ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Российский патент 2000 года по МПК F04D29/12 F16J15/34 

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к торцовым уплотнениям центробежных насосов.

Известно торцовое уплотнение к магистральному насосу типа 10НД - 10х2, состоящее из вращающейся рабочей втулки, установленной на разгрузочной гильзе на резиновых уплотнительных кольцах, невращающейся втулки, пружины и корпуса [1].

К недостаткам данного устройства относятся:
сложность конструкции, обусловленная наличием в ней разгрузочного устройства и системы отвода жидкости из полости торцового уплотнения в полость входа ее в насос;
высокая точность изготовления, вследствие отсутствия в конструкции копирующих торцовое биение элементов.

Известны также торцовые уплотнения, в которых невращающиеся втулки и пружины заменены металлическими сильфонами [2].

Недостатки: высокая трудоемкость изготовления сильфонов;
ограниченность в применении по давлению из-за неразгруженности уплотнений, приводящей к интенсивному износу контактных поверхностей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является торцовое уплотнение к насосу 24НД14 х 1 конструкции Украинского филиала ВНИИгидромаша [3].

Оно содержит аксильно подвижный стакан со ступицей, пружины, невращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанное со ступицей стакана, вращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанное с подвижной втулкой, закрепленной на валу насоса, и эластичные уплотнительные кольца.

К основным недостаткам данной конструкции относятся:
высокая трудоемкость изготовления уплотнения, обусловленная отсутствием компенсационных элементов, способствующих сохранению трущихся поверхностей в постоянном герметичном контакте;
малое рабочее давление, обусловленное отсутствием быстрореагирующих компенсационных элементов на торцовое биение контактных колец;
низкая эксплуатационная надежность ввиду возможности разгерметизации полости торцового уплотнения от атмосферы, обусловленная забиванием аксиально расположенных пружин осадками солей.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности и срока службы, снижение трудоемкости изготовления и повышение рабочего давления.

Поставленная задача решается предлагаемым торцовым уплотнением, включающим аксиально подвижный стакан со ступицей, пружины, невращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанное со ступицей стакана, вращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанное с подвижной втулкой, закрепленной на валу насоса, и эластичные уплотнительные кольца.

Новым является то, что связь невращающегося жесткого уплотнительного кольца со ступицей стакана, а вращающегося - с подвижной втулкой осуществляется через шарнирный элемент; в невращающемся и вращающемся уплотнительных кольцах с противоположных сторон трущимся поверхностям выполнены выборки-замки в виде "ласточкина хвоста", в которых установлены упругие амортизаторы, а на торцовых стенках подвижной втулки и ступицы стакана выполнены сегментные пазы для фиксации упругих амортизаторов; невращающееся и вращающееся уплотнительные кольца связаны соответственно со ступицей стакана и с подвижной втулкой с помощью самоуплотняющихся эластичных манжет, каждая из которых выполнена в виде колпака, образованного соосно расположенными конусными поверхностями, обращенными своими основаниями друг к другу и образующими по плоскости их оснований стенку, причем на внутренней поверхности большого конуса выполнен замок, имеющий форму зига, а на наружных поверхностях подвижной втулки и ступицы стакана со стороны невращающегося и вращающегося уплотнительных колец выполнены выборки, соответствующие упомянутым выше замкам.

Новым также является то, что упругие амортизаторы выполнены в виде ленточной пружины дугообразной формы.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого торцового уплотнения.

На фиг. 2 и 3 - разрезы по А-А и Б-Б фиг. 1.

На фиг. 4 - разрез по В-В фиг. 3.

На фиг. 5 - замок в виде "ласточкина хвоста".

На фиг. 6 - замок для фиксации упругого элемента.

На фиг. 7 - продольный разрез самоуплотняющейся манжеты (поз. 15 фиг. 1).

На фиг. 8 - продольный разрез центробежного насоса с предлагаемым торцовым уплотнением.

Торцовое уплотнение (см. фиг. 1, 2, 3) состоит из подвижной (вращающейся) втулки 1, закрепленной на валу 2 насоса, вращающегося 3 и невращающегося 4 жестких уплотнительных колец, причем первое из них связано с подвижной втулкой 1, а второе - со ступицей 5 стакана 6 при помощи штифтов 7, закрепленных во втулке 1 и ступице 5 жестко, а в кольцах 3 и 4 - свободно. Во внутрь стакана 6 входит цилиндрический участок крышки 8, который вместе с втулкой 9 и ступицей 5 образуют полость "а", с установленной в ней пружиной 10. Крышка 8 закреплена к корпусу 11 насоса.

В невращающемся 4 и вращающемся 3 уплотнительных кольцах с противоположных сторон трущимся поверхностям выполнены выборки-замки 12 (см. фиг. 5) в виде "ласточкина хвоста", в которых установлены упругие амортизаторы 13 (см. фиг. 4), выполненные в виде ленточной пружины дугообразной формы. На торцовых стенках подвижной втулки 1 и ступицы 5 сделаны сегментные пазы 14 (см. фиг. 6) для фиксации упругих амортизаторов 13.

