NL8103496A

NL8103496A - Mechanische vlakafsluiting.

Info

Publication number: NL8103496A
Application number: NL8103496A
Authority: NL
Original assignee: Crane Packing Ltd
Priority date: 1980-07-24
Filing date: 1981-07-23
Publication date: 1982-02-16
Also published as: DE3129113C2; JPS5743060A; FR2489464B1; IN155066B; BE889705A; FR2489464A1; SG78684G; CH641258A5; AU541043B2; JPS6260581B2; AU7310781A; DE3129113A1; CA1146989A; NL185237B; US4378119A

Description

k * * * VO 2173

Titel ï Mechanische vlakaf sluiting.

De uitvinding heeft betrekking op een mechanische vlakafslui-ting, en in het bijzonder op een mechanische vlakaf sluiting, die een buigzame, veerkrachtige balgeenheid bevat.

Een vorm van een mechanische vlakaf sluiting voor het verschaf-5 fen van een afsluiting tussen een paar onderling draaibare machine-on-derdelen omvat een eerste afsluitdeel, dat op fluidumdichte wijze is vastgezet aan een van de onderdelen, en een tweede.. afsluitvlakdeel, voorzien van een afsluitvlak, dat tegen een tegenoverliggend afsluitvlak wordt gedrukt van het eerste afsluitvlakdeel, yelk tweede afsluitvlak -tO deel is vastgezet aan het andere onderdeel door middel.van een buigzame, veerkrachtige balgeenheid. Ia deze vorm van de afsluiting, dient de balgeenheid voor het. verschaffen, van een afsluiting tussen het tweede afsluitvlakdeel en zijn bijbehorend onderdeel, en.ook voor het uitoefenen van de axiale belasting, nodig voor het tot in afsluitende aangrijping 15 met bet eerste afsluitvlakdeel drukken.Van:het tweede afsluitvlakdeel.

Tijdens bedrijf wordt de balgeenheid onderworpen aan een drukverschil over zijn wanden, zodat dus de balgeenheid niet alleen in staat moet zijn de passende belasting uit te oefenen op de afsluitvlakdelen, maar ook om de drukverschillen te weerstaan, .waaraan hij wordt onderwor-2Q pen. Wanneer de afsluitvlakdelen slijten, moet de balgeenheid verder in staat zijn tot verlenging en het verschaffen, van een belasting binnen bepaalde grenzen gedurende de levensduur van..de afsluiting.

De balgeenheid moet. dien ten gevolge zijn gemaakt van een materiaal met voldoende sterkte en dikte, om het drukverschil te weerstaan, 25 terwijl het voldoende buigzaam is teneinde de vereiste axiale beweging als gevolg van slijtage toe te laten met behoud van de vereiste, axiale drukkracht.

Een werkwijze voor het bereiken hiervan, bestaat, uit het produceren yan een balgeenheid door het aan elkaar· vastlassen van een aantal 3D ringvormige schijven, waarbij afwisselende paren schijven aan hun binnen- en buitencLiameters aan elkaar zijn vastgelast voor het vormen van een aantal golvingen. De productie van deze vorm .van de balgeenheid is ' echter een langdurige en kostbare handeling. Verder is de "hydraulische evenwiehtsdiameter" van de gelaste balgeenheid. veranderlijk met het 35 drukverschil over zijn wanden, en moet het algemene ontwerp van de balg- 8103496 ï ‘ w T : " - 2 * .

eenheid/af sluitylakdeelsamenstel zicir aangassen aan deze verandering : teneinde een sfsluitingte verschaffen, die bevredigend.werkt bij alle' ' drukverschillen, 'waaraan'hij. wordt onderworpen.

Eèa goedkopere manier voor het: produceren van balgeenheden is 5. .door het vormen van golvingen, in een dunwandige buis. Balgeenheden van deze soort., hierna aangeduid als gevormde balgeenheden, hebben het voor- _____ deel, .dat· de-"hydraulische evenwiehtdiameter” , in hoofdzaak. gelijkblijvend is, .zodat.de ontwerpbeperkingen van.het.balgeenheid/afsluitvlakdeelsa-menstel niet zo groot zijn als. bij de gelaste.balgeenheden.

• IQ Ongelukkigerwijze zijn bij gevormde balgeenheden de buigzaam heids— en breekdrukeisen in tegenspraak. Als gevolg hiervan, is het niet . mogelijk een.gevormde balgeenheid. te verschaffen met een redelijk groot drukvermogên, -welke eenheid voldoende buigzaam. is .voor het geven van de vereiste vlakbelasting, zonder onaanvaardbaar lang te zijn.

