NO763365L - - Google Patents

Description

Akseltetning.

Foreliggende oppfinnelse angår en fluidum/fluidum-, akseltetning for anvendelse i en rotasjonsmaskin, og særlig en tetningsanordning der et tetningsfluidum under høyt trykk benyttes til trykkbalansering av en eller, fleré trykksvikt-bøssinger i anordningen for å hindre bøssingen i å låse seg fast i maskinrammen.

For mange anvendelser, i hurtiggående høytrykks-maskiner, f.eks. innenfor det felt som omfatter turbiner og kompressorer, er de roterende maskinkomponenter montert på en aksel og akselen er lagret for rotasjon i.en åpning i endeveggen av et hus som står under trykk. Akseltetningen er som regel plasert inne i åpningen for akselen. Når akselen roterer under belastning, vil den vibrere eller bøye seg. Det har vist seg at den nedbøyde aksel kan bevege akseltetningene slik at disse kommer i anlegg mot den stasjonære maskinramme. Når tetningen er i anlegg på denne måte, vil den virke som et lager i forhold til akselen, og den må oppta en del av akselbelast-ningen i lagersysternet. Dette har på sin side en uheldig inn-virkning på driften av maskinen og hindrer aksellagrene i å reagere effektivt på akselvibrasjoner ved kritiske arbeidshastigheter.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er derfor å forbedre akseltetninger som benyttes i roterende maskiner. Videre er det en hensikt med foreliggende oppfinnelse å hindre akseltetninger som anvendes i roterende maskiner i å låse seg eller binde mot den stasjonære maskinramme.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en akseltetningsanordning med,komponenter som er i stand til å bevege seg fritt i radialretningen for tilpasning til akselen når denne bøyer seg under belastning, mens tetningen forøvrig

forblir upåvirket.

Disse og andre hensikter med oppfinnelsen er oppnådd ved hjelp av en fluidum/fluidum akseltetningsanordning som har minst en trykksviktbøssing anbrakt i området ved fluidumtet-ningen, hvilken bøssing omgir akselen og er løst i en stator-åpning slik at høytrykks-tetningsfluidum kan dekke den ytre omkrets av bøssingen, og omfattende en balanseringsring som virker mellom bøssingen og minst en vegg i statoråpningen for dannelse av en tetning mellom disse deler, der balanseringsringen er plasert slik at de aksiale krefter som utøves av det tettende

høytrykksfluidum på bøssingen stort sett blir balansert, slik

at bøssingen kan forskyves radielt av akselen uten å binde i maskinrammen.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjen-gitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der: Fig. 1, delvis i snitt, viser en akseltetningsanordning utført i henhold til oppfinnelsen og montert i endeveggen av en rotasjonsmaskin,

fig. 2 viser i forstørret målestokk et snitt gjennom

akseltetningsanordningen i rotasjonsmaskinen på fig. 1,

fig. 3 viser et delsnitt tatt etter linjen 3-3 på

fig. 2 og

fig. 4 viser, delvis i snitt og delvis sett fra siden, et bruddstykke av trykksviktbøssingen som er vist på fig. 2 med

en alternativ, måte å balansere tetningsbøssingen på i anordningen.

På fig. 1 er det vist en endevegg i en rotasjonsmaskin 10, f.eks. en turbin eller en kompressor, med en opplagret rotoraksel 17. Endeveggen 11 bæres i en åpning i det ytre hus 12 av maskinen, og er sikret mot aksialbevegelse mot det indre

hus 13 for maskinen ved hjelp av en kile.15. En akselåpning 16 er utformet i endeveggen og maskinakselen 17 ligger i denne åpning. I åpningen finnes en tetningsanordning 20, og et flek-sibelt dempet lager 22 omgir akselen. Selv om den foreliggende __t^jtnin£sanordning er vist anvendt sammen med et fleksibelt__dempet lagerjskal det påpekes at'tetningsanordningen kan benyttes sammen med en hvilken som helst hensiktsmessig lagerutførelse. Tet-

ningsanordningen skal sørge for en fluidumtetning rundt akselen for å hindre arbeidsfluider som står under trykk i maskinhuset i å unnvike gjennom akselåpningen. Den generelle oppbygning av tetningen svarer, til den som er beskrevet i U.S. patent nr. 3.695.627. Som beskrevet i U.S. patent nr. 3.456.992 er det fleksible dempede lager opphengt i en stasjonær maskin-komponent, såsom endeveggen, ved hjelp av en rekke ettergivende fjærer som gir lageret en avstemt mekanisk følsomhet overfor akselvibrasjoner. En fluidumfilm finnes også i lageranordningen og den virker mellom den stasjonære endevegg og den bevegelige lagerkomponent for ytterligere å dempe lagerets følsomhet ved kritiske arbeidshastigheter. Lageret er spesielt utført for å dempe skadelige virkninger av akselvibrasjoner ved resonans-frekvenser. Enhver påvirkning utenfra som kan innvirke på driften av lageret vil ha en skadelig virkning på driften av maskinen. En slik påvirkning har vist seg å være akseltetningene som det er behov for ved denne type maskineri.

