NL8102198A - Ringvormige pakking voor een statische afdichting voor zeer hoge temperaturen en kleine drukverschillen, alsmede werkwijze voor de vervaardiging van de pakking. - Google Patents

Description

*# t «1« w -β--9 -

Korte aanduiding: Ringvormige pakking voor een statische afdichting voor zeer hoge temperaturen en kleine drukverschillen, alsmede werkwijze voor de vervaardiging van de pakking·?

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd.: Costantino Vinciguerra

Be uitvinding heeft Betrekking op een ringvormige pakking voor statische afdichting voor zeer hoge temperaturen en kleine drukverschillen. Be uitvinding Beoogt een grote mate van elastische vervormBaarheid te verschaffen zowel in axiale als in radiale:rich-5 ting, terwijl de pakking gemakkelijk en snel goedkoop kan worden vervaardigd, met verschillende diameters, ook met aanzienlijke afmetingen, op het moment waarop hij wordt geBruikt·

Be uitvinding heeft verder Betrekking op een werkwijze voor het verschaffen van een dergelijke pakking· 10 Zoals Bekend is wordt een ringvormige statische afdich- tingspakking voor zeer hoge temperaturen en lage drukverschillen geBruikt om de afdichting te verkrijgen tussen passende mechanische onderdelen die onderhevig zijn aan relatieve verplaatsing als gevolg van verschillende thermische uitzetting van die onderdelen onder 15 invloed van temperatuurverschillen.

ïïit het voorgaande blijkt dat een statische afdichtings-pakking veerkrachtig genoeg moet zijn om de onderlinge verplaatsingen op te vangen van de ten opzichte van elkaar passende onderdelen en om die verplaatsingen te compenseren.

20 Bij de huidige stand van de techniek is er een aantal verschillende soorten van deze statische afdiehtingspakkingen voor zeer hoge temperaturen en lage drukverschillen. Be meeste van de Bekende pakkingen Bestaan in hoofdzaak uit ringenvan metaal of van asbest dat wordt versterkt door draden van een duur metaal; als 25 gevolg van het feit dat ze slechts een zeer geringe mate van elastische vervormBaarheid hebben kunnen ze absoluut niet worden geBruikt wanneer de onderlinge verplaatsingen van de passende onderdelen groot worden, zoals men in het Bijzonder ondervindt op het gebied van gasturbines voor vliegtuigen of voertuigen waarin, tijdens het 50 starten of stoppen, de onderdelen aanzienlijke temperatuurverschillen 8102198 -2- <0 * ondergaan. Deze temperatuurgradienten treden op verschillende tijdstippen op in de verschillende onderdelen die met elkaar in aanraking zijn, als gevolg van verschillen in dikte en verschillende warmte-overdrachtscoefficienten in de verschillende onderdelen, zodat er 5 differentiële uitzettingen ontstaan in de diverse in elkaar pas* sende onderdelen; deze uitzettingen kunnen zelfs liggen in de orde van grootte van een cm in het geval van turbines voor op het land bewegende voertuigen.

Momenteel wordt, om aanzienlijke onderlinge dislokaties 10 toe te laten tussen passende onderdelen, een speciale statische afdichtingspakking gebruikt die Belleville-pakking genoemd wordt (kegelschijfveerafdichting), die in hoofdzaak bestaat uit een metalen ring waarvan de omtreksranden schuin lopen naar de as van de ring, en welke ring in voorgespannen toestand, d.w.z. radiaal samengedrukt, 15 tussen de betreffende passende onderdelen wordt geplaatst.

