NO145700B - Mekanisk akseltetning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en mekanisk akseltetning for tetning av en sprekk mellom et roterende element og et fast element, for å atskille et trykkmedium fra et ytre rom, hvilken akseltetning omfatter i det minste én på det ene elementet anbragt, aksielt bevegbar tetningsring som tetter i forhold til dette element, og i det minste én på det andre elementet festet, på tetningsringens trykkromsside beliggende motring som tetter i forhold til dette element, idet tetningsringen og motringen er forsynt met tettende glideflater som aksielt ligger an mot hverandre, og idet det mellom det ene elementet og tetningsringen er et mellomrom for tetningsvæske som avgrenses av nevnte glideflater, og at det i tetningsringen er utformet en ringskulder ved hvis formidling trykkmediets trykk utBver på glideflaten av tetningsringen en lukkende kraft som er storre enn den av trykkmediets trykk forårsakede åpnende kraft på glideflatene.

En tetning av denne art benyttes i pumper, måleapparat-er, blandere, vifter osv., i hvilke en roterende aksel strekker seg gjennom en fast vegg. Forskjellige trykk kan råde og forskjellige væsker og gasser forekommer på forskjellige sider av veggen. Således kan trykkmediet utgjores av en væske eller en gass, og det ytre rommet kan utgjores av et under overtrykk stående eller trykkfritt væske- eller gassrom eller av atmosfæren. Som tetningsvæske benyttes vanligvis tetningsvann.

På flere områder er det kjent å benytte slike mekan-iske akseltetninger for tetning av væsker under trykk mot atmosfæren. Tetningen kan frembringes ved hjelp av en tetning der tetningsvannets trykk alltid, også ved stillestående maskin, bor være hoyere enn væsketrykket, eller ved hjelp av en tetning der tetningsvannsets trykk alltid bor være lavere enn væsketrykket .

Ved benyttelse av en tetning der tetningsvannets trykk alltid bor være hoyere enn væsketrykket, er det meget vanskelig under alle forhold å sikre at mengden av under overtrykk stående tetningsvann er tilstrekkelig f.eks. ved forstyrrelser i elektrisitetsforsyningen. For å eliminere inn-virkningen av forstyrrelser i elektrisitetsforsyningen på frembringelse av tetningsvann i en tilstrekkelig mengde og under tilstrekkelig trykk, er man tvunget til å bygge kompli-serte og dyre tetningsvannsystem med reservekraftkilder.

Skulle tetningsvannets trykk allikevel til tross for alle reser-veanordninger av en eller annen grunn synke under væsketrykket, åpnes den mot væsken beliggende tetningsringen og væske trenger mellom tetningsflåtene inn i trykkvannsrommet. Ifall væsken inneholder forurensninger, slites tetningsflat ene raskt, eller forurensningene kan fore til tilstopping av tetningsvannrommet eller forhindre lukking igjen av tetningsflåtene. Derved odelegges tetningen.

Ved bruk av en tetning der tetningsvannets trykk

bor være lavere enn væsketrykket, dannes en smorende film mellom glideflatene av væsken og ikke av tetningsvannet. Dersom væsken er f.eks. korroderende, frembringer den smorende væskefilmen en raskere korrosjon på de mot væsken beliggende glideflater, eller ifall væskens smorende egenskaper er dår-ligere, forårsakes derved en raskere slitasje av de mot væsken beliggende glideflatene enn ved bruk av under overtrykk stående tetningsvann. Dersom tetningsvæskens trykk i en tetning, som utnytter et lavt trykk, av en eller annen grunn over-stiger væsketrykket, f.eks. når det frembringes et undertrykk på akselhalsen, åpner de mot væsken beliggende glideflatene og væske kan trenge inn i tetningsvannrommet. Forurensingene i væsken kan forhindre tilbakelukking av glideflatene og tette til tetningsvannrommet. Ovenfor anforte årsaker kan i vesentlig grad forkorte tetningens levetid og tetningen kan odelegges som folge av feil trykk i tetningsvannet.

