PL185233B1

PL185233B1 - Urządzenie do uszczelniania lancy w otworze, do wprowadzania lancy do pojemnika ciśnieniowego

Info

Publication number: PL185233B1
Application number: PL96322653A
Authority: PL
Inventors: Radomir Andonov; Emile Lonardi
Original assignee: Wurth Paul Sa
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-09
Publication date: 2003-04-30
Also published as: CZ307797A3; LU88600A1; UA40667C2; KR19980703332A; RU2149189C1; BR9607993A; CA2216951A1; EP0817867A1; WO1996030548A1; CN1179798A; CZ285733B6; DE59600782D1; ES2124091T3; CN1049923C; PL322653A1; ATE173025T1; AU5105096A; EP0817867B1

Abstract

1 . Urzadzenie do uszczelniania lancy w otworze, do w prow adzania lancy do pojem nika cisnieniowego, a zw laszcza do pieca szybowego, zaw ierajace obudowe zew netrzna m ajaca scianke czolow a od strony pieca szy- bow ego i od strony otoczenia, które zaopatrzone sa osio- wo w otw ór dla tej lancy i elem ent uszczelniajacy, zaw ie- rajacy szereg pierscieniowych uszczelek sprezystych, um ieszczony w obudow ie zewnetrznej, znamienne tym, ze elem ent uszczelniajacy (14) zaw iera obudow e we- w netrzna (46) z osiowymi sciankam i czolowym i m ajacy- mi otwór dla lancy (12) oraz co najm niej jedno uszczel- nienie (50) 1 co najm nie j jeden przesuw ny osiowo tlok pierscieniow y (52), które w ewnatrz obudow y w ew netrz- nej (46) usytuow ane sa wspólosiow o z osia srodkow a (24) urzadzenia, przy czym uszczelnienie (50) polozone jest pom iedzy tlokiem pierscieniowym (52) i |edna ze scianek czolowych obudow y wewnetrznej (46) w kierunku prze- suwu tloka pierscieniow ego (52) dociskajacego osiowo uszczelnienie (50) w kierunku jednej ze scianek czolowych obudowy wewnetrznej (46), a obudowa wewnetrzna (46) jest przesuw na prom ieniow o w obudow ie zewnetrznej (2). oraz tym, ze obudow a wewnetrzna (46) wraz z uszczel- nieniem (50) i tlokiem pierscieniow ym (52) stanowi zespól sam o-centrujacy na lancy (12). FIG 2 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do uszczelniania lancy w otworze, do wprowadzania lancy do pojemnika pod ciśnieniem, a zwłaszcza do pieca szybowego.

Znane jak wprowadzenie lancy z czujnikiem poprzez boczny otwór do wnętrza pieca szybowego dla umożliwienia pomiaru stężenia gazów w tym piecu. Ponieważ wewnątrz pieca głównie panuje nadciśnienie, otwór taki musi być uszczelniony względem lancy dla zapobieżenia wypływowi gazów, które są także szkodliwe dla zdrowia. W tym celu zapewnia się urządzenia uszczelniające, które umożliwiają wprowadzenie i wyjęcie lancy i jednocześnie zapobiegają wypływowi gazów z pieca szybowego.

Najprostszą postacią uszczelnień są plastycznie odkształcalne uszczelki, które rozmieszczone są w ciasnej obudowie i spoczywają szczelnie na lancy, która ma być wprowadzana do pieca, w wyniku czego osiąga się uszczelnienie lancy względem obudowy. Jednak przekrój poprzeczny lancy podlega w takim przypadku zauważalnym zmianom. Te zmiany przekroju poprzecznego lancy mogą wynikać z jednej strony z powstawania na niej osadów lub zużywania się jej powierzchni, w wyniku czego przekrój poprzeczny lancy zwiększa się lub zmniejsza, a z drugiej strony ze zmiany temperatury pracy, a stąd ze zmian w zakresie rozszerzalności cieplnej lub skurczu. Wynikiem tych zmian jest to, że uszczelki elastyczne nie zachowują szczelności na lancy przez dłuższy okres czasu.

Niemiecki opis patentowy DE-A-29 50 672 ujawnia urządzenie uszczelniające mające sprężystą uszczelkę rurową, która może być ściśnięta, osadzoną na lancy. Przy wprowadzaniu lancy ta sprężysta uszczelka poddana jest ciśnieniu w wyniku czego jest ona ciaśniej dopasowana dokoła lancy, a przez to zwiększa szczelność powstałego połączenia.

Ponieważ taka uszczelka rurowa spoczywa w sposób ciągły na lancy, przy wprowadzaniu i wyjmowaniu lancy następuje znaczne obciążenie materiału przez tarcie, co prowadzi do szybkiego jej zużywania i zniszczenia, a tym utraty funkcji uszczelniania. Ponieważ jednak musi być zapewniona odpowiednia sprężystość uszczelnienia, zużywanie się uszczelki nie może być powstrzymane nawet przez wzmocnienie lub pokrycie powłoką jej powierzchni tarcia. Oznacza to, że nie jest możliwe dowolne zwiększenie grubości ścianek, jak to jest przyjęte dla uszczelek z tworzyw sztucznych, albo pokrycie powierzchni trących materiałem odpornym na ścieranie, ponieważ przez to pozbawione zostałyby one wysokiej sprężystości.

