SE436146B - Tetningsanordning - Google Patents

Description

77 1 35 08-- 5 ler och liknande. Dessa ventilanordningar är sinsemellan princi- piellt lika i det att de alla innefattar en ventil som styrs av en förutbestämd trycknivå eller tryckdifferens för reducering av gas- mängden, som är tillgänglig för drivning av turbinen eller för komp- rimering medelst kompressorn. En avlastningsventil kan t.ex. vara anordnad i en turbinen förbipasserande kanal och vid öppning medelst en tryckberoende regulator leda motorns avgaser förbi turbinen till atmosfären. Därvid drives turbinen av en relativt minskad mängd av- loppsgaser för att minska turbinens rotationshastighet och därige- nom minska kompressorns rotationshastighet och dess därav beroende laddningstryck.

Tryckstyrda ventilregulatorer innefattar normalt ett regulatorhölje och ett detta hölje i tvâ kamrar delande membran. De båda kamrarna är genom inlopp anslutna till olika tryckkällor för att utsätta mem- sbranet för en viss tryckskillnad. Ändringar i tryckskillnaden, som kan uppstå vid ökning eller minskning av motorns hastighet eller be- lastning, förorsakar en förskjutning av membranet, som i sin tur_ förskjuter en med membranet förbunden regulatorstång. Stången sträc- ker sig till yttersidan av höljet och är ansluten till en lämplig ventilanordning på kompressorn eller turbinen för pâverkning av ven- tilen, som i sin tur reglerar turbokompressorns funktion.

I praktiken ligger ett viktigt problem vid konstruktionen av tryck- styrda ventilregulatorer i åstadkommandet av en lämplig tätning, som möjliggör en genomföring av regulatorstången genom regulatorhöljet utan nämnvärt gasläckage. Detta är särskilt viktigt när de till re- gulatorn anslutna tryckkällorna innehåller gasformiga luft-bränsle- blandningar och när regulatorhöljet är anordnat nära heta motorde- lar eller näràturbokompressorn. I detta avseende erbjuder kända tät- ningar, som på tillfredsställande sätt förhindrar gasläckage, en rö- relsefrihet av regulatorstången, som är begränsad till enbart axiell förskjutning. Denna typ av tätning har sin huvudsakliga tillämpning där regulatorstângen är direkt förbunden med en ventilspindel eller utformad i ett stycke med ett ventilhuvud, och där en axiell rörel- se av stången är tillräcklig för att placera ventilhuvudet i exakt önskat läge. Se t.ex. de amerikanska patentskrifterna 3 035 408, 3 091 077, 3 104 520, 3 195 805, 3 196 606, 3 270 495, 3 389 553, 4 005 578, 4 005 579 och 4 019 323, vilka alla hänför sig till ven- tilregulatorer med axiellt förskjutbara ventilspindlar eller -stän- 7713508- 5 ger. Det är emellertid ibland önskvärt att använda andra typer av ventilkonstruktioner, såsom relativt billiga klaffventiler eller liknande, som pâverkas av en vevarm. Vid dylika ventilkonstruktio- ner fordras åtminstone en liten svängningsrörelse av regulatorstån- gen för inställning av ventilen. Vid tidigare kända anordningar, där regulatorstångens rörelse är strikt begränsad till axiell förskjut- ning, fordras emellertid komplicerade och flerfaldiga mekaniska för- bindningar mellan stången och ventilorganet för att åstadkomma den nödvändiga svängningsrörelsen. Se t.ex. de amerikanska patentskrif- terna 2 356 124, 2 374 708 och 3 096 614.

Uppfinningen avser att undanröja problemen och nackdelarna med förut kända anordningar och innefattar en förbättrad tätningsanordning, vid en regleringsanordning för en turbokompressor, vilken tätnings- anordning medger såväl axial- som vinkelrörelser av regulatorstången relativt höljet. Detta möjliggöres genom att tätningsanordningen en- ligt uppfinningen är utformad med de kännetecken som framgår av pa- tentkravet 1.

Uppfinningen beskrivs i det följande med hänvisning till bifogade ritning.

