NO330091B1 - Labyrinttetning mellom roterende deler - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en labyrinttetning som angitt i innledningen av det første patent-kravet.

En kjent labyrinttetning av denne typen beskrevet i DE 4403776 Al anvendes i omradet til et kulelager i overgangen fra en drivmotor til en på denne påflenset drivinnretning. Derved er en husfast byggedel tilveiebragt med ringelementer som er rettet innover og anordnet parallelt med hverandre og har like indre dimensjoner. På akselen til driv-motoren sitter det en ytterligere ringformet byggedel som i området til frontflaten til de enkelte ringelementene oppviser tilliggende sylindriske tetningsflater. Denne ytterligere byggedelen bærer for dette formålet radielle, utoverrettede avslutningstrinn som griper mellom ringelementene. Frontflatene til ringelementene har et tverrsnitt som er litt større enn tverrsnittet til den tilordnede sylindriske tetningsflaten slik at det dannes en omløpende hulsylindrisk trang tetningsspalte mellom den aktuelle frontflaten og den tilordnede tetningsflaten. Frontflaten og tetningsflaten danner derved den indre og den ytre mantelflaten til den aktuelle tilhørende tetningsringspalten. I praksis viser det seg at det ikke er mulig å oppnå et absolutt rundtgående forløp av tetningsflaten. På grunn av de tilknyttede tekniske uunngåelige form- og anordningsfeil endrer den svært trange bredden til tetningsringspalten seg dynamisk med omløpsfrekvensen. Er det dessuten eksempelvis olje, likeledes i dråpeform eller som oljeskum fra kullageret i labyrinttetningen og dermed i tetningsringspalten, virker så den eksentrisk omløpende tetningsflaten som pumpe og fører derved til tilsmussing gjennom tetningsspalten som kan brin-ges til motoren og der forårsake forstyrrelser. For å minske eller unngå denne mangelen er labyrintanordningen integrert i et utspenningsområde som over en kanal er tilsluttet en venturi-dysediffusor som er forbundet med atmosfæren utenfor.

Fra US 5.029.876 er det kjent en labyrinttetning, som benyttes i forbindelse med kjøling av komponenter hos gassturbiner, og hvor en definert kjøleluftstrøm fra en høytrykks-side blir ført som lekkasjestrøm gjennom labyrinttetningen, for å oppnå en kjølevirkning på en komponent som ligger på den andre siden av labyrinttetningen.

Fra GB 274 049 er det kjent en tilsvarende labyrinttetning for sentrifugalpumper, damp-eller vannturbiner, hvor det over den i forhold til rotasjonsaksen hellende tetningsringspalten skapes en pumpevirkning som motvirker en lekkasjestrøm fra høytrykkssiden. Fra EP 0 608 672 er det likeledes kjent en tilsvarende labyrinttetning for en oljesmurt valselageranordning, hvor det likeledes over den til rotasjonsaksen hellende tetningsringspalten skal forhindres en lekkasjestrøm fra innsiden av lagerhuset.

Oppfinnelsen har til hensikt å tilveiebringe en labyrinttetning av denne typen hvorved pumpeeffekten blir motvirket.

Løsningen på denne oppgaven skjer i henhold til oppfinnelsen ved trekkene som er angitt i karakteristikken av patentkrav 1.