Som vist på fig. 1 sitter tetningsanordningen i den samme komponent, det vil si i endeveggen, som det fleksible dempede lager, og blir i alminnelighet montert tett ved dette. Når akselen nedbøyes eller vibrerer denne belastning,kan tetningskomponentene binde eller på annen måte kile seg mot ende-veggkonstruksjonen, og som en følge av dette blir tetningsanordningen krysskoplet med lageranordningen gjennom endeveggen. Tetningskomponentene som får fast. anlegg mot endeveggen vil dermed virke som et lager i forhold til akselen og hindre hoved-lageret i å virke som beregnet og forutsatt. Som forklart mer i detalj i det følgende har akseltetningen fleksibilitet til fritt å kunne bevege seg i overensstemmelse med akselens beveg-else uten fare for at tetningskomponentene blir låst eller fastkilt ved endeveggen, samtidig med at tetningens tettende virkning bibeholdes.

Fig. 2 og 3 viser en fluidum/fluidum akseltetning som innbefatter en enhet. Denne er generelt betegnet med 30, og videre omfatter den et par sylindriske sviktbøssinger 31, 32, og et par ringformede statorer 34, 35 som bøssingene er løst anbrakt i., Gassiden av enheten er bygget opp med en fordelings-ring 37 som er festet, f.eks. med bolter til en drenerihgsring 38, og de to ringer danner sammen en strømningskanal 40. I strømningskanalen ligger det en stort sett ringformet front-bøssing 41. Den radielt rettede del av frontbøssingeh er festet i strømningskanalen ved hjelp av en sirkulær bølgefjær 42 som virker mellom fordelingsringen 37. pg det forreste tetnings-légeme for å drive bøssingen i anlegg mot dreneringsringen 38. En O-ring 43 er plasert mellom tetningen på gassiden pg dreneringsringen for å tilveiebringe en fluidumtetning mellom disse. På samme måte er en ytterligere O-ring 4.4 anbrakt mellom dreneringsringen og endeveggen for å hindre at fluider passerer mellom disse deler.

Ved montering blir enheten ført over akselen og brakt i anlegg mot en anleggsfiate 46 i endeveggen. Enheten sikres mot rotasjon ved hjelp av ikke viste pinner som stikker gjennom endeveggen og tetningsenheten. En aksialt rettet sylinder 39 . finnes i hoveddelen for frontbøssingen.og' omgir akselen med en tett glidepasning. Den radielt rettede del 41 av tetningen som er festet i enheten ved hjelp av bølgefjæren 42 har tilstrekkelig radiell bevegelighet til å oppta enhver radiell be-vegelse av akselen som kan finne sted i dette begrensede"omfåde. Med enheten på plass blir trykksviktbøssingen 31 innført i en tilpasset åpning 47 i fordelingsringen, og den første stator 34 blir ført over bøssingen. Statoren har også en tilpasset åpning 48 som når det hele ér montert, samvirker med åpningen 47 i fordelingsringen på en slik måte at det fremkommer et forholdsvis betydelig kammer rundt baksiden av bøssingen. En ytterligere trykksviktbøssing 32 for lavere trykk blir så anbrakt over akselen, og den ytre stator 35 anbrakt over bøssingen. Her har den ytre stator igjen en forholdsvis stor åpning 49 hvori bøssingen 32 er løst opptatt. Hele anordningen blir så låst på plass ved hjelp av en skjærkile 50 med statorene tettende i anlegg mot endeveggen ved hjelp av O-ringer 52, 53. Det er ikke vist, men det skal påpekes at bøssingen og statorringene hindres i å rotere anordningen ved hjelp av rotasjonshindrende pinner som i alminnelighet anvendes på det felt det her er tale om.

