NO131404B - - Google Patents

Description

Høytrykk<g>pakning.

Foreliggende oppfinnelse angår en pakningsanordning til bruk ved tetning av en sammenføyning mellom sammensatte de-

ler f. eks. sammenføyningen mellom over-delen og huset i en ventil, og angår særlig en pakning for bruk ved tetning av en sam-menføyning i apparater som er beregnet på lagring og foring av væsker ved høye trykk, og særlig væsker som ved lekkasje selv i små mengder kan være farlige for personell og omgivelser.

Forskjellige typer skjøter som er beregnet på å gi fullstendig tetning er blitt anvendt og blant disse finnes flensskjøter med pakninger, flensskjøter med sveisede flenser og rette sveisede skjøter. Flens-skjøter har imidlertid vist seg å være lite tilfredsstillende, særlig i store installasjo-

ner på grunn av deres uforholdsmessig sto-

re dimensjoner og vekt. På liknende måte er skjøter med pakninger der effektivi-teten bare hviler på ettergivenheten i det pakningsmateriale som benyttes, begrenset med hensyn til de trykk de er i stand til å motstå. Sveisede skjøter, selv om disse er helt tette og av lett konstruksjon, kan ikke skilles på en lettvint måte og krever av-skjæring eller åpning av sveisen med med-følgende omkostninger og forsinkelse når deler som er tett sammenføyet tas fra hverandre på denne måte. Åpning av en sveiset skjøt fører også ofte til en perma-nent beskadigelse av de deler som tas fra hverandre på denne måte.

Pakning av skjøter vanskeliggjøres yt-terligere ved virkningen av høye eller varierende temperaturer på tetningsanordningen og på de sammensatte deler som danner skjøten. I tillegg krever pakning av skjøtene at en pakningsanordning skal være effektiv både ved de høye temperaturer som den er beregnet for og for de lave temperaturer som anlegget kan bli ut-

satt for med jevne mellomrom under drift av apparatet, f. eks. når apparatet første gang settes i drift.

Hensikten med foreliggende oppfinnel-

se er å tilveiebringe en pakningsanordning som vil tette en skjøt mellom to sammensatte deler like effektivt som sveising men som muliggjør adskillelse av delene på en enkel måte, som tilveiebringer en sam-menføyning som er lett og kompakt, som tilveiebringer en sammenføyning som ikke påvirkes uheldig av høye temperaturer el-

ler temperaturer som varierer innen vide grenser, som sikrer effektiv tetning mot høye og lave trykk, som kan utføres for bruk ved en sammenføyning av en hvil-

ken som helst størrelse og av forskjellige typer, hvis virkningsgrad automatisk øker proporsjonalt med økning i det væsketrykk pakningen er utsatt for, som er innrettet til bruk ved tetning av en sammenføyning mellom deler som er skrudd sammen men som er uavhengig av størrelsen på den relative bevegelse mellom de nevnte deler,

og å tilveiebringe fremgangsmåte til opp-bygning av en tetning med de ovennevnte trekk der fremgangsmåten er enkel og bil-

lig.

Pakningsanordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse forhindrer lekkasje av væske under trykk gjennom sam-menføyningen eller skjøten mellom tett sammenstøtende, normalt stasjonære, i det vesentlige stive deler som hver har en tetningsflate, idet de to deler er utsatt for væsketrykket på en slik måte at dette søker å unnvike mellom dem, hvilken pakningsanordning omfatter en pakningsdel som er i berøring med begge de to nevnte deler og har en forholdsvis stor flate som alltid utsettes for væsketrykket og forholdsvis små kontaktflater mot de respek-tive deler, idet den nevnte store flate er slik plasert i forhold til de nevnte kontaktflater at væsketrykk som søker å unnvike mellom de to stasjonære deler virker på den nevnte store flate og derved frem-bringer et slikt trykk mellom pakningsanordningen og de stasjonære deler ved kontaktflatene at lekkasje av væske under trykk gjennom skjøten forhindres.

