МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА Российский патент 1998 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к уплотнительной технике, а именно к торцевым уплотнениям, и может быть использовано с наибольшим эффектом для герметизации вращающихся валов насосов, перекачивающих легковоспламеняемые, взрыво- и пожароопасные, токсичные, химически агрессивные и другие жидкости и газы.

Известно торцевое уплотнение, состоящее из двух одинарных уплотнений. Одно из них - основное (внутреннее) контактирует с перекачиваемым продуктом, другое вспомогательное (внешнее) уплотнение отделено от основного полостью, в которую подается запирающая затворная жидкость, как правило, циркулирующая по замкнутому контуру, причем запирающая жидкость находится под более низким давлением, чем перекачиваемый продукт. По такой схеме выполнено, например, торцевое уплотнение вращающегося вала ДН60М, черт. Н71.3.423.00.000 конструкции ВНИИ Гидромаш.

Однако такая конструкция уплотнения не предотвращает выхода перекачиваемого продукта в атмосферу полностью. В результате того, что давление перекачиваемого продукта выше давления запирающей жидкости, перекачиваемый продукт попадает в запирающую жидкость, а их смесь через внешнюю ступень уплотнения - в атмосферу.

С целью снижения количества выхода этой токсичной и агрессивной смеси в окружающую среду, на том же предприятии ВНИИ Гидромаш было предложено другое техническое решение - многоступенчатое торцевое уплотнение [1]. Согласно этому в дополнение к уже существующим двум ступеням уплотнения (как, например, в упомянутой конструкции ДН60М) добавлена третья ступень уплотнения, которая имеет самостоятельный контур циркуляции запирающей жидкости.

Но и в этом случае, несмотря на значительное усложнение конструкции уплотнения и его гидравлической схемы (введение еще одной ступени уплотнения, еще одного самостоятельного контура циркуляции запирающей жидкости, вакуумного отсоса и т.д.), это техническое решение лишь уменьшает, но не предотвращает полностью выход перекачиваемого токсичного, взрыво- и пожароопасного продукта в окружающую среду, т.к. после первой вспомогательной ступени уплотнения перекачиваемый продукт, смешиваясь с запирающей жидкостью, попадает в полость между вспомогательными ступенями и может выходить из этой полости в окружающую среду.

При этом вакуумный отсос удаляет только газообразную фазу перекачиваемого продукта, а жидкая фаза (как уже указывалось выше) выходит в окружающую среду через уплотняющий стык третьей (атмосферной) ступени.

Другим известным решением, направленным на предотвращение выхода перекачиваемого продукта в атмосферу, является выполнение уплотнения вращающегося вала в виде двойного, в котором между основной и вспомогательной ступенями подается запирающая жидкость под давлением, более высоким, чем давление перекачиваемого продукта [2].

Однако это решение, предотвращая выход перекачиваемого продукта в окружающую среду, делает возможным попадание запирающей жидкости в перекачиваемый продукт при выходе из строя основной уплотняющей ступени, что в большинстве случаев является недопустимым.

Предлагаемое техническое решение имеет целью как полное исключение выхода в окружающую среду технологических продуктов (прежде всего токсичных, а также взрыво- и пожароопасных), так и попадание в них запирающей жидкости. Кроме того конструкция уплотнения в предлагаемом техническом решении более проста и надежна в сравнении с существующими (вышеописанными).

За прототип принимается многоступенчатое торцевое уплотнение [1].

Заявляемое техническое решение представляет собой многоступенчатое торцевое уплотнение вращающегося вала, содержащее:
- основную ступень уплотнения, контактирующую с перекачиваемым продуктом в рабочей полости насоса;
- гидрозатвор, выполненный либо в виде одной ступени уплотнения с двумя уплотняющими поясками, либо в виде двух самостоятельных ступеней уплотнения, расположенных в осевом либо радиальном направлениях, разделенных полостью, соединенной каналом с источником запирающей жидкости через запорный вентиль;
- герметичную сливную камеру, соединенную с герметичными емкостями для сбора протечек жидкой и газообразной фазы, либо с устройством для сжигания газообразной фазы, причем на коммуникациях, соединяющих сливную камеру с этими емкостями, установлена запорно-регулирующая аппаратура и контрольно-измерительные приборы.

