SE525515C2 - Tryckbeständig statisk och dynamisk expelleraxeltätning - Google Patents

Description

25 30 35 N10 18 AR C: Wocunont: and âettinga\ek\$krivbord\filll>\fluhnseal\ 115471 0003_N 1 01 B_Over:ñttning_pntontansökan. doc 525 515 2 utsätts för möjliga föroreningar som till exempel damm.

Elastomera axeltätningar förslits således snabbt och brister i sådana fientliga omgivningar. Damm och andra yttre föroreningar kan inte utestängas från ett avtätat husets inre med en standardtätningsanordning som har brustit. Olja och andra fluider kan inte heller förhindras från att läcka ut ur överföringsanordningarna förbi en utsliten läpptätning. Det är inte heller möjligt att förhindra inträngandet av föroreningar och utträdandet av smörjfluider när det finns ett differentialtryck i tät- ningsanordningarnas omgivande medier, såsom vätskor, gas eller damm, mellan tätningsanordningens båda sidorna. Såväl i statisk som i dynamisk drift bidrar ett differentialtryck till ett läckage hos de kända tätningarna och främjar transporten av föroreningar över tätningarnas spärr.

Ett exempel på ett statiskt och dynamiskt axeltät- ningsaggregat beskrivs i US-Ar5,221,095, varvid ett fast, i omkretsriktningen streckbart, ringformigt tätningselement är monterat på rotors honyta och ingriper med en stators hanyta när rotorn och tätningselementet är i viloläge. Det deformerbara tätningselementet sträcks genom centrifugal- kraften perifert i radiell riktning ur ingrepp med statorn när rotorn och tätningselementet rör sig på driftvarvtal, och således avlägsnas tätningselementets friktion.

Trots att detta tätningsaggregat erbjuder skydd mot regn, produktläckage, skräp och avspolningsvatten som tränger in i lagringshuset, tätar det beskrivna tätnings- aggregatet inte när en tryckskillnad föreligger över axel- tätningsaggregatet. Tryckskillnaden orsakas exempelvis av en pumpeffekt på tätningssidan eller av ett övertryck pà utsidan. Till exempel orsakas ett sådan övertryck på tät- ningsaggregatets utsida, exempelvis genom rengöringsut- rustning, såsom högtryckstvättar, eller om huset är placerat under vattenytan orsakas ett ökat yttre tryck av vattenpelaren som befinner sig ovanför huset. Differential- 10 15 20 25 30 35 011018 AR C: \DocuIants and Settinqflek\5krivbord\TDlP\Huhn:e:l\1751710003__0|lüli_óversättn.i.ng_4patentansökan.doc 525 515 3 trycket kan även genereras genom temperaturvariationer, vilka exempelvis orsakas genom exponering för värme från solen under dagen och nedkylning under natten, eller genom värme som genereras inuti huset exempelvis genom friktion eller effektförluster från drivanordningar. När fluider inuti huset värms upp, expanderar dessa och ett ökat tryck resulterar och vice versa. Sådana differentialtryck orsakar att kända tätningselement lyfts bort och att dessa lossnar ur den mekaniska kontakten med den angränsande tätnings~ ytan, vilket resulterar i en tätningsförlust som skapar en genomgång för föroreningar till exempelvis ett lager och avkortar således livslängden för utrustningen som innefattar den tätade axeln.

Dessutom är tätningsaggregatet som beskrivs i US-5,221,095 svårt att montera eftersom det elastiska tätningselementet måste placeras i tätningsaggregatet mot sin sammandragande elasticitet.

Ett annat axeltätningsaggregat beskrivs i CH-369329, där en O-ring statiskt tätar en axel. O-ringen är placerad i en rotorfördjupning som har koaxiala väggar med en viss lutningsvinkel relativt en radiellt anordnad stator. På så sätt pressas O-ringen genom sin elasticitet mot en radiell statoryta och en tätningseffekt åstadkommas. Vid axelrotation fås O-ringen att vidgas i omkretsriktningen på grund av den upplevda centrifugalkraften. Genom en av de lutade, perifera väggarna förflyttas O-ringen vidare axiellt och radiellt bort från statorn. Således elimineras O-ringens beröringsfriktion vid axelns rotation. Detta axeltätningsaggregat är enklare att montera än det ovan beskrivna aggregatet som beskrivs i US-Af5,221,095. Detta axeltätningsaggregat lider dock av samma nackdel, att aggregatet inte tätar när ett differentialtryck finns i de omgivande medierna på axeltätningsaggregatets båda sidor.

Således är problemet som ska lösas att tillhandahålla ett nytt axeltätningsaggregat som är okänsligt för diffe- 10 15 20 25 30 35 041018 AR C:\Doc\mencs and Settings\ek\Skrivb0rd\'l'DlP\lluhns0ul\P5l710003_0l10lfljåvorsâttningjatantansdkamdoc 4 525 515 rentialtryck i medierna på tätningsaggregatets båda sidor, som säkerställer ett skydd mot inträngande av föroreningar och utträdande av smörjämnen, både vid statiskt och dynamiskt driftsätt.

Ett annat problem som ska lösas med uppfinningen är att tillhandahålla en maskintätning av den ovan beskrivna sorten, hos vilken ett tätningselement i fast form ingriper både med en tätningsstator och en tätningsrotor när axeln är i viloläget och hos vilken tätningselementet expanderar bort från statorn när axeln roterar.

Ytterligare ett annat problem som ska lösas med upp- finningen är att tillhandahålla en tätning av den ovan beskrivna sorten, vilken medger enkel montering, tillverk- ning och en lång livslängd för produkten.

