FI79174B

FI79174B - MEKANISK TAETNING FOER SLAMPUMPAR.

Info

Publication number: FI79174B
Application number: FI880201A
Authority: FI
Inventors: Robert S Wentworth
Original assignee: Bw Ip International Inc
Priority date: 1983-03-01
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1989-07-31
Also published as: FI78539B; FI880200A0; FI78540B; FI873589A0; FI880201A; FI873589A; FI880201A0; FI78539C; FI79174C; FI880200A; FI78540C

Description

7917479174

Lietepumpuissa käytettävä mekaaninen tiivisteMechanical seal for sludge pumps

Tavanomainen, moottorin ja pumpun välissä käytettävä mekaaninen tiiviste käsittää kiinteän tiivistysren-5 kaan, joka on yhdistetty moottorin koteloon, ja moottorin akseliin kiinnitetyn pyörivän tiivistysrenkaan. Kummassakin tiivistysrenkaassa on limittyvä tiivistyspinta toisen renkaan tiivistyspintaa vastapäätä. Jousto-osat, esim. kierrejouset ja/tai palkeet tiivistävät tiivistysrengas-10 pinnat toisiinsa.A conventional mechanical seal used between a motor and a pump comprises a fixed sealing ring 5 connected to the motor housing and a rotating sealing ring attached to the motor shaft. Each sealing ring has an overlapping sealing surface opposite the sealing surface of the other ring. Elastic parts, e.g. coil springs and / or bellows, seal the surfaces of the sealing ring-10 together.

Tällaisten tiivisteiden kiinnittämisen ja irrottamisen helpottamiseksi tiiviste pannaan tavallisesti "patruunaan", esim. kiinnittämällä valmiiksi koottu tiiviste lieriöholkkiin, joka työnnetään moottorin akselin päälle 15 ja kiinnitetään siihen yhdellä tai useammalla asetusruu-villa.To facilitate the attachment and removal of such seals, the seal is usually placed in a "cartridge", e.g., by attaching a pre-assembled seal to a cylindrical sleeve which is pushed onto the motor shaft 15 and secured thereto by one or more set screws.

Useimmissa edellä kuvatun kaltaisissa mekaanisissa tiivisteissä on paljon metalliosia, esim. palkeita ja jousia, jotka puristavat tiivistysrenkaat tiivistysasentoon 20 ja joihin käsiteltävä neste pääsee koskettamaan. Sellaisissa sovellutuksissa, joissa neste ei ole kuluttavaa eikä syövyttävää, tästä ei aiheudukaan vaikeuksia, mutta sen sijaan lietepumpuilla siirrettävän nesteen kuluttava vaikutus kohdistuu metalliosiin ja lyhentää tuntuvasti niiden 25 käyttöikää.Most mechanical seals, such as those described above, have a large number of metal parts, e.g., bellows and springs, which compress the sealing rings to the sealing position 20 and which can be contacted by the liquid to be treated. In applications where the liquid is neither abrasive nor corrosive, this does not present any difficulty, but instead the abrasive effect of the liquid transferred by the slurry pumps is on the metal parts and considerably shortens their service life.

Tyypillinen mekaaninen tiiviste on kompakti ja siinä on tiiviisti toisiinsa sovittuvat tarkkuusosat. Sen sijaan lietepumpun tiivisteiden osat voivat olla suhteellisen karkeita, joten ne voidaan valmistaa suurilla mit-30 tatoleransseilla ja sen vuoksi myös huokealla, koska ne kuluvat kuitenkin nopeasti, vaikka niiden käyttöikää yri-tetäänkin pidentää. Tämä koskee myös sitä tapaa, jolla ne asennetaan pumppuun. Esimerkiksi, kuten jo mainittiin, useimmat patruunatiivisteet on kiinnitetty useimmilla ase-35 tusruuveilla, jotka juuttuvat usein kiinni ja joiden ir- 79174 2 rottaminen vaatii paljon aikaa. Kun on kysymys lietepumpun tiivisteistä, jotka säädetään ja vaihdetaan huomattavasti useammin, on tärkeää, että tiiviste pystytään irrottamaan moottorin akselista nopeasti ja helposti.A typical mechanical seal is compact and has tightly fitting precision parts. Instead, the parts of the sludge pump seals can be relatively coarse, so that they can be manufactured with large dimensional tolerances and therefore also inexpensive, since they wear out quickly, even if an attempt is made to extend their service life. This also applies to the way they are installed in the pump. For example, as already mentioned, most cartridge seals are secured with most mounting screws, which often get stuck and require a lot of time to disassemble. In the case of sludge pump seals, which are adjusted and replaced much more frequently, it is important that the seal can be removed from the motor shaft quickly and easily.

