NO172455B - Tetningselement - Google Patents

Abstract

Et soppformet stempel (10) drives i frem- og tilbakegående retning i en sylinder (20) ved hjelp av en ringformet, drivende del (70) som omslutter stempelstammen. Den drivende del danner "rotoren" i en elektrisk lineærmotor, hvor "statoren" dannes av sylinderen. Endene av stempelet påvirkes av et større og et mindre trykk henholdsvis Pog PUnder den drivende dels bevegelse i forhold til stempelet under motvirkning av kraften fra en trykkfjær (40) vil en fluidstrøm gjennom en ledning (76) med en innmontert énveis-ventil (60) fremkalle et overtrykk i et kammer mellom pakninger (30,32,34) og forebygge fluidlekkasje rundt pakningen (30). Ved en modifisert utførelsesform ifølge fig. 2 omfatter stempelet (110) en midtbrønn (113,114) som opptar et trykkstempel (180) som påvirkes av en membran (140). I dette tilfelle vil det i brønnen oppstå et overtrykk som gjennom en passasje (116) virker mot en pakning (131), for å forebygge lekkasje rundt stempelet.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et tetningselement som er bevegelig i et av en vegg avgrenset hulrom og som omfatter: en første del og en andre del som er innrettet til å beveges innbyrdes i begrenset utstrekning i elementets bevegelsesretning, tetningsorganer for å opprettet tetning mot veggen, et kammer mellom den første og andre del, og midler for å opprette et fluidtrykk i kammeret for å forsterke tetningsorganenes tetningsvirkning mot veggen slik at en fluidlekkasje over tetningsorganene motvirkes.

Ved utstyr og maskineri av mange typer vil det forekomme at en maskindel som er bevegelig i frem- og tilbakegående retning i et kammer, påvirkes av et første og høyere fluidtrykk på den ene side og av et andre lavere fluidtrykk på sin andre side. På grunn av trykkforskjellen oppstår en tendens til lekkasje mellom den bevegelige del og kammerveggen, slik at fluid kan strømme fra den første stempelside til den andre. Jo høyere trykkforskjellen er, desto større er denne tendens. Lekkasjen er særlig ufordelaktig hvis det er grunn til å unngå at det andre fluid blir forurenset av det første fluid, eller at fluidene blandes. Lekkasje er f.eks. høyst uønsket dersom det første fluid inneholder flytende materiale som må holdes borte fra det andre fluid, for å beskytte andre deler av ut-styret som bringes i forbindelse med det andre fluid.

US-patentskrift 2.696.197 vedrører et ventilarrangement i en trykkluftkretsbryter med to innbyrdes bevegelige stempler. Hulrommet mellom de to stempler står i forbindelse med atmosfæren, slik at det umulig kan dannes et overtrykk mellom stemplene.

US-patentskrift 4.569.641 vedrører en elektromagnetisk pumpe. I utførelsen i fig. 8-14 har pumpen en tilbakeslags-ventil med et ventilelement som beveges ved hjelp av en armatur (fig. 8-10). Imidlertid er der mellom delene ikke noe kammer hvori det kan dannes overtrykk.

US-patentskrift 3.905.278 vedrører en fluidtrykkdrevet jekk av dobbeltvirkende type hvor stempelet er utstyrt med to glidbare pakningsringer. Dette arrangement er slik at trykket mellom pakningsringene ligger mellom trykket på utsiden av pakningsringene, slik at det ikke er tale om noe overtrykk mellom innbyrdes bevegelige deler.

US-patentskrift 1.694.859 vedrører et fluidtett stempel med to innbyrdes bevegelige deler med et fluidvolum mellom seg. Fluidet tilføres fra en smørekopp. Trykket på smøre-fluidet oppnås ved hjelp av en fjær som trekker de to stempel-deler sammen.

US-patentskrift 2.94 6.318 vedrører en form for auto-matisk clutchkopling. Et stempel er utstyrt med en utjevnings-ventil, slik at trykkene på begge sider av det utjevnes. Følgelig kan det ikke dannes noe overtrykk.

Oppfinnelsen har som formål å bedre avtetningen til et tetningselements innbyrdes bevegelige deler mot de tilhørende kamre, og derved eliminere de ovennevnte, ufordelaktige virkninger.

Dette er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved at den første del er utsatt for et første fluidtrykk i hulrommet og innrettet til å drives av den andre del som er utsatt for et andre fluidtrykk som er lavere enn det første trykk og som blir ført frem og tilbake av en drivenhet, og at midlene for å opprette fluidtrykket i kammeret omfatter en kanal som forbinder kammeret med fluidet med det andre trykk og en ventil i kanalen muliggjør en fluidstrømning inn i kammeret ;mens fluid-strømningen i motsatt retning forhindres, hvorved det i kammeret, under den frem- og tilbakegående bevegelse, dannes et trykk som er høyere enn det første trykk.