Ytterligare ett annat problem som ska lösas med upp- finningen är att tillhandahålla en tätning för roterande axlar med stora diametrar upp till ca 3 m, såsom ungefär 1 m. Axlar med sådana stora diametrar, vilka kräver en effektivt statisk och dynamisk tätning, används exempelvis i vattendrivna turbiner hos Vattenkraftverk eller i propelleraxeltätningar hos fartyg. Vidare kommer fackmannen inom området att kunna identifiera ytterligare problem som är förknippade med den kända tekniken, vilka inte uttryckligen omnämns i denna ansökans text, men vilka löses genom föreliggande uppfinning.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning övervinner de ovan identifierade nackdelarna med den kända tekniken och löser åtminstone de ovan nämnda problemen genom att tillhanda- hålla ett axeltätningsaggregat enligt de bifogade patent- kraven.

Den allmänna lösningen enligt uppfinningen är att tillhandahålla ett axiellt tätningsaggregat för statisk och dynamisk tätning, företrädesvis ett axiallager. Aggregatet innefattar åtminstone ett första återgående elastiskt tät- 10 15 20 25 30 35 061018 AR Cflbocunents and Sattingflek\SkriVboz-d\TEIIP\Huhnseal\PSI'l10003_0l1018_0vs:slttning ytentansøkazndoc 5 525 515 ningselement, en centralt placerad roterande, förflyttbar axel, en rotor som är fäst till nämnda axel, och en stator som är fäst till ett hus. Det första tätningselementet är anordnat på så sätt att en tryckskillnad som är anbringad över det axiella tätningsaggregatet inte försämrar nämnda tätningselementets tätningsprestanda när detta tätar statiskt. Tätningselementet är placerat i en ringformig fördjupning hos rotorn och aggregatet har följande arbets- sätt: ett statiskt arbetssätt, varvid den centrala axeln och således hela tätningsaggregatet är i viloläge, och ett dynamiskt arbetssätt, varvid axeln roterar med en arbets- hastighet, samt övergångar mellan de två ovannämnda arbetssätten när axeln accelererar från viloläget eller I det statiska arbetssättet tätar det àtergående elastiska tätningselementet effektivt en sida av vice versa. aggregatet från dess andra sida när en tryckskillnad före- ligger i medierna som finns på de två sidorna, varvid tät- ningseffekten understödjes av tryckskillnaden, dvs. trycket trycker till exempel tätningselementet in i sina tätningsytor. I det dynamiska arbetssättet âstadkommes tätningen genom en tryckskillnad som orsakas av en turbineffekt hos expellerelementen. När man övergår från statisk till dynamisk drift förflyttas det statiska tätningselementet axiellt och radiellt bort från sin statiska tätningsposition till en annan position ur kontakt med statorn genom centrifugalkraften och ett undertryck som skapas av expellern som suger det elastiska tätningselementet från tätningsytorna. Således elimineras friktion mellan tätningselementet och statorn medan axeln roterar. Under loppet av axelns övergång från viloläge till rotation får inte tätningen läcka. Detta âstadkommes med hjälp av en lämplig konstruktion av axeltätningsaggregatets element. Till exempel tillhandahåller expellerns pumpeffekt ett tillräckligt högt tryck i förhållande till trycket i de omgivande medierna, så att tätningen alltid säkerställs. 10 15 20 25 30 011018 AR Cfibocunents and Settingflek\Skr1vbord\ïEHP\luhnsea1\P54710003_0|lßl8_óverslttning__patontannøkan.doc 6 525 515 Föreliggande uppfinning uppvisar ett antal fördelar över den kända tekniken. Närmare bestämt har föreliggande uppfinning fördelen att den tillhandahåller ett enkelt monterat och tillverkat tätningsaggregat som effektivt säkerställer statisk och dynamisk tätning med ett befintligt differentialtryck mellan de två sidorna som tätas från varandra utan att tätningsprestandan försämras, även med stora axeldiametrar.

Kortfattad beskrivning av ritningarna.

Ytterligare syften, kännetecken och fördelar med upp- finningen kommer att framgå från den följande beskrivningen av utföringsformer av föreliggande uppfinning, varvid hän- visning görs till de bifogade ritningar, på vilka Fig. 1 är en delvis utskuren perspektivvy över en utföringsform av ett axeltätningsaggregat för statisk och dynamisk tätning av en axel.

Fig. 2 är en planvy framifrån som visar det axiella tätningsaggregatet enligt Fig. 1 i ett hus; Fig. 3 är en tvärsnittvy tagen längs linjen ArA som visas i Fig. 2, som illustrerar det axiella tätnings- aggregatet enligt Fig. 1 inbyggt i ett hus och med en axel.

Fig. 4 är en förstorad tvärsnittvy över utföringsformen enligt Fig. 1 som illustrerar statisk och dynamisk tätning av det axiella tätningsaggregatet; Fig. 5 är en planvy som visar ett friktionskopplings- element hos utföringsformen som visas i Fig. 1; Fig. 6 är en perspektivvy som visar friktions- kopplingen enligt Fig. 5; Fig. 7 är en snittvy som visar en axel, en rotor och friktionskopplingselementet från figurerna 5 och 6 anbringat emellan axeln och rotorn, varvid friktions- kopplingselementet är i viloläge; Fig.8 är en snittvy liknande Fig. 7, varvid friktionskopplingselementet är fast inspänt; 10 15 20 25 30 35 Ml018 AR Cübocuments and Settingflek\Skrívbord\T'EM?\Huhnsøa1\PSI710003__0lltllßjivntslttningjatøntansókan-G00 7 525 515 Fig. 9 är en planvy som visar friktionskopplingen enligt Fig. 5 i dess monterade och fastkilade position; Fig. 10 är en snittvy som visar en fluidkanal i tät- ningsaggregatet för fluidfördelninq; och Fig. ll är en schematisk snittvy som illustrerar en lagerbox med två axeltätningar enligt utföringsformen från Fig. 1, samt en axeltätning som en spridare för oljedimma.

