FI95075C - Tiivistysjärjestelmä ja sen muunneltu tiivistysholkki - Google Patents

Description

1 95075

Tiivistysjärjestelmä ja sen muunneltu tiivistysholkki Tämän keksinnön kohteena on tiivistysjärjestelmä säätö- ja sulkuarmatuureja varten, joka järjestelmä käsit-5 tää venttiilipesän; jossa on tiivisteholkkitila, jaetun tiivisteen, jossa on yksittäiset, perustiivisteainetta olevat tiivistysrenkaat ja kulloinkin alempi ja ylempi jakorengas kutakin tiivistysosaa varten; venttiilipesään kierretyn tiukennuslaipan; voiteluainekupin, joka on sovi-10 tettu tiivisteholkkitilaan molemman tiivisteosan väliin ja jonka kautta on järjestetty jatkuva voiteluainesyöttö, ja aksiaalisesti tai pyörien liikkuvan karan tai akselin.

Keksinnön kohteena on lisäksi tiivisterengas tii-visteholkkitiivistysjärjestelmää varten, joka on tarkoi-15 tettu käytettäväksi säätö- ja sulkuarmatuureissa, joka tiivisterengas on valmistettu joustavaa grafiittia olevasta kalvosta, edullisesti nauhamateriaalin muotoon sovitetuista, paisutettua puhdasta grafiittia olevista kalvoista.

20 Tiivistysholkin tiivisteet ovat tiivistyselimiä, jotka tiivistävät vastakkain liikkuvia sylinteripintoja nesteiltä ja kaasuilta (vrt. Duppel, Taschenbuch fiir den Maschinenbau, 16. painos, G 161). Tiivistysholkin tiiviste koostuu pesän kiinteästä osasta, jossa tiivistysholkin . 25 tila on, varsinaisena tiivisteenä toimivasta tiivistysai- neesta, pesään ruuvatusta tiukennuslaipasta (laippa tai kierre; kiristettävä), voiteluöljyn jakelua varten mahdollisesti varatusta välilevystä sekä pyörien tai aksiaalisesti liikkuvasta akselista tai karasta.

30 Tiivisteitä voidaan yllä mainitun kirjan kohdan mukaan käyttää suhteellisen pienillä liukunopeuksilla (noin 0,3 m/s:iin asti), korkeissa lämpötiloissa (noin 520 °C:een asti), suurissa paineissa (noin 300 bariin asti) ja 10 - 200 mm:n akselin halkaisijoilla. Tiivisteen ulko-35 halkaisijan tavallisia mittoja ovat 18-240 mm (aina kaasu- 2 95075 johtojen 800 mm:n laajennusliitoksiin), jolloin tiivistys-vaikutus perustuu siihen, että aksiaalisuuntainen ruuvi-liitos saa aikaan poikittaissuuntaisen muodonmuutoksen ja puristumisen sylinterimäisiä tiivistyspintoja vasten. Suu-5 rille työpaineille ja -lämpötiloille tarkoitettua venttiiliä tiivistysholkin tiivisteineen on kuvattu esimerkiksi DE-OS 35 40 478:ssa.

Kemiallisen teollisuuden keskipakopumppujen ja venttiilien karojen tiivistysrenkaina voidaan käyttää 10 suomugrafiittisia, sideaineen kanssa puristettuja tiivis-tysrenkaita. Grafiittisten tiivistysrenkaiden käyttö lienee sideaineen karkaistumisen vuoksi vähenemään päin (vrt. Dubbel, mainittu paikka).

Myös yrityksen sisäisen tekniikan tilan mukaan sää-15 tö- ja sulkuarmatuurien karat on tähän asti pakattu tavallisiin, asbestipitoisiin tiivistemateriaaleihin. Tämä pakkaustapa johti armatuurien suhteellisen lyhyihin kestoai-koihin, suuriin vuotoihin ja ympäristörasituksiin, karojen ja varusteiden osien vaurioihin ja käyttöhäiriöihin sekä 20 tuotannon seisokkeihin.

