СУХОЙ САЛЬНИК ДЛЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ И ВРАЩАЮЩАЯСЯ МАШИНА Российский патент 1995 года по МПК F16J15/34 

Изобретение касается сальника для вращающихся деталей. Для надежного функционирования многочисленных вращающихся машин требуется эффективная климатизация таких сальников для сохранения герметичности и для избежания деформации или разрушений, которые могут быть вызваны чрезмерным нагреванием или охлаждением сальника.

Известны различные технические решения реализации сальника при походе вращающегося вала через корпус. Для герметизации неопасного газа может использоваться лабиринт с уменьшенным шагом. В случае опасных газов это могут быть сальники с пленкой масла или механические сальники. Циркулирование масла в подвижных и неподвижных герметизирующих кольцах обеспечивает климатизацию или путем отвода тепла, создаваемого его (масла) деформацией сдвига, или путем подвода тепла, необходимого для поддержания требуемой для хорошей работы температуры.

Такой способ климатизации невозможен в случае сухого сальника, в котором нет подобной циркуляции масла.

При жестких условиях эксплуатации, например для сухих сальников при больших скоростей, при высоком давлении и когда имеется значительная поверхность контакта вращающихся деталей с горячим газом, создается значительное количество теплоты, температура внутри сальника достигает такой величины, что может произойти разрушение деталей, а это приведет к серьезной поломке турбомашины.

Целью изобретения является простая реализация сухого сальника для вращающейся детали, обеспечивающая более надежное функционирование вращающейся машины без создания или увеличения утечки среды (газа или жидкости) через сальник и без риска загрязнения добавочной среды герметизируемой средой.

Технический результат достигается при помощи сухого сальника для вращающейся детали, который имеет промежуточную камеру сальника и в нем образующие сальник подвижный и неподвижный корпусы имеют внутреннюю цепь климатизации.

На фиг.1 показан разрез аксиальной плоскостью сальника в соответствии с изобретением; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 аксиальный разрез вращающейся машины с двумя сальниками, первый вариант; на фиг.4 то же, второй вариант вращающейся машины.

Предложенный сальник содержит неподвижный узел 1, 2, удерживаемый неподвижный деталью 3, по отношению к которой деталь 4 вращается вокруг оси 0, вращающийся узел 5, 6, удерживаемый указанной вращающейся деталью и взаимодействующий с неподвижным узлом, чтобы препятствовать прохождению герметизирующей среды между неподвижной и вращающейся деталью.

Каждый подвижный и неподвижный узел имеет соответственно подвижный или вращающийся корпус 8, удерживаемый неподвижной 3 или вращающейся 4 деталью напротив вращающегося или неподвижного корпуса другого узла, и первое и втрое неподвижное 9, 10 или вращающееся 11, 12 кольца, которое коаксиально удерживается вокруг указанной оси 0 неподвижным или вращающимся корпусом. Приведенный в примере неподвижный узел сальника имеет первое, второе и третье неподвижные кольца 9, 10, 13. Каждое из них взаимодействует с вращающимся кольцами 11, 12, 14, которые относятся к другому узлу. В общем случае такие кольца располагаются так, чтобы по меньшей мере ограничить проход герметизируемой среды, образуя промежуточную камеру 15, которая имеет две главные стенки 16, 17, и две крайние стенки, из которых одна образована одним из первых указанных неподвижных и вращающихся колец, а другая указанным вторым неподвижным и вращающимся кольцом. В приведенном в качестве примера сальнике вращающейся деталью 4 является вал вращающейся машины. Одна идет вдоль продольной оси вращения 0. Неподвижной деталью 3 является картер который является частью камеры этой машины и который имеет полость 18 для размещения сальника.

Вращающаяся деталь имеет корпус 8, опирающийся на один из ее концов. Через аксиальную проточку проходит вал вращающейся машины, что обеспечивает всему узлу хорошее выравнивание. В наружную поверхность этого корпуса входят три вращающихся герметизирующих кольца 11, 12, 14, которые приводятся во вращение при помощи шестерни или любого другого известного элемента. Они удерживаются на расстоянии друг от друга при помощи прокладок 19, 20, 21. Каждое вращающееся кольцо взаимодействует с неподвижным герметизирующим кольцом 9, 10, 13, таким образом создается герметизирующий барьер для газа. Таким образом, первый, второй и третий барьеры образованы кольцами 9 14. Они ограничивают две промежуточные камеры 15 и 22. Кроме неподвижных колец 9, 10 и 13, неподвижный узел имеет неподвижный корпус 7, который образует наружную стенку сальника.

В общем случае по меньшей мере один из указанных корпусов (неподвижный 7 и вращающийся 8) имеет цепь климатизации, которая является внутренней в этом корпусе и которая позволяет циркулировать климатизирующий среде. Таким образом, корпус 7 климатизирован. Он климатизирует одно из герметизирующих колец 9, 10, 13.