Fig. 1 visar schematiskt en regulator enligt uppfinningen monterad på en turbokompressorladdad förbränningsmotor. Fig. 2 visar regula- torn i delvis genomskuren sidovy i större skala. Fig. 3 visar en sek- tion i huvudsak efter linjen 3-3 i fig. 2. Fig. 4 visar en andra utföringsform av uppfinningen i en genomskuren sidovy i huvudsak liknande fig. 2. Fig. 5 visar en sektion i huvudsak längs linjen 5-5 i fig. 4.

I fig. 1 visas vid 10 en regulator enligt uppfinningen monterad på en turboladdad förbränningsmotor 12. Motorn är av konventionellt ut- förande och kan vara vilken som helst av ett stort antal olika kon- struktioner av förbränningsmotorer,t.ex. en kolvmotor av den typ, som användes i motorfordon och som innefattar en vevaxel 14 som kraft- uttag. Laddningsluft till motorns luftintag ledes genom ett inlopps- -grenrör 16 från kompressorn 18 till en turbokompressor 20. Kompres- sorn suger in luft genom ett luftinlopp 22 och komprimerar luften för matning till motorn. Avloppsgaserna från motorn ledes till tur- bokompressorns turbin 24 genom ett utloppsgrenrör 26, innan de av- går genom avgasröret 28. Under drift drives turbinen 24 av avgaser- 77135 018-'5 na, och turbinen driver i sin tur kompressorn 18 medelst en axel (ej visad) i ett centralt hölje 30.

Hos många turboladdade motorer kan turbokompressorn 20 drivas med en rotationshastighet, som är större än den, som turbokompressorns mekaniska element kan utstå, eller mata komprimerad laddningsluft till motorn till ett förhöjt tryck, som är högre än vad motorn kan uthärda. Speciellt vid höga funktionshastgfimmereller belastningar är massan och hastigheten av avgaserna tillräckligt stora för att driva turbinen 24 med en rotationshastighet, som är högre än den kri- tiska maximalhastigheten, för vilken turbokompressorn är konstruerad.

För att förhindra skador på systemet finns begränsningsanordningar, som hindrar turbinens och kompressorns rotationshastighet att över- skrida en förutbestämd gräns och därigenom hindrar kompressorn att alstra skadliga övertryck. Såsom visas i fig. 1 innefattar en sådan begränsningsanordning en avlastningsventilanordning 32, som är monte- rad på turbinen 24 och som innefattar en ventilaxel 34, som sträc- ker sig utanför turbinen 24 och som är förbunden med en arm 36. En svängning av armen 36 kring ventilaxeln 34, som anges med en bågfor- mig pil 35, åstadkommer rörelsen av ett inre ventilorgan (ej visat), såsom en fjärils- eller spjällventil, för öppning och stängning av en shuntledning för turbinen (ej visad). Närmare bestämt är ventilen anordnad i en inre ledningskanal (ej visad), som förbinder utlopps- grenledningen 26 med utloppsröret 28, så att en del av avloppsgaser- na strömmar förbi turbinen, när ventilen är öppen och därigenom för- hindrar för stora hastigheter och tryck hos turbokompressorn. Själva konstruktionen av turbinen 24 inklusive ventilanordningen 32 och shuntledningen är i och för sig kända och har därför inte beskrivits i alla detaljer. Ett exempel på en typisk turbokompressor inklusi- ve turbin, ventilanordning och shuntledning är beskriven i den ame- rikanska patentansökan Ser. No. 804 687.

En utföringsform av regulatorn 10 enligt uppfinningen visas i fig. 2 och 3. Regulatorn 10 innefattar ett i huvudsak cylindriskt metall- hölje 38, som är sammansatt av mot varandra svarande övre och nedre halvor 40 resp. 42. Höljeshalvorna 40, 42 har i huvudsak halvcirkel- formig tvärsektion och har radiellt utåtriktade flänsar 44, 46.

Ett cirkulärt membran 48 bestående av ett lämpligt böjligt elasto- mermaterial, såsom vävarmerat fluorsilikon, sträcker sig genom höl- jet 38 och delar dess inre i två kamrar 50, 52. Membranets perife- - 7713508-5 riella kant är inklämd mellan flänsarna 44 och 46 och hålles i läge genom att den nedre flänsens 46 kant är omvikt över den övre flänsen 44.

