SE443629B - Dynamisk tetningsanordning - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 8004468-8 2 ningar, som tillförsäkrar hermetisk tätning under vissa betingelser. Det rör sig om vissa typer av böjliga och ogenomträngliga membran, som består av tunna metallmaterial eller elastomerer, vilka eventuellt är armerade och har formen av en rotationssymmetrisk-yta, varvid en av ytans kanter är hermetiskt monterad på transmissionsstången och ytans andra_kant är monterad hermetiskt på utrymmets öpp- 'ning. De ifrågavarande translationsrörelserna utför tyd- ligen fram- och återgående rörelser med begränsad längd.

Membranets nödvändiga utslag och dess uppförande vid tryck erhålles genom noggrant avpassade vågrörelser på en grund- form, som kan vara plan och cirkulär (diafragma), konisk eller cylindrisk (bälg).

En annan välkänd och intressant anordning utgöres av ett rullmembran eller "strumpa", där membranet enbart ar- betar med rulldrift och under rörelsen omväxlande anligger mot stången och den i utrymmet anordnade urborrningen.

Denna anordning är särskilt fördelaktig då det gäller att åstadkomma en rörelse med stor slaglängd jämte en packning med reducerat utrymmesbehov. ^ Dessa olika hermetiska lösningar är emellertid i praktiken endast användbara vid en tryckskillnad, som icke överstiger några tiotal bar. Dessutom förbrukas rullmembra- net genom utmattning efter ett relativt litet antal arbets- cykler, vilket ger det en mycket begränsad livslängd, om det är fråga om en högfrekvent växelrörelse med stor tryck- skillnad. Ändamålet med uppfinningen är att mellan tvâ mekaniska delar åstadkomma en “dynamisk“,hermetisk tätning, dvs när det är fråga om en relativrörelse av den ena delen i för- hållande till den andra och det gäller en växlande trans- lationsrörelse med en frekvens av flera tiotal cykler/sek vid en tryckskillnad, som kan uppgå till flera hundratal bar. Tätningen är särskilt användbar för att åstadkomma en absolut tätning gentemot en farlig gas, t ex väte, eller en dyrbar gas, t ex helium. Den används med fördel i ster- lingmotorer för att förhindra att arbetsgas läcker ut i omgivningen och att oljan stiger, vilket är skadligt för 10 15 20 25 30 35 8004468-8 motorns regeneratorer.

Det är just för sterlingmotorn som ett holländskt laboratorium kommit med en lösning på detta problem och denna har utgjort föremål för talrika patent. Nämnda labo- ratorium använder det ovan beskrivna rullmembranet, men detta är applicerat på en vätskekudde. Membranet separerar icke den i motorn befintliga arbetsgasen direkt från den gashaltiga yttre omgivningen, med en tryckskillnad, som torde kunna uppgå till 50-200 bar, utan membranet separerar nämnda gas från en viss mängd olja med en tryckskillnad av endast ca 5 bar. Nämnda oljemängd separeras själv från den yttre omgivningen medelst en redan känd dynamisk pack-_ ning t ex den ovan nämnda, vilken motstå: den kraftiga tryckskillnaden. Vissa åtgärder vidtages för att den under växelrörelsen till oljans förfogande stående volymen skall förbli konstant. Under dessa omständigheter kan, enligt laboratoriet, ett rullmembran tåla två miljarder cykler.

Vidare bör andra försiktighetsmått vidtagas. För att kom- pensera variationerna i oljevolymen, vilka beror pâ den dynamiska paokningens ytterst obetydliga läckning, tempe- _raturväxlingar och oljans gasabsorption, är det nödvändigt att använda ett elastiskt, icke armerat rullmembran och måste man installera en tryckregulator, t ex en regler- ventil, och en liten Oljepump med högt tryck, vilken kan utgöra den som en "pumpring" arbetande,dynamiska packningen.

Föreliggande uppfinning avser en anordning, vilken är ny i förhållande till det med en vätskedyna arbetande rull- membranet och vilken bibehåller rullmembranet men undviker användning av olja och därmed förenade nackdelar, utan att medföra större komplexitet.

