SE449029B - Packningsring for statisk tetning for mycket hoga temperaturer och laga tryckfall samt ett forfarande for dess tillverkning - Google Patents

Description

449_q29 2 En dylik ringformig statisk tätande packning för mycket höga temperaturer och små tryckskillnader har emellertid ett antal nackdelar. Det största felet är i huvudsak grundat på omständigheten att packningen förutom att även tillåta radiella i stället för axiella förskjutvningar har en grad av elastisk deformationsförmåga vilken är mycket viktig, så att endast en jämförelsevis liten inbördes förskjutning kan tillåtas, till en storlek av några tiondelar av en millimeter, jämfört med några millimeter som i allmänhet krävs när det gäller gasturbiner. En annan brist är den stora kostnaden för tätningarna, speciellt om de skall användas till komponenter med en stor diameter, vilket i allmänhet är fallet vid gasturbiner. Dessutom föreligger vid en dylik packning avsevärda svårigheter att montera densamma eftersom inbegripet kravet att metallringen måste nödvändigtvis vara öppen för att kunna införas mellan de passande mekaniska komponenterna, måste man vid ett senare tillfälle svetsa fast de motstående ändkanterna av den delade ringen, vilket är tidsödande och ökar kostnaderna. Eftersom en dylik tätnings- packning inte kan åstadkommas just vid det tillfälle den skall användas, så att ett förråd av packningar av olika diameter måste anskaffas i förväg, innebär till sist även detta problem avseende lagring och packning, vilket är mycket besvärligt i fråga om tätningar av stora storlekar.

Ett annat konventionellt slag av statiska tätande packningar som möjliggör inbördes förskjutning mellan passande komponenter som är större än de förskjutningar som skall kompenseras av koniska skivtätningar av Belleville-typen, såsom nämnts ovan, är en ringformig metallisk bälg, som i huvudsak är besläktad med expansionskopplingarna för rör och vilken införes mellan passande komponentdelar efter det att den först har pressats ihop axiellt. Ej heller den sistnämnda tätningstypen sörjer för kompenserande förskjutning av den storlek som erfordras vid gasturbiner: dessutom är den utsatt för alla brister hos koniska skivtätningar innefattande att den tillåter endast förskjutningar i en enda riktning, i detta fallet den axiella riktningen, och ger vidare upphov till svårigheter avseende utformning på grund av dess icke försumbara axiella storlek. Detta är grundat på nödvändigheten att ha två flânsar för att ansluta metallbälgarnas inbördes ändar med de två avsedda passande komponentdelarna.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är följaktligen att undanröja de ovan nämnda nackdelarna genom att istället åstadkomma en ny ringformig statisk tätningspackning för mycket höga temperaturer små tryckskillnader och för stora diametrar, i synnerhet för avgaskanaler i gasturbiner, vilken med fördel kombinerar en avsevärd förenkling avseende konstruktionen, enkel installation och till låg kostnad, med en hög grad av 449 029 _ - 3 elastisk deformationsförmåga både i axiella och radiella riktningar.

Enligt en egenskap hos uppfinningen uppnås detta ändamål genom att nämnda tätande packning som i förbelastat tillstånd kan införas mellan två sammanpressade mekaniska komponenter, som är utsatta för inbördes relativ rörelse på grund av olika termisk utvidgning. Packningen består av ett band 14 av hårdbearbetat korrosionsbeständigt stål med en tjocklek av några tiondels mm, vilket band har ett V-formigt, radiellt utåt öppet tvärsnitt som i sin spets är försett med en halvcirkelformig, källiknande urtagning (5), och bandet är spiralformigt lindat med 3 till 10 varv till en ring, varvid det första och sista spiralvarvet är fäst med nitar eller genom punktsvetsning.

Fördelarna med en dylik statisk tätande packning kan faktiskt genast värderas.

För det första genom att packningen är gjord av ett band av hårdbearbetat korrosionsbeständigt stål med en tjocklek av några tiondelar av en millimeter, är den ytterst lätt, så att dess kostnad är praktiskt taget oberoende av valet av använt material.

Följaktligen kan packningen även vara gjord av mycket dyrbara material, såsom 18/8 rostfritt stål eller speciella legeringar för mycket höga temperaturer (Monel, Inconel, Nymonic och liknande andra legeringar) vilka gör att packningen löser tätningsproblem även vid högkorrosiva omgivningar såsom de som erfars vid nukleära installationer för att alstra anrikat uranium genom gasdiffusionsprocessen som använder uranium hexafluorid i gasform eller i allmänhet vid konventionella kemiska industrier.

