NO811497L - Tetningsring for hoeye temperaturer og smaa trykkforskjeller, og fremgangsmaate for dens fremstilling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en tetningsring for høye temperaturer og små trykkforskjeller, hvilken ring har en høy grad av elastisk formbarhet både i aksial og radial retning og enkelt og hurtig kan fremstilles med lave omkostninger,

i*

med foreskjellige diametere, også i betydelige størrelser, umiddelbart før den skal anvendes.

Oppfinnelsen angår dessuten en fremgangsmåte for fremstilling av en slik tetningsring.

Det er kjent tetningsringer for meget høye temperaturer og

små trykkforskjeller, beregnet for tetning mellom innbyrdes tilpassede,mekaniske komponenter som utsettes for innbyrdes bevegelse på grunn av forskjellig termisk ekspansjon av komponentene på grunn av temperaturforskjeller.

Det vil forstås av det ovenstående at en slik tetningsring

må være tilstrekkelig elastisk til å føye seg etter de innbyrdes bevegelser av de innbyrdes tilpassede komponenter og å kompensere for slike bevegelser.

Det er kjent flere forskjellige typer av tetningsringer for meget høye temperaturer og små trykkforskjeller. De fleste av de kjente tetningsringer består hovedsakelig av metall-ringer eller av asbest forsterket av tråder av kostbart metall, hvilke ringer imidlertid, på grunn av sin meget lave grad av elastisk formbarhet, ikke kan anvendes når det inn-treffer større innbyrdes forskyvninger mellom innbyrdes tilpassede komponenter, slik tilfellet er når det gjelder gassturbiner for fly eller kjøretøyer, der komponentene ved start eller stopp utsettes for betydelige temperaturforandringer. Slike temperaturforandringer eller -forskjeller oppstår til forskjellige tid i de forskjellige komponenter som kommer i kontakt, på grunn av forskjeller i tykkelser og forskjellig varmeledningsevne i de forskjellige deler, slik at det oppstår forskjellig ekspansjon i de innbyrdes tilpassede komponenter. Disse ekspansjoner kan til og med være i størrelses-

orden 1 cm når det gjelder turbiner for kjøretøyer.

For å tillate betydelige innbyrdes forskyvninger mellom innbyrdes "tilpassede komponenter anvendes det en spesiell type tetningsring som hovedsakelig omfatter en metallring med om-kretskantene skrådd mot ringens akse, idet ringen monteres mellom de innbyrdes tilpassede komponenter mens den kompri-meres radialt.

En slik tetningsring.for meget høye temperaturer og små trykkforskjeller oppviser imidlertid flere ulemper. Hovedulempen er at tetningsringen, som også muliggjør radial deformasjon, og ikke bare aksial, har en grad av elastisk formbarhet som ikke er særlig høy, slik at bare innbyrdes forskyvninger innen realtivt lave grenser muliggjøres, i størrelsen noen få tiendedels millimeter, i motsetning til noen millimeter, slik det vanligvis kreves når det gjelder gassturbiner. En annen ulempe ligger i den høye prisen på tetningsrihgene, særlig når de skal anvendes for komponenter med stor diameter, slik det er vanlig når det gjelder gassturbiner. Videre medfører en slik tetningsring betydelige vanskeligheter ved monteringen, fordi metallringen nødvendigvis må utvides for å kunne monteres mellom de innbyrdes tilpassede, mekaniske komponenter,

og det blir nødvendig senere å sveise sammen endene av ringen, hvilket er tidkrevende og betyr økede omkostninger. Dessuten, fordi en slik tetningsring ikke kan fremstilles umiddelbart før den skal brukes, må det sørges for et lager av tetningsringer med forskjellige diametere, hvilket betyr et pro-blem med hensyn til lagring og pakking, og dette er en stor ulempe når det gjelder tetningsringer i store dimensjoner.

En annen type tetningsring, som muliggjør innbyrdes forskyvning mellom innbyrdes tilpassede komponenter i større grad enn for den ovenfor nevnte ring med skrådde kanter>er en ringformet metallbelg, av lignende type som for ekspansjonsstøper i rørledninger, og som monteres mellom de innbyrdes tilpassede komponenter etter først å ha blitt trykket aksialt sammen. Heller ikke den sistnevnte type tetningsring muliggjør kompensering av forskyvninger i en slik størrelsesorden som trengs når det gjelder gassturbiner. Dessuten er den utsatt for alle de ulemper som ringen med skrådde kanter har, idet den tillater forskyvning bare i en retning, nemlig i aksial retning, og det oppstår vanskeligheter ved utformningen, på grunn av den betydelige aksiale utstrekning, hvilket skyldes nødvendigheten av at det må være to flenser for å koble endene av metallbelgen til de to innbyrdes tilpassede komponenter som tetningen skal anvendes for.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem

