FI76193B - Taetningssystem. - Google Patents

Description

761 93

Tiivisteiärjcstely - Tätningssystem

Esillä olevan keksinnön kohteena on uudentyyppinen pyörivien akseleiden tiivistejärjestely. Erityisen hyvin keksinnön mukainen järjestely soveltuu käytettäväksi kuumien nesteiden pumppaukseen käytettävien keskipakopumppujen akselitiivistykseen.

Pumpuissa käytetään jo vanhastaan monenlaisia tiivisteitä, joilla pyritään estämään pumpattavan nesteen vuotaminen akselin suuntaan. Kaikille näille eri tiivistetyypeille on myös ominaista, että niiden on saatavan hieman vettä tai muuta voitelevaa nestettä liukupinnoilleen, jotta ne eivät kuivana lisääntyneen kitkan takia kuumenisi ja kovettuisi tai muutoin vaurioituisi. Siten nämä tiivisteet on suunniteltu jo alunperin jonkin verran vuotaviksi, jotta voitelu varmistuisi. Useimmiten nimittäin itse pumpattava neste soveltuu myös voiteluaineeksi.

Pumpattavan nesteen käyttäminen voiteluaineena tuo mukanaan omat riskinsä. Tällaisten nesteiden lämpötila ylipaineessa saattaa hyvinkin olla yli tämän nesteen kiehumispisteen normaalipaineessa. Kun tällainen neste puristuu tiivistera-koihin, paine alenee ja neste alkaa höyrystyä polttaen tiivisteen sekä oman lämpötilansa että keskeytyneen voitelun takia.

Edellä esitetyn vaaran poistamiseksi on loogista pyrkiä jäähdyttämään tiivisteisiin tunkeutuvaa nestettä, jotta se ei paineen laskiessa enää. pyrkisi kiehumaan vaan voitelisi tiivisteen asiaankuuluvalla tavalla. Periaatteessa tunnetaan kaksi erilaista jä.ähdytystapaa: vuotonesteen suora jäähdytys sekoittamalla siihen kylmää nestettä tai epäsuora tapa, jossa jäähdytysneste kiertää tiivistepesässä jäähdyttäen sekä tiivisteitä, että akselin ja pesän välisessä raossa virtaavaa vuotonestettä.

US-patenttijulkaisussa 4,498,681 esitetään eräs esimerkki 2 76193 suorasta jäähdytyksestä. Julkaisun ratkaisussa tiiviste-elinten, ns. punostiivisteiden, väliin on järjestetty jakorengas, johon johdetaan ulkopuolelta kylmää nestettä, joka sekoittuu kuumaan vuotonesteeseen ja jäähdyttää sitä estäen sen kiehumisen myöhempien tiivisteiden alueessa. Jakorengas on käytännössä useimmiten poikkileikkaukseltaan H-kirjaimen muotoinen metalli- tai muovirengas, jonka aksiaalisen keskirenkaan läpi on järjestetty porauksia tai vastaavia aukkoja, josta jäähdy-tys/voiteluneste pääsee virtaamaan akselille tai akselihol-kille. Tällaisella ratkaisulla on kuitenkin omat haittapuolensa, sillä pumpun akselilta vuotava nestemäärä kasvaa ja mahdollisesti akseli tai akseliholkki jäähtyy liikaa.

Toisena vaihtoehtona on koko tiivistepesän jäähdyttäminen, mikä tavallisimmin on hoidettu järjestämällä tiivistepesään ontelotila joko vuotonesteen virtaussuunnassa ennen tiivisteitä tai myös tiivisteiden alueelle. Tarkoituksena on pitää tiivistepesä niin viileänä, että sen ja akselin väliin joutunut neste jäähtyy niin paljon, ettei se enää kiehu paineen laskettua tiivistealueella. Tiivistealueella tapahtuvan jäähdytyksen tulee olla erittäin tehokasta, jotta se todella vaikuttaisi tiivisteiden läpi tiivisteiden ja akselin tai akseliholkkien välissä olevaan nesteeseen. Lisäksi tämä ratkaisu on rakenteellisesti vaativa, ja tiivistepesän ontelon valmistaminen lisää kustannuksia joten pumpun valmistuskustannukset nousevat. Edelleen on myös mahdollista, että akselikin jäähtyy, mikä ei välttämättä ole toivottavaa lämpörasi-tusten ja lämpölaajenemisen takia.

Mainittujen tekniikan tason mukaisten laitteiden epäkohtien poistamiseksi on kehitetty keksinnön mukainen tiivistejärjestely, joka on rakenteeltaan yksinkertainen ja halpa sekä soveltuu käytettäväksi kaikissa ratkaisuissa. Keksinnön mukaiselle tiivistejärjestelylle, johon kuuluu akselin tai akseli-hoikin ympärille järjestettynä yksi tai useampia tiiviste-elimiä ja näitä ympäröivä tiivistepesä, sekä ainakin yhden tiiviste-elimin rinnalle järjestetty jäähdytysrengas, on tunnusomais- 761 93 3 dolle on tunnusmerkillistä, että ainakin yhden tiiviste-elimin rinnalle on järjestetty jäähdytysrengas, jonka ulkokehällä on akselin/akseliholkin ja tiivistepesän suhteen tiivis rengas-tila.