Packningens tvärsektionskontur gör den dessutom ytterst elastiskt deformerbar både axiellt och radiellt och anpassad för att medge även avsevärd inbördes förskjutning mellan passande komponentdelar, varvid nämnda förskjutning är i storleksordningen några få centimeter. Packningens form är sådan att den under en axiell sammanpressningspåkänning utsättas för en axiell deformation och en samverkande elastisk radiell deformation.

Dessa deformationer kan vara i storleksordningen 20% av bredden av metall- bandet som tätningen är gjord av, sa att genom att lämpligt dimensionera nämnda bredd kan dessa deformationer uppnå ett värde av några centimeter.

Dessutom säkerställer en speciell form av packningen genom den konkava ytan som är riktad utåt relativt spiralvarven att packningens band lätt och permanent kan bockas i överensstämmelse med olika krökningsradie för att erhålla olika diameter, även viktigt, i storleksordningen 5 meter och över för att tillgodose olika krav, medan tvärsektionskonturen bibehålles oförändrad. 449 029 ' 4 Den sistnämnda som skisserats ovan bibringar bandet en remarkabel elastisk deformatíonsförmåga. Närvaron av den i omkretsriktningen förlöpande källik- nande urtagningen uppfyller i sin tur den trefaldiga uppgiften att öka den elastiska deformationsförmågan för bandet och följaktligen för den statiska tätningen som helhet, varvid säkerställas stabilitet hos formen på den förutvalda diametern, och styrning och centrering av de den tâtande pack- ningen utgörande åtskilliga spiralvarven relativt varandra.

Eftersom packningen är spiralformigt sammansatt kan den å andra sidan effektivt förhindra tryckskillnader under speciella ogynnsamma för- hållanden, med ytterst små läckningsförluster då det är möjligt att variera antalet spiralvarv som i allmänhet uppgår till 3-10 i antal, i överensstämmel- se med tryckskillnaderna som skall regleras och dessutom uppstår ingen svårighet under hopmonteringen pa grund av att det bara är nödvändigt att häfte fast de första och de sista varven vilket på ett enkelt sätt kan utföras med enkla nitar eller genom punktsvetsning.

Slutligen är en extra fördel att det inte längre finns några sådana besvärliga problem såsom lagring och kvarhållning av färdiga packningar, eftersom det endast krävs att tillhandahålla en liten sats valsade band av ett kallformat metallmaterial av olika bredd upplindat på rullar då packningen nu lätt och snabbt kan anpassas till olika, även enorma, diametrar, just da hopmonteringen skall börja genom en enkel kallformningsoperation som utföres med en sats valsar. På grund av den speciella tvärsektionskonturen av tätningen åstadkommer följaktligen en enda operation både bandets slutliga tvärsektionsforrn och den krökning som är nödvändig för att åstadkomma en tätande packning av varje given diameter. Det är även möjligt att variera krökningen medan tvärsektionskonturen förblir oförändrad genom enbart justering av valssatsen.

Enligt en annan egenskap hos föreliggande uppfinning är först det valsade bandet av kallformat metallmaterial som bildar den ringformiga statiska tätande packningen, krökt till den avsedda diametern och format i form av nämnda öppna V med en utmed halva omkretsen förlöpande, källiknande urtagning genom ett kallvalsningsförfarande, som innefattar steget att nämnda band bringas att passera, medan det utmatas från en förrådsrulle och i sidled styrs medelst två styrrullar, genom ett första par formningsvalsar anordnade att prägla in ett smalt källiknande spår utmed bandets centrumlinje, varefter bandet förs genom ett andra par formande valsar anordnade att bibringa bandet en slutlig tvärsektionskontur, d.v.s. att bocka bandet enligt formen av en öppen V-formad bana för att åstadkomma 449 029 5 en i omkretsriktningen förlöpande, källiknande urtagning i linje med nämnda tidigare präglade tunna käl som gjorts medelst det första valsparet, och slutligen genom tva extra valspar vilka är den exakta motsvarigheten till det andra valsparets valsar, varvid en tryckrulle trycker mot bandet mellan dessa valsar med en justerbar kraft vilken är avsedd att bibringa det sålunda formade bandet avsedd krökningsradie.