Föremâlet för uppfinningen utgöres av en med rullmembran försedd dynamisk, hermetisk tätningsanordning för ett aggregat av slutna, med en gas under högt tryck fyllda utrymmen, från vart och ett av vilka en utgående stång, som år anordnade att medbringas i en längsgående glidrörelse fram och åter, sträcker sig ut i ytteromgivningen, vilken anordning har en mellanvägg, genom vilken stången passerar i en urborr-H 5 10 15 20 25 30 35 8094468-s 4 ning och vilken är belägen mellan det slutna utrymmet och ett arrangemang för tätning utåt och bildar med den senare en kammare med varierbar volym, som är förbunden med det slutna utrymmet medelst en pump, vilken pâverkas av stângens rörelse fram och åter och upprätthåller gastrycket i kammaren vid ett värde, som är mycket lägre än trycket i det slutna utrymmet, men är alltid högre än trycket i ytteromgivningen.

Dessa i och för sig kända åtgärder medför att rullmem- branen kan fungera under de bästa betingelser, med en reducerad tryckskillnad och vid en betydligt lägre temperatur, när det slutna utrymmet uppvisar förhöjd temperatur. De tekniska spänningarna i samband med tillverkningen av rullmembran minskar därigenom och deras livslängd ökar.

Anordningen omfattar dessutom följande organ, som är anordnade längs stången och i följd efter varand- ra, räknat fràn det slutna utrymmet till ytteromgiv- ningen: två dynamiska packningar, t ex O-ringar, even- tuellt armerade ringar, med slitsar försedda packningar, packboxar etc, vilka är placerade mellan stången och urborrningen genom mellanväggen, och därefter arrange- manget för tätning, vilket tillsammans med den andra - dynamiska packningen avgränsar kammaren och säkerställer en absolut, hermetisk tätning gentemot ytteromgivningen.

Enligt uppfinningen har den del av varje stång, med vilken denna tränger in i det motsvarande slutna utrymmet en reducerad tvärsektion och är förbunden med den del som utgår från mellanväggen i riktning mot ytteromgivningen via en ansats, vilken tillsammans med urborrningen genom mellanväggen bildar kolv och cylinderrum för nämnda pump, som därjämte innefattar backventiler, varvid pumparna är seriekopplade för datt bilda en flerstegspump, där rummet i den första pumpen i serien medelst en backventil, vilken är mon- terad i sugriktningen, är förbundet med nämnda kamrar, vilka är sammanbunda medelst stora och korta ledningar, medan rummet av den sista pumpen i serien medelst 10 15 20 25 30 35 8004468-8 5 en backventil är förbundet med ett bufferthjälputrymme, vilket självt medelst respektive backventil är förbun- det med vart och ett av de slutna utrymmena, varvid de ventiler med vilka nämnda bufferthjälputrymme så- lunda är förbundet är monterade i gasens tryckriktning mot de slutna utrymmena. Anordningen säkerställer därmed återvinning av sådan läckning som oförmodat kan uppkomma vid de dynamiska packningarna och vid backventilerna. Vidare förbättrar det lilla extra utrymmet pumpens effektivitet genom att reducera för- hållandet mellan de högsta sug- och tryckvärdena, ty trycket i detta utrymme håller sig vid ett väsent- ligen konstant värde, som är lika med minimitrycket i det slutna utrymmet. _ Man kan likaledes i sugledningen inskjuta ett litet extra utrymme, som är förenat med kammaren via en back- ventil, som öppnar sig i sugriktningen. Trycket i detta utrymme förblir väsentligen lika med maximitrycket i kammaren.

För att hålla anordningen i gång provisoriskt i den händelse rullmembranet skulle gå sönder, kan man ordna så att rullmembranet är skilt från den yttre omgivningen genom en mellanvägg, som innefattar en dynamisk, hermetiskt tätande packning, som är rikligt smörjd och är anordnad efter ett oljeavskrapningsorgan, varvid anhopningen av olja ovanför den dynamiska packningen förhindras medelst ett uttömningsrör, vilket är förenat med en separator för olja/gas, vilken består av en behållare med nålflottör.