Eräälle toiselle edulliselle suoritusmuodolle on ominaista se, että ainakin kahden tiiviste-elimen väliin on järjestetty jäähdytysrengas, jonka ulkokehällä on akselin/akseliholkin ja tiivistepesän suhteen tiivis rengastila.

Seuraavassa keksinnön mukaista tiivistejärjestelyä selitetään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joista kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen tiivistejärjestelyn erästä edullista suoritusmuotoa ja kuvio 2 erästä toista keksinnön mukaisen tiivistejärjestelyn edullista suoritusmuotoa.

Kuvion 1 mukaisesti pumpun vetopää koostuu akselista 1, akselin mukana pyörivästä akseliholkista 2, tiivistepesästä 3, tiivisterenkaista 4-7, kiristysholkista 8, jäähdytysrenkaas-ta 9 ja jäähdytysnesteen tulo- ja poistoyhteistä 10 ja 11, jotka edullisesti sijoittuvat pystytasoon akselin vastakkaisille puolille. Jäähdytysrengas 9 on kuvion mukaisesti edullisesti poikkileikkaukseltaan U-muotoinen ja tiivistetty O-renkailla 12 ja 13 tiivistepesää 3 vasten. Jäähdytysrenkaan 9 ja akselin 1 väliin jää pieni välys 14, johon tiivisteiden 4 ja 5 läpi vuotanut neste kerääntyy. Jäähdytysrenkaan 9 sisälle jää rengastila 15, johon jäähdytysneste johdetaan yhteestä 10 ja josta jäähdytysneste poistetaan yhteen 11 kautta. Jäähdytys rengas 9 on sijoitettu kuvion esimerkissä tiivisterankaiden 5 ja 6 väliin, koska suoritetuissa koeajois- 4 76193 sa on todettu, että vuotonesteen paine on kahden tiivisteren-kaan ohituksessa laskenut niin alas, ett# nesteen höyrystyminen on vaarana. Tällöin on edullista jäähdyttää vuotonestottä siinä määrin, että se ei enää höyrysty.

Kuvion 2 mukainen suoritusmuoto poikkeaa kuvion 1 suoritusmuodosta mm. siinä, että jää.hdytysrengas 19 on järjestetty ennen tiivisteitä 4-7, jolloin myös jäähdytysnesteyhteet 20 ja 21 on vastaavasti siirretty juoksupyörän suuntaan. Tällaista järjestelyä voidaan käyttää esimerkiksi tilanteissa, jolloin pumpattava neste on kuumaa eikä paine ole kovin korkea. Vaarana olisi nesteen höyrystyminen jo ensimmäisten tiivisteiden alueella, joten on varmempaa jäähdyttää vuoto- r.este jo ennen tiivistealuetta. Toisena erona on akseliholkin puuttuminen akselin 1 päältä.

Keksinnön mukainen järjestely toimii siten, että jäähdytys-renkaan 9, 19 rengastilaan 15 syötetään jäähdytysnestettä yhteistä 10, 20. Jäähdytysnesteen kierrettyä puoli kierrosta rengastilassa 15 se poistetaan yhteistä 11, 21. Jäähdytysnesteen pääsy kosketuksiin tiivisteiden 4-7 kanssa on estetty O-renkailla 12 ja 13, joten jäähdytysnesteenä voidaan käyttää mitä tahansa tarkoitukseen soveltuvaa nestettä, koska se ei -icudu tekemisiin sen enempää pumpattavan nesteen kuin tiivisteiden 4-7 kanssa. Siten jäähdytysnesteellä ei tarvitse olla voitelevaa ominaisuutta. Virratessaan rengastilassa 15 jäähdytysneste jäähdyttää renkaan 9, 19, joka puolestaan vastaanottaa lämpöä pääasiassa vuotonesteestä välyksessä 14 ja myös jonkin verran viereisistä tiivisteistä 5, 6 ja 4. Siten renkaan 9 jäähdytyevaikutus ulottuu jo tiivisterenkaan 5 alueelle, joten nesteen jäähtyminen alkaa jo siellä.

Kuviossa 3 on esitetty vielä kolmaskin suoritusmuoto, jossa jäähdvtysrenkaita on useita 30 - 32, jotka on kuvion ratkaisussa sijoitettu tiivisteiden 4-7 väleihin. Jäähdytysren- 5 76193 kaille 30 - 32 on ominaista, että ne ovat umpinaisia, lämpöä hyvin johtavia ja että niiden ulkokehällä on ura, johon jäähdytysrerkaan 30 - 32 tiivistepesään 3 tiivistävä O-rengas 33 - 35 sijoittuu. On mycs mahdollista, että jo ensimmäisen renkaan 36 kehällä on O-rengastiivistys.

