NL8502033A

NL8502033A - Asafdichting.

Info

Publication number: NL8502033A
Application number: NL8502033A
Authority: NL
Original assignee: Ihc Holland Nv
Priority date: 1985-07-15
Filing date: 1985-07-15
Publication date: 1987-02-02
Also published as: EP0213652A1; US4750748A; JPS6217467A

Description

NO 32925 ί

Asafdichting.

De uitvinding heeft betrekking op een asafdichting bestaande uit een ringvormig lichaam van elastisch materiaal, dat aan zijn buitenom-5 trek een inklemrand heeft, met de as in aanraking is met een afdichtlip op het buitenvlak waarvan een in omtreksrichting rondlopende spanveer zonder einde aangrijpt en dat tussen de inklemrand en de afdichtlip een zich in hoofdzaak in axiale richting uitstrekkend membraanachtig schar-nierdeel heeft, dat in radiale richting flexibel is en vrij kan bewegen, 10 welke inklemrand, scharnierdeel en afdichtlip ëên geheel vormen.

Een dergelijke asafdichting is bekend bijvoorbeeld uit de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 7614108, de Nederlandse octrooiaanvrage 6911808, de Europese octrooiaanvrage 0033964 en vele anderen.

Bij al deze bekende afdichtringen heeft de afdichtlip een scherpe 15 rand, die tegen de as aanligt en van waaruit schuine ringvlakken van de as af divergerend verlopen. Deze scherpe rand kan daarbij onder invloed van optredende vervormingen iets afvlakken, maar blijft in wezen als scherpe rand functioneren.

Deze bekende afdichtingen hebben een aantal bezwaren.

20 Het is in de eerste plaats opvallend, dat dit type afdichting al vele decennia lang zonder principiële wijzigingen ten opzichte van de oervorm van de zgn. "simmerring” wordt toegepast. De oervorm van de simmerring had een elastische lip, die door een rondgaande spanveer werd aangedrukt.

25 Deze bekende afdichtingen voldoen redelijk wanneer voldaan wordt aan bepaalde bedrijfsomstandigheden. De zgn. PV-waarde, dat wil zeggen het produkt van het drukverschil over de afdichting en de omtrekssnel-heid van de as, mag bepaalde waarden niet overschrijden.

Verder is van belang de maximaal toelaatbare excentriciteit be-30 staande uit statische en dynamische excentriciteit. Deze is klein. Bijvoorbeeld bij een omtrekssnelheid van 5-10 m/sec mag bij een diameter van 300 mm de excentriciteit slechts 0,4 - 0,7 mm bedragen.

Ter plaatse van de scherpe rand van de afdichtlip vormt zich een smeerfilm, die ontstaat door elastohydrodynamische effekten, echter 35 zelden volledig is. Zeer vaak is hier sprake van grenssmering.'Grenssme-ring levert weer wrijvingswarmte, die weer moet worden afgevoerd teneinde de toelaatbare bedrijfstemperatuur van het elastomeer niet te overschrijden. Zou dit wel plaatsvinden dan verandert de structuur van het elastomeer waardoor dit zo hard wordt, dat het groeven in de as 40 resp. loopbussen, slijt.

.» .-«.> * 7 ^ >* vi ^ ii' i. O U u • » 2

Een as maakt in zijn lager en dus ook in de afdichting per omwenteling allerlei willekeurige kleine bewegingen. De voorspanning van de afdichtlip, de spanning van de spanveer en het drukverschil over de afdichting moeten samen met de flexibiliteit van de afdichtingen, in het 5 bijzonder ter plaatse van het scharnierdeel, ervoor zorgen, dat de afdichting de bewegingen van de as kan volgen. Door de voorspanning en trillingen ondervindt het loopvlak van de afdichtlip een continue stoot-belasting, want vloeistof rondom de lip wordt met de asfrequentie weggedrukt, maar komt weer terug. Wanneer de afdichtlip de as kan 10 blijven volgen blijven ook de hydrodynamische effekten optreden, waardoor de afdichting gedurende lange tijd blijft functioneren. Van groot belang is hier de flexibiliteit van het scharnierdeel.

In bedrijf treedt tijdens het volgen van de bewegingen van de as ter plaatse van de afdichtlip een ondefinieerbare vervorming op van de 15 wigvormige ruimte, die zich aan de membraanzijde van de afdichtlip bevindt. Deze vervorming verandert voortdurend in omtreksrichting en wordt veroorzaakt door: - de niet-concentrische montage van de afdichting ten opzichte van de as; 20 - asbewegingen in radiale zin voortvloeiende uit de lagerspeling en - fabricageonnauwkeurigheden in de vorm van de afdichtlip gezien in omtreksrichting.