T5 Overeenkomstig een aspect;van de uitvinding omvat een mechanische vlakafsluiting'voor het verschaffen van een af sluiting, tussen een paar onderling draaibare machine-onderdelen, en die bij gebruik wordt onderwerpen aan een drukverschil, een eerste afsluitvlakdeel, dat op fluidum— dichte wijze ia vastgezet aan êên van de onderdelen, en. een afsluitvlak 20 heeft, verder een tweede afsluitvlakdeel, .voorzien van een afsluitvlak, dat tegen bet' afsluitvlak wordt gedrukt van :het eerste afsluitvlakdeel, welk tweede afsluitvlakdeel is -vastgezet aan het .andere onderdeel door middel van een buigzame, .veerkrachtig gevormde balgeenheid (zoals hierna bepaaldl, die dient voor het afsluiten van het tweede afsluitvlakdeel 25 aan het andere onderdeel, welke balgeenheid is voorzien, van een aantal golvingen,, waarvan de naar. de hogedrukzijde van de afsluiting gerichte toppen een grotere krommingsstraal hebben dan.de naar de lagedrukzijde van de afsluiting gerichte toppen.

Door het kiezen van een gevormde balgeenheiduityoering, over-30 eenkemsti'g de uitvinding, kan de balgeenheid zijn gemaakt yan een dunner materiaal dan een gevormde balgeenheid van een gebruikelijke symmetrische uitvoering, die hetzelfde 'drukverschil weerstaat. Voor een bepaald drukverschil is het derhalve door de uitvinding mogelijk een balgeenheid te produceren met een grotere buigzaamheid, zodat een gevormde balgeenheid 35 met afmetingen, drukvermogen en buigzaamheid, aanvaardbaar voor een mechanische vlakafsluiting, derhalve kan worden gevormd. Omgekeerd heeft de balgeenheid overeenkomstig de uitvinding, voorzien van een buigzaam- 81 0 3 4 9 6 ii' 'i *i - I ·1.Α .-...1 t ^ Π, «- ·· ---, Ψ — -3- , heid, die soortgelijk is aart die van. een gebruikelijke, symmetrisch gevormde talg, een groter drukvermogen.

Belangrijke verbeteringen in de buigzaamheid of het drukver-mogen van balgeenheden, ontworpen overeenkomstig de .uitvinding, kunnen 5 worden bereikt door het gebruiken, van.verhoudingen, van de stralen van toppen, van de golvingen» gericht naar de hogedrukzijde van de halgeen-heid tot die, gericht naar de lagedrukzijde van de balgeenheid van 3 ►. 2 of meer. Het verdient eehter de voorkeur verhoudingen te gebruiken . van 2:1 tot 6:1.

10 De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de teke ning, die schematisch een doorsnede toont van. de mechanische vlakaf -sluiting.

Zoals weergegeven, in de tekening cmvat de mechanische vlakaf-sluiting tussen een draai-as 10 en een huis. 11 in bijvoorbeeld een pomp-15 samenstel» een eerste, richtvormig afsluitdeel of zitting 12, die wordt vastgehouden in een uitsparing in het huis 11 en. daarop, is afgesloten door middel van een elastomeer 0-ring 13.

Het afsluitvlak 1U van een ringvormig afsluitvLakdeel 15 woedt in afsluitaanraking met de zitting 12 gehouden, door middel van een ge-20 vormde, metalen balgeenheid 16, die is vastgezet aan een kraag 1f, gemonteerd aan de as- 10 door middel van een reeks volgens de ontrek op onderlinge afstanden liggende wormschroeven 23 of door andere passende bevestigingsmiddelen, en daarop afgesloten door een Ö-ring. 18.. Het afsluit-vlakdeel 15 heeft een perspassing in het einde van de balgeenheid 16, 25 waarbij een elastomeer 0-ring 20, vastgehouden in de buitenste golving van de balgeenheid 16 en het vlakdeel 15 dient voor het.produceren van één fluidumdichte afsluiting daartussen. Het andere einde van de balgeenheid 19 is vastgelast aan de kraag 17, maar kan- zijn’vastgezet aan de kraag door willekeurige andere middelen, die een fluidumdichte ver-30 binding produceren, bijvoorbeeld het in zadels smeden of het hard solderen.