Dla uniknięcia tych wad towarzyszących sprężystym uszczelkom, niemieckie opisy patentowe DE-A-44 15 219 i DE-A-44 15 221 ujawniają urządzenie uszczelniające, które za4

185 233 wiera sprężystą nadmuchiwaną uszczelką, w której zwiększa się ciśnienie tak, że jest ona ciasno dopasowana do lancy po jej wprowadzeniu, i którą wycofuje się podczas wprowadzania i wycofywania lancy z pieca. W celu zapewnienia szczelności podczas wprowadzania lub wycofywania lancy, umieszcza się szereg pierścieniowych uszczelek, na przykład, sprężystych uszczelek lub uszczelnień, które w sposób ciągły spoczywają na lancy. Jakkolwiek wyeliminowano w tym urządzeniu uszczelniającym wady wynikające z szybkiego zużywania się sprężystego materiału, to jednak pojawiły się nowe problemy. Gdy nadmuchiwane uszczelnienie sprężyste nie znajduje się na lancy przy jej przemieszczeniu, to nie jest możliwe w tej fazie kompensowanie luzu promieniowego spowodowanego zmianami przekroju poprzecznego lancy.

Ponadto opisane zostały różne urządzenia uszczelniające, które mogą być użyte do uszczelniania wałów lub czopów w obudowach. Przykładowo francuski opis patentowy FR-A-1.600.190 opisuje urządzenie uszczelniające wał z nadmuchiwaną uszczelką, która podczas nadmuchiwania spoczywa szczelnie na wale. Nadmuchiwana uszczelka umieszczona jest w pierścieniu w promieniowej komorze w obudowie, a pierścień może poruszać się promieniowo w tej obudowie w taki sposób, że promieniowe przemieszczenie występujące pomiędzy wałem i obudową może podlegać kompensacji. Jednak urządzenie to ma wadę opisaną powyżej, polegającą na szybkim zużywaniu się rurowej uszczelki.

Niemiecki opis patentowy DE-A-14 25 523 ujawnia urządzenie uszczelniające dla obracających się wałów, w którym dwa elastyczne uszczelnienia umieszczone są na wale wewnątrz obudowy, uszczelnienia utrzymywane są w położeniu osiowym za pomocą konstrukcji typu otwartej klatki pod działaniem sprężyny lub przez powłokę wykonaną z łatwo odkształcalnego materiału. Elastyczne uszczelnienia dociskane są w kierunku promieniowym do powierzchni uszczelnianej na wale przez podanie czynnika pod ciśnieniem do obudowy, przez co zwiększa się nacisk styku na wał.

Amerykański opis patentowy US-A-2.273.129 opisuje uszczelkę dla łożyska tocznego, w której dwa pierścienie uszczelniające, mające przekrój poprzeczny w kształcie litery U, spoczywają na wale w obudowie współosiowej z wałem, przy czym odnogi każdej sekcji będącej w kształcie litery U tworzą krawędzie uszczelniające. Uszczelki rozmieszczone są osiowo w taki sposób, że wybrania w przekrojach poprzecznych w kształcie litery U zwrócone są osiowo przeciwległe względem siebie tak, że wybrania te kończą się w przestrzeni pod ciśnieniem utworzonej pomiędzy uszczelkami. Podanie czynnika pod ciśnieniem do przestrzeni ciśnieniowej przemieszcza dwie uszczelniające krawędzie każdej uszczelki osiowo na boki tak, że krawędź uszczelniająca spoczywa na wale i jest ściślej do niego dopasowana.

Amerykański opis patentowy US-A-3.434.728 opisuje urządzenie do uszczelniania tulei wału w przestrzeni ciśnieniowej z obudową, integralnie z nią połączoną, przy czym obudowa ta rozciąga się współosiowo zwałem na zewnątrz przestrzeni ciśnieniowej. Wokół wału umieszczone są uszczelnienia, z których każde dociskane jest przez tłok typu tulei do odpowiedniej ściany czołowej obudowy, przy każdej ścianie czołowej obudowy i wewnątrz niej. Jednak, urządzenie to nie jest odpowiednie do kompensacji przemieszczeń promieniowych pomiędzy lancą i osią tulei.

Celem wynalazku jest zapewnienie urządzenia do uszczelnienia lancy na wejściu do pojemnika ciśnieniowego, które może kompensować zarówno luz promieniowy, wynikający ze zmian przekroju poprzecznego lancy, jak również przemieszczenia osi lancy względem osi tulei bez narażania na niebezpieczeństwo utraty szczelności urządzenia spowodowane nadmiernie szybkim zużywaniem się materiałów uszczelnienia.

