FI105057B - Sovitelma taipumakompensoidun tai -säädetyn telan pään tai muun kone-elimen tiivistämiseksi - Google Patents

Description

105057

Sovitelma taipumakompensoidun tai -säädetyn telan pään tai muun kone-elimen tiivistämiseksi

Keksinnön kohteena on sovitelma taipumakompensoidun tai tai-5 pumasäädetyn telan pään tai muun kone-elimen tiivistämiseksi, joka tela käsittää keskiakselin ja sen ympärille pyörivästi laakeroidun vaipan, joiden väliin on muodostettu painekammio, johon voidaan johtaa paineväliainetta telan taipuman kompensoimiseksi tai säätämiseksi ja joka sovitelma käsittää kaksi toisiaan vasten painautuvaa ja toistensa suhteen liukuvaa kehämäistä tiivistävää 10 pintaa, joista toinen on sovitettu vaipan yhteyteen ja toinen keskiakselin yhteyteen sovitettuun rakenteeseen ja jotka pinnat on sovitettu estämään painevä-liaineen vuotamisen ulos painekammiosta kammion pään kohdalta.

Kuten edellä on todettu taipumakompensoitu tai taipumasäädetty tela käsittää paikallaan pysyvän keskiakselin ja sen ympärille pyöriväksi laake-15 roidun vaipan. Vaipan ja akselin välissä on painekammio, joka voidaan kuormittaa paineväliaineen avulla telan vaipan taipuman säätämiseksi tai kompensoimiseksi. Painekammioon syötettävä paineväliaine täytyy saada johdetuksi telan sisään ja tiivistetyksi telan päistä niin, että paine telan sisällä pysyy tasaisena eikä paineväliainetta valu hukkaan. Tiivistyksen luotettavuus korostuu, 20 koska tiivisteen vaurioituminen saattaa pysäyttää kalliin ja monimutkaisen prosessin ja siksi, että tiivisteen vaihto on monimutkainen ja aikaavievänä kallis toimenpide etenkin suurten telojen yhteydessä.

Säädettäessä telan taipumaa telan päässä juuri tiivistyksen kohdalla tapahtuu kulmamuutosta ja liikettä telan säteen suunnassa. Em. seikan 25 vuoksi tiivisteeltä vaaditaan joustavuutta aksiaalisuunnassa. Suurien akseli-halkaisijoiden teloissa liukunopeudet tiivistepinnoissa kasvavat suuriksi, joten liukupintamateriaaleilta vaaditaan hyviä liukuominaisuuksia ja lisäksi tiiviste-pintojen optimaalinen kuormitus vaihtuvissa olosuhteissa on tärkeää. Telan lämmetessä käyttöolosuhteissa telan suhteellisen suuren pituuden johdosta 30 tapahtuu lämpölaajenemista, joka täytyy kompensoida päätyjen tiivisteillä.

- Telan päiden tiivistys on ratkaistu aiemmin säteisakselitiivisteen eli

Stefan tai mekaanisen akselitiivisteen avulla. Aiemmin käytetyissä mekaanisissa akselitiivisteissä on tyypillisesti toisiaan vasten painautuvat ja toistensa suhteen liukuvat säteittäissuuntaiset pinnat, jotka ovat joustamattomasta ma-35 teriaalista valmistettuja tasomaisia pintoja. Nämä pinnat on sovitettu painautumaan aksiaalisuunnassa toisiaan vasten ja toinen pinnoista on leveämpi 105057 2 säteen suunnassa kuin toinen pinta. Tämän tyyppiset mekaaniset tiivisteet toimivat luotettavasti jos telan taipumat pysyvät pieninä, mutta suuret taipumat ja telan käytön aikana tapahtuvat kuormitusmuutosten synnyttämät värähtelyt aiheuttavat niissä tyypillisesti tiivistävien pintojen ennenaikaista rikkoontumis-5 ta, tiivistepintojen keskinäistä säteittäistä liikettä, epätasaista pintapainetta ja näistä tekijöistä johtuvaa vuotoa. Lisäksi aikaisemmin käytetyissä mekaanisissa tiivisteissä on aksiaalinen kuormitus toteutettu jousilla tai muilla elementeillä, kuten kumi- tai metallipalkeilla, jolloin kuormittava aksiaalinen voima vaih-telee tiivistepintojen aksiaalisen aseman muuttuessa.