I praksis blir et høytrykks tetningsfluidum, som regel olje, innført i tetningsanordningen gjennom et ringformet kammer 55 i endeveggen. Trykket på tetningsfluidet holdes på et noe

høyere trykk enn trykket på arbeidsfluidet som finnes i maskinen. Tetningsfluidet kommer inn i strømningspassasjen 40 i enheten

og bringes forbi bølgefjæren og i kontakt med akselen ved ut-løpsåpningen 56. En rekke porter 75 finnes i den aksialt rettede arm av den forreste bøssing, og disse fører tetnings-fluid inn i et ringformet spor 57 under sylinderen for å skape , en positiv fluidumtetning under den forreste bøssing. Det har vist seg at anordningen av porter reduserer pumpevirkningen fra akselen i dette område og understøtter god dannelse av en tetning ved den kritiske fluidum/fluidum skilleflate. Buede horn 53 er utformet på gassiden av tetningen ved innløpet til hver port for å hindre dannelse av fluidumhvirvler ved disse innløp, idet slike hvirvler kan danne hindringer for fri gjen-nomstrømning av fluidet.

Fordi tetningsfluidet har et noe høyere trykk enn

det fluidum som befinner seg i maskinen vil noe tetningsfluidum bevege seg innad under tetningens gasside mot det indre av karet som står under trykk. Dette fluidum tillates å strømme utad gjennom radielle kanaler 58 som er utformet i dreneringsringen og blir til slutt samlet i et forurensningsløp 59 der det kan drives ut av maskinen.

Størsteparten av tetningsfluidet som bringes i kontakt med akselen vil imidlertid bevege seg langs denne under trykksviktbøssingene mot utsiden av akselåpningen. På grunn av den klaring som holdes mellom bøssingen og akselen blir trykket på tetningsfluidet strupet eller brutt ned idet fluidet beveger seg gjennom hvert bøssingområde. Ved den her viste utførelses-form der to sviktbøssinger finnes i anordningen,vil omtrent halvparten av.det totale trykk på tetningsfluidet falle over hver bøssing.

Som tidligere nevnt er sviktbøssingene innlagt i en forholdsvis stor åpning i husringene. Disse åpninger holdes i fluidumforbindelse med tetningsfluidet under høyt trykk som beveger seg langs akselen,og som et resultat blir dette høy-trykksfluidum ført rundt bøssingene for å omgi eller dekke bak-, siden av disse. Som best vist på fig. 3 er akselen avtrappet under hver bøssing tett ved deres lavtrykksside for å skape en lomme eller et tomrom 60 på undersiden. Et innbøyet,hengende ben 61 bæres av hver bøssing som strekker seg radielt inn i tomrommet. Den radielle lengde av benet er tilstrekkelig til å føre benet under det,hevede parti av akselen som stikker gjennom bussingens hoveddel. En ringformet balanseringsring 6 3 bæres på utsiden av benet som har en plan flate 65 beregnet på å

gli i berøring med den tilstøtende sidevegg av statoråpningen.. Ringen er fortrinnsvis som vist utført i ett med bøssingen. Det skal imidlertid påpekes at ringen kan ha en hvilken som helst, passende form. Således kan ringen utføres som en egen del på statoren med den nevnte flate i glidende kontakt med bøssing-armen eller som en uavhengig del understøttet i et spor som er måskinert ut enten i ringen eller statorveggen. Den diametrale midtlinje for balanseringsringen ligger stort sett i flukt med den ytre omkrets av det hevede parti på akselen som stikker gjennom bøssingen. Under drift vil den plane flate som er utformet på ringen virke som ét tetningspunkt for å hindre høy-, trykksfluidum i å passere helt rundt utsiden av hver bøssing og derved løpe sammen med den fluidumstrøm som er blitt strupt til et lavere trykk under bøssingen.

Idet tetningsfluidet passerer over baksiden av bøs-singen vil et ensartet trykk bli utøvet av fluidet over den ytre omkrets av bøssingen. Den plane flate 65 som er måskinert på balanseringsringen virker som en reguleringsflate i systemet som, på grunn av sin hensiktsmessige plasering, reduserer de aksiale krefter som virker på bøssingen til et minimum slik at tetningsringen kan bevege seg i anlegg mot statorveggen uten å binde seg eller kile seg fast mot denne. Som et resultat vil bøssingen være understøttet i statoråpningen i en stort sett vertikal stilling, det vil si perpendikulært på senterlinjen for akselen, og kan dermed bevege seg fritt i en radialrétning i overensstemmelse med akselen og allikevel bibeholde tetnings-virkningen. Ved å plasere balanseringsringen i området der det aksiale trykk er minimalt, vil man på liknende måte, som er beskrevet, få en sterkt forenklet geometri for bøssingen når det gjelder å oppta de høye krefter det er tale om.

Fig. 4 viser en ytterligere utførelsesform for foreliggende oppfinnelse. I denne utførelsesform er balanseringsringen for hver trykksviktbøssing svakt forskjøvet fra den opti-male trykkbalanserende stilling slik at den resulterende aksiale kraft som virker på bøssingen på grunn av høytrykkstetnings-fluidet, søker å forskyve bøssingen aksialt i statoråpningen.