5 Lietepumppujen tiivisteiden suunnittelussa on li säksi huomioitava tiivistysrenkaiden kuormituspinta. Aikaisemmista tiivisteistä voidaan tällöin mainita esimerkkeinä tapauksia, joissa jouset on korvattu elastomeerima-teriaalilla, niin että on saatu tarvittava jousto pitämään 10 tiivistysrenkaat tiivistysasennossa.5 When designing seals for sludge pumps, the load surface of the sealing rings must also be taken into account. Examples of previous seals are then cases in which the springs have been replaced by an elastomeric material, so that the necessary elasticity has been obtained to keep the sealing rings in the sealing position.

Elastomeerejä voidaan kuormittaa vääntö-, puristus-, veto- ja leikkausrasituksilla. Viimeksi mainittu rasitus on näistä edullisin, koska kuormitukset jakautuvat - yleensä tasaisesti - koko elastomeerimassaan.Elastomers can be loaded with torsional, compressive, tensile and shear stresses. The latter stress is the most advantageous of these because the loads are distributed - usually evenly - over the entire elastomer mass.

15 Vääntörasituksessa kuormitukset ovat lähinnä ulommaisissa kuiduissa sisäkuitujen ollessa yleensä kuormittamattomia ja juuri nämä kuidut vahingoittuvat ensin kulumisesta tai kemiallisesta vaikutuksesta johtuen. Lisäksi voidaan mainita, että vääntökuormitettu elastomeeri menettää hyvin 20 pian joustotoimintonsa. Vetorasituksessa elastomeerit venyvät ja jäävät tällöin venyneeseen muotoonsa, siis samalla tavalla kuin esim. venytetty kuminauha, joka jää jatkuvasti "pitkäksi". Elastomeeriosa on rajattuna kokoonpu-ristumaton ja taas rajaamattomana ja puristettuna se pul-25 listuu. Lisäksi sillä on suuri jousto lyhyellä välillä, joten se ei voi korvata jousta.15 Under torsional stress, the loads are mainly in the outer fibers, while the inner fibers are usually unloaded and it is these fibers that are first damaged due to wear or chemical action. In addition, it can be mentioned that the torsionally loaded elastomer very soon loses its elastic function. Under tensile stress, the elastomers stretch and then remain in their stretched form, i.e. in the same way as, for example, a stretched rubber band which remains "long" continuously. The elastomeric portion is non-compressible when limited, and again uncompressed and compressed. In addition, it has great elasticity at short intervals, so it cannot replace the elastic.