til en tetningsring som ikke gir de ovenfor nevnte ulemper,

og som er egnet for meget høye temperaturer dg små trykkforskjeller, og som videre utgjør en enkelt konstruksjon

og er lett å montere, billig, og har en høy grad av elastisk formbarhet, både i aksial og radial retning.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd med en tetningsring beregnet til å monteres mellom to innbyrdes tilpassede mekaniske komponenter som utsettes for innbyrdes bevegelse på grunn av forskjellig termisk ekspansjon, hvilken ring er dannet av et bånd av metallisk material som er deformert til fastning og er bøyd og viklet rundt seg selv i flere spiraler med hvilke som helst utvalgte diameter, idet den første og siste spiral er festet med nagler eller ved punktsveising,

og båndet har et tverrsnitt i form av en åpen V som har sin konkave flate vendende mot utsiden av spiralene og toppunktet deformet innover slik at det danner en innsnevret utsparing som har tverrsnittsform omtrent som en del av en sirkel.

Fordelene ved en slik tettering vil umiddelbart fremgå.

For det første, på grunn av at ringen er laget av metallbånd som er deformert til fastning- og har en tykkelse på noen tiendedeler av en millimeter, er den meget lett, slik at prisen faktisk er uavhengig av hvilket material som velges. Følgelig kan ringen også fremstilles av meget kostbare mat-erialer, slik som 18/8 rustfritt stål eller spesielle leg-eringer for meget høye temperaturer (Monel, Inconel, Nymonic og lignende), som gjør at ringen kan løse tetningsproblemer også i meget korrosive miljøer, slik som i kjernekraftinn-stallasjoner for produksjon.av anriket uran ved gassdiffu-sjonsprosessen, som benytter uran-heksafluorid i gassform, eller generelt i konvensjonelle kjemiske fabrikker.

Tverrsnittsformen til ringen gjør dessuten at den er meget elastisk deformerbar, både aksialt og radialt, og muliggjør betydelige innbyrdes forskyvninger mellom de innbyrdes tilpassede komponenter, idet forskyvningene kan være i størrelse på noen få cm. Formen til ringen er faktisk slik at når den utsettes for aksial kompresjon skjer en aksial deformasjon

og samtidig en elastisk radial deformasjon, og disse deformasjoner kan være i størrelse 2035 av bredden til metallbåndet som ringen er laget av, slik at ved å avpasse bredden kan disse deformasjoner ha en størrelse på noen få cm. Videre sikrer den særskilte form til ringen, på grunn av den konkave flate som vender utover i forhold til spiralen, at båndet i ringen lett kan bøyes permanent til forskjellige krumningsradier, for å oppnå forskjellige diametre, også store diametre, i størrelse 5 meter og mere, for å fylle forskjellige krav, mens tverrsnittsformen opprettholdes uendret, det sistnevnte gir, som nevnt ovenfor, båndet en betydelig elastisk deformerbarhet. Tilstedeværelsen av den innsnevredeuutspa-ring med tverrsnitt som en del av en sirkel, bidrar til å

øke den elastiske deformerbarhet til båndet og således av ringen som helhet, sikrer formstabilitet i den valgte diameter, og styrer og sentrerer de mange spiraler som ringen består av i forhold til hverandre.

På den annen side, ettersom ringen er dannet ved vikling, er den i stand til på en effektiv måte å opprettholde trykkforskjeller under særskilt ugunstige forhold, med ekstremt lave

i

lekkasjetap fordi det er mulig å variere antallet spiraler, hvilket vanligvis ligger mellom tre og ti, alt etter de trykkforskjeller som skal opprettholdes, og dessuten oppstår ingen vanskeligheter ved dannelse av ringen, fordi det bare er nød-vendig å skjøte den første og siste vikling, hvilket lettvint kan utføres med enkle nagler eller ved punktsveising .J~En ytterligere fordel er at det ikke oppstår problemer med hensyn til lagring av ferdige pakningsringer, ettersom det bare trengs å ha for hånden en viss mengde bånd av metallisk material av forskjellige bredder som er viklet på spoler, idet pakningsringen kan fremstilles enkelt og hurtig i forskjellige,. også store diametre, samtidig med monteringen, ved. hjelp av en kaldformingsoperasjon som utføres med et sett ruller. Således oppnås, på grunn av den særskilte tverrsnittsform til tetningen, at både den endelige tverrsnittsform til båndet og krumningen som er nødvendig for å oppnå en tetningsring med hvilken som helst diameter oppnås i en ekelt operasjon.