Een dergelijke ringvormige statische afdichtingspakking voor zeer hoge temperaturen en kleine drukverschillen vertoont echter een aantal bezwaren * Het voornaamste bezwaar wordt in hoofdzaak veroorzaakt door de omstandigheid dat de pakking, naast het feit dat 20 hij ook radiale verplaatsingen toelaat als onderscheiden van axiale, een niet te grote mate van elastische vervormbaarheid heeft, zodat slechts onderlinge verplaatsing met een betrekkelijk geringe waarde toegelaten wordt, in de orde van grootte van enkele tienden van een mm, in tegenstelling tot de meerdere mm die in het algemeen op het 25 gebied van het gebruik van gasturbines vereist zijn. Een andere tekortkoming is het gevolg van de hoge kostprijs van de afdichtingen, speciaal wanneer ze toegepast moeten worden bij onderdelen met een grote middellijn, zoals in het algemeen het geval is op het gebied van de gasturbines, Verder geeft een dergelijke pakking aanzienlijke 30 moeilijkheden bij de montage omdat, vanwege de eis dat de metalen ring noodzakelijkerwijs geopend moet worden om tussen de passende mechanische onderdelen te kunnen worden ingebracht, in een later stadium de tegen elkaar liggende eindranden van de gespleten ring moeten worden gelast, hetgeen tijd kost en een toename van de kost-35 prijs met zich meebrengt. Tenslotte brengt dit, omdat een afdichtingspakking niet precies geleverd kan worden op het moment waarop hij wordt aangebracht, zodat er tevoren een voorraad moet zijn van pakkingen van verschillende diameters, problemen met zich wat betreft opslag en verpakking, hetgeen zeer ernstig wordt wanneer het gaat 40 om afdichtingen van grote afmetingen.

8102198 . * -3-

Een andere bekende soort statische afdichtingspakkingen, waarmee onderlinge verplaatsingen tussen passende onderdelen toegelaten worden die groter zijn dan welke gecompenseerd worden door de bovengenoemde kegelschijfafdichtingen van een Belleville-type, is 3 een ringvormige metalen balg, die verwant is aan de expansiekoppe-lingen voor pijpleidingen, en die ingebracht wordt tussen passende onderdelen nadat hij tevoren axiaal is samengedrukt. Ook dit laatste type afdichting laat geen compenserende verplaatsingen toe in de orde die vereist is op het gebied van de gasturbines. Bovendien staat hij 10 bloot aan alle bezwaren van de kegelschijfafdichtingen, waaronder het feit dat slechts verplaatsingen in een enkele richting zijn toegelaten, in het onderhavige geval de axiale richting, en verder ontstaan moeilijkheden bij het ontwerp als gevolg van de niet verwaarloosbare axiale omvang; dit is het gevolg van een noodzaak twee 15 flenzen te hebben om de desbetreffende einden van de metalen balg te verbinden met de betreffende twee passende onderdelen.

Be uitvinding heeft dan ook ten-doel de hierboven genoemde bezwaren te ondervangen door het verschaffen van een nieuwe ringvormige statische afdichtingspakking voor zeer hoge temperaturen en 20 lage temperatuurverschillen, waarin een aanzienlijke konstruktieve eenvoud, een gemak bij de installatie en goedkoop worden gekombineerd met een hoge mate van elastische vervormbaarheid zoals in axiale als in radiale richting.

Volgens de uitvinding wordt dit, voor een afdichtingspak-25 king die geplaatst moet worden tussen twee passende mechanische onderdelen die onderhevig zijn aan relatieve onderlinge verplaatsing als gevolg van verschillende warmte-uitzetting, door middel van een laminaire band van fabrieksgehard metaal dat tevoren is gebogen en op zichzelf gewikkeld in een aantal spiralen met een willekeurige, 30 tevoren gekozen middellijn, waarbij de eerste en de laatste spiraal door klinknagels of door puntlassen zijn vastgezet, en welke band in dwarsdoorsnede de vorm heeft van een open V waarvan het concave vlak gericht is naar het uitwendige van de spiralen en de top naar achteren doorgedrukt is zodat een keelvormige holte wordt gevormd die groten-35 deels het verloop heeft van een cirkelomtrek.

Be voordelen van een dergelijke statische afdichtingspakking zullen nu in een oogopslag duidelijk zijn.