De metalen balgeenheid l6 omvat een reeks golvingen, waarbij de straal van de toppen 21 van de vanaf de as 10 veggerichte golvingen groter is dan de straal van de toppen 22 van de naar de as 10 gerichte 35 golvingen in een verhouding van b : 1.

De hiervoor beschreven afsluiting wordt zodanig samengevoegd, dat de balgeenheid 16 onder samendrukking is en het vlakdeel 15 onder 8103496 τ 'χ - ' * t Γ : . - h - ι.

: \ . · : · ; voorbelasting plaatst naar de zitting 12, zodat het afsluitvlak 14 van : het vlakdeel 15 in afsluitende aangrijping wordt gehouden met de zitting 12.

Tijdens bedrijf wordt de afsluiting onderworpen aan een druk-5 versehil over zijn vlakken, waarbij een hoger drukgebied P aanwezig- is aan de buitenzijde van de balgeenheid :.T6 in vergelijking met het inwen-; dige van de balgeenheid.

Dit drukverschil geeft een axiale rekkracht,. evenredig aan het : drukverschil. Deze axiale kraeht versterkt'de eerste.kracht, uitgeoefend · 10 op het. afsluitvlakdeel 15 door de axiaal samengedrukte balgeenheid 1-6.

Als.gevolg van deze aanvullende kracht, die onder bedrijfsomstandigheden : . wordt uitgeoefend, is de belasting,, uitgeoefend tussen de zitting 12 en het af sluitvlakdeel 15 onder· een wijd bereik: van bedrijf somstandigheden net iets groter dan die, nodig voor het-verschaffen van. een doeltreffende 15 afsluiting onder de heersende omstandigheden. Door: deze maatregelen kan : slijtage op het af sluitvlakdeel 15 tot een minimum worden beperkt.

Deze- manier van werken is op zichzelf niet nieuw. De uitvinding ligt in een bijzondere uitvoering van de balgeenheid 16,. die een grotere regeling mogelijk maakt, van de eigenschappen van de balgeenheid. Tenein-20 de bijvoorbeeld het drukverschil te weerstaan^'waaraan de balgeenheid wordt onderworpen,, moet deze zijn gemaakt van een materiaal met voldoende, sterkte en dikte om de druk zonder dichtklappen .te weerstaan. De gevraagde uitvoering maakt het mogelijk de balgeenheid te maken van een lichter materiaal, dat nodig is voor een balgeenheid met. een gebruikelijk symme-25 trisch ontwerp, die hetzelfde drukverschil weerstaat.· Het gebruik van lichter materiaal heeft een grotere axiale buigzaamheid tot gevolg van . de balgeenheid. als gevolg waarvan, bij toepassing van de onderhavige balgeenheid, deze in eerste instantie in grotere mate kan worden samengedrukt en zodoende een regelmatiger voorbelasting verschaft op de vlak-30 afsluiting 15 gedurende zijn gehele levensduur.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van het volgende voorbeeld.

VOQBTVRVÏÏD

Drie balgeenheden A, B en C werden van hetzelfde materiaal ge-35 vormd, elk voorzien van een buitendiameter van 66,58 mm, een binnendia-meter van 53,^2 mm en een wanddikte van 0,18 mm. Alle drie eenheden werden gevormd met golvingen met een gewone straal, waarbij de wanden van 810 3 4 9 O -........- - *...................................

-*--'** - · « »· ft·*·*™** -------- — 5 ** de golvingen in hoofdzaak. dwars lipene op. de hartlijn van de balgeenheid, • zoals weergegeven in de tekening,

De "balgeenheid. A had een gebruikelijke, symmetrische uitvoering, waarbij de straal van de binnen» en buitentoppen, van. de golvingen ge-^ lijk was en de spoed van de golvingen 7,21 mm was. De balgeenheden B en ü ; * · werden gevormd' overeenkomstig de uitvinding, waarbij de straal van de -buitentoppen van de golvingen tweemaal die van dè binnentoppen was, en de spoed van de golvingen 5,67 mm was voor de balgeenheid B en 7,1 mm voor de balgeenheid C.

• - Toen deze balgeenheden onder voordruk werden geplaatst met een geregelde, axiale verplaatsing voor het geven van een eerste axiale kracht - van 300 JT r vertoonden de balgeenheden A en B soortgelijke drukvermogens, waar vertoonde de balgeenheid B een verbetering van k$% in buigzaamheid ten opzichte van de balgeenheid A; en vertoonden de balgeenheden A en C soortgelijke buigzaamheden, maar vertoonde balgeenheid C een. verbetering van 31# ia drukvermogen ten . opzichte van de balgeenheid A.