Esimerkiksi US-patentissa 4 306 727/Deane et ai selostetaan kiinteän elastomeerirenkaan käyttöä. Renkaan päässä on metallinen tiivistysrengas poran terään liit-30 tyen. Tässä patentissa mainitaan myös, että elastomeeri-tiivisteitä käytetään pyörivien leikkuuterien ja tukilaa-kerien välissä estämään lian, hiekan, kivimurskeen, syövyttävien nesteiden ja muiden epäpuhtauksien pääsy laakeriin. Vaikka tämän patentin mukainen elastomeerirengas 35 onkin esimerkki elastomeerin käytöstä haluttaessa puristaa 3 79174 tiivistysrenkaat toisiinsa, se on kuitenkin konstruoitu niin, että jätettä pyrkii kasautumaan vuotopuolelle, mikä pystyy aiheuttamaan elastomeerin huonontumisen. Lisäksi tiiviste voidaan puhdistaa ainoastaan purkamalla koko tii-5 vistemekanismi.For example, U.S. Patent 4,306,727 to Deane et al. Discloses the use of a solid elastomer ring. At the end of the ring is a metal sealing ring connected to the drill bit. This patent also mentions that elastomeric seals are used between rotating cutting blades and support bearings to prevent dirt, sand, crushed stone, corrosive liquids and other contaminants from entering the bearing. Although the elastomer ring 35 of this patent is an example of the use of an elastomer to compress 3,779,17 sealing rings, it is designed to accumulate waste on the leak side, which can cause deterioration of the elastomer. In addition, the seal can only be cleaned by disassembling the entire tii-5 bevel mechanism.

US-patentissa 3 272 519/Voitek selostetaan puolestaan tiivisteitä, joita käytetään traktorin takapyörien ja rungon välissä. Jokaiseen tiivisteeseen kuuluu kaksi elastomeerista valmistettua, poikkileikkaukseltaan pyöris-10 tetyn neliön muotoista tiivistysosaa, jotka puristavat tiivistysrengasparin yhteen ja muuttuvat käytössä vinoneliön muotoisiksi. Tällöin jää rakoja niihin koveroihin uriin, joihin elastomeeriosat on sijoitettu, ja rakoihin kerääntyy taas erilaista jätettä.U.S. Pat. No. 3,272,519 / Voitek, on the other hand, discloses seals used between the rear wheels of a tractor and the frame. Each seal includes two elastomeric sealing sections of round cross-section in a cross-section, which compress the pair of sealing rings together and become diamond-shaped in use. In this case, gaps remain in the concave grooves in which the elastomeric parts are placed, and again various waste accumulates in the gaps.

15 Deanen ja Voitekin patentissa ei kuitenkaan tehdä ehdostusta elastomeerielementin leikkausrasituksesta.However, the patent of Deane and Voitek does not suggest a shear stress on the elastomeric element.

Nyt selostettavan keksinnön mukainen mekaaninen tiiviste on suunniteltu nimenomaan kuluttavaa lietettä siirtäviin pumppuihin ja käsittää tavanomaiset kiinteät 20 ja pyörivät tiivisteet. Tiivisteissä on vastakkaiset tii-vistyspinnat, ja renkaat puristuvat joustavana toimintona ainakin yhteen elastomeeriyksikköön, joka kestää pumpulla siirrettävän aineen hiovan ja syövyttävän vaikutuksen.The mechanical seal of the present invention is specifically designed for consumable sludge transfer pumps and comprises conventional fixed and rotary seals. The seals have opposite sealing surfaces, and the rings are compressed as a flexible function into at least one elastomer unit which withstands the abrasive and corrosive action of the material to be transferred by the pump.

Tarkemmin sanottuna keksinnön kohteena on mekaani-25 nen tiiviste käytettäväksi erityisesti lietepumppujen yhteydessä, joissa pumpuissa on pumppupesä ja moottorikäyttöinen akseli, joka pyörittää pumpun juoksupyörää. Tiiviste käsittää pyörivän tiivistysrenkaan yhdistettäväksi akseliin ja pyöriväksi sen mukana ja kiinteän tiivistys-30 renkaan yhdistettäväksi pesään. Molemmat tiivistysrenkaat käsittävät pinnan, joka on toisen renkaan pintaa vastapäätä, ja tarkoitettu liittymään siihen tiivistävästi hidastamaan virtaavan väliaineen virtausta pitkin akselia korkean paineen alueelta matalan paineen alueelle. Tiiviste 35 käsittään lisäksi elastomeeriyksiköt, jotka tukevat molempia tiivistysrenkaita.More specifically, the invention relates to a mechanical seal for use in particular in connection with sludge pumps, which pumps have a pump housing and a motor-driven shaft which rotates the pump impeller. The seal comprises a rotating sealing ring for connection to and rotating with the shaft and a fixed sealing ring for connection to the housing. Both sealing rings comprise a surface opposite the surface of the other ring and are intended to join it sealingly to slow the flow of flowing medium along the shaft from the high pressure region to the low pressure region. The seal 35 further comprises elastomeric units that support both sealing rings.