Ved en oppbygning av en labyrinttetning i samsvar med oppfinnelsen blir det på grunn av den koniske eller kjegleformede utformingen av tetningsringspalten i området til den aksiale pumpevirkningen, som skyldes de dynamiske forandringene til tetningsringspalten på grunn av urundheten, i tillegg oppnådd en radial komponent i tetningsringspalten. Denne radiale komponenten til pumpevirkningen er avhengig av omdreiningstallet, tverrsnittsmålet og den radiale utbredelsen så vel som helningen eller skråningen til den koniske tetningsringspalten i akseretningen. Den radiale spaltebredden er fortrinnsvis like stor over den aksiale utstrekningen. Det tilveiebringes således en tetningsringspalte som har form som en avkortet hulkjegle. Det er likeledes også mulig å la bare en av mantelflatene til tetningsringspalten, også enten frontflaten til ringelementet eller tetningsflaten på den tilordnede ytterligere byggedelen, skråne konisk. Begge de forannevnte mantelflatene kan også være tilformet slik at de skråner likt over akseretningen. Det kan også være hensiktsmessig at skråningen til de forannevnte mantelflatene bare strekker seg over en del av deres aksiale utbredelse. For mengden pumpevirkning er det dessuten spesielt at skråningen til den ytre mantelflaten til tetningsspalten er bestem-mende. Derved er pumpevirkningen ved enden av tetningsringspalten rettet mot det området som oppviser det største tverrsnittet. Det største tverrsnittet til tetningsirngspalten blir derved anordnet mot siden hvorfra forstyrrende fluider, spesielt olje, vann eller lignende, kan strømme mot labyrinttetningen. For pumpevirkningen kan derved den radiale flytekraften som utøves av det tilbakeholdte fluidet være av betydning, og føre det inntrengte fluidet i tetningsringspalten utover. På den skrånende ytre mantelflaten inntrer da en strømningskomponent som motvirker den på det urande forløpet oppnådde aksiale pumpevirkningen i området til det tilstrømmende fluidet. Ved valg av konisitet eller kjegleskråning og omdreiningstall kan derved størrelsen til den motvirkende kraftkomponenten innstilles. For å holde tverrsnittet eller dimensjonen til de med tetningsflate utstyrte byggedelene minst mulig, er aksialt på hverandre følgende avkortede kjeg- letetningsflate, sett i lengdesnitt, sagbladaktig tilordnet, slik at det midlere tverrsnittet i det minste kan tilveiebringes like stort. Det er også mulig å utstyre labyrinttetningen med tetningsringspalter som er likt avskrånet. Det kan eksempelvis være tilveiebragt et parti i det midlere aksiale området av labyrinttetningen som motvirker inntrengningen av fluider fra begge endeområdene. For dette kan det være en felles tetningsflate bestå-ende av flere ringflater anordnet over hverandre. Det er også hensiktsmessig å tilveiebringe minst en radial utoverrettet sentrifugeinnretning mellom enkelte nabotetningsfla-ter, som rager mellom tilhørende felles ringelementer og besørger oppfanging av fluid som trenger gjennom tetningsringspalten. Det oppfangede fluidet kan så bortføres via en felles samlekanal.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere under henvisning til tegnin-genes utførelseseksempler som viser: Fig. 1 et lengdesnitt gjennom en på et endeskjold til en motor anordnet labyrinttetning, og

Fig. 2 viser en forstørret fremstilling av ringtetningen i området til en tetningsspalte.

I henhold til fig. 1 er det i et indre rom til et faststående hus til en elektromotor anordnet et anker 2 på en aksel 3. Akselen 3 er dreibart opplagret over et rulle- eller sylinderlager 4 i et endeskjold 5 til huset. Enden til akselen 3 som rager ut av det indre rommet 1 til huset står i drivforbindelse med en umiddelbart på endeskjoldet 5 tilsluttende mekanisk drivinnretning, vist som en anordning av drivhjul 6. Drivhjulene 6 løper i et ikke vist oljebad. Oljemengden som transporteres av drivhjulene 6 tjener også til smøring av sy-linder- eller rullelageret 4. For å forhindre at drivoljen, som trenger aksialt gjennom sylinderlageret 4 blir ført inn i det indre rommet 1 til motorhuset, er det aksialt tilstøtende på sylinderlageret 4 anordnet en flerkamret labyrinttetning som strekker seg i radial retning til ankeret 2. Labyrinttetningen består av en hylseformet indre byggedel 8, som er fast anordnet på akselen 3 og roterer med akselen 3, og en på den indre byggedelen 8 skallformet omgivende ytre byggedel 7 som er fast forbundet med endeskjoldet 5. På den indre veggen til den ytre byggedelen 7 befinner det seg radialt innoverrettede ringelementer 9 som er anordnet med en aksial avstand fra hverandre og mellom hvilke det befinner seg hulrom 10 med U-formet tverrsnitt. Slik det er vist på fig. 2 står frontflatene 11 til ringelementene 9 radielt innoverragende og danner en tetningsringspalte 12 som er trang og tilstøtende og berøringsløs overfor en aktuell tetningsflate 13, som er tilformet på den ytre veggen til den hylseformede byggedelen 8 som roterer sammen med akselen 3. Siden tetningsflaten 13 under praktiske driftsforhold ikke forløper ek-sakt rundt, forandrer den utmålte bredden til tetningsringspalten 12 i den radiale retningen seg med omløpsfrekvensen til akselen 3. Dette bevirker at for eksempel smøreolje påvirket av sylinderlagerets 4 omdreining til tross for den lille spaltebredden blir pum-pet gjennom tetningsspalten 12.

