NO173407B - Tetningssystem med pakkboks i regulerings- eller stengearmatur - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et tetningssystem med pakkboks i regulerings- eller stengearmaturer, bestående av et ventilhus med pakkboksrom, en delt pakning med enkeltpakningsringer av et basistetningsmateriale og med en respektiv øvre og nedre kammerring for hver av de to pakningsdeler, en med ventilhuset sammenskrudd pakkboksbri 1le, en mellom de to pakningsdeler i pakkboksrommet anordnet smørehylse, hvorigjennom det skjer en glidemiddeltilførsel, samt en aksialt eller også dreibart bevegelig spindel eller aksel, idet pakningskomprimering og- etterstilling skjer med fjærkraft.

Pakkbokstetninger (pakninger) er tetningselementer, som tetter mot væsker og gass mellom innbyrdes bevegbare sylinderflater (se Dubbel , Taschenbuch fur den Maschinenbau, 16. opplag, G 161). Hele pakkbokstetningen består av den fastående del av huset med pakkboksrom, tetningsmaterialet som den egentlige pakning, den med huset sammenskruddbare brille (flens eller gjenge; etterspennbar ), et eventuelt for smøreoljefordeling anordnet mellomorgan, samt den roterende eller aksialt bevegbare aksel eller spindel.

Pakninger er etter de opplysninger som finnes i det nevnte litteratursted, anvendbare for relativt lave glidehastigheter (opptil 0,3 m/s), høye temperaturer (opptil 520°C), høye trykk (opptil 300 bar) og for akseldiametre på fra 10 til 200 mm. Som ytterdiameter for pakningen er det vanlig med dimensjoner fra 18 til 240 mm (opptil 800 mm for utvidelses-kompansatorer i gassledninger), og tetningsprinsippet bygger på at en skruebevegelse i aksial retning gir en tverrdefor-mering og trykking mot de sylindriske tetningsflater. En ventil med pakkbokstetning for høye arbeidstrykk og høye arbeidstemperaturer er eksempelvis beskrevet i DE-OS 3540478.

Som pakningsringer er det vanlig å benytte ringer av grafitt, sammenpresset med bindemiddel, i sentrifugalpumper for venti1 spindler i den kjemiske industri. På grunn av herding av bindemidlet bør bruk av grafitt-pakningsringer unngås. Ifølge bedriftsintern kjent teknikk har man hittil også pakket spindler i regulerings- og stengearmaturer med vanlige, asbestholdige pakningsmaterialer. Slike pakninger gir forholdsvis korte levetider i armaturene, for store lekkasjer og miljøbelastninger, beskadigelser av spindler og armaturdeler og fører til driftsforstyrrelser samt produk-sj onstap.

Ved slike tetningssystemer er det som regel etter ca. 5000 betjeninger nødvendig med en etterspenning (se også Chem.-Ing.-Tech. 49 (1977) nr. 2, s.89-95).

Dessuten ser man en tendens hos myndighetene til å gi spesielle forskrifter. Som eksempel skal her vises til "Technische Ånleitung zur Reinhaltung der Luft" (TA Luft). Det er en klar tendens til også ved tetningssystemer i armaturer av den type som er i vanlig bruk i kjemisk industri eller mineraloljeindustrien, å orientere seg henimot slike gunstige verdier som man kan oppnå i foldebelgarmaturer.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å bedre spindel tetninger i armaturer som skal tilfredsstille teknisk høye krav, med over lengre tid lave lekkasjer og med bibehold av gitte emi ssj ons-grenseverdier.

Dette oppnår man med et tetningssystem av den innledningsvis nevnte type, når de følgende trekk realiseres: a) for fremstillingen av pakningen anvendes folier av fleksibel grafitt som mellomprodukt, og b) ved fremstillingen av pakningen inkorporeres et pastøst glidemiddel i denne, idet folien på forhånd belegges med

glidemiddelet.

En fordelaktig utførelse av tetningssystemet har man når pakningskomprimeringen og den løpende ettersti11 ing av pakningen kan skje ved hjelp av sentrisk anordnede og aksialt virkende tallerkenfjærpakker. Slike tallerkenfjærer har sammenlignet med sylindriske skruetrykkfjærer den fordel at man oppnår en høy fjærkraft med en forholdsmessig lav byggehøyde. Kraftinnledningen i pakkbokspakningen skjer ved hjelp av tilpassede tallerkenfjærer og pakkboksbrillen, idet trykkfjærenes andre ende kan avstøte seg via tilpassede tallerkenfjærer mot skruemuttere på i ventilhuset festede gjengebolter som strekkbelastes.