10 Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sovitelma, jonka avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat pystytään eliminoimaan. Tähän on päästy keksinnön mukaisen sovitelman avulla. Keksinnön mukainen sovitelma on tunnettu siitä, että akselin yhteyteen sovitettu rakenne käsittää tiivisteren-kaan ja kuormitusrenkaan, jotka on liitetty toisiinsa pallopintojen välityksellä, 15 jolloin tiivistävien pintojen välinen pintapaine on yhtä suuri jokaisessa pintojen välisessä pisteessä riippumatta vaipassa tapahtuvista kulmanmuutoksista ja jolloin tiivistävien pintojen liikkuminen säteittäissuunnassa toisiinsa nähden on eliminoitu.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea se, että telan päiden tiivistämi-20 nen pystytään hallitsemaan erittäin edullisella tavalla, jolloin tiivistävien liukupintojen kuluminen ja siitä seuraava tiivisteen hallitsematon vuotaminen pystytään eliminoimaan edullisella tavalla. Tiivistävät pinnat muotoutuvat tiiviiksi ! <: pyöriessään jollain tietyllä liukuradalla. Jos pinnat liikkuvat säteittäisesti toisiin-

I I

\''i sa nähden, ne poikkeavat em. liukuradalta ja seurauksena on tiivistävien pin- 25 tojen epänormaali kuluminen ja hallitsematon vuoto pintojen välistä. Tiivistämi-·:··: sen hallittavuuteen liittyy myös se, että tiivistävien pintojen välinen pintapaine voidaan pitää saman suuruisena kaikkialla pintojen kosketusalueella riippu- • · matta kulma-asemasta tai aksiaalisesta asemasta. Em. toiminta voidaan au- • * · tomatisoida erittäin edullisella tavalla.

30 Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkemmin oheises sa piirustuksessa kuvatun edullisen sovellutusesimerkin avulla, jolloin • · ’··/’ kuvio 1 esittää periaatteellisena yleiskuvantona taipumakompen- : ' ; soitua telaa, I * :" *; kuvio 2 esittää keksinnön mukaista sovitelmaa leikkauskuvantona, I I · 35 kuvio 3 esittää kuvion 2 mukaisen sovitelman olennaista kohtaa • * * suuremmassa mittakaavassa ja • * • · I · i 3 105057 kuvio 4 esittää periaatteellisena kuvantona esimerkkiä keksinnön mukaisen sovitelman säätöjärjestelmästä.

Kuviossa 1 on esitetty periaatteellisesti taipumakompensoitu tela, joka käsittää keskiakselin 1, jonka päälle on laakeroitu pyörivästi lieriömäinen 5 vaippa 2. Keskiakseli 1 on tuettu molemmista päistä jalustojen 3 avulla. Tela-vaippaa pyöritetään akselin suhteen vaihteen 4 avulla. Vaihteen 4 käyttötappi on merkitty viitenumeron 5 avulla. Akselin ja vaipan välissä on painekammio 6, johon syötettävän paineväliaineen avulla vaippa 2 kompensoidaan suoraksi tai sopivan profiilin omaavaksi. Paineväliaine syötetään painekammioon 6 telan 10 toisessa päässä olevan yhteen 7 kautta. Taipumakompensoitu tela voi muodostaa vastatelan kanssa puristusnipin esimerkiksi paperikoneessa. Vastate-laa ei ole esitetty kuviossa 1.

Edellä esitetyt seikat ovat täysin tavanomaista tekniikkaa alan ammattihenkilölle, joten ko. seikkoja ei esitetä tarkemmin tässä yhteydessä.

15 Keksinnön mukainen sovitelma telan pään tiivistämiseksi sijaitsee kuvioon 1 katkoviivoin piirretyn kehän osoittamalla alueella.

Kuvioissa 2 ja 3 on esitetty periaatteellisesti keksinnön mukainen sovitelma. Keksinnön mukainen sovitelma on esitetty kuviossa 2 niin, että myös telarakenne on näkyvissä. Kuviossa 3 näkyy puolestaan kuvion 2 mu-20 kaisen sovitelman olennainen osa suuremmassa mittakaavassa, jolloin eri yksityiskohdat tulevat paremmin esille.

Kuten kuvioista 2 ja 3 tulee esille keksinnön mukainen sovitelma I * : ·' koostuu akselille kiinnitetystä tiivisterenkaasta 8. Tiivisterengas 8 nojaa kuor- :.''i mitusrenkaaseen 9, jonka laippa 11 on kiinnitetty runko-osaan 10 kiinnitystap- 25 pien 26 avulla. Tiivisterenkaan 8 pyöriminen on estetty tukitappien 12 avulla.

