NO873083L - Styreapparat for en hermetisk tetning av belgtypen. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en hermetisk tetning til frem- og tilbakebevegelige stangmekanismer.

Oppfinnelsen er av generell anvendelighet med en spesiell anvendelighet i Sterlingmotorer og varmepumpeapparater eller -anlegg, hvor tap av kjølemiddeldamp eller anleggsgass skal unngås. Med anlegget i drift eller i hvile medfører det høye damptrykk av kjølemiddelet lekkasje gjennom vanlige stang-tetninger. En membran- eller belgtetning gjør det mulig å unngå slik lekkasje. Imidlertid forårsaker f.eks. det høye trykk på den ytre overflate av en tynn, fleksibel belg, hvis indre befinner seg ved omgivelsestrykk eller atmosfæretrykk, i kombinasjon med de spenninger som forårsakes ved utvidelsen og sammentrekningen av belgen, forspenning og hurtig svikt av tetningen.

Den foreliggende oppfinnelse unngår dette og andre vanskelig-heter og ulemper ved å tilveiebringe organer for å styre trykkforskjellen mellom det innvendige og utvendige av fleksible tetninger, såsom innersiden og yttersiden av tetninger av belgtypen, og ved å holde de maksimale spenningsnivåer i hvert avsnitt forårsaket av utvidelse og sammentrekning, på et minimum ved passende oppdeling av belgen og riktig valg av antall folder i hvert avsnitt og passende valg av drivorganer for hvert avsnitt, som det nå skal beskrives.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ut fra utførelsesformer, idet det henvises til tegningen på hvilken

fig. 1 viser et skjematisk lengdesnitt langs linjen 1-1 i fig. 2-4 gjennom en første utførelsesform for oppfinnelsen som anvendt ved kompressormekanismen i en varmepumpe,

fig. 2,3 og 4 delsnitt langs henholdsvis linjene 2-2, 3-3 og 4-4 i fig. 1,

fig. 5 et dellengdesnitt langs linjen 5-5 i fig. 4,

fig. 6 et skjematisk lengdesnitt gjennom en annen utførelses-form for oppfinnelsen langs linjen 6-6 i fig. 8,

fig. 7 et snitt langs linjen 7-7 i fig. 8,

fig. 8 et snitt langs linjen 8-8 i fig. 6,

fig. 9 et skjematisk lengdesnitt gjennom en annen utførelses-form for oppfinnelsen langs linjen 9-9 i fig.11,

fig. 10 et snitt langs linjen 10-10 i fig. 9,

fig. 11 et snitt langs linjen 11-11 i fig. 9,

fig. 12 et delsnitt gjennom en ytterligere utførelsesform,

fig. 13 en skjematisk gjengivelse av en annen utførelsesform langs linjen 13-13 i fig. 14,

fig. 14 et snitt langs linjen 14-14 i fig. 13,

fig. 15 et snitt langs linjen 15-15 i fig. 14, og

fig. 16 et bruddbilde av et kompressorstempel med to stenger til drift av hjelpepumper.

I fig. 1-5 fungerer et stempel 10 på en stempelstang 11 inne i en sylinder 12 i et husavsnitt 9a og aktiverer en under-stempelstang 13 forbundet med stempel 14 i en vakuumpumpe 15. En belg 16 inne i et kammer 17 er ved sin øvre ende tettet til stempelstangen 11, og ved sin nedre ende til en vegg som strekker seg mellom kammeret 17 og en husvegg 9b,idet belgen danner en hermetisk tetning mellom et kammer 12b og omgivelsestrykket i belgen, som gjennom sin åpne ende er utsatt for omgi vel ses trykk i et husavsnitt 9c. Belgen drives sideløpende med stempelstangen, som strekker seg gjennom en pakkboks lia i en vegg 12c, og den maksimale mekaniske spenning på grunn av utvidelse og sammentrekning av foldene i belgen reduseres drastisk med et vektarms- og rørapparat 18 i husavsnittet 9c, som omhandlet i beskrivelsen til søkerens US-patent nr. 4.424.008.