Zoals geïllustreerd in het voorgaande voorbeeld kunnen de balg- 20 . eenheden, gebruikt overeenkomstig de uitvinding, een verbeterde buigzaamheid vertonen, in welk geval de balgeenheid kan. worden .verkort of gebruikt voor het verschaffen van een afsluiting met een grotere slijt-speling, of een verbeterd drukvermogen in vergelijking met soortgelijke, gebruikelijke balgeenheden met een symmetrische uitvoering. Ook kunnen ' 25 de volgens de uitvinding gebruikte balgeenheden worden ontworpen voor • het verschaffen van verbeteringen in zowel de buigzaamheid als het drukvermogen, waarbij deze verbeteringen optimaal worden gemaakt overeenkomstig het bepaalde vereiste voor de mechanische vlakaf sluiting.

Verschillende wijzigingen kunnen worden aangebracht zonder de 30 uitvinding te verlaten, waarbij bijvoorbeeld, wanneer de afsluiting moet worden onderworpen aan hoge druk op de binnenzijde van de balgeenheid, de stralingen van de toppen van de golvingen worden omgekeerd.

Zoals hiervoor uiteengezet is de "hydraulische evenwichtsdiame-ter" van de volgens de uitvinding gevormde balg in hoofdzaak gëlijk-blijvend, waarbij, hoewel het met de balgeenheid samenhangende af-sluitvlakdeel moet worden ontworpen voor het verschaffen van een in evenwicht zijnde afsluiting, er geen noodzaak is voor. het betrekkelijk 81 03 496 ___ S' *v .

* - l .

. - « ...» I · · f - :: . -: • . : I I ' . -6-\ _ ingewikkelde ontwerp van vasthoudringiiirichtingen, die noodzakelijk zijn ' ; voor het vereffenen van de verandering in ’’hydraulische evenwicht sdia-; meter”', die met de' gelaste balg wordt ondervonden. Het. afsluitvlakdeel ; ; 15 kan. derhalve een drukpas sing zijn in het einde van de halgeenheid 5 16, zoals hiervoor beschreven. Hoewel'in· de voorgaande beschrijving een O-ring wordt gebruikt voor het vormen van een afsluiting tussen de balg-eenheid en het. afsluitvlakdeel, kan deze worden weggelaten, indien pas-‘ sing tussen het afsluitvlakdeel en de halgeenheid goed genoeg is voor ! het produceren van een fluidumdichte verbinding., barbij echter voor ·· ; 10 hek aanpassen .aan vervaardigings spelingen een laag van een passend af— -- sluitmiddel daartussen kan worden aangebracht· Ook. kan het einde van de t • halgeenheid taps naar buiten lopen en· kan, het buitenoppervlak van het-1 afsluitvlakdeel dienovereenkomstig taps zijn.

. Bij deze vormen van een. drukpassingverbinding. is het nodig 15 een of ander middel te hebben voor het axiaal plaatsen, van het afsluit-; vlakdeel met . betrekking tot de halgeenheid. Dit kan worden bereikt door . het laten aanliggen van het afsluitvlakdeel tegen de wand van de. eerste. . golving van de halgeenheid;, zoals weergegeven in. de tekening* Bi j deze inrichting belemmert het afsluitvlakdeel echter het buigen-van de eerste 20' golving van de balg, waardoor dus de totale buigzaamheid van de balg wordt verminderd* Eet is derhalve wenselijk het afsluitvlakdeel te scheiden van de wand van de eerste golving, waarbij voor dit doel een aanslag kan zijn aangebracht aan het eindgedeelte van de halgeenheid.

Hoewel de hiervoor beschreven perspassingverbindingen bijzonder 25 geschikt zijn voor vlakdelen 15» gemaakt van bros materiaal, zoals’ koolstof, kan. het .uit koolstof bestaande afsluitvlakdeel ,15 ook worden vast gehouden, in een metalen ring, waarmede de halgeenheid kan worden verbonden door het in zadels smeden, het hard solderen of het lassen*

Het in zadels smeden kan ook worden gebruikt voor het direkt verbinden 30 van. de balg met· het afsluitvlakdeel, wanneer dit is gemaakt van een hard materiaal» zoals gesinterd metaalcabide of -nitride.