Beskrivning av utföringsformen Ett exempel för en utföringsform av uppfinningen visas i Fig. 1 till 4 i syftet att illustrera föreliggande uppfinning. Uppfinningen är dock inte begränsad till denna särskilda utföringsform och begränsas enbart genom de bifogade patentkraven.

Fig. 1 visar en utföringsform 100 av ett axiellt axeltätningsaggregat för statisk och dynamisk tätning av en axel. Det axiella tätningsaggregatet innefattar ett stator- element l, ett tätningselement 2 som tätar statorelementet mot ett omgivande hus, ett första expellerrotorelement 3 som innefattar expellerutsprång 4 och däremellan befintliga expellerfördjupningar 5, ett andra expellerrotorelement 6 som har en ringformad fördjupning 7 som omsluter ett ringformat tätningselement 8, ett friktionskopplingselement 9 som i rotationsriktning låser det axiella tätningsaggregatet mot en i mitten belägen axel, ett tätningselement ll som tätar längs axeln i longitudinal- riktning och ett i mitten beläget inre 12 för att ta emot en roterbar förflyttbar axel som är monterad i åtminstone ett axellager inuti huset. De två expellerrotorelementen 3, 6 är monterade med hjälp av presspassning. Rotorn och statorn är inte i fysiskt ingrepp med varandra och en.slits mellan statorn och rotorn lämnas öppen. Denna slits är en genomgång från tätningsaggregatets ena sida till den andra sidan. För att spärra denna genomgång används dels tätningselementet 8 i viloläge och dels en centrifugal pumpeffekt när axeln är i rörelse. 10 15 20 25 30 35 011018 AR Cfibocumenu and Settings\ek\Skrivbord\¶B!P\lluhnaoa1\P54710003_0lwifljhrorslttningjntcntansökan.dec 8 525 515 I det dynamiska arbetssättet, som beskrivs mera detaljerat nedan, genererar expellerrotorelementen 3, 6 en tryckskillnad i slitspassagen vid rotation av axeln och expellerrotorelementen 3, 6. Tryckskillnaden skapas genom centrifugalkrafter som driver ut något löst material eller medium, såsom lösa partiklar, vätskor, gaser, damm osv. inuti slitsen och ut ur slitsen. Detta orsakas av expeller- rotorelementens roterande rörelse tillsammans med expeller- utsprångens och expellerfördjupningarnas vingliknande form, varvid eventuellt material som har kommit in i slitsen utsätts för ett expellerpumptryck som orsakas av centri- fugalkrafterna och som kastar materialet tillbaka och driver detta ut ur samma slits. Expellerrotorvingarna 3, 6 innefattande expellerutspràng 4 och däremellan befintliga expellerfördjupningar 5 är formgivna på ett lämpligt sätt för att skapa ett tryck som är tillräckligt för att stå emot det högsta differentialtrycket som i drift av tät- ningsaggregatet 100 kan förväntas mellan aggregatets 100 två sidor. Genom att formge vingarna på ett lämpligt sätt balanseras trycket, dvs. trycket som skapas av de roterande vingarnas turbineffekt kompenserar trycket utanför tätningsaggregatet genom att ”pumpa tillbaka” det externa trycket och således säkerställs en effektiv tätning vid samtliga driftförhållanden.

Aggregatet har följande arbetssätt: ett statiskt arbetssätt, varvid den i mitten belägna axeln och således hela tätningsaggregatet 100 är i vila, ett dynamiskt arbetssätt, varvid axeln roterar med en arbetshastighet, samt övergångar mellan arbetssätten ovan, när axeln I det statiska arbetssättet tätar tätningselementet 8 effektivt en sida hos aggregatet 100 från dess andra sida. I det dynamiska arbetssättet àstadkommes tätningseffekten genom en tryck- accelererar från vila eller vice versa. skillnad som orsakas av expellerelementens turbineffekt.

Det statiska tätningselementet förflyttas centrifugalt 10 15 20 25 30 35 OI 1018 AR C: Uilocunønts and Settingzfl ek\ Skrívbonfl TD!P\H\:hnseal\ P541 10003__0l 1 018__0vørs!ttning__pntentm:6knn. doc 525 515 9 axiellt och radiellt ur dess statiska tätningsposition till en annan position ur kontakt med statorn. Således elimineras friktion mellan tätningselementet och statorn under axelns rotation.

I det dynamiska arbetssättet, när axeln och expeller- rotorelementen 3, 6 roterar kastas allt material som komer in i passagen som öppnas av det statiska tätningselementet 8, omedelbart ut genom expellerns centrifugala pumpeffekt, såsom har beskrivits ovan. På så sätt drivs även material, föroreningar osv. som har kommit in i slitsen under loppet av en statisk tätningsperiod, och vilka har ansamlats i slitspassagen, t.ex. i expellerfördjupningarna, ut under loppet av övergången från statisk till dynamisk tätningsdrift. Eventuellt material som kommer in i slitsen under loppet av dynamisk tätningsdrift kommer att omedelbart kastas ut. Ju längre materialet kommer in i slitsen dess högre kommer centrifugalkraften att vara för att driva ut materialet tillbaka ut ur samma slits och ut ur aggregat 100 på aggregatets respektive sida.

I planvyn framifrån enligt Fig. 2 visas en hop- sättning 200 av det axiella tätningsaggregatet 100 enligt Fig. 1 som är anordnat i ett hus 30. Det axiella tätnings- aggregatets 200 delar som är synliga i Fig. 2 är huset 30 som delvis överlappar expellerelementet 6 och en i mitten anordnad axel 10.

Fig. 3 är en tvärsnittsvy tagen längs linjen ArA som visas i Fig. 2, och illustrerar det axiella tätningsaggre- gatet 100 enligt Fig. 1 som är inbyggt i ett hus 30 och med en axel 10. Vidare visas en fördjupning 31 i ett första expellerrotorelement 3 som omsluter ytterligare ett ring- format tätningselement 32.