Mer spesielt omfatter pakningsanordningen i henhold til oppfinnelsen en ring med en innvendig ringformet fordypning som delvis er begrenset av to ettergivende ringformede, motsatt rettede lepper som er i ett stykke med og som sammen danner en endeflate av ringen, idet den nevnte fordypning i tverrsnitt også i det vesentlige har ringform, og idet de frie kanter av de nevnte lepper står i avstand fra hverandre for å tilveiebringe en smal spalte som gir adgang til fordypningen, slik at når ringen er anbragt over en skjøt som skal tettes med den nevnte innløpsspalte i flukt med skjøten, vil enhver væske under trykk som lekker gjennom skjøten komme inn i fordypningen og vil utøve en utadret-tet kraft mot alle deler av flaten i fordypningen. De ettergivende lepper har konvekse krumme ytterflater og når pakningen plaseres over en skjøt mellom deler som er forsynt med tetningsflater på motstående sider av skjøten vil de nevnte krumme konvekse flater tangentialt komme i anlegg mot tetningsflatene på de nevnte deler.

På grunn av den tangentiale kontakt mellom leppene og tetningsflatene vil arealet av denne kontakt tilnærmet være som en geometrisk linje i bredde, og da flaten i fordypningen som er utsatt for væsketrykket har mye større areal enn sum-men av de meget smale kontaktflater vil man mellom de nevnte lepper og pakningsflatene få et trykk som er vesentlig større enn væsketrykket som skjøten utsettes for. En av de sammensatte deler mellom hvilke skjøten dannes, har innretninger for ut-øvelse av en mekanisk kraft på paknings-ringene for forspenning av ringen tilstrekkelig til å gi en tett kontakt mellom leppene og pakningsflatene under perioder da det væsketrykk skjøten er utsatt for er utilstrekkelig i seg selv til å presse leppene i tett anlegg mot pakningsflatene. Ytter-ligere hensikter, fordeler og detaljer ved konstruksjonen i henhold til oppfinnelsen vil bli fremhevet i den følgende, mer de-taljerte beskrivelse under henvisning til tegningene der:

-fig. 1 viser et vertikalt snitt gjennom en ventil i det vesentlige av vanlig type, og snittet ligger gjennom senterlinjen for ventilstammen og viser anvendelse av en pakning i henhold til foreliggende oppfinnelse for tetning av skjøten mellom ven-tilens hoveddel og den uttakbare del. Fig. 2 viser skjematisk et radielt, vertikalt snitt av tetningsanordningen i større målestokk enn i fig. 1, hvor de to deler er satt sammen ved hjelp av skrugjenger og er pakket ved hjelp av en pakningsanordning i henhold til oppfinnelsen beregnet på å tette skjøten mellom disse deler. Fig. 3 viser i et radialt snitt, et bruddstykke og i ennå større målestokk av pakningsringen som er utført i henhold til foreliggende oppfinnelse slik den ser ut før den settes inn i en skjøt for tetning av denne. Fig. 4 viser et bruddstykke av et radialt snitt gjennom en pakningsring, f. eks. pakningsringen på fig. 3, på et mellomliggende trinn under ringens fremstilling,

fig. 5 viser et diametralt snitt i mindre målestokk enn fig. 4, men gjennom samme ring som i den i fig. 4,

fig. 6 viser ringen i fig. 5 sett fra siden

og inn mot hulrommet,

fig. 7 viser et diametralt snitt gjennom en todelt form som kan benyttes ved forming av ringen fra den tilstand denne er i på fig. 4 til den form ringen har på fig. 3,

fig. 8 viser skjematisk en pakningsring 1 henhold til oppfinnelsen, innsatt i en

hensiktsmessig formet utsparing for tetning av en skjøt mellom forskjellige deler og viser virkemåten for pakningsringen i henhold til oppfinnelsen,

fig. 9 viser et bruddstykke av et snitt som svarer til fig. 8 og illustrerer de dimensjonene forhold som er ønskelige i en pakningsring anvendt for trykk av en stør-relsesorden på 18 kg/cm-.

Fig. 10 viser det samme som fig. 9, men med dimensjonene for en lavtrykksring f.

eks. til bruk ved trykk av størrelsesordenen 2 kg/cm<2> og

fig. 11 viser et liknende snitt med dimensjonene for en ring anvendt for over-ordentlig høye trykk f. eks. et trykk av størrelsesordenen 180 kg/cm<2>.

På tegningene betegner 1 en ventil av i og for seg vanlig type med ventilinn-sats 2 og ventilhuset 3 skrudd i hverandre som vist ved 4 og med skjøten 5 tettet i henhold til oppfinnelsen ved hjelp av pakningsanordningen 6.

