NO20170057A1 - Innretning for innspenning og tetning av sensorelementer i trykkbærende vegg - Google Patents

Abstract

Innspennings- og tetningssystem for høye trykk og høye temperaturer der tetning og montasje blir pålitelig ved en metallisk tetning som forspennes via et korrosjonsbestandig kulelager.

Description

INNRETNING FOR INNSPENNING OG TETNING AV SENSORELEMENTER I TRYKKBÆRENDE VEGG

Oppfinnelsens tekniske område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en maskinteknisk metode og geometri for å gi inspenning og tetning av sensorelementer i en trykkbærende vegg, hovedsagligfor anvendelse i deteksjon av fluidnivå og –art i trykktanker i prosessutstyr.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Trykktett sammenføyning av maskindeler er et grunnelement i majoriteten av maskinkonstruksjoner, rørsystemer og prosessutstyr.

De første velykkede tetningskonstruksjoner i moderne forstand er av forholdsvis ny dato, de skriver seg fra senbarokken. Denis Papin fremstilte i modellformat i 1790en sylinder med tettsluttende stempel. Tetningselemenene var opprinnelig lær og tekstiler. En tetning for et bevegelig stempel eller roterende aksel betegnes gjerne som dynamiske tetninger. Det foreligger da en bevegelse mellom de to elementer som skal forsegles relativt til hverandre. Foranledningen til den utvikling som startet med dette var behovet for å omforme energien i vanndamp til mekanisk arbeid. Dette ledet frem til dampmaskiner. På samme tid og av samme beveggrunner trengtes tilførselsrør med tette forbindelser. Det ga opphav til rørskjøter der delene i hovedsak ikke beveges i forhold til hverandre. Denne kategori tetninger betegnes statiske tetninger. Den foreliggende oppfinnelse omhandler en underkategori av statiske tetninger for fluider. Væsker eller gasser vil i denne sammenheng betegnes fluider.

Tetningselementene var opprinnelig lær, tekstiler,o.lign. Senere har polymere og eleastomere stoffer kommet i tillegg. De meget vellykkede og meget anvendte O-ringer er blant disse.

For visse anvendelser kommer imidlertid slike tetninger til kort. Det kan skyldes høy temperatur eller spesielle krav til tetthet eller styrke. Elastomere og polymere tetninger vil alltid slippe igjennom fluider i noen grad ved diffusjon. Tetninger der diffusjon er forhindret kan betegnes som molkylært tette.

I elektroniske måleinstrumeter for måling inne i prosessutstyr under drift, foreligger i alminnelighet krav om moekylær tetthet. Vanlig i slike anvendelser er også temperaturer der elastomere og polymere tetninger har reduserte egenskaper.

Foreligende oppfinnelse vedrører en mekanisk utførelse som ved kompakte dimensjoner gir molkylær tetthet og ved friksjonsreduserende element gir høy forspenning og derved sikker forbindelse. Utførelsen har vist at den tåler repetert montasje og demontasje. Det er en vesentlig fordel også ved feilsøking og utbedring.

Tidligere forsøk på å geometrier med oppfinnelsens hensikt mislyktes. Det er ikke plass til en boltsirkel uten at boltene blir så små at tiltrekkingen blir upålitelig ved de forspenningskrefter som kreves. En gjengering mot et flatt anlegg ga for stor friksjon. De vanlige lavfriksjons lagermaterialer har vist seg enten for ettergivende eller galvanisk ugunstige. Konvensjonelle kulelager i korrosjonsbestandige materialer er ikke kommersielt tilgjengelige. En metode for å få øket forspenningskraften ved å bruke en differensialgjenge, så som en ringmutter med en stigning på en gjenge på ringmutteren yttre sylinderflate og en mindre stgning på ringmutterns indre sylinderflate, viste seg upraktisk vanskelig å montere siden det element som skal forspennes og forsegles da må holdes fast for rotasjon under montasjen. Roatsjon i tetningsflatene forringer forseglingspåliteligheten til det uanvendelige. Dette skyldes blant annet at for en stor del anvendelser for oppfinnelsen, vil en flerhet av tetninger være forbundet med det volum inn til hvilket lekkasjer skal forhindres. Dermed må samtlige være tette for installasjonens funksjon ikke skal ødelegges. Dette stiller ekstra krav til tetningenes funksjonssikkerhet.

Ved en anvendelse av oppfinnelsen inngår en kapasitiv sensor 5 som skal plasseres i en boring perpendikulært på aksen i et rørformet hus 6. Vanlig vil være en flerhet slike sensorer langs det rørformede huset slik at målinger kan gi en profil av karakter og spesifikk masse av omgivende fluid. Dette er illustert i Figur 1.

Oppfinnelsen betår i at et sensorelement 5 spennes inn i et rørformet hus med en ringmutter 2 og slik at tetning oppnås ved forspenning av en tetningingsring 1 mot koniske flater 9 og 10 i sensorelementet 5 og det rørformede hus 6.