Fig. 4 är en förstorad tvärsnittsvy över utförings- formen i Fig. 1 och illustrerar det axiella tätningsaggre- gatets statiska och dynamiska tätning. En pil 41 markerar det dynamiska tätningsarbetssättet, varvid det ringformade 10 15 20 25 30 35 041018 AR Cflßocmment: and Settings\ok\5ktívbord\¶D(P\Huhns0al\P5l710003_0l1010_0vez:!lttníng_patantans6km.doc 10 525 515 tätningselementet 32 är draget till fördjupningens 31 radiella yttre position ur kontakt med statorn 1 genom centrifugalkraften från aggregatet som roterar med axelns 10 arbetshastighet. En pil 40 markerar det statiska tätningsarbetssättet, varvid det ringformade tätnings- elementet 8 visas i den radiella inre positionen hos fördjupningen 7. Tätningselementet 8 är draget till denna position genom tätningselmentets 8 elastiska kraft. För- djupningen 7 innefattar en första radiellt lutad för- djupningsyta 42 som förbinder en andra axiellt orienterad radiellt inre positionerad fördjupningsyta 43 och en tredje axiellt lutat orienterad, radiellt yttre positionerad för- djupningsyta 44. Yta 42 är lutad radiellt bort från den radiellt orienterade ytan 45 hos statorn 1, från dess axiellt inre orienterade ände till den axiellt yttre orienterade änden, såsom visas t.ex. i Fig. 4.

Tätningselement 8 tätar inte enbart genom sin elas- tiska kraft, därutöver påverkar en tryckskillnad mellan utsidan (på vänster sida i Fig. 4) och insidan (på höger- sidan i Fig. 4) tätningselementets 8 tätningseffektivitet.

Ju högre trycket är som ligger an pâ utsidan, dess bättre är tätningseffekten som åstadkommes i det statiska arbets- sättet, eftersom trycket trycker tätningselementet 8 axiellt nedåt och således både mot den inre axiella ytan 43 och nedre delen av den lutade radiella ytan 42 hos den ringformade fördjupningen 7 i rotorelementet 6, samt mot den radiella ytan 45 som är nära angränsande och ligger mittemot fördjupning 7.

Samma sak gäller för tätningselementet 32 i fall ett högre tryck är anbringat på utsidan.

Fördjupningen 7 i rotorn 6 är utformad på så sätt att en tryckskillnad över tätningsaggregatet förbättrar tät- ningselementets 8 tätning i det statiska arbetssättet.

Detta är så tack vare den omständigheten att tätnings- elementet 8 understöds av trycket, dvs. trycket trycker 10 15 20 25 30 011018 AR C:\Documents and Settings\ek\Skrivbord\TEHP\Ruhn:eal\P5l710003_041018_Ove1:slttning ytantansöknmduc 11 525 515 tätningselementet aktivt in i tätningskontaktytorna. Det fysiska tätningsingreppet uppstår alltså mellan tätnings- elementet 8 och statorn 1 längs med den radiellt utsträckta ytan hos statorn 1.

Under loppet av övergången från statisk till dynamisk tätning förflyttas tätningselementet 8 från den radiellt inre statiska positionen, som anges med pilen 40 till den radiellt yttre positionen, som anges med pilen 41. För- skjutningen orsakas sàväl av centrifugalkraften som av en tryckskillnad som orsakas av den roterande expellern, vilket åstadkommer en pumpeffekt som suger tätnings- elementet 8 radiellt utåt.

Således säkerställs att tätningslementet 8 effektivt tätar statiskt när axeln 10 är i viloläge. Vidare tätar tätningsaggregatet effektivt dynamiskt när axeln roterar med en arbetshastighet tack vare tryckskillnaden som orsakas av expellerhjulen 3 och 6. Friktion elimineras i det dynamiska arbetssättet eftersom tätningselementet för- flyttas ur kontakt med statorn, såsom har förklarats ovan.

Vidare är den statiska och dynamiska tätningen verksam vid tryckskillnader över tätningsaggregatet.

Hos den diskuterade utföringsformen har den lutade radiella ytan 42 hos den ringformade fördjupningen 7 i rotorelementet 6 en lutningsvinkel på ungefär mellan lO° och 20°, och företrädesvis på ca l2°. Lutningsvinklar över 20° kan dock användas utan att avvika från föreliggande uppfinning som definieras genom de bifogade patentkraven.

Det ringformade tätningselementets 8 tvärsnittsform kan vara cirkulär, dvs. det ringformade tätningselementet 8 är företrädesvis en torroidal O-ring med cirkulärt tvärt- snitt. Det ringformade tätningselementet kan dock även ha olika former och utformningar som exempelvis visas i figurerna, dvs. väsentligen rektangulär form med avrundade hörn eller en oval form. 10 15 20 25 30 35 0l1018 AR Cflßoculents and Settings\ek\Skrivbord\TEllP\!luhnsaa1\P5l'I10003_0|lblfljharslttningytantansókm.dec 12 525 515 Tätningselementets 8 material väljs så att tätnings- elementet 8 uppvisar en tillräcklig tätningseffekt mot tät- ningsytorna, så att det är tillräckligt återgående defor- merbart för att förflyttas från den statiska positionen till den dynamiska positionen och tillbaka, och att friktion är låg under övergången från den statiska till den dynamiska positionen, dvs. under axelns 10 igàngsättning, när tätningselementet 8 fortfarande är i kontakt med statorns statiska tätningsyta. Lämpliga material för tätningselementet 8 är exempelvis gummi, Viton®, FKM; FFKM, EPDM, osv. Lämpliga material för de kvarvarande element av tätningsaggregatet 100 är t.ex. metalliska material såsom brons eller rostfritt stål, och även elastomera material, särskilt för stora axeldiametrar, samt syntetiska material såsom akrylplast, PU eller RA.

