УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА Российский патент 1995 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к устройствам для герметизации выхода вала из корпуса центробежного насоса, предназначенного для перекачки нефти и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам, а также может быть использовано для уплотнения валов гидросистем, заполненных горючим или токсичными средами под давлением.

Известно уплотнение с резервным торцовым уплотнительным узлом, содержащее основное торцовое уплотнение с вращающимся и неподвижным уплотнительными кольцами и резервное уплотнение, выполненное в виде дополнительной пары трения. Резервное уплотнение снабжено неподвижной в осевом направлении эластичной манжетой, которая имеет гибкую торцовую уплотнительную кромку, поджимаемую аксиально-подвижным кольцом.

Недостатком данной конструкции является низкая работоспособность при высоком давлении уплотняемой среды, поскольку на контактную поверхность будут действовать большие нагрузки от давления уплотняемой среды, аварийный узел уплотнения находится в замкнутой камере и поступающая жидкость не имеет теплообмена, что вызывает интенсивное выделение фрикционного тепла на контакте резервной пары и быстрое ее разрушение.

Известно торцовое уплотнение с резервным герметизатором, состоящее из основной уплотнительной пары и контактного кольца аварийного уплотнения. Аварийное уплотнение постоянно находится под давлением затворной среды, превышающим давление уплотняемой среды. Камера с затворной средой по валу уплотняется манжетным уплотнением. Наличие такого уплотнения, работающего под постоянным высоким давлением, значительно усложняет конструкцию уплотнения, приводит к быстрому износу ее элементов и снижает надежность работы уплотнения.

Известна механическая уплотнительная система, содержащая основное торцовое уплотнение и резервное в виде упругой манжеты, посаженной на аксиально-подвижную втулку.

Недостатком данного уплотнения являются неравномерное распределение нагрузки от давления уплотняемой среды по ширине как радиального, так и торцового контактов, а также постоянное прижатие манжеты к гильзе, что снижает ресурс его работы и ограничивает возможность применения его при высоком давлении уплотняемой среды.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уплотнение вала, которое состоит из основного уплотнения и резервного в виде упругой манжеты с торцовой поверхностью, наклоненной под углом к оси вала.

Недостатком данного устройства является большая площадь контакта манжеты по гильзе вала, в результате чего образуется интенсивное тепловыделение с низким отводом тепла уплотняемой средой, что ограничивает его применение по величине давления.

Сущность изобретения заключается в том, что уплотнение вала преимущественно нефтяного насоса содержит основное уплотнение и резервное в виде манжетно-торцового уплотнения, манжета которого посажена на гильзу вала и с зазором по корпусу с возможностью осевого ее перемещения и образования камеры, сообщенной с линией дренажной утечки, в корпусе резервного уплотнения установлено неподвижное контактное кольцо, а упругая манжета в плоскости торцового контакта посажена по гильзе вала с линейным контактом, при этом в линии дренажной утечки установлен датчик, отключающий насос при предельном давлении.

На фиг. 1 изображено уплотнение вала, общий вид; на фиг.2 резервное уплотнение в рабочем состоянии.

Уплотнение вала содержит гильзу 1, основное торцовое уплотнение и резервное манжетно-торцовое уплотнение. Основное торцовое уплотнение состоит из корпуса 2, вращающегося контактного кольца 3, установленного на резиновом уплотнительном кольце 4 в гильзе 1, и контактного кольца 5, установленного на уплотнительном резиновом кольце 6 в аксиально-подвижной втулке 7. Втулка 7 связана с корпусом 2 винтами 8. Винты 8 служат для предотвращения проворота аксиально-подвижной втулки 7, уплотнение которой к корпусу 2 осуществляется резиновым уплотнительным кольцом 9. Контактные кольца 3, 5 от проворота в гильзе 1 и втулке 7 удерживаются штифтами 10, 11 соответственно. В корпусе 2 расположены равномерно по окружности пружины 12, обеспечивающие прижатие контактных колец 3, 5 друг к другу.