Omdat de pakking gemaakt wordt met een in de fabriek geharde metalen band, die een dikte heeft van enkele tienden van een mm, 40 heeft hij in de eerste plaats een uiterst licht gewicht, zodat de 8102198 *’ ’ -4- kostprijs vrijwel onafhankelijk wordt van de keuze van het gebruikte materiaal.

De pakking kan dus ook worden gemaakt met zeer dure materialen, zoals 18/8 roestvrij staal of speciale legeringen voor 5 zeer hoge temperaturen (Monel, Inconel, Nymonic en dergelijke andere materialen), waardoor de pakking in staat is om kookafdichtings-problemen op te lossen in zeer corrosieve milieus zoals die welke men aantreft in nucleaire installaties voor de jSroduktie van verrijkt uranium volgens de gasdiffusiemethode, waarin uraniumhexafluoride 10 in gasvorm wordt gebruikt, of in het algemeen in de conventionele chemische bedrijven.

Het verloop van de dwarsdoorsnede van de betreffende pakking maakt hem bovendien uitermate goed elastisch vervormbaar, zowel axiaal als radiaal, en in staat om zelfs aanzienlijke onder-13 linge verplaatsingen toe te laten tussen passende onderdelen, welke verplaatsingen liggen in de orde van grootte van enkele centimeters. Uiteraard is de vorm van de pakking zodanig dat hij, onder axiale drukkrachten, een axiale vervorming ondergaat en gelijktijdig een elastische radiale vervorming; deze vervormingen kunnen liggen in de 20 orde van grootte van ongeveer 20$ van de breedte van de metalen band waaruit de afdichting is vervaardigd, zodat door een geschikte keuze van deze breedte de vervormingen een waarde van enkele centimeters kunnen bereiken. Verder zorgt de speciale vorm van de pakking er, doordat het concave oppervlak naar buiten wijst ten opzichte van 2f> de spiralen, ervoor dat de pakkingband gemakkelijk en blijvend kan worden gebogen volgens verschillende kromtestralen zodat verschillende diameters ontstaan; het is ook belangrijk dat deze kunnen liggen in de orde van grootte van 5 m en meer ter aanpassing aan verschillende eisen, terwijl toch het verloop van de dwarsdoorsnede ongewijzigd 30 gehandhaafd blijft; zoals hierboven werd geschetst geeft dit verloop van de doorsnede aan de band een aanzienlijke elastische vervormbaar-heid. De aanwezigheid van de keelvormige uitsparing vervult op zijn beurt de drievoudige kaak van verhoging van de elastische vervormteaar-heid van de band, en dus van de statische afdichting als geheel, het 35 waarborgen van vormstabiliteit bij de gekozen middellijn, en het ten opzichte van elkaar geleiden en centreren van de verschillende spiralen waaruit de afdichtingspakking is samengesteld.

Omdat anderzijds de pakking spiraalvormig is opgebouwd, is hij in staat op efficiënte wijze drukverschillen weg te werken 40 onder bijzonder ongunstige omstandigheden, met uitermate geringe lek- 8102198 -5- V ♦ verliezen, omdat het mogelijk is het aantal spiralen te variëren.

In het algemeen ligt dit aantal op drie en tien, consistent met de op te vangen drukverschillen. Bovendien ondervindt mein tijdens de montage geen moeilijkheden omdat men slechts de eerste en de 5 laatste slag moet vastzetten, hetgeen gemakkelijk kan worden gedaan met eenvoudige nagels of door puntlassen.