En multipelanordning enligt uppfinningen är bildad genom en kombination av flera anordningar av ovan beskriv- na typ i ändamål att åstadkomma hermetisk tätning i flera förenade, slutna utrymmen, i vilka de utgående stängerna utför växelrörelser, vilka är cykliskt förskjut- na i förhållande till varandra. De olika anordningarnas samtliga kamrar kommunicerar inbördes genom breda och korta ledningar, och pumparna är seriekopplade med mellan- koppling av backventiler och minst ett litet buffertut- 10 15 20 25 30 35 8004468-8 6 rymme, om antalet med varandra förenade anordningar är större än tvâ, och pumparna bildar en pump med flera steg, vilken åstadkommer sugverkan i kamrarna och tryckverkan i de olika slutna utrymmena medelst en tilloppsramp, vilken är förenad med varje slutet utrymme genom en därtill hörande backventil, varigenom minimitrycket under en funk- tionscykel är identiskt lika för alla slutna utrymmen och exempelvis tjugo gånger större än det tryck, som.râder i kamrarna ovanför rullmembranen. De med varandra kommuni- cerande kamrarnà kan dessutom via en ventil, (t ex en fjädertryckventil) vara förenade med en gastub med medel- _ tryck, vilken i sin tur via en annan ventil är förenad med en avloppsramp, vilken via en därtill hörande backventil utmynnar i var och en av de slutna utrymmena. Montaget är så beskaffat, att man, genom att bringa gastuben att kommunicera med kamrarna via en av de båda ventilerna, minskar trycket i tuben och ökar trycket i kamrarna samt genom pumparna ökar trycket i de slutna utrymmena, varvid minimitrycket under en cykel i de slutna utrymmena för- blir t ex tjugo gånger större än trycket i kamrarna ovan- för rullmembranen. Cenom att medelst den andra ventilen sätta utrymmena i förbindelse med gastuben, minskar man värdet på maximitrycket under en cykel i de slutna ut- rymmena och ökar man trycket i tuben. En ventil, varmed man kan sätta tilloppsrampen och avloppsrampen i förbindel- se med varandra, kan dessutom, särskilt vid användning på en sterlingmotor, vara anordnad, att medge variation av det av denna motor alstrade vridmomentet.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till bifogade ritningar, som visar föredragna utföringsformer. Fig 1 visar schematiskt endast en dynamisk, hermetisk tätningsanordning, vilken i det enkla fallet innefattar ett enda slutet utrymme och en enda stång, som är anordnad att utföra en växelglid- rörelse, för att underlätta förståelsen av uppfinningen.

Fig 2 visar en dubbel anordning, enligt en föredragen utföringsform, innefattande tvâ stänger anordnade att ut- 10 15 20 25 30 35 18004468-s 7 föra motriktade växelrörelser. Fig 3 visar en multipel- anordning med fyra stänger, vars växelrörelser är för- skjutna 90° i förhållande till varandra, såsom kan före- komma vid en sterlingmotor. Fig 4 visar en anordning enligt föregående figur, till vilken man tillsatt en mycket enkel inrättning, varmed man kan variera effekten i ster- lingmotorn, i vilken anordningen är införlivad. Fig 5 visar en kompletterande säkerhetsanordning, varmed man kan bi- behålla en viss tätning när rullmembranet har gått sönder.

I fig l visas delvis ett i en anordnings kropp 1 anordnat, slutet utrymme 2, vilket innehåller högtrycksgas, och denna gas vill man förhindra att läcka ut mot den yttre omgivningen 3, trots att en stång är anordnad att utföra en högfrekvent växelglidrörelse och genom en vägg 35 tränger in i utrymmet 2.

För att åstadkomma detta med denna anordning är kroppen 1 längs stången 4 försedd med följande organ, räknat från det slutna utrymmet 2 till den yttre omgivningen 3: en förut känd, dynamisk packning 5, t ex en O-ring, en eventuellt armerad ring, en slitsför- sedd packning eller en packbox, en andra, liknande, dynamisk packning 6 och ett rullmembran 7: Mellan de dy- namiska packningarna 5, 6 har stången 4 en avsats 8, vilken skiljer ett parti 4.1, medelst vilket stången tränger i det slutna utrymmet 2, från ett parti 4.2 med större dia- meter, vilket är fast förenat med en kolv 9, som tjänst- gör som styrorgan och glider i en urborrning 18. Mellan urborrningens vägg och kolven är det ringformiga rull- membranet 7 anordnat. Mellan de båda dynamiska packningarna 5, 6 erhålles sålunda ett inre rum 10 med varierbar volym Voch mellan den mellanliggande packningen 6 och kolven 6 en kammare 11 med varierbar volym.

