NO343927B1 - Isolatortetning - Google Patents

Description

ISOLATORTETNING

Oppfinnelsens område

Denne oppfinnelse angår isolatortetninger og anvendelse av disse i rotasjonsutstyr, især anordninger som hindrer inntrengning eller utstrømming av en fluid eller fast stoff til et hulrom, hvilket resulterer i nedsatt levetid for utstyret. Slike anordninger betegnes ofte lagerbeskyttere, lagertetninger eller lagerisolatorer. Anvendelsen av slike rotasjonstetninger går imidlertid langt utover beskyttelsen av lagre i rotasjonsutstyr. Det er følgelig klart at tetninger ifølge denne oppfinnelse finner bredere anvendelse, selv om det i det følgende vil henvises til lagerbeskyttere.

Oppfinnelsens bakgrunn

Formålet med en lagerbeskytter er å forebygge inntrengning av fluid, faste stoffer og/eller rester inn i lagerkammeret. Likeledes anvendes lagerbeskyttere til å hindre utstrømming av fluid eller faste stoffer fra et lagerkammer. Deres formål er i det vesentlige å hindre for tidlig svikt av lageret.

Lagerbeskyttere kan generelt deles inn i to kategorier: frastøtingslagerbeskyttere eller labyrintlagerbeskyttere; og mekaniske tetningslagerbeskyttere. Det henvises til vår likeledes verserende søknad WO-A-2004005770 om mekanisk tetningslagerbeskyttelse, som beskriver en lagerbeskytter som i det vesentlige er i kontakt.

En labyrintlagerbeskytter innbefatter typisk en komponent som monteres med henblikk på rotasjon rundt en aksel og som er aksialt fastgjort i relasjon med denne.

Akselen kan f.eks. være en pumpeaksel eller en annen rotasjonsutstyrsdel. Beskytteren innbefatter en statisk komponent som også er aksialt fastgjort og ligger an mot eller er fastgjort til utstyrets stasjonære del.

Rotasjonskomponenten har typisk en kompleks ytre profil som er plassert nærliggende og i nær radial og aksial nærhet til en kompleks indre profil av den stasjonære komponent. Sammen tilveiebringer disse komplekse profilene i teorien en svinget bane som hindrer passasje av de uønskede materialer eller fluider.

En labyrintlagerbeskytter virker normalt kun under drift av utstyret. Dette skyldes at utformingen avhenger av rotasjonskomponenten og den stasjonære komponents motrotasjon med henblikk på dannelse av sentrifugale krefter som motvirker passasjen av fluid radialt mellom slike komponenter.

Når utstyret er i ro er den komplekse labyrintutformingen ikke i stand til å holde et fluidnivå som i vannrett applikasjon er ved et høyere radialt nivå enn beskytterens inngangsposisjon.

I mange industrielle applikasjoner rettes videre vannspray, damp og fremmede kontaminanter mot lagerbeskytteren når utstyret er i ro. Tradisjonelle labyrintutforminger er ikke i stand til å hindre slike kontaminanters inntrengning i lagerkammeret.

I tillegg er lagerkammerets utlufting et ytterligere problem på det industrielle område. Under drift utvides smørevæsken og luft i lagerkammeret ettersom det varmes opp. I et tradisjonelt labyrinttetningsarrangement vil denne utvidelse utstøte luft gjennom labyrinten og ”puste” ut av lagerkammeret. Når utstyret stopper, nedkjøles lagerkammeret, og den luften inni trekker seg sammen, idet den suger fuktig luft gjennom labyrintarrangementet og tilbake inn i lagerkammeret. Dette betegnes å ”puste” inn.

En mekanisk tetningslagerbeskytter kan overvinne labyrintutformingens statiske begrensninger. Disse anordninger kan imidlertid lide under andre problemer, slik som for stor varmegenerering i applikasjoner med høy akselhastighet, eller når det er marginal eller ingen smøring på tetningsflatene. Derfor er anvendelsen av mekaniske tetningslagerbeskyttere begrenset.

Det er et behov for en ikke-kontaktskapende tetningslagerbeskytter av labyrinttypen som kan tette fluider når utstyret er stasjonert og/eller som kan hindre og/eller redusere mengden av luftbårne molekyler som kommer inn i lagerkammeret under kammerpusting.

Det ville også være fordelaktig hvis en ikke-kontaktskapende tetning av labyrinttypen kunne frastøte fluid uavhengig av akselrotasjonens retning. Dette reduserer sannsynligheten for eller virkningen av installasjonsfeil.

Dette ville være en ytterligere fordel hvis en ikke-kontaktskapende tetning av labyrinttypen inkorporerer to frastøtingsanordninger, hvor én er utformet til å frastøte fluid fra å unnslippe lagerkammeret, og én er utformet til å frastøte fluid fra å trenge inn i lagerkammeret.

Videre er installasjonsletthet viktig i alle lagerbeskytterutforminger. En ikkekontaktskapende tetning av labyrinttypen som er aksialt meget kompakt, er ønskelig, slik at det kan passe inn i rom som tidligere var opptatt av leppetetninger, og tilføres i en innsatsenhet i én del uten setteklips.

I US-A-5378000 (Orlowski) beskrives en innsatsutforming med en labyrintkonfigurasjon hvor roteren og statoren er aksialt låst sammen med en fast deformerbar ringformet tetning eller en elastomer. Elastomeren er låst mellom to kontraroterende, rektangulært formede hulrom, som illustrert i figur 3 og 4 ifølge Orlowski. Elastomeren er gjenstand for friksjonsmotstand, mindre fra statoren og mer fra rotoren. Den av Orlowski beskrevne elastomer lider derfor av friksjonsslitasje mellom de to kontraroterende legemer. Denne friksjonsslitasjen forsterkes av følgende:

Den spisse vinkelen mellom rotoren 14’s overflater 23 og 22b og riller 21 og 22’s tre gjenværende hjørners 90-gradersvinkel, som kommer i kontakt med elastomeren (20). Orlowski stoler på de relativt ikke-skråskjærte overflater på disse fire punktene i kontakt med elastomeren, slik at aksial nærhet mellom rotoren og statoren bibeholdes.

