaan yli, ennekuin rengas on puristunut ja vääntynyt. Rengasta merkitään siten kaaviollisesti viitenumero1-25 la 8. Viitenumerolla 16 kuvataan painejakautumaa renkaan yläsivun yli, 17 esittää painejakautumaa renkaan vasemmanpuoleisella sivulla ja 18 esittää painejakautumaa renkaan oikeanpuoleisella sivulla. Viitenumero 19 esittää paine-jakautumaa renkaan sisäsivulla 12. Viitenumerolla 20 esi-30 tetään resultoivaa painejakautumaa aksiaalisessa suunnassa. Samalla tavalla esittää viitenumero 21 resultoivaa paine-jakautumaa radiaalisessa suunnassa. Tästä selviää, että painejakautuman 21 mukainen resultoiva radiaalinen voima puristaa rengasta kokoon radiaalisesti, samalla kun se vään-35 tää rengasta siten, että raon kartiokkuus lisääntyy. Voima-jakautuman 20 mukainen resultoiva aksiaalinen voima puristaa rengasta aksiaalisesti oikealle siten, että esiintyy kosketus olakkeen 10 kosketuspinnassa uran sisäsivua 11 g 75656 vasten (katso kuvio 3). Kosketusvoima on kuitenkin niin alhainen, että radiaaliset voimat voivat helposti voittaa siitä syntyvät kitkavoimat olakkeen ja sisäsivun 11 välillä, minkä johdosta rengas tulee itsekeskittäväksi urassa, 5 Radiaaliset voimat muodostuvat osaksi voimajakautuman 21 mukaisista hydraulisista voimista, toisaalta renkaan jousivoimasta radiaalisessa suunnassa.

Kuviossa 5 esitetään, millaiseksi painejakautuma rengasta vasten tulee sen jälkeen, kun radiaaliset voimat ovat 10 puristaneet; rengasta, Samalla tavoin kuin aikaisemmin esitetään viitenumerolla 22 painejakautumaa renkaan ulkosivun tai yläsivun yli ja viitenumeroilla 23 ja 24 esitetään pai-nejakautumaa renkaan vasemman ja vastaavasti oikean sivun yli. Viitenumerolla 25 esitetään painejakautumaa renkaan 15 sisäsivun 12 yli. Viitenumerolla 26 merkitään aksiaalista resultoivaa voimajakautumaa. Siitä selviää kuvioon.4 verratuuna, että aksiaalinen voima, joka on alhainen, lisääntyy jonkin verran, kun rengas vääntyy ja pienenee pienempää välystä, eli rakokorkeutta kohti. Olakkeen 10 kor-20 keus tehdään niin pieneksi, että radiaalinen voima, joka on suunnilleen yhtä suuri kuin renkaassa oleva jousirengasvoima, voi helposti siirtää rengasta radiaalisessa suunnassa.

Viitenumerolla 27 esitetään resultoivaa radiaalista voimajakautumaa renkaassa. Käy ilmi, että resultoiva voima 25 pienenee, kun välys eli rakokorkeus pienenee ja resultoiva voima tulisi nollaksi, jos välys eli rakokorkeus tulisi nollaksi. Renkaan ja karan välinen välys eli rakokorkeus pienenee siten pieneen arvoon, jolloin renkaaseen sen puris-tumisesta syntyvä jousijännitys ja resultoiva radiaalinen 30 voima tasapainottavat toisensa. Mitoitus on siis renkaalle sellainen, ettei renkaan mulloinkaan sallita levätä mekaanisesti karan tiivistyspintaa vasten. Esimerkkinä voidaan mainita, että käytännöllinen mitta raolle raon keskikohdalla voi olla 2-5 μ, kun taas rako tuloaukon kohdalla 35 voi olla 1-2 μ suurempi kuin raon poistoaukon kohdalla.

Tarve yhdestä tai useammasta ympärikulkevasta niin kutsutusta tasapainotusurasta 33 selittyy sillä, että tii-vistysrengas on niin taipuisa ja paineherkkä, että se voi Q 75656 y lukittua hyvin korkealla lukitusvoimalla siinä yhteydessä, kun paine kasvaa nollapaineesta ja tämä ennenkuin kartiomai-nen tiivistysrako ehtii muodostua koko kehän ympäri tiivis-tyspintojen väliin.