F:\Arkiv\Patent\SX-system\SX patent 1.docx

Claims (1)

1. Oppsummering av oppfinnelsen

   Den foreliggende oppfinnelse består i å utnytte den mulighetene for plassbesparende og korrosjonsbestandig innsepenning og forsegling av sensorelementer ved bruk av fingjenget ringmutter i kombinasjon med kulelager med kuler i høy-ytelses keramer og i kombinasjon med utforming av metall-tilmetalltetninger som tillater flertalls montasje og remontasje uten utskifting av deler.

   Kort beskrivelse av tegningene

   Figur 1 viser hvorledes hoveddelene i en mulig utførelse av oppfinnelsen er arrangert ved en typisk anvendelse.

   Figur 2 viser en typisk sammenstilling av opfinnelsens hoveddeler.

   Figur 3 viser en typisk sammenstilling av opfinnelsens hoveddeler tydeliggjort i et snitt.

   Figur 4 viser en typisk utførelse av tetningsringen 1 i perspektiv, i snittet perspektiv og i ortogonalt snitt..

   Figur 5 viser en typisk utførelse av ringmutteren 2 i perspektiv, i snittet perspektiv og i ortogonalt snitt.. Figur 6 viser en typisk utførelse av kuleholderen 3 med kuler 4 i perspektiv.

   Figur 7 viser en typisk utførelse av et sensorelement 5 i perspektiv og i snittet perspektiv.

   Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

   Figur 3 viser en innretning i henhold til oppfinnelsen kjennetegnet ved at den består av en gjenget ring 2 – en ringmutter- som er gjenget inn i et rørformet hus 6 med en fingjenge 8. På en flate perpendikulært til ringmutterens 2 akse er den forsynt med et spor 14 som er formet som en del av en toroid flate. I dette sporet løper et sett kuler 4 som er holdt i jevn avstand av en skive 3 med en hullrekke på en delesirkel lik toroidesporets middeldiameter. Ved at denne kuleholderskive er utført i et varmebestandig polymermateriale av fluorokarbontype vil kulene kunnes holdes fast i hullrekken ved en lett presspasning. Videre kan det element 5 som skal innfestes og forsegles utformes med en lett konisk del 10 slik at kuleholderringen ved første montasje i et hjørne av denne 11 deformeres litt radielt utover slik at det dannes et profil i boringene for kulene slik at disse holdes permanent fast i kuleholderringen. Dette er fordelaktig ved montasje. Deformasjonen kan fordelaktig gjøres mot en atrapp før den egentlige montasje. Ved en vellykket anvendelse av oppfinnelsen kom det til anvendelse 25 056 kuler. En gunstig, men sekundær egenskap ppfinnelsen løser fordelaktig den praktiske håndtering av slike antall.

   Ringmutteren 2 er forsyn med hull 12 for en tappnøkkel. Disse hullene plasseres så nær den sylindriske flate 13 i ringen at dennne ved boringen av hullene deformeres litt sik at det dannes et holdeprofil for kuleholderringen.

   På en omkrets av det element som skal festes og forsegles anbringes i følge oppfinnelsen en konisk flate10 med en flankevinkels på omlag 15deg d.vs. en spissvinkel på 30deg. Spissen på denne konus vender utover relativt til elementets hovedgeometris korpus. Mot denne konus anbringes en tetningsring 1 med innvendig konisk flate som har en litt mindre flankevinkel en den motstående koniske flate. Dette gir et anlegg på et smalt ringformet areal slik at høyt tetningstrykk kan oppnås ved små forspenningskrefter Tetningsringen 1 utformes med nok en konisk flate 9 adskilt fra den første og med konisitet som åpner motsatt vei. De to koniske flater vil gjerne ha omtrent samme flankevinkel, men trenger ikk å ligge på samme diameter. Denne, innvendige, konus bringes til anlegg mot en utvendig konus 9 som er maskinert inn i det rørformede hus 6 på samme akse som gjengen 8 for ringmutteren 2 og med en flankevinkel noe større enn flankevinkelen på den motliggende konus i tetningsringen. Herved vil igjen høyt tetningstrykk oppnås ved små forspenningskrefter.

   Ringmutter 2 og tetningsring 1 kan fordelaktig belegges med et mykere materiale så som sølv for å redusere friksjon og risiko for riving eller kaldsveising i gjenger og tetningsflater.

   Ifølge oppfinnelsen kan korrosjonsbestandig kulelagring oppnås ved å bruke keramiske kuler 4 av høyfaste keramer så som silisiumnitrid.

   Pa ten tkra v

   1. Innretning for å oppnå plassbesparende og korrosjonsbestandig innsepenning og forsegling av en rotasjonssymmetrisk maskindel

   F:\Arkiv\Patent\SX-system\SX patent 1.docx