Tenslotte ligt een extra voordeel in het feit dat er geen omvangrijke problemen meer bestaan wat betreft het opslaan en bewaren van gerede pakkingen, omdat men slechts een klein stel laminaire 10 banden bij de hand hoeft te hebben van in de fabriek gehard metaal met verschillende breedte, op spoelen gewikkeld. Be pakkingen kunnen nu immers gemakkelijk en snel op de juiste maat worden gemaakt in verschillende, zelfs zeer grote diameters, op het moment zelf van de montage, door een eenvoudige koudvervoxmende bewerking die uit-15 gevoerd wordt met een stel rollen. Boor het speciale verloop van de dwarsdoorsnede van de afdichting levert dus een enkele handeling zowel de uiteindelijke -dwarsdoorsnedevorm van de band als de kromming die nodig is om een afdichtingspakking te verkrijgen met elke willekeurige gegeven diameter. Eet is ook mogelijk om de kromtestraal te 20 veranderen terwijl heb verloop van de dwarsdoorsnede ongewijzigd blijft, door slechts het stel rollen te verstellen.

Verder wordt volgens de uitvinding de laminaire band van het in de fabriek geharde metaal waaruit de ringvormige statische afdichtingspakking bestaat tevoren ingesteld op de verwachte diameter 25 en gevormd tot de genoemde open V met een halfcirkelvormige holte door een kouderolbehandeling. Baarbij wordt de band, terwijl hij af-gewikkeld wordt van een voorraadspoel en zijdelings wordt geleid door twee geleidingsrollen, gevoerd door een eerste stel centreerrollen die geschikt zijn om een kleine keelvormige groef tot stand te brengen 30 volgens de middellijn van de band, waarna de band door een tweede stel vormrollen wordt gevoerd die geschikt zijn om aan de band een uiteindelijk dwarsdoorsnedeverloop te geven, d.w.z. de band te buigen volgens het verloop van een open V met een keelvormige, halfcirkelvormige holte die aansluit op de tevoren ingedrukte kleine keel die 35 door het eerste stel rollen is gemaakt, en tenslotte door twee extra stellen rollen die precies dezelfde vorm hebben als de rollen in het tweede stel, waarbij een drukrol daartussenin de vorm indrukt met een instelbare kracht die bestemd is om aan de aldus gevormde band de gewenste kromtestraal te geven.

40 Uit het bovenstaande zal duidelijk zijn dat de buiging of 8102 198 -5» % -6- voorkromming van de band sléchts een funktie is van de grootte van de kracht waarmee de drukrol op de band inwerkt; door verandering van die waarde wordt het dan ook gemakkelijk mogelijk om de genoemde voorkromming te veranderen, zodat statische afdichtingspakkingen 5 worden verkregen met een aantal verschillende diameters; dit wordt bereikt zonder ook maar in het minst de dwarsdoorsnede van de band te veranderen.

Se uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening van een uitvoeringsvoorbeeld.

10 Fig. 1 is een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van twee pas sende onderdelen die onderhevig zijn aan relatieve onderlinge verplaatsing als gevolg van verschillen in warmte-uitzetting, waarbij de afdichting daartussen wordt verschaft door een statische afdich-tingspakking volgens de uitvinding; 15 Fig. 2 is een aanzicht van de in fig. 1 weergegeven pak king;

Fig. 5 is een dwarsdoorsnede van de pakking volgens de lijn A-A in fig. 2;

Fig. 4 toont perspektivisch een eerste spiraal of begin-20 spiraal van de ringvormige statische afdichtingspakking volgens de uitvinding;

Fig. 5 toont een gedeeltelijke doorsnede volgens de lijn B-B in fig. 4» waarbij met gebroken lijnen de vervorming van de la-minaire band is aangeduid die wordt veroorzaakt door de werking van 25 axiale samendrukking gepaard gaande met radiale samendrukking van die pakking;

Fig. 6 toont schematisch de machine voor het koudrollen en voorvormen van de laminaire band volgens de uitvinding;

Fig. 7 toont schematisch een vooraanzicht van een onder-30 deel van de machine uit fig. 6, gezien volgens de lijn G-C in fig.6;

Fig. 8 toont schematisch een aanzicht van een ander detail van de machine uit fig. 6, gezien volgens de lijn D-D in fig. 6; en

Fig. 9 toont schematisch een vooraanzicht van nog een ander detail van de machine uit fig. 6, gezien volgens de lijn E-E 35 in fig· 6.