Det är uppenbart av det ovanstaende att bockningen eller den förberedande krökningen av bandet endast är en funktion av kraftens storlek, varigenom tryckrullen trycker mot bandet sa att det genom ändring av nämnda storlek har blivit möjligt att pâ ett enkelt sätt variera nämnda förberedande krökning för att erhålla statiska tätande packningar av ett antal olika diametrar, och detta uppnås utan att pâ något sätt variera bandets tvärsektionsyta.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till bifogade ritningar, som visar en föredragen utföringsfprm. Figur 1 är en partiell tvärsektion genom tva mekaniska komponentdelar, vilka är utsatta för inbördes relativ rörelse pa grund av termisk utvidgning, varvid tätningen mellan delarna åstadkommas medelst en statisk tätande packning för mycket höga temperaturer och små tryckskillnader vilken är tillverkad i enlighet med föreliggande uppfinning. Figur 2 är en planvy av nämnda ringformiga statiska tätande packning i figur l. Figur 3 är en tvärsektion efter linjen A-A i figur 2 av den ringformiga statiska tätande packningen. Figur 4 är en perspektivvy av det första spiralvarvet av den ringformiga statiska tätande packningen enligt uppfinningen. Figur 5 är en fragmentarisk tvärsektion efter linjen B-B i figur 4 och visar med streckade linjer den deformation av det valsade bandet som åstadkommas genom verkan av axiell hoptryckning följd av radiell hoptryck- ning av samma packning. Figur 6 ärlen sidovy som visar schematiskt en maskin för kallvalsning och förformning enligt uppfinningen av det valsade bandet. Figur 7 visar schematiskt framifrån en detalj av maskinen efter linjen C-C i figur 6. Figur 8 visar schematiskt en frontvy av en annan del av maskinen efter linjen D-D i figur 6. Figur 9 visar schematiskt en frontvy av ännu en annan detalj av maskinen efter linjen E-E i figur 6.

Tva mekaniska komponentdelar 1 och 2 i figur 1 är anpassade till varandra och är utsatta för inbördes relativ rörelse pa grund av termisk utvidgning. i delarna 1 och 2 är ett ringformigt säte 3 anordnafför att inrymma vid axiell sammantryckning en ringformig statisk tätande packning 4 för mycket höga temperaturer och sma tryckskillnader.

Packningen 4 är gjord av ett valsat band av kallformat metall- 4112 029 6 material med en tjocklek av några tiondelar av en millimeter, vilket band efter att ha formats för att utmed sin längsgående centrumlinje bilda ett spår S med halvcylinderformad tvärsektionskontur och för att dess två skänklar 6 respektive 7 har bockats i riktning bort från nämnda käl S för att bilda ett öppet V (framgår bäst av figur 5), är lindad på sig själv i flera spiralvarv (i det visade exemplet 4) av avsedd diameter, varvid ett sålunda format band böjs så att det öppna V som bildats genom dess skänklar har sin konkava yta riktad mot spiralvarvens utsida, varjämte de åtskilliga för lindning avsedda spiralvarvens kälar 5 är fastlåsta i varandra.

Skänklarna 6 och 7 av det först formade spiralvarvet är dessutom fasthäftat vid motsvarande skänklar 6' och 7' på det andra spiralvarvet som lindas (detta framgår bäst av figur 4) medelst nitar 8 och 9 eller genom punktsvetsning, och samma sak åstadkommas för skänklarna 6"' och 7"' av det sista spiralvarvet vilka fasthäftas medelst nitar 10 (se figur 2) eller genom punktsvetsning vid motsvarande skänklar 6" och 7" på det föregående spiralvarvet.

Figur 5 visar tydligt att den speciella tvärsektionskonturen av bandet vilket bildar packningen 4 medger avsevärd förskjutning både i axiell och radiell riktning. Som ett resultat av en kombinerad verkan av axiell och radiell hoppressning av bandet såsom uppträder då packningen 4 införs i sitt säte 3 böjer sig bandet utmed den sträckade linjen i figur S vid ll och utsättes för en axiell elastisk deformation Aa tillsammans med en elastisk radiell deformation Ab, vilken kan uppnå värden så höga som 20% av bandets bredd.

För att underlätta lindningen i spiralvarv i överensstämmelse med avsedd diameter kan det valsade bandet av kallformat metallmaterial, som formats enligt ovan, å andra sidan också förbockas till den avsedda slutliga diametern.

En sådan formning och förbockning av bandet utföres genom ett enda kallvalsningssteg.