För stora axeldiametrar och således för motsvarande stora axeltätningsaggregat kan tätningsaggregatets 100 element tillverkas som kontinuerliga långsträckta element, vilka kan vara förmonterade och passar runt en axel för att bilda en enhet som visas i Fig. l. Alternativt kan tät- ningsaggregatets 100 element tillverkas som delvis monte- rade eller som separata delar, vilka ska monteras på plats på axeln. Rotorn, statorn och tätningselementet kan tillverkas med hjälp av strängsprutning och de kan monteras på plats genom att hopförsegla de extruderade delarna till ringformade element på plats. Detta har fördelen att tätningsaggregat för axlar med stora diametrar är lätta att tillverka och montera på axeln, såväl med låga kostnader och genom att tillhandahålla en effektiv tätning av tätningsaggregatet.

Utföringsformen som visas i Fig. 1 till 4 har en fördjupning 7, 31 som omsluter ett tätningselement 8, 32 i varje rotor 3, 6. På så sätt fungerar tätningen med tryck- skillnader i båda riktningar, dvs. antingen övertryck utanför eller innanför huset. För vissa användningar kan 10 15 20 25 30 35 041018 AR C: “Documents and Setting:\ek\Sktivbord\TD|1>\Huhnseal\P5fl10003_0l1018_0vørslttning jatøntlluökln-GOC 525 515 13 det dock vara tillräckligt att säkerställa tätning i en tryckskillnadsriktning. I detta fall kan en fördjupning och ett tätningselement utelämnas.

Utföringsformen enligt Fig. 1 till 4 monteras före- trädesvis till en färdig kassett som är klar att inmonteras i utrymmet för axeltätningsanordningen.

Uppmärksamheten dras nu till Fig. 5 och 6 i kombina- tion med de ovan diskuterade figurerna. Tätningsaggregatet 100 monteras med axeln 10 genom att tätningsaggregatet får glida över axeln 10. Ett tätningselement ll tätar tätningsaggregatets båda sidorna, dvs. glipan mellan axeln 10 och expellertätningsaggregatet 100. Ett problem som är förknippat med den tidigare kända tekniken är att tätningsaggregatet förflyttas relativt axeln på grund av de två delarnas tröghet relativt varandra. Detta innebär att tätningselementet ll utsätts för en friktionsförflyttning och slits ut efter ett antal start- och stoppcykler. Detta problem löses genom att använda ett friktionskopplings- element 9 som infogas i ett spår parallellt med tätnings- elementet ll, såsom visas i figurerna. Ett annat problem som löses med friktionskopplingselementet är att ett mycket större vridmoment kan överföras mellan axeln 10 och rotor- elementet 3, 6. Således är det möjligt att överföra ett mycket högre vridmoment från axeln 10 till rotorelementen 3, 6 än enbart med en O-ringtätning ll.

Friktionskopplingselementet 9 enligt utföringsformen visas mera detaljerat i Fig. 5 och 6. Enligt utföringsformen är friktionskopplingselementet en ringformad, remliknande utplattad ring som har utspràng 50, 52 samt fördjupningar 51, 53 på båda sidor. Friktionskopp- lingsringen 9 fungerar som ett bromselement i axelns 10 båda rotationsriktningar, som bromsar och stoppar en rörelse för aggregatet 100 relativt axeln.

Friktionskopplingen fungerar enligt principen att utsprângen 51, 52 kommer att tippa pà grund av den ringa 10 15 20 25 30 35 041018 AR Cüllocunonts and Ssttingflek\Sl:rivbord\Tflflfilluhnsoaßlfilfll0003_0|1010__0ver:lttning__pntontuu6knn.doc 525 515 14 relativa rörelsen mellan rotorerna 3, 6 och axeln 10. Om friktionskopplingselementet 9 är tillverkat av ett återgående material, såsom hàrdgummi, kommer denna snedställningsrörelse att komprimera friktionskopplingens återgående material på mittemot varandra liggande utspràng 50, 52 hos friktionskopplingen 9 och på grund av den ökade friktionen och ett ökat lokalt kontakttryck vid friktions- kopplingselementets kontaktytor mot axeln och rotorelementet kommer att sakta ned och stoppar den relativa förflyttningen. Alternativt är friktions- kopplingselementet 9 tillverkat av svagt kompressibelt material, såsom metall, företrädesvis rostfritt stål. I detta fall àstadkommes en jämn hård och mera omedelbar bromseffekt tack vare materialvalet och tack vare den omständigheten att kopplingseffekten àstadkommes snabbare.

Således àstadkommes, oberoende av friktionskopplings- elementets material, en mera intensiv förbindelse av axeln 10 och rotorn hos tätningsaggregatet 100 i den aktuellt diskuterade ”bromspositionen”. Det enda sättet att lossa denna kopplingsförbindelse är att rotera axeln i den omvända riktningen, så att snedställningen omvänds. Även i denna riktning kommer dock en snedställning att förekomma i den andra riktningen och friktionskopplingen 9 kommer att hindra och stoppa relativa rörelser. Om friktionselementet 9 är gjort av metall kan en återgående fjädereffekt understödja den ovan beskrivna kopplingsprocessen.

Fjädereffekten kan vara inbyggd i friktions- kopplingselementet genom att välja ett lämpligt material och en lämplig form för elementet 9, så att fjädereffekten är orienterad mot den relativa rörelsen mellan axeln och rotorelementet.

