ПЛАВАЮЩЕЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО ЩЕЛЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F16J15/44 F04D29/12 

Изобретение относится к области машиностроения, например турбомашиностроению, и касается герметизации газовых полостей в местах выхода валов при помощи плавающих колец.

Известны уплотнения вращающихся валов турбокомпрессоров радиально-щелевого типа с плавающими кольцами, имеющие кольцевые канавки на внутренней поверхности и подвод затворной жидкости. [1].

Недостатком этих уплотнений является недостаточная герметичность уплотнения, коксование затворной жидкости (масла) в уплотнительном зазоре, внедрение абразивных частиц в материал плавающего уплотнительного кольца, что приводит к износу вала и выходу уплотнения из строя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является уплотнение [2], содержащее установленное на вращающемся валу плавающее кольцо зафиксированное от вращения в корпусе и имеющее на внутренней поверхности микроканавки, сообщенные с уплотнительной полостью и расположенные под углом к входной кромке кольца.

Недостатком такого уплотнения является повышенная утечка затворной жидкости и износ вала абразивными частицами, внедряющимися в уплотнительное кольцо. Недостатки обусловлены тем, что канавки, выполненные на внутренней стороне уплотнительного кольца, расположены под острым углом к входной кромке кольца и направлены в сторону, противоположную вращению вала. Затворная жидкость, стремящаяся к вращению вместе с валом, взаимодействует с канавками и благодаря их наклону в зазоре возникает нагнетательный эффект, повышающий перепад давления в уплотнении, а также сепарирование абразивных частиц в канавках и перемещение их внутрь кольца, где они скапливаются, внедряются в материал втулки и образуют задиры вала.

Задачей создания изобретения является разработка конструкции кольца, позволяющей уменьшить утечки затворной жидкости, повысить эффективность уплотнения за счет уменьшения износа плавающих колец и шейки вала.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом (плавающее уплотнительное кольцо щелевого уплотнения, на внутренней поверхности которого имеется участок с равномерно расположенными по периметру наклонными канавками, выполненными со стороны уплотнительной полости и сообщенные с ней, и гладкий участок) и существенных отличительных признаков (канавки выполнены под острым углом к входной кромке кольца по направлению вращения вала, причем между участком с наклонными канавками и выходной кромкой уплотнительного кольца выполнена кольцевая канавка).

Вышеуказанная совокупность существенных признаков позволяет увеличить ресурс работы уплотнительного кольца примерно в 2 раза за счет уменьшения закоксовывания масла (затворной жидкости) из-за локализации зоны контактов масла и газа, а также из-за удаления абразивных частиц из зазора; уменьшить утечки затворной жидкости в газовую полость.

На фиг. 1 изображен продольный разрез уплотнения вала турбокомпрессора, на фиг 2 - вид А на фиг. 1.

Уплотнение вала, например, турбокомпрессора содержит корпус 1 с запрессованным штифтом 2, фиксирующим от поворота кольцо 3, установленное на вращающемся валу 4. На внутренней поверхности кольца 3 со стороны уплотнительной полости 5 равномерно по периметру выполнены канавки 6, сообщенные с уплотнительной полостью 5.

При этом канавки ориентированы под острым углом (предпочтительно 5-30^o) к входной кроме 7 кольца 3 в направлении вращения вала.

Между участком, охватываемым наклонными канавками и выходной кромкой уплотнительного кольца, расположена кольцевая канавка 8.

Плавающее уплотнительное кольцо работает следующим образом.

Под действием перепада давления затворная жидкость из уплотнительной полости проходит по зазору между валом 4 и кольцом 3, зафиксированным от вращения штифтом 2, запрессованным в корпусе 1. Наклонные канавки 6, выполненные на внутренней поверхности кольца 3, сообщенные с уплотнительной полостью 5, взаимодействуя с валом 4, образуют зону уплотнения, при этом разбивают ее на два участка.

На участке, охватываемом наклонными канавками, осуществляется надежная смазка уплотняемой поверхности за счет циркуляции жидкости по канавкам 6.

В то же время благодаря их наклонной ориентировке под острым углом по направлению вращения вала 4 жидкость, находящаяся в зазоре и стремящаяся к вращению вместе с валом, получает составляющую, направленную против потока затворной жидкости, что снижает ее утечки и повышает качество уплотнения.

Абразивные частицы, находящиеся в любой затворной жидкости, попадая в уплотняющий зазор, сепарируются в канавках 6 и благодаря из наклону в сторону вращения выводятся из зазора, вследствие чего устраняется шаржирование рабочей поверхности кольца 2 и, как следствие, износ вала 4.

Наличие наклонных канавок 6 на внутренней поверхности кольца 3 препятствует вращению затворной жидкости в зазоре, чреватому ее перегревом, потерей ею смазывающих свойств, коксованием, что уменьшает вероятность задира уплотнительных колец 3 и вала 4.

Наличие на части уплотнительного кольца 3 равномерно по периметру расположенных канавок 6 позволяет гарантировать подвод затворной жидкости для смазки в уплотняющий зазор гладкого участка уплотнительного кольца, благодаря чему возможно общее уменьшение зазора в уплотняющей паре и, как следствие, повышение качества уплотнения и ресурса.

Кольцевая канавка 8, выполненная на гладком участке кольца 6, собирает прошедшую по зазору затворную жидкость и образует по периметру вала уплотняющую пленку затворной жидкости, препятствующую прорыву газа в полость затворной жидкости.

Величина гладкой части уплотнительного кольца 3 определяет утечки затворной жидкости.

Кольцевая канавка 8 локализует зону воздействия коксообразующих частиц или других веществ, имеющихся в сжимаемой среде или образующихся от контакта горячей затворной жидкости (масла) и сжимаемой среды.

Предлагаемая конструкция уплотнительного кольца позволяет увеличить в 2 раза межремонтный цикл уплотнения и повысить качество продукта за счет уменьшения содержания масла, например, для установок по производству аммиака.

Плавающее уплотнительное кольцо щелевого уплотнения имеет на внутренней поверхности участок с равномерно расположенными по периметру наклонными канавками. Канавки выполнены со стороны уплотнительной полости и сообщены с ней. Кольцо имеет гладкий участок. Канавки выполнены под острым углом к входной кромке кольца по направлению вращения вала. Между участком с наклонными канавками и выходной кромкой кольца выполнена кольцевая канавка. 2 ил.

Плавающее уплотнительное кольцо щелевого уплотнения, на внутренней поверхности которого имеется участок с равномерно расположенными по периметру наклонными канавками, выполненными со стороны уплотнительной полости и сообщенными с ней, и гладкий участок, отличающееся тем, что канавки выполнены под острым углом к входной кромке кольца по направлению вращения вала, причем между участком с наклонными канавками и выходной кромкой кольца выполнена кольцевая канавка.