Zgodnie z wynalazkiem urządzenie do uszczelniania lancy w otworze, do wprowadzania lancy do pojemnika ciśnieniowego, a zwłaszcza do pieca szybowego, zawierające obudowę zewnętrzną mającą ściankę czołową od strony pieca szybowego i od strony otoczenia, które zaopatrzone są osiowo w otwór dla tej lancy i element uszczelniający, zawierający szereg pierścieniowych uszczelek sprężystych, umieszczony w obudowie zewnętrznej, charakteryzuje się tym. że element uszczelniający zawiera obudowę wewnętrzną z osiowymi ściankami czołowymi mającymi otwór dla lancy oraz co najmniej jedno uszczelnienie i co najmniej jeden przesuwny osiowo tłok pierścieniowy, które wewnątrz obudowy wewnętrznej usytuowane

185 233 są współosiowo z osią środkową urządzenia, przy czym uszczelnienie położone jest pomiędzy tłokiem pierścieniowym i jedną ze ścianek czołowych obudowy wewnętrznej w kierunku przesuwu tłoka pierścieniowego dociskającego osiowo uszczelnienie w kierunku jednej ze ścianek czołowych obudowy wewnętrznej, a obudowa wewnętrzna jest przesuwna promieniowo w obudowie zewnętrznej, oraz tym, że obudowa wewnętrzna wraz z uszczelnieniem i tłokiem pierścieniowym stanowi zespół samo-centrujący na lancy.

Korzystnie, element uszczelniający zawiera dwa tłoki pierścieniowe i dwa uszczelnienia, które ustawione są współosiowo z osią środkową urządzenia i obudowy wewnętrznej, przy czym te dwa tłoki pierścieniowe są położone osiowo pomiędzy dwoma uszczelnieniami i przesuwne w kierunkach przeciwnych względem siebie, i każde uszczelnienie dociskane jest przez tłok pierścieniowy w kierunku jednej ze ścianek czołowych obudowy wewnętrznej, a co najmniej jedno uszczelnienie posiada element sprężysty, który wewnątrz tego uszczelnienia osadzony jest współśrodkowo z osią środkową obudowy wewnętrznej.

Korzystnie, obudowa wewnętrzna na swych ściankach czołowych posiada elastyczne uszczelki pierścieniowe, które stykają się ze ściankami czołowymi obudowy zewnętrznej, natomiast pomiędzy dwoma tłokami pierścieniowymi utworzona jest pierścieniowa komora ciśnieniowa.

Każdy z tłoków pierścieniowych posiada wewnętrzną uszczelkę pierścieniową osadzoną promieniowo do wewnątrz względem tulei prowadzącej zamontowanej współosiowo z osią środkową oraz zewnętrzną pierścieniową uszczelkę osadzoną promieniowo na zewnątrz względem wewnętrznej powierzchni obudowy wewnętrznej.

Korzystnie, w komorze ciśnieniowej usytuowana jest uszczelka sprężysta, uszczelniająca tę komorę od zewnątrz, a komora ciśnieniowa usytuowana pomiędzy dwoma tłokami pierścieniowymi połączona jest otworami w obudowie wewnętrznej ze środkową komorą, która połączona jest wlotowym otworem zasilającym, przechodzącym przez obudowę zewnętrzną, z przewodem zasilającym zawierającym czynnik pod ciśnieniem.

Korzystnie, w komorze ciśnieniowej pomiędzy dwoma tłokami pierścieniowymi osadzone są sprężyny, lub elementy klinowe przesuwne w kierunku promieniowym, przy czym elementy klinowe posiadają część cylindryczną osadzoną w otworze prowadzącym, usytuowanym w obudowie wewnętrznej i połączonym ze środkową komorą, która połączona jest wlotowym otworem zasilającym, przechodzącym przez obudowę zewnętrzną, z przewodem zasilającym zawierającym czynnik pod ciśnieniem. Dookoła elementów klinowych rozmieszczone są elementy sprężyste, których wektor siły skierowany jest promieniowo do wewnątrz na elementy klinowe, przy czym elementy sprężyste zawierają wstępnie naprężony spiralny pierścień sprężysty, korzystnie, ze sprężystego tworzywa sztucznego.

Korzystnie, pomiędzy elementami klinowymi a tuleją prowadzącą usytuowane są sprężyny spiralne, które z jednej strony podparte są promieniowo w kierunku do wewnątrz na tulei prowadzącej, a z drugiej strony dociskane są promieniowo w kierunku na zewnątrz do elementów klinowych.

Korzystnie, powierzchnie nośne obudowy wewnętrznej stykające się z lancą powleczone są materiałem o małym współczynniku tarcia.

Korzyścią proponowanego rozwiązania jest fakt, że negatywny skutek zużywania się poszczególnych elementów urządzenia może być znacznie zredukowany przy zastosowaniu uszczelnień, to jest uszczelek z tworzywa sztucznego, jako elementu uszczelniającego. W rzeczywistości, problem utrzymania sprężystości elementów uszczelniających nie jest spotykany w uszczelkach z tworzyw sztucznych. Stąd, w przypadku takich uszczelnień grubość użytego materiału może być zwiększona, a powierzchnia tarcia może być pokryła materiałem odpornym na ścieranie bez jakiegokolwiek niekorzystnego oddziaływania na właściwości uszczelniające.

Należy odnotować, że podany w opisie termin uszczelnienie jest określeniem ogólnym. Dla specjalisty z tej dziedziny jest oczywiste, że uszczelnienia wykorzystane w rozwiązaniu według wynalazku mogą również składać się z osobnych pierścieni uszczelniających, rozmieszczonych osiowo jeden obok drugiego. W takim przypadku poszczególne pierścienie uszczelniające dociskane sąjeden do drugiego podczas ruchu tłoka pierścieniowego, pierwszy

185 233 pierścień uszczelniający podtrzymywany jest przez jedną ze ścianek czołowych, podczas gdy drugi pierścień uszczelniający spoczywa bezpośrednio na tłoku pierścieniowym i przekazuje nacisk tego tłoka na wstawione pomiędzy nie pierścienie uszczelniające.