Vridmomentet som inverkar från axeln på rotorn och vice versa kan vara förhöjd genom till exempel en ökad pumpeffekt hos expellervingarna för att tåla differentialtryck som har beskrivits ovan, eller genom en 10 15 20 25 30 35 041018 AR Cflboculents and 5ettings\ek\Skrivbozd\TE(P\lluhn:eul\P5l710003_041010_Övorslttning_pat0ntan:6knn.d0c 525 515 15 extra pumpeffekt till exempel en spridare för oljedimma, som beskrivs nedan, som är integrerad i tätningsaggregatet 100. Ju högre vridmomentet är, vilket inverkar på rotor- elementet, dess hårdare kommer friktionskopplingens element att pressas ihop och dess högre är kylningseffekten pà friktionskopplingen. Således överförs vridmoment mera effektivt från axeln till rotorn utan att försämra tätningen av tätningselementet ll i axialriktning och med en ökad livslängd för tätningselementet ll, och således för hela tätningsanordningen 100. Friktionskopplingen medger dock en viss rörelse, vilket exempelvis kan vara önskat för att rotorn dynamiskt ska kunna anpassas till statorns position.

Fig. 7 och 8 illustrerar den ovan beskrivna friktionskopplingsfunktionen. Ett friktionskopplingselement 9 visas anordnat mellan ett axelelement 10 och ett rotorelement 6, varvid friktionskopplingselementet är i viloläget, dvs. det finns inget differentialt vridmoment mellan axelelementet 10 och rotorelementet 6. I Fig. 8 är friktionskopplingselementet 9 fastspänt på grund av ett differentialt vridmoment mellan axelelementet 10 och rotorelementet 6, såsom har beskrivits ovan.

Fackmannen på området komer att förstå att formen för friktionskopplingselementet 9 som visas i figurerna är enbart en form av många för att åstadkomma den ovan beskrivna effekten. Till exempel skiljer sig friktions- kopplingselementet som visas i Fig. 7 och 8 från friktions- kopplingselementet som visas i Fig. 5 och 6, men uppfyller samma funktion som har beskrivits ovan, En annan utföringsform 200 för axeltätningsaggregatet visas och illustreras i Fig. 9 och 10, varvid ett borrhâl 91 som sträcker sig radiellt inåt är placerat på statorns l botten. Borrhàlet står i förbindelse med tätningsaggre- gatets 100 insida och husets 30 insida. I det statiska arbetssättet fungerar tätningselementet 8 som en 10 15 20 25 30 35 04101! AR C:\Doculent: and Sottingflek\Sktivbord\fllfi\liuhnscal\P54710003_0U.018_Ovørslttning_patontans6km.døc 525 515 16 backventil, vilken öppnar i det dynamiska arbetssättet.

Fig. 9 och 10 visar det dynamiska arbetssättet, varvid fluidkanalen 91 är öppen för fluidkommunikation. Hos den visade utföringsformen är kanalen 91 förbunden med ett fluidkontaktdon 90, som exempelvis leder till en fluid- behállare (visas inte). Alternativt står fluidkanalen 91 i direkt förbindelse med husets inre, i vilket axellagret är placerat. Detta kan vara fallet om axeltätningsaggregatet 200 är inbyggt i ett hus med exempelvis två kullager på de två sidorna som tätas genom axeltätningsaggregaten 100, såsom illustreras i Fig. 11. I detta fall átercirkuleras exempelvis den àterkondenserade oljedimman genom fluidkanalen 91, vilket minimerar fluidförbrukningen. I detta fall kan även ett filter anordnas i kanalen för att rengöra den àtercirkulerande vätskan. Under loppet av dynamisk operation sugs en fluid genom borrhâlet 91 till det inre av tätningsaggregatet 200 och utstöts ur och bort från tätningsaggregatet 200. Detta illustreras detaljerat i samband med Fig. 10 och ll, varvid pilarna 92 till 96 anger fluidbanan hos utföringsformen som anges som ett exempel.

Pilarna i Fig. 11 anger delvis ett yttre tryck utanför lagerboxen 115, delvis den utkastade oljan 114 från expel- lerelementen hos aggregatet 200 och dels oljeflödet genom kanalen 91 in i aggregatets 200 inre, varifrån den kastas ut genom slitsen i aggregatet 200, liknande slitsen som har förklarats ovan i samband med Fig. 1 till 4. Således smörjs axellagren 110, 111 som har lagerkulor 112, 113 pá ett effektivt sätt genom den genererade oljedimman när axeln 10 roterar. Vidare tätas aggregatet effektivt mot ett tryck på utsidan av lagerboxen 115 såväl när axeln roterar, såsom visas i Fig. 11, och när axeln är i viloläge genom statiska tätningselement i aggregaten 100.

Pâ så sätt säkerställs en effektiv alstring av oljedimma utan att det behövs dyra kompressorsystem som alstrar trycket som behövs för att trycka fluiden genom en 10 15 20 25 30 041018 AR Cflfloculents and SettingfleldSkz-ivborlflTEHP\Huhnsaal\PS|710U03_0|101Sjhrarsñttníngjntontansókalmdoc 525 515 17 kanal och ett ejektormunstycke. Det nödvändiga trycket levereras av de integrerade expellerrotorelementen 3, 6 vid rotation.

Fluiden kan vara en rengöringsvätska som tvättar bort något material som kan ha ansamlats i spåren 5 hos expellerhjulen 3, 6. Alternativt kan fluiden vara en smörj- vätska, såsom olja, som används för att smörja ett eller flera axellager. I detta fall omvandlas oljan till en olje- dimma av centrifugalkraften som kastar små oljedroppar ut från expellerhjulen 3, 6 till utsidan av tätningsaggregatet 100. När tätningsaggregatet används inuti ett hus som har axellager på tätningsaggregatets båda sidor, används aggre- gatet för att sprida smörjfluiden till lagren, och således ökas lagrens livslängd. Vätskan kan komma från en separat behållare (t.ex. för rengöringsfluid) eller den kan komma från ett fluidbad på aggregatets 100 botten. Genom att använda borrhålet är spridningen mera effektiv än att enbart centrifugalt kasta upp en fluid i det fall att expellerhjulens botten är nedsänkta i ett fluidbad.