Som utgangsmateriale for pakningen benyttes hensiktsmessig en ekspandert rengrafitt, som forefinnes i handelen som båndmateriale i ulike bredder. Den for fremstillingen av båndmaterialet benyttede grafittfolie blir av naturgrafitt med grafittsalt som mellomtrinn modifisert til et ekspandert produkt, som så eksempelvis kan bearbeides for tilveiebringe-lse av en riflet grafittfolie, hvorfra man kan fremstille båndmaterialet med en bestemt tverrprofilering, som spesifi-sert av produsenten. Tverrprofileringen vil gi pakningen en god elastisitet, samtidig som funksjonsevnen til den med inkorporert glidemiddel for innbyggingen i armaturen utførte pakning bedres ved at det langs tverrprofileringen dannes glidemiddelfylte lommer, som ligger an mot spindelen.

Som glidemiddel anvendes fortrinnsvis spesialfett, eksempelvis med en komposisjon på basis av grafitt, på basis av bor, kvelstoff og polytetrafluoretylen (PTFE) med en faststoffandel på ca. 30 vekt-$, på bentonebasis med mikrofine kobber-og blypartikler eller på basis av silikater med fluorert polyeterolje og PTFE som ytterligere bestanddeler.

Slike glidemidler tjener vanligvis til smøring og tetning av armaturer og maskinelementer i nærvær av strømmende, aggresive medier i brukstemperaturområdet opptil ca. 280°C. Glidemidlet på basis av fluorert polyeterolje, PTFE og silikater kan benyttes i armaturer hvor det er viktig å ha oksygenbestandighet.

Tallrike forsøksrekker har bekreftet at en virkningsfull pakning ifølge det inventive konsept bare kan fremstilles og benyttes når ved såvel aksialt bevegelig som ved dreiende spindler eller aksler heft- og glidefriksjonen mot den med glidemiddel forsynte paknings-innerside reduseres ytterligere. Denne friksjonsminimalisering sikres med en ekstra glidemiddeltilføring i området ved den delte pakning.

For oppnåelse av optimale driftslevetider og minimale lekkasjer, er selvfølgelige forutsetninger eller betingelser under pakningsfremstillingen en fremragende overflatekvalitet på de anvendte komponenter og en høy dimensjonsnøyaktighet i pakningsrommet. For spindlene er det hensiktsmessig med en overf latekval i tet med en oppruingsdybde R-^ < 2 pm. Også ved etterbearbeidelse av spindeloverflater bør man tilstrebe slik kvalitet. Pakningsrommet bør ha en overflatekvalitet Rt < 15 pm. Komponenter så som spindel, basisskive og pakkboks må innenfor rammen av de tillatte toleranser gis sylindrisk og planparallell form.

Ved fremstillingen av de nye pakninger har beregninger, forsøk og utprøvinger vist avhengigheter mellom paknings-bredden (B) og dertil tilpassede optimaliserte verdier av spindeldiameter (d^) og den totale pakningslengde (L).

De etterfølgende erfaringsverdier gir en oversikt over fortrinnsvise verdier for pakningslengden i avhengighet av spindeldiameter såvel som spesifikasjoner for de tillatte verdier for arbeidstemperatur og arbeidstrykk.

En delt, av flere pakningsringer med høyden (H) og totalleng-den (L) bestående pakning, kan fremstilles i et enkelt presseverktøy under anvendelse av eksempelvis ekspandert rengrafitt-båndmateriale med tverrprofi lering. For praktiske formål kan man regne ut den tilnærmede verdi for den nødvendige båndlengde (1) for en pakningsring etter formelen 1 = 1,3 . (d2<2> - dl2) . l/a.

I samsvar med spindeldiameteren (d^) blir båndmaterialet (se fig. 1) med bredden (B) og den etter formelen utregnede lengde (1) belagt med en glidemiddelmengde tilstrekkelig til at man får en andel glidemiddel i pakningsringens ferdige tilstand (fig. 2) på ca. 5 til 10 vekt-#.