·:**: Tiivisterenkaan 8 ja kuormitusrenkaan 9 keskinäiset kosketuspinnat 30, 31 on muodostettu keksinnön olennaisen ajatuksen mukaisesti pallopinnoista. Pallo- • · pinnat on muodostettu saman keskipisteen suhteen, ts. pallopintojen kääre-vuuskeskipisteet ovat samassa pisteessä. Tiivisterengas 8 käsittää liukuren- ..... 30 gasosan, johon on muodostettu liukupintana toimiva säteittäinen pinta 15.

• · " "I. Runko-osa 10 on kiinnitetty akseliin kiinnitystappien 17 avulla.

Kuvioissa 2 ja 3 on viitenumeron 14 avulla esitetty vastarengas, joka on kiinnitetty vaippaan 2 yhdistettyyn telan päätyosaan 32. Vastarengas on yhdistetty telan päätyosaan 32 tapin 27 avulla. Vastarenkaassa 14 on pinnan 35 15 vastinpintana toimiva säteittäinen pinta 16. Pinnat 15 ja 16 muodostavat ;,; painekammion pään tiivistävät pinnat.

105057 4

Kuten edellä on todettu, vaippa 2 on laakeroitu pyörivästi pyörimättömän akselin 1 varaan. Vaipan laakerointijärjestely näkyy kuviossa 2, jolloin vaipan kannatinlaakeri on esitetty viitenumeron 34 avulla. Vastarengas 14 ja osat 27 ja 32 pyörivät siis vaipan mukana ja tiivisterengas 8 ja osat 5 9,10,11,12,17,19 ja 26 pysyvät paikallaan.

Tiivisterenkaan 8 ja kuormitusrenkaan 9 aksiaalinen liike tapahtuu joustavan aputiivisteen 25 ja aksiaalisuuntaisen vastinpinnan 28 välillä. Aputii-viste 25 voi olla esimerkiksi O-rengas. Aksiaalinen liike voi olla kuormitusrenkaan 9 ja runko-osan 10 välissä olevan välin V pituinen molempiin suuntiin. 10 Telan vaipan 2, päätyosan 32 ja vastarenkaan 14 taipumia myötäilevä tiiviste-renkaan 8 liike tapahtuu pallopintojen 30,31 välillä. Pallopinnat 30,31 toimivat siis liukupintoina, jotka mahdollistavat em. taipumia myötäilevän tiivisterenkaan 8 liikkeen. Tämä väli on tiivistetty joustavan aputiivisteen 24 avulla, joka voi olla esimerkiksi O-rengas.

15 Kuormitusrenkaassa 9 on lisäksi säteittäinen pinta 29, johon vai kuttava paineväliaineen paine painekammiossa 6 aikaansaa yhdessä kalvora-sioiden 19 avulla voiman, joka kuormittaa pintaa 15 vasten pintaa 16.

Kalvorasiat 19, joita voi olla yksi tai useampia, on yhdistetty toisiinsa reikien 22 ja uran 23 avulla siten, että kalvorasioissa 19 vallitseva paine on 20 yhtä suuri. Kalvorasiassa on kaasua tai muuta väliainetta 21, jota paineistamalla saadaan aikaan kalvorasioille haluttu kuormitusvoima. Kalvorasioiden kalvo 20 eristää paineistetun kaasun tai muun väliaineen ilmakehästä 36. Jo-ί V kaisen kalvorasian yhteydessä on sulkuventtiili 18, joka sulkemalla voidaan

• I

kyseiseen venttiiliin liittyvä kalvorasia 19 poistaa ilman, että muiden kalvorasi-25 oiden toiminta häiriintyy esimerkiksi kaasun tai muun väliaineen 21 muuttu-·:··: neen paineen vuoksi. Kalvorasioiden 19 kammioihin johdettavan kaasun tai muun väliaineen painetta voidaan kuviossa 4 esitetyllä tavalla muuttaa manu- • · aalisesti tai käyttöolosuhteiden mukaan joko liukupintojen lämpötilan, paine-kammiossa 6 olevan väliaineen paineen tai lämpötilan tai muiden tekijöiden .... 30 muuttuessa. Kuviossa 4 on esitetty järjestely, jossa kalvorasian kaasun tai “I muun väliaineen painetta voidaan säätää lämpötilan tai paineen avulla tai ui- • · koisen impulssin avulla. Kalvorasioita voidaan käyttää esimerkiksi niin, että kalvorasioilla aikaansaatu aksiaalinen kuormitusvoima on riippumaton telan päätyosan 32 aksiaalisesta asemasta silloin kun aksiaalisen aseman mukai-.'. 35 nen väli V vaihtelee sallitulla alueella.