Kanalen strekker seg fortrinnsvis gjennom den drivende andre del.

Ved disse utførelser kan bevegelsen av det frem- og tilbakegående elementets andre del i forhold til den drevne første del frembringes eksempelvis under en innledende del av hver takt i den frem- og tilbakegående bevegelse, og det vil derved oppstå et overtrykk i trykkammeret.

Ifølge en annen fordelaktig utførelse omfatter tetningselementet ifølge oppfinnelsen et elastisk forspenningsorgan som er plassert mellom det frem- og tilbakegående tetningselementets andre del og den første del, slik at bevegelsen av den andre del i forhold til den første del finner sted mot forspenningen, ved bevegelse i det minste i én retning.

Forspenningsanordningen kan eksempelvis bestå av en mekanisk fjær som virker mellom den drivende andre og den drevne første del, eller en elastisk membran eller et annet element som virker mellom de to deler.

Den drivende andre del kan med fordel bestå av en elektrisk lineærmotor, hvor "rotoren" dannes av den bevegelige del og "statoren" av kammerveggene. I en foretrukket utførelse omfatter således det bevegelige tetningselementets drivende andre del en strømspole mens kammerveggene er utstyrt med en annen strømspole, hvor strømspolene kan energiseres for å frembringe bevegelse av "rotoren" i forhold til "statoren".

Den drivende andre del omfatter fortrinnsvis en ringformet seksjon som i det minste delvis omslutter den drevne første del.

Den drivende andre del kan følgelig være ringformet i sin helhet, og den drevne første del kan ha et hode av større tverrsnitt enn en stamme som omsluttes av den ringformede, andre del.

Ved denne utførelsesform kan forspenningsorganet være anordnet i form av en trykkskruefjær som omgir stammen og virker mellom den ene endeflate av den drivende andre del og den tilgrensende endeflate av den drevne første dels hode. Under sin innledende bevegelse vil følgelig den andre del beveges i forhold til den første del, under motvirkning av fjæren. Bevegelsen i den motsatte retning kan frembringes ved at den motsatte endeflate av den andre del bringes i anlegg mot en anslagsflate på den første dels stamme.

Når den første del har hode og stamme som tidligere om-talt, kan tetningsorganet med fordel være anbrakt på hode-partiets perifere ytterflateparti som vender mot kammerveggen.

I andre utførelsesformer av det frem- og tilbakegående tetningselement kan den drivende andre del omfatte en ringformet seksjon, med tetningsorganet i funksjonsstilling mellom seksjonen og kammerveggen, og en seksjon som strekker seg over den ene ende av den formete seksjon og danner en brønn som opptar ihvertfall et parti av den drevne første del. I denne utførelsesform kan det også være anordnet en fjærende inn-retning, i form av en elastisk membran som strekker seg mellom den drevne første del og den drivende andre del i brønnen, fortrinnsvis ved dennes åpne ende.

Tetningselementet ifølge oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de med-følgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et lengdesnitt av et første apparat med et tetningselement som kan beveges frem og tilbake ved hjelp av en elektrisk lineærmotor i et sylindrisk kammer. Fig. 2 viser et snitt, i likhet med fig. 1, av et andre apparat.

Det er i fig. 1 vist en drevet del i form av et stempel 10 som er glidbart opplagret i en sylinder av sirkulært tverrsnitt som avgrenses av en sylindervegg 20. Stempelet 10 omfatter et hode 12 med større tverrsnittsflate enn stamme 14. Det dannes derved en ringformet endeflate 13 på hodeseksjonen 12. En ringformet pakning 30 som er innført i et spor 31 i stempelhodets 12 sylindriske ytterflate, danner en avtetning sammen med sylinderveggen 20. Stempelets 10 videste endeflate A-L påvirkes av et første væsketrykk P-j_. Stempelets smaleste endeflate A2, av tilnærmelsesvis samme tverrsnittstørrelse som stammen 14, påvirkes av et andre væsketrykk P2. 1 s^- n frie ende er stempelets 10 stamme 14 utstyrt med en ringformet flens 16 som strekker seg et kort stykke mot sylinderveggen 20 og danner en ringformet anslagsflate 17 som vender mot stempelhodet 12.

En ringformet, drivende andre del 70 som omslutter stempelets stamme 14, er innført mellom den tilgrensende endeflate 13 av stempelhodet 12 og den ringformede anslagsflate 17 som dannes av flensen 16. Ved hjelp av en trykkskruefjær 40 som virker mellom stempelhodets endeflate 13 og en overfor-liggende endeflate 72 på drivdelen, tvinges den drivende andre del 70 og stempelet 10 fra hverandre. Et tetningsorgan i form av en første tetningsring 32 som er innmontert i et spor 33 i den drivende andre dels 70 sylindriske yttervegg 73, danner en avtetning mellom den drivende andre del og sylinderveggen 20. Et andre tetningsorgan i form av en andre tetningsring 34, som er innmontert i et spor 35, danner en avtetning mellom stempelets stamme 14 og den drivende andre dels 7 0 sylindriske innervegg 74.