Bij de as kunnen ook scheefstellingen optreden, die afhankelijk van de radiale asbewegingen continu kunnen veranderen en axiale bewegingen 25 van de afdichtlip ten opzichte van de as tot gevolg kunnen hebben.

Het drukverschil over de afdichting en de invloed van de temperatuur kan verder aanleiding zijn tot vervormingen.

Bij deze bekende afdichtingen treedt een pompwerking op, die ontstaat in de wighoekvormige ruimte, die in axiale richting en in omtreks-30 richting aanwezig is. In omtreksrichting varieert de wighoekvorm sterk waardoor daarin een hydrodynamische drukopbouw plaats vindt voortvloeiende uit de rotatie van de as. De vloeistofdruk in deze wigvormige ruimte is hoger dan de druk van de af te dichten vloeistof, waardoor vloeistoftransport ontstaat van de membraanzijde of hiel naar de voor-35 zijde of neus van de afdichtlip. Dit werkt in vele gevallen gunstig, omdat een eventueel lek van de afdichting wordt teruggepompt.

Er kunnen zich echter situaties voordoen waarbij de wighoekvorming ontstaat aan de neuszijde van de afdichtlip, bijvoorbeeld door overbelasting wanneer grotere drukverschillen optreden, resp. slijtage. 40 De pompwerking is dan lekkage-verhogend.

,/· ".J U ij w 3 -

Past men de bekende afdichtringen toe voor het scheiden van vloeistoffen dan komt het zeer vaak voor, dat vloeistof wordt verpompt van de hielzijde naar de neuszijde van de afdichtlip. Dit heeft vermenging van de te scheiden resp. ten opzichte van elkaar af te dichten vloeistoffen 5 tot gevolg.

Plaatst men meerdere afdichtlippen achter elkaar, bijvoorbeeld bij een schroefas van een schip, dan treden vaak bij de afzonderlijke afdichtlippen zeer ongewenste situaties op met betrekking tot de PV-waar-de. Bij het achter elkaar opstellen van afdichtringen van het bekende 10 type met tussengelegen kamers, ontstaat alsgevolg van de pompwerking en door temperatuurwisselingen in deze kamer of kamers drukverlaging, die weer temperatuurverhoging en slijtage tot gevolg hebben waarna de druk in deze kamers weer oploopt om vervolgens weer te dalen. Bij een schroefasafdichting kan dit gevolg hebben, dat zeewater in de olie 15 terecht komt.

Door de pompwerking wordt verder vuil in de afdichting gebracht en mogelijkerwijze in de richting van het lager getransporteerd.

Doel van de uitvinding is nu een afdichtring te verschaffen waarmee op zeer eenvoudige wijze de hiervoor geschetste nadelen kunnen worden 20 opgeheven.

Dit doel wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt doordat de afdichtlip met de as in aanraking is met een cilindrisch contactvlak dat zich in wezen over de gehele lengte van de afdichtlip uitstrekt, welke lengte zodanig is, dat de afdichtlip plaats biedt aan éen of meer 25 spanelementen van zodanige werkbreedte, dat de afdichtlip over zijn gehele axiale lengte steeds concentrisch met de as op deze is geleid.

Door het grote axiale contactvlak van de afdichtlip met de as kan deze lip geen hoekveranderingen ten opzichte van de as ondergaan. Het scharnierdeel zorgt er daarbij voor, dat deze cilindrische afdichtlip de 30 excentrische bewegingen en de scheefstelling van de as zodanig volgt, dat hij altijd concentrisch op de as blijft. De ring kan dus niet kantelen en daardoor treedt ook geen pompwerking meer op. Het of de spanelementen zorgen er daarbij voor, dat zij het lichaam van de afdichtlip in de juiste cilindrische vorm houden.

35 Het scharnierdeel kan op de afdichtlip aansluiten op een plaats, die gelegen is tussen de spanveren. In dat geval zal doorgaans als gevolg van de gewenste lengte van het scharnierdeel, een afdichting ontstaan waarvan de inklemrand zich zijdelings van de dichtstbljgelegen rand van de afdichtlip bevindt. In feite kan men nu niet meer spreken 40 van een afdichtlip, maar van een afdichtring.

3502033 4

Men kan het scharnierdeel echter ook op één rand van de afdichtlip of -ring aansluiten.

