CS213310B2

CS213310B2 - Packing set

Info

Publication number: CS213310B2
Application number: CS793976A
Authority: CS
Inventors: Howard S Atkin
Original assignee: Holset Engineering Co
Priority date: 1978-06-09
Filing date: 1979-06-08
Publication date: 1982-04-09
Also published as: CA1132156A; EP0006311A1; US4296934A; PL216186A1; ES253803U; ES253803Y; BR7903662A; JPS5514385A

Description

(54) Těsnicí soustava

Vynález se týká těsnící soustavy, zejména pro utěsnění hřídele ve skříni, přičemž na obou stranách od těsnicí soustavy jsou různé tlaky.

Těsnicí soustava je tvořena těsnicím kroužkem, zapadajícím do prstencové drážky, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že těsnicí kroužek má šikmou sraženou hranu ohraničenou kuželovou plochou a prstencová drážka je komplementárně vytvarována a její část dna přechází do kuželové, v průřezu klínové plochy, na kterou je dotlačována sražená hrana těsnicího .· .kroužku. Dotlačování upravených ploch těsnicích prvků je zajišťováno tlakovým rozdílem po obou stranách těsnicí soustavy, přičemž upravené plochy těsnicího kroužku a prstencové drážky jsou na straně nižšího tlaku.

Styčné plochy prstencové drážky mohou být kaleny a těsnicí kroužek může být rozdělen zámkem.

Těsnicí soustavy podle vynálezu je možno využít pro těsnění hřídele turbodmychadla nebo podobného zařízení.

213 3

Vynález se týká těsnicí soustavy, skládající se ze dvou vzájemně otočných dílů, z nichž první je opatřen vnitřní válcovou povrchovou plochou obrácenou k druhému dílu a druhý díl je opatřen prstencovou drážkou vytvořenou v ploše obrácené k prvnímu dílu, přičemž v prstencové drážce druhého dílu je uložen těsnicí kroužek, dosedající na válco- . vou plochu prvního - dílu pro oddělení dvou sousedních oblastí s rozdílným tlakem.

Jsou známy různé druhy soustav pro utěsňování mezery mezi dvěma vzájemně natáčivými částmi, z nichž jedna je opatřena válcovou plochou a druhá je na své obvodové ploše opatřena prstencovou drážkou, v níž se nachází těsnicí kružek, dosedající na válcovou povrchovou plochu první součásti. Tato konstrukce těsnění se používá zejména tam, kde dochází ke vzájemnému posuvu mezi oběma díly, dosedajícími na sebe v těsném spoji. Těsnicí soustavy tohoto typu jsou normálně používány tam, kde se vyskytuje na obou stranách těsnicí - soustavy rozdílný tlak a kde tlakový rozdíl má snahu protlačovat plyn nebo· kapalinu těsněním.

Podstatné zdokonalení těchto· dosud známých těsnicích soustav je dosaženo u těsnicí soustavy podle vynálezu, skládající se ze dvou vzájemně otočných dílů, z nichž · jeden je opatřen v místě těsnění válcovou povrchovou plochou a druhý díl je opatřen na své povrchové ploše prstencovou drážkou, ve které je uložen těsnicí kroužek, dosedající na válcovou povrchovou plochu prvního dílu. Podstata těsnicí soustavy podle vynálezu spočívá v tom, že těsnicí kroužek má sraženou hranu, takže axiální rozměr vnitřní boční plochy těsnicího kroužku je menší než axiální rozměr vnější boční plochy těsnicího kroužku, přičemž prstencová drážka je opatřena komplementárně vytvarovanou klínovou plochou pro spolupráci se sraženou hranou těsnicího kroužku.

Podle výhodného konkrétního provedení těsnicí soustavy podle vynálezu jsou části prstencové drážky, které při provozu přicházejí do styku s prstencovým těsnicím kroužkem, kaleny.

Válcovou plochou je podle jiného význaku vynálezu vnitřní válcová plocha a díl, ve kterém je vytvořena prstencová drážka s těsnicím kroužkem, má také vnější povrchovou plochu válcovou.

Těsnící kroužek je podle jiného konkrétního provedení vynálezu opatřen zámkem, tvořeným dvěma do sebe zapadajícími pravoúhelníkovými koncovými výstupky, které se vzájemně přesahují.

Podle posledního význaku vynálezu je sražená hrana těsnicího kroužku a komplementárně tvarovaná klínová plocha vnějšího dílu, zejména skříně s válcovou dírou a prstencovou drážkou, umístěna na straně nižšího tlaku prstencového těsnicího kroužku a prstencová drážky.

