NO780200L - Akselpakning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en akselpakning

for roterende maskiner, og særlig en anordning der den kraft som utvikles av et høytrykks tétningsfluidum anvendes til radiell sentrering av pakningen i forhold til akselen i den roterende maskin.

På mange anvendelsesområder der roterende maskiner

har stor hastighet og arbeider under høyt trykk, f.eks. i turbiner og kompressorer, er maskinens roterende komponenter montert på en aksel,og akselen er lagret for rotasjon i en åpning i endeveggen av et hus som står under trykk. Akselpakningene er da i alminnelighet anbrakt i åpningen for akselen for å hindre arbeidsfluidum under trykk i å unnvike til områder med lavere trykk, f.eks. til omgivelsene. Ved mange anvendelser blir høytrykksfluidum benyttet i kombinasjon med mekaniske pakninger for å danne en effektiv tetning. Høy-trykksfluidum blir da innført i et område med et trykk som er noe høyere enn trykket i arbeidsfluidet. Ved en form for pak-ningssystem vil tétningsfluidet som har høyt 'trykk vanligvis flyter fra .. innføringsområdet i motsatte retninger langs akselen, og da henholdsvis mot et lavtrykksområde eller den omgivende luft og mot maskinens indre som inneholder arbeidsfluidet under høyt.trykk. Størstedelen av tétningsfluidet vil flyte mot lavtrykksområdet ved utsiden av akselåpningen. Det anvendes da gjerne flere trykkreduserende hylser rundt akselen mellom pakningen i pakningsområdet og akselåpningen for å

strupe eller sette ned trykket på tétningsfluidet.

En pakningsring blir også anbrakt mellom pakningen

i innføringssonen og det indre av maskinen som inneholder arbeidsfluidet. Tétningsfluidet vil bevege seg innad mellom de motstående flater av akselen og pakningsringen for å danne

en fluidbarriere som hindrer arbeidsfluidet i å unnvike fra den roterende maskin.

Akselpakningene er i alminnelighet montert i stasjonære komponenter av den roterende maskin med de motstående flater av pakningene og komponentene i avstand fra hverandre. Hvis en pakning står fast i forhold til en stasjonær komponent, danner pakningen også et lager i forhold til akselen og deler akselbelastningen med maskinens opplag-ringssystem. Denne tilstand kan ha en uheldig virkning på maskinens drift og på pakningenes levetid.

Det er derfor en hensikt med foreliggende oppfinnelse å komme frem til en forbedret akselpakning for roterende maskiner og å hindre slike akselpakninger i å ligge an mot maskinens stasjonære komponenter.

Det er videre en hensikt med oppfinnelsen å kunne sentrere en akselpakning radielt i forhold til akselen for å holde pakningen i avstand fra maskinens stasjonære komponenter. Dette er i henhold til oppfinnelsen, oppnådd med en akselpakning med fluidum der en pakningsdel omfatter en trykkreduserende hylse for strupning av strømmen av høytrykk tetnings-fluidum fra et innføringsområde med høyt trykk til et første område med lavere trykk når fluidet beveger seg mellom akselen og den trykkreduserende hylse. En pakningsring er forbundet i ett med hylsen for å hindre arbeidsfluidet i den roterende maskin i å unnvike. Den trykkreduserende hylse har et aksialt rettet trinn med konstant diameter i tilknytning til inn-føringsområdet der det hersker høyt trykk. Trinndelen ligger i en forholdsvis liten avstand fra akselen, slik at det her fremkommer en begrenset strømningsvei for tétningsfluidet som under høyt trykk søker seg fram fra innføringsområdet til lavtrykksområdet. Strømmen av fluidum gjennom den begrensede strømvei skaper en utad og radielt rettet hydrostatisk kraft på overflaten av trinndelen, mens tyngdepunktet for tetnings-delen er anbrakt direkte over tyngdepunktet for trinndelen, hvorved den hydrostatiske kraft som oppstår ved trinndelen vil radielt sentrere pakningsdelen i forhold til akselen.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjen-gitte trekk og vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen.

På tegningen er det vist en roterende maskin 10, f.eks. en turbin eller kompressor som har en roteraksel 17-Akselen 17 kan være omgitt av en hylse 19. Maskinen 10 har videre en stasjonær del, som f.eks. en endevegg eller en stator 24 .anbrakt i en åpning i maskinens ytre hus 12. Den -stasjonære del 24 er satt fast mot akselens bevegelse ved hjelp av en kiledel 22. En akselåpning 16 befinner seg i den stasjonære endevegg og maskinakselen 17 stikker gjennom en åpning. I åpningen finnes det en pakningsanordning 32,som skal beskrives mer i detalj i det følgende. Henvisningstallet 18 angir et område med forholdsvis høyt trykk i den roterende maskin, f.eks. det område av maskinen der arbeidsfluidet under høyt trykk befinner seg. Henvisningstallet 20 angir et område med forholdsvis lavt trykk, f.eks. den omgivende luft.