Det er også mulig å variere krumningen mens tverrsnittsformen holdes uendret, bare ved å justere settet av ruller.

I henhold til et annet trekk ved oppfinnelsen blir båndet

av metallisk material som er deformert til fastning først bøyd til den antatte diameter og formet til V-tverrsnitt med en utsparing som har tverrsnitt som en del av en sirkel, ved hjelp av en halvrulling, hvilket omfatter at båndet, som trekkes fra en spole og styres sideveis av to styreruller, beveges mellom et første par ruller innrettet til å forme et smalt, underskåret spor langs midtlinjen til båndet, hvor-etter båndet føres gjennom et annet par formeruller innrettet til å gi båndet den endelige tverrsnittsform, dvs. å bøye båndet til en åpen V, for å danne den underskårne utsparing med form som en del av en sirkel, i samsvar med sporet dannet av det første par ruller, og til slutt føres båndet mellom to par ruller som er nøyaktige motstykker av rullene i det annet par ruller, idet en .trykkrulle presser båndet mellom rullene i det annet par med en justerbar kraft som er beregnet til å

(

I

gi det formede bånd den. ønskede krumningsradius.

Det vil fremgå av det ovenstående at den foreløpige krumning av båndet bare er en funksjon av kraften som trykk-rullen utøver mot båndet, slik at ved å variere denne kraft blir det mulig på en enkel måte å variere den foreløpige krumning, for å oppnå tetningsringer med flere forskjellige diametere, hvor dette oppnås uten å variere tverrsnitts-arealet til båndet.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til de vedføyde tegninger, som viser en fore-trukket utførelsesform som anses å være den best egnede i praksis, vist som et eksempel og uten noen begrensninger, idet modifikasjoner og forandringer kan tenkes av teknisk, konstruksjonsmessig og teknologisk art uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom to innbyrdes tilpassede komponenter som utsettes for innbyrdes realtiv bevegelse, på grunn av forskjellig termisk ekspansjon, idet tetning mellom komponentene er dannet av en tetningsring beregnet for meget høye temperaturer og små trykkforskjeller, i henhold til oppfinnelsen .

Fig. 2 viser tetningsringen i fig. 1 sett i grunnriss.

Fig. 3 viser et snitt gjennom tetningsringen, sett etter linjen A-A i fig. 2. Fig.4 viser i perspektiv den første spiral i tetningsringen. Fig. 5 viser et snitt etter linjen B-B i fig. 4, og viser med stiplede linjer deformeringen av båndet forårsaket av en aksial komprimering etterfulgt av radial komprimering av ringen.

t

I

Fig. 6 viser skjematisk en maskin for kaldrulling og fore-

løpig forming av et bånd.

Fig. 7 viser skjematisk en detalj av maskinen i fig. 6 sett forfra," fra linjen C-C i fig. 6.

Fig. 8 viser skjematisk en annen detalj ved maskinen i fig.

6, sett forfra,fra linjen D-D i fig. 6, og

Fig. 9 viser skjematisk en ytterligere detalj ved maskinen i fig. 6, sett forfra, fra linjen E-E i fig. 6. Fig. 1 viser to mekaniske komponenter 1 og 2 som er innbyrdes tilpasset og utsettes for innbyrdes relativ bevegelse på r grunn av forskjellig termisk ekspansjon. I komponentene 1

og 2 er dannet et ringformet rom 3 for å inneholde en tetningsring 4 i henhold til oppfinnelsen beregnet for meget høye temperaturer og små trykkforskjeller.

Tetningsringen 4 er laget av et bånd av metallisk material som er deformert til fastning og har en tykkelse på noen få tiendedels millimeter, og som etter å ha blitt formet slik at det langs sin langsgående midtlinje har et spor 5 med tverrsnitt som en del av en sirkel og med flankene 6 og 7

bøyd i retning bort fra sporet 5 slik at det dannes en åpen V (slik det best fremgår av fig. 5), vikles på seg selv i flere spiraler, (i det viste eksempel 4) med'-ønsket diameter, og det således formede bånd bøyes slik at den åpne V dannet av båndet har sin konkave side vendende ut-

over fra spiralene, og sporene 5 i spiralene blir liggende i hverandre.

Flankene 6 og 7 i den først dannede spiral festes til de tilsvarende flanker 6'og 7' i den annen spiral som dannes (fremgår best av fig. 4), ved hjelp av nagler 8 og 9 eller

ved punktsveising, og det samme gjelder flankene 6"' og 7"' ' i den siste spiral, som festes med nagler 10 (se fig. 2)

eller ved punktsveising, til tilsvarende flanker 6" og 7"

i den nest siste spiral.