Ponieważ uszczelnienia mogą być ściśnięte przez tłok pierścieniowy, cechą urządzenia według wynalazku jest to, że uszczelka może być dostosowana do zmian przekroju poprzecznego lancy. Ponadto, uruchomienie tłoka pierścieniowego może być przerwane podczas ruchu lancy w urządzeniu. W konsekwencji, szczelne osadzenie uszczelnienia na lancy zostaje rozluźnione, a wówczas lanca może być przemieszczana z mniejszym oporem tarcia.

Ponadto, w zależności od ciśnienia panującego w pojemniku szczelność całego urządzenia może być dostosowana do warunków w pojemniku przez mocniejszy lub słabszy ruch tłoka pierścieniowego, co oznacza, że wymaganą większą szczelność urządzenia do uszczelniania, na przykład, w przypadku wzrostu ciśnienia w pojemniku, można osiągnąć przez mocniejsze działanie tłoka.

Możliwość promieniowego przemieszczenia obudowy wewnętrznej w drugiej obudowie zewnętrznej umożliwia dostosowanie jej do nachylonego lub osiowo przemieszczonego położenia lancy w urządzeniu do uszczelniania. Dzięki temu obudowa wewnętrzna może być swobodnie wycentrowana na lancy, gdy lanca wprowadzana jest pod pewnym kątem lub z osiowym przemieszczeniem względem tego urządzenia.

Ponadto, naprężenie w poszczególnych uszczelnieniach może być zmniejszone w przypadku użycia wielu uszczelnień. Dodatkowo, odpowiedni elekt uszczelnienia urządzenia osiąga się przy słabszym ruchu tłoków pierścieniowych.

Dla wszystkich przykładów wykonania korzystne jest pokrycie powierzchni nośnych, na których obudowa wewnętrzna spoczywa na lancy, materiałem który zmniejsza opór tarcia tych powierzchni o lancę. W wyniku tego zużywanie tych części jest zredukowane, tym samym zasadniczo wydłużając trwałość całego urządzenia.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do uszczelniania lancy w pierwszym przykładzie wykonania, w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - w powiększeniu środkową część urządzenia z fig. 1, w przekroju wzdłużnym, fig. 3 do fig. 7 przedstawiają środkowe części kolejnych przykładów wykonania urządzenia według wynalazku, w przekroju wzdłużnym, a fig. 8 przedstawia przekrój poprzeczny, wzdłuż linii A - A' urządzenia z fig. 1.

Figura 1 przedstawia urządzenie uszczelniające zgodnie z pierwszym przykładem wykonania wynalazku, w przekroju wzdłużnym. Urządzenie to zawiera obudowę zewnętrzną 2, której wnętrze podzielone jest na szereg komór 4, 6, 8, oddzielonych od siebie żebrami 10 w kierunku osiowym, w których umieszczone są pojedyncze elementy uszczelniające. Obudowa zewnętrzna 2 i żebra 10 posiadają w środku otwór osiowy, przez który wprowadzana jest lanca 12, przy czym szerokość otworu jest tak dobrana, że lanca 12 ma stosunkowo duży luz osiowy w tym otworze.

Urządzenie na fig. 1 zawiera ponadto dwa elementy uszczelniające 16, 18, które usytuowane są w komorach 4 i 8 oraz środkowy element uszczelniający 14, który osadzony jest w środkowej komorze 6. Komory te mogą być typu opisanego w niemieckich opisach patentowych DE-A-44 15 219 i DE-A-44 15 221. Zawierają one pierścienie 20, 22, których przekrój poprzeczny dostosowany jest do przekroju poprzecznego lancy 12. Każdy z tych pierścieni 20 lub 22 osadzony jest w taki sposób w swojej komorze 4 lub 8, że może być przemieszczany pod kątem prostym do osi środkowej 24 urządzenia uszczelniającego. Ta możliwość przemieszczenia pierścieni 20, 22 w ich odpowiednich komorach 4, 8 obudowy zewnętrznej 2 umożliwia dostosowanie się tych pierścieni do nachylonego lub osiowo przemieszczonego położenia lancy 12 w urządzeniu uszczelniającym. W rezultacie, pierścienie 20, 22 wraz z elementami uszczelniającymi mogą swobodnie centrować się na lancy 12, przy wprowadzaniu lancy przez urządzenie uszczelniające pod pewnym kątem lub gdy jest ona przemieszczana osiowo.

Pierścienie 20, 22 stanowią uchwyty dla uszczelek albo uszczelnień, które spoczywają na lancy 12. Przykładowo, pierścień 20 zaopatrzony jest wewnątrz w uszczelnienie składające się z dwóch pierścieni uszczelniających 26, na których spoczywa on na lancy 12. Natomiast

185 233

Ί pierścień 22 ma nadmuchiwaną uszczelkę 30, która umieszczona jest wewnątrz wnęki 32 w pierścieniu 22. W położeniu nie nadmuchanym uszczelka 30 chowana jest do wnęki 32, co umożliwia przemieszczanie się lancy 12 w uszczelce 30 nie powodując uszkodzenia tej uszczelki i jej zużywania.