Den drivende andre del 7 0 danner "rotoren" i en lineærmotor, og er derfor utstyrt med motorens rotorvikling 50. Motorens stator dannes av sylinderveggen 20, som følgelig er utstyrt med en statorvikling som, i likhet med andre deler av motoren, ikke er vist.

I den drivende andre del 70 er det anordnet en aksialt løpende ledning 76 som rager mellom endeflatene 71 og 72. I ledningen 7 6 er det innmontert et roteringsventilelement 60 som ved hjelp av en trykkfjær 63 trenges mot et ventilsete 64 i ledningen. Virkemåten av anordningen som er vist i fig. 1, er beskrevet i det etterfølgende. Det antas at væsketrykkene P-L og P2 virker mot det frem- og tilbakebevegelige element, og at trykkvæsken P-^ inneholder en forurensning som ikke må passere rundt pakningen 30.

Det andre fluid strømmer gjennom ledningen 76, åpner ventilen 60 og innstrømmer i et overtrykkammer som er avgrenset mellom stempelhodets 12 ringformede endeflate 13 og den drivende andre dels 70 endeflate 72. Trykket som frem-bringer denne fluidstrøm, vil være undertrykket som forårsakes av fjæren 40 minus reguleringsventiltrykket, forutsatt at P]_ og P2 er like store.

Ved oppladning av den elektriske lineærmotor vil den drivende andre del 70 beveges eksempelvis nedad (ifølge fig. 1). Fra posisjonen ifølge fig. 1 vil det under den første del av denne takt foregå innbyrdes bevegelse av den andre del 70 og stempelet 10, inntil endeflaten på den andre dels 70 endeflate 71 bringes i anlegg mot anslagsflaten 17 på stempelstammen 14. Fortsatt bevegelse av den andre del 70 vil medføre bevegelse av stempelet 10 i samme retning som den andre del. Under denne bevegelse vil mer av det andre fluid strømme gjennom ledningen 76 og sikre at overtrykkammeret holdes fylt med det andre fluid.

Når den andre dels 70 bevegelse reverseres, vil det foregå innbyrdes bevegelse av delen 70 og stempelet 10 under motvirkning av fjæren 40. Denne bevegelse (oppad i fig. 1) av den andre del 70 vil medføre at det oppstår et trykk Pc i overtrykkammeret. Trykket Pc virker mot den side av pakningen 30 som ellers bare ville påvirkes av trykket P2. Strømmen av forurenset fluid rundt pakningen 30 blir derved stoppet av overtrykket Pc-P-j_.

Under antakelse av at den frie ende av stempelets stamme 14 har et flateareal lik A2, kan det påvises ved likevekt at

slik at Pc alltid vil være større enn P^, forutsatt at P-^ er høyere enn P2.

Anordningen som er vist i fig. 2, omfatter et frem- og tilbakebevegelig tetningselement i form av et stempel 110, et trykkstempel 180 og en membran 140, samt en sylinder som er avgrenset av en sylindervegg 120 av sirkulær tverrsnittsform. Tetningsorganer i form av fingpakningene 131, 132 som er innmontert i respektive spor 133 og 134 i stempelets 110 sylindriske yttervegg, danner avtetninger mellom stempelet og sylinderveggen 120 ved motsatte ender av stempelet 110.

Stempelet 110 innbefatter en midtbrønn som har sirkulært tverrsnitt og er avtrappet, hvorved det dannes et ytterparti 113 som har større tverrsnittsflate enn innerpartiet 114. Brønnen opptar trykkstempelet 180, og en ringpakning 135 i et ringspor 136 i brønnveggen, befinner seg i funksjonsstilling mellom trykkstempelet 180 og den sylindriske sidevegg av innerkammerpartiet 114. I ytterenden er trykkstempelet utstyrt med en flens 182 som er opptatt i en forsenkning av motsvar-ende form i membranen 140, som i sin tur er forbundet med den sylindriske sidevegg av det ytre brønnparti 113 gjennom en ringformet membranribbe 141 i inngrep med et spor 114 i brønnveggen.

En radialpassasje 116 strekker seg fra innersiden av det ytre brønnparti 113 til ringkanalen mellom pakningene 131 og 132. En rørledning 117 i stempelet 110 strekker seg fra innerenden av det ytre brønnparti 113 til innerenden av det indre parti 114, og opptar et innmontert reguleringsventilelement 160 som tvinges av en trykkfjær 162 mot et ventilsete 161. Gjennom en langsgående kanal 118 i stempelet 110 står brønnens innerende i forbindelse med det andre fluid av trykk P2.