́Alle kommersielt tilgjengelige elastomerer har en tverrsnittsstørrelsestoleranse. Denne er typisk /-3% av deres nominelle diameter. Størrelsen på Orlowskis definerte friksjonsmotstand er derfor ytterst variabel pga. denne elastomertoleransen og det faktum at riller 21 og 22 også vil ha tilknyttet en fremstillingsbreddetoleranse.

Under montering av tetningen på utstyret skyves og trekkes anordningen aksialt i takt med at den beveges til sin endelige kjøreposisjon. Denne aksiale forskyvning skyldes især friksjonstrekkreftene fra rotasjonselastomeren 15 og akselen 10. Denne aksiale forskyvning plasserer elastomeren 20 under forskyvningskrefter ettersom denne elastomeren er det eneste element som aksialt låser rotoren og statoren sammen. Det er derfor svært sannsynlig at friksjonsmotstanden mellom elastomeren og riller 21 og 22’s sider vil endres under montering.

Alle disse forhold innvirker på og øker hurtig slitasjen på elastomeren 20 og begrenser som sådan elastomerens nyttige tetningslevetid mot inntrengning eller utstrømming av stoffer.

Der henvises videre til CH 369329 A som kjennt innfor tetningsteknikk.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Ifølge et første aspekt av den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt en isolatortetning som omfatter:

et statorelement for plassering inn i rotasjonsutstyrets stator;

et rotorelement for plassering på rotasjonsutstyrets rotasjonsaksel;

hvor statorelementet og rotorelementet tilveiebringer respektive nærliggende overflater;

en statisk lukkeanordning som omfatter et fleksibelt, ringformet tetningselement som går i inngrep med begge nærliggende overflater når rotoren er i ro, og kobler fra en eller flere av rotor- og statoroverflatene når rotoren er i bevegelse; og

hvor minst én av overflatene er skråstilt i forhold til den langsgående akse i en vinkel på over eller under 90°.

Det foretrekkes at minst den ene av overflatenes skråstilling i forhold til lengeaksen er på fra 5° til 175°, især på fra 10° til 80° eller på fra 100° til 120° og navnlig på fra 30° til 60° eller på fra 120° til 150°. I en særlig utførelsesform ifølge oppfinnelsen kan skråstillingen være på ca. 45°.

Ifølge et andre aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebrakt en isolatortetning som omfatter:

et statorelement for plassering inn i rotasjonsutstyrets stator;

et rotorelement for plassering på rotasjonsutstyrets rotasjonsaksel; statorelementet og rotorelementet tilveiebringer respektive, nærliggende overflater; og

en statisk lukkeanordning som omfatter et fleksibelt ringformet tetningselement og et hjelpeelement som er bevegelig mellom en første posisjon, når rotorelementet er i ro, ved hvilken hjelpeelementet komprimerer det fleksible ringformede elementet inn i inngrep med begge overflatene, og en andre posisjon ved hvilken komprimeringen av det fleksible elementet reduseres, hvorved det fleksible ringformede elementet kobler fra én eller flere av rotor- og statoroverflatene når rotoren er i bevegelse.

Det foretrekkes at det fleksible tetningselementet er toroidalt.

Det foretrekkes at tetningen ytterligere innbefatter en labyrinttetning dannet mellom rotorelementet og statorelementet.

Det foretrekkes at tetningen ytterligere innbefatter minst én toveis frastøtingspumpeanordning.

Det foretrekkes at både rotorelementets og statorelementets overflater er skråstilte i forhold til lengdeaksen i en vinkel på over eller under 90°.

Det foretrekkes at rotor- og statorelementene er aksialt atskilt, men begrenset mot relativ aksial bevegelse ved minst ett radialt utstrakt element som dannes på ett av rotorog statorelementene.

Det foretrekkes især at rotor- og statorelementene er aksialt begrenset av to eller flere radialt utstrakte elementer.

Det foretrekkes at statorelementet er utstyrt med minst én kommunikasjonsåpning som strekker seg mellom en indre overflate av statorelementet og en ytre overflate av statorelementet. Det foretrekkes især at kommunikasjonsåpningen er nærliggende et radialt utstrakt element som er plassert på rotorelementet. Det foretrekkes at statorelementets indre overflate er i det vesentlige eksentrisk i forhold til rotorelementet og/eller, under anvendelse, rotasjonsakselen.

Det foretrekkes at kommunikasjonsåpningen under anvendelse er plassert ved tetningens laveste radiale punkt.

Det foretrekkes at statorelementet er forsynt med en rille som strekker seg radialt innover, på sin ytterste overflate og sin i det vesentlige eksentriske innerste overflate, idet rillen som strekker seg radialt, strekker seg til det radialt ytterste punktet på den innerste overflaten, hvilket skaper en kommunikasjonsåpning som forbinder statorelementets innerste og ytterste overflater.

Det foretrekkes at rotorelementenes og statorelementenes overflater sammen danner en ”v”-form. Det foretrekkes især at det fleksible ringformede elementet hviler inne i ”v”-formen ved en radial posisjon som er større enn det fleksible og ringformede elements nominelle radiale posisjon i sin frie tilstand.

Det foretrekkes at rotorelementet tilveiebringes med minst to frastøtingspumpeanordninger som er aksialt atskilte.

Det foretrekkes at rotor- og statorelementene hver er ett monolittisk stykke.