Volgens de uitvinding is het verder van belang dat het scharnierdeel van de afdichtring een zodanige lengte heeft, en met een zodanige 5 kromming aansluit op de afdichtlip en/of de inklemrand, dat de lip axiaal verplaatsbaar is. Axiale beweeglijkheid is daardoor mogelijk zonder dat dit kantelen van de afdichtlip tot gevolg heeft. Daardoor kan rekening worden gehouden met uitzettingen van het af te dichten medium, in het bijzonder wanneer zich dit tussen twee achter elkaar geplaatste 10 afdichtringen bevindt.

Opgemerkt wordt dat uit het DOS 29 42 712 een afdichting bekend is waarbij de van één spanveer voorziene afdichtlip eveneens een cilindrisch contactvlak heeft. Dit cilindrische vlak is kort; het correspondeert slechts met één spanveer en het scharnierdeel staat 15 radiaal in plaats van axiaal. De radiale asbewegingen en scheefstellingen kunnen daardoor slecht worden gevolgd, waardoor dan toch weer lekkage optreedt. Ook uit de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 6702658 is een afdichting bekend, die bestaat uit een inklemrand, een in wezen axiaal verlopend scharnierdeel en een 20 afdichtlip, welke afdichtlip een smal cilindrisch contactvlak heeft waarachter zich één enkele spanveer bevindt. Ook bij deze bekende afdichtring kan kantelen van de afdichtlip niet worden voorkomen zodat de pompwerking toch nog optreedt. Ook fig. 3 van de eerder genoemde 25 Europese octrooiaanvrage 0033964 toont een van een spanveer voorziene afdichtlip met een cilindrisch contactvlak. Dit is echter ontstaan door radiale aandrukking. In ontspannen toestand heeft het de scherpe rand, getoond in de fig. 2 en 4. Bovendien strekt bij deze afdichtring het gedeelte, dat de inklemrand met de afdichtlip verbindt zich in wezen 30 radiaal uit en is zo kort en met metalen delen ondersteund en versterkt, dat een radiaal volgen van de bewegingen van de as vrijwel uitgesloten is. De bij deze bekende afdichtlip plaatsvindende vervorming heeft grote slijtage tot gevolg.

Plaatst men meerdere afdichtringen achter elkaar met tussengelegen 35 kamers dan doen zich verdere problemen voor doordat een bijvoorbeeld in een dergelijke kamer aanwezige vloeistof, zoals olie, als gevolg van uitzetting door temperatuurverhoging, verdwijnt. Afkoeling daarna heeft een drukdaling tot gevolg, die weer verhoging van de vlaktedruk met zich mee brengt. Dit leidt weer tot slijtage en uiteindelijk lekkage. Volgens 40 de uitvinding kan nu elke afdichtring in de afdichtlip een boring «na ·*·. * c— --η .·/·* ' ] V ? a ^ ^ 'Z;.* ^ Lu v W si? 5 V·' " hebben, die een in het contactvlak van de afdichtlip verlopende smeergroef verbindt met een kamer, die zich tussen opeenvolgende afdichtringen bevindt. Er ontstaat nu betere smering op het loopvlak.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de 5 tekeningen.

Fig. 1 toont in doorsnede een uitvoeringsvorm van de afdichting volgens de uitvinding.

Fig. 2 toont in doorsnede een andere uitvoeringsvorm.

Fig. 3 toont de toepassing van de afdichting volgens de uitvinding 10 bij een schroefaskoker.

De in fig. 1 getoonde afdichting bestaat uit een inklemrand 1, die is ingeklemd tussen twee huisdelen 2 en 3 onder gebruikmaking van een verstijvingsring 4. Op deze inklemrand 1 sluit aan een in wezen axiaal verlopend scharniergedeelte of membraangedeelte 5, dat via een kromming 15 6 overgaat in de afdichtlip 7, die hier de vorm heeft van een cilindrische zool met ter weerszijde van de kromming 6 groeven 8 en 9 voor spanveren 10 resp. II, die zodanig zijn geplaatst, dat zij de zool 7 over zijn gehele axiale lengte op de as drukken.

De doorsnedevorm laat duidelijk zien, dat deze ring of zool 7 radi-20 ale bewegingen van de as en ook scheefstellingen van de as nauwkeurig zal volgen zonder ten opzichte van de as zelf kantelbewegingen of hoek-verstellingen uit te kunnen voeren. Anderzijds zijn geringe axiale bewegingen wel mogelijk door flexibiliteit in de axiale richting van het scharniergedeelte 5 en verbuigingen van de kromming 6.

25 Fig. 2 toont een uitvoeringsvorm met een inklemrand 12, een daarop aansluitend scharniergedeelte 13 en een afdichtlip of zool 14, die is weer voorzien van groeven met spanveren 15 resp. 16, die eveneens zodanig zijn geplaatst, dat zij de zool 14 over de gehele axiale lengte aandrukken.