Vid den ände av det inre rummet, som är beläget vid sidan av den dynamiska packningen 5 med mindre diameter, vilken samverkar med stångens parti 4.1, är två öppningar anordnade, vilka är utrustade med var sin backventil 12, som exempelvis är försedda med kula och fjäder. De båda 13p 10 15 20 25 30 35 8QD4468-8 8 ventilerna arbetar i motsatta riktningar, så att stångens 4 parti 4.2 och det inre rummet 10 utgör kolv resp cylinder i en sugpump (via ventilen 12) och i en tryckpump (via ventilen 13). Ventilen 12 sätter det inre rummet 10, som har varierbar volym, i förbindelse med kammaren 11, vilken likaledes har varierbar volym, då undertryck råder i det inre rummet relativt kammaren, medelst ett litet utrymme 14 och en backventil 16, vilken arbetar i samma riktning som ventilen 12. Ventilen 13 sätter det med varierbar volym försedda inre rummet 10 i förbindelse med det slutna ut- rymmet 2, då övertryck råder i det inre utrymmet relativt det slutna utrymmet, medelst ett litet utrymme 15 och en backventil 17, som arbetar i samma riktning som ventilen 13.

Som framgår härav åstadkommer anordningen med hjälp av rullmembranet 7 en fullständig, hermetisk tätning mellan utrymmet 2 och den yttre omgivningen 3.

Under drift bibehålles trycket ovanför membranet 7 vid ett värde, som är betydligt lägre än det som råder i utrymmet 2, vilket kommer att tydliggöras i det följande.

Antag att ytterlighetsvolymerna för kammaren med 1: och V Då variationer; varierbar volym 11 är V11 min 11 max' na i volym under stângens 4 och kolvens 9 växelrörelser sker vid förhöjd frekvens, kan man anse att det icke finns någon värmeväxling med anordningens kropp l och att den i denna kammare befintliga gasens kompression och expansion är adiabatiska. Under dessa betingelser får förhållandet mellan ytterlighetstrycken P11 min och P11 max för denna gas följande välkända relation: P11 max V11 min Y P11min V11 max med Y = 1,40 för väte och luft, Y = 1,67 för helium.

Det förhåller sig på samma sätt med den gas, som finns i det inre rummet 10 med varierbar volym, och man får: 10 15 20 25 30 35 8004468-8 P10 max KV10 min :fí-í-:K P10 min \V10 max Genom de fyra backventilernas 12, 13, 16 och 17 funk- tion säkerställer man följande förhållanden mellan gas- trycken i de olika utrymmena 2, 10, 11, 14 och 15: zmin¿p1s P15; 'P10 max P10 mini P14_ P14 ; P11 max' följaktligen EP11 max.š P2 min 1 ___.-. ”m5 Genom att reglera förhållandet mellan de två ytterlig- hetsvolymerna i det inre rummet 10 till ett tillräckligt högt värde, kan man ovanför rullmembranet 7 i kammaren 11 erhålla ett hur litet tryck som helst. Man måste emellertid försäkra sig om att P är minst lika med trycket P3 i den yttre omgivningen glgör att membranet fortfarande skall förbli utspänt.

Till följd av minimal, men oundviklig läckning av gas, vilket uppstår vid de dynamiska packningarna 5 och 6 och vid backventilerna 12, 13, 16 och 17, tenderar minimi- trycket i det slutna utrymmet 2 att minska och maximi- trycket i kammaren 11 att öka. Då deras förhållande når värdet K, visar ovanstående inramade förhållande att de icke längre kan variera.

I den dubbla anordningen enligt fig 2 förutsättes att minimitrycken under en funktionscykel i de båda slutna utrymmena 2a och 2b är lika och de båda stängerna 4a och 4b växelrörelser förutsättes vara motsatt riktade. Under dessa betingelser kan man seriekoppla de båda små pumpar- nas utrymmen 10a, 10b, såsom visas i figuren, för att på så sätt åstadkomma en tvâstegspump. De båda kamrarna 11a och 11b har i motsatsförhållande varierande volymer. Genom att sätta dem i förbindelse med varandra medelst en ledning 19, som är kort har har bred tvärsektion för att undvika. tryckförluster får man en konstant totalvolym, i Vilken Z trycket av den från den ena kammaren till den andra cirku- lerande gasen är konstant. 8004468-8 10 Därvid är'det möjligt att undvara det mellanliggande utrymmet 14 och den mellanliggande ventilen 16 i fig 1.

