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 предварительный контакт колец обеспечивается за счет упругого прогиба мембраны [1].

Однако применение таких конструкций для целого ряда сред ограничено из-за малых осевых перемещений упорного кольца, что приводит к раскрытию торцового стыка и, как следствие, к разгерметизации уплотнения.

Наиболее близкой по назначению, технической сущности и достигаемому результату является конструкция торцового уплотнения, принятая в качестве прототипа и содержащая опорное кольцо, установленное на валу, и установленное в корпусе упорное кольцо с нажимным устройством в виде пружин, которые обеспечивают начальное контактное давление между кольцами, а также служат угловым компенсатором при осевых и угловых смещениях упорного кольца [2].

Пружина подвержена циклическим нагрузкам и постоянному воздействию агрессивной среды, поэтому долговечность пружины ограничена ее коррозионно-усталостными свойствами.

В основу изобретения поставлена задача повышения надежности и расширения эксплуатационных возможностей за счет применения нажимного устройства в виде постоянных кольцевых магнитов, установленных в упорном кольце и в корпусе и взаимодействующих между собой одноименными полюсами.

Поставленная задача решается тем, что в известной конструкции торцового уплотнения, содержащей установленное в корпусе упорное кольцо, нажимное устройство и размещенное на валу опорное кольцо, согласно изобретению нажимное устройство выполнено в виде кольцевых постоянных магнитов, по меньшей мере один из которых расположен во внутренней стенке корпуса, примыкающей к упорному кольцу, а другой - в торце самого упорного кольца, противоположном его рабочему торцу, при этом магниты упорного кольца и корпуса обращены друг к другу одноименными полюсами.

Торец упорного кольца и внутренняя стенка корпуса, каждые, могут быть снабжены, например, парой кольцевых постоянных магнитов, причем магниты каждой пары соединены друг с другом магнитопроводами и расположены соосно валу.

Таким образом, предлагаемое техническое решение отличается от прототипа следующими признаками:
- нажимное устройство выполнено в виде кольцевых постоянных магнитов, по меньшей мере один из которых расположен во внутренней стенке корпуса, примыкающей к упорному кольцу, а другой - в торце самого упорного кольца, противоположном его рабочему торцу;
- магниты упорного кольца и корпуса обращены друг к другу одноименными полюсами;
- торец упорного кольца, противоположный его рабочему торцу, и внутренняя стенка корпуса, примыкающая к упорному кольцу, каждые, могут быть снабжены, например, парой кольцевых постоянных магнитов;
- магниты каждой пары кольца и корпуса могут быть соединены друг с другом магнитопроводами и расположены соосно валу.

Перечисленные выше признаки являются существенными отличительными признаками, которые в совокупности с известными являются необходимыми и достаточными для решения поставленной задачи:
- выполнение нажимного устройства в виде кольцевых постоянных магнитов, по меньшей мере один из которых расположен во внутренней стенке корпуса, примыкающей к упорному кольцу, а другой - в торце самого упорного кольца, противоположном его рабочему торцу, а также установка кольцевых магнитов в упорном кольце и в корпусе обращенными друг к другу одноименными полюсами обеспечивает предварительное поджатие упорного кольца к опорному, что способствует созданию определенного начального контактного давления.

При этом кольцевые постоянные магниты служат более надежным, по сравнению с пружиной, угловым компенсатором при осевых и угловых смещениях упорного кольца торцевого уплотнения. Все это, в конечном счете, способствует поддержанию плоскопараллельности рабочих торцевых поверхностей пары трения, обеспечению величины уплотнительного зазора в расширенном диапазоне давлений и скоростей, что, в свою очередь, повышает надежность работы уплотнения и расширяет его эксплуатационные возможности за счет возникновения момента, стремящегося при перекосе взаимного расположения примыкающих друг к другу элементов восстановить плоскопараллельность рабочих торцевых поверхностей колец уплотнения.

Установка в упорном кольце и в корпусе, например, по паре кольцевых магнитов и соединение магнитов каждой пары магнитопроводом и расположение их соосно валу усиливают описанный выше эффект восстановления плоскопараллельности рабочих зазоров между торцевыми поверхностями пар трения.