For å minske den uønskede gjennomføringen av fluid gjennom tetningsspalten 12 er denne konisk tilformet. For dette er så vel frontflaten 11 for ringelementet 9 som den tilordnede tetningsflaten 13 utformet konisk. Skråningen til frontflaten 11 og tetningsflaten 13 er like stor over den antydede aksen 14 til akselen 3 og med samme retning. Tetningsspalten 12 oppviser derved en form som en hul avkortet kjegle hvis tverrsnitt utvider seg mot retningen som det tilbakeholdte fluidet, her smøreolje, vandrer. Ved roterende aksel 3 og samtidig roterende tetningsflate 13 blir inntrengt fluid i tetningsringspalten 12 ved inntrengningen i denne tvunget radialt utover og utsatt for den tilordnede skrånende frontflaten 11 og avbøyes på grunn av en kraftkomponent som virker mot tilstrømningsretningen til fluidet. Etter valg av skråning kan under hensyntagen til rotasjonshastigheten til akselen 3 kraftkomponenten velges slik at den på grunn av det ikke-runde forløpet oppnådde pumpevirkningen i tetningsringspalten 12 motvirkes og i det minste delvis blir kompensert. Ved flere ganger utforming av en på denne måten tilveiebragt labyrintspaltetetning kan fluidgjennomstrømningen gjennom en tilsvarende utformet labyrinttetning i det minste reduseres så meget at tilleggsforanstaltninger ikke er nødvendig, henholdsvis med lik tettevirkning for anordninger med rent sylindrisk tetningsringspalte hvor det bare er nødvendig med redusert antall tetningsringspalter 12 med ringelement 9 og tetningsflate 13.

Til forskjell fira den viste utførelsesformen hvor de koniske mantelflatene 11 og 13 til tetningsringspalten 10 oppviser lik helning eller skråning, kan det også være tilstrek-kelig at bare frontflaten 11 eller tetningsflaten 13 er utformet konisk, hvorved det dog må tas hensyn til retningen til den resulterende kraftkomponenten med hensyn til det tilstrebede forbedrede tetningsforholdet.

For å kunne holde den radiale veggtykkelsen til den indre byggedelen 8 så liten som mulig, blir det midlere tverrsnittet til minst to tilstøtende anordnede, koniske tetnings-spalter 12 valgt tilnærmet like stor. De tilhørende aksialt ved siden av hverandre anord nede avkortede kjegletetningsflatene 13 på den dreibart opplagrede byggedelen 2, danner derved i aksialt lengdesnitt en sagtannform.

For å forbedre avledningen eller bortsentrifugeringen av fluid som likevel har trengt gjennom tetningsringspalten 12, er det i området til sagtannspissene tilveiebragt bort-sentrifugeringsringer 15 mellom tilstøtende tetningsflater 13, som er rettet radialt utover, og som rager mellom tilhørende tilstøtende ringelementer 9.

Når det er mulighet for at uønsket fluid kan trenge inn fra begge sidene av tetningen, er det fordelaktig å tilveiebringe tetningsringspalter 12 med motløpende helning i et aksialt endeområde av labyrinttetningen. I utførelseseksemplet er ankerets 2 endeavsnitt av den indre byggedelen 8 i dette henseende utstyrt med en tetningsflate 13 hvis skråning over aksen 14 løper i motsatt retning til skråningen til tetningsflaten 13 på den ovenforligg-ende labyrinttetningen på enden som vender mot drivinnretningen. Tilsvarende er, im-idlertid, også frontflaten 11 til det tilordnede ringelementet 9 utført skrånende i motsatt retning. Mellom områdene med skråning i motsatt retning på tetningsringspalten 12 er det innføyd et nøytralkammer 16 i labyrinttetningen, som det inntrengte fluidet kan fø-res ut av. For dette kan hulrommet 10, som vender mot drivinnretningen, føre det avle-dede fluidet, som også kan være drivolje, tilbake til sylinderlageret 4, henholdsvis i drivinnretningen.

