ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2001 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнениям вращающихся валов, и может быть использовано в насосах, компрессорах, газовых турбинах и турбоагрегатах.

Известна конструкция торцового уплотнения, опорное кольцо которого расположено на валу, а в корпусе с помощью мембраны установлено упорное кольцо, причем в кольцах размещены постоянные магниты с чередующимися на поверхности трения разноименными полюсами [1].

Однако применение таких конструкций для уплотнения газовых сред ограничено, так как из-за малых усилий, создаваемых магнитами, при повышении давления кольца прижимаются друг к другу, создавая сухое трение, что приводит к быстрому износу пары трения и, как следствие, к разрушению уплотнения.

Наиболее близкой по назначению, технической мощности и достигаемому результату является конструкция торцового уплотнения, принятая в качестве прототипа и содержащая установленное на валу опорное кольцо и установленное в корпусе упорное кольцо с нажимным устройством. Рабочий торец одного из колец снабжен уплотнительным пояском и напорным участком, а в рабочих торцах обоих колец размещены постоянные магниты, при этом магниты в упорном кольце и магниты в опорном кольце обращены друг к другу одноименными полюсами [2]. Однако, в данной конструкции, из-за неоднородной структуры магнитов, не обеспечивается параллельности рабочих поверхностей колец пары трения.

В основу изобретения поставлена техническая задача повышения надежности и расширения эксплуатационных возможностей торцевого уплотнения.

Поставленная задача решается тем, что в известной конструкции торцового уплотнения, содержащей установленное на валу опорное кольцо и установленное в корпусе упорное кольцо с нажимным устройством, при этом рабочий торец одного из конец снабжен уплотнительным пояском и имеет напорный участок, а в рабочих торцах обоих колец размещены постоянные магниты, причем магниты в упорном кольце и магниты в опорном кольце обращены друг к другу одноименными полюсами, согласно заявляемому изобретению, в рабочих торцах колец размещено, по меньшей мере, по паре кольцевых постоянных магнитов, разнесенных по радиусу и установленных таким образом, что полюса каждой пары магнитов, удаленные от рабочих торцовых поверхностей колец, разноименны и соединены друг с другом магнитопроводом.

Таким образом, заявляемое торцовое уплотнение отличается от прототипа и других технических решений следующими существенными признаками:
- размещение в рабочих торцах колец, по меньшей мере, по паре кольцевых постоянных магнитов;
- разнесением магнитов по радиусу кольца;
- установкой магнитов таким образом, что полюса каждой пары магнитов, удаленные от рабочих торцовых поверхностей колец, разноименны и соединены друг с другом магнитопроводом.

Перечисленные выше существенные отличительные признаки, совместно с известными, являются необходимыми и достаточными для решения поставленной технической задачи:
- размещение в рабочих торцах колец, по меньшей мере, по паре кольцевых постоянных магнитов обеспечивает параллельность их рабочих торцовых поверхностей, что способствует более надежной работе уплотнения при малых рабочих зазорах;
- установка кольцевых постоянных магнитов разнесенными по радиусу способствует возникновению дополнительного момента, стремящегося поддержать плоскопараллельность торцовых рабочих поверхностей колец;
- установка магнитов таким образом, что полюса каждой пары магнитов, удаленные от рабочих торцовых поверхностей колец, разноименны и соединены друг с другом магнитопроводов, значительно увеличивает магнитное поле и уменьшает рассеивание магнитного потока. При этом значительно увеличивается сила взаимодействия между обращенными друг к другу рабочими торцами колец, что в конечном счете расширяет эксплуатационные возможности уплотнения, благодаря обеспечению надежности работы при увеличенном диапазоне высоких давлений и скоростей вращения вала, например, турбокомпрессора.

Указанная выше причинно-следственная связь подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию изобретательского уровня.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез узла уплотнения и на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Торцовое уплотнение содержит установленное в корпусе 1 упорное кольцо 2 с нажимной пружиной 3 и установленное на валу 4 опорное кольцо 5, на торцовой поверхности которого имеется уплотнительный поясок 6 и напорный участок 7. В упорном 2 и опорном 5 кольцах установлены кольцевые магниты 8, 9 и 10, 11 соответственно, причем они обращены друг к другу одноименными полюсами. В каждом из колец 2 и 5 разноименные полюса кольцевых магнитов 8, 9 и 10, 11, удаленные от торцовой рабочей поверхности, замкнутые магнитопроводы 12 и 13.