Av fig." 5 fremgår at den særskilte tverrsnittsform;>til båndet som danner ringen 4 tillater betydelige forskyvninger, både i aksial og radial retning. Som et resultat av den kombinerte aksiale og radiale komprimering av båndet, slik det skjer når ringen 4 anbringes i sitt ringspor 3, bøyes båndet til den form 11 som er vist med stiplede linjer i fig. 5, og utsettes for en aksial, elastisk deformasjon Aa og en radial, elastisk deformasjon Ar, hvilke deformasjoner kan være så store som 2095 av båndets bredde. •

For å lette viklingen av spiraler i samsvar med den ønskede diameter er båndet, som er utformet slik som beskrevet ovenfor, på forhånd bøyd til den antatte, endelige diameter.

En slik formning og foreløpig bøyning av båndet utføres

ved kaldrulling i et enkelt trinn.

Fig. 6-9 viser en maskin som er egnet for formning av båndet.

Maskinen omfatter hovedsakelig, som vist i fig. 7, to styreruller 12 og 13 som understøtter båndet 14 av metall som er deformert til fastning og trekkes fra spolen 15, idet styre-rullene virker mot kantene av båndet og fører det mellom et neste par sentreringsruller 16 og 17, som er anordnet den ene over den annen og trykkes mot hverandre i vertikal retning for å forme et'smaltspor 18 langs midtlinjen av båndet 14. For dette formål har rullen 16 en sylindrisk overflate med en ribber 19 midt mellom endene, mens den overliggende rulle 17 i sin overflate har et spor som er et speilbilde av ribben på rullen 16 (vist i fig. 8). Et heste, annet par formruller 20 og 21 gir båndet 14 dets endejlige tverrsnittsform, dvs. at det formes en utsparing

1

Claims (2)

1. 5 med tverrsnitt som en del av en sirkel, i samsvar med det smale spor 18 formet av sentreringsrullene 16 og 17, og flankene 6 og 7 av båndet 14 bøyes til åpen V-form. ti For dette formål er formrullen 20 utført med to koniske fla- ter adskilt av en ribbe 22 med halvsirkeltverrsnitt,,(fig."9), og formrullen 21 er utformet slik at den er et nøyaktig speilbilde av rullen 20. Et neste par ruller, 23, 24, 25, 26, som er nøyaktige motstykker til det annet par ruller 20, 21, er innrettet til å holde tverrsnittet til båndet konstant, mens en trykkrulle 27, anordnet mellom de to par ruller, trykkes mot båndet 14 med en justerbar kraft 28, for å bøye båndet. Ved å variere størrelsen til denne justerbare kraft 28, vari-eres krumningsradien for det formede bånd 14 som kommer ut fra det siste par ruller 25, 26, slik at det er mulig å bøye det formede bånd til hvilken som helst ønsket diameter. PATENTKRAV j

   1. Tetningsring for meget høye temperaturer og lave trykkforskjeller, beregnet til å anbringes i spenningstilstand mellom to innbyrdes tilpassede, mekaniske komponenter som utsettes for innbyrdes relativ bevegelse på grunn av forskjellig termisk ekspansjon, karakterisert ved at det omfatter et bånd av metallisk material som er deformert til fastning, og som er bøyd og viklet rundt seg selv i flere spiraler med ønsket diameter, idet den første og siste spiral er festet ved hjelp av nagler eller punktsveising, og idet båndet er formet med tverrsnitt som en åpen V som har sin konkave flate vendende utover fra spiralene og toppunktet deformert bakover slik at det er formet en utsparing med hovedsakelig halvsirkelformet tverrsnitt.
2. 2. Fremgangsmåte for fremstilling av en tetningsring, karakterisert ved at et bånd av et metallisk material som er deformert til fastning bøyes i henhold.til i ønsket diameter og formes til tverrsnitt som en åpen V med en utsparing som har tverrsnittsform som en halvsirkel/ ved kaldforming ved hjelp av ruller, omfattende de trinn at båndet, som trekkes fra en spole og styres sideveis av to styreruller, føres mellom et første par sentreringsruller innrettet til å forme et smalt spor langs midtlinjen til båndet, deretter mellom et annet par formeruller innrettet til å gi båndet den endelige tverrsnittsform, dvs. å bøye båndet til tverrsnitt som en åpen V og å danne en utsparing med tverrsnitt som en halvsirkel, i samsvar med det smale spor dannet av det første par ruller, og til slutt mellom to par ruller som er nøyaktige motstykker til det annet par ruller, idet en trykkrulle mellom disse trykker mot båndet med en justerbar kraft innE ettet til å gi båndet den ønskede krumning.