Det foretrekkes at rotor- og statorelementene er aksialt innspent i forhold til hverandre ved en eller flere skuldre som strekker seg radialt, hvor skuldrene strekker ut fra enten rotorelementet eller statorelementet eller fra en kombinasjon av elementene.

I en foretrukket utførelsesform omfatter rotorelementet to aksialt sammenføyde elementer, og statorelementet er ett monolittisk stykke. Den første av rotorelementdelene kan radialt plasseres inn i den andre av rotorelementdelene, idet begge sammenføyes ved hjelp av mekaniske, kjemiske eller andre fastgjøringsmåter for å danne enten en permanent eller en ikke-permanent fastgjøring.

En tetning ifølge den foreliggende oppfinnelse innbefatter fortrinnsvis et statorhus som har minst ett radialt utovervendende plasseringselement for plassering med utstyrskammeret. Plasseringselementet kan plasseres nærliggende en rille som strekker seg radialt, og som inneholder minst ett elastomert element for tetning av huset til utstyrskammeret. Det foretrekkes også at huset er utvendig overflate som strekker seg radialt utover, og som aksialt ligger an mot utstyrskammeret.

Det foretrekkes at rotoren inneholder minst én frastøtingspumpeanordning som omfatter minst ett element som strekker seg radialt innover, og som er plassert på rotorens omkrets.

Det foretrekkes at rotorelementet inneholder minst to frastøtingspumpeanordninger som er aksialt forskjøvet.

Det foretrekkes at frastøtingspumpeanordningen omfatter kontinuerlig og i det vesentlige konsentrisk rotoroverflate som svarer til en i det vesentlige ikke-konsentrisk statoroverflate.

Det foretrekkes at frastøtingspumpeanordningen omfatter minst ett element som strekker seg radialt innover, og som er plassert på rotorens omkrets.

Det foretrekkes at rotoren inneholder minst én frastøtingspumpeanordning som omfatter minst ett element som strekker seg radialt innover plassert på rotorens omkrets, nærliggende en i det vesentlige radialt skråstilt indre overflate av statoren.

Det foretrekkes at rotoren inneholder minst to frastøtingspumpeanordninger som er aksialt forskjøvet. Det foretrekkes at hver frastøtingspumpeanordning omfatter minst ett element som strekker seg radialt innover og som er plassert på rotorens omkrets nærliggende en i det vesentlige radialt skråstilt indre overflate av statoren.

Det foretrekkes at statorhuset inneholder minst ett indre element som har en midtposisjon som er forskjøvet i forhold til akselens midtposisjon. Det foretrekkes at statorhusets eksentriske indre element er nærliggende minst én frastøtingspumpeanordning i rotoren.

Det foretrekkes at statorhuset inneholder minst ett radialt kommunikasjonselement som kommuniserer husets innerste overflate med husets ytterste overflate. Det foretrekkes at det radiale kommunikasjonselementet, eller dreneringsåpning, er nærliggende minst én av frastøtingspumpeanordningene.

Det foretrekkes at statorhuset omfatter to aksialt sammenføyde elementer, og rotoren er ett monolittisk stykke.

Det foretrekkes at en stator radialt plasseres inn i den andre stator, begge sammenføyd ved hjelp av mekaniske, kjemiske eller hvilke som helst andre fastgjøringsmåter for å skape både permanent eller ikke-permanent fastgjøring.

Det foretrekkes at den radialt ytre stator inkorporerer et element som strekker seg radialt utover på sin ytterste overflate. Elementet som strekker seg radialt utover er nærliggende de to rotorelementenes radiale plassering.

Det foretrekkes at rotoren inneholder minst ett element som strekker seg radialt utover på sin ytre overflate, hvor elementet er plassert nærliggende og i tett nærhet på en indre overflate av statoren.

Utførelsesformer av labyrinttetninger ifølge den foreliggende oppfinnelse kan være slik at minst ett rotasjonselement og/eller ett stasjonært element kan være mekanisk festet til rotasjonsutstyrets gjenstander.

En tetning ifølge oppfinnelsen kan innbefatte et statorhus med minst ett aksialt gjennomgående hull eller spalte til anbringelse av en tapp eller bolt i en rotasjonsutstyrsgjenstand, idet den mekaniske tetnings hus derved kan fastgjøres til rotasjonsutstyret.

Det foretrekkes at et første statorhus radialt plasseres inn i et andre statorhus, hvor det første statorhus er indirekte aksialt forbundet med akselen via en rotor, idet det andre statorhus er direkte forbundet med utstyrets stasjonære hus. Det første statorhus kan gli aksialt i forhold til det andre statorhus. Det foretrekkes at den aksiale forskyvning begrenses mekanisk, hvorved en innsatsløsning bibeholdes.

Det foretrekkes at et første statorhus radialt og aksialt plasseres inn i et andre statorhus, idet det første statorhus er indirekte vinkelmessig forbundet med akselen via en rotor, idet det andre statorhus er direkte forbundet med utstyrets stasjonære hus. Det første statorhus kan gli vinkelmessig i forhold til det andre statorhus. Det foretrekkes at den vinkelmessige forskyvning begrenses mekanisk, hvorved en innsatsløsning bibeholdes.

Utførelsesformer av labyrinttetninger ifølge den foreliggende oppfinnelse kan være slik at minst ett rotasjonselement og/eller ett stasjonært element deles aksialt med henblikk på fastgjøring på utstyret. Det foretrekkes at de delte komponentene mekanisk fastgjøres radialt sammen etter installasjon på utstyret. Det foretrekkes også at deleutformingen fortrinnsvis innbefatter minst én radialt delt elastomer som etter installering rundt akselen samles på permanent måte.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en lagerbeskytter i form av en ikkekontaktskapende labyrinttypetetning.