Торцовое уплотнение работает следующим образом. В исходном положении сила упругости пружины 3 и давление уплотняемой среды прижимают упорное кольцо 2 к опорному кольцу 5. Кольца 2 и 5 соприкасаются своими торцовыми поверхностями, при этом уплотнительный поясок 6 обеспечивает герметизацию уплотняемой среды. Постоянные кольцевые магниты, разнесенные по радиусу и взаимодействующие между собой одноименными полюсами, обеспечивают самоустановку колец 2 и 5 и равномерную нагрузку по всей поверхности взаимодействия.

При вращении вала 4 газ захватывается напорным участком 7 и подается к центру торцовых поверхностей колец 2 и 5, где, встречая сопротивление уплотнительного пояска 6, сжимается, образуя зоны повышенного давления. Возникающая при этом результирующая газодинамическая сила увеличивает силу, раскрывающую торцовый стык, и при определенной частоте вращения вала происходит отделение торцовой поверхности кольца 2 от торцовой поверхности кольца 5. При этом кольцо 2 займет некоторое равновесное положение, образуя с кольцом 5 оптимальный уплотнительный зазор.

Конусность между торцовыми поверхностями колец 2 и 5 приводит к тому, что там, где больший зазор, сила взаимодействия между постоянными магнитами уменьшается. При этом, благодаря взаимодействию магнитов возникает дополнительный момент, стремящийся восстановить плоскопараллельность торцовых поверхностей колец 2 и 5.

Таким образом, предлагаемое техническое решение, по сравнению с прототипом и другими техническими решениями, обладает значительными технико-экономическими преимуществами, заключающимися в повышении надежности и расширении эксплуатационных возможностей торцового уплотнения за счет самоустановки колец 2 и 5, а также плоскопараллельности торцового зазора при бесконтактной работе на режимах расширенного диапазона давлений и скоростей. Все это обеспечивает широкое промышленное применение торцовых уплотнений такой конструкции в качестве концевых уплотнительных узлов насосов и центробежных компрессоров, перекачивающих агрессивные, взрывоопасные, токсичные и другие газы.

Источники информации
1. Авт.св. СССР N 602729, МПК⁶ F 16 J 15/34, БИ 14, 1978.

2. Авт.св. СССР N 1404724, МПК⁶ F 16 J 15/34, БИ 23, 1988.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к уплотнениям вращающихся валов. Торцовое уплотнение вала содержит установленное в корпусе упорное кольцо с нажимной пружиной и установленное на валу опорное кольцо. На торцовой поверхности опорного кольца имеются уплотнительный поясок и напорный участок. В кольцах размещены кольцевые магниты, обращенные друг к другу одноименными полюсами, причем разноименные полюса кольцевых магнитов, удаленные от рабочих торцовых поверхностей колец, замкнуты магнитопроводами. Взаимодействие кольцевых магнитов одноименными полюсами обеспечивает самоустановку колец и равномерную нагрузку по всей поверхности контактирования. При этом возникающая результирующая газодинамическая сила увеличивает силу, раскрывающую торцовый стык. Упорное кольцо занимает некоторое равновесное положение, образуя с опорным кольцом оптимальный уплотнительный узел. 2 ил.

Торцовое уплотнение, содержащее установленное на валу опорное кольцо и установленное в корпусе упорное кольцо с нажимным устройством, при этом рабочий торец одного из колец снабжен уплотнительным пояском и напорным участком, а в рабочих торцах обоих колец размещены постоянные магниты, причем магниты в упорном кольце и магниты в опорном кольце обращены друг к другу одноименными полюсами, отличающееся тем, что в рабочих торцах колец размещено по меньшей мере по паре кольцевых постоянных магнитов, разнесенных по радиусу и установленных так, что полюса каждой пары магнитов, удаленные от рабочих торцовых поверхностей колец, разноименны и соединены друг с другом магнитопроводом.