Spenningene som normalt innføres av trykkforskjell, nøytrali-seres ved et av prinsippene for den foreliggende oppfinnelse, som det nå skal beskrives.

Pumpen 15 er forbundet til et trykk lavere enn omgivelsestrykk eller et vakuumkammer eller vakuumkammere 19 gjennom en kanal eller ledning 15a, en ventil 22 og en kontraventil 14a. Vakuum som er etablert under drift av maskinen, opprettholdes i kammeret 19 under stansing ved lukking av ventilen 22. Kammeret 19 behøver kun å være stort nok for å sørge for start av motoren som det skal beskrives senere. Pumpen behøver kun å ha kapasitet nok til å tilveiebringe tilstrekkelig vakuum til avlasting av for stort trykk i kammeret 17 under drift av motoren og til hurtig å lagre opp et vakuum i kammeret 19 til startformål i tilfelle av at kompressoren er utsatt for korte driftsperioder. En ledning 20 forbinder kammeret 19 med en glideventil 21. Ventilen 21 står i forbindelse med belgkammeret 17 gjennom en forgrening 23 og en ledning 17a og med sylinderkammeret 12b gjennom en ledning 24, som er innsnevret av en blende 25. En glider eller et stempel 26 som har minst én gjennomgående boring 26a, er selvinnstillende overfor trykkvariasjoner omkring belgen 16 gjennom boringen eller boringene 26a ved en stangforbindelse med en styrebelg 27 plassert i husavsnittet 9b eller 9c eller i atmosfæren.

Under hvileperioder tvinges stemplet 10 til ekspansjons-stillingen eller den nedre stilling av trykket fra gassen eller kjølemiddelet i kammeret 12a, og belgen 16 trykkes sammen og kan bli utsatt for fullt gass- eller damptrykk på grunn av lekkasje ved pakningen lia og glideren 26. Ved start åpnes ventilen 22 og får trykket omkring belgen 16 til øyeblikkelig å bli redusert tilnærmelsesvis til omgivelsenes. Under drift av kompressoren får høyt trykk i belgen 27 ventilen 21 til å åpne ledningen 20a til vakuumk ammer et, som holdes evakuert av pumpen 15. Lavt trykk i belgen 27 får omvendt ventilen 21 til å avbryte eller lukke ledningen 20a og forbinde kammeret 17 gjennom forgreningen 23, ledningen 24 og blenden 25 til det høyere trykk i kammeret 12b, og trykket omkring belgen 16 holdes således i det vesentlige på omgivelsestrykk.

Ledningene 15a og 20 i fig. 1 står i forbindelse med ledningene 15a og 20 i fig. 5, og ventilen 26 er vist å være i sin nøytralstilling tvers over begge ledningene 20a og 24. Under drift vil glideren eller stempelet 26 bestandig bevege seg frem og tilbake når belgen 27 reagerer på økning og minskning av trykket i kammeret 17. Trykket i kammeret 12b vil alltid være noe større enn omgivelsestrykket eller atmosfæretrykket inne i belgen 16 og husavsnittet 9c på grunn av damptrykk på grunn av kjølemiddelet som pumpes ved den prinsipale an-vendelse av oppfinnelsen. Imidlertid kunne ledningen 24 være forbundet med kammeret 12a i stedet for med kammeret 12b.

Mens den primære funksjon av pumpen og kammerene er å avlaste trykket i kammeret 17 til tilnærmelsesvis trykket i belgen, er resterende vakuum i kammerene 19 likedes nyttes ved start av motorkompressoren. En ikke vist ledning til kammeret 12a fra vakuumkammerene kan åpnes kortvarig for å senke sylinder-trykket og trekke stempelet 10 imot dets øvre dødpunkts-stilling. Lukking av ledningen som således tillater damp-trykket i kammeret 12a å bli gjenoppbygget, vil medvirke til å føre stempelet 10 tilbake mot dens øvre dødpunktsstiling, og derved komprimere ladningen i motoren tilstrekkelig for tenning. Det kan være tilveiebragt organer for å bevege stempelet i den ene eller begge retninger for startformål, og det kan være tilveiebragt en direkte (bløt) tetning omkring stempelstengene 11 og 13 og kontraventilen 14c og ledningen 24 for å forhindre lekkasje når kompressoren er i hvile for å nedsette størrelsen av eller eliminere behovet for kammerene 19.