Alternativt till den visade utföringsformen för fluidkanalen som fördelar vätska till axeltätnings- aggregatets 100 båda sidor, kan fluidkanalen 91 vara an- ordnad på så sätt att fluid enbart fördelas till rotor- elementet på en sida av axeltätningen. Således kommer fluid enbart att fördelas till denna ena sida.

Tillverkning av tätningsaggregatet 100 och dess komponenter àstadkommes med hjälp av kända metoder.

Beståndsdelarna monteras snabbt och enkelt.

Alternativt till utföringsformen som visas i figurerna kan axeltätningen vara direkt integrerad med ett axellager på axeln. I detta fall är rotorn kopplad till den inre lagerringen, såsom ett kullager, som är kopplat till den roterbara axeln. Ett expellerrotorelement är direkt förbundet med den inre lagerringen och ett statorelement är 10 15 20 25 30 041016 AR Cüßocunent: and $ettings\ek\Skrivbord\IDIPWuhnsuMPSC710003_0|1018_óvor:lttnlng jntvntunsöknmdoc 525 515 18 direkt förbundet med det yttre lagerhuset. På så sätt åstadkommas en mycket kompakt lösning.

Hos ytterligare en annan alternativ utföringsform innefattar axeltätningsaggregatet enbart ett rotorelement med ett tätningselement i en fördjupning som har beskrivits ovan. I detta fall tätar aggregatet effektivt för ett dif- ferentialtryck i en riktning, vilket är tillräckligt för vissa användningar. Även rotorelementen 6,3 vilka visas som olika kon- struktionselement kan vara identiska och fästa till varandra, exempelvis genom limning på de axiala kontakt- ytorna.

Den ovan beskrivna axeltätningen enligt uppfinningen kan användas och brukas på många sätt och innefattar exempelvis områden såsom pumpar, såsom i olje- och gasindustrin offshore, gruvindustrin, massa- och pappersindustrin, undervattenpumpar, vattendrivna turbiner i Vattenkraftverk, propelleraxeltätningar hos fartyg osv.

Föreliggande uppfinning har beskrivits ovan med hänvisning till särskilda utföringsformer. Andra utföringsformer än de ovan beskrivna är dock likaledes möjliga inom ramen för de bifogade kraven, exempelvis olika former av rotorn eller statorn, andra elastiska material för tätningselementet än de ovan beskrivna, osv.

Vidare utesluter begreppet ”innefattas/innefattande” som används i denna specifikation inte andra element eller steg, och begreppen ”ett” och ”en” utesluter inte ett flertal, och en enda processor eller andra enheter kan uppfylla funktionerna av flera av enheterna eller kretsarna som anförs i kraven.

Claims (23)

10 15 20 25 30 35 0l10l8 AR C: \BI<\POKTYOXJBR\Poz-tfólj ~ Arbetsdoklmenfàåfl 1_Hnhn:ea1\P\00 3__Bxpellc r__Soa1\SB\ P5l71 0003_0! 1018__Nudrade_krav_tí11_PRV.doc 525 515 19 PATENTKRAV

1. Axeltätningsaggregat (100) för statisk och dynamisk axiell tätning av en centralt placerad roterbar förflyttbar axel (10), tätningselement (8, som innefattar åtminstone ett första 32) som tätar axeln (10), åtminstone ett rotorelement (3, 6) som är fäst till axeln (10), ett statorelement (1) som är fäst till ett hus (30), kânnetecknat av ett första tätningselement (8, 32) och som är anordnat i en fördjupning (7, 31) i nämnda rotor- element (3, 6) och som är anpassat att upprätthålla tät- iningsprestanda hos nämnda tätning under statisk tätning, utan att denna försämras orsakad av ett differentialtryck i axiell riktning mellan medier på axeltätningsaggregatets (100) två sidor, varvid det första tätningselementet (8) är anordnat att i en statisk tätningsposition täta mot en väsentligen radiellt orienterad yta hos statorelementet (1), en väsentligen radiellt orienterad yta (42) hos fördjupningen (7, 31) och en väsentligen axiellt orienterad yta (43) hos fördjupningen (7), varvid dynamisk tätning åstadkommes vid axelns (10) rotation genom rotorelementet och varvid det statiska tätningselementet (8) är konfigurerat att förflyttas axiellt och radiellt bort från den statiska tätningspositionen vid rotation av axeln (10).

2. Axeltätningsaggregat (100) enligt krav 1, varvid rotorelementet (3, 6) innefattar åtminstone ett expellerrotorelement (3, 6) som är anpassat att skapa ett tryck för dynamisk tätning som kompenserar nämnda diffe- rentialtryck, och som är anordnat nära intill stator- elementet (l) för.att.orsaka dynamisk tätning vid axelns (10) rotation.

3. Axeltätningsaggregat (100) enligt krav 2, varvid expellerrotorelementet (3, 6) har intill varandra liggande expellerutsprång (4) och expellerfördjupningar (5) som är orienterade mot statorn för att orsaka den dynamiska tätningseffekten. 10 15 20 25 30 35 ouom m cnmmfonrróusnurozcføij Arbeuaok-.mnn5A71_Hunn=@a1\1>\0o3_:xpe11°r_se;1\sn\Ps471ooo3_o41o1a_bnndø_nav_u11_vnv.aoc 20 525 515

4. Axeltätningsaggregat (100) enligt något av föregående krav, varvid fördjupningen (7) är en ringformad fördjupning (7, 31) i rotorelementet (3, 6) och det första tätningselementet (8) är innesluten i den ringformade 31) 31) mittemot den radiella ytan (45) hos statorelementet (l).