Климатизирующий корпус 7 имеет климатизирующие лопатки 23, которые выступают в указанные промежуточные камеры 15 и 22 из главной стенки 16, образованной этим корпусом, так, чтобы климатизировать внутреннюю среду, находящуюся в этих камерах, чтобы эта среда климатизировала по меньшей мере одно из климатизирующих герметизирующих колец 12 и 14 и/или другой неподвижный 7 или вращающийся 8 корпус.

Внутренняя цепь климатизации имеет каналы подачи 24 и возврата 25, идущие по большей части длины указанного сальника, входной 26 и возвратный 27 соединительные выводы, которые позволяют соединять эти каналы с внешней цепью среды климатизации, они располагаются на стороне подсоединения 28, которая является продольной крайней стороной указанного климатизируемого корпуса. Также имеются каналы внутреннего соединения 29 для подсоединения указанных каналов подачи к указанным каналам возврата вблизи крайней продольной стороны 30 указанного сальника, противоположной указанной стороне соединения.

Хотя показаны три узла герметизации, понятно, что важно использовать любые конфигурации монтажа, при этом сальник может образовывать в общем случае одну или несколько поверхностей герметизации.

Показанная на фиг.3 вращающаяся машина имеет рабочие органы 31, вращающиеся в камере 32, вращающийся вал, пересекающий камеру с закрепленными на нем рабочими органами, два подшипника 33 и 34 для удержания этого вала, цепь смазки, имеющую подводящие трубки 35 и отводящие трубки 36 для смазывания этих подшипников смазывающей средой, два сухих сальника 37, 38, расположенных вокруг вала 4 в двух проходах в этой камере, для герметизации среды. В этой машине сухими сальниками 37, 38 являются сальники описанного типа, указанная среда флюид климатизации представляет среду для смазки.

В варианте для климатизации может быть использована полностью независимая среда от внешнего источника.

На фиг. 4 показана другая вращающаяся машина, она имеет рабочие органы 39, вращающиеся в камере 40 для приведения во вращение среды или чтобы приводиться во вращение средой, которая герметизируется в этой камере. В этой камере за счет давления среды создаются зоны 41 относительно высокого давления и зоны 42 относительно низкого давления.

Вращающийся вал 43 проходит через камеру 40 и выходит из нее, на нем находятся рабочие органы, два подшипника 44, 45 для опоры этого вала, два сухих сальника 46 и 47. Цепь климатизации находится внутри климатизирующего корпуса и запитывается внешней цепью, которая имеет трубки 48 для отбора среды в зоне 41 относительно высокого давления и трубки 49 для его возврата в указанную зону 42 относительно низкого давления.