Det vil sees at apparatet kan være selvstendig med vakuumpumpe, gliderventil og vakuumkammere, alle plassert inne i kompressorens hus som imidlertid er av noe øket lengde ved den i fig. 1-5 viste utførelsesform. En mer kompakt modifikasjon er vist i fig. 6-8. Her er belgen 116 tettet direkte mot stempelet 110 og til den nedre endevegg 112c av sylinderen 112. Virkningen av belgen styres med en Ntlrnbergersaks 130 med kryssede ledd 130a, 130b og 130c festet til en under-støttelsesring 131, som strekker seg fra folder i belgen. De kryssede ledd 130a er normalt store til store intervaller, og leddene 130c er korte til korte intervaller. Vakuumpumpen 115 evakuerer vakuumkammmere 119, som kan ha forbindelser gjennom passende, ikke viste ventiler, og ledninger til sylinderen 112 over og under stempelet 110 på en måte og til formål som allerede er beskrevet i forbindelse med fig. 1-6.

Et annet prinsipp for oppfinnelsen ligger i å la antallet av identiske folder i hver av et antall avsnitt av belgtetningen, avta i rekkefølge fra den fastgjorte ende av belgen til dennes bevegelige ende ifølge formelen:

N2= S2

N-r S-p

hvor N2er antallet folder i ett av et antall avsnitt av en belg, N-r er det samlede antall av identiske folder i hele belgen, S2er størrelsen av avsnittets forlengelse eller samment rekning, og S-p er den samlede forlengelse eller sammentrekning av hele belgen under drift av den maskin hvori tetningen anvendes.

En annen fordel ved det i fig. 6-8 viste system, ligger i den forminskede diameter av belgen som er muliggjort ved anbringelse av mekanismen for aktivering av den mellomliggende del eller de mellomliggende deler av belgen, på yttersiden av belgen.

Ettersom trykket på den utvendige og den innvendige overflate av belgen reguleres ved virkningen av gliderventilen 21 til tilnærmelsesvis omgivelsestrykk, og ettersom et betydelig lavere trykk opprettholdes av pumpen 115 i vakuumkammerene, oppnås lett start som tidligere angitt.

En annen utførelsesform for oppfinnelsen er vist i fig. 9-11. Den har et belgtetningsarrangement lignende det som er vist i fig. 1-5, men har forskjellig lange belgavsnitt 216a,216b og 216c med forskjellig lange vektarmer 230a, 230b og 230c til aktiveringsmekanismen mellom stempelstangen og sylinderen. De mellomliggende deler av belgen er forbundet med korte styrebøssinger 231, som er forskyvbare på styrestenger 232.

En ytterligere utførelsesform for oppfinnelsen er vist i fig. 12, i hvilken belgen 316 er forbundet med kompressorstempel-et , og mellomliggende deler av belgen er forbundet til utvendig plasserte drivledd gjennom korte styrebøssinger omkring bevegelige styrestenger 332 forbundet med stempelet på motsatte sider av belgen. Dette tilveiebringer et mer kompakt arrangement enn den i fig. 9-11 viste modifikasjon.

Den i fig. 13-15 viste modifikasjon gjør bruk av et par tannstenger med den ene,418, forbundet med stempelet 410 og den annen, 419, forbundet med en mellomliggende del av belgen 316, og med et tannhjul 430a i inngrep med tannstangen 418 og et i ett stykke med det første tannhjul eller dertil festet tannhul 43 0b med mindre diameter i inngrep med tannstangen 419. Dette arrangement tilveiebringer de samme relative bevegelser mellom belgavsnittene som i de andre modifikasjoner .