На фиг. 1 изображен предпочтительный вариант предлагаемого уплотнения, содержащий основную ступень уплотнения 1, контактирующую с перекачиваемым продуктом в уплотняемой рабочей полости насоса 2, вспомогательную ступень уплотнения - гидрозатвор 3, состоящий из двух концентрических уплотняющих поясков 4 и 5 на одном из уплотнительных дисков вспомогательного уплотнения, разделенных кольцевой канавкой 6, соединенной каналом 7 с источником запирающей жидкости 8 через запорный вентиль 9 и герметичную камеру 10, каналом 11 подключенную к манометру 12, и через вентиль 13 к устройству 14 для сжигания газообразной фазы протечек, а каналом 15, через вентиль 16 подключенную к герметической емкости сбора жидких протечек 17 для опорожнения, которой служит вентиль 18.

На фиг. 2 изображен вариант выполнения гидрозатвора в виде двух отдельных ступеней уплотнения 4 и 5, расположенных в радиальном направлении; на фиг. 3 то же - в осевом.

Работа многоступенчатого торцевого уплотнения осуществляется следующим образом.

Протечки перекачиваемого продукта из рабочей полости 2 через основную ступень уплотнения 1 и протечки запирающей жидкости через уплотнение 4 гидрозатвора 3 поступают в герметичную сливную камеру 10. Газообразная фаза этой смеси протечек по каналу 11 через вентиль 13 поступает в газовую герметичную емкость либо к устройству 14 на сжигание.

Жидкая фаза смеси протечек по каналу 15 через вентиль 16 поступает в герметичную сливную емкость 17.

После наполнения емкости 17 смесь протечек при помощи вентиля 18 сливается в герметичный транспортный контейнер для ее нейтрализации или вторичной переработки.

Протечки запирающей жидкости во вспомогательной ступени уплотнения (гидрозатворе) 3 через уплотнение 5 - нейтральны и не представляют опасности для окружающей среды. В качестве запирающей жидкости в подавляющем большинстве случаев предпочтительна вода.

При выходе из строя основной ступени уплотнения 1 (аварийная ситуация) давление в сливной камере возрастает. По сигналу с манометра 12 происходит перекрытие вентилями 16 и 13 каналов удаления жидкой 15 и газообразной 11 фаз протечек.

Вспомогательная ступень уплотнения работает при этом под полным перепадом давления перекачиваемого продукта, что предусмотрено при расчете и проектировании уплотнения.

Таким образом, решая главную задачу торцевого уплотнения вращающегося вала насоса, перекачивающего токсичные, взрыво- и пожароопасные продукты, а именно полное исключение попадания (выхода) этих продуктов в окружающую среду, а запирающей жидкости - в перекачиваемые продукты, заявляемое техническое решение значительно повышает надежность уплотнения, упрощая и удешевляя последнее.

Многоступенчатое торцовое уплотнение вращающегося вала относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации валов насосов, перекачивающих легковоспламеняющиеся, взрыво- и пожароопасные, токсичные жидкости. Торцовое уплотнение вращающегося вала представляет собой многоступенчатое уплотнение, состоящее из основной и вспомогательной ступеней. Вспомогательная ступень выполнена в виде гидрозатвора, состоящего из двух уплотнений, полость между которыми соединена с источником запирающей жидкости. Между основной и вспомогательной ступенями уплотнения расположена сливная герметичная камера, имеющая отводы через запорно-регулирующую арматуру для выхода жидкой фракции протечек в герметичную емкость, а газообразной - в герметичную емкость или на сжигание. Изобретение повышает надежность уплотнения насосов. 3 ил.

Многоступенчатое торцевое уплотнение, содержащее основную и вспомогательную ступени, источник и устройство для подачи запирающей жидкости, отличающееся тем, что уплотнение снабжено герметичной сливной камерой, расположенной между основной и вспомогательной ступенями уплотнения, имеющей отводы через запорно-регулирующую аппаратуру для вывода жидкой фракции протечек в герметичную емкость, а газообразной - в герметичную емкость или через специальную коммуникацию на сжигание, причем вспомогательная ступень уплотнения выполнена в виде гидрозатвора, состоящего из двух уплотнений, полость между которыми соединена с источником подачи запирающей жидкости.