Det er for øvrig også mulig å tilordne minst to ringelementer 9 med en felles tetningsflate 13, slik det er vist i utførelseseksempelet på fig. 1, på begge sider av nøytralkam-meret 16.

Til sammen blir det ved den koniske utformingen av tetningsringspalten 12 tilveiebragt en forbedring av tettevirkningen uten ytterligere byggerom eller andre hjelpemidler. På den annen side kan utnyttelsen av kraftkomponenten på trosselvirkningen til tetningsringspalten 12 forminskes og likeledes kan den radielle spaltebredden forstørres, slik at fremstillingen av byggeelementene eller delene kan gjøres med lavere krav til presisjon eller nøyaktighet. Ved forstørret spaltebredde minskes også den relative dynamiske end-ringen ved den roterende akselen 3, hvilket igjen fører til reduksjon av den uønskede pumpeeffekten på siden til den tilflytende oljen. Derved behøver ikke tverrsnittet til den indre byggedelen 8 til tross for den koniske utformingen av tetningsflaten 13 forstørres, når tetningsflaten 13 er tilveiebragt med sagtannsform i lengdesnittet som beskrevet. Den ytre byggedelen 7 sammen med ringstegene 19 er av montasjegrunner utført opp- delt, mens den indre byggedelen 8 med tetningsflaten 13 og avleder- eller sentrifuge-ringsringen 15 danner en enhetlig byggeenhet. Begge byggedelene 7 og 8 kan dreies mot hverandre, dog aksialt for fastgjøring på driftsbetinget opplagring. Delen tilordnet umiddelbart til en frontflate 11 av den angjeldende tetningsflaten 13 er også utformet uten avbrudd i den aksiale retningen.

Claims (8)

1. Labyrinttetning mellom dreibare, aksialt fastsatte byggedeler (7,8) som er dreibare i forhold til hverandre om en akse (14), med minst to aksialt etter hverandre anordnede ring-formede, uavbrutte tetningsringspalter (12), anordnet mellom en frontflate (11) til et ringelement (9) anordnet på en byggedel (7) og en motsatt tetningsflate (13) som er be-røringsløst trangt tilstøtende anordnet på den andre byggedelen (8), hvorved frontflaten (11) og tetningsflaten (13) danner mantelflatene til den tilhørende tetningsringspalten (12) , idet minst en mantelflate (11,13) til minst en tetningsringspalte (12) er konisk utformet,karakterisert vedat for å skape en motvirk-ning mot inntrengning av fluider fra begge ender av labyrinttetningen er frontflater (11) og tetningsflater (13) til tetningsringspalter (12) på en ende av labyrinttetningen tilformet med en skråning som er motsatt forløpende av frontflater (11) og tetningsflater (13) til tetningsringspalter (12) på den andre enden av labyrinttetningen.

2. Labyrinttetning ifølge krav 1,karakterisert vedaten frontflate (11) er konisk tilformet.

3. Labyrinttetning ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat en tetningsflate (13) er konisk tilformet.

4. Labyrinttetning ifølge minst ett av kravene 1 til 3,karakterisert vedat begge mantelflatene (11,13) oppviser en tetningsringspalte (12) som er konisk utformet og oppviser samme skråning.

5. Labyrinttetning ifølge minst ett av kravene 1 til 4,karakterisert vedat det midlere tverrsnitt til minst to tilstøtende anordnede koniske tetningsirngspalter (12) i det minste er tilnærmet like stort.

6. Labyrinttetning ifølge minst ett av kravene 1 til 5, karakteri sert ved at minst to ringelementer (9) ligger over en gjennomgående felles tetningsflate (13).

7. Labyrinttetning ifølge ett av kravene 1 til 6,karakterisertved at flere koniske tetningsflater (13) er anordnet aksialt etter hverandre på en byggedel (8).

8. Labyrinttetning ifølge krav 7,karakterisert vedat det mellom tilstøtende tetningsflater (13) er anordnet radielt utoverrettede avleder- eller sentrifugeringsringer (15), som rager mellom tilordnede tilstøtende ringelementer (9).