Fig. 16 viser hvorledes et kompressorstempel 510 kan være utformet for å aktivere pumpestenger 513 gjennom en sylinder-endevegg 512 og tette dem mot en bløt polstring 512d for å forhindre lekkasje gjennom veggen omkring stengene og stempelstangen.

Det vil forstås at andre modifikasjoner av oppfinnelsen vil kunne ha omgivelsestrykket på yttersiden av belgtetningen med innersiden utsatt for det variable trykk og styrt på en lignende måte. Likeledes kan det ved noen anvendelser av oppfinnelsen være ønskelig å ha en trykkforskjell til annet enn omgivelsestrykket på motsatte sider av belgtetningen, så lenge det er styrte trykk.

Claims (11)

1. Styrepparat til en hermetisk tetning av belgtypen omkring en frem- og tilbakebevegelig stang, hvilken tetning har en fastliggende åpen ende og en bevegelig ende og har en innvendig overflate utsatt for omgivelsestrykk omkring apparatet, og en utvendig overflate inneholdt i et trykk-kammer, som tilveiebringer utvendig trykk på tetningen, som er utsatt for potensielt skadelige forskjeller mellom utvendig trykk og innvendig trykk,karakterisert vedat apparatet omfatter et første organ til å etablere et trykk mindre enn omgivelsenes, og ventilorganer til å forbinde dette mindre trykk i det første organ til den ene av nevnte overflater, når trykket på denne er større enn ønsket i forhold til trykket på den annen side på en slik måte, at trykkforskjellen mellom trykkene innvendig og utvendig på belgtetningen holdes på det ønskede nivå, og med organer til samtidig å aktivere den bevegelige ende og en mellomliggende del av tetningen.

2. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat stangen er festet til et stempel i en kompressor, og at ventilorganet er bevegelig for å forbinde nevnte ene overflate til en kilde for høyere trykk, når trykket på nevnte ene overflate er lavere enn et ønsket trykk i forhold til den annen side.

3. Apparat ifølge krav 2,karakterisert vedat det første organ omfatter en frem- og tilbakegående evakueringspumpe med en stang parallell med og som beveger seg frem og tilbake med den frem- og tilbakebevegelige stang, hvilken pumpe er forbundet med et kammer med lavere trykk enn omgivelsenes.

4. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat stangen er festet til stempelet i en kompresjonssylinder, og at denne sylinder tjener som nevnte kammer.

5. Apparat ifølge krav 2,karakterisert vedat stempelet tjener som nevnte første organ.

6. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat belgen omfatter et antall samtidig aktiverte deler, som deler opp belgen i avsnitt av folder.

7. Styreapparat ifølge krav 1,karakterisertved at belgtetningen er oppdelt i et antall avsnitt med ulike antall folder, hvilke avsnitt avtar i antall folder i rekkefølge fra en fastliggende ende av belgtetningen til en bevegelig ende av denne, og med bevegelige drivorganer som strekker seg mellom stangen og nevnte bevegelige ende og mellom stangen og belgtetningen mellom seksjonene for samtidig å aktivere de bevegelige drivorganer når stangen beveges, for å forlenge eller forkorte lengden av hvert avsnitt i et omfang som er vesentlig proporsjonalt med antall foldinger i hvert avsnitt.

8. Styreapparat ifølge krav 7,karakterisertved at forholdet mellom antall folder i et gitt belgavsnitt og det samlede antall folder, er i det vesentlige likt forholdet mellom forlengelsen eller sammentrekningen av dette belgavsnitt og den samlede forlengelse eller sammentrekning av belgen.

9. Styreapparat ifølge krav 7,karakterisertved at organene for utligning av gasstrykk omfatter organer til å variere trykket på i hvert fall høytrykkssiden av belgfoldene.

10. Styreapparat ifølge krav 1,karakterisertved at ventilorganene er styrt av organer som reagerer på trykk på nevnte ene side av belgen.

11. Styreapparat ifølge krav 10,karakterisertved at ventilorganene fungerer til å forbinde nevnte ene side av tetningen med enten det første organ eller en kilde for trykk som er større enn omgivelsenes.