Hensikten med ireliggende oppfinnelse er å frem-skaffe en mekanisk akseltetning som eliminerer de ovennevnte ulemper. Dette oppnås ved hjelp av en akseltetning ifolge oppfinnelsen som er karakterisert ved at tetningsringene er forsynt med et i forhold til det andre elementet tettende, ringformet stempel, ved hjelp av hvilket tetningsvæsken trykker tetningsringen i retning mot trykkrommet, og som har en slik storrelse at den av tetningsvæskens trykk forårsakede, åpnende kraften på glideflatene er mindre enn den av tetningsvæskens trykk forårsakede lukkende kraften og at bevegelsesrommet for stemplet ved hjelp av en kanal er forbundet med et'rom under trykk.

I en akseltetning ifolge oppfinnelsen kan tetningsvæskens trykk være hoyere eller lavere enn tetningsmedietryk-ket uten at glideflatene åpnes under innvirkning av trykkmedietrykket eller trykkvæsketrykket eller en samtidig innvirkning av begge disse trykkene. I én akseltetning ifolge oppfinnelsen bevirker nevnte ringformede skulder i tetningsringen at den av trykkmediets trykk på sideflatene utb'vde, åpnende kraften er mindre enn den av trykkmedietrykket utovde lukkende kraften, mens nevnte ringformede stempel i tetningsringen bevirker at den av tetningsvæsketrykkét på glideflaten utovde åpnende kraften under alle forhold er mindre enn den av tetningsvæsketrykkét frembragte, lukkende kraften. Således er akseltetningens tetteevne uavhengig av størrelsen av tetningsvæskens trykk i forhold til trykkmediets trykk. Kanalen, som forer fra gliderommet for stemplet til'et rom under trykk, f.eks. til atmosfæren, sikrer at den av tetningsringens aksielle bevegelse frembragte volumforandring av rommet for stemplet ikke forstyrrer tetningens funksjon.

Oppfinnelsen skal i det folgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser ved hjelp av et aksialsnitt en fore-trukket utfb'relsesform for en akseltetning ifolge oppfinnelsen i ferdig montert tilstand,

fig. 2 viser et snitt gjennom akseltetningens tetningsring og tetningsstamme, atskilt fra hverandre,

fig. 3 viser i storre målestokk akseltetningens funksjonsprinsipp, og

fig. 4 viser en alternativ utforelsesform for aksel— tetningen ifolge oppfinnelsen.

På tegningene er det vist et roterende element, f.eks. en aksel 1, og et fast element, et hus 2, tilhorende f.eks. en væskepumpe. Sprekken mellom akselen og huset er tettet med en ringformet akseltetning 3. Innenfor huset (til venstre i fig. 1) er der et trykkrom 4 for trykkvæske, og utenfor huset (til hbyre i fig. l) ligger atmosfæren 5.

Akseltetningen 3 omfatter en på huset montert fast ringformet tetningsstamme 6, to mellom tetningsstammen og akselen beliggende tetningsringer 7, 8 samt to på tetningsringenes motstående sider beliggende, på akselen festede motringer 9, 10. Låseskruene for motringene er betegnet med 9' og 10'. Motringene er på i og for seg kjent måte tettende mot akselen ved hjelp av ringtetninger 11 og tetningsstammen 6 mot maskinhuset 2 ved hjelp av tetningsringer 12. Tetningsringene er likeledes tettende mot tetningsstammen ved hjelp av ringtetninger 13. Begge motringene oppviser mot tetningensringene rettede glideflater 14, 15 og tetningsringenes mot motringene rettede ender er forsynt med motsvarende glideflater 16, 17. Mellom tetningsringene beliggende trykkfjærer 18 trykker tetningsringene bortover fra hverandre, slik at glideflatene par-vis trykkes mot hverandre. Mellom tetningsringene og akselen dannes et mellomrom 19 for tetningsvann, og maskinhuset er forsynt med en innlopskanal 20 og en utlopskanal for tetningsvann. Den mot trykkrommet beliggende tetningsringen oppviser en ringformet skulder 22, og hensikten med dette skal beskrives nedenfor.