Je vcelku zřejmé, že konstrukce těsnicí soustavy opatřené těsnicím kroužkem se sko10 4 senou hranou, uloženým v prstencové drážce s kuželovou plochou, mající v průřezu funkci klínu, dosahuje lepšího utěsnění dvou sousedních prostředí s různými tlaky, jestliže je sražená hrana těsnicího kroužku a kuželová plocha dna prstencové drážky orientována směrem do prostředí s nižším tlakem, protože těsnicí kroužek je tlačen svou skosenou hranou, sraženou v podstatě rovněž kuželovou plochou, na kuželovou plochu těsnicí drážky, takže vnější plochy - těsnicího kroužku a prstencové drážky jsou na sebe tlačeny a jsou v lepším vzájemném dotyku.

Těsnicí kroužek může být vyroben z libovolného materiálu, zejména z litiny, a musí být přerušen zámkem, aby se mohl namontovat do těsnicí soustavy. Aby se snížil průsak v oblasti přerušení kroužku, není rozdělení kroužku provedeno radiálními plochami, nýbrž je v místě zámku vytvořena zalomená spára. Těsnicí kroužek však může být pevně spojen s vnitřní válcovou plochou prvního dílu a · může být celistvý, přičemž je vyroben z plastického materiálu, který má dostatečnou pružnost, aby dovolil dočasné zvětšení průměru kroužku při navlékání na druhý díl; materiál kroužku musí mít dostatečnou odolnost proti pracovním teplotám, při kterých bude pracovat, a nízký součinitel tření.

Těsnicí soustava podle vynálezu je zvláště vhodná pro· těsnění mezery - hřídele a skříní turbínového plnicího zařízení. Těsnicí soustavu je možno výhodně také využít pro spojení turbodmychadla s podtlakovou · brzdou, umístěnou za turbodmychadlem.

Těsnicí soustava podle vynálezu má řadu předností ve srovnání s - dosud známými těsněními · a výrazný pokrok představuje zejména spolupůsobení mezí skosenou hranou · těsnicího · kroužku · a příslušně tvarovanou plochou dna prstencové drážky. Tlakový rozdíl mezi-stranou, na -. kterou je obrácena skóšená · -hraná · a sešikmené dno .prstencové - drážky,' a -protilehlou.. -stranou, na které · je větší tlak,, . dotlačuje skosenou hranu · na kuželovou plochu ·- prstencové . - drážky, - a .-přivádí . ' tak '-těsnící. kroužek .do těsného · dotyku, s povrchovou plochou prstencové - drážky. - Druhá .-podstatná výhoda -spočívá v- tom, . . že ' dotyková plocha obou · těsnicích - prvků. je při stejných - .rozměrech - a - stejné radiální · tloušťce těsnicího kroužku podstatně větší než u - normálního těsnicího- kroužku stejných rozměrů, ale bez sražené hrany.

Příklady provedení těsnicí soustavy podle vynálezu jsou zobrazeny - na výkresech, kde znázorňují obr. 1 - podélný řez částí podélného plnicího turbodmychadla, opatřeného - těsnicí --soustavou podle vynálezu, -obr. 2 podélný řez - těsnicí -soustavou ve zvětšeném měřítku, která je částí turbodmychadla - z obr. 1, obr. 3 příčný řez těsnicí soustavou, vedený rovinou A—A z obr. 2, a obr. 4 detailní pohled ve směru šipky B z obr. 3 na část těsnicího kroužku těsnicí soustavy z -obr. 1 a 2.

V příkladu provedení je těsnicí soustava podle vynálezu použita pro těsnění turbíno213310 vého konce plnicího turbodmychadla 9. 0točný hřídel 10 turbíny, který nese turbínovou hlavu 11 s lopatkami 12 turbíny, prochází válcovou dírou 14, vytvořenou ve skříni plnicího turbodmychadla 9.

Soustava plovoucích kluzných ložisek 13 je umístěna uvnitř skříně 16 plnicího turbodmychadla kolem axiálního otočného hřídele 10. К plovoucím kluzným ložiskům 13 je zaústěn kanálek 15 vytvořený ve stěně skříně 16, kterým se přivádí tlaková mazací kapalina pro mazání a chlazení kluzných ložisek 13. Horké plyny jsou vedeny kolem lopatek 12 turbíny turbínovou skříní 17 a je jimi uváděn otočný hřídel 10 turbíny do otáčivého pohybu. Hřídel 10 turbíny j=e u typického provedení spojen s kompresorem, který není zobrazen a který stlačuje vzduch, který ss potom přivádí do sání spalovacího motoru. Výfukové plyny spalovacího motoru jsou potom přiváděny do turbínové skříně a jsou zde vedeny kolem lopatek 12 turbíny.