I « I · · - · · 5 105057

Kuten aiemmin on todettu, tapahtuu telan vaipassa 2 kulmamuutoksia telan ollessa ääriasennossaan eli silloin kun telassa oleva painekammio 6 on paineeton tai silloin kun painekammioon johdetaan paineväliaine. Nämä kulmamuutokset tapahtuvat telan vaipan 2 kannatinlaakerin 34 kulmamuutos-5 ten keskipisteen 35 ympärillä. Kuvion 2 esimerkkisovellutuksessa laakerin kulmamuutosten keskipiste 35 on laakerin ulkorenkaassa olevan vierintäradan 33 keskipiste, koska kuvion laakeri on pallomainen rullalaakeri. Teloissa voidaan käyttää myös muun tyyppisiä laakereita, joiden vierintärata on muotoiltu eri tavalla, mutta kulmamuutokset näissä laakereissa tapahtuvat kuitenkin sa-10 man pisteen suhteen kuin kuvion 2 esimerkkisovellutuksessa. Telan vaipan 2 kulmamuutokset aiheuttavat yhtäsuuren kulmamuutoksen telan vaippaan kiinnitettyyn päätyosaan 32. Koska vastarengas 14 on kiinnitetty jäykästi telan päätyosaan 32, tapahtuu samansuuruinen kulmamuutos myös pinnassa 16, jolloin pintojen 16 ja 15 välille syntyy kulmaero, josta on seurauksena epäkoh-15 tia, joita on kuvattu edellä. Edellä kuvattu kulmamuutos aiheuttaa siis aiemmin käytetyissä mekaanisissa telan päätytiivisteissä liukupintojen epätasaista pintapainetta, pintojen irtoamista toisistaan, sekä pintojen keskinäistä säteittäistä liikehdintää. Nämä tekijät saattavat yhdessä tai erikseen johtaa tiivistepintojen ennenaikaiseen vaurioitumiseen ja tiivisteen vuotamiseen.

20 Keksinnön mukaisessa ratkaisussa tiivisterenkaan 8 ja vastaren- kaan 14 keskiviivojen suhteen tapahtuvien kulmamuutosten aiheuttamat kuormitushuiput on estetty esimerkiksi taipumakompensoidun telan laakerin 34 i kulmamuutosten keskipisteen 35 suhteen muodostetuilla pallopinnoilla 30,31, • « ·.'·] jotka sijaitsevat tiivisterenkaassa 8 ja sitä kuormittavassa kuormitusrenkaassa 25 9. Pallopintojen 30,31 kaarevuuskeskipiste voidaan valita toisinkin. Kaare- ·:··: vuuskeskipisteinä voidaan esimerkiksi valmistus- ja asennustoleranssien sekä telojen yksilöllisten taipumien vuoksi käyttää useita pisteitä ja useita säteen • · pituuksia.

Telan päätyosa 32 ja siihen kiinnitetty tiivisteen vastarengas 14 .... 30 kiertyvät telan laakerin 34 kulmamuutosten keskipisteen 35 suhteen kuten ” edellä on esitetty ja kun tiivisterenkaassa 8 ja sitä kuormittavassa kuormitus- • · *·:*’ renkaassa 9 olevat pallopinnat 30,31 on muodostettu tämän saman keskipis teen 35 suhteen, myötäilee tiivisterengas 8 vastarenkaan 14 kulmamuutoksia ja tiivistävät liukupinnat 15, 16 eivät liiku säteittäisuunnassa toisiinsa nähden * < « 35 kulmamuutoksista huolimatta. Näin ollen pintoihin 15,16 ei synny kulmamuu-toksista aiheutuvia kuormitushuippuja, vaan kuormitus on kaikkialla pintojen « · • 4 f 105057 6 15 ja 16 välissä samansuuruinen kunhan tiivisteen sallimaa kulmanmuutosta X ei ylitetä. Koska tiivisterenkaassa 8 ja kuormitusrenkaassa 9 olevat pallopinnat 30, 31 on muodostettu em. tavalla, eivät pinnat 15,16 pääse irtoamaan toisistaan eivätkä liikkumaan säteen suunnassa toisiinsa nähden ja näin aiheutta-5 maan liukupintojen ennenaikaista kulumista ja hallitsematonta vuotoa. Tiivistävät pinnathan muotoutuvat aina tavallaan tiiviiksi pariksi pyöriessään jollain tietyllä liukuradalla. Mikäli pinnat liikkuvat säteittäisesti toisiinsa nähden, tilanne muuttuu, koska ne poikkeavat em. liukuradalta ja seurauksena on pintojen epänormaali kuluminen ja hallitsematon vuoto pintojen välistä kuten edellä on 10 esitetty.