Figur 6-9 visar schematiskt en maskin som är lämplig för det avsedda ändamålet.

Nämnda maskin består väsentligen av, i längdriktningen, tva motstående styrrullar 12 respektive 13 (framgår bäst i figur 7) vilka uppstöd- jer det valsade bandet av genom kallformning framställt hårdmetallband 14 som utmatas från en förrådsrulle 15 och genom att verka mot bandets 'sidokanter styr detta genom nästa över varandra anordnade centreringsvals- par 16 respektive 17, som trycks mot varandra i horisentell riktning och är f» 449 029 7 avsedda att prägla ett smalt spar 18 utmed bandets 14 centrumlinje. F ör detta ändamål är valsarna 16 framställda med en cylindrisk yta med en upphöjning 19 mellan sina ändar, medan den övre valsen 17 har en yta som utgör en exakt spegelbild av valsen 16 (se speciellt figur 8). Nästföljande par av formvalsar 20 och 21 skall därefter bibringa bandet 14 dess slutliga tvärsektionsform, d.v.s. bilda den halvcylinderformade kälen S i linje med den smala kälen 18 som formats medelst de centrerande valsarna 16 och 17 och bocka bandets 14 skänklar 6 och 7 i form av ett öppet V. För detta ändamål är formvalsen 20 tillverkad med tva stympat koniska ytor vilka inbördes är förbundna med en halvcylinderformad kant 22 (framgår bäst av figur 9), medan formvalsen 21 har en ytform som är en exakt spegelbild av valsen 20.

Slutligen är två extra valspar 23-24 respektive 25-26, vilka är exakta motsvarigheter av det andra valsparet 20-21, anordnade för att bandet 14 skall hälla en konstant tvärsektionskontur, medan en tryckrulle 27 anordnad mellan nämnda valspar är anordnad att trycka mot bandet 14 med en justerbar kraft 28 för att bocka nämnda band. Genom att variera storleken av en dylik justerbar kraft 28 utträder det formade bandet 14 fran det sista valsparet 25-26 med en krökningsradie som kan varieras sa att det blir möjligt att bocka det formade bandetllgpa förhand i överensstämmelse med varje avsedd diameter.

Claims (2)

449 029 PATÉNTKRÅV

1. Ringformig statisk tätande packning (4) för mycket höga tempera- turer, sma tryckskillnader och för stora diametrar, i synnerhet för avgaskana- ler i gasturbiner, vilken i förbelastat tillstand kan införas mellan tva sammanpassade mekaniska komponenter som är utsatta för inbördes relativ rörelse pa grund av olika termisk utvidgning, k ä n n e t e c k n a d av att packningen bestar av ett band (14) av hardbearbetat korrosionsbeständigt stal med en tjocklek av nagra tiondels mm, vilket band har ett V-formigt, radiellt utåt öppet tvärsnitt som i sin spets är försett med en halvcirkelformig, källiknande urtagning (S), och att bandet är spiralformigt lindat med 3 till ll] varv till en ring, varvid det första och sista spiralvarvet är fäst med nitar eller genom punktsvetsning.

2. Förfarande för tillverkning av en ringformig statisk tätande packning enligt krav 1, varvid ett band formas till den önskade tvärsnittsfor- men med en halvcylindrisk källiknande urtagning genom en kallbearbetnings- operation medelst valsar och kröks i en spiralformig lindning till den för ringens diameter erforderliga längsgaende krökningen medelst en tryckrulle, k ä n n e t e c k n a t av att bandet som ett plant band med önskad tjocklek och bredd utmatas från en förradsrulle till lämplig längd för packningens införíngsställe och styrs i sidled medelst tva styrrullar, förs genom ett första centrerande valspar avsett att prägla ett smalt källiknande spar utmed bandets centrumlinje, därefter genom ett andra formvalspar avsett att bibringa bandet den slutliga formen i tvärsektion, dvs. att bocka bandet utmed en som ett öppet V-formad kontur och att åstadkomma en halvcylind- risk källiknande urtagning i linje med nämnda smala källiknande spar präglat medelst nämnda första valspar, därefter genom tva extra valspar vilka är exakta motsvarigheter till valsarna i det andra valsparet, varvid en tryckrulle mellan dessa extra valspar trycker mot bandet med en justerbar kraft avsedd att bibringa nämnda formade band en avsedd krökning och att det till sist läggs i en spiral för varje önskad tillämpning och att den utvändigt liggande spirallindningen fästes. ny