79174 479174 4

Elastomeeriyksikkö (sylinteri) yhdistää pyörivän tiivistysrenkaan lietepumppua käyttävän moottorin akseliin, joten pyörivä tiivistysrengas pyörii akselin mukana. Yksikön elastomeeriosa muodostaa sulun, joka estää pumpun 5 siirtämän nesteen pääsyn akseliin ja suojaa yksikön monia metalliosia pumpattavan nesteen aiheuttamalta kulumiselta.The elastomer unit (cylinder) connects the rotating sealing ring to the shaft of the motor driving the slurry pump, so the rotating sealing ring rotates with the shaft. The elastomer part of the unit forms a barrier which prevents the liquid transferred by the pump 5 from entering the shaft and protects many metal parts of the unit from wear caused by the liquid to be pumped.

Keksinnön mukaiselle tiivisteelle on tunnusomaista, että kukin elastomeeriyksikkö käsittää elastista materiaalia olevan renkaan muotoisen osan ja parin niihin 10 kiinnitettyjä samankeskisiä nauhoja, jolloin kunkin yksikön nauhat ovat akselin ja säteen suunnalla tietyllä etäisyydellä toisistaan, niin että sovitettaessa seuraavaa yksikköä paikoilleen elsastomeeriyksikkö pakottaa tiivis-tysrenkaansa kohti mainittua toista tiivistysrengasta ja 15 nauhojen välisessä vyöhykkeessä siihen kohdistuu leikkaus-kuormitus. Edullisesti kunkin yksikön elastomeerimateriaa-li on kiinnitetty sen renkaiden pinnoista ainoastaan yhteen pintaan.The seal according to the invention is characterized in that each elastomeric unit comprises an annular part of elastic material and a pair of concentric strips attached thereto, the strips of each unit being axially and radially spaced apart, so that when the next unit is fitted, the second sealing ring and in the zone between the 15 strips it is subjected to a shear load. Preferably, the elastomeric material of each unit is attached to only one surface of its ring surfaces.

Kuvattu rakenne sopii nimenomaan standardirakentei-20 sen pumpun muuttamiseksi sellaiseksi, että se tulee varustetuksi keksinnön mukaisella tiivisteyksiköllä.The described structure is particularly suitable for converting a pump of standard construction to be provided with a sealing unit according to the invention.

Keksinnön mukainen tiivisteyksikkö jättää osien väliin aukot, jotka ovat suuremmat kuin tavanomaisissa tiivisteyksiköissä, jolloin vuotojätteen poistaminen on 25 helpompaa. Tiivistysrenkaissa on elastomeerisuojukset, jotka suojaavat käyttötapeille tarkoitettuja käyttöuria, kuten myöhemmin selostetaan. Lisäksi nämä suojukset suojaavat tiivistysrenkaiden suhteellisen hauraita pintoja sekä renkaiden asentamisen että niiden käytön aikana.The sealing unit according to the invention leaves openings between the parts which are larger than in conventional sealing units, whereby it is easier to remove leakage waste. The sealing rings have elastomeric shields that protect the drive grooves for the drive pins, as will be described later. In addition, these guards protect the relatively brittle surfaces of the sealing rings both during tire installation and during use.

30 Seuraavassa selostetaan yksityiskohtaisesti keksin nön erästä suoritusmuotoa viittaamalla oheistettuihin piirustuksiin, jotka havainnollistavat vain yhtä erikoisrakennetta .An embodiment of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate only one specific structure.