In de tekening zijn door 1 respektievelijk 2 twee mechanische onderdelen aangeduid die ten opzichte van elkaar passen en onderhevig zijn aan relatieve onderlinge verplaatsir-ng als gevolg van verschillen in warmte-uitzetting. In de delen 1 en 2 is een 40 ringvormige zitting 3 aanwezig waarin, bij axiale samendrukking, een 8102196 ' ‘ ‘ -7- door 4 aangeduide ringvormige statische afdichtingspakking voor zeer hoge temperaturen en lage drukverschillen kan worden ondergebracht.

De pakking 4 bestaat uit een laminaire band van in de fabriek gehard metaal, met een dikte van enkele tienden van een mm, 5 welke, nadat hij zo is gevormd dat langs de middenlangelijn een groef 5 ontstaat met een halfcirkelvormig dwarsdoorsnedeverloop, waarbij de twee delen 6 en 7 zodanig van de gevormde keel 5 zij» afgebogen dat een open 7 ontstaat (zie fig. 5), op zichzelf wordt opgewikkeld in meerdere spiralen met de gewenste middellijn; in 10 het weergegeven voorbeeld zijn er vier spiralen getekend. De aldus gevormde band wordt zo gebogen dat de open 7 vorm met de holle zijde naar buiten wijst ten opzichte van de spiralen, terwijl de kelen 5 van de verschillende gewikkelde spiralen in elkaar komen te liggen.

15 · De vlakke stukken 6 en 7 van de spiraal die het eerst gevormd is worden verder vastgezet aan de corresponderende vlakke stukken 6* en 74 van de tweede gewikkelde spiraal (zie fig. 4) niet klinknagels 8 en 9 of door puntlassen. Hetzelfde gebeurt met de vlakke stukken 6,M en 7,M van de laatste spiraal die (zie fig. 2) 20 worden vastgezet door klinknagels 10 of door puntlassen aan corresponderende stukken 6" en 7" van de eraan voorafgaande spiraal.

Fig. 5 laat duidelijk zien dat het speciale dwarsdoorsnedeverloop van de band waaruit de pakking 4 bestaat aanzienlijke verplaatsingen toelaat zowel in axiale als in radiale richting.

25 Uiteraard wordt, als gevolg van de gecombineerde werking van de axiale en radiale samendrukking van de band, zoals geschiedt wanneer de pakking 4 in de zitting 3 wordt geplaatst, de band gebogen volgens het met een stippellijn getekende profiel in fig. 3, aangeduid door 11; hij ondergaat een axiale elastische vervorming da tezamen met 20 een radiale elastische vervorming Ar, die een waarde kan bereiken tot 20$ van de bandbreedte.

Om anderzijds het in spiralen volgens de gewenste diameter opwikkelen te vergemakkelijken wordt de laminaire band van in de fabriek gehard metaal, gevormd zoals hierboven beschreven, ook te-35 voren gebogen op de te verwachten uiteindelijke diameter. Dit vormen en voorbuigen van de band wordt uitgevoerd door een enkele koude rol-behandeling.

Fig. 6-9 tonen schematisch een machine die voor het beoogde doel geschikt is.