Pakningsanordningen som er valgt for illustrasjonens skyld, omfatter en ring 6 (fig. 3) av ettergivende materiale som på en side har en plan flate 7 (fig. 3) og to konsentriske sylindriske periferiflater 8 og 9, som løper over i de ytre periferiene flater 10 resp. 11 for motstående ettergivende lepper 10a og lia som er i ett stykke med selve ringen og som sammen danner den annen sideflate av denne. Ringen har en i det vesentlige ringformet innvendig utsparing 12 der de innvendige periferiene flater av leppene 10a og lia danner deler av utsparingens flater. De motstående frie kanter av disse lepper står i avstand fra hverandre slik at det mellom dem frem-kommer en smal ringformet spalte 13 som gir adgang til utsparingen. Som vist er ra-dien for den øvre del av utsparingen omtrent 1/3 av ringens radielle tykkelse, og den innvendige flate 14 av utsparingen har et 'betydelig flateinnhold. De utvendige flater 10 og 11 på leppene 10a og lia er konvekse og krummet i et hvilket som helst radialsnitt gjennom ringen.

Når en slik pakningsring 6 settes på plass som vist på fig. 1, mellom ventilhuset 3 og ventilinnsatsen 2 og med innløpsspal-ten 13 for ringen i flukt med skjøten 5 mellom ventilhuset og innsatsen vil enhver væske som lekker ut fra kammeret 15 i ventilhuset langs skruegjengene ved 4 og som kommer inn d skjøten 5, passere gjennom spalten 13 inn i fordypningen eller utsparingen 12 der væsken vil utøve et i det vesentlige ensartet trykk over hele arealet av flaten 14 i utsparingen. Den utad rettede kraft som virker på flaten 14 i utsparingen på grunn av væsketrykket, søker å rette ut de ettergivende lepper lOa og lia og fører derved til at deres utvendige konvekse flater 10 og 11 presses mot de i det vesentlige koniske seteflater 16, 17 (fig. 8) på henholdsvis huset og innsatsen. Som påpekt ovenfor er disse seteflater 16 og 17 på ventildelene slik avskrånet at de tan-gentielt kommer i anlegg mot de konvekse krumme utvendige flater på leppene 10ia og lia. Som vist er flatene 16 og 17 skråttstil-let 1 forhold til hverandre i en stump vinkel, fortrinsvis i en vinkel på omtrent 120° og om det ønskes kan disse flater danne like vinkler med planet gjennom skjøten 5. Med denne anordning får flatene 16 og 17 teoretisk sett, kontakt bare langs en linje mot de ytre flater 10a og lia på leppene, og selv om den virkelige kontakt vil ha en bredde som er større enn en geometrisk linje vil ikke desto mindre de virkelige kontaktområder som er ringformede og konsentriske med ringen, være meget små i pakningsanordningen sam-menliknet med flaten 14 i utsparingen der væsken virker under trykk. Trykket som således utøves jevnt over den forholdsvis store innvendige flate 14 av utsparingen virker derfor på de ettergivende de-formerbare lepper 10 og 11 med en kraft som er tilstrekkelig til å bringe utsidene av leppene 10a og lia mot flatene 16 og 17 med et trykk som er betydelig større enn væsketrykket på flaten 14 i utsparingen. Det effektive trykk som holder pakningsanordningen i henhold til oppfinnelsen i anlegg mot de deler mellom hvilke lekkasje ellers ville finne sted vil derfor alltid være større enn væsketrykket i ven-tilen eller beholderen som pakningsanordningen skal tette. Da tetningsleppene 10a og lia er ettergivende vil anlegget for leppene være ensartet langs hele det ringformede kontakt- eller anleggsområde.

Som vist på fig. 1 og 2 er en foribelast-ningsring 18 anbragt på plass ved hjelp av skruer 19 som er skrudd inn i ventilhuset 3.

Denne ring danner en innretning for ut-øvelse av et utvendig mekanisk trykk på

pakningsringen 6 ved tiltrekning av skruene 19. Som vist har denne belastningsring en ringformet fordypning for opptagelse av pakningsringen og den øvre horisontale flate av denne fordypning ligger i anlegg mot oversiden 7 av pakningsringen. Ved å gjøre fordypningen i belastningsringen tilstrekkelig dyp vertikalt kan et på forhånd bestemt trykk utøves på pakningsringen når skruene 19 trekkes til for derved å bringe kontaktflatene 10 og 11 på leppene mot flatene 16 og 17 med en kraft som er tilstrekkelig til å tette skjøten 5 mot lekkasje av væsker som har forholdsvis lavt trykk fra kammeret 15. Sammenføyningen eller skjøten vil således være pakket eller tett selv når væsketrykket i ventilkamme-ret 15 er utilstrekkelig i seg selv til å bøye ut leppene 10a og lia for frembringelse av en tett skjøt. Pakningsanordningen i henhold til oppfinnelsen tilveiebringer en effektiv tetning mot forholdsvis lave væsketrykk og tjener også som en høytrykks-pakning som automatisk vil øke sin virkningsgrad når væsketrykket som tetnin-gen er utsatt for øker.