Tällaiset tiivistysjärjestelmät vaativat useimmiten kiristämisen kaltaista huoltoa noin 5000 käytön jälkeen (ks. myös Chem.Ing.Tech. 49 (1977) n:o 2, s. 89 - 95).

Lainlaatijoiden tavoitteena on muutoinkin selvästi . 25 säännösten ja hallinnollisten määräysten, esimerkiksi il man puhdistamisohjeiden ("Technische Anleitung zur Rein-haltung der Luft" = TA Luft) avulla pudottaa suurimpia sallittuja päästömääriä (vrt. 48 BlmSchG) paljearmatuu-reilla saavutettavissa oleviin parempiin arvoihin myös 30 kemian teollisuuden tai kivennäisöljyteollisuuden armatuu rien tiivistysjärjestelmissä.

Keksinnön tehtävänä on sen vuoksi teknisesti suuriin vaatimuksiin vastaamaan joutuvien armatuurien karan tiivisteiden parantaminen vuotojen pysyessä pitkällä aika-35 välillä pieninä ja ennalta annettuja päästörajoja noudattaen.

Il 95075 Tämän tehtävän ratkaisee alussamainitunlainen tii-vistysjärjestelmä, jolle on tunnusomaista, että tiiviste on valmistettu joustavasta grafiitista olevista puolival-mistekalvoista; tiivisteeseen on ennen sen asentamista 5 armatuuriin sovitettu tahnamaista voiteluainetta, ja tiivisteen tiivistys ja säätö on sovitettu tapahtuvaksi jousivoimalla.

Tiivistysjärjestelmän edullinen muoto syntyy, kun tiivisteen tiivistäminen ja jatkuva säätö tapahtuu keski-10 sesti sijoitetuilla ja aksiaalisesti vaikuttavilla lautas-jousipaketeilla. Tällaisten lautasjousten etuna sylinte-rimäisiin kierrejousiin verrattuna on suuren jousivoiman aikaansaaminen suhteellisen pieneen korkeussuuntaiseen tilaan. Voimien johtaminen tiivistysholkin tiivisteeseen 15 tapahtuu sovitetuilla jousen lautasilla ja tiukennuslai-palla, ja painejousien toinen pää tukeutuu samoin sovitetuilla jousen lautasilla venttiilipesään kiinnitettyjen kierrepulttien muttereihin kierrepultteja vetorasittaen.

Tiivistysholkkien tiivisteiden valmistamiseen käy-20 tetään ennen kaikkea taipuisaa grafiittikalvoa puolivalmisteena.

Keksinnön mukaiselle tiivistysrenkaalle on tunnusomaista, että tiivisteeseen on sovitettu tahnamaista voiteluainetta, jonka kiintoainepitoisuus edullisesti on vä-; 25 Iillä noin 5-10 paino-%.

• Tiivisteen lähtöaineena on tarkoituksenmukaista käyttää paisutettua puhdasta grafiittia, jota löytyy kaupoista eri levyisinä nauhoina. Nauhamateriaalin valmistamiseen käytettävä grafiittikalvo muunnetaan luonnongrafii-30 tista grafiittisuolan kautta ekspandaatiksi, joka voidaan sitten työstää esimerkiksi uritetuksi grafiittikalvoksi, josta valmistetaan tietyn, erityisen poikkileikkausmuodon omaava nauhamateriaali. Poikkileikkauksella saadaan aikaan tiivisteen hyvä joustavuus, ja armatuuriin asennusta var-35 ten voiteluainetta sisältävän tiivisteen toimintakyky pa- 4 95075 ranee samalla sen ansiosta, että pitkin poikkileikkausta syntyy voiteluaineen täyttämiä onkalolta, jotka ovat karaa vasten.

Voiteluaineina on edullista käyttää erikoisaineita, 5 esimerkiksi yhdistelmiä, joiden pohjana on grafiitti, boori, typpi tai polytetrafluorieteeni (PTFE) ja joiden kiin-toainepitoisuus on noin 30 %, tai hentoni, jossa on hie-nonhienoja kupari- ja lyijypartikkeleita, tai jokin silikaatti, jossa on muina ainesosina fluorattua polyeetteri-10 öljyä ja PTFE:tä.