For å motvirke denne forskyvningsvirkning er det anordnet en rekke forspente skyvestaver 70, hvilke skyvestaver er aksialt rettet inn med akselen og sitter i en åpning 71 i bøssingens hoveddel. En strekkfjær 72 er viklet rundt stavene og ligger inne i en utvidet boring i åpningen 71. Fjærene, virker mellom et utvidet hode 73 på staven og en skive 74 som ligger an mot endeflaten av boringen. Formålet med fjæren er å drive hodet på staven utad mot en sidevegg i statoråpningen. Forspennings-trykket fra fjærene overvinner de aksiale krefter som utøves på bøssingen av tetningsfluidet og sørger for tilstrekkelig radiell frihet for bøssingen for å hindre at denne slår an mot de tilstøtende maskindeler.

Under visse forhold må balanseringsringen som er vist i den første utførelsesform for oppfinnelsen maskineres under monteringen for nø yaktig å fastlegge ringens virknihgsplan og derved sikre at de'aksiale krefter som virker mot bøssingen blir forskjøvet i vesentlig grad. Denne maskinering krever at bøssingen som må være forholdsvis stor, tas ut av anordningen og monteres i en passende verktøymaskin. Ved den annen utførel-sesform for oppfinnelsen kan denne kompliserte maskinering unn-gås ved å regulere det trykk.som utøves av fjærene på skyve-staven. Dette.oppnås ganske enkelt enten ved å variere tykkelsen på den skive fjæren virker mot eller man kan forandre antall skiver som benyttes i anordningen. Ved å anvende denne enkle teknikk kan videre bøssingen balanseres slik at et svakt aksialt trykk opprettholdes på bøssingen som holder balånseringsringens flate i tettende anlegg mot den tilstøtende statorvegg. Denne svake ubalanse er imidlertid utilstrekkelig til å hindre bøs-singen i å bli låst mot statorene.

Den utførelse som her er beskrevet er et eksempel på oppfinnelsen og danner ingen begrensning av elet vern dette patent gir, idet også andre utførelser med modifikasjoner og endringer vil falle innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (6)

1. Fluidumakseltétning for anvendelse i en rotasjons-' <1> maskin av den type der arbeidsmediet som befinner seg inne i maskinen, hindres i å unnvike rundt akselen av en fluidum-barriere under høyt trykk, opprettholdt mellom akselen og maskinrammen, omfattende minst en trykksviktbøssing (31) som omgir akselen.-(17) i fluidumtetningsområdet for strupning av tetningsfluidet fra et område med høyt trykk til et område med lavere trykk, når fluidet beveger seg mellom akselen og bøs-singen, hvilken bøssing sitter løst i en åpning (47, 48) i maskinrammen (11) slik at fluidet i høytrykksområdet stort sett omgir den ytre omkrets av bøssingen i åpningen, karakterisert ved en radielt rettet arm (61) tilknyttet bøssingen og anbrakt inntil området med lavt trykk samt er innrettet til å passe inn i en underskjæring (60) i akselen, dypere enn akselens ytre diameter, og en balanseringsrirg-j(63) som strekker seg mellom armen og en vegg av åpningen (48), der den diametrale senterlinje for ringen stort sett er i flukt med akselens ytre diameter, hvilken ring danner en tetning sammen med veggen for å hindre tetningsfluidum under høyt trykk i åpningen fra-å passere rundt bøssingen.

2. Akseltetning som angitt i krav 1, karakterisert ved at balanseringsringen (63) er tilknyttet den radielt rettede arm (61) og har en plan flate (65) som er beregnet på å komme i anlegg mot den tilstøtende sidevegg i åpningen.

3. Akseltetning som angitt i krav 2, karakterisert ved at den plane flate på balanseringsringen og den tilstøtende sidevegg av åpningen er stort sett perpendikulære' på akselens senterlinje.

4. Akseltetning som angitt i krav 1, karakterisert ved forspenningsmidler (70, 72, 73) tilknyttet bøssingen og innrettet til å virke mot en sidevegg av åpningen for å balansere bøssingen rundt balanseringsringen.

5. Akseltetning som angitt i krav 4, karakterisert ved at forspenningsmidlerie omfatter en flerhet av fjærforspente skyvestaver (70) som er fordelt rundt omkretsen av bøssingen og er aksialt rettet inn i forhold til denne.

6. Akseltetning som angitt i krav 5, karakterisert ved midler (74) for justering av den forspennings-kraft forspenningsmidlene utøver.