Ved den ytre enden av den mot trykkrommet beliggende tetningsringen 7 er der festet et ringformet tettende stempel 23. Stemplet omfatter en elastisk tetningsring 24 (fig. 2),

på hvis motsatte sider der er anordnet støtteplater 25, 26. Kombinasjonen 24, 25, 26 er festet aksielt bevegelig i tetningsringen 7 ved hjelp av en skrue 27. For stemplet er der i tetningsstammen 6 utformet et sylindrisk hus 28 for den aksielle bevegelsen på stemplet som beveger seg sammen med tetningsringen. Gjennom tetningsstammen strekker seg en aksiell kanal 29 som med sin indre ende står i forbindelse med nevnte hus gjennom et mellomrom mellom huset og tetningsringen 13. Kanalen 29

i tetningsstammen står i forbindelse med atmosfæren 5 gjennom en kanal 30 som strekker seg gjennom stammen.

I den ovenfor beskrevne konstruksjonen har trykkvæsken 31 en tendens (fig. 3) til å trenge inn mellom mot-ringens og tetningsringens glideflater 14, 16 fra trykkrommet 4, idet den frembringer en kraft som åpner glideflatene: der pn er trykkvæskens trykk og A-^ er glideflatenes effektive areal. Trykkvæsken påvirker også skulderen 22 og frembringer en kraft som lukker de nevnte glideflatene 14, 16:

der A2 er ansatsens effektive areal.

Tetningsvannet 32 tenderer på tilsvarende måte å trenge inn mellom nevnte glideflater 14, 16, idet den utover en kraft som åpner glideflatene: der p^ er tetningsvannets trykk. Tetningsvannet påvirker også det ovenfor beskrevne stemplet 23 og frembringer på tilsvarende måte en kraft som lukker glideflatene 14, 16:

der A^ er stemplets effektive flate.

Dersom den av fjærene 18 på glideflatene 14, 16 utovde lukkekraften betegnes med F., forblir glideflatene lukket, dersom

Dersom tetningsvannets trykk p^ er 0, dvs. lavere enn trykkvæskens trykk og fjærkraften Fij. for enkelthetsskyld betegnes lik 0, blir vilkåret (5) oppfylt, når

Dersom trykkvæskens trykk pn er 0, dvs. tetningsvannets trykk er hoyere enn trykket i trykkvæsken, blir vilkåret (5) oppfylt når Dersom tetningsvannets trykk p^ og trykkvæskens trykk pn er like store, blir vilkåret (5) oppfylt når

Av figur 3 fremgår det at ved å forsyne tetningsringen 7 med et stempel 23 av den ovenfor beskrevne type, kan det alltid på glideflatene 14, 16 utoves en lukkende kraft f-^

som er storre enn den åpnende kraften f1? uavhengig av om tetningsvannets trykk er mindre enn, storre enn eller like stort som trykkvæskens trykk.

Forbindelsen av stemplets 23.hus 28 via kanalen 29, 30 med atmosfæren, sikrer at den endring av husets volum, som stemplets aksielle bevegelse i huset medf&rer, ikke frembringer ytterligere aksialkrefter i tetningen som skulle kunne motvirke at vilkår (5) oppfylles.

I de ovenfor anforte formlene er det forutsatt at fjærenes 18 fjærkraft er uvesentlig, dvs. fjærene er dimensjonert for bare å frembringe en preliminær trykking av glideflatene 14, 16 resp. 15, 17 mot hverandre. Det er allikevel åpenbart at jo storre fjærkraften er, desto mere kommer den til å oke den av stemplet 23 utbvde lukkekraften f^. Ved oking av fjærkraften kan stempelflaten således på tilsvarende måte minskes.

I den i fig. 4 viste utforelsesformen er like deler betegnet med samme henvisningstall som i foregående utforelsesform. Konstruksjonen ifolge fig. 4 skiller seg fra foregående konstruksjon forst og fremst bare i den henseende at tetnings-

ringene 7, 8 er festet på akselen 1 i stedet for i maskinhuset,

og motringene 9, 10 er festet i maskinhuset 2 i stedet for på akselen.