Tällaisia voiteluaineita käytetään yleensä armatuu-rien ja koneenosien voiteluun ja tiivistämiseen aggressiivisten väliaineiden virratessa niissä ja käyttölämpötilan noustessa aina noin 280 °C:seen. Fluorattuun polyeetteri-15 öljyyn, PTFErhen ja silikaatteihin pohjautuvaa voiteluainetta voidaan käyttää tiivistämään armatuureja, joissa on kiinnitettävä huomio hapenkestävyyteen.

Monissa koesarjoissa on havaittu, että keksinnön tehtävän mukaisesti vaikuttava tiiviste voidaan valmistaa 20 ja ottaa käyttöön ainoastaan tapauksissa, joissa sekä aksiaalisesta liikkuvien että pyörivien karojen tai akselien tartunta- ja hankauskitkaa vielä alennetaan jo voiteluaineella varustetun tiivisteen sisäpuolella. Tämä kitkan minimointi varmistetaan johtamalla ylimääräinen voiteluaine ; 25 voiteluainekupista jaetun tiivisteen jakokohdalle.

Parhaiden mahdollisten käytössä kestoikien ja pie-ninten mahdollisten vuotojen saavuttamiseksi tiivisteiden valmistamisessa ovat itsestään selviä edellytyksiä käytettyjen rakenneosien erinomainen pintalaatu ja tiivistysti-30 lan hyvä mitanpitävyys. Karoilla pintalaadun on syytä olla sellainen, että profiilisyvyys Rt < 2 pm. Tähän laatuun on pyrittävä myös korjausaineilla karojen pintoja korjailtaessa. Tiivistystilan pintalaadun tulisi olla luokkaa Rt < 15 pm. Tiivisteen sisäänsä sulkevat rakenneosat, kuten 35 kara, pohjalevy ja tiivistysholkki on valmistettava sylin- s 95075 terimäisiksi ja suuntaistasoisiksi sallittujen toleranssien puitteissa.

Keksinnön mukaisen tiivisteen valmistuksessa on laskelmien, kokeiden ja testausten avulla saatu selville 5 tiivisteen leveyden (B) ja siihen sovitettujen optimoitujen karan halkaisijan (dx) ja tiivisteen koko pituuden (L) riippuvuuksia.

Seuraavat kokemusten tuottamat luvut antavat yleiskuvan tiivisteen pituuden ensi sijassa noudatettavista 10 arvoista karan halkaisijasta riippuen sekä erittelevät työlämpötilan ja -paineen sallittuja arvoja.

karan halkaisija d^ = 4 - 70 (mm) tiivistystilan halkaisija = rakenteellinen (mm) 15 tiivisteen pituus L = 1,5 * d1 - 0,9 * d1 (mm)

tiivistysrenkaiden lukumäärä n =2-7 tiivistysrenkaan korkeus H = L/n = (1,0 - 1,2) B

tiivistysrenkaan leveys B = rakenteellinen d^:n ja d2:n mukaan 20 raaka-aineen nauhaleveys b = 10 - 25 (mm) työpaine PA £ 325 (bar)

työlämpötila tft S 450 °C

lämpötila tiivisteellä t < 300 °C

< 200 °C (happi) 25 *. Jaettu, useammasta korkeudeltaan (H) olevasta tii- vistysrenkaasta koostuva ja kokonaispituudeltaan (L) oleva tiiviste voidaan valmistaa yksinkertaisessa puristustyö-kalussa esimerkiksi ekspandoitua puhtaasta grafiitista 30 olevaa nauhamateriaalia käyttäen, jonka poikkileikkausta on muotoiltu. Tiivistysrengasta varten tarvittavan nauha-pituuden (1) likiarvo voidaan käytännössä laskea kaavasta 1 - 1,3 * (d22 - dj2) * 1/a.