Det skal påpekes at de ettergivende lepper rundt tetningsringens utsparing, slik de her er vist, er avsmalnende sett i et radielt snitt, og er smalere nær åpningen 13 inn til utsparingen, slik at den tvers-gående stivhet av leppen øker jevnt fra spissene, dvs. fra spalten 13. Denne konstruksjon sikrer bibehold av smale ringformede kontaktflater 10c og lic enten ringen bringes i anlegg mot de tilstøtende flater ved hjelp av forbelastningsringen 18, ved hjelp av forholdsvis lave trykk i utsparingen 12 eller ved hjelp av høye væsketrykk i utsparingen 12.

Det skal videre påpekes at pakningsanordningen i henhold til oppfinnelsen kan utføres for bruk ved tetning av en skjøt eller sammenføyning av enhver stør-relse og kan innrettes til å pakke eller tette en skjøt under væsketrykk som varierer innenfor vide grenser. Fig. 9—11 viser ho-vedformer for tetningsringer sett i radielle snitt til bruk ved tetning av skjøter eller sammenføyninger som er utsatt for forskjellige størrelsesordener av væsketrykk. Som vist på disse figurer kan man ved å variere radiene R<1> og R<2> komme frem til andre variable størrelser som arealet av overflaten 14 i utsparingen, arealet av kontakflatene 10c og lic og størrelsen og avsmalningen av de ettergivende lepper 10a og lia, slik at man får best mulig tetning for forskjellige væsketrykk. Relativt sett kan ringen på fig. 10 være tilfredsstillende under trykk opptil 2 kg/cm<2>, ringen på fig. 9 opptil 18 kg/cm<2> og ringen på fig. 11 tilfredsstillende for trykk opp til 180 kg/cm2.

Et hvilket som helst hensiktsmessig ettergivende materiale kan benyttes i tetningsringen, men da den mest utstrakte anvendelse for denne tetningsring vil være som høytrykkspakning er det særlig tatt sikte på en metallring, fortrinnsvis av stål, som har den nødvendige styrke såvel som den nødvendige ettergivenhet. I tillegg til dette vil stålringer være forholdsvis upå-virket av de høye eller varierende temperaturer som ringene kan utsettes for.

Tetningsringen i henhold til oppfinnelsen kan utformes for bruk i mange typer apparater, f. eks. ventiler, pumper, varmeutvekslere og kondensatorer samt for blokk for håndhull og mannhull og kop-linger for rør med utbøyde ender. Tetnin-gen kan også innrettes til bruk ved tetning av skjøter med deler som er skrudd i hverandre, uavhengig av den relative bevegelse mellom delene. Tetningsringen kan videre utformes slik at man får leppene 10a og

lia og utsparingen 12 på andre flater av

ringen enn det som er vist. Leppene kan således stikke inn fra den ytre flate av ringen slik at man får en utsparing i ringens innvendige periferiflate som vender fra

flaten 9 på den ring som her er vist. På samme måte kan forbelastningsringen 18 være i ett stykke med en eller annen av de deler som er satt sammen og danner en skjøt som skal tettes. Likeledes kan forbelastningsringen utelates ved å utføre tetningsringen selv i ett stykke med en eller annen av de sammensatte ventildeler.

Det skal påpekes at da ringen 6 bare såvidt trykkes sammen av forbelastningsringen 18 kan skjøten 5 lett tas opp når det er ønskelig, og da ringen 6 bare blir svakt deformert av den sammentrykning som ut-øves av forbelastningsringen og av det høye væsketrykk ringen er utsatt for kan ringen 6 benyttes pånytt alt etter ønske.