Kuvio 1 on osittainen poikkileikkaus keksinnön mu-35 kaisesta mekaanisesta tiivisteestä, ja 5 79174 kuvio 2 on osittainen poikkileikkaus kuvion 1 elas-tomeeriyksiköstä ennen elastomeerin puristamista.Figure 1 is a partial cross-section of a mechanical seal according to the invention, and Figure 79 is a partial cross-section of the elastomer unit of Figure 1 prior to compression of the elastomer.

Kuviot 1 ja 2 havainnollistavat keksinnön erästä suositeltavaa rakennetta, joka on liitetty lietepumppuun, 5 jossa on pumppupesä 126 ja juoksupyörä 124 (esitelty kaaviona) moottorin 122 akselin 120 käyttämänä. Rakenne kiinnitetään akselin hoikkiin paikan päällä, joten se ei ole siis patruunatiiviste. Tämä rakenne sopii nimenomaan stan-dardirakenteisen pumpun muuttamiseen siten, että pumppu 10 varustetaan keksinnön mukaisella tiivisteyksiköllä tavanomaisen tiivistysholkin asemesta. Mekaaninen tiivisteyk-sikkö 90 käsittää pyörivän tiivistysrenkaan 92 ja kiinteän tiivistysrenkaan 94, joissa on vastaavat tiivistyspinnat 96 ja 98 toisiaan vastapäätä ja joustavasti toisiinsa pu-15 ristuen. Renkaat 92 ja 94 puristuvat toisiinsa elastomee-riyksiköiden 97 ja 99 avulla. Renkaiden 92 ja 94 tiivistyspinnat on merkitty viitenumeroilla 98 ja 96. Kummankin yksikön sydämen 100 ja 102 elastomeeri on mieluimmin kumia, jonka shorekovuus on 50-60. Sydämet 100 ja 102 on 20 kiinnitetty vastaavasti ulkopuoliseen metallinauhaan 104 ja 106 ja kupinmuotoiseen rengasosaan 108 ja 110. Nauhat 104 ja 106 ja osat 108 ja 110 ovat mieluimmin ruostumatonta terästä. Yhden elastomeeriyksikön muoto nähdään kuvassa 8. Tässä yhteydessä voidaan mainita, että sydämet 100 ja 25 102 ovat suunnilleen samanlaiset. Kun renkaita 104 ja 108 siirretään aksiaalisesti toisiaan päin tiivistettä asennettaessa, elastomeerisydämiin 100 ja 102 tulee leikkaus-kuormitus, niin että jousivoima pakottaa renkaat 92 ja 94 vastakkain. Nauha 104 on renkaan 92 päällä ja nauha 106 30 renkaan 94 päällä. Osissa 108 ja 110 on niiden kehällä tietyllä etäisyydellä toisistaan reikiä 112 käyttötappia 113 varten, joka on tuettu toisesta päästään kohdistusren-kaalla 114 ja toisesta päästään liitinholkilla 116. Tii-visteyksikkö on liitetty tiivistysholkkiin 118 ja renkaas-35 sa 114 on ympyrän muotoinen ura hoikkia 118 varten. Holkki 79174 6 118 pannaan akselin 120 päälle ja se yhdistää moottorin 122 ja pumpun juoksupyörän 124; juoksupyörä 124 on sijoitettu koteloon 126. Liitinholkki 116 on yhdistetty koteloon 126 ainakin yhdellä, mutta yleensä usealla, kehän 5 suunnassa toisistaan tietyllä etäisyydellä olevalla kone-pultilla 128, jotka on sijoitettu kotelon 126 laipan 132 kierrereikiin 130. Mutterit 134 ja 136 on tarkoitettu laipan 116 säätämiseksi. Lisäksi ne siirtävät nauhat 104 ja 106 osien 108 ja 110 aksiaalisesti suuntautuviin osiin 10 nähden ja leikkauskuormittavat sydämet 100 ja 102, niin että nämä puristavat renkaat 92 ja 94 toisiinsa.Figures 1 and 2 illustrate a preferred structure of the invention connected to a slurry pump 5 having a pump housing 126 and an impeller 124 (shown diagrammatically) driven by a shaft 120 of a motor 122. The structure is attached to the shaft sleeve on site, so it is not a cartridge seal. This structure is particularly suitable for modifying a standard-structured pump so that the pump 10 is provided with a sealing unit according to the invention instead of a conventional sealing sleeve. The mechanical sealing unit 90 comprises a rotating sealing ring 92 and a fixed sealing ring 94 having respective sealing surfaces 96 and 98 facing each other and resiliently intersecting. The rings 92 and 94 are compressed together by elastomer units 97 and 99. The sealing surfaces of the rings 92 and 94 are denoted by reference numerals 98 and 96. The elastomer of the core 100 and 102 of each unit is preferably a rubber having a shore hardness of 50-60. The cores 100 and 102 are attached to the outer metal strip 104 and 106 and the cup-shaped ring portion 108 and 110, respectively. The strips 104 and 106 and the portions 108 and 110 are preferably made of stainless steel. The shape of one elastomeric unit is shown in Figure 8. In this connection, it can be mentioned that the cores 100 and 25102 are approximately similar. As the rings 104 and 108 are moved axially toward each other when the seal is installed, the elastomeric cores 100 and 102 are subjected to a shear load such that a spring force forces the rings 92 and 94 against each other. The strip 104 is on the ring 92 and the strip 106 is on the ring 94. The portions 108 and 110 have holes 112 at a certain distance from each other for the drive pin 113, which is supported at one end by an alignment ring 114 and at the other end by a connector sleeve 116. The sealing unit is connected to the sealing sleeve 118 and the ring 114 has a circular groove sleeve 118 for. A sleeve 79174 6 118 is placed on the shaft 120 and connects the motor 122 and the pump impeller 124; the impeller 124 is disposed in the housing 126. The connector sleeve 116 is connected to the housing 126 by at least one, but generally a plurality of circumferentially spaced machine bolts 128 located in threaded holes 130 in the flange 132 of the housing 126. Nuts 134 and 136 are provided in the flange 116. adjusting. In addition, they move the strips 104 and 106 relative to the axially oriented portions 10 of the portions 108 and 110 and shear the cores 100 and 102 so that they compress the rings 92 and 94 together.