30 Het verschil met de uitvoeringsvorm van fig. 1 is, dat het schar- nierdeel 13 via het verticale bruggedeelte 17 aansluit op de zool 14 ter plaatse van de buitenrand 18 van de zool 14.

Het is bij beschouwing van deze doorsnedetekening duidelijk, dat ook deze uitvoeringsvorm alle verplaatsingen van de as zonder kantelbe-35 wegingen en dus zonder pompwerking kan volgen.

Fig. 3 toont de toepassing van een aantal van de afdichtringen van het type van fig. 1 bij een schroefaskoker. Op het huis 20 zijn een aantal ringen 21 en 22 vastgeklemd met behulp van een flens 23 en bouten 24. Tussen deze ringen zijn ingeklemd de afdichtringen 25, 26 en 27, 40 waarbij de ringen 26 en 27 in tandem zijn geplaatst en de ringen 25 en "532033 6 26 met de ruggen naar elkaar toe.

Alle afdichtringen hebben in het loopvlak 28 een rondgaande smeer-groef 29, die via een boring 30 in verbinding staat met een kamer 31 tussen twee afdichtringen. Het volume van deze kamer is gering gehouden 5 door toepassing van een in de kamer stekende rand 32.

Tussen de afdichtringen 26 en 25 bevindt zich eveneens een rand 33.

Deze kamers kunnen worden gevuld met een smeermiddel via de boringen 34 resp. 35.

Rechts van de afdichting bevindt zich bij 36 olie. Links daarvan 10 bevindt zich zeewater.

Doordat geen pompwerking plaats vindt, zal de olie niet weglekken in de richting van het zeewater, maar wel zorgen voor smering van de loopvlakken. Deze smering kan tot gevolg hebben dat een uiterst gering deel van de olie uit de ruimte 36 treedt in de kamers gelegen tussen de 15 afdichtingringen, welke olie dan eerst onder de zool van de afdichtring 25 door moet lopen, via de boring dan in de eerstvolgende kamer komt en zo via boring en loopvlak langs eén of meer afdichtringen gaat. Dit is echter een zeer geleidelijke beweging, die voortvloeit uit een drukverschil tussen olie en zeewater over de gebrekkige smeerfilm en die 20 niet het gevolg is van een nadelige pompwerking. Voor vervuiling behoeft men dan ook niet bevreesd te zijn.

Echter ook in omgekeerde zin vindt geen binnendringen van zeewater, vuil enz. plaats in de richting van de oliekamer 36.

Λ (;i *"- ij5 “i

ί- <.· -.· V J

Claims

1. Asafdichting bestaande uit een ringvormig lichaam van elastisch materiaal, dat aan zijn buitenomtrek een inklemrand heeft, met de as in aanraking is met een afdichtlip op het buitenvlak waarvan een in omtreksrichting rondlopende spanveer zonder einde aangrijpt en dat 5 tussen de inklemrand en de afdichtlip een zich in hoofdzaak in axiale richting uitstrekkend membraanachtig scharnierdeel heeft, dat in radiale richting flexibel is en vrij kan bewegen, welke inklemrand, scharnierdeel en afdichtlip één geheel vormen, met het kenmerk, dat de afdichtlip met de as in aanraking is met een cilindrisch contactvlak dat 10 zich in wezen over de gehele lengte van de afdichtlip uitstrekt, welke lengte zodanig is, dat de afdichtlip plaats biedt aan een of meer spanelementen van zodanige werkbreedte, dat de afdichtlip over zijn gehele axiale lengte steeds concentrisch met de as op deze is geleid.

2. Asafdichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het scharnierdeel op de afdichtlip aansluit op een plaats, die gelegen is tussen de spanelementen.

3. Asafdichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het 20 scharnierdeel op een rand van de afdichtlip aansluit.

4. Asafdichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het scharnierdeel een zodanige lengte heeft, en met een zodanige kromming aansluit op de afdichtlip en/of de inklemrand, dat de lip 25 axiaal verplaatsbaar is.

5. Asafdichting volgens een of meer der voorgaande conclusies voorzien van meerdere achter elkaar geplaatste afdichtringen met tussengelegen kamers, met het kenmerk, dat elke afdichtring in de 30 afdichtlip een boring heeft, die een in het contactvlak van de afdichtlip verlopende smeergroef verbindt met een kamer, die zich tussen opeenvolgende afdichtringen bevindt. -;.v;* λ *