Stempelet 110 danner "rotoren" i en elektrisk lineærmotor og er utstyrt med en rotorspole 150. Sylinderveggen 120 innbefatter en statorspole (ikke vist).

Som i fig. 1, har det viste stempel 110 en endeflate med flateareal A-^ som påvirkes av et første trykk P-j_. Innerenden av trykkstempelet 180, av flatestørrelsen A2, påvirkes at et andre trykk P2-

Anordningen som er vist i fig. 2, fungerer på samme måte som anordningen ifølge fig. 1. Gjennom ledningen 117 og kanalen 118 kan det andre fluid innstrømme i et overtrykkammer som er anordnet i det ytre brønnparti 113 av innerkammeret og nedenfor membranen 140. Trykket Pc i trykkammeret virker mot pakningene 131 og gjennom radialpassasjen 116.

På samme måte som ved anordningen ifølge fig. 1 vil oppladning av den elektriske lineærmotor forårsake frem- og tilbakegående bevegelse av stempelet 110 som en drivende andre del som driver trykkstempelet 180 som en drevet del gjennom membranen 140, som derved deformeres elastisk. Som ved anordningen ifølge fig. 1 kan trykket Pc beregnes av formelen

forutsatt at P]_ er større enn P2. En uønsket strøm av den første væske rundt pakningen 131 vil derved hindres av overtrykket Pc-P1.

I de modifiserte utførelser som er beskrevet i det oven-stående, er lineærmotor-drivverket erstattet av drivdeler be-stående av stang- og sveivearm hvor stangen er forbundet med den drivende andre del 70 eller 110.

Claims (10)

1. Tetningselement som er bevegelig i et av en vegg (20;120) avgrenset hulrom og som omfatter: en første del (12;180) og en andre del (70;110) som er innrettet til å beveges innbyrdes i begrenset utstrekning i elementets bevegelsesretning, tetningsorganer (31,32;131,132) for å opprettet tetning mot veggen (20,120), et kammer mellom den første og andre del (12,180;70,110), og midler (76;117) for å opprette et fluidtrykk (Pcj i kammeret for å forsterke tetningsorganenes tetningsvirkning mot veggen (20,120) slik at en fluidlekkasje over tetningsorganene motvirkes, karakterisert ved at den første del (12;180) er utsatt for et første trykk (P-^) i hulrommet og innrettet til å drives av den andre del (70;110) som er utsatt for et andre fluidtrykk (P2) som er lavere enn det første trykk (P-^) og som blir ført frem og tilbake av en drivenhet (50;150), og at midlene for å opprette fluidtrykket (PC) i kammeret omfatter en kanal (76;117) som forbinder kammeret med fluidet med det andre trykk (P2) og en ventil (60;160) i kanalen (76;117) muliggjør en fluidstrømning inn i kammeret mens fluidstrømningen i motsatt retning forhindres, hvorved det i kammeret under den frem- og tilbakegående bevegelse dannes et trykk som er høyere enn det første trykk (P-j_) .

2. Tetningselement i samsvar med krav 1, karakterisert ved at kanalen (76;117) strekker seg gjennom den andre del (70;110).

3. Tetningselement i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at et elastisk forspenningsorgan (40;140) er plassert mellom det frem- og tilbakegående tetningselementets andre del (70;110) og første del (120;180), slik at bevegelsen av den andre del i forhold til den første del finner sted mot forspenningen, ved bevegelse i det minste i én retning.

4. Tetningselement i samsvar med krav 3, karakterisert ved at forspenningsorganet omfatter en mekanisk fjær (40) .

5. Tetningselement i samsvar med krav 3, karakterisert ved at forspenningsorganet omfatter en elastisk membran (140) .

6 Tetningselement i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at den første del (12/180) har en hodedel (10;110) som er utsatt for det første fluidtrykk (P-^) og som har større tverrsnitt enn en stamme (14;180) som er opptatt i en åpning i den andre del (70;110).

7. Tetningselement i samsvar med krav 6, karakterisert ved at den andre del (70) er: ringformet og omslutter den første dels stamme (14).

8. Tetningselement i samsvar med krav 6, karakterisert ved at den andre del (110) omfatter et hulrom (114) hvori den første dels stamme (180) befinner seg.

9. Tetningselement i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at den andre del omfatter en lineær elektrisk motor som er utstyrt med viklinger (50;150).

10. Tetningselement i samsvar med krav 9, karakterisert ved at den elektriske motors viklinger (50;150) er anordnet i den andre del (70;110) og samvirker med en stator (20) som avgrenser hulrommet.