W położeniu nadmuchanym uszczelka 30 może jednak kompensować zasadniczo większy luz promieniowy niż dwa pierścienie uszczelniające 26 elementu uszczelniającego 16. Pierścień 22 korzystnie spoczywa na lancy 12 na dwóch uszczelkach 28, które umieszczone są z obu stron wnęki 32. Aby doprowadzić ciśnienie do nadmuchiwanej uszczelki 30 korzystnie jest ono podawane do komory 8. Dokonywane jest to, na przykład, przez doprowadzenie czynnika pod ciśnieniem do komory 8 poprzez otwór zasilający 34. Komora 8 połączona jest poprzez otwory 36 w pierścieniu 22 z wnęką 32, w wyniku czego czynnik pod ciśnieniem wprowadzany jest do nadmuchiwanej uszczelki 30. Na koniec należy zauważyć, że uszczelka 30 może być napełniona cieczą pod ciśnieniem lub nadmuchana gazem pod ciśnieniem.

Patrząc w kierunku wprowadzania lancy 12, z tyłu komory 8 żebro 10 obudowy zewnętrznej 2 zaopatrzone jest w otwór wlotowy 38 przewidziany do wprowadzania smaru do pierścieniowej wnęki 40, która od strony otoczenia ograniczona jest osiowo pierścieniem 22, a od strony pieca szybowego środkowym elementem uszczelniającym 14 i jest zamknięta promieniowo od wewnątrz lancą 12, a od zewnątrz żebrem 10. Smar spełnia funkcję zarówno smarowania uszczelek w wyniku czego ich zużywanie się podczas przemieszczania lancy jest zredukowane, jak również zabezpieczającą w wyniku pokrycia lancy warstewką antykorozyjną..

Od przodu elementu uszczelniającego 16 i w kierunku wprowadzania lancy 12 wykonany jest otwór wlotowy 42 przewidziany do doprowadzenia gazu uszczelniającego. Poprzez otwór 42 do wnęki 44 może być wdmuchiwane uszczelniające powietrze pod wysokim ciśnieniem. Jeżeli ciśnienie we wnęce 44 jest wyższe od ciśnienia panującego w piecu szybowym, to szkodliwe dla zdrowia gazy, takie jak tlenek węgla, zabezpieczone są przed wydostaniem się z pieca szybowego w przypadku nieszczelności w elemencie uszczelniającym 16.

Na fig. 2 przedstawiony jest w powiększeniu środkowy element uszczelniający 14. Zawiera on obudowę wewnętrzną 46 posiadającą ścianki czołowe od strony boku pieca szybowego i od strony otoczenia, które mają otwór przewidziany do wprowadzania lancy 12. Obudowa wewnętrzna 46 osadzona jest w środkowej komorze 6 obudowy wewnętrznej 2 w taki sposób, że może być przemieszczana pod kątem prostym do osi środkowej 24 urządzenia uszczelniającego, ta możliwość przemieszczania obudowy wewnętrznej 46 w komorze 6 obudowy zewnętrznej 2 umożliwia swobodne centrowanie obudowy wewnętrznej 46 na lancy 12, jak w przypadku pierścieni 20, 22, gdy lanca wprowadzana jest pod pewnym kątem lub z osiowym przemieszczeniem przez urządzenie uszczelniające.

Na obu swoich ściankach czołowych obudowa wewnętrzna 46 uszczelniona jest w kierunku osiowym, względem żeber 10 zewnętrznej obudowy 2, uszczelkami pierścieniowymi 48, które osadzone są w rowku wyciętym w czołowej ściance współosiowo z osią środkową 24. W środku obudowy wewnętrznej 46 i współosiowo z osią środkową 24 umieszczone jest uszczelnienie 50 składające się z dwóch pierścieni uszczelniających, zarówno od strony ściany pieca szybowego jak i od strony otoczenia. Korzystnie, uszczelnienia 50 usytuowane są na odpowiednich ściankach czołowych obudowy wewnętrznej 46 i są tak zwymiarowane, że spoczywają na lancy 12, gdy lanca wprowadzana jest do urządzenia uszczelniającego. W celu dalszego zwiększenia szczelności przy wprowadzaniu lancy 12, w obudowie wewnętrznej 46 umieszczone są dwa tłoki pierścieniowe 52. Tłoki pierścieniowe 52 prowadzone są promieniowo w kierunku na zewnątrz po wewnętrznej ściance obudowy wewnętrznej 46, zaś w kierunku do wewnątrz pierścienie te są prowadzone przez tuleję prowadzącą 54, która umieszczona jest współosiowo z osią środkową 24, przy czym szerokość wewnętrzna tulei 54 jest tak zwymiarowana, że lanca zachowuje w niej pewien luz promieniowy. Każdy tłok pierścieniowy 52 uszczelniony jest promieniowo dwiema uszczelkami pierścieniowymi 56, na przykład, O-ringami lub pierścieniami o przekroju kwadratowym, odpowiednio, na obudowie wewnętrznej 46 i tulei prowadzącej 54, w rezultacie czego pomiędzy tymi tłokami, w kierunku osiowym, utworzona jest zamknięta komora ciśnieniowa 58.