5 Lukittumisilmiö esiintyy, jos tiivistyrengas ilman ta- sapainotusuria lepää luistia 3 vasten jollakin kohtaa luistin kehällä ja tämä koko sen tiivistyspituudella, kuten näkyy kohdasta 34 kuviossa 6a. Kuten esitetään kuviossa 6b, muodostuu silloin suoraviivaisesti pienenevä paine tiivis-10 tysrenkaan ja luistin välille. Koska tiivistysrenkaan 8 ulkosivulla vaikuttava paine on vakio, tulee renkaaseen paikallisesti vaikuttava resultoiva paine saamaan kolmiomaisen jakautuman ja keskipaineen, joka vastaa puolta renkaan pai-nepuolella vallitsevasta paineesta. Seurauksena siitä, et-15 tä rengas on taipuisa käytetyn paineen suhteen, tulee rengas painetuksi luistia 3 vasten ilman välystä paikallisesti, missä rengas paineenlisääntymisen alussa oli sitä vasten ja tämä renkaan puristuminen luistia vasten leviää lähtökohdasta ympärikulkevaksi kosketukseksi, mitä ei voida ko-20 hottaa, ennenkuin paine uudelleen on saavuttanut hyvin alhaisen arvon. Se lukitusvoima, joka tällä tavalla muodostuu, ennenkuin kartiomainen rako muodostuu, tulee hyvin korkeaksi sen tyyppisille, paineen suhteen hyvin taipuisille tiivisteille, joita tämä keksintö tarkoittaa ja tekee nämä 25 täysin käyttökelvottomiksi.

Esimerkki sellaisista tiivistysrakenteista ja renkaista, joissa tätä lukitusolosuhdetta ei ole huomioitu, kuvataan esimerkiksi DE-hakemusjulkaisussa 1.475.588. Ne ohjeet, jotka löytyvät tästä julkaisusta, ovat siksi täysin 30 riittämättömiä siinä, mikä koskee tiivistysrengasrakentei-ta, joiden on selviydyttävä hydraulivirtauksen korkeista paineista ilman renkaan ja yhteistoimivan tiivistyspinnan välistä lukitusvaaraa.

Jos paineen suhteen hyvin taipuisa tiivistysrengas 3 35 on kartiomainen ja sen lisäksi varustettu yhdellä tai useammalla tasapainotusuralla 33, ei tätä alkulukittumista voi syntyä, kuten näkyy kuviosta 7a, Paine luistin ja tiivistysrenkaan 8 välisessä kosketuspisteessä 34 saa nyt 10 7 5 6 5 6 suoraviivaisen jakautuman sillä tavalla, mikä syntyy ilman tasapainotusuria, koska kartiomainen tiivistysrengas vastakkaisella sivulla, kohdassa 35, vastoin tasapainotusurien 33 välityksellä tapahtuvaa kosketusta antaa pinnalle paineen, 3 mikä on lähellä sitä painetta, joka on tiivistysrenkaan ulkosivua vasten, katso kuvio 7¾. Siten ei muodostu mitään lukitusta paineen lisääntyessä nollasta, vaan rengas alkaa pienentää -välystään pienimmän läpimittansa kohdalla, kohdassa 3b, jolloin siis keskittävä voima vaikuttaa renkaaseen 10 siten, että nyt muodostuu ympärikulkeva rako lisääntyvällä kartiokkuudella. On siten mahdotonta saavuttaa suljettua vuotoa ja lahaista kitkaa ja vapautta lukittumiaesta luis-tia vasten tiivistysrenkaan avulla, kun tämä paineen suhteen taipuisa, mikäli renkaalta puuttuvat tasapainotusurat 15 33 tai alkukartiokkuus ja ellei sillä lisäksi ole tukipin- taa, joka on niin pieni, että siinä radiaalisessa suunnassa vaikuttavat kitkavoimat eivät ole pienempiä kuin tiivistys-raosta johtuvat, renkaaseen vaikuttavat keskittävät voimat.