Kuvion ratkaisu toimii siten, että paineisen nesteen pyrkiessä tunkeutumaan sekä tiivisteiden 4-7 uiko- että sisäkehän rakoihin kuten myös radiaalisiin rakoihin näistä ulkokehän raot ja radianliset raot täyttyvät nopeasti siten, että neste ei pääse O-renkaiden vuoksi vuotamaan tiivisteiden ohi. Tällöin ainoaksi vuototieksi jää tiivisteiden 4 - 7 ia hoikin 2 välinen rako. Fiten vuotonesteen paine ei pääse laskemaan nopeasti, eikä myöskään nesteen höyrystymistä tapahdu. Toisaalta myös jäähdytysrenkaat 30 - 32 muodostavat hyvän lämpösi lian nesteen vuototien ja tiivistepesän välille, etenkin kun jäähdytysrenkaiden 30 - 32 ulkokehä on nesteen välityksellä hytfin lämpöä johtavasti yhdistetty tiivistepesään. Siten paineinen neste jäähtyy tehokkaasti samalla kun vuotonesteen määrää on pienennetty. Samalla myös tarvittavien tiivisteiden lukumäärä pienenee, koska vuotoreittejä on vain yksi - tiivisteiden ja akseliholkin 2 väli. Huomattavin tällä ratkaisulla saavutettava etu on rakenteeltaan yksinkertainen tiivistepesä (ei jäähdytysyhteitä).

Kuten edellä esitetyistä esimerkeistä huomataan, on kehitetty aivan uusi, tekniikan tason mukaisten laitteiden epäkohdat poistava tiivistejärjestely, joka on halpa ja joka ei vaadi mitään erityisjärjestelyjä tiivistepesään taikka muihin pumpun vetopään osiin. Lisäksi tiivistejärjestely on mahdollista tehdä säädettäväksi esimerkiksi järjestämällä akseliholkin tai akselin yhteyteen lämpötilan mittaus, jonka avulla jäähdytys-nesteen määrä voidaan optimoida. Vastaavasti pumppu on säädettävissä eri käyttöolosuhteisiin järjestettämällä jo valmistusvaiheessa jäähdytysrengas haluttuun akseliaeemaan 6 76193 tiivisteiden suhteen. On myös mahdollista, ettS valmistusvaiheessa syöttöyhteestä järjestetään kanavat useampaa jäähdytys-renkaan sijaintia varten, jolloin on mahdollista käyttää useampaa jäähdytysrengasta tai ohjata jSähdytysnestevirta vain yhteen kanavaan sulkemalla muut kanavat. Vastaavasti poisto-puolella on mahdollista koota samaan yhteeseen jäähdytysneste useammasta kanavasta.

Siten edellä on esitetty tarkemmin vain pari edullista suoritusmuotoa, joilla keksintöä ei millään muotoa ole tarkoitus rajata siitä, mitä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa, jotka yksin määräävät keksinnön käyttöalan ja sen laajuuden.

Claims (8)

1. Tiivistejärjestely akselitiivistystä varten, johon 5 kuuluu akselin (1) tai akseliholkin (2) ympärille järjestettynä yksi tai useampia tiiviste-elimiä (4 - 7) ja näitä ympäröivä tiivistepesä (3), sekä ainakin yhden tiiviste-elimin (4-7) rinnalle järjestetty jäähdytysrengas (9, 19), tunnettu siitä, että jäähdytysrengas (9,19) on ulkokehältään 10 tiivistetty (33 - 35) tiivistepesään.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiivistejärjestely, tunnettu siitä, että ainakin yhden tiiviste-elimen (4-7) rinnalle on järjestetty jäähdytysrengas (9, 19), jonka 15 ulkokehällä on akselin (1)/akseliholkin (2) ja tiivistepesän (3) suhteen tiivis rengastila (15).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiivistepesä, tunnettu siitä, että ainakin kahden tiiviste-elimen (5 - 8) väliin 20 on järjestetty jäähdytysrengas (9), jonka ulkokehällä on akselin (1)/akseliholkin (2) ja tiivistepesän (3) suhteen tiivis rengastila (15).

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen tiivistejärjestely, 25 tunnettu siitä, että rengastilaan (15) johtaa ainakin yksi jäähdytysnesteen tuloyhde (10, 20) ja ainakin yksi jäähdytysnesteen poistoyhde (11, 21).

5. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen tiivistejärjestely, 30 tunnettu siitä, että jäähdytysrengas (9, 19) on poikkileikkaukseltaan olennaisesti U-muotoinen ja tiivistetty tiivistepesään (3) ulkokehältään rengastilan (15) molemmin puolin sijaitsevilla tiiviste-elimillä (12, 13).

6. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen tiivistejärjestely, tunnettu siitä, että jäähdytysrenkaan (9, 19, 30- 32. sisähalkaisija on hieman suurempi kuin akselin (l)/akse-liholkin (2) ulkohalkaisija. 761 93 β

7. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen tiivistejärjestely, tunnettu siitä, että jäähdytysrenkaita (9, 19) on useampia ja että niiden rengastiloihin (15) johtaa erillisiä kanavia 5 yhteistä (10, 11; 20, 21).

7 761 93

8. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tiivistejärjestelmä, tunnettu siitä, että yhteiden (10, 11; 20, 21) keskilinjojen kautta kulkeva taso kulkee myös akselin (2) keski- 10 linjan kautta. 761 93