185 233

W celu jednoczesnego uruchomienia tłoków pierścieniowych 52, zwiększa się ciśnienie w komorze ciśnieniowej 58. Korzystnie, dokonuje się tego przez dostarczanie czynnika pod ciśnieniem poprzez otwór zasilający 60 do środkowej komory 6 uszczelnionej za pomocą uszczelek pierścieniowych 48. Środkowa komora 6 połączona jest z komorą ciśnieniową 58 poprzez otwory 62 w obudowie wewnętrznej 46, przez co do komory tej wprowadzony zostaje czynnik pod ciśnieniem. Należy zauważyć przy tym, że zwiększenie ciśnienia w komorze ciśnieniowej 58 może być dokonane za pomocą płynu lub gazu pod ciśnieniem.

Tłoki pierścieniowe 52 są przesuwne osiowo tak, że po uruchomieniu wymuszany jest ruch jednego z tłoków na uszczelnieniu spoczywającym na ściance czołowej od strony pieca szybowego, zaś ruch drugiego tłoka wymuszony jest na uszczelnieniu spoczywającym na ściance czołowej od strony otoczenia. Powstałe siły osiowe dociskają uszczelnienia 50 do odpowiedniej ścianki czołowej obudowy wewnętrznej 46 i ściskają je osiowo, przez co uszczelnienia te rozszerzają się w kierunku promieniowym, co sprawia, że uszczelnienia 50 dopasowane są szczelniej do lancy 12, i zwiększona zostaje szczelność całego urządzenia.

Aby wycofać lancę 12 z urządzenia, po pierwsze należy zmniejszyć nadciśnienie panujące w komorze 6 i w komorze ciśnieniowej 58. W konsekwencji, tłoki pierścieniowe 52 przestają wywierać nacisk na uszczelnienia 50 i uszczelnienia te mogą ponownie wydłużać się w kierunku osiowym, w rezultacie czego wydłużenie promieniowe zostaje częściowo odwrócone. W celu umożliwienia przyjęcia przez uszczelnienie 50 swojego pierwotnego kształtu, każde takie uszczelnienie zawiera w swoim środku element sprężysty 64, który osadzony jest współosiowo z osią środkową 24 urządzenia i jest otoczony tym uszczelnieniem na całym swym obwodzie. Element sprężysty 64, na przykład, gumowy rdzeń, powoduje co najmniej częściowe odwrócenie się osiowego odkształcenia uszczelnienia, jeśli tłok pierścieniowy nie zostaje wprawiony w ruch. W takiej sytuacji, uszczelnienie 50 spoczywa mniej szczelnie na lancy 12, i stąd opór tarcia, a przez to również i zużywanie się tego uszczelnienia jest znacznie zmniejszone. W rezultacie, przedłużona zostaje trwałość uszczelnień 50, i w związku z tym nie muszą być one zbyt często wymieniane.

W celu zachowania pewnego ciągłego wstępnego naprężenia uszczelnień, a zatem i pewnej szczelności w komorze ciśnieniowej 58, pomiędzy dwoma tłokami pierścieniowymi 52 może być dodatkowo umieszczona sprężyna spiralna 66. Jak to uwidoczniono na fig. 3, sprężyna spiralna 66 dociska tłoki pierścieniowe 52 do uszczelnień z pewną siłą nawet wtedy, gdy komora ciśnieniowa 58 nie znajduje się pod ciśnieniem. Należy zauważyć, że siła nacisku sprężyny spiralnej 66 powinna być mniejsza niż siła nacisku elementów sprężystych 64 w uszczelnieniach 50, ponieważ w przeciwnym wypadku odkształcenie uszczelnień nie mogłoby zostać odwrócone (nawet częściowo).

Figura 4 przedstawia kolejny przykład wykonania elementu uszczelniającego 14. W tym przykładzie wykonania nie stosuje się uszczelek pierścieniowych 56 dla uszczelnienia komory ciśnieniowej 58. Zamiast tego, cała komora ciśnieniowa 58 wyłożona jest uszczelką sprężystą 68, która przymocowana jest za pomocą wkładki 70 w obudowie wewnętrznej 46. Uszczelka sprężysta 68 jest podobnie poddana działaniu ciśnienia, tak jak to opisano w przypadku uprzednio zilustrowanych przykładach wykonania. Ponieważ uszczelka sprężysta 68 usytuowana jest na tulei prowadzącej 54 promieniowo w kierunku osi środkowej 24, to rozszerza się ona w kierunku osiowym, i w rezultacie czego dwa tłoki pierścieniowe 52 zostają ponownie i jednocześnie wprawione w ruch.

Figura 5 przedstawia dalszy możliwy przykład wykonania elementu uszczelniającego 14. W tym wariancie wykonania dwa tłoki pierścieniowe 52 poruszane są tylko przez sprężyny 72, które są wstępnie naprężone w taki sposób, że siła wywierana przez sprężynę jest odpowiednia do ściśnięcia uszczelnienia 50 osiowo w kierunku tłoków pierścieniowych 52. Dzięki temu element uszczelniający automatycznie dostosowuje się do zmian przekroju poprzecznego lancy.

