NO338115B1 - Glideringtetningsanordning - Google Patents

Abstract

En glideringspakningsanordning med en dreiefast glidering (4) og en glidering (11) anordnet til dreining sammen med en roterende modul, som hver blir holdt løstsittende og har samvirkende, i alt vesentlig innrettet radialt, tetningsflater i inngrep med hverandre forspent med en hovedforspenningskraft. Hver glidering hviler med sin endeflate som vender bort fra tetningsflaten på en støttedel (14, 17) aksialt støttet over en ringformet anleggsflate (16,20) mellom den aktuelle støttedel og naboendeflaten til den aktuelle glideringen. På anleggsflaten (16,20) blir det overholdt et belastningsforhold (di2-dh2)/( di2-d22) på < 2,o, fortrinnsvis mellom 0,8 og 2,0, høyest fortrinnsvis mellom 1,0 og 1,5, videre fortrinnsvis omtrent 1,3. Derved er målene (d1-d2) for hver anleggsflate (16, 20) <10 mm, fortrinnsvis mellom 0,2 og 2,0, fortrinnsvis høyest omtrent 0,6 mm.

Description

Oppfinnelsen angår en glideringspakningsanordning og særlig en gassmurt glideringspakningsanordning, som byr på særlige fordeler ved bruk under høye termiske og trykkbelastninger.

For tradisjonelle glidermgspakningsanordninger (US A 4 212 475) er glideringene som virker sammen tettet og støttet mot nabomoduler gjennom sekundærpakningselementer. For sekundærpakningselementene handler det for det meste om O-ringer eller leppepakningsringer av ettergivende materialer. Da glideringene ved drift ikke befinner seg i en trykkavlastet tilstand, kan det på de stedene, hvor glideringene over sekundærpakningselementene er støttet på nabomodulene, som følge av f.eks. varmeutvidelsesbetingede relativbevegelser opptre friksjonskrefter som alt etter størrelsen på de rådende støttekreftene kan fremkalle større eller mindre radiale krefter. Disse kreftene kan under drift utøve et slikt kippemoment på den aktuelle glideringen at det kan bli en forandring av tetningsspaltegeometrien i et slikt omfang at det kan inntreffe en tidlig slitasje på glideringene og/eller økt lekkasje. I det minste kan dette føre til uønskede svingninger i driftsforholdene til glideringspakningsanordning. Fra EP 1271023 A er det videre kjent en glideringspakningsanordning av den samme arten, hvor den roterende glideringen blir holdt løstsittende og er støttet tettende på et støtteelement av et hardt materiale med varmeutvidelseskoeffisient som ligner materialet i glideringen. Det blir nevnt at det gjennom en egnet utmåling av anleggsforholdene til den roterende glideringen på støtteelementet kan de radiale kreftene og dermed deres virkning på geometrien til en tetningsspalte mellom glideringene bli minimert. Den stasjonære glideringen er på tradisjonell måte støttet på et pakningshus og mot dette tettet ved hjelp av en O-ring.

Til grunn for oppfinnelsen ligger oppgaven med å lage en forbedret glideringspakningsanordning av den arten som er nevnt i innledningen, hvor overholdelsen av en ønsket tetningsspaltegeometri er sikret. Særlig skal den skadelige påvirkningen på tetningsspaltegeometrien ved driften fra kippemomenter indusert gjennom friksjonskrefter bli minimert.

Denne oppgaven blir løst gjennom trekkene i krav 1. Oppfinnelsen fremstiller en forbedring og videreutvikling av anordningen som kan tas fra EP 1271023 A. Annerledes enn med den kjente anordningen er ikke bare den roterende glideringen, men også den stasjonære glideringen holdt løstsittende, slik at begge glideringene får en selvinnrettende egenskap under kreftene som påvirker dem. Dessuten er begge glideringene støttet på ringformede plane anleggsflater som skaper terningsflater, hvorved presskreftene ikke bare kan bestemmes nøyaktig på forhånd, men som også er minimert. På støtten for begge glideringene og deres tetning mot nabomoduler i glideringspakningsanordningen er det ikke involvert noen sekundærpakningselementer

av materialer som gir etter.