V prostoru válcové díry 14 ve stěně skříně 16 plnicího turbodmychadla 9 se nachází značné množství mazací kapaliny a mazací mlhy. Je proto nezbytné zamezit pronikání mazací kapaliny ze skříně 16 do prostoru turbíny, protože za jistých provozních podmínek by docházelo ke ztrátám mazací kapaliny.. V současné době jsou četná plnicí turbodmychadla používána v kombinaci a ve spojení s brzdami na výfukové plyny, které působí brzdicí účinkem při protiproudem vedení výfukových plynů ve směru jejich proudění za turbínou v průběhu dojezdu vozidla. Při tomto spřažení se motor stává kompresorem s blokovaným výfukovým potrubím, který pak působí jako brzda. Při tomto pracovním režimu vzniká.podstatný tlakový rozdíl uvnitř a podél válcové díry 14 s vysokotlakou stranou přilehlou a sousedící s turbínou. Tento tlak je daleko větší než normální tlakový rozdíl, vyskytující se obvykle na obou stranách těsnění. Důsledkem toho je, že je nezbytně třeba zamezit příliš velkému množství plynu unikat zpět do skříně 16 turbodmychadla.

Pronikání plynu na druhou stranu těsnicí soustavy je zabráněno zejména řešením těsnicího kroužku 20 uloženého v prstencové drážce 18, vytvořené v otočném hřídeli 10. Jak je patrno z obr. 2, část jedné z obou čelních ploch 22 těsnicího kroužku 20 je zkosena a sešikmena a přechází do sražené hrany 24 těsnicího kroužku 20, která dosedá na spolupracující klínovou plochu 26, vytvořenou na jedné ze stěn prstencové drážky 18. Stěny prstencové drážky 18 jsou vytvrzeny kolem obou bočních stěn 28, 30 prstencové drážky 18 v oblasti ohraničené na obr. 2 čárkovanou čarou H.

Při provozu plnicího turbodmychadla pro přeplňování motoru panuje na straně těsnicí soustavy obrácené к turbínovým lopatkám 12 větší tlak než na protilehlé straně, těsnicí kroužek 20 je tedy tlačen směrem dole va (obr. 2) větším tlakem na pravé straně těsnicí soustavy. Po dotlačení sražené hrany 24 těsnicího kroužku 29 na klínovou plochu 26 prstencové drážky 18 se těsnicí kroužek 20 posouvá po klínové ploše 26, roztahuje se tak do stran, takže vytváří dokonalejší těsnění mezi vnější plechou těsnicího kroužku 20 a vnitřní válcovou plochou 23 skříně 16 turbodmychadla. Z obr. 2 je zřejmé, že oblast S vzájemného dotyku těsnicího kroužku 20 a prstencové drážky 18 je větší, než by tomu bylo u dosud známých těsnicích kroužků, které nejsou opatřeny sraženou hranou 24, Aby se snížila netěsnost, která by mohla být způsobena roztahováním těsnicího kroužku 20 při jeho přitlačování na klínovou plochu 26 prstencové drážky 18, je těsnicí kroužek 20 opatřen zámkem 32 (obr. 4), který není tvořen přímou spárou v celé tloušťce těsnicího kroužku 20, ale skládá se ze dvou_ždo sebe zapadajících pravoúhelníkových výstupků 34, 36, vymezujících dva pravé uhly, takže pronikající kapalina musí dvakrát měnit směr svého proudění.

V běžně známých plnicích turbodmychadlech opatřených jednoduchým běžným těsněním je množství pronikajícího plynu velmi vysoké po dobu brzdicího režimu, při kterém soustava působí jako motorová brzda, přičemž tento problém se dosud řešil jadnak používáním dvou těsnicích kroužků, popřípadě stupňovitého vrtání skříně. První z těchto dosavadních řešení je však nákladnější, protože jednak musí být použito dvou těsnicích kroužků a jednak musí být do hřídele vytvořeny dvě prstencové drážky. Druhé známé řešení je rovněž nákladnější, protože vyžaduje speciální obrábění skříně. Takové uspořádání má za následek vyběhání drážky, přičemž stupeň těsnosti se s postupujícím opotřebením snižuje, Normální opotřebení hřídele se potom stává nepřípustně velkým dlouho před tím, než dojde к opotřebení jiných částí těsnicí soustavy a hřídel se musí vyměnit. Při využití těsnicí soustavy podle vynálezu je cena těsnicího kroužku 20 se sraženou hranou 24 nižší než pořizovací náklad pro dva těsnicí kroužky, přičemž u těsnicí soustavy podle vynálezu navíc není třeba speciálně obrábět ložiskovou skříň, například v případě stupňovitého vrtání u známých řešení. Indukčním kalením částí prstencové drážky 18, které jsou ve styku s těsnicím kroužkem 20, se sníží opotřebení hřídele 10.