Det henvises heri til et fleksibelt tetningselement i form av en elastomer eller O-ring som utgjør den statiske lukkeanordning eller del derav. Det er klart at et hvilket som helst elastomert eller fast deformerbart materiale kan være egnet. Selv om tetningselementene som vises i de vedlagte figurer har sirkulære tverrsnitt, er det klart at de kan ha ulik form, herunder én som tilveiebringer en kombinasjon av flate og/eller sirkulære overflater.

Beskrivelse av tegningene:

De vedlagte tegninger er som følger:

Figur 1 er en halv langsgående tverrsnittsgjengivelse av en utførelsesform av en labyrinttetningslagerbeskytter ifølge oppfinnelsen, montert på en aksel:

Figur 2A svarer til figur 1 og viser et snitt gjennom pumpefrastøteren langs linjen A-A;

Figur 2B svarer til figur 2A og viser en forstørret gjengivelse av dreneringsåpningen;

Figur 2C svarer til figur 2A og viser en alternativ utforming av dreneringsåpningen; Figur 2D viser en ytterligere utforming av dreneringsutformingen;

Figur 2E svarer til figur 1 og viser et snitt gjennom pumpefrastøteren langs linjen B-B;

Figur 2F svarer til figur 2E og viser en plangjengivelse langs C-C;

Figur 2 svarer til figur 1 og viser en forstørret delvis tverrsnittgjengivelse;

Figur 3A viser en forstørret delvis tverrsnittsgjengivelse ifølge en utførelsesform ifølge oppfinnelsen, som viser tetningen i den statiske tilstand;

Figur 3B svarer til figur 3A og viser en forstørret delvis tverrsnittsgjengivelse, som viser tetningen i sin dynamiske tilstand;

Figur 4A viser en forstørret delvis tverrsnittsgjengivelse av en utførelsesform ifølge oppfinnelsen;

Figur 4B viser en forstørret delvis tverrsnittsgjengivelse av en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen,

Figur 4C viser en forstørret delvis tverrsnittsgjengivelse av en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen,

Figur 4D viser en forstørret delvis tverrsnittsgjengivelse av en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen,

Figur 4E viser en forstørret delvis tverrsnittsgjengivelse av en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen,

Figur 4F viser en forstørret delvis tverrsnittsgjengivelse av en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen,

Figur 4G viser en forstørret delvis tverrsnittsgjengivelse av en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen,

Figur 5 viser en tverrsnittsgjengivelse av en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen, som viser en utforming i to deler, aksialt begrenset av en låsering som strekker seg radialt utover;

Figur 6 svarer til figur 5 og viser en forstørret delvis tverrsnittgjengivelse av denne utførelsesformen;

Figur 7 viser en forstørret delvis tverrsnittsgjengivelse av en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen;

Figur 8 viser en forstørret delvis tverrsnittsgjengivelse av en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen, som viser avmonteringslettheten fra utstyret.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet kun som eksempler, med henvisning til de vedlagte tegningene.

Generelt kan rotasjonstetninger ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendes ikke bare i tilfeller hvor akselen er et rotasjonselement og huset er et stasjonert element, men også i den omvendte situasjonen, dvs. når akselen er stasjonær og huset er roterende.

Videre kan oppfinnelsen inkorporeres i både rotasjons- og stasjonære arrangementer, og i innsats- og komponenttetninger med metalliske komponenter så vel som ikke-metalliske komponenter.

Med henvisning til de figur 1 i de vedlagte tegninger, er det illustrert en første utførelsesform ifølge oppfinnelsen, en lagerbeskytterenhet 350 som monteres på en gjenstand av rotasjonsutstyr. Utstyret innbefatter en rotasjonsaksel 351 og et stasjonært hus (ikke illustrert). Det stasjonære hus kan typisk inneholde et lager som ikke er illustrert.

Område ”X” ved en aksial ende av lagerbeskytterenheten 350 kan delvis inneholde fluid og/eller faste stoffer og/eller fremmedlegemer og/eller atmosfære. For klarhetens skyld vil det her henvises til som ”produktstoff” for å beskrive et enkelt eller blandet medium.

Område ”Y” ved den andre aksiale ende av lagerbeskytterenheten 350 kan også delvis inneholde fluid og/eller faste stoffer og/eller fremmedlegemer og/eller atmosfære. Det vil imidlertid betegnes ”atmosfærisk stoff” for å beskrive et enkelt eller blandet medium.

Lagerbeskytterenheten 350 innbefatter en rotorenhet 352 som omfatter et første rotorelement 14 som er radialt og aksialt plassert i forhold til et andre rotorelement 15. Rotorenheten 352 er plassert nærliggende et statorelement 353.

En sideseksjon A-A er vist i figur 2A. Dette er et snitt gjennom rille 18 på stator 17’s ytterste radiale overflate.

En sideseksjon B-B er vist i figur 2E. Dette er et snitt gjennom rille 19 på stator 17’s ytterste radiale overflate.

Idet det henvises til figur 2A inkorporerer det første rotorelementet 14 minst ett element som strekker seg radialt, nemlig spalte 25. Rotoren 14 er i det vesentlige konsentrisk i forhold til akselen 12 og roterer derfor på akselens midtlinje 26. Statoren 17 inneholder minst ett indre element, nemlig statorpumpebor 27. Den radiale åpning mellom rotor 14’s ytterste overflate og statorpumpeboret 27's innerste overflate tilveiebringer et pumpekammer 28.

Ut fra figur 2A kan det ses at statorpumpeboret 27 i det er vesentlige eksentrisk i forhold til både rotor 14 og aksel 12 og har en midtlinje 29. Størrelsen av eksentrisiteten mellom rotor 14 og statorpumpebor 27 er vist som den radiale avstand ”Z” mellom de respektive midtlinjer 26 og 29.