Koska tämä keksintö koskee paineen suhteen hyvin tai-20 puisaa tiivistysrengasta, niin tämä rengas jo alhaisella paineella puristuu ja muodostaa alkutiivistyspinnasta lähtien yhä enemmän kartiomaisen tiivistyspinnan, jolla tiivistettyä puristussivua vasten olevan tukipinnan kohdalla on pienin välyksensä. Tämä välys tulee tässä keksinnössä niin 25 pieneksi, että se on samaa suuruusluokkaa kuin hiottujen pintojen profiilisyvyys. Erityisesti korkeimmilla käytetyillä paineilla tulee välys niin pieneksi, että ollaan pakotettuja asettamaan vaatimukset vastakkaisten tiivistys-pintojen profiilisyvyydelle. Tämä siksi, että estetään 30 näitä tarttumasta toisiinsa, ja siten tiivistetty aine voi virrata yksistään siinä raossa, joka muodostuu kyseisen pin-taprofiilin alimpien laaksojen ja korkeimpien huippujen välille, katso kuvio 8. Virtausteknillisesti katsoen muodostetun rakokorkeuden hmin täytyy siten, yksinkertaistetusti 35 ilmaistuna, olla suurempi kuin molempien yhteistoimivien tiivistyspintojen profiilisyvyyksien summa. Tosin täytetään pinta tietyltä osalta aineella, mikä usein kemiallisesti yhdistyy tiivistyspintoihin, esimerkiksi saippuat H 75656 teräspintojen ja mineraaliöljyjen yhteydessä, mutta selvää on, että hyvä toiminta eli alhainen kitka vaatii molemmille tiivistyspinnoille pintasileyttä, mikä on pienempi kuin se rengasrako, joka voi syntyä. Keksinnön mukaisissa käytän-5 nöllisissä ratkaisuissa, esimerkiksi venttiileissä, on mini-mivälys alle 1 mikrometri, mikä vaatii, että yhteistoimivil-la tiivistyspinnoilla on pintasileys, minkä profiilisyvyys on noin 0,-5 mikrometriä kummallakin, jotta kitka voidaan estää.

10 lisäksi keksinnössä on huomattava, että valmistettaes sa venttiilirunkoa ja/tai venttiilikaraa sekä rengasuraa ei synny niin suuria kulmavirheitä kosketuspintojen ja tiivis-tyspintojen suhteen, että renkaan kartiokkuus yhteistoimi-van tiivistyspinnan suhteen eliminoidaan. Kuviossa 9 esi-15 tetään kaaviollisesti keksinnön eräs toinen ajateltava suoritusmuoto, joka eroaa aikaisemmin kuvatusta yksistään siten, että renkaan ulkosivu 29 on poikkileikkauksessa saanut ympyrämuodon, mikä aiheuttaa sen, että rengas oikealla sivullaan lepää uraa vasten hyvin pientä rengasmaista pintaa 20 pitkin ja sen voimavektori 30 on suunnattu ympyräkeskipis-tettä kohti. Rengas vääntyy siis sillä tavalla, mikä on aikaisemmin kuvattu.

Kuviossa 10 esitetään kolmas suoritusmuoto ja tämä eroaa siinä, että olakkeen järjestämisen sijasta renkaan toi-25 selle pystysuoralle sivulle olake 28 on asetettu uran sisäsivulle 11 karan viereen.

Kuviossa 11 esitetään neljäs suoritusmuoto ja kuten ehkä jo aikaisemnjin on ollut itsestään selvää, sen sijaan että asetetaan rengas 8 sylinterimäisessä reiässä olevaan 30 rengasmaiseen uraan, rengas voidaan asettaa karassa 3 olevaan rengasmaiseen uraan. Rengas käyttäytyy samalla tavalla kuin aikaisemmin on kuvattu, yksistään sillä erolla, että renkaan ulkosivu muodostaa tiivistyapinnan aikaisemmin käytetyn renkaan sisäsivun sijasta. Rengas tulee myös syn-35 nytetyllä hydraulisella paineella laajenemaan kokoonpuristumisen sijasta. Tässä tapahtuu, että eri painekanavien välinen yhteys muodostuu venttiilipesässä olevista urista.