5. Axeltätningsaggregat (100) enligt krav 4, varvid fördjupningen (7, i rotorelementet (6, 7), varvid fördjupningen (7, är anordnad så att den ligger den ringformade fördjupningen (7, 31) har en första väsent- ligen radiellt lutad, ringformad fördjupningsyta (42) som förbinder en andra väsentligen axíellt orienterad, radiellt inre positionerad, ringformad fördjupningsyta (43) och en tredje väsentligen axiellt lutat orienterad, radiell yttre positionerad, ringformad fördjupningsyta (44).

6. Axeltätningsaggregat (100) enligt krav 5, varvid tätningselementet (8) för statisk tätning tätar statiskt mot nämnda första väsentligen radiellt lutade, ringformade fördjupningsyta (42), nämnda andra väsentligen axiellt orienterade radiellt inre positionerade, ringformade fördjupningsyta (43) och nämnda väsentligen radiella statoryta (45), så att differentialtrycket orsakar ett understödjande tätningstryck för tätningselementet (8) på nämnda tätningsytor.

7. Axeltätningsaggregat (100) enligt något av före- gående krav, varvid tätningselementet (8) är gjort av ett âtergående elastiskt deformerbart material.

8. Axeltätningsaggregat (100) enligt något av föregående krav, varvid axeltätningsaggregatet (100) är anordnat att täta ett lager.

9. Axeltätningsaggregat (100) enligt krav 8, varvid axeltätningsaggregat (100) är integrerat med lagret.

10. Axeltätningsaggregat (100) enligt något av före- gående krav, varvid rotorelementet (6) är utrustat med ett_ friktionskopplingselement (9) som är spärrande anordnat mellan axeln (10) och rotorelementet (6). 10 15 20 25 30 04 1018 .ÄR C: \EIC\PORTIÖIJBR\ Portfölj Arbetsdokunønfl SI 71__Buhn.1oal\ P\ 0 03_Expol1ør_Sea1\SB\ PSI 7 1 00 03_0l 1 01 8_hxdradø_krav_t i11__PRV. doc 21 525 515

11. Axeltätningsaggregat (100) enligt krav 10, varvid rotorelementet innefattar en ringformad radiell fördjupning som väsentligen inhyser friktionskopplingselementet (9).

12. Axeltätningsaggregat (100) enligt krav 10 eller ll, varvid friktionskopplingselementet (9) är anordnat på så sätt att ett vridmoment som orsakar en relativ rota- tionsförskjutning mellan axeln (10) och rotorelementet (6) orsakar en kompression av friktionskopplingselementet (9) och en ökad friktion mellan axel (10) och rotor (6), så att en inbromsning âstadkommes vid den relativa rotations- förflyttningen.

13. Axeltätningsaggregat (100) enligt kraven 10 till 12, varvid friktionskopplingselementet (9) har en ringform, intill varandra liggande utspràng (50, 52) och 53). Axeltätningsaggregat (100) enligt något av före- fördjupningar (51,

14. gående krav, varvid en radiellt inåtriktad kanal (91) sträcker sig för fluidkommunikation från statorns (1) botten, tätningsaggregatets (100) inre och husets (30) inre. varvid kanalen (91) är i förbindelse med

15. Axeltätningsaggregat (100) enligt krav 14, varvid kanalen (91) är anpassad att transportera en fluid, så att utkastande av fluiden ur och bort från expellerrotor- elementet (3, 6) åstadkommes vid axelns (10) rotation.

16. Axeltätningsaggregat (100) enligt krav 15, varvid fluiden är en rengöringsfluid som kastar ut material som har ansamlats under statisk tätning i expellerfördjupningarna (5) från tätningshaggaretat (100) vid axelns (1) rotation.

17. Axeltätningsaggregat (100) enligt krav 15, varvid fluiden är en smörjfluid.

18. Axeltätningsaggregat (100) enligt krav 17, varvid smörjfluiden är olja, och varvid oljan konverteras till oljedimma när den kastas ut från tätningsaggregatet. 10 15 20 25 30 OC 1018 AR C:\ HK\PORTFÖLJ'IR\ Pbttfólj Atbeftsdo \ 5 l 'I 1_Huhn:nal\ P\ 0 0 3_BxpOl1et_S0l1\S E\ PSI 7 10003_0l 1 0 1 B_Ändrld0_ktlv_till_PRV. dot 525 515 22

19. Axeltätningsaggregat (100) enligt något av föregående krav, varvid axeln har en diameter upp till 3 meter.

20. Axeltätningsaggregat (100) enligt något av före- gående krav, varvid rotorelementet (3, 6), statorelementet (1) och tätningselementet (8) är tillverkade av ett elastomermaterial genom strängsprutning.

21. Metod för att statiskt och dynamiskt täta en axel med hjälp av ett axeltätningsaggregat enligt krav 1, kännetecknat-av att understödja nämnda statiska tätning med hjälp av ett differentialtryck som finns i axiell riktning mellan medier på nämnda axelns båda sidor, och att trycka ett första tätningselement (8) som är anordnat i rotorelementet (3) mot en väsentligen radiellt orienterad yta hos statorelementet (1), en väsentligen radiellt orienterad yta (42) hos en fördjupning (7) som inhyser nämnda tätningselement (8) och en väsentligen axiellt orienterad yta (43) hos nämnda fördjupning (7).

22. Metod enligt krav 21, kânnetecknad av att centri- fugalt förflytta det statiska tätningselementet (8) vid axelns (10) rotation axiellt och radiellt bort från dess statiska tätningsposition och därigenom att eliminera friktion mellan tätningselmentet (8) och statorn (1) under dynamisk tätning.

23. Metod enligt krav 22, kännetecknad av att åstadkomma den dynamiska tätningen genom en dynamisk rotortryckdifferens som orsakas av en turbineffekt av rotorelementet (3, 6), och att kompensera nämnda differentialtryck som finns i axiell riktning mellan medier på axelns båda sidor med den dynamiska rotortryckdifferensen, och därigenom att upprätthålla tätning under dynamiskt arbetssätt.