Et resultat av denne eksentrisitet, den radiale åpning mellom rotoren 14 og statorpumpeboret 27, er ikke konstant rundt enheten 350’s omkrets. Som vist i figur 2A er den radiale åpning 30 ved klokken 12-posisjon i det vesentlige mindre enn den radiale åpning 31 vist ved klokken 6-posisjonen.

Et hvilket som helst fluid som kommer inn i pumpekammeret 28, utsettes for endringene i radial åpning, ettersom det periferisk bæres av rotorspalten 25. Denne endringen i radial åpning skaper en endring i trykket fra fluidet som arbeider i den radiale åpning. Denne endringen i fluidtrykk fremmer periferisk fluidbevegelse fra den lille radiale åpningsposisjon 30 til den store radiale åpningsposisjon 31.

Fra figur 2A, ekstern rille 18 i stator 17 også i det vesentlige er konsentrisk i forhold til akselen 12. Ved den radialt laveste posisjon på tverrsnittsendegjengivelsen, betegnet klokken 6, illustrerer figur 2A et radialt gjennombrudd av den konsentriske rille 18 med statorpumpeboret 27. En forstørret gjengivelse av dette elementet vises i figur 2B. Fra figur 2B skaper dette gjennombruddet kommunikasjonsåpningen 35 mellom statoren 17’s innerste område og statoren 17's ytterste område. Fordelen ved denne automatisk genererte kommunikasjonsåpningen 35 er at åpningen alltid vil oppstå ved den største radiale åpningsposisjon 31 uavhengig av maskin, fremstillingsteknikk eller anvendt operatør. Dette gir fordeler for forsyningsselskapet.

Figur 2C svarer til figur 2B og viser en alternativ utførelsesform hvor statorpumpeboret 27 innbefatter et ytterligere innvendig område 36 som strekker seg radialt. Dette området som strekker seg radialt skaper en automatisk kommunikasjonsåpning 37 hvor lengden på åpningen 37 er tettere regulert med mindre variasjon, gitt de tilknyttede naturlige fremstillingstoleranser for bor 27 og rille 18.

Figur 2D svarer til figur 2B og viser en ytterligere alternativ utførelsesform hvor kommunikasjonsåpningen 38 tilveiebringes ved en valset spalte eller et boret hull som strekker seg gjennom stator 17.

Figur 2E svarer til figur 1 og illustrerer en ytterligere utførelsesform som viser et frastøtingspumpearrangement nærliggende produktstoffside.

Ut fra figur 2E og figur 1 kan det ses at den andre rotor 15 inkorporerer minst element som strekker seg radialt, nemlig spalter 45. Rotoren 15 er i det vesentlige konsentrisk til akselen 12 og roterer derfor på akselens midtlinje 46. Statoren 17 innbefatter minst ett indre element, nemlig statorpumpebor 47. Den radiale åpning mellom rotor 15’s ytterste overflate og statorpumpeboret 47's innerste overflate er pumpekammer 48.

Statorpumpeboret 47 er i det vesentlige eksentrisk i forhold til både rotor 15 og aksel 12 og har en midtlinje 49. Størrelsen av eksentrisiteten mellom rotor 15 og statorpumpebor 47 er vist som den radiale avstand ”W” mellom de respektive midtlinjer 46 og 49.

Som et resultat av denne eksentrisitet er at den radiale åpning mellom rotoren 15 og statorpumpeboret 47 ikke konstant rundt enheten 350’s omkrets. Som vist i figur 2E er den radiale åpning 50 ved klokken 12-posisjonen i det vesentlige mindre enn den radiale åpning 51 ved klokken 6-posisjonen.

Igjen utsettes et hvilken som helst fluid som kommer inn i pumpekammeret 48 for endringene i radial åpning, ettersom det bæres periferisk av rotorspalten 45. Denne endringen i radial åpning skaper en endring i trykket fra fluidet som arbeider i den radiale åpning. Denne endringen i fluidtrykk fremmer periferisk fluidbevegelse fra den lille radiale åpningsposisjon 50 til den store radiale åpningsposisjon 51.

De ikke-periferiske kontinuerlige rotorspalter eller -fordypninger 45 som strekker seg radialt på rotorens ytre overflater er ikke essensielle for å fremme fluidbevegelse. Virkningen av to kontraroterende overflater som er ikke-konsentrisk brakt på linje er ofte tilstrekkelig til å frastøte og/eller pumpe fluid.

Likeledes kan to kontraroterende overflater som i det vesentlige er konsentrisk brakt på linje, hvor én, fortrinnsvis rotoren, inneholder radialt utstrakt, ikke-periferisk kontinuerlig rotorspalte eller fordypning, være tilstrekkelig til å frastøte og/eller pumpe fluid.

Ut fra figur 2E og 1 kan det ses at ekstern rille 19 i stator 17 i det vesentlige er konsentrisk i forhold til akselen 12. Ved den radialt laveste posisjon på tverrsnittsendegjengivelsen, betegnet klokken 6, illustrerer figur 2E et radialt kommunikasjonsgjennombrudd 55 av den konsentriske rille 19 med statorpumpeboret 47. Dette er ytterligere illustrert i figur 2F som er en plangjengivelse langs gjengivelse C-C ifølge figur 2E. Dette gjennombruddet skaper kommunikasjonsåpningen 55 mellom statoren 353’s innerste og ytterste områder. Denne kombinasjonen av ekstern konsentrisk rille 19 og eksentrisk statorpumpebor 47 skaper en automatisk kommunikasjonsåpning 55 ved den største radiale åpningsposisjon 51.

Det er klart at kommunikasjonsåpningen 55's posisjon kan være ved en hvilken som helst periferisk plassering i forhold til den skiftende radiale åpningen mellom rotoren og statoren. Eksempelvis kan kommunikasjonsåpningen i noen applikasjoner være mer egnet ved en posisjon nærliggende den minste radiale åpningsposisjonen mellom rotor og stator, ettersom denne svarer til posisjonen med høyest fluidtrykkforskjell, hvorved det gjøres bruk av det relativt høye fluidtrykket for å tvinge fluid ut av kommunikasjonsåpningen.