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkinomaises-35 ti lähemmin oheisten kuvioiden avulla, joista 9 6 95075 kuvio 1 havainnollistaa nauhamateriaalia, kuvio 2 havainnollistaa tiivisterengasta, ja kuvio 3 havainnollistaa tiivistysholkkia. Nauhamateriaali (kuvio 1), jonka leveys on (B) ja 5 jonka pituus (1) saadaan kaavan mukaan, päällystetään karan halkaisijaa (dj) vastaavalla voiteluainemäärällä, joka riittää voiteluaineen osuuden saamiseksi tiivisterenkaan (kuvio 2) valmiissa tilassa 5-10 paino-%:ksi.

Näin esivalmisteltu tiivistysaine voidaan kääriä 10 puristustyökalun mitanpitävän tuurnan ympärille, viedä sen kanssa puristustyökaluun ja puristaa hydraulisessa puristimessa paineesta riippuen. Puristuspaineen korkeus riippuu tiivisteen koosta ja varustuksen, jossa tiivistettä aiotaan käyttää, odotettavissa olevasta käyttöpaineesta.

15 Puristustyökalussa saavutettu tiivistysrenkaan esitiivis-tys ei yleensä saa ylittää arvoa 1,3 g/cm3. Tällainen tiivistys varmistaa, että esimerkiksi puhdasta grafiittia olevasta tiivisterenkaasta tulee kimmoisa.

Kun tiivisterengas on tiivistystilassa ja koko tii-20 viste on ruuvattu kiinni tiukennuslaipan avulla, joka on jousikuormitettu, tiivistetään lopullisesti tiivistystilan yksittäiset tiivistysrenkaat. Näin aikaansaatu lisätiivis-tys riittää yleensä loppujen mittatoleranssien tasoittamiseen ja tiivisteen keksinnön tehtävän mukaisen hyvän tii-25 vistysvaikutuksen aikaansaamiseen.

Asennetun tiivisteen kestoikä pitenee tiivisteen sopivan jaon ansiosta. Tiivisteeseen syötetty voiteluaine poistuu tämän ansiosta hitaammin ja karan päälle jää yhtenäinen voiteluainekalvo. Jako estää pääosin tiivisteai-30 neen ulospuristumisen, vaikka puristusvoima on suuri ja . venttiilin kara liikkuu usein aksiaalisesti. Tiivisteen jako ala- ja yläpuolella tapahtuu mahdollisimman tiukasti karaa vasten olevien noin 2 mm paksujen renkaiden avulla. Renkaat voivat olla esimerkiksi paraniittitiivistemateri-35 aalia, 8-15 paino-% kumia, 70 - 80 paino-% asbestia sekä 7 95075 5-15 paino-% kovia pintapuristuksia varten lisäaineita sisältävää sekoitusta, mutta myös asbestittomia aineita, kuten suuresti tiivistettyä puhdasta grafiittia tai muita materiaaleja olevia levyjä.

5 Sopivasti sijoitettu, vakaa pohjalevy takaa tiivis teen hyvän tuen tiivistystilassa. Jaettu tiiviste rakentuu siten, että pohjalevy, alempaa tiivistystilaa rajoittava alempi rengas ja siellä olevat tiivistysrenkaat sekä toinen rajoittava rengas laitetaan peräkkäin tiivistystilaan 10 ja kiinnitetään sinne lyömällä kevyesti sopivalla työkalulla. Sen jälkeen seuraa voiteluainekupin asennus tiivistystilaan, jolloin tiivisteen alaosaan on tarkoituksenmukaista tulla korkeintaan noin 1/3 tiivisteen koko pituudesta ja kupin yläpuolelle vähintään noin 2/3. Voitelusi-15 nekuppia seuraavat sitten ylempää tiivistystilaa rajoittava rengas, tiivistysrenkaat ja ylin rajoittava rengas.