Сущность изобретения: внутри неподвижного и вращающегося корпусов выполнена внутренняя цепь климатизации для циркуляции среды климатизации. Цепь климатизирует одно из герметизирующих колец и частично другой вращающийся или неподвижный корпус. На стенке корпуса климатизации, относящейся к промежуточной камере сальника, расположен узел климатизации, выполненный в виде лопаток, выступающих в промежуточную камеру сальника. Внутренняя цепь выполнена в виде входного и выходного каналов, расположенных вдоль корпуса и соединенных каналами внутреннего соединения, удаленного от входа и выхода в указанные каналы, которые переходят в соединительные входные и выходные проходы для соединения их с внешней цепью среды климатизации. 3 с. и 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Сухой сальник для вращающихся деталей, содержащий неподвижный узел, удерживаемый неподвижной деталью, по отношению к которой вращающаяся деталь вращается вокруг оси, вращающийся узел, удерживаемый указанной вращающейся деталью и взаимодействующий с указанным неподвижным узлом для предотвращения прохода герметизируемой среды между этими неподвижными и вращающимися деталями, при этом каждый неподвижный или вращающийся узел включает неподвижный или вращающийся корпус, удерживаемый упомянутой неподвижной или вращающейся деталью напротив вращающегося или неподвижного корпуса другого узла, и по меньшей мере первое и второе неподвижное или вращающееся герметизирующее кольцо, коаксиально удерживаемое вокруг оси вращения указанным неподвижным или вращающимся корпусом для взаимодействия с первым или вторым вращающимся или неподвижным герметизирующим кольцом другого указанного узла, ограничивая по меньшей мере одну промежуточную камеру сальника, которая имеет две главные стенки, соответственно образованные неподвижным и вращающимся корпусами, и две крайние стенки, одна из которых образована по меньшей мере одним из указанных неподвижных или вращающихся колец, отличающийся тем, что внутри неподвижного и вращающегося корпуса выполнена внутренняя цепь климатизации для циркуляции среды климатизации, которая, в свою очередь, климатизирует по меньшей мере одно из указанных герметизирующих колец и по меньшей мере частично другой указанный вращающийся или неподвижный корпус, при этом на главной стенке корпуса климатизации, относящейся к промежуточной камере сальника, расположен узел климатизации. 2. Сальник по п.1, отличающийся тем, что узел климатизации выполнен в виде лопаток, выступающих в промежуточную камеру сальника. 3. Сальник по п.1, отличающийся тем, что внутренняя цепь климатизации выполнена в виде входного и выходного каналов, расположенных вдоль корпуса климатизации и соединенных каналами внутреннего соединения, удаленного от входа и выхода в указанные каналы, которые переходят в соединительные входы и выходные проходы для соединения их с внешней цепью среды климатизации. 4. Вращающаяся машина, содержащая вращающийся вал с рабочими органами, расположенный в камере с герметизируемой средой и пересекающий эту камеру, по меньшей мере один подшипник для опоры вала, цепь смазки, включающая трубки подачи и отвода смазывающей подшипник среды, и по меньшей мере один сухой сальник, окружающий указанный вал в месте его прохода через камеры и содержащий неподвижный узел, удерживаемый неподвижной деталью, по отношению к которой вращающаяся деталь вращается вокруг оси, и вращающийся узел, удерживаемый указанной вращающейся деталью и взаимодействующий с указанным неподвижным узлом с возможностью препятствовать проходу герметизируемой среды между этими неподвижными и вращающимися деталями, при этом каждый неподвижный или вращающийся узел включает неподвижный или вращающийся корпус, удерживаемый упомянутой неподвижной или вращающейся деталью напротив вращающегося или неподвижного корпуса другого узла, и по меньшей мере первое и второе неподвижное или вращающееся герметизирующее кольцо, коаксиально удерживаемое вокруг оси вращения указанным неподвижным или вращающимся корпусом для взаимодействия с первым или вторым вращающимся и неподвижным герметизирующим кольцом другого указанного узла, ограничивая по меньшей мере прохождение герметизируемой среды, образуя по меньшей мере одну промежуточную камеру сальника, которая имеет две главные стенки, соответственно образованные неподвижным и вращающимся корпусами, и две крайние стенки, каждая из которых образована по меньшей мере одним из указанных неподвижных или вращающихся колец, отличающаяся тем, что внутри неподвижного или вращающегося корпуса выполнена внутренняя цепь климатизации для циркуляции среды климатизации, которая, в свою очередь, климатизирует герметизирующие кольца и по меньшей мере частично другой указанный вращающийся или неподвижный корпус, при этом в качестве герметизирующей среды применена смазывающая среда. 5. Вращающаяся машина, содержащая вращающийся вал с рабочими органами, расположенный в камере с герметизируемой средой и пересекающий эту камеру, и по меньшей мере один сухой сальник, окружающий указанный вал в месте его прохода через указанную камеру для удержания герметизируемой среды, причем этот сальник имеет неподвижный узел, удерживаемый неподвижной деталью, по отношению к которой вращающаяся деталь вращается вокруг оси указанного вала, и вращающийся узел, удерживаемый указанной вращающейся деталью и взаимодействующий с указанным неподвижным узлом с возможностью препятствовать проходу герметизируемой среды между этими неподвижными и вращающимися деталями, при этом каждый неподвижный или вращающийся узел включает неподвижный или вращающийся корпус, удерживаемый упомянутой неподвижной или вращающейся деталью напротив вращающегося или неподвижного корпуса другого узла, и по меньшей мере первое и второе неподвижное или вращающееся герметизирующее кольцо, коаксиально удерживаемое вокруг оси вращения указанным неподвижным или вращающимся корпусом для взаимодействия с первым или вторым вращающимся или неподвижным герметизирующим кольцом другого указанного узла, ограничивая по меньшей мере прохождение герметизируемой среды, образуя по меньшей мере одну промежуточную камеру сальника, которая имеет две главные стенки, соответственно образованные неподвижным и вращающимся корпусами, и две крайние стенки, каждая из которых образована по меньшей мере одним из указанных неподвижных или вращающихся колец, отличающаяся тем, что внутри неподвижного или вращающегося корпуса выполнена внутренняя цепь климатизации для циркуляции среды климатизации, которая, в свою очередь, климатизирует герметизирующие кольца и по меньшей мере частично другой указанный вращающийся или неподвижный корпус, при этом в качестве среды климатизации применена герметизирующая среда, а цепь климатизации выполнена с возможностью питания от внешней цепи питания климатизации, которая имеет трубку для отбора герметизируемой среды в зоне высокого давления и трубку для ее возврата в зоне низкого давления.