Fig. 4—7 viser en ny fremgangsmåte til fremstilling av en tetningsring av den art som er beskrevet ovenfor. Et første trin ved denne fremgangsmåte består i fremstilling av en hul sylinder av det ønskede materiale og med innvendige og utvendige diametre som svarer til den ønskede tetningsring, og mens denne sylinder holdes i en roterende chuck blir dens frie ende maskinert slik at man får et spor omtrent med den form som er vist ved 25 (fig. 4). Etter forming av dette spor blir en lengde som er tilstrekkelig til å danne en ring av

den ønskede aksiale tykkelse skåret av sylinderen og man får således den emnering 20 som er vist på fig. 5 og 6. Denne emnering 20 har to konsentriske periferiene flater 23 og 24, den flate endeflate

22 og sporet 25 som er åpent på den side

som vender fra endeflaten. Dette spor har de innvendige flater 26 og 27 (fig. 4). Ringen 20 plaseres deretter i en senkeblokk 28 (fig. 7) med en ringformet kanal 29

av rettvinklet tverrsnitt beregnet på opptagelse av emneringen 20 med flaten 22 av ringen i anlegg mot den indre vegg av kanalen. Kanalen 29 har slik dybde at den gir plass for hovedlegemet av ringen 20 samtidig med at endeflaten 21 med sporet stikker ut fra blokken. En undersenke 30 har en ringformet -kanal 31 med halvsir-kelformet tverrsnitt og undersenken er innrettet til opptagelse av de konsentriske kanter 26a og 27a (fig. 4) av veggene av sporet 25 på ringen 20, og står i flukt med blokken 28 ved hjelp av vanlige styreinnretninger. Blokken 28 føres deretter mot undersenken samtidig med at den styres av de nevnte styreinnretninger, hvorved kantene 26a og 27a kommer i anlegg mot den krumme vegg av kanalen 31

i undersenken. Veggene av kanalen 31 vil når de kommer i anlegg mot kantene 26a og 27a bøye disse innad og derved forme leppene 10a og lia på den endelige ring.

Claims (3)

1. Høytrykkspakning for tetning av en ringformet skjøt (5) mellom to deler (2, 3) som under temperaturforandring kan beveges i forhold til hverandre, der delene (2, 3) utsettes for høyt væsketrykk på en slik måte at dette har tilbøyelighet til å unnvike mellom dem, forbindelsesan-ordninger (4) ved hjelp av hvilke de nevnte stive deler (2, 3) kan trekkes sammen for å redusere gapet i skjøten (5) mellom dem, hvilke deler (3, 2) har koaksiale ringformede tetningsflater (16, 17) når de henholdsvis er anordnet på motstående sider av skjøten (5) og der en stiv ettergivende metallpakningsring (6) koaksialt med skjø-ten (5) er i kontakt med begge tenings-flater (16, 17), hvilken ring (6) har et innvendig ringformet kammer (12) med tverrsnitt omtrent av ringform og en ringformet spalte (13) som gir adgang til det nevnte kammer (12) og som er i flukt med skjøten (5) mellom delene (3, 2) idet ringen (6) er symmetrisk i et hvilket som helst radialsnitt i forhold til en linje som er parallell med ringens (6) akse og som halverer den nevnte spalte (13), mens veg-gen i det ringformede kammer (12) delvis er begrenset av ringformede lepper (10a— lia) som er i ett stykke med ringen (6) og som bøyer seg vekk fra hverandre under påvirkning av et tilstrekkelig høyt flui-dumtrykk i det indre kammer (12), hvilke lepper (10a, lia) har konkave innerfla-ter (14) og avtar i tykkelse mot den nevnte spalte (13), karakterisert ved at hver lep-pe (10a, lia) har en konveks ytterflate (10, 11) som i det vesentlige har linje-kontakt med en av de tilhørende tetningsflater (16, 17) på delene (3, 2), der sum-men av kontaktarealene mellom de nevnte ytre konvekse flater (10, 11) av leppene (10a, lia) og de nevnte tetningsflater (16, 17) er meget mindre enn de totale arealer av de indre flater (14) av leppene (10a, lia), hvorved fluidum trykk som virker på de nevnte indre flater (14) vil føre de nevnte konvekse ytre flater (10, 11) av leppene (10a, lia) mot tetningsflatene (16, 17) med et trykk som langt overstiger flui-dumtrykket.

2. Høytrykkspakning som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at forbelast-ningsanordningen omfatter en trykkring (18) koaksialt med pakningsringen (6) og skruebolter (19) for trekning av trykk-ringen mot pakningsringen (6), slik at den kan settes på eller fjernes fra de sammensatte deler (3, 2) uten å forstyrre gjengefestet (4) som forbinder de nevnte deler (3, 2) med hverandre.

3. Høytrykkspakning som angitt i hvilken som helst av påstandene 1 eller 2, karakterisert ved at pakningsflatene (16, 17) er koniske og heller mot hverandre med en stump vinkel.