Snarere kan slike elementer prinsipielt unnværes da selve anleggsflatene utøver tetningsfunksjonen når det blir utøvet aksiale krefter tilsvarende utmålsregelen ifølge oppfinnelsen. Målene di - dz for hver anleggsflate skulle være < 10 mm, fortrinnsvis mellom 0,2 og 2,0 mm, fortrinnsvis høyst omtrent 0,6 mm. Anleggesflatene kan ha en fortrinnsvis tilnærmet snittkantlignende konfigurasjon. Til forbedring av tetningsvirkningen forutser en videreutvikling av oppfinnelsen at hver anleggsflate er utformet plant med et toleransemål < 10 um i periferiretningen og < 5 um i radial retning. Derved blir det foretrukket at en selamdær-forspenningskraft uavhengig av de aktuelle driftstilstandene, som de roterende glideringene er fjærforspent mot sine anleggsflater med, i tillegg til en hoved-forspenningskraft som hersker mellom de to glideringene er mellom 0,2 N og 10N pr. mm periferilengde på stedet i enden av den roterende glideringen, hvor sekundær-forspenningskraften angriper. Dette sikrer at også ved stillstand og lavt hydraulisk driftstrykk foreligger det en tilstrekkelig tetningsvirkning på disse anleggsflatene. Med hensyn til andre videreutviklinger av oppfinnelsen blir det henvist til kravene.

Oppfinnelsen blir forklart nærmere ved hjelp av en utforming og tegningen. Her viser figur 1 i et langsgående delutsnitt en glideringspakningsanordning ifølge oppfinnelsen etter innbygging i et verktøy som skal tettes, figur 2 i forstørret utsnitt en første detalj av gliderm<g>s<p>aloiingsanordningen ifølge figur 1, og figur 3 i forstørret utsnitt en andre detalj av glidermgspalmmgsanordningen ifølge figur 1.

Figur 1 viser glideringspakningsanordningen ifølge oppfinnelsen i snitt langs den øvre halvdelen med hensyn til den midtre lengdeaksen. Henvisningstegn 1 angår et palcningshus, som anordnet i en husutboring i et verktøy (i tegningen bare vist fragmentarisk), feks. en fortetter, og som på egnet måte kan bli fastlagt i denne. En aksel 3 er ført gjennom husutboringen. I pakningshuset 1 er en stasjonær glidering 4 anordnet aksialt bevegelig på et hylseformet underlag 2 som står ut aksialt fra palcningshuset 1 og enten er utformet integralt på dette eller som separat del er montert tettende.

På en endeflate av den stasjonære glideringen 4 er det utformet en tetningsflate 5. Glideringen 4 er sikret mot fordreining relativt til pakningshuset 1. Til dette formålet kan en medbringerbolt (ikke vist) som står ut på et sted som ikke er vist fra periferien på pakningshuset 1 som griper inn i en innrettet utsparing med et egnet utmålt spill som foreligger på den stasjonære glideringen 4 (likeledes ikke vist). Derigjennom er riktignok i prinsippet den stasjonære glideringen 4 hindret i en dreining i forhold til palcningshuset 1, men blir fritt bevegelig innenfor spillrommet, slik at den kan rette seg inn i aksial og radial retning. Den stasjonære glideringen 4 er følgelig holdt løstsittende på pakningshuset 1.

En hoved-forspennmgsinnretning, f.eks. i form av en hoved-forspenningsfjær 7, som med en ende støtter seg på pakningshuset 1, foreligger for å pålegge den stasjonære glideringen en bestemt hoved-forspenningskraft. Det kan foreligge flere hoved-forspenningsfjærer 7 fordelt på periferien. Men oppfinnelsen er ikke begrenset til den viste forspenningsinnretningen.

Som det er fremstilt i tegningen er hoved-forspenningsfjæren 7 i den andre enden støttet på en kraftoverføringsring 8 påsatt aksialt bevegelig på opplaget 2, som på den innvendige periferien bærer en pakning 9 av et materiale som gir etter, som gummi, elastomer eller et karbonmateriale som står i tettende forhold til den ytre periferien på underlaget 2. På et i det minste i ubelastet tilstand noe aksialt fremstående område av sekundærpakningen 9 fra kraftoverføringsringen 8 ligger en likeledes aksialt bevegelig påsatt støttering 14 an på det hylseformede underlaget 2, hvor det fortrinnsvis kan handle om en ringskive av et materiale med varmeutvidelsesforhold lignende det for glideringen 4.