Tegningene og den tilhorende beskrivelse er bare

beregnet til å illustrere oppfinnelsens ide. I sine detaljer kan tetningen ifolge oppfinnelsen variere betydelig innen ram-

men for patentkravene. Tetningens avtetting mot atmosfæren kan i stedet for glideflater 15, 17 oppnås ved hjelp av en annen akseltetning. Tetningsringene 7, 8 kan tette mot direkte i maskinhuset 2 bearbeidede tetningsflater, idet tetningsstammen 6 kan utelates. Selv om det er vist to separate tetningsringer 7, 8, kan tetningsringen 7 anordnes for å tette direkte mot en ytre motring 10, idet tetningsringen 8 bortfaller. I stedet for å utgjores av ett separat stykke 24, 25, 26, kan stemplet 23 bestå av en ringformet flens som er utfort i ett stykke med tetningsringen 7, og som på hensiktsmessig måte tetter mot tetningsstammen 6. I den i fig. 2 viste utfbrelsesformen er stemplet 23 festet aksielt ubevegelig ved tetningsringen, men det er mulig mellom stemplet og skruen 27 å ha en klaring, mens det for oppfinnelsen bare er vesentlig at stemplet i retning mot trykkrommet ligger tett an mot tetningsringen. I stedet for kanalen 30, som strekker seg gjennom maskinhuset, kan kanalen 29 i tetningsstammen 6 være anordnet for å strekke seg aksielt gjennom tetningsstammen og å munne ut i atmosfæren 5 gjennom tetningsstammens ytterkant. I stedet for atmosfæren 5 kan kanal-

en være tilkoblet en eller annen hensiktsmessig trykkilde 5'.

Claims (6)

1. Mekanisk akseltetning for tetting av en spalte mellom et roterende element (l) og et fast element (2) for å atskille et trykkmedierom (4) fra et ytre rom (5), hvilken akseltetning (3) omfatter i det minste én på det ene elementet (2 eller l) anbragt, aksielt bevegbar tetningsring (7), som tetter i forhold til dette elementet, og i det minste én på

det andre elementet (1 eller 2) festet, på tetningsringens trykkromsside beliggende motring (9), som tetter i forhold til dette element, idet tetningsringen og motringen er forsynt med tettende glideflater (14, 16) som aksielt ligger an mot hverandre, og der det mellom det ene elementet og tetningsringen finnes et mellomrom (19) for tetningsvæske (32) som avgrenses av nevnte glideflater, og der det i tetningsringen er utformet en ringskulder (22) ved hvis hjelp trykkmediets (31) trykk utover på glideflaten (16) av tetningsringen en lukkende kraft (F2) som er stb"rre: enn den av trykkmediets trykk forårsakede åpnende kraften (F-^) på glideflatene, karakterisert ved at tetningsringen (7) er forsynt med et i forhold til det andre elementet (2 eller 1) tettende, ringformet stempel (23) ved hjelp av hvilket tetningsvæsken (32) trykker tetningsringen (7) i retning mot trykkrommet (4) og som har en slik storrelse at den av tetningsvæskens trykk forårsakede åpnende kraften (f]_) på glideflatene (14, 16) er mindre enn den av tetningsvæskens trykk forårsakede lukkende kraften (f-j) og at bevegelsesrommet (28) for stemplet (23) ved hjelp av en kanal (29, 30) er forbundet med et rom (5) som er underkastet trykk.

2. Akseltetning ifolge krav 1, 'der det på det faste elementet (2) er festet aksielt ubevegelig en tetningsstamme (6), mot hvilken tetningsringen (7) tetter, karakterisert ved at det i tetningsstammen (6) er utformet et sylindrisk hus (28) som strekker seg omkring den indre peri-ferien av tetningsstammen, beregnet for stemplets (23) bevegelse i aksiell retning, og at huset står i forbindelse med rommet (5) som er underkastet trykk over en gjennom tetningsstammen forlopende forbindelseskanal (29).

3. Akseltetning ifolge krav 2, karakterisert ved at forbindelseskanalen (29) over en i det faste elementet (2) utformet kanal (30) er forbundet med et rom under konstant trykk, fortrinnsvis med atmosfæren (5).

4. Akseltetning ifolge krav 2, karakterisert ved at forbindelseskanalen strekker seg aksielt gjennom tetningsstammen og munner ut i den ytre enden av denne som står i forbindelse med atmosfæren.

5. Akseltetning ifolge et eller flere av kravene fra 1-4, karakterisert ved at de effektive flat-ene på glideflatene (14, 16), skulderen (22) og stemplet (2) er dimensjonert slik at idet A-^ er den effektive flaten på glideflaten, A2 er den effektive flaten av skulderen, og A^ er den effektive flaten på stemplet.

6. Akseltetning ifolge et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at stemplet (23) er utformet som en av tetningsringene (7) båret, fjærende ringtetning (24, 25, 26).