For å hindre arbeidsfluid med høyt trykk i å unnvike til den'omgivende luft eller et annet lavtrykksområde 20 kan det benyttes et tétningsfluidum under høyt trykk, f.eks. olje som står under trykk. Trykkfluidet sammen med mekaniske pakninger, f.eks. pakningsanordningen 32 og labyrintpaningen 30, hindrer arbeidsfluidet i å unnvike fra maskinens høytrykks-område. Tétningsfluidet blir under trykk matet fra en trykk-kilde til et spor 26 i huset 12 for den roterende maskin. Tetningsolje flyter radielt innad gjennom sporet 26 til et ringformet hulrom 31- Tetningsolje vil dermed omgi pakningsdelen 32. Tétningsfluidet tilføres med et trykk som er noe høyere enn trykket på arbeidsfluidet.

Pakningsdelen 32 flyter fritt i hulrommet 31 og omfatter en trykkreduserende hylsedel 34 og en ringformet pakningsring 36. Den trykkreduserende hylse 34 har et trinnliknende parti 40. En 0-ring 38 er anbrakt på pakningsringen 36 for å hindre høytrykks tétningsfluidum i å passere mellom de motstående flater på ringen 36 og en hoveddel 37• Motstående, radielt rettede flater 46, 47 på henholdsvis hylsen 34 og pakningsringen 36 danner mellom seg en radielt rettet kanal 50 gjennom hvilken tetningsoljen flyter mot et høytrykks inn-føringsområde 42. Fra høytrykksområdet 42 flyter tetningsoljen aksialt i motsatte retninger langs omkretsflaten av akselen 17• Tetningsoljen som flyter mot høytrykksområdet 18 danner en fluidumbarriere i området 39 for å hindre arbeidsfluidum i å unnvike fra høytrykksområdet. Tetningsoljen blir kontinuerlig

tappet fra den roterende maskin gjennom et radielt spor 28.

Som man vil se er pakningsdelen 32 anordnet med

tett glidepasning rundt akselen 17 for å strupe den tetnings-

olje som passerer mot høytrykksområdet 18 og lavtrykksområdet 20.

Den trinnliknende del 40 på den trykkreduserende

hylse 34 er anbrakt nær ved innføringsområdet 42 for høytrykks tetningsolje.. De mot hverandre vendte flater 40 og 44 på henholdsvis den trinnliknende del av hylsen og på akselen, danner mellom seg en begrenset strømningsbane for den tetningsolje som beveger seg mot lavtrykksområdet 20. Den hydrostatiske kraft som oppstår på grunn av begrensningen av oljestrømmen mot området 20 virker radielt utad på flaten 40 av den trykkreduserende hylse 34.

Som tidligere forklart er det meget viktig at pak-ningensdelen 32 er radielt sentrert i forhold til akselen 17.

Hvis pakningsdelen vrir seg eller, blir stående skjevt i forhold til akselen, er det mulig at pakningsdelen vil måtte overføre en del av akselbelastningen til en stasjonær komponent, f.eks. delen 24 av maskinen. Pakningsdelen vil derved virke som et > lager som ikke bare vil forstyrre maskinens drift, men også vil føre til en forkortning av pakningens levetid.

Tyngdepunktet for den samlede pakning omfattende

den trykkreduserende hylse 34 og pakningsringen 36, kan lett bestemmes ved kjente metoder. Utformningen av den trykkreduserende hylse 34 er spesielt valgt slik. at tyngdepunktet for pakningsdelen 32 kommer radielt over midten av den trinnliknende del 40. Hylsen 34 kan godt ha andre former uten at man derved avviker fra oppfinnelsen. På denne måte vil den radielt rettede hydrostatiske kraft som fremkommer ved den trinnliknende del 40 være rettet mot den kraft som skyldes vekten av pakningsdelen 32,;.og som passer gjennom pakningsdelens tyngdepunkt.

Da passasjen mellom de motstående flater 40 og 44

er forholdsvis liten, vil den hydrostatiske kraft som fremkommer ha en forholdsvis stor verdi som overstiger størrelsen av den kraft som skyldes vekten av den forholdvis lette pakningsdel.

På denne måte vil den radielt rettede hydrostatiske kraft søke å sentrere pakningsdelen radielt i forhold til akselen og derved hindre den i å komme i fast anlegg mot tilstøtende deler.

Ved å kombinere hylsen 34 og pakningsdelen J>6 til en enhet som danner pakningsdelen 32 får man et effektivt

tetningssystem som hindrer arbeidsfluidet i å unnvike. Det skal påpekes at pakningsdelen kan ha ytterligere omløpende trinn til utvikling av hydrostatiske krefter som virker på pakningsdelen.. hvis* dette er. Ønskelig.