Vaikka keksintöä onkin selostettu nyt vain yhden edullisen suoritusmuodon avulla, on luonnollista, että siitä voidaan sen ideasta poikkeamatta tehdä useita eri-15 laisia muunnelmia.Although the invention has now been described by means of only one preferred embodiment, it is natural that several variations can be made without departing from its idea.

Claims

79174 7

A mechanical seal for use in particular in connection with sludge pumps, the pumps having a pump housing 5 (126) and a motor-driven shaft (120) rotating a pump impeller (124), the seal comprising a rotating sealing ring (92) for connection to and rotating with the shaft (120), a fixed sealing ring (94) for connection to the housing (126), each sealing ring 10 then comprising a surface (96,98) opposite the surface of the second sealing ring and sealingly associated therewith to slow the flow of fluid along the shaft from the high pressure region to the low pressure region; and elastomeric units (99,97) supporting both sealing rings (92,94), characterized in that each elastomeric unit (99,97) comprises an annular part (100, 102) of elastic material and a pair of concentric strips ( 104,108; 106,110), the strips of each unit being in the direction of the axis and radius above at a distance from each other so that when the next unit is fitted, the elastomer unit forces its sealing ring towards said second sealing ring and is subjected to a shear load in the zone y between the strips. ; 25

Seal according to Claim 1, characterized in that the elastomeric material of each unit is attached from its ring surfaces to only one surface.