Fra den frie endeflaten på støtteringen 14 som vender bort fra kraftoverføringsringen 8 rager det aksialt ut et ringformet fremspring 15 som,som dette er vist i figur 3, skaper en ringformet anleggsflate 16 i et radialt plan. På anleggsflaten 16 ligger den stasjonære glideringen 4 med sin endeflate 21 vendt bort fra tetningsflaten 5 og blir støttet aksialt av denne. Samtidig blir på denne måten hoved-forspenningskraften til forspenningsfjæren 7 overført til den stasjonære glideringen 4.

På en hylse 10 forbundet dreiefast på egnet måte med akselen 3 er det påsatt løstsittende en roterende glidering 11. Glideringen 11 har på en endeflate en tetningsflate 12 som skal virke sammen med tetningsflaten 5 til den stasjonære glideringen 4. I et spor 13 i den ytre periferien til hylsen 10 er det anordnet en medbringerring 14 som står i friksjonsfast inngrep med den innvendige periferien på glideringen 11 for å skape en slik kraftoverførende dreiekraft mellom hylsen 10 og glideringen 11 at glideringen 11 på den ene siden ved rotasjon av hylsen 10 blir satt i omdreining, mens på den andre siden bevegeligheten til glideringen 11 skapt ved at den er løstsittende ikke eller bare uvesentlig blir hemmet igjennom dette. For medbringerringen 14 kan det handle om en O-ring av et gummielastisk materiale, men som ikke behøver å bidra med noen eller bare en ubetydelig liten tetningsvirkning. Istedenfor en O-ring kan også et ringformet vindelfjærelement med skrå vindinger foreligge. Slike vindelfjærelementer er for fagmannen i prinsippet kjent og behøver derfor ikke å bli beskrevet nærmere.

Medbringerringen 14 utøver videre en sentrerende virkning på glideringen 11. Oppfinnelsen er ikke begrenset til den foran beskrevne arten av dreiekraftoverføring fra hylsen 10 til glideringen 11. Snarere kan også andre midler foreligge som kan overta denne funksjonen. Fortrinnsvis har den roterende glideringen 11 en rektangelformet

tverrsnittskonfigurasj on.

Fra hylsen 10 står det radialt utover en flens- eller støttedel 17 som det utvendig på periferien kan være påformet en krave eller en avskjerming 18 som i det minste delvis utvendig på periferien griper over glideringen 11 og kan skjerme mot skadelig påvirkning fra omgivelsene. Mellom veggområdene for en del på glideringen 11 og støttedelen 17 og avskjermingen 18 på den andre siden foreligger det et tilstrekkelig spill, slik at bevegeligheten til glideringen 11 innenfor egnede spilltoleranser ikke blir begrenset.

Fra støttedelen 17 rager det ut et ringformet fremspring som, slik dette er vist i figur 2, skaper en ringformet anleggsflate 16 på fremspringet 15. På anleggsflaten 20 ligger den roterende glideringen 11 med sin endeflate 21 vendt bort fra tetningsflaten 12 og er her igjennom aksialt støttet og tettet i forhold til støttedelen 17.

Mellom glideflatene 5, 12 på glideringene 4, 11 i alt vesentlig radialt rettet inn som vender mot hverandre blir det under drift dannet en tetningsspalte som holder glideflatene 5, 12 fra hverandre berøringsløst. Ved stillstand for akselen 3 blir derimot glideflatene 5, 12 gjennom hoved-forspenningskraften til forspenningsfjæren 7 trykket til tettende inngrep med hverandre. Fortrinnsvis er det i minst en av glideflatene 5, 12 brakt inn transportvirksomme strukturer, for å pumpe et gassformet tettende medium mellom glideflatene 5, 12 og derigjennom å fremme tetningsspaltedannelsen. Slike transportvirksomme strukturer er kjent for fagmannen og behøver ikke å forklares nærmere her. Det kan f.eks. henvises til BURGMANN, gassmurte glideringspakninger, Selbstverlag 1988, sidene 16 ff. utvalgte materialer for glideringene 4, 11 er hardmaterialer som wolframkarbid, silisiumkarbid, silisiumnitritt og også tribologisk virksomme materialer som karbonmateriale, hver i egnet sammensetning.

Gjennom forskjellige varmeutvidelser og andre faktorer som mekaniske belastninger kan ved driften f.eks. gjennom friksjonseffekter radialt rettede krefter eller slike med radiale komponenter virke inn på glideringene 4, 11 og kan dermed føre forandringer av geometrien til tetningsspalten mellom terningsflatene 5, 12.