Claims (6)

1. Akselpakning for anvendelse i en roterende maskin (10), der arbeidsfluidet maskinen inneholder hindres i å unnvike rundt akselen .(17) av en høytrykks fluidumbarriere som opprettholdes mellom akselen (17) og maskinens ramme, karakterisert ved en pakningsdel (32) som omgir akselen (17) og omfatter en trykknedsettende hylse (34) for strupning av tétningsfluidet fra et innføringsområde (42) med høyt trykk, til et område (20) med lavt trykk når fluidet beveger seg mellom akselen (17) og hylsen (34), og en pakningsring (36) som er i ett stykke med hylsen (34) for å hindre arbeidsfluidet i den roterende maskin i å unnvike i lavtrykksområdet (20), hvilken trykknedsettende hylse (34) på tetnings-delen omfatter et aksialt forløpende trinnparti (40) med konstant diameter mot høytrykksinnføringsområdet (42) og ligger i en forholdsvis liten avstand fra akselen (17), slik at det mellom denne og trinnpartiet fremkommer en begrenset strøm-ningsbane (40, 44) for det høytrykksfluidum som beveger seg fra innføringsområdet (42) mot lavtrykksområdet (20), idet strømmen av fluidum gjennom den begrensede strømningsbane (40, 44) frembringer en radielt rettet hydrostatisk kraft' på platen (40) av trinnpartiet med tyngdepunkt for pakningsdelen (32) liggende over sentrum for trinnpartiet, hvorved den hydrostatiske kraft som fremkommer på trinnpartiet radielt sentrerer pakningsdelen (32) i forhold til akselen (17).

2. Akselpakning som angitt i krav 1, karakterisert ved at innføringssonen (42) for høytrykksfluidet er begrenset mellom motstående flater (46, 48') som ligger i radiell avstand fra hverandre på den trykknedsettende hylse (34) og pakningsringen (36).

3- Akselpakning som angitt i krav 2, karakterisert ved at høytrykksfluidum innføres i innførings-sonen (42) og flyter mot de radielt rettede flater (46, 48) for å frembringe motsatt rettede akselkre.fter av stort sett lik verdi for å holde pakningsdelen (32) aksialt plasert i forhold til akselen (17).

4. Fluidum/fluidum akselpakning der et høytrykks tétningsfluidum .holdes mellom akselen (17) og maskinen for å hindre et arbeidsfluidum i maskinen i å passere ut mellom de nevnte deler, med en anordning for reduksjon av trykket på høytrykksfluidet, karakterisert ved en ringformet .pakningsdel (32) som omgir akselen (17) i pakningsområdet og innbefatter en ringformet trykknedsettende hylse (34) som har glidepasning på utsiden (44) av akselen (17) for strupning av tétningsfluidet som beveger seg fra et høy-trykksf luidum-innføringsområde (42) til et område med lavere trykk (20), hvilken trykknedsettende hylse (34) har et aksialt rettet, trinnliknende parti (40) med konstant diameter liggende i en forholdsvis liten avstand fra utsiden (44) av akselen (17), og er plasert inntil fluiduminnføringsområdet (42) for å begrense strømmen av fluidum som beveger seg fra området (42), hvilken fluidumstrøm gjennom den begrensede strømningsbane frembringer en radielt virkende hydrostatisk kraft på overflaten av det trinnliknende parti (40) for å bevege pakningsdelen (32) radielt utad i forhold til akselen (17), og en ringformet pakningsdel (36) som er i ett stykke med den trykknedsettende hylse (34) for å hindre arbeidsfluidet i å unnvike inn i lavtrykksområdet (20), idet tyngdepunktet for pakningsdelen (32) er beliggende radielt over sentrum av den trinnliknende del (40), hvorved den radielt virkende hydrostatiske kraft er rettet mot den radielt virkende kraft som frembringes av vekten av pakningsdelen (32) for radiell sentrering av pakningsdelen (32) i forhold til akselen (17).

5. Fluidum/fluidum akselpakning som angitt i krav 4, karakterisert ved at høytrykksfluidet i innførings-området (42) er begrenset av motstående flater (46, 48,) som ligger i radiell avstand fra hverandre på den trykknedsettende hylse (34) og pakningsringen (36).

6. Fluidum/fluidum akselpakning som angitt i krav 5, karakterisert ved at høytrykksfluidet innføres i innføringsområdet (42) og flyter mot de radielt rettede flater (46, 48),for frembringelse av motsatt rettede aksiale krefter av stort sett sammen størrelse for å holde pakningsdelen (32) plasert i akseretningen i forhold til akselen (17).