Det slikt forberedte pakningsmateriale kan vikles om en målriktig dor i et presseverktøy, føres inn i presseverktøyet ved hjelp av denne doren og så trykkavhengig presses i den hydrauliske presse. Presstrykket er avhengig av paknings-størrelsen og av det beregnede driftstrykk i den armatur hvor pakningen skal anvendes. Den i pressevertøyet oppnådde forkomprimering av pakningsringen skal vanligvis ikke overskride en verdi p lik ca. 1,3 g/cm<3>. Med en slik komprimering sikres at eksempelvis en pakningsring av rengrafitt beholder en god elastisitet.

Etter innføringen av pakningsringen i pakningsrommet og sammenskruingen av hele pakningen ved hjelp av pakkboksbrillen, som er fjærbelastet, skjer den endelige komprimering av de enkelte pakningsringer i pakningsrommet. Den derved tilveiebragte ekstra komprimering vil vanligvis være tilstrekkelig til å utligne de resterende måltoleranser og oppnå en god tetningsvirkning, i samsvar med den uttrykte hensikt med oppfinnelsen.

Levetiden for den monterte pakning forlenges dersom det foretas en egnet innkamring av pakningen. Da vil nemlig det innførte glidemiddel gå langsommere ut, og man bibeholder en sammenhengende smørestoff-fi lm over lengre tid på spindelen. Innkamringen vil i stor grad hindre en ekstrudering av pakningsmaterialet til tross for anvendelsen av høy press-kraft og et stort antall aksiale bevegelser av venti1 spindelen. Innkamringen av pakningen skjer på undersiden og på oversiden av pakningen ved hjelp av omtrentlig 2 mm tykke ringer som ligger så trangt som mulig an mot spindelen. Disse ringer kan eksempelvis være av IT-tetningsmateriale, en blanding av ca. 8 til 15 vekt-$ gummi, 70 til 80 vekt-$ asbest samt 5 til 15 vekt-$ tilsatsstoffer for høye tillatte flatetrykk, men kan også bestå av asbestfrie materialer så som høykomprimerte rengrafittskiver eller andre materialer.

Med en egnet utformet, stabil grunnskive sikres et godt anlegg for pakningen i pakningsrommet. Pakningen med delt pakningslengde bygges opp slik at grunnskiven, en nedre kammerring, de nedre pakningsringer for nedre pakningsrom, såvel som en kammerring føres inn etterhverandre i pakningsrommet og så slås lett inn ved hjelp av et egnet verktøy. Deretter anordnes smørehylsen i pakningsrommet, i det hensiktsmessig maksimalt ca. 1/3 av den totale pakningslengde anordnes i nedre pakningsrom og minst ca. 2/3 av pakningslengden anordnes over hylsen. Etter smørehylsen legges inn en ytterligere kammerring, pakningsringer samt den øvre kammerring. Disse elementer slås likeledes lett inn. Pakningen blir deretter ytterligere komprimert ved hjelp av den med gjengebolter og skruemuttere innstillbare og over pakkboksbrillen virkende fjærkraft. Denne ytterligere komprimering skjer bare i en slik grad at pakningsrommet blir tettet og pakningsringenes fjærende og elastiske virkning i størst mulig grad fremdeles er bibeholdt. En tilstrekkelig tetthet, såkalt blæretetthet overprøves ved å anvende et skummende middel, som i tilfelle av utettheter vil gi gassutstrømning som følge av trykkgradienten.

Er pakningsrommene for lange, noe som eksempelvis kan være tilfelle for eldre armaturtyper, så kan det ved pakningsopp-byggingen legges inn egnede avstandshylser mellom pakning og brille. De enkelte pakningsringer kan eventuelt sammensettes til en prefabrikert komponent utenfor pakningsrommet, dvs. at man da i steden for enkeltpakningsringer setter inn en pakningshylse, eventuelt også med integrerte kammerringer. En fordel ved en slik metodikk er at man kan sette inn et stabilt element for pakking av spindelen.

En ekstra anordning av kontroll- og spylestusser i området ved nedre og øvre pakkboksdel , kan overprøves ved hjelp av differansetrykkmåling under drift, slik at man således kan fastslå om nedre pakkboksdel fremdeles har tetningsvirkning.

En pakkboksutførelse ifølge oppfinnelsen, bestående av en med en glidemiddel, som beskrevet, fremstilt rengrafittpakning, med en typisk delt anordning av kammer- og pakningsringer, sammenspent med fjærer, og med en permanent glidemiddelfor-skyning, som sikrer en kontinuerlig tilførsel av glidemiddel for spindelen i pakkboksen, mot overtrykket i venti1legemet, er vist i fig. 3.