Den centrala delen av membranet 48 är förstyvad medelst två motsat- ta hållareplattor 54 och 56. Regulatorstången 58 sträcker sig genom centrum av plattorna 54 och 56 och membranet 48 och är fast förbun- den med dessa medelst ett par med stången 58 fast förbundna brickor 60, 62. I praktiskt utförande kan brickan 60 vara i ett stycke med stången 58 och brickan 62 kan vara anbragt mellan den övre hållare- plattan 54 och den stukade övre änden 63 av regulatorstången 58.

Från membranet 48 sträcker sig stången 58 nedåt genom kammaren 52 och ut ur höljet 38 genom en öppning 39. Såsom visas i fig. 1 och 2 sträcker sig stången 58 vidare genom en öppning 41 i en konsol 64, som förbinder regulatorn 10 med turbokompressorn 20 medelst skru- var 66. Stångens 58 ände är inskruvad i en stångförlängning 68. Den- na förlängning 68 är svängbart lagrad på änden av den på ventilaxeln 34 fästa armen 36 medelst ett stift 70. Sålunda åstadkommer en rö- relse av membranet 48 i höljet 38 en förskjutning av stången 58, som i sin tur svänger armen 36 kring ventilaxeln och på så sätt pâ- verkar ventilen i turbinen 24. Av betydelse är, att armen 36 svängs i en bågformig bana och att regulatorstången 58 därigenom måste va- ra fri att utföra såväl axialrörelser som vinkelrörelser relativt höljet 38.

Såsom visas i fig. 2 och 3 är en tätningsanordning anordnad att tä- ta regulatorstångens 58 genomföring genom höljet 38 samtidigt som den medger vinkelrörelser av stången relativt höljet. Den yttre undersidan 71 av höljet 38 är inpressad uppåt kring öppningen 39 för att bilda ett i huvudsak cirkelformigt säte 73 för en tätnings- bricka 74. Tätningsbrickan 74 består företrädesvis av en lämplig 'plast med lågt friktionstal såsom fluorokolplast, känd och såld un- der märket “Teflon", och har en innerdiameter avpassad för tätande och glidbar genomföring av regulatorstången 58. I en praktisk utfö- ringsform av uppfinningen består brickan 74 av ca 75% teflon, 20% glasfibrer och ca 5% molybdenit. Den försänkta sätesytan 73 måste vara dimensionerad för att medge en glidförskjutning av brickan 74 relativt undersidan 71 av höljet, så att stången 58 kan utföra vin- kelrörelser av omkring 10-200, såsom antydes med pilen 77 i fig. 2, ?1zsoa-s förutom de axiella rörelserna relativt höljet, som antydes med pi- len 81 i fig. 2. Brickan 74 är anbragt mellan höljets sätesyta 73 och konsolen 64, som är fast förbunden med höljets bottenyta 71, t.ex. genom punktsvetsning.

I drift pâverkas membranet 48 av ett förutbestämd differentialtryck genom röranslutningar 67 och 69, vilka är anordnade i höljet 38 mitt- för öppningar 78, 80, som utmynnar i var sin kammare 50 resp. 52.

Tryck från en tryckkälla tillföres kammaren 50 och tryck från en and- ra tryckkälla tillföres kammaren 52, så att membranet 48 rör sig motsvarande tryckdifferensen. En fjäder 82 är anbragt mellan den ned- re hållareplattan 56 och undersidan 71 av den nedre höljeshalvan 42 för att trycka membranet 48 fjädrande uppåt och därigenom åstadkom- ma ett tröskelvärde av differentialtrycket, vid vilket membranet börjar röra sig.