Den erfarne leser vil bemerke at det kan anvendes ett eller to pumpesystemer. Det foretrekkes at det tilveiebringes et dobbelt frastøtingspumpesystem med en frastøter på siden med atmosfærisk stoff og en frastøter på siden med produktstoff, ettersom både inntrengningen og utstrømmingen av stoff frastøtes fra hver side av enheten 350.

De store radiale åpninger 31 og 51, og dermed kommunikasjonsåpningene 37 og 55, kan, hvis det skulle bli behov for det, posisjoneres i et hvilket som helst vinkelforhold til hverandre ved ganske enkelt å endre den vinkelmessig bearbeidede maskinretning mellom de eksentriske pumpeborene på stator 353’s ender med atmosfærisk og produktstoff.

Antallet og/eller størrelsen og/eller den vinkelmessige orientering av pumpespalter 25 og 45 kan endres til å passe til den applikasjonen som tettes.

Det foretrekkes at frastøtingspumpeutformingen på begge sider av oppfinnelsen er omtrent i balanse og lik hverandre slik at inntrengning og/eller utstrømming ikke fremmes på noen bestemt måte.

Leseren vil bemerke at den toroidale stator-til-rotor-elastomeren 354 fanges radialt av rotorens indre overflate 355 og rotorens ytre overflate 356. 354 kan imidlertid beveges aksialt med henblikk på å gå i tetningsmessig inngrep med statoren.

Nærliggende elastomer 354 er roterende aksialt forspenningselastomer 357. Den aksiale forspenningselastomeren 357 er fortrinnsvis radialt større enn elastomer 355, men av tilsvarende tverrsnittsreal. Aksialt forspent elastomer 357 fanges aksialt mellom rotoren 352’s aksiale overflate 358 og elastomeren 354 ́s aksiale overflate. Det foretrekkes at elastomeren 357 er litt aksialt komprimert, hvorved den utøver en aksial kraft på elastomer 354 idet den tvinges til forseglelig å gå i inngrep med stator 353.

Den aksiale forspente elastomer 357 kan strekke seg periferisk i rotorfordypning 359 som vist mer tydelig i figur 2. Radial fordypning 359 i rotor 352 er fortrinnsvis 0,254mm radialt større enn elastomer 357’s ytterste overflate. Det foretrekkes at den nærliggende overflate 362 er radialt skråstilt, som vist. Overflaten kan imidlertid være vinkelrett i forhold til aksel 351.

Følgelig er det stator 353 til rotor 352-tetning når utstyrsakselen 351 og tetningen 350 er i ro. Når utstyrsakselen 351 og tetning 350 er i bevegelse, utsettes elastomeren 357 for sentrifugalkrefter av, rotasjonsenheten får elastomeren 357 til å strekkes periferisk. Denne periferiske strekkehandling fjerner den aksiale forspenningskraft fra elastomer 354, idet elastomeren 354 settes i stand til aksialt å strømme i den radialt innesluttede fordypning. Friksjonsmotstanden mellom elastomer 354 og stator 353 er tilstrekkelig til å få elastomeren 354 til å beveges aksialt inn i det rommet som tidligere var opptatt av elastomer 357, hvorved det skapes en aksial åpning mellom rotorenheten 352 og statoren 353.

Idet det henvises til figur 3A, som viser tetningen 360 i statisk posisjon, går rotasjonselastomer 354 forseglelig i inngrep med stator 353 ved overflate 362. I den dynamiske posisjon vist i figur 3B, forskyves rotasjonselastomer 354 aksialt fra stator 353 og viser en aksial åpning 363.

Aksial rotoroverflate 358 er aksialt skråstilt, som indikert ved 364, slik at den aksiale åpning ”N” nærliggende elastomer 357’s innerste overflate er aksialt mindre enn den aksiale åpning ”M” nærliggende elastomer 357’s ytterste overflate.

Når utstyret er i ro, er elastomer 357’s innerste overflate typisk 0,127mm til 0,254mm radialt større enn sin nominelle radiale størrelse i sin frie tilstand, heri betegnet radial forspenning.

Kombinasjonen av den innledningsvise radiale forbelastning på elastomer 357 og den aksialt skråstilte overflate 358 fremmer at det utøves en aksial kraft på elastomer 354. I takt med at elastomer 357 strekkes periferisk, får den skråstilte overflate 358 aktivt en aksial åpning til å skapes.

Det ovenfor beskrevne arrangement har betydelige tekniske fordeler. For det første er et aksialt tetningsinngrep mellom rotoren og statoren en mer driftssikker løsning enn et radialt tetningsinngrep.

For det andre kan de respektive elastomerer 354 og 357’s materialegenskaper, især tettheten, utvelges teknisk for å passe formålet med disse elastomerene. Eksempelvis foretrekkes det at elastomer 354 er en hard elastomer, typisk med en hardhet på mellom 70 og 90 Shore, slik at den er mer motstandsdyktig overfor kontrarotasjonell friksjonsslitasje. Det foretrekkes at elastomer 357 er mer fleksibel og periferisk strekkbar og typisk har en Shore-hardhet på 40-70.

Det kan ikke bare velges ulike tettheter for det samme materiale, det kan også velges ulike materialer. Eksempelvis kan elastomer 354 fremstilles av et PTFE-materiale, mens elastomer 357 kan fremstilles av et materiale slik som Viton, som leveres av Dupont Dow Elastomers. Som er ytterligere eksempel kan elastomer 354's materiale velges slik at det innbefatter selvsmørende egenskaper, hvilket gjør den ideell til å ha grenseflate med motglidende og/eller -roterende overflater.