Man har endast ett mellanliggande utrymme 20, som motsvarar utrymmet 15 i fig l. 5 Om ytterlighetsvolymerna i de båda pumparna är desamma 10 15 20 25 30 35 får man, som angetts i det föregående: P10a max P10b max P10a min P10b min De olika backventilerna är, som visas i figuren, an- ordnade så att de ger följande förhållanden: Pza min ¿_ P20 Pzb min g P20 P20 i Pwb max P10b min à P10a max P10a min å P11a = P11b = P11 .

Därav följer:š P11 < B2a min och P11 < P2b min . i - Kz = Kz Läckningarna tenderar till att minska P _ eller '_ 2a min 2 Pzb min och att oka P11. I och med att P11 a Pza min / K = Pzb min / K2, varierar trycken icke längre.

Utförandet och funktionen avseende den fyrdubbla an- ordningen enligt fig 3 är lika lätt att förstå. Minimi- trycken under en arbetscykel förutsätts vara lika i de fyra slutna utrymmena 2a, 2b, 2c och 2d. De fyra stängerna 4a, 4b, 4c, 4d utför växelrörelser, vilka är förskjutna 90° i förhållande till varandra i ordningsföljden a-b~d-c, så att de inre rummen 10a, 10b, 10c och 10d får varier- bara volymer, vilka är förskjutna 900 i samma ordningsföljd.

De olika kamrarna ll kommunicerar med varandra via stora ledningar 19. De fyra små pumparna, vilka består av de inre rummen 10 och deras backventiler, är seriekopplade i ordningsföljden b-c-d-a och mellan de inre rummen 10c och 10d, vars volymer icke varierar i motsatt fas men är förskjutna 900, skjuter man in ett litet utrymme 21, som har samma uppgift som utrymmet 14 i fig l. Man har ett enda utrymme 20, som är förenat i egenskap av tillopps- ramp med de fyra utrymmena 2a, 2b, 2c och 2d. 10 15 20 25 30 35 8004468-8 ll Funktionen av anordningens (se figuren) tio ventiler ger liksom tidigare: Pmn min :_51 P1o<= min ¿_P1ob man P21 ¿ Pmc max Pwa min :_ P21 P1oa min fwa max Pzo ¿ Pma max Pza min à P20 Pzb min fzo Pzc min ~¿ P20 Pza min >P2o.

Om de fyra inre rummens 10 ytterlighetsvolymer är de- samma, fàr man, som tidigare angivits: P10b max P10c max P10d max P10a max : = = = K P10b min P10c min P10d min P10a min Resultatet av dessa olika förhållanden är P _ 11 ~_T"f 11 ""_T"' 11 *Tr- 11 *_i- K K K K Till följd av de mycket små, men oundvikliga läckningar- na av gas, vilka uppträder vid anordningens olika dynamiska packningar och backventiler, tenderar trycken Pza min Pzb min, I att öka.

P20 min och Pzd min att minska och trycket P11 Vid gränsvärdet får man PH = Pzn min = Pzb min = Pzc min = Pzd min _ K4 K4 K4 K4 Minimitrycken i de olika slutna utrymmena 2 blir lika och konstanta. Trycket i de olika kamrarna 11 är konstant.

Samtliga ovannämnda skiljaktigheter blir likheter.

Förhållandet K kan väljas tillräckligt stort för att trycket P11 skall bli så litet som man önskar. För att ge rullmembranen 7 bättre hållbarhet, väljer man lämpligen ett tryck som med ca 5-6 bar överstiger den yttre omgiv- ningens 3 tryck.

En sådan dynamisk, hermetisk tätningsanordning passar särskilt väl vid en sterlingsmotor med dubbelverkande cylindrar. Utrymmena 2a, 2b, 2c och 2d utgör sterling- motorns kompressionskamrar med låg temperatur. Utrymmet 20 utgör motorns tílloppsramp; Cylindrarna-kan vara anord- nade i linje, V-formigt, U-formigt eller ringformigt. Deras antal kan vara vilket som helst, mer än tre, men helst 10 15 20 25 30 35- 8004468-8 12 ett jämnt antal för att minska antalet buffertutrymmen 21 eller ett för fyra cylindrar och tvâ för sex cylindrar.