Невращающееся 4 и вращающееся 3 уплотнительные кольца связаны соответственно со ступицей 5 и подвижной втулкой 1 с помощью самоуплотняющихся эластичных манжет 15 (см. фиг. 7), каждая из которых выполнена в виде колпака, образованного соосно расположенными конусными поверхностями 16 и 17, обращенными своими основаниями друг к другу и образующими по плоскости их оснований стенку 18, причем на внутренней поверхности большого конуса выполнен замок 19, имеющий форму зига, а на наружных поверхностях подвижной втулки 1 и ступицы 5 со стороны вращающегося и невращающегося колец выполнены выборки 20 под замки 19. В местах сочленения подвижной втулки 1 и вала 2, а также стакана 6 и цилиндрического участка крышки 8 установлены эластичные уплотнительные кольца 21.

В насосе подвижная втулка 1 (см. фиг. 1 и 8) зажата на валу 2 с помощью дистанционных втулок 9 и 22, подшипников скольжения 23 и ступиц рабочих колес 24.

Работает устройство следующим образом.

До появления давления в полости "б" (см. фиг. 8) невращающееся уплотнительное кольцо 4 прижато к вращающемуся кольцу 3 усилием пружины 10. После появления давления в полости "б" общее усилие прижатия колец составляет:

где Д₁ - наружный диаметр уплотнительных колец;
Д₂ - посадочный диаметр стакана 6 на крышку 8;
P - давление жидкости в полости "б" насоса,
F_пр - усилие пружины.

При вращении вала 2 в результате торцового биения вращающегося кольца 3 в полость трущихся поверхностей попадает жидкость, образуя там тонкую пленку. В итоге появляется сила, противостоящая вышеупомянутой силе. Она определяется выражением:

где P₁ - среднее давление, расширяющее уплотнительные кольца 3 и 4 друг от друга;
Д₃ - внутренний диаметр уплотнительного кольца 3.

Нормально работающее торцовое уплотнение характеризуется следующим условием:

Незначительные утечки жидкости, которые имеют место при работе насоса, попадают в полость "в" (см. фиг. 1) и оттуда в атмосферу.

При работе предлагаемого торцового уплотнения достигается более точное копирование торцового биения вращающегося уплотнительного кольца неподвижным уплотнительным кольцом, колебание уплотнительных колец в торцовой плоскости осуществляется всегда в сомкнутом положении (без отрыва плоскостей друг от друга) и обеспечивается минимальная разность выражения

Все это в конечном итоге позволит:
повысить эксплуатационную надежность и срок службы уплотнения благодаря увеличению межремонтного периода работы:
снизить трудоемкость изготовления, благодаря ослаблению требований к изготовлению посадочных поверхностей (кроме трущихся поверхностей уплотнительных колец);
повысить рабочее давление, не приводя к увеличению момента трения.

Использованная информация
1. Аналог. В.Л.Селихов, А.М.Буяновский. Торцовые уплотнения нефтяных насосов. М., Недра, 1965 г., стр. 63, рис. 41.

2. Аналог. Источник тот же, стр. 10, рис. 4 и 7.

3. Прототип. "Опыт эксплуатации торцовых уплотнений центробежных насосов". М., ВНИИОЭНГ, 1971 г., стр. 19, рис. 8.

Изобретение относится к области насосостроения. Торцовое уплотнение состоит из подвижной втулки, закрепленной на валу насоса, вращающегося и не вращающегося жестких уплотнительных колец. Первое из них связано с подвижной втулкой, а второе - со ступицей стакана при помощи штифтов, закрепленных во втулке и ступице жестко, а в кольцах свободно. Стакан со ступицей подпружинены. Между кольцом и втулкой, а также кольцом и ступицей установлены упругие амортизаторы. Кольцо и втулка, а также кольцо и ступица соответственно связаны между собой с помощью самоуправляющихся эластичных манжет. Благодаря упругим амортизаторам, самоуплотняющимся манжетам и шарнирной связи уплотнительных колец достигается более точное копирование торцового биения вращающегося уплотнительного кольца неподвижным уплотнительным кольцом, колебание уплотнительных колец в торцовой плоскости осуществляется всегда в сомкнутом положении, что ведет к повышению эксплуатационной надежности и срока службы, снижению трудоемкости изготовления и повышению рабочего давления. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Торцовое уплотнение центробежного насоса, включающее аксиально подвижный стакан со ступицей, пружины, невращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанной со ступицей, вращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанное с подвижной втулкой, закрепленной на валу насоса, и эластичные уплотнительные кольца, отличающееся тем, что связь невращающегося жесткого уплотнительного кольца со ступицей стакана, а вращающегося - с подвижной втулкой, осуществляется через шарнирный элемент, в невращающемся и вращающемся уплотнительных кольцах с противоположных сторон трущимся поверхностям выполнены выборки-замки в виде "ласточкина хвоста", в которых установлены упругие амортизаторы, а на торцовых стенках подвижной втулки и ступицы стакана выполнены сегментные пазы для фиксации упругих амортизаторов, невращающееся и вращающееся уплотнительные кольца связаны соответственно со ступицей стакана и с подвижной втулкой с помощью самоуплотняющихся эластичных манжет, каждая из которых выполнена в виде колпака, образованного соосно расположенными конусными поверхностями, обращенными своими основаниями друг к другу и образующими по плоскости их оснований стенку, причем на внутренней поверхности большого конуса выполнен замок, имеющий форму зига, а на наружных поверхностях подвижной втулки и ступицы стакана со стороны вращающегося и невращающегося уплотнительных колец выполнены выборки, соответствующие упомянутым выше замкам. 2. Торцовое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что упругие амортизаторы выполнены в виде ленточной пружины дугообразной формы.