Ne kiinnitetään yllä kuvatulla tavalla. Tiivistettä tiivistetään sitten kierrepulttien ja mutterien avulla säädettävällä ja tiukennuslaipan välityksellä vaikuttavalla 20 jousivoimalla lisää sen verran, että tiivistystilasta tulee puhallustiivis ja tiivistysrenkaiden joustava ja kimmoisa vaikutus säilyy mahdollisimman hyvin. Puhallustii-viys kokeillaan käyttämällä vaahtoavaa väliainetta, joka epätiiviyksien esiintyessä päästää paineen gradientin : 25 vuoksi kaasua virtaamaan ulos, mikä aiheuttaa kuplinnan.

Jos tiivistystilat ovat liian pitkiä, kuten esimerkiksi vanhemmissa armatuurityypeissä saattoi olla, tiivisteen ja tiukennuslaipan väliin voidaan sijoittaa sopivia välikeholkkeja. Tiivisterenkaat voidaan myös yhdistää en-30 naita valmistetuiksi rakenneyksiköiksi jo tiivistystilan ulkopuolella eli yksittäisten tiivisterenkaiden sijasta voidaan käyttää tiivisteiden muodostamaa koteloa, johon on mahdollisesti laitettu sitä jakava rengas. Tämän toimenpiteen etuna on se, että karoja tiivistämään saadaan vakaa 35 rakenneosa.

β 95075

Laittamalla lisäksi tiivistysholkin ala- ja yläosiin valvonta- ja huuhteluliitännät voidaan erotuspainet-ta käytön aikana mittaamalla tarkastaa, missä määrin alaosa vielä hoitaa tiivistystehtävänsä.

5 Kuviossa 3 on esitetty keksinnön mukainen tiivis tysholkin suoritus, joka koostuu kuvatulla tavalla voiteluainetta käyttäen valmistetusta puhdasta grafiittia olevasta tiivisteestä, jossa tiivisteen osiin jakavat renkaat ja tiivistysrenkaat ovat tyypillisesti jakautuneena ja 10 joka on esijännitetty jousilla, ja jossa on jatkuva voite-luainehuolto, joka venttiilin pesän ylipainetta vastaan takaa voiteluaineen jatkuvan syötön karan ohjaamiseksi tiivistysholkissa.

Kuviossa 3 käytettyjen viitenumeroiden merkitykset 15 ovat seuraavat: - kara 1 - tiukennuslaippa 2 - venttiilin pesä 3 - lautasjousipaketti 4 20 - jousen lautanen 5 - kierrepultti 6 - jakorenkaat 7, 9, 10, 12 - tiivistysrenkaat 8, 11 - voiteluainekuppi 13 * 25 - läpimenoreikä 14 - syöttöputki 15 - painevoitelunippa 16 - voiteluaineen sylinteritila 17a - mäntä 17 30 - ohjain 18 - kierrejousi 19 - sylinterin kansi 20.

Keksinnön erityinen suoritustapa koskee automaattista voiteluainesyöttöä.

35 Keksinnön mukaisen tiivistysjärjestelmän tiiviyden 9 95075 kestotutkimuksissa, kun tiivistysholkkia puristettiin jou-sielastisesti ja sen alueelle johdettiin jatkuvasti voiteluainetta, havaittiin, että tiivistysholkin tiivisteen tiiviys saatiin pysymään lukemissa 1,3 * 10"6 mbar * 1 * 5 s*1 koesarjan loppuun asti 60 000 toiminnan, 0 - 100 % is kuilla, ajan nimellispaineolosuhteissa (He - N2 -vuotokoe-menetelmä).

Kun voiteluaineen syöttö oli riittävä, armatuurin päästömäärät venttiilin karalla olivat korkeisiin käyttö-10 lukuihin asti huomattavasti pienemmät kuin ilman puhdis-tamisohjeiden (TA Luft) laippatiivisteisille paljearmatuu-reille sallimat suurimmat arvot.