Jämfört med den redan kända och ovan angivna anord- ningen, vilken använder ett rullmembran, uppvisar anord- ningen enligt uppfinningen den fördelen att den endast använder vanliga komponenter, såsom backventiler och dynamiska packningar; dessutom användes rullmembranen under bättre betingelser genom att pâföras kolvar av betydligt kraftigare diameter än kolvar för en sterling- motor; de arbetar i ett helt kallt område av motorn (man har uppmätt rullmembranens tålighet till 100 gånger större vid 20°C än vid l00°C); de är icke heller nödvändigtvis elastiska, ty de arbetar härvid icke på en vätskekudde och de kan vara armerade; de riskerar_ icke att angripas av oljan från en vätskekudde.

Det förhöjda tryck som uppnås i det inre rummet 10a under multipelpumpens sista steg skapar ett störmoment pâ drivstângen 4a, men dels kompenseras dess effekt partiellt av trycket i det inre rummet 10d, dels berör det endast en mycket liten yta, och dess effekt är icke högre än den som är en följd av motorns normala drift.

När apparaten, såsom en sterlingmotor, stoppar, fort- sätter de dynamiska packningarna att läcka och trycket - ovanför rullmembranen 7 höjs för att efter mycket lång tid uppnå ett värde, som är lika med trycket i de slutna ut- rymmena 2. Denna olägenhet elimineras med den ovan beskriv- na anordningen. ' Den i fig 4 visade anordningen är identiskt lika med den föregående (fig 3), men omfattar en ytterligare anord- ning, vilken utnyttjar varje liten pumps hermetiska tät- ningsegenskap och integration för att möjliggöra reglering av trycket i det slutna utrymmena 2. Om apparaten är en sterlingmotor kan man sålunda variera dess effekt.

De olika slutna utrymmena 2a, 2b, 2c och 2d har var sin andra backventil för att kommunicera med en gemensam utloppsramp 22. Denna ventil fungerar i motsatt riktning relativt den första ventilen, vilken ombesörjer förbindel- 10 15 20 25 30 35 8004468-8 13 sen med tilloppsrampen 20. En sådan utloppsramp utgör en känd anordning vid sterlingmotorerna för att säkerställa att det maximala trycket i de olika cylindrarna icke överstiger ett givet reglervärde.

En annan känd anordning utgöres av en "by-pass"-ventil 23, med vilken man kan sätta rampen med maximalt tryck 22 i förbindelse med rampen med minimalt tryck 20 via en reg- lerbar läckningsväg. Pâ så sätt får man vid sterlingmotorer i allmänhet möjligheten att snabbt, ehuru med dålig effekt, sänka motorns vridmoment och likaså att upphäva eller i viss mån omkasta detta.

En tilläggsanordning enligt uppfinningen består av en tub 24, vilken i'princip innehåller samma gas som den övriga delen av apparaten och kan sättas i förbindelse, via en ventil 25, t ex en fjädertryckventil, som manöv- reras manuellt eller på elektrisk väg, med rampen 22 med maximalt tryck eller, medelst en identiskt lika ventil 26, med kamrarna 11.

Med siffervärden, vilka enbart anges som exempel, kan man lätt förstå hur anordningen enligt fig 4 fungerar vid tillämpning på en sterlingmotor.

Innan motorn igângsättes innehåller den en gas som kan bestå av luft av atmosfärstryck, dvs 1 bar. Tuben 24' innehåller arbetsgasen, väte eller helium, med ett tryck av t ex 35 bar.

När man startar motorn påverkar man tryckventilen 26.

Gasen passerar in i kamrarna 11 och, via pumparnas inre rum 10b, 10c, 10d och 10a, in i utrymmena 2a, 2b, 2c och 2d. Om man släpper tryckventilen 26, upprättas ett särskilt tryck P11 i kamrarna 11.

Om volymförhållandet i varje liten pump exempelvis är lika med 1,54, införes en sådan gasmängd i de slutna utrymmena 2a-2d,att minimitrycket under en funktionscykel av motorn är, som ovan visats, P = P 2 min 2a min = P2b min = P2c min eller med helium, för vilket Y = 1,67, P2 min = 17,9 P11 = P2d min :P1 1 x (1,54) 4Y 10 15 20 25 30 35 soog46s-s 14 Maximitrycket, vilket är beroende av den ifrågavarande sterlingmotorn, blir exempelvis: P2 max = P2a max = P2b max = P2c max = P2d max eller P2 max = 30,4 P11_ Om man tillräckligt länge påverkar tryckventilen 26, ='1'7 P2a min, utjämnas trycken i tuben 24 och i kamrarna 11 och gas- strömmen upphör; antag ifrågavarande exempel P11 = P24 = 8,4 bar, varvid maximitrycket är förenligt med tillfredsställande hållbarhet avseende rullmembranerna. Man får då i motorn: P2 min = 150 bar P2 max = 255 bar.