40 Deze machine bestaat in hoofdzaak, in lengterichting 8102198 ' * “8“ achter elkaar geplaatst, uit twee tegenover elkaar liggende gelei-dingsrollen 12 resp. 1? (zie fig. 7) die de laminaire band van in de fabriek gehard laminair metaal 14 opvangen zoals die uit de voor-raadrol 15 komt en die, werkend op de zijkanten van de band, deze 5 band geleiden door een volgend stel centreerrollen 16 reep. 17 die boven elkaar zijn geplaatst en in horizontale richting tegen elkaar worden gedrukt en ingericht zijn om een kleine groef 18 aan te brengen langs de middellijn van de band 14* Daartoe geeft men aan de rol 16 een cilindervlak met een ribbel 19 halverwege tussen de 10 uiteinden, terwijl de erboven liggende rol 17 een oppervlak heeft dat precies =. het spiegelbeeld is van dat van rol 16 (zie speciaal fig· 8)· Het volgende stel vormrollen 20 en 21 is dan bestemd om aan de band 14 de uiteindelijke dwarsdoorsnedevorm te geven, d.w.z, de halfcirkelvormige keel 5 te vormen die in register ligt met de 15 kleine keel 18 die gevormd is door de centreerrollen 16 en 17» on om de vlakke delen 6 en 7 van de band 14 te buigen in de vorm van een open V. Daartoe bestaat de vormïol :20 uit twee afgeknot kegelvormige vlakken die onderling zijn verbonden door een halfcirkelvormige ribbe 22 (zie fig. 9)» terwijl aan de vormrol 21 een opper-20 vlakteafwijking wordt gegeven die precies het spiegelbeeld is van rol 20. Tenslotte zijn twee extra stellen rollen 23.-24 resp. 25-26 met precies hetzelfde verloop als het tweede stel rollen 20-21, bestemd om het verloop van de dwarsdoorsnede van de band 14 gelijk te houden terwijl een drukrol 27, die tussen de genoemde twee stellen 25 rollen is geplaatst, tegen de band 14 drukt met een instelbare kracht 28 om die band te buigen. Door de waarde van die instelbare kracht 28 te variëren wordt de kromtestraal gevarieerd waarmee de gevormde band 14 het laatste stel rollen 25-26 verlaat, zodat het mogelijk wordt om de gevormde band 14 tevoren aan te passen aan elke gewenste 30 diameter.

-Conclusies- 8102 198

Claims (2)

1. Ringvormige statische afdichtingspakking voor zeer hoge temperaturen en lage drukverschillen, bestemd om in gespannen toestand geplaatst te worden tussen twee passende mechanische onderdelen die onderhevig zijn aan relatieve onderlinge verplaatsing als 3 gevolg van verschillende warmte-uitzettingen, met het kenmerk, dat de pakking bestaat uit een laminaire band van een in de fabriek gehard metaal, welke tevoren gebogen is en op zichzelf is opgewikkeld in meerdere spiralen met de gewenste diameter, waarbij de eerste en laatste spiraal door klinknagels of puntlassen 10 zijn afgezet, en welke band in dwarsdoorsnede de vorm heeft van een open 7 met de concave zijde gericht naar buiten ten opzichte van de spiralen en de top naar achteren, zodat een keelvormige holte wordt gevormd met een in hoofdzaak halfcirkelvormig verloop.

2. Werkwijze voor de vervaardiging van een pakking vol-15 gens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de laminaire band van in de fabriek gehard metaal wordt voorgebogen volgens de gewenste diameter en gevormd wordt met een open 7 vormige dwarsdoorsnede met een halfcirkelvormige keelvormige uitsparing door een koude bewerking door middel van rollen, omvattend het doorvoeren van 20 de door een voorraadrol afgegeven en zijdelings door twee geleidings-rollen geleide mand door een eerste stel centreerrollen die ingericht zijn om een kleine keelvormige groef in te drukken volgens de middenlijn van de band, het daarna doorvoeren door een tweede stel vorm-rollen die ingericht zijn om aan de band de uiteindelijke dwarsdoor-25 snedevorm te geven, d.w.z. de band te buigen volgens het verloop van een open 7 met een halfcirkelvormige keelvormige uitsparing die op dezelfde plaats ligt als de door het eerste stel rollen gemaakte kleine keelvormige groef, en tenslotte het door twee extra stellen rollen voeren, welke rollen precies dezelfde vorm hebben als het twee-30 de stel, terwijl een daartussen geplaatste drukrol op de band drukt met een instelbare kraag die bestemd is om aan de band een gewenste kromming te geven. s ss s s s as at ss 8102198