Idet det henvises til figur 4A tilveiebringer et alternativt arrangement betydelige fordeler ved at elastomer 370 kan ha en fast toroidal form med et mindre tverrsnittsareal enn elastomer 371. Elastomeren 370 er derfor mer tilbøyelig til å strekkes periferisk i applikasjoner med langsommere akselhastighet.

Idet det henvises til figur 4B tilveiebringer en alternativ utforming betydelig fordeler ved at elastomer 375 kan ha en fast toroidform med et større tverrsnittsareal enn elastomer 376. Elastomer 375 bibringer derfor elastomer 376 en større grad av aksial kompresjon.

Idet det henvises til figur 4C tilveiebringer en ytterligere alternativ utforming betydelige fordeler ved at elastomer 380 har en hul toroidform. Elastomer 380 er derfor mer tilbøyelig til å strekkes periferisk i applikasjoner med langsommere akselhastighet.

Det aksiale forspente element 357, 370, 375 og/eller 380 kan være et fjærlignende element eller et kileformet element. En hvilken som helst type toroidform kan faktisk anvendes, som eksemplifisert av figur 4D, 4E, 4F og 4G som hermed beskrives.

Figur 4D viser et fjærlignende element 385 som det aksiale forspente element, nærliggende tetningselementet 386. Fjærlignende element 385 er en ringformet spiralfjær med lukket sløyfe som er periferisk strekkbar når den utsettes for en intern radial kraft som er større enn fjærens innebygde spenning.

Figur 4E viser et kilelignende element 390 som eventuelt er fullstendig eller delvis radialt delt ved et eller flere periferiske punkter. Kileelement 390 tilveiebringer en eller flere vinkeloverflater 391 som bibringer tetningselementet 392 aksial forspenning.

Figur 4F viser et fjærlignende element 393, som aktiverer et kilelignende element 394 som igjen tilveiebringer aksial forbelastning til tetningselementet 395.

Figur 4G viser en leppelignende toroid 396 som tilveiebringer den primære lukketetning mellom kontraroterende deler 397 og 398. Leppelignende toroid 396 kan aktiveres aksialt ved hjelp av hvilke som helst egnede organer, herunder, som vist, et fjærlignende element 399.

Idet det henvises til figur 5 vises en tetning 400 som omfatter en rotor 401 og en stator 402. Rotoren 401 er aksialt begrenset ved statorens skulder 403 som strekker seg radialt og låsering 404.

Rotoren 401 tetnes og tilknyttes roterbart til utstyrsakselens 405 ved hjelp av elastomer 406 og statoren forsegles og tilknyttes roterbart til utstyrshuset 407 ved hjelp av elastomer 408.

Rotoren 401 inneholder en eller flere tagger410 og/eller 411 og/eller 412 som strekker seg radialt på rotoren 401’s utovereksponerte overflater nærliggende stator 402’s innovereksponerte overflater 413, 414.

Statoroverflater 413 og/eller 414 er ikke-konsentriske i forhold til rotoroverflatene 410 og/eller 411 som illustrert i den lavere delen av tverrsnittet ved posisjon 416 og 417. De ikke-konsentriske overflatenes varierende radiale åpning mellom rotorens utovervendte overflate og statorens innovervendte overflate fremmer fluidbevegelse.

Det skal bemerkes at tetningen 400 ikke nødvendigvis krever radiale, ikkekontinuerlige fordypninger eller pumpespalter på rotorens ytre overflater 410 og/eller 411 for å fremme fluidbevegelse.

Idet det henvises til figur 6 vises lukningselementet som omfatter fast toroid 420, aksialt aktivert ved hjelp av fast toroid 421, mer detaljert. Konstruksjonen av den monolittiske rotor 401 tilveiebringer et hulrom 422 som strekker seg aksialt, og som inneholder minst én utovervendt overflate 423 og minst én innovervendt overflate 424, men fortrinnsvis to innovervendte overflater 424 og 425.

Idet det henvises til figur 7 innbefatter tetning 450 et hus 451 som er radialt utstrakt med henblikk på utskifting av lagerkammerets deksellokk (vist som en separat enhet i tidligere figurer). Dette har vesentlige kommersielle fordeler for en produsent av rotasjonsutstyr ved at det eliminerer en del av den samlede enheten.

Hus 451 inneholder et aksialt hull 452 som tilsvarer et gjengehull 453 i rotasjonsutstyrets lagerkammer 454, hvilket tillater at huset 451 fastgjøres aksialt til lagerkammeret 454.

Figur 7 viser hvordan rotasjonsenheten 460 frakobles fra huset 451, mens huset forblir in situ med et rotasjonsutstyrs lagerkammer 454. Utformingen yter således letthet ved reparasjon og/eller utskifting av kontraroterende slitasjeelementer 461.

Nå følger en oppsummering av de ulike utførelsesformene av oppfinnelsen som beskrevet over.

Utførelsesformen ifølge figur 1 er en ikke-kontaktskapende innsatstetning av labyrinttypen som omfatter en eller flere radiale tagger som skaper en labyrint, to frastøtingspumpeanordninger ved produktsiden og siden med atmosfærisk stoff og en lukkeanordning. Denne utformingen er især fordelaktig til å hindre inntrengning og utstrømming av fluid og/eller fast stoff inn i et lagerhulrom.

Utførelsesformene ifølge figur 2 er særlig fordelaktige for brukeren, ettersom ikke kun er pumpesystemet svært effektivt under anvendelse av en rotor som arbeider i et eksentrisk pumpekammer, men fordi anordningen er rotasjonsmessig toveis. Dette betyr at den samme ikke-kontaktskapende lagerbeskytter ifølge oppfinnelsen kan anvendes til å forsegle begge ender av et typisk industrielt lagerkammer hvor akselen roterer både med klokken (som sett fra en side av kammeret) og mot klokken.