Motorn uppnår sina maximivärden beträffande tryck och effekt.

Om man härvid påverkar tryckventilen 25, passerar gasen genom utloppsrampen 22 för de slutna utrymmena 2a, 2b, 2C, 25 till tuben 24. Maximi- och minimitrycken i utrymmena 2 och trycket i kamrarna 11 skjunker så att man alltid får = 17,9 P och, under förutsättning av konstant = 30,4 P 11 P2 max/P2 min' P2 maxi 11.

Om man tillräckligt länge påverkar tryckventilen 25, P2 min '___ utjämnas trycken i tuben 24 och i rampen 22 bcñ gas- strömmen upphör; antag ifrågavarande exempel P2 max = P24 = 33,5 bar P2 min = 19,7 bar P11 = 1,1 bar.

Motorn når den minimala tryck- och effektnivân. Trycket ovanför rullmembranen förblir något högre än atmosfärs- trycket så att det gott och väl spänner ut dessa.

Om man ånyo påverkar tryckventilen 26, kan man få trycket P24 i flaskan att skjunka till 8,4 bar och åter- ge P11, P2 min och P2 max deras maximivärden.

Generellt kan man naturligtvis alltid, inom angivna gränser få trycken i motorn att stiga genom att påverka ventilen 26 och skjunka genom att påverka ventilen 25.

Vid en given rotationshastighet kan sålunda sterlingmotorns varav följer effekt, vilken är väsentligen proportionell mot trycken, 10 15 20 25' 30 35 8004468-8 15 regleras i förhållandet 1-7,6. I det fall det gäller fram- drivning av en undervattensbåt, där den erforderliga effekten varierar med kubiken på framföringshastigheten eller motorns rotationshastighet, kan effekten variera i förhållandet 1-20 och hastigheten i förhållandet 1-2,7.

Om man vill utveckla en effekt, som är lägre än den mini- mala effekten, som erhållits genom påverkan av ventilen 25,eller om man önskar stoppa motorn, påverkar man "by-pass“- ventilen 23, såsom ovan angivits.

Om man vill stanna motorn för en längre tid, bör man lämpligen först påverka tryckventilen 25 och sålunda åter- belasta tuben 24 till 33,5 bar. Under dessa omständig- heter kommer motorns olika interna läckningar att endast få till följd att trycket stiger i kamrarna 11, ovanför' rullmembranen, till ca 8 bar, dvs ett för membranen till- låtligt tryck.

Den i fig 5 visade, ytterligare anordningen enligt upp- finningen bildar en säkerhetsanordning för driften i det fall, vilket bör tas i beaktande, att ett av rullmembranen 7 går sönder. I så fall måste man nämligen undvika att gàsläckningen genom de olika, icke smordafdynamiska pack- ningarna och backventilerna i anordningen kommer att sänka ' motorns effekt alltför snabbt.

För detta ändamål monterar man under varje rullmembran en del av den redan kända, särskilt vid sterlingmotorn använda tätnings- och styranordningen. Denna anordning innefattar en dynamisk tätningspackning 27, vilken är rikligt smord genom besprutning med olja på stången 4 och sammantryckt på denna genom montering med fjäder 28 och koniska ytor 29, 30, såsom tydligt framgår av figuren.

Med denna packning kan stången 4 fullständigt centreras och styras. Denna packning åstadkommer genom sin smörjning tillfredsställande tätning gentemot helium och väte.

Smörjningsoljan tenderar att stiga och anhopas ovan- för tätningspackningen 27. Medelst en för skrapning avsedd packning 31 undvikes att oljan stiger upp längs stången och, vid föreliggande utföringsform, kommer fram genom någon 10 15 8004468-8 16 spricka i rullmembranet 7 längs de olika ledningarna och när fram till generatorerna för motorn, som oljan skulle riskera att igensätta. Överskottet på olja rinner bort genom en öppning och ett rör 32. Det rör, som motsvarar motorns olika cylindrar, utmynnar i en separator för olja/ gas, vilken består av ett kärl 33 med en nâlflottör 34.