12 7 5 6 5 6

Edellä on laivattu joitakin suoritusmuotoja. On painotettava sitä, että muitakin suoritusmuotoja tietenkin on ja erityisesti tämä koskee renkaan muotoa juuri tiivistyspin-nan muodon lisäksi. Yhteenvetona voidaan sanoa, että ren-5 gas voidaan tehdä hyvin pienillä mitoilla karan ja sylin-terireiän suhteen. Pyrkimyksenä on sovittaa renkaan hoikkuus hydraulisesti vaikuttaviin voimiin siten, että rengas säilyttää -tietyn minimietäisyyden yhteistoimivaan tiivis-tyspintaan. Siten saadaan eräänlainen kelluva tiivistysren-10 gas ja käytetään hyväksi hydraulisia voimia mekaanisten voimien asemesta tiivistystoimintaan. Ei aseteta alttiiksi lukitusta karan ja sylinterireiän välillä ja ne ohjausvoimat, jotka täytyy kohdistaa karaan käsittelyä varten, ovat erittäin pienet niihin verrattuna, jotka voivat syntyä aikaisem-15 min tunnetuilla ratkaisuilla. Aikaisemmin tunnettuihin tiivistysrenkaisiin verrattuna tiivistää tiivistyslaite yksistään yhteen suuntaan, mutta tämä ei ole mikään haitta niissä sovitelmissa, joihin tiivistyslaite on tarkoitettu. Renkaalla on siten pieni alkuvälys, eli nollapainevälys, 20 mikä muuttuu, kun paine asetetaan renkaan yli, siten että välys pienenee, eli rakokorkeus tulee pienemmäksi ja siten syntyy pienempi vuoto, kuitenkin ilman välyksen pienenemistä nollaan. Renkaan ja yhteistoimivan tiivistyspinnan välille ei synny kosketusta. Esiintyvä kartiomainen rako keskittää 25 renkaan lähes samankeskiseen asentoon siten, että epäkeski-sessä asennossa syntyvä paineenlaskuepätasapaino antaa korkeamman resultoivan voiman radiaalisessa suunnassa kuin se kitkavoima, jonka aksiaalinen voima aiheuttaa siirrettäessä rengasta radiaalisesti.

30 On myös korostettava sitä, että edellä kuvatut suori tusmuodot kohdistuvat luistin (karan) ja luistireiän väliseen tiivistykseen liukuventtiilissä. Keksinnön mukaista tiivistyslaitetta voidaan kuitenkin käyttää monissa muissa sovitelmissa. Tällöin voidaan mainita mäntäpumppu ja ke-35 härengas, jossa viimeksimainitun liikkuvuus karan ja sylinterireiän välillä esiintyy pyörimissuunnassa.

Claims (10)