Det ble fastslått at disse radiale kreftene kunne bli minimert når det på begge anleggsflatene 16, 20 blir overholdt et belastningsforhold (di 2 -dH 2 )/(di 2 -d2 2) på<<>2,0, fortrinnsvis mellom 0,8 og 2,0, fortrinnsvis høyst mellom 1,0 og 1,5, videre fortrinnsvis omtrent 1,3.1 dette forholdet betyr: di = ytre diameter for den aktuelle anleggsflaten 16 h.h.v. 20, d2= indre diameter til den aktuelle anleggsflaten 16 hhv. 20, dn = diameter til en hydraulisk virkeflate til glideringsparet utsatt for trykket til mediet som skal tettes. Det hydrauliske trykket utøvet på virkeflaten medfører en kraft som lagres over den herskende forspenningskraften som hviler på de berørte anleggsflatene 16, 20 som glideringene 4, 11 ligger under. Ved en relativbevegelse mellom den berørte glideringen og anleggsflaten kan denne kraften utøve en radial komponent med den

foran nevnte skadelige virkningen.

Ifølge oppfinnelsen er målene på begge anleggsflatene 16, 20 videre begrenset til et mål (di-d2) < 10 mm, fortrinnsvis mellom 0, 2 og 2,0, fortrinnsvis høyst omtrent 0,6 mm, slik at anleggsflatene tilnærmet kan ha snittkantlignende karakter.

Når de foran nevnte betingelsene blir overholdt blir det på den ene siden sikret at den resulterende kraften er tilstrekkelig stor til å få et sikkert tettende forhold mellom glideringene 4, 11 og anleggsflatene 16, 20, slik at en lekkasje langs anleggsflatene blir forhindret eller i det minste blir holdt på et minimalt lite bidrag. Derfor kan dette overta funksjonen til en sekundærpakning. Det tettende forholdet blir videre forbedret når hver ringformet anleggsflate 16, 20 er utformet plant med et toleransemål < 10 um i periferiretningen og < 5 um i radial retning. Ps den andre siden kan de radiale krefter som opptrer som følge av f.eks. forskjellige radiale varmeutvidelser på anleggsflatene 16, 20 ikke være så store at et kippemoment utøvet på glideringene 4, 11 kan føre til et utillatelig avvik fra den ideelle innrettingen av glideflatene 5, 12 ved drift. For eksempel kunne et kippemoment i tegningen rettet med utviseren på den roterende glideringen 11 under en radial kraft rettet radialt utover føre til dannelsen av en tetningsspalte mellom glideflatene 5, 12 med A-formet tverrsnitt, mens et kippemoment i retning mot utviseren ville ha til følge dannelsen av en V-spalte. Lignende følger ville ved tilsvarende kippemomenter ville foreligge for den stasjonære glideringens 4 del. Hvert avvik fra den ideelle parallelle spaltekonfigurasjonen har generelt økt slitasje på terningsflatene 5, 12 og en ukontrollert lekkasje langs tetningsspalten til følge. Med oppfinnelsen blir det oppnådd at en V- eller A-spaltedannelse helt eller i det minste mest mulig blir forhindret, slik at en begrensning av levetiden her igjennom og/eller begrensning av driftssikkerheten til glideringspakningsanordningen blir unngått.

En annen følge av den tidligere nevnte utlegningen av anleggsflatene 16, 20 er at disse kommer til å ligge i en tilnærmet lik radial avstand fra den midtre lengdeaksen til glideringspakningsanordningen, noe som muliggjør en tilsvarende vidtgående momentfri videreledning av de aksiale kreftene fra en anleggsflate 16 til den andre anleggsflaten 20.

Som det er fremstilt i tegningen kan det videre i et ringspor 22 i endeflaten på en hylse 23 være tatt opp et sekundær-forspenningselement 24 på hylsen 10 for dreining sammen, hvor det fortrinnsvis kan handle om ringformet vindelfjærelement med skrå vindinger som det allerede ble henvist til på et annet sted. Sekundær-forspenningselementet 24 støtter seg på periferien på endeflaten til den roterende glideringen 11 ved siden av og pålegger denne med en bestemt aksial sekundær-forspenningskraft uavhengig av hoved-forspenningsfjæren 7.