Na fig. 6 przedstawiony jest kolejny przykład wykonania wynalazku. Zgodnie z tym wariantem wykonania, dwa tłoki pierścieniowe 52 uruchamiane są przez elementy klinowe 74, które osadzone są pomiędzy dwoma tłokami pierścieniowymi 52 w taki sposób, że rozsuwają te dwa tłoki od siebie osiowo w kierunku na zewnątrz, gdy następuje ich promieniowe przemieszczanie w kierunku do osi. Elementy klinowe 74 mają część cylindryczną 76 zwróconą

185 233 promieniowo na zewnątrz z powierzchniami bocznymi równoległymi jedna względem drugiej. Elementy klinowe 74 prowadzone są przez te powierzchnie boczne w otworze prowadzącym 78 w obudowie wewnętrznej 46 i uszczelnione względem tych powierzchni uszczelkami elastycznymi 80.

Elementy klinowe 74 przemieszczane są w wyniku doprowadzenia ciśnienia do środkowej komory 6 poprzez wlotowy otwór zasilający 60. Powstające w komorze nadciśnienie działa na zewnętrzne powierzchnie boczne elementów klinowych 74 i wywiera na nie siłę skierowaną promieniowo do wewnątrz. Natomiast przy zmniejszeniu nadciśnienia w środkowej komorze 6, elementy klinowe 74 ponownie przemieszczone zostają promieniowo na zewnątrz przez elementy sprężyste, korzystnie sprężyny spiralne 82. Sprężyny spiralne 82 usytuowane są na tulei prowadzącej 54 i naciskają promieniowo, w kierunku na zewnątrz, na powierzchnię wewnętrzną elementu klinowego 74. Dla zabezpieczenia elementów klinowych 74 przed wypchnięciem ich, promieniowo na zewnątrz, z otworów prowadzących 78, przez sprężynę spiralną 82, gdy środkowa komora 6 nie znajduje się pod ciśnieniem, na zewnątrz otworów prowadzących 78 przewidziane zostały zderzaki 84.

Dalszy przykład wykonania wynalazku, w którym następuje automatyczne dostosowanie się do zmian przekroju poprzecznego elementu uszczelniającego bazuje na przykładzie wykonania z fig. 6, ale pokazany jest na fig. 7. W tym przypadku elementy klinowe 74 nie są już dłużej przemieszczane przez doprowadzenie ciśnienia do komory 6, ale ich przesuw odbywa się przy pomocy elementu sprężystego 86, który jest usytuowany na obwodzie elementów klinowych 74. Element sprężysty 86 może przykładowo być spiralnym pierścieniem sprężystym lub pierścieniem wykonanym ze sprężystego tworzywa sztucznego, który wpasowany jest, jako wstępnie naprężony, w rowek pierścieniowy 88. Rowek ten wycięty jest współosiowo z osią w części cylindrycznej 76 elementu klinowego 74, promieniowo do wewnątrz, od strony zewnętrznej powierzchni bocznej tej części. Należy zauważyć, że w tym przykładzie wykonania uszczelki elastyczne 80 są zbędne, podobnie jak i wlotowy otwór zasilający 60.

Figura 8 przedstawia przekrój poprzeczny, wzdłuż linii A - A', urządzenia z fig. 1, po wprowadzeniu lancy 12. Należy odnotować, że w tym przypadku lanca 12, a przez to i otwór do wprowadzenia tej lancy nie mają okrągłego przekroju poprzecznego, ale nieokrągły przekrój poprzeczny. Jednak, jest to tylko jeden z możliwych przykładów wykonania urządzenia. Przekrój poprzeczny lancy może mieć zatem oczywiście także kształt okrągły.

Lanca 12 wprowadzona jest do otworu 90 w obudowie wewnętrznej 46 w taki sposób, że występuje pewien luz pomiędzy lancą 12 a obudową wewnętrzną 46, co można zauważyć w środku fig. 8. Środkowa komora 6, która jest ograniczona w kierunku od wewnątrz przez obudowę wewnętrzną 46 i od zewnątrz przez obudowę zewnętrzną 2 może być także widoczna w obszarze zewnętrznym ustawienia poszczególnych elementów urządzenia, pokazanym na fig. 8.

Wewnętrzna powierzchnia otworu 90 pokryta jest w górnym obszarze materiałem 92, 0 małym współczynniku tarcia, a więc takim, który ma szczególnie dobre właściwości ślizgowe. Materiał 92, którym pokryte są również górne części powierzchni wewnętrznej ścianki pierścieni 20, 22, zmniejsza tarcie pierścieni 20, 22 lub elementu uszczelniającego 14 na lancy 1 zapobiega przez to szybkiemu zużywaniu się powierzchni, które podczas centrowania pierścieni 20, 22 lub elementu uszczelniającego 14 na lancy 12 spoczywają na niej i ślizgają się w kierunku tam i z powrotem po tej lancy.