13 7565 6

1. Tiivistyslaite yhdessä suunnassa tapahtuvaa tiivistystä varten yhteistoimivien sylinterimäisen reiän (2) pin-5 nan ja sen sisällä liikkuvan karan (3) vaippapinnan välillä, jolloin jompikumpi pinta on varustettu rengasuralla (9), johon on asetettu tiivistysrengas (8), jolla on jonkin verran liikkuvuutta aksiaalisessa ja radiaalisessa suunnassa, minkä tarkoituksena on minimoida nestevuotoja yhteistoimivien pin-10 tojen välillä, jolloin sylinterimäisessä reiässä olevaan uraan (9) sijoitetun renkaan (8) tiivistyspinta sijaitsee renkaan sisäsivun ympärillä ja karassa olevaan uraan sijoitetun renkaan tiivistyspinta sijaitsee renkaan ulkopinnalla ja renkaan (8) poikkileikkauksen ulottuvuudet ovat pieniä 15 verrattuna karaan (3) ja ympäröivään reikään, ja rengas on niin taipuisa, että renkaaseen kohdistuva ohjausnestepaine helposti muuttaa renkaan läpimittaa, mutta on niin jäykkää materiaalia, että renkaan poikkileikkauksen deformaatio on merkityksetön verrattuna renkaan läpimitan muutokseen, ja 20 renkaan tiivistyspinta (12) on lievästi kartiomainen, ja rengas on sijoitettu siten, että tiivistyspinta yhteistoiminnassa joko reiän tai karan tiivistyspinnan kanssa muodostaa raon (14, 15), jonka korkeus (>0) pienenee renkaan sitä sivua kohti olevassa suunnassa, jota vasten tiivistys tapah-25 tuu, eli vuodon virtaussuunnassa, tunnettu siitä, että rengas voidaan vääntää pois keskitasostaan, ja että tiivistyspinta (12) on varustettu ainakin yhdellä ympärikul-kevalla uralla (33) ja että yhteistoimivilla tiivistyspin-noilla (12, 3) on niin hieno pintaprofiili, että niiden ko-50 konaisprofiilisyvyys on pienempi kuin raon (15) pienin mitta korkealla paineella sekä että rengas (8) rajoittuu uran (9) radiaaliseen sisäsivuun (11) pitkin tukipintaa (10; 28), joka on renkaanmuotoinen ja jolla on olennaisesti pienempi korkeus kuin renkaan poikkileikkauskorkeus ja joka on sijoi-35 tettu tiivistyspintaa vasten ja mainitulla tukipinnalla (10; 28) on niin pieni korkeusmitta renkaan (8) aksiaalisen mitan suhteen, että tukipinnassa vaikuttavat kitkavoimat voitetaan 14 75 6 5 6 renkaaseen radiaalisesti vaikuttavilla voimilla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiivistyslaite, tunnettu siitä, että rengasmainen tukipinta muodostuu renkaan sivulla olevasta rengasmaisesta ulostyöntyvästä 5 olakkeesta (10).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiivistyslaite, tunnettu siitä, että rengasmainen tukipinta muodostuu uran radiaalisella sisäsivulla olevasta rengasmaisesta ulostyöntyvästä olakkeesta (28).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiivistyslaite, tunnettu siitä, että rengas puristetaan mekaanisella laitteella tukipintaa (10) vasten.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tiivistyslaite, tunnettu siitä, että tiivistysrenkaan poikkileikkaus 15 muodostuu ympyränkaaresta (29) ja tiivistyspinnalla olevasta suorasta linjasta, ja että kosketus tapahtuu ympyrämäisen pinnan välityksellä, jolloin voimaviiva (30) on suunnattu ympyräkaaren keskipistettä kohti.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiivistyslaite, 20 tunnettu siitä, että renkaan aksiaalinen mitta on 4-12 kertaa suurempi kuin tiivistyspinnan korkeusmitta.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiivistyslaite, jol loin tiivistyslaite karan tietyssä asennossa päästää nestettä ohi säätötarkoituksessa, tunnettu siitä, että 25 mainitussa asennossa rengasta ohjaavat yhteistoimivan tiivistyspinnan pidennyksellä olevat aksiaaliset puomit.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiivistyslaite, tunnettu siitä, että raon suurin korkeusulottuvuus on suurempi kuin kahden yhdessä toimivan tiivistyspinnan ko- 30 konaisprofiilisyvyys. 15 75656

1. Tätningsanordning för tätning i en riktning mellan den samverkande ytan av en cylindrisk halighet (2) och mantelytan av en däri rörlig spindel (3), varvid endera ytan är försedd med ett ringspar (9) i vilket är inlagd en tät-ningsring (8), som har nagon rörlighet i axiell och radiell riktning och som skall minimera fluidumläckage i axiell riktning mellan de samverkande ytorna, varvid ringen (8) vid anordnande i spar (9) i den cylindriska haligheten har tätningsytan förlagd runt ringens insida och vid anordnande i spar i spindeln har tätningsytan förlagd runt ringens ut-sida, och ringen (8) har sma tvärsnittsdimensioner i förhal-lande tili spindeln (3) och omslutande halighet (2), och ringen har sä stor slankhet att dimensionerande fluidumtryck över ringen lätt förmar ändra ringens diameter, men ringen är av sa styvt material att formförändringen av tvärsnittet är försumbar i förhallande tili nämnda diameterförändring, och ringens tätningsyta (12) är svagt konisk och att ringen är sa förlagd, att tätningsytan vid samverkan med endera av halighetens och spindelns tätningsyta bildar en spalt (14, 15), som har minskande höjd (>0) i riktning mot den sida av ringen som avtätning skall ske mot, d.v.s. i läckagets flö-desriktning, kännetecknad av att ringen kan förvridas ur sitt centrumplan och att ringens tätningsyta (12) är försedd med minst ett runtomgaende spar (33) och att samverkande tätningsytor har sa fin ytprofil att summan av deras profildjup är mindre än nämnda spalts (15) minsta matt vid högt tryck samt att ringen (8) vid sistnämnda sida an-ligger mot sparets radiella insida (11) utefter en stödyta (10; 28), som är ringformad med väsentligt mindre höjd än ringens tvärsnittshöjd och som är förlagd angränsande tili tätningsytan och nämnda stödyta (10; 28) har avpassat litet höjdmatt i förhallande tili ringens (8) axiella matt sa att friktionskraften i stödytan kan övervinnas av krafter ver-kande radiellt pa ringen.