Utførelsesformene i figur 3A til 4G ifølge oppfinnelsen gir en lang rekke ytterligere toroidformer for elementet som strekker seg periferisk, og rotor-til-statortetningselementet, som især er fordelaktig i applikasjoner med lavere akselhastigheter.

Utførelsesformene ifølge figur 5 og 6 illustrerer en rotorutforming i én del hvor rotoren inneholder en rille som strekker seg aksialt og radialt som ett monolittisk element. Denne utførelsesformen har kommersielle fordeler i forhold til rotorutformingen med to deler ved at den har færre deler.

Utførelsesformen ifølge figur 7 og 8 ifølge oppfinnelsen illustrerer et lagerbeskyttelseshus som også fungerer som lagerhusets dekkplate. Dette er kommersielt fordelaktig for en produsent av rotasjonsutstyr ettersom det reduserer én del av den samlede montering. Denne utførelsesformen har et hus som strekker seg radialt og som tilveiebringer en fremgangsmåte til aksial klemming og/eller fastgjøring til rotasjonsutstyrets lagerkammer.

Oppfinnelsen kan, som eksemplifisert over, anvendes til å tette, beskytte og isolere lagerkammere, ventilatorer, pumper, blandere, blåsere, rotasjonsventiler, elektriske motorer og alle andre rotasjonsutstyrenheter som krever beskyttelse med inntrengningsog/eller utstrømmingsstoff.

Claims (22)

KRAV

1. Isolatortetning (350) som omfatter:

et statorelement (353) for plassering inn i det roterende utstyrs stator;

et rotorelement (352) for plassering på et roterende utstyrs rotasjonsaksel; statorelementet og rotorelementet tilveiebringer respektive, nærliggende overflater (362, 355/356, 258); karakterisert ved ytterligere og omfatte

en statisk lukkeanordning som omfatter et fleksibelt ringformet tetningselement (354) og et hjelpeelement (357) som er bevegelig mellom en første posisjon, når rotorelementet (352) er i ro, ved hvilken hjelpeelementet komprimerer det fleksible ringformede elementet (354) inn i inngrep med begge overflatene (362, 358), og en andre plassering ved hvilken komprimeringen av det fleksible elementet reduseres, hvorved det fleksible ringformede elementet (354) kobler fra én eller flere av rotor- og statoroverflatene (362, 358) når rotoren er i bevegelse.

2. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor det fleksible tetningselement er toroidalt.

3. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav og ytterligere innbefattende en labyrinttetning som dannes mellom rotorelementet (352) og statorelementet (353).

4. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav og som ytterligere innbefatter minst én toveis frastøtingspumpeanordning.

5. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor minst én av overflatene (362, 358) er skråstilt i forhold til den langsgående adgang i en vinkel på over eller under 90°.

6. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor minst én av overflatenes (362, 358) skråstilling i forhold til lengdeaksen er på mellom 5° og 175°.

7. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor minst én av overflatenes (362, 358) skråstilling i forhold til lengdeaksen er på mellom 10° og 80° eller på mellom 100° og 120°.

8. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor minst én av overflatenes (362, 358) skråstilling i forhold til lengdeaksen er på fra 30° til 60° eller på fra 120° til 150°.

9. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor minst én av overflatenes skråstilling i forhold til lengdeaksen er på ca. 45°.

10. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor både rotorelementets (352) og statorelementets (353) overflater (362, 358) er skråstilt i forhold til lengdeakselen i en vinkel på over eller under 90°.

11. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor rotorog statorelementene er aksialt atskilt, men begrenset mot relativ aksial bevegelse ved minst ett radialt utstrakt element som dannes på én av rotor- og statorelementet.

12. Isolatortetning (350) ifølge det foregående krav, hvor rotorelementet (352) og statorelementet (353) begrenses aksialt av to eller flere radialt utstrakte elementer.

13. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor statorelementet er utstyrt med minst én kommunikasjonsåpning (38) som strekker seg mellom en indre overflate av statorelementet til en ytre overflate av statorelementet.

14. Isolatortetning (350) ifølge krav 13, hvor kommunikasjonsåpningen (38) er nærliggende et radialt utstrakt element (45) som er plassert på rotorelementet.

15. Isolatortetning (350) ifølge krav 13 eller krav 14, hvor statorelementets (353) indre overflate (27) er i det vesentlige eksentrisk i forhold til rotorelementet (352) og/eller, under anvendelse, rotasjonsaksen (351).

16. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av krav 13 til 15, hvor denne kommunikasjonsåpningen (38) under anvendelse er plassert ved tetningens laveste radiale punkt.

17. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor statorelementet (353) er forsynt med en rille (19) som strekker seg radialt innover på sin ytterste overflate og en i det vesentlige eksentrisk innerste overflate (47), hvor den radialt utstrakt rille (19) strekker seg til det radialt ytterste punktet på den innerste overflaten, hvilket skaper en kommunikasjonsåpning som forbinder statorelementets (353) innerste og ytterste overflater.

18. Isolatortetning (350) ifølge de foregående krav, hvor overflatene (362, 358) sammen danner en ”v”-form.

19. Isolatortetning (350) ifølge krav 18, hvor det fleksible ringformede tetningselementet (354) hviler inne i ”v”-formen ved en radial plassering som er større enn det fleksible ringformede tetningselements (354) nominelle radiale plassering i sin frie tilstand.

20. Isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor rotorelementet (352) er forsynt med minst to frastøtingspumpeanordninger som er aksialt atskilte.

21. Innsatstetning som inkorporerer en isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav.

22. Lagerbeskyttelse som inkorporerer en isolatortetning (350) ifølge et hvilket som helst av krav 1 til 20.