Keksinnön mukainen armatuurien karojen tiivistys-järjestelmä on näin ollen osoittautunut ainakin samanar-15 voiseksi kuin TA Luftin vaatima paljetiiviste, minkä ansiosta voidaan saada aikaan huomattava kustannusten säästö ja tähän asti saavuttamattomissa ollut pitkäkestoisen tiiviyden taso.

e

Claims (9)

10 95075

1. Tiivistysjärjestelmä säätö- ja sulkuarmatuureja varten, joka järjestelmä käsittää 5. venttiilipesän (3), jossa on tiivisteholkkitila, - jaetun tiivisteen, jossa on yksittäiset, perus- tiivisteainetta olevat tiivistysrenkaat (8, 11) ja kul loinkin alempi ja ylempi jakorengas (7, 9, 10, 12) kutakin tiivistysosaa varten, 10. venttiilipesään (3) kierretyn tiukennuslaipan (2), - voiteluainekupin (13), joka on sovitettu tiivis-teholkkitilaan molemman tiivisteosan väliin ja jonka kautta on järjestetty jatkuva voiteluainesyöttö, ja 15. aksiaalisesti tai pyörien liikkuvan karan (1) tai akselin, tunnettu siitä, että a) tiiviste on valmistettu joustavasta grafiitista olevista puolivalmistekalvoista, 20 b) tiivisteeseen on ennen sen asentamista armatuu- riin sovitettu tahnamaista voiteluainetta, ja c) tiivisteen tiivistys ja säätö on sovitettu tapahtuvaksi jousivoimalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiivistysjärjes-25 telmä, tunnettu siitä, että tiivisteen tiivistys ja jatkuva säätö käytön aikana tapahtuvat keskisillä, aksiaalisesti vaikuttavilla lautasjousipaketeilla (4).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tiivistys-järjestelmä, tunnettu siitä, että voiteluaineina 30 käytetään erikoisaineita, esimerkiksi yhdistelmiä, joiden pohjana on grafiitti, boori, typpi tai polytetrafluori-eteeni (PTFE) ja joiden kiintoainepitoisuus on noin 30 paino-%, tai hentoni, jossa on hienonhienoja kupari- ja lyljypartikkeleita, tai jokin silikaatti, jossa on muina 35 ainesosina fluorattua polyeetteriöljyä ja PTFErtä. 95075 11

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tiivistysjärjestelmä, tunnettu siitä, että voite-luainesyötössä on venttiilipesän (3) läpi johdettu syöttö-kanava (14) ja sen voiteluaineesta huolehtiva, venttiili-5 pesään asennettu voiteluainepuristin, jossa on voiteluaineen vastaanottava sylinteritila ja paineilmalla tai jou-sin kuormitettu mäntä (17), jonka avulla voiteluainetta jatkuvasti puristetaan sylinteritilasta syöttöputken (15), läpimenoreiän (14) ja voiteluainekupin (13) kautta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tiivistysjärjes telmä, tunnettu siitä, että syöttöputki (15) on varustettu painevoitelunipalla (16).

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen tiivistys-järjestelmä, tunnettu siitä, että painevoitelu- 15 nippa (16) on varustettu takaiskuventtiilillä.

7. Tiivisterengas tiivisteholkkitiivistysjärjestel-mää varten, joka on tarkoitettu käytettäväksi säätö- ja sulkuarmatuureissa, joka tiivisterengas on valmistettu joustavaa grafiittia olevasta kalvosta, edullisesti nauha- 20 materiaalin muotoon sovitetuista, paisutettua puhdasta grafiittia olevista kalvoista, tunnettu siitä, että tiivisteeseen on sovitettu tahnamaista voiteluainetta, jonka kiintoainepitoisuus edullisesti on välillä noin 5-10 paino-%.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen tiivisterengas, » ’ tunnettu siitä, että voiteluaine on erikoisainet- ta, jonka pohjana on - grafiitti, - boori, typpi ja polytetrafluorieteeni (PTFE), 30 joiden kiintoainepitoisuus on noin 30 paino-%, - hentoni, jossa on hienonhienoja kupari- tai lyi-jypartikkeleita, tai - silikaatti, jossa on fluorattua polyeetteriöljyä ja PTFE:tä. 35 12 95075

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen tiiviste-rengas, tunnettu siitä, että se on ennen tiivis-tetilaan asettamista sovitettu tiivistehylsyn muotoon, jossa on integroitu jakorengas. 5 « 4 „ 95075