Резервное уплотнение включает упругую манжету 13, посаженную на гильзу 1 вала, и неподвижное контактное кольцо 14, установленное в корпусе 15 резервного уплотнения с резиновым уплотнительным кольцом 16, образуя камеру, связанную с линией дренажной утечки. Корпус 15 связан с корпусом 2 основного уплотнения при помощи винтов 17 и крепится на гильзе 1 монтажной гайкой 18. Упругая манжета 13 конструктивно выполнена таким образом, что между манжетой 13 и кольцом 14 в силу ее посадки на гильзу 1 образуется торцовый зазор 19. Наружный диаметр манжеты 13 с внутренним диаметром корпуса 15 образует радиальный зазор 20. Обратная сторона манжеты 13 от плоскости торцового контакта с кольцом 14 по внутреннему диаметру имеет конический скос 21, выполненный под углом 6-15^о. Для уменьшения площади контакта и осевой силы поджатия манжеты 13 с кольцом 14 по наружному диаметру манжеты 13 выполнена кольцевая проточка 22 в пределах 2/3 высоты манжеты.

Для регулировки предельного давления в камере резервного уплотнения, при котором насосный агрегат отключается и выводится из работы, камера резервного уплотнения сообщена с линией дренажной утечки через датчик давления, вмонтированный в отверстие 23 или 24 корпуса 15 резервного уплотнения.

Гильза 1 связана с валом насоса посредством шпонки 25.

Уплотнение вала работает следующим образом. При вращении вала насоса с гильзой 1 вращающееся контактное кольцо 3 основного уплотнения скользит рабочей поверхностью по кольцу 5, установленному в аксиально-подвижной втулке 7, обеспечивая герметизацию уплотняемой среды. Прижатие кольца 5 к кольцу 3 происходит под воздействием пружин 12, равномерно расположенных в корпусе 2 основного уплотнения. Капельная утечка (до 300 см³/ч) через основное уплотнение, т.е. через щелевой радиальный зазор между аксиально-подвижной втулкой 7, корпусом 2 и гильзой основного уплотнения и радиальный зазор 20 между манжетой 13 и внутренним диаметром корпуса 15, вытекает через торцовый зазор 19 между манжетой 13 и неподвижным контактным кольцом 14 резервного уплотнения.

При нарушении герметичности основного уплотнения утечка через кольца 3 и 5 повысится, увеличится скорость истечения уплотняемой среды через щелевой радиальный зазор, образованный между втулкой 7, корпусом 2 и гильзой 1.

Увеличивающийся скоростной напор струи утечки воздействует на поверхность манжеты 13 и осевая составляющая сила от давления прижимает ее к торцовой поверхности контактного кольца 14, герметизируя тем самым торцовый зазор 19. Радиальная составляющая сила на манжету 13 определяется величиной давления, упругостью материала манжеты и положением радиального контакта манжеты относительно торцового контакта манжеты. Чем ближе линейный радиальный контакт к торцу, тем меньше радиальное усилие на манжету. При достижении предельного давления в камере резервного уплотнения срабатывает датчик давления, отключающий насосный агрегат, а утечка отводится в дренажную линию.

Такой режим обеспечивает минимальные силы трения манжеты 13 по гильзе 1 и по торцу контактного кольца 14 и минимальную величину фрикционного тепла на контактах, увеличивает ресурс и надежность резервного уплотнения в момент разгерметизации основной пары трения.

Технико-экономическая эффективность заключается в обеспечении надежной герметизации выхода вала из корпуса насоса и предотвращении выброса перекачиваемой среды в насосное помещение, а также в устранении загазованности и загрязнения окружающей среды.

Сущность изобретения: упругая манжета резервного уплотнения посажена на гильзу вала и с зазором по корпусу резервного уплотнения с возможностью осевого перемещения и образования камеры, сообщенной с линией дренажной утечки. В корпусе резервного уплотнения установлено неподвижное контактное кольцо. Упругая манжета в плоскости торцового контакта с кольцом посажена по гильзе вала с линейным контактом. В линии дренажной утечки установлен датчик, отключающий насос при предельном давлении. 2 ил.

УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА преимущественно нефтяного насоса, состоящее из основного торцевого уплотнения и резервного в виде манжетно-торцевого уплотнения, упругая манжета которого посажена по гильзе вала и с зазором по корпусу резервного уплотнения с возможностью осевого перемещения и образования камеры, сообщенной с линией дренажной утечки, отличающееся тем, что в корпусе резервного уплотнения установлено неподвижное контактное кольцо, а упругая манжета в плоскости торцевого контакта с последним посажена по гильзе вала с линейным контактом, при этом в линии дренажной утечки установлен датчик, отключающий насос при предельном давлении.