De i fig. 3 anvendte henvisningstall har følgende betydning:

- Spindel 1

- Pakkboksbrille 2

- Ventilhus 3

- Tallerkenfjærpakke 4

- Tallerkenfjær 5

- Gjengebolt 6

- Kammerringer 7, 9, 10, 12

- Pakningsringer 8, 11

- Smørehylse 13

- Boring 14

- Tilføringsstuss 15

- Trykksraørehode 16

- Sylinderrom for glidemiddel 17 a

- Syl inderstempel 17

- Styrestang 18

- Skruetrykkfjær 19

- Sylinderhode 20

En særlig utførelsestype av oppfinnelsen vedrører en auto-matisk glidemiddeltilføring.

Ved undersøkelser vedrørende langtidstettheten i det nye tetningssystem med fjærelastisk pakkbokstrykk og permanent glidemiddeltilføring i pakkboksområdet, ble det fastslått at det kunne oppnås og holdes en tetthet i pakkboksen på 1,3 . 10~<6> mbar . 1 . s~<l> helt til slutten av forsøksprogrammet, med 60.000 betjeninger mellom 0 og 100$ slaglengde og under nominelle trykkbetingelser (He - Ng-lekkasjeprøvemetode).

Ved tilstrekkelig glidemiddeltilføring oppviste armaturen opptil høye betjeningstall enn betydelig mindre emissjons-massestrøm ved ventilspindelen enn den som er maksimalt tillatt ved anvendelsen av TA-luft på foldebelgarmaturer med en flenstetning.

Det nye tetningssystem har således for spindler i armaturer vist seg å være minst likeverdig med den i TA-luft krevede tetning med foldebelger, slik at man således har kunnet realisere betydelige kostnadsbesparelser og har kunnet oppnå en hittil ikke oppnåddbar standard for langtidstettheten.

Claims (7)

1. Tetningssystem med pakkboks i regulerings- eller stengearmaturer, bestående av et ventilhus (3) med pakkboksrom, en delt pakning med enkeltpakningsringer av et basistetningsmateriale og med en respektiv øvre og nedre kammerring for hver av de to pakningsdeler, en med ventilhuset (3) sammenskrudd pakkboksbrille (2), en mellom de to pakningsdeler i pakkboksrommet anordnet smørehylse (13), hvorigjennom det skjer en glidemiddel-tilførsel, samt en aksialt eller også dreibart bevegelig spindel (1) eller aksel, idet pakningskomprimering og- etterstilling skjer med fjærkraft, karakterisert ved kombinasjonen av følgende trekk: a) for fremstillingen av pakningen anvendes folier av fleksibel grafitt som mellomprodukt, og b) ved fremstillingen av pakningen inkorporeres et pastøst glidemiddel i denne, idet folien på forhånd belegges med glidemiddelet.

2 . Tetningssystem ifølge krav 1,karakterisert ved at under fremstillingen av pakningsringene av fleksible grafittfolier inklusiv glidemiddel overskrider forkomprimeringen ikke en verdi på ca. 1,3 g/cm<3>.

3. Tetningssystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at pakningskomprimering og løpende etterstilling av pakningen under drift skjer ved hjelp av sentrisk anordnede og aksialt virkende tallerkenfjærpakker.

4 . Tetningssystem ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det som glidemiddel anvendes spesialfett, eksempelvis med en komposisjon på basis av grafitt, på basis av bor, kvelstoff, polytetrafluoretylen (PTFE) med en faststoffandel på ca. 30 vekt-$, på bentonebasis med mikrofine kobber- og blypartikler eller på basis av silikater med en fluorert polyeterolje og PTFE som ytterligere bestanddeler.

5 . Tetningssystem ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at glidemiddeltilføringen innbe-fatter en gjennom, ventilhuset ført tilføringskanal (14) og en tilføringskanal med smøremiddel forsynende, på ventilhuset montert glidemiddelpresse med et sylinderrom som opptar glidemidlet og inneholder et pneumatisk eller fjærbelastet stempel (17) hvormed smøremidlet kan kontinuerlig etter-presses ut fra syl inderrommet, gjennom en tilføringsstuss (15), en gjennomgående boring (14) og til smørehylsen (13).

6 . Tetningssystem ifølge krav 5, karakterisert ved at tilføringsstussen (15) er forsynt med et trykk-smørehode (16).

7 . Tetningssystem ifølge krav 6, karakterisert ved et trykksmørehode (16) med innebygget tilbakeslags-ventil.