Edellä esitettyä sovellutusesimerkkiä ei ole tarkoitettu mitenkään rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa täysin vapaasti. Näin ollen on selvää, että keksinnön mukaisen sovitelman tai sen yksityiskohtien ei välttämättä tarvitse olla juuri sellaisia kuin 15 kuvioissa on esitetty, vaan muunlaisetkin ratkaisut ovat mahdollisia. Telan ei esimerkiksi tarvitse olla vaihteen tai jonkin muun vastaavan mekanismin tai voimasiirtolaitteiston avulla pyöritetty tela kuten esimerkissä on esitetty, vaan kyseessä voi luonnollisesti olla myös vapaasti pyörivä tela jne. Keksintöä ei myöskään ole mitenkään rajoitettu telaan, vaan keksintöä voidaan soveltaa 20 myös muiden vastaavien kone-elinten yhteydessä, joissa tiivistys tapahtuu pyörivän ja pyörimättömän koneenosan välissä. Keksintöä voidaan soveltaa esimerkiksi pumppujen tai muiden vastaavan tyyppisten laitteiden yhteydessä, : jolloin esimerkiksi vastarengas kiinnitetään pyörivälle akselille ja runko-osa kiinnitetään vastaavasti pumpun tai muun laitteen pesään, joka ei pyöri. Kek-ι%;:' 25 sintöä voidaan soveltaa myös kaksitoimisissa tiivisteissä.

9 • · • · I I I • · « • · ♦ ·· • · · • · · • a • · • · 999 • · 9 • · • · aa a

r C

30 ( < « « · I I ·

Claims (5)

7 105057

1. Sovitelma taipumakompensoidun tai -säädetyn telan pään tai muun kone-elimen tiivistämiseksi, joka tela käsittää keskiakselin (1) ja sen ympärille pyörivästi laakeroidun vaipan (2), joiden väliin on muodostettu pai- 5 nekammio (6), johon voidaan johtaa paineväliainetta telan taipuman kompensoimiseksi tai säätämiseksi ja joka sovitelma käsittää kaksi toisiaan vasten painautuvaa ja toistensa suhteen liukuvaa kehämäistä tiivistävää pintaa (15,16), joista toinen (16) on sovitettu vaipan yhteyteen ja toinen (15) keskiakselin yhteyteen sovitettuun rakenteeseen ja jotka pinnat on sovitettu estä-10 mään paineväliaineen vuotamisen ulos painekammiosta (6) kammion pään kohdalta, tunnettu siitä, että akselin yhteyteen sovitettu rakenne käsittää tiivisterenkaan (8) ja kuormitusrenkaan (9), jotka on liitetty toisiinsa pallopin-tojen (30,31) välityksellä, jolloin tiivistävien pintojen (15,16) välinen pintapaine on yhtä suuri jokaisessa pintojen välisessä pisteessä riippumatta vaipassa (2) 15 tapahtuvista kulmanmuutoksista ja jolloin tiivistävien pintojen (15,16) liikkuminen säteittäissuunnassa toisiinsa nähden on eliminoitu .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että pallopinnat on muodostettu käyttämällä kaarevuuskeskipisteenä telan vaipan tukilaakerin (34) kulmamuutosten keskipistettä (35).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että pallopinnat on muodostettu käyttämällä kaarevuuskeskipisteenä useita . ·. ·. pisteitä ja useita säteen pituuksia.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, • I I ' että kuormitusrenkaan (9) yhteyteen on sovitettu yksi tai useampia kalvorasi- 25 oita (19), joiden sisällä olevan väliaineen paineistaminen on sovitettu synnyttämään tiivistävien pintojen (15,16) pintapaineeseen vaikuttavan halutun suu-ruisen aksiaalisuuntaisen kuormitusvoiman. • · · v

: 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että kalvorasioiden sisällä olevan väliaineen paine on sovitettu säädettäväksi τ 30 pienemmäksi tai suuremmaksi telan painekammiossa (6) olevan väliaineen paineesta tai lämpötilasta tai jostain muusta suureesta riippuen. ·«· 1 4 < f t » « · 105057 8