I en lämplig utföringsform av regulatorn 10 enligt uppfinningen le- des utmatningstrycket från kompressorn 18 i den övre kammaren 50 ge- nom öppningen 78 och inloppstrycket till kompressorn i den nedre kammaren 52 genom den nedre öppningen 80. På detta sätt, under mo- torns drift, tillföres ett väsentligt övertryck till kammaren 50, medan ett undertryck eller negativt tryck tillföres kammaren 52 för att dra brickan 74 tätt mot sätet 73 och därigenom åstadkomma en ef- fektiv tätning mot gasläckage. När skillnaden mellan trycken uppnår ett av fjäderns 82 karakteristik bestämt värde, pâverkas membranet 48 så att det förskjuter regulatorstången 58 i axiell riktning för ändring av läget av avlastningsventilen i turbinen. Såsom visas är öppningen 78 betydligt mindre än öppningen 80, varigenom förhindras, att ett tryck bygges upp i regulatorn om membranet skulle gå sönder eller sluta fungera. Vid membranbrott är öppningen 80 tillräckligt stor för evakuering av höljets inre inklusive genom öppningen 80 in- fört tryck, varigenom uppbyggandet av ett för stort tryck förhind- ras. Detta är särskilt viktigt när regulatorn användes i en konven- tionell bensinmotor, där den till regulatorn förda tryckgasen inne- håller flyktig luft-bränsleblandning, som eljest skulle tränga för- bi tätningsbrickan 74 till motorns heta delar och där antändas.

En alternativ utföringsform av uppfinningen visas i fig. 4 och 5.

Ett avlångt, hylsformigt tätningsorgan 84 omsluter regulatorstången 77135 08- 5 58 inom den nedre kammaren 52. Tätningsorganet är av elastomermate- rial och har formen av en bälg eller vilken som helst av en stor va- rietet av former, t.ex. en eller flera vindlingar utefter tätnings- organets längd. Den övre änden av tätningsorganet omsluter stången 58 och är tätande och orörligt fäst på denna medelst en klämring 86.

Tätningsorganet sträcker sig nedåt från klämringen 86 bälgformigt och avslutas nedtill av en radiellt utåtriktad fläns 88, som är in- klämd mellan höljets undersida 71 och konsolen 64. Konsolen 64 hål- ler flänsen 88 av tätningsorganet 84 i läge på samma sätt som den kvarhåller den förskjutbara brickan 74 i den förut beskrivna utfö- ringsformen. Tätningsorganen 84 tillåter sålunda axiella förskjut- ningsrörelser av stången 58 relativt höljet 38 och samtidigt en viss grad av vinkelrörelser för att tillåta den bågformiga rörelsen av armen 36 till ventilen i turbokompressorn 20 (fig. 1).

Regulatorn enligt uppfinningen kan innefatta ett stort antal varia- tioner och förbättringar inom ramen för patentkraven. Sålunda kan ventilanordningen 32 innefatta vilken som helst av ett stort antal olika konstruktioner av avlastningsventiler, utblåsningsventiler, kompressorinloppsventiler osv. Regulatorns hölje kan anpassas för godtyckligt valda differentialtryck i en regulator, där en axiellt förskjutbar och svängbar regulatorstång skjuter utanför en tätt till- sluten höljeskammare.

Claims (5)

711zsos-s s Patentkrav

1. l. Tätningsanordning vid en regleringsanordning för en turbo- kompressor (20) för tätning mellan ett regulatorhölje (38) och en regulatorstång (58), vars inre ände är ansluten till tryck- känsliga organ (48) inuti regulatorhöljet och vars yttre ände sträcker sig ut genom en öppning (41) i regulatorhöljet (38) och är förbunden med en ventilanordning (32), varvid regulator- stången (58) är anordnad att utföra både axiella rörelser och svängningsrörelser kring en punkt vid sin inre ände, k ä n n e - t e c k n a d av att ett ihåligt, i huvudsak stympat koniskt tätningsorgan (84) med sin mindre ände tätt omsluter och är fäst vid regulatorstângen (58) och med sin större ände är tätande fäst vid regulatorhöljet (38) runt öppningen (41) i detta.

2. Tätningsanordning enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a d av att tätningsorganet (84) är fäst vid regulatorstången (58) medelst en klämring (86).

3. Tätningsanordning enligt kravet l eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att tätningsorganet (84) vid sin större ände är ut- format med en radiellt utåt riktad fläns (88), vilken är tätande fastklämd mot regulatorhöljet (38).

4. Tätningsanordning enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att flänsen (88) är fastklämd mellan regulatorhöljets (38) utsida ochenvid regulatorhöljet fäst konsol (64).

5. Tätningsanordning enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a d av att regulatorhöljet (38) på sin utsida är utformat med en fördjupning (73) kring öppningen (41), vilken fördjupning bildar ett säte för tätningsorganets (84) radiellt utåt riktade fläns (88).