Tvar příčného řezu prstencové drážky 18 a sražené hrany 24 těsnicího kroužku 20 zvyšuje oblast vzájemného styku obou těchto dílů, a tím i stupeň těsnosti v průběhu časového období, kdy probíhá brzdění výfukovými plyny. Navíc má zvýšení dotykové plochy za následek snížení tlaku na jednotku plochy v průběhu náhlého zapojení brzdicího režimu, což snižuje opotřebení těsnicích dílů.

Síly, které se podílejí na opotřebení součástí, jsou u řešení podle vynálezu sníženy na polovinu a životnost těsnicího kroužku 20 a hřídele 10 je tak podstatně zvýšena. Porovnávací zkoušky těsnicí soustavy podle vynálezu a konvečních těsnicích soustav ukázaly, že dosud známé těsnicí soustavy propouštějí asi 0,7 m³ za hodinu, zatímco propouštění těsnicí soustavy podle vynálezu prakticky nedosahovalo měřitelných hodnot. U těsnicí soustavy podle vynálezu je možno obecně použít axiálně širšího těsnicího kroužku 20, čímž se ještě zvýší těsnost soustavy. Těsnění ss dále zlepší spoluprácí sražené hrany 24 těsnicího kroužku 20 s klínovou plochou 26 prstencové drážky 18.

Je tedy obecně možné použít levných slinutých těsnicích kroužků na turbínovém konci turbokompresoru bez ztráty hodnot bočního tlaku.

Známé a dosud používané těsnicí kroužky, normálně umísťované mezi hřídelem a skříní na turbínovém konci plnicího turbodmychadla, jsou dimenzovány tak, aby měly ulo-

Claims

PŘEDMĚT

1. Těsnicí soustava, skládající se ze dvou vzájemně otočných dílů, z nichž první je opatřen vnitřní válcovou plochou obrácenou k druhému dílu a druhý díl je opatřen prstencovou drážkou vytvořenou v ploše obrácené k prvnímu dílu, přičemž do prstencové drážky druhého dílu je vložen těsnicí kroužek, dosedají na válcovou plochu prvního dílu pro vzájemné oddělení dvou sousedních oblastí s rozdílným tlakem, vyznačující se tím, že jedna z čelních ploch (22) těsnicího kroužku (20) přechází do kuželové šikmé plochy sražené hrany (24) těsnicího kroužku (20¹) a axiální rozměr radiálně vnitrní povrchové plochy (21) těsnicího kroužku (20) je menší než axiální rozměr radiálně vnější povrchové plochy (25) -těsnicího kroužku (20), přičemž prstencová drážka (18) je opatřena komplementární kuželovou, v průřezu klínovou plochou (28) pro spolupůsobení se sraženou hranou (24) těsnicího kroužku (20). · žení s přesahem ve vrtání skříně, kterým by se zabránilo· pronikání plynu mezi těsnicím kroužkem a vrtáním skříně. Pro turbodmychadla se také používá vysoce kvalitní a vysokým teplotám odolné oceli, aby se zpozdila jakákoliv relaxace těsnicího kroužku, způsobená pokračujícím provozem při zvýšených teplotách, což by mělo za následek ztrátu těsnosti a těsnicího účinku mezi těsnicím kroužkem a vrtáním skříně turbodmychadla. U těsnicí soustavy podle vynálezu má rozdílný tlak na straně turbínové a na straně vrtání skříně turbodmychadla za následek přitlačování sražené hrany 24 těsnicího kroužku 20 na klínovou plochu 26 prstencové drážky 18, čímž se udržuje těsný dotyk těsnicího kroužku 20 s vrtáním skříně. V tomto případě není nutno použít vysoce kvalitní, drahé a vysokým teplotám odolné oceli a těsnicí kroužek 20 může být vyroben z levného spékaného železa.

vynalezu
2. Těsnicí soustava podle bodu 1, vyznačující se tím, že boční stěny (28, 30) prstencová drážky (18), přicházející do styku s těsnicím kroužkem (18), jsou kaleny.
3. Těsnicí soustava podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že těsnicí kroužek (20) je opatřen zámkem (32), tvořeným dvěma do sebe zapadajícími pravoúhelníkovými koncovými výstupky (34, 36), které se vzájemně přesahují.
4. Těsnicí soustava podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že - sražená hrana (24) těsnicího kroužku (20) a - komplementárně tvarovaná, - v průřezu klínová plocha (26) vnějšího dílu, například skříně (16) s válcovou dírou, ve které - je vytvořena-prstencová drážka (18), jsou umístěny na straně nižšího tlaku těsnicího- kroužku '(20) a prstencové drážky (18).