185 233

FIG.8

185 233

FIG.7

185 233

FIG.6

185 233

FIG.5

185 233

FIG.4

185 233

FIG.3

185 233

FIG. 2

185 233

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do uszczelniania lancy w otworze, do wprowadzania lancy do pojemnika ciśnieniowego, a zwłaszcza do pieca szybowego, zawierające obudowę zewnętrzną mającą ściankę czołową od strony pieca szybowego i od strony otoczenia, które zaopatrzone są osiowo w otwór dla tej lancy i element uszczelniający, zawierający szereg pierścieniowych uszczelek sprężystych, umieszczony w obudowie zewnętrznej, znamienne tym, że element uszczelniający (14) zawiera obudowę wewnętrzną (46) z osiowymi ściankami czołowymi mającymi otwór dla lancy (12) oraz co najmniej jedno uszczelnienie (50) i co najmniej jeden przesuwny osiowo tłok pierścieniowy (52), które wewnątrz obudowy wewnętrznej (46) usytuowane są współosiowo z osią środkową (24) urządzenia, przy czym uszczelnienie (50) położone jest pomiędzy tłokiem pierścieniowym (52) i jedną ze ścianek czołowych obudowy wewnętrznej (46) w kierunku przesuwu tłoka pierścieniowego (52) dociskającego osiowo uszczelnienie (50) w kierunku jednej ze ścianek czołowych obudowy wewnętrznej (46), a obudowa wewnętrzna (46) jest przesuwna promieniowo w obudowie zewnętrznej (2), oraz tym, że obudowa wewnętrzna (46) wraz z uszczelnieniem (50) i tłokiem pierścieniowym (52) stanowi zespół samo-centrujący na lancy (12).
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element uszczelniający (14) zawiera dwa tłoki pierścieniowe (52) i dwa uszczelnienia (50), które ustawione są współosiowo z osią środkową (24) urządzenia i obudowy wewnętrznej (46), przy czym te dwa tłoki pierścieniowe (52) są położone osiowo pomiędzy dwoma uszczelnieniami (50) i przesuwne w kierunkach przeciwnych względem siebie, i każde uszczelnienie (50) dociskane jest przez tłok pierścieniowy (52) w kierunku jednej ze ścianek czołowych obudowy wewnętrznej (46).
3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że co najmniej jedno uszczelnienie (50) posiada element sprężysty (64), który wewnątrz tego uszczelnienia osadzony jest współśrodkowo z osią środkową (24) obudowy wewnętrznej (46).
4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że obudowa wewnętrzna (46) na swych ściankach czołowych posiada elastyczne uszczelki pierścieniowe (48), które stykają się ze ściankami czołowymi obudowy zewnętrznej (2).
5. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że pomiędzy dwoma tłokami pierścieniowymi (52) utworzona jest pierścieniowa komora ciśnieniowa (58).
6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że każdy z tłoków pierścieniowych (52) posiada wewnętrzną uszczelkę pierścieniową (56) osadzoną promieniowo do. wewnątrz względem tulei prowadzącej (54), zamontowanej współosiowo z osią środkową (24) oraz zewnętrzną pierścieniową uszczelkę (56), osadzoną promieniowo na zewnątrz względem wewnętrznej powierzchni obudowy wewnętrznej (46).
7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że w komorze ciśnieniowej (58) usytuowana jest uszczelka sprężysta (68), uszczelniająca tę komorę od zewnątrz.
8. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że komora ciśnieniowa (58) usytuowana pomiędzy dwoma tłokami pierścieniowymi (52) połączona jest otworami (62) w obudowie wewnętrznej (46) ze środkową komorą (6), która połączona jest wlotowym otworem zasilającym (60), przechodzącym przez obudowę zewnętrzną (2), z przewodem zasilającym zawierającym czynnik pod ciśnieniem.
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, ze w komorze ciśnieniowej (58) pomiędzy dwoma tłokami pierścieniowymi (52) osadzone są sprężyny (66, 72).
10. Urządzenie według zastrz. a, zn am lenne tym, że po mi ędzy i^^oma tłokami pierścieniowymi (52) usytuowane są elementy klinowe (74) przesuwne w kierunku promieniowym.

185 233
11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że elementy klinowe (74) posiadają część cylindryczną (76) osadzoną w otworze prowadzącym (78) usytuowanym w obudowie wewnętrznej (46) i połączonym ze środkową komorą (6), która połączona jest wlotowym otworem zasilającym (60), przechodzącym przez obudowę zewnętrzną (2), z przewodem zasilającym zawierającym czynnik pod ciśnieniem.
12. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że dokoła elementów klinowych (74) rozmieszone są elementy sprężyste (86), których wektor siły skierowany jest promieniowo do wewnątrz na elementy klinowe (74).
13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że elementy sprężyste (86) zawierają wstępnie naprężony spiralny pierścień sprężysty.
14. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że elementy sprężyste (86) zawierają wstępnie naprężony pierścień ze sprężystego tworzywa sztucznego.
15. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że pomiędzy elementami klinowymi (74) a tuleją prowadzącą (54) usytuowane są sprężyny spiralne (82), które z jednej strony podparte są promieniowo w kierunku do wewnątrz na tulei prowadzącej (54), a z drugiej strony dociskane są promieniowo w kierunku na zewnątrz do elementów klinowych (74).
16. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że powierzchnie nośne obudowy wewnętrznej (46) stykające się z lancą (12), powleczone są materiałem (92) o małym współczynniku tarcia.