Последнее происходит благодаря увеличению магнитного поля и уменьшению рассеивания магнитного потока, что, в конечном счете, обеспечивает надежную работу уплотнения при расширении диапазона 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 торцового уплотнения с одним постоянным магнитом как в упорном кольце, так и в корпусе, а на фиг. 2 - разрез торцового уплотнения с парой кольцевых постоянных магнитов как в упорном кольце, так и в корпусе уплотнения.

Торцовое уплотнение содержит установленное в корпусе 1 упорное кольцо 2 и установленное на валу 3 опорное кольцо 4 (фиг. 1). В упорном кольце 2 и корпусе 1 установлены кольцевые магниты 5 и 6, соответственно, причем они обращены друг к другу одноименными полюсами.

На фиг. 2 показан вариант выполнения торцового уплотнения, в упорном кольце которого установлены два кольцевых магнита 5 и 7, а в корпусе - 6 и 8, соответственно, причем магниты 5 и 6 и магниты 7 и 8 обращены друг к другу одноименными полюсами и расположены соосно валу. Магниты 5 и 7, 6 и 8 соединены магнитопроводами 9.

Торцовое уплотнение работает следующим образом. В исходном положении сила взаимодействия магнитных полей кольцевых магнитов 5 и 6 и давление уплотняемой среды прижимают упорное кольцо 2 к опорному кольцу 4. Кольца 2 и 4 соприкасаются своими торцовыми поверхностями, за счет чего обеспечивается герметизация уплотняемой среды. Постоянные кольцевые магниты, взаимодействуя между собой одноименными полюсами, обеспечивают предварительное поджатие и угловую компенсацию кольца 2.

При вращении вала 3 возникающая результирующая газодинамическая сила увеличивает усилие, раскрывающее торцовый стык, и при заданной скорости вращения вала происходит отделение друг от друга торцовых поверхностей колец 2 и 4. При этом кольцо 2 занимает некоторое равновесное положение, образуя с кольцом 4 оптимальный уплотнительный зазор.

Конусность между торцовыми поверхностями колец 2 и 4 приводит к тому, что там, где больший зазор, опосредствованно, сила взаимодействия между постоянными кольцевыми магнитами уменьшается. При этом в результате взаимодействия возникает дополнительный момент, стремящийся восстановить плоскопараллельность торцовых поверхностей колец 2 и 4.

При установке в кольце 1 и в корпусе 1 пар магнитов 5 и 7, а также 6 и 8, соответственно, и при соединении магнитов каждой пары магнитопроводами 9 значительно увеличивается сила магнитного поля и уменьшается рассеивание магнитного потока.

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 упорного кольца, а также поддержания плоскопараллельного торцового зазора при бесконтактной работе. Все это обеспечивает широкое промышленное применение торцовых уплотнений такой конструкции в качестве концевых уплотнительных узлов насосов, центробежных компрессоров, газовых турбин и турбоагрегатов.

Источники информации
1. SU N 602729, кл. F 16 J 15/34, 1978.

2. Уплотнение и уплотнительная техника. Справочник под общей ред. А.И. Голубева и Л.А. Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к уплотнениям вращающихся валов. Торцовое уплотнение вала содержит установленное в корпусе упорное кольцо и установленное на валу опорное кольцо. В упорном кольце и корпусе установлены кольцевые магниты, причем они обращены друг к другу одноименными полюсами. Постоянные кольцевые магниты, взаимодействуя между собой одноименными полюсами, обеспечивают предварительное поджатие и угловую компенсацию кольца. При осевых и угловых смещениях упорного кольца магниты выполняют роль угловых компенсаторов, что, в конечном счете, способствует поддержанию плоскопараллельности рабочих торцовых поверхностей пары трения за счет возникновения момента, стремящегося восстановить плоскопараллельность рабочих торцовых поверхностей колец уплотнения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Торцовое уплотнение, содержащее установленное в корпусе упорное кольцо, нажимное устройство и размещенное на валу опорное кольцо, отличающееся тем, что нажимное устройство выполнено в виде кольцевых постоянных магнитов, по меньшей мере, один из которых расположен во внутренней стенке корпуса, примыкающей к упорному кольцу, а другой - в торце самого упорного кольца, противоположном его рабочему торцу, при этом магниты упорного кольца и корпуса обращены друг к другу одноименными полюсами. 2. Торцовое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что торец упорного кольца и внутренняя стенка корпуса каждые снабжены, например, парой кольцевых постоянных магнитов, причем магниты каждой пары соединены друг с другом магнитопроводами и расположены соосно валу.