När oljan stiger i separatorn över en viss nivå, blir flottörens 34 flytkraft större än den av gastrycket be- roende tryckkraften mot nålen och oljan rinner ut i olje- behållaren utan att gasen strömmar ut.

Vad beträffar användningen i Sverige av denna icke helt täta anordning, användes den inom ramen för före- liggande uppfinning enbart som säkerhetsanordning när rullmembranet gått sönder, och ingalunda för normalt bruk; när denna anordning användes som säkerhetsanordning arbetar den dessutom enbart vid en trycícskillnad av ca 8 bar och icke i storleksordningen 100 bar, varvid gasläckningarna blir försumbara.

Claims (5)

10 15 20 25 30 8004468-8 17 PATENTKRAV l. Dynamisk tätningsanordning för ett aggregat av slutna, med en gas under högt tryck fyllda utrymmen (2a, 2b, 2c, 2d), från vart och ett av vilka en utgående stäng (4a, 4b, 4c, 4d), som är anordnad att medbringas i en längsgående glidrörelse fram och åter, sträcker sig ut i ytteromgivningen (3), vilken anordning har en mellanvägg (35), genom vilken stången passerar i en urborrning (18) och vilken är belägen mellan det slutna utrymmet och ett arrangemang (7a, 7b, 7c, 7d) för tätning utåt och bildar med den senare en kammare (ll) med varierbar volym, som är förbunden med det slutna utrymmet medelst en pump, vilken pâverkas av stángens rörelse fram och åter och upprätthåller gastrycket i kammaren vid ett värde, som är mycket lägre än trycket i det slutna utrymmet, men är alltid högre än trycket i ytteromgivningen, varjämte anord- ningen dessutom utmed stången och i följd räknat från det slutna utrymmet till ytteromgivningen omfattar tvâ dynamiska packningar (S, 6), t ex 0-ringar, vilka är placerade mellan stången och urborrningen (18) genom mellanväggen, medan arrangemanget för tätning utåt tillsammans med den andra dynamiska packningen avgränsar kammaren och säkerställer en absolut tätning gentemot ytteromgivningen, k ä n n e t e c k n a d av att den del (4.l) av varje stång (4a, 4b, 4c, 4d), med vilken denna tränger in i det motsvarande slutna utrymmet (Za, 2b, 2c, 2d), har en tvärsektion, vilken skiljer sig fràn tvärsektionen av den del (4.2) som utgàr från mellanväggen (35) i riktning mot ytterom- givningen (3) och är förbunden med den senare delen via en ansats (8), vilken tillsammans med urborrningen (18) genom mellanväggen bildar kolv och cylinderrum (l0a, l0b, l0c, lOd) för nämnda pump, som därjämte innefattar backventiler, varvid pumparna är serie- o- 10 15 20 25 30 8004468-8 18 kopplade för att bilda en flerstegspump, där rummet i den första pumpen i serien medelst en backventíl, vilken är monterad i sugriktningen, är förbundet med nämnda kamrar (ll), vilka är sammanbundna medelst stora och korta ledningar (19), medan rummet av den sista pumpen i serien medelst en backventil är förbundet med ett bufferthjälputrymme (21), vilket självt medelst 'respektive backventil är förbundet med vart och ett av de slutna utrymmena (2a, 2b, 2c, 2d), varvid de ventiler med vilka nämnda bufferthjälputrymme sålunda är förbundet är monterade i gasens tryckriktning mot de slutna utrymmena.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att ett bufferthjälputrymme (21), vilket ligger mellan två backventiler, vilka är monterade i samma riktning, är anordnat mellan två av de serie- kopplade pumparna, då dessa inte verkar i motsatt fas i förhållande till varandra.

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att det första organet för tätning utåt är bildat av ett rullmembran (7a, 7b, 7c, 7d).

4. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d av att de med varandra kommunicerande kamrarna (ll) via en ventil (26) är förbundna med en gastub (24) med medeltryck, vilken gastub själv via en annan ventil (25) är förbunden med en utloppsramp (22), som via respektive backventil utmynnnar i vart och ett av de slutna utrymmena (2a, 2b, 2c, 2d).

5. Användning av en anordning enligt något av krav 1-4 í en sterlingmotor.