De in de beschrijving gebruikte uitdrukking ?’gevormde balgeen-heid" dekt elke halgeenheid met een ééndelige constructie, welke balg-eenheden met voordeel worden gevormd van een buisvormig metalen uitgangs-35 materiaal door een passende vormwerkwijze, bijvoorbeeld walsen of blazen. De halgeenheid kan echter worden gemaakt van andere buigzame, veer-...... krachtige materialen, bijvoorbeeld, stijve kunststoffen,, zoals polytetra— 81 03 4 9 6 ...................' φ * r ' - τ - ' ; fluooretheen. Deze eenheden kunnen worden gemaakt met werkwijzen, die· = soortgelijk zijn aan die, gebruikt voor het maken van metalen balgeenhe-den of door andere geschikte werkwijzen, bijvoorbeeld het machinaal bewerken of indien mogelijk, het direkt in een gietvorm vormen.

5 Verder kan de balgeenheid een uit een aantal lagen bestaande constructie hebben * en kan, indien het bijvoorbeeld nodig is voor het voorkomen van aantasting van ëen metalen balgeenheid, althans' één oppervlak daarvan zijn bekleed met een niet-aefcalli.sch materiaal.

Ih de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm zijn de wanden van de 10 windingen van de balgeenheid evenwijdig, waarbij veranderingen in de eigenschappen van de balgeenheid kunnen worden bereikt door het veranderen van de uitvoering van de wanden tussen de toppen van de golvingen, welke wanden bijvoorbeeld doorlopend gekromd kunnen zijn. tussen de toppen van de golvingen voor het vormen van een inspringende uitvoering.

15 \ 8103496

Claims

3. Mechanische vlakafsluiting. volgens conclusie 1 met . het kenmerk, 20 dat de verhouding van de stralen van de toppen (21) van de naar de hogedrukzijde van de balgeenheid (16) gerichte golvingen tot die- (22), gericht naar de lagedrukzijde van de eenheid, van 2 : 1 tot 6 : 1 is.
4. Mechanische vlakafsluiting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de wanden van de golvingen van de balgeenheid 25 ia de ontspannen toestand daarvan, evenwijdig zijn.
5. Mechanische vlakafsluiting volgens een der, conclusies 1 - 3 met het kenmerk, dat de wanden van de golvingen van de balgeenheid (16) in de ontspannen toestand daarvan gebogen zijn.
6. Mechanische vlakafsluiting volgens een der voorgaande conclu-30 sies. met het kenmerk, dat'de balgeenheid (16) is gemaakt van metaal.
7. Mechanische vlakafsluiting volgens een der conclusies 1-5 met het kenmerk,, dat de balgeenheid is gemaakt, van een stijf kunststof-materiaal.
8. Mechanische vlakaf sluiting volgens een der voorgaande conclusies 35 met het kenmerk, dat de balgeenheid (16) een uit een aantal lagen bestaande eonstruetie hebben. 8103496-— -. ** 4 * . ’ ; ί . - 9 -
9. Mechanische vlakaf sluiting volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat het tweede afsluitvlakdeel (15) met een drukpassing is aangehracht in het einde van de halgeenheid (.16).
10. Mechanische vlakaf sluiting volgens conclusie 9 met het kenmerk, 5 dat een aanslag is aangehracht in het eindgedeelte van de halgeenheid (16), welke aanslag op afstand ligt,van de golvingen van de halgeenheid en werkzaam is voor het axiaal in het eindgedeelte van. de halgeenheid plaatsen van het tweede afsluitvlakdeel.(15).. . 11." Mechanische vlakafsluiting volgens een der conclusies 1-8 10 met het kenmerk, dat het tweede afsluitvlakdeel (15) zich bevindt in een. vasthoudring, die op een fluidumdichte .wijze is vastgezet aan de balg-eenheid (16).
12. Mechanische vlakafsluiting volgens conclusie 11 met het kenmerk, dat het eindgedeelte van de halgeenheid. (16) door het in zadels smeden, 15 het hard solderen of vastlassen is bevestigd aan de vasthoudring. . ' 13. Mechanische vlakafsluiting volgens een der conclusies 1—9 met het kenmerk, dat het tweede afsluitvlakdeel (15) is gemaakt van een.hard materiaal, waarbij het eindgedeelte van de halgeenheid (16) direkt door het in zadels smeden is bevestigd aan het. afsluitvlakdeel. 20 - ✓ 8103496