Innen rammen for oppfinnelsen ble det fastslått at sekundær-forspenningskraften skulle være mellom omtrent 0,2 og 10 N/mm periferilengde på periferien, hvor sekundær-forspenningselementet 24 støtter seg på den roterende glideringen 11. Dette skaper et forbedret tettende forhold mellom anleggsflaten 20 og den tilgrensende endeflaten på den roterende glideringen 11 ved stillstand for glideringspakningsanordningen.

I det foregående ble oppfinnelsen beskrevet ved hjelp av en utforming, hvor anleggsflatene foreligger på fremspring på de berørte støttedelene. Men det er å forstå at anleggsflatene om ønsket også kunne være utformet på selve glideringene. Dessuten kunne forholdene på roterende og stasjonær glidering være forskjellig. Fremspring kan enten være integral bestanddel av den berørte støttedelen h.h.v. glideringen eller fremstille innsatsdeler festet der i ettertid på egnet måte. Anvendelsen av innsatsdeler muliggjør deres utvalgte utforming av materialer med lite slitasje av foran nevnt art. Selv om oppfinnelsen byr på særlige fordeler ved anvendelse til en gassmurt glideringspakningsanordningen, kunne den også bli anvendt for væskesmurte anordninger for å sjalte ut eller i det minste minimere termisk betingede forkastninger av en forhåndsbestemt tetningsspaltegeometri. Hoved-forspenningsinnretningen kunne istedenfor å innvirke på den stasjonære glideringen virke inn på den roterende glideringen som så måtte kunne bli anordnet aksialt forskjøvet på den roterende modulen.

Claims (7)

1. Glidermgspakningsanordning med en dreiefast glidering (4) og en glidering (11) anordnet for dreining sammen med en roterende modul (3, 10), som hver blir holdt løstsittende og har samvirkende, i alt vesentlig innrettet radialt, terningsflater (5, 12) i inngrep med hverandre forspent med en hoved-forspenningskraft, hvor hver glidering hviler med sin endeflate som vender bort fra tetningsflaten på en støttedel (14, 17) i et par støttedeler, hvorav den ene er anordnet for dreining sammen med den roterende modulen og den andre er dreiefast, aksialt støttet over en ringformet anleggsflate (16, 20) mellom den aktuelle støttedel og naboendeflaten til den aktuelle glideringen, hvor det blir overholdt et belastningsforhold (di 2 -dn 2 )/(di 2 -d2 2) på < 2,0, fortrinnsvis mellom 0,8 og 2,0, fortrinnsvis høyst mellom 1,0 og 1,5, videre fortrinnsvis omtrent 1,3, hvor målene (di-d2) for hver anleggsflate er (16, 20) < 10 mm, fortrinnsvis mellom 0,2 og 2,0, fortrinnsvis høyst omtrent 0,6 mm, hvor di = ytre diameter på anleggsflaten, d2= indre diameter på anleggsflaten, dH= diameter på en hydraulisk virksom flate.

2. Glidermgspakningsanordning ifølge krav 1,karakterisert vedat hver anleggsflate (16, 20) er utformet plant med et toleransemål < 10 um i periferketningen og < 5 um i radial retning.

3. Glideringspakningsanordning ifølge ett av de foregående krav,karakterisertved at det på minst en av anleggsflatene (16, 20) foreligger et aksialt oppstående fremspring (15, 19) fra endesiden på den aktuelle glideringen (4, 11).

4. Glidermgspalmmgsanordning ifølge ett av krav 1-2,karakterisert vedat i det minste den ene anleggsflaten (16, 20) foreligger på et aksialt oppstående fremspring fra den aktuelle støttedelen (14, 17).

5. Glideringspakningsanordning ifølge ett av de foregående krav,karakterisertved at en sekundær-forspenningskraft som den roterende glideringen (11) i tillegg er forspent mot den aktuelle anleggsflaten (20) med er mellom 0,2 N og 10 N pr. mm periferilengde i det perifere anleggsområdet til et sekundær-forspenningselement (24) på den roterende glideringen.

6. Glideringspakningsanordning ifølge krav 5,karakterisert vedat sekundær-forspenningselementet (24) omfatter et ringformet vindelfjærelement med skrå vindler.

7. Glideringspakningsanordning ifølge ett av de foregående krav,karakterisertved at det i tetningsflaten (5, 12) er brakt inn transportvirksomme strukturer fra minst en av glideringene (4, 11).