ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2003 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к области машиностроения, частности к конструкциям высокоскоростных турбомашин.

Известно гидростатическое торцовое уплотнение (В.А.Максимов, Г.С.Баткинс. Трибология подшипников и уплотнений жидкостного трения высокоскоростных турбомашин. Казань, ФЭН, 1998 г., с.367-368), которое содержит вращающееся уплотнительное кольцо и аксиально подвижное уплотнительное с замкнутыми камерами на поверхности трения, питательными и отводящими каналами.

К недостатку этого уплотнения следует отнести достаточно высокую утечку масла в полость, заполненную газом, которая зависит от величины зазора между вращающимися и аксиально подвижными уплотнительными кольцами.

Зазор в уплотнительном стыке назначается исходя из условия обеспечения расхода масла, необходимого для охлаждения пары трения и регулируется давлением масла в замкнутых камерах, которое зависит от проходного сечения дроссельных устройств, устанавливаемых в питательные каналы.

Целью настоящего изобретения является снижение невозвратных утечек масла в газовую полость при обеспечении достаточного охлаждения пары трения.

Для осуществления этой цели на уплотнительных поясках, разделяющих масляную и газовую полости, вращающегося и аксиально подвижного уплотнительных колец, выполненных из алюминиевого сплава со слоем окиси алюминия, образованным методом микродугового оксидирования, установлены с натягом бандажные кольца, причем коэффициент линейного расширения материала колец меньше по сравнению с коэффициентом линейного расширения алюминиевого сплава.

В результате ограничения тепловых деформаций в радиальном направлении уплотнительных поясков, разделяющих масляную и газовую полости, бандажными металлическими кольцами из-за разности коэффициентов линейного расширения материалов при нагревании пары трения во время работы уплотнения увеличивается зазор между уплотнительными поясками, разделяющими масляную и сливную полости. Увеличение зазора при тепловых деформациях уплотнительных колец приводит к уменьшению давления масла в замкнутых камерах и нарушению баланса осевых сил, действующих на аксиально подвижное уплотнительное кольцо, в результате чего, оно перемещается к вращающемуся уплотнительному кольцу.

При этом зазор по уплотнительному стыку, разделяющему масляную и сливную полости, восстанавливается, а зазор по уплотнительному стыку, разделяющему масляную и газовую полости, уменьшается.

На фиг.1 показан пример исполнения гидростатического торцового уплотнения; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Оно помещено в корпусе 1 и содержит вращающееся 2 и аксиально подвижное 3 уплотнительные кольца, загерметизированные относительно вала 4 и корпуса 1 посредством эластичных прокладок 5, 6 и 7.

Упругие элементы 8 обеспечивают контакт в паре трения.

На вращающемся уплотнительном кольце 2 имеются два уплотнительных пояска 9 и 10. На аксиально подвижном уплотнительном кольце имеются также два уплотнительных пояска 11 и 12. Замкнутые камеры 13 и питательные каналы 14 с дроссельными устройствами 15.

На уплотнительных поясках, разделяющих масляную и газовую полости, насажены металлические кольца 16 и 17.

Гидростатическое торцовое уплотнение действует известным образом, при котором уплотнительное кольцо 2 и эластичная прокладка 5 вращаются вместе с валом 4.

При этом масло под давлением, несколько превышающим давление газа, из масляной полости по питательным каналам 14 аксиально подвижного уплотнительного кольца 3 поступает в торцовой зазор и замкнутые камеры 13 через дроссельные устройства 15. Осевая сила, действующая со стороны торцового зазора, преодолевает усилие упругих элементов 8 и разделяет уплотнительные кольца 2 и 3.

Торцовое уплотнение функционирует в бесконтактном режиме при утечках масла в газовую и сливную полости.

Величина торцового зазора зависит от давления масла в замкнутых камерах 13, которое регулируется дроссельными устройствами 15, установленными в питательные каналы 14.

При тепловых деформациях в результате разогрева трущихся поверхностей уплотнительных колец 2 и 3 происходит увеличение торцового зазора только между поверхностями трения, уплотняющими масляную и сливную полости, которое приводит к снижению давления масла в замкнутых камерах 13 и нарушению баланса осевых сил, действующих на аксиально подвижное уплотнительное кольцо 3, в результате чего оно перемещается к вращающемуся уплотнительному кольцу 2.

Таким образом зазор между поверхностями, уплотняющими масляную и сливную полости, восстанавливается, а зазор между поверхностями, уплотняющими масляную и газовую полости, уменьшается.

Благодаря чему невозвратные потери масла снижаются, а расход масла, требуемый на охлаждение пары трения, практически сохраняется.

При остановке турбомашины гидростатическое торцовое уплотнение выполняет роль стояночного, то есть препятствует протечкам газа в атмосферу.

Изобретение может быть использовано в машиностроении. Для снижения невозвратных потерь масла в скоростных турбомашинах вращающееся и аксиально подвижные кольца выполнены из алюминиевого сплава со слоем окиси алюминия, образованным методом микродугового оксидирования. На уплотнительных поясках, разделяющих масляную и газовую полости, установлены кольца из материала, коэффициент линейного расширения которого ниже коэффициента линейного расширения алюминиевого сплава. Изобретение повышает надежность уплотнения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Гидростатическое торцовое уплотнение, содержащее корпус, вращающееся уплотнительное кольцо с уплотнительными поясками, разделяющими масляную, газовую и сливную полости, аксиальноподвижное уплотнительное кольцо, помещенное в корпусе, с уплотнительными поясками, разделяющими масляную, газовую и сливную полости, с замкнутыми камерами на поверхности трения и питательными каналами, отличающееся тем, что на уплотнительных поясках, разделяющих масляную и газовую полости, вращающегося и аксиальноподвижного уплотнительных колец, выполненных из алюминиевого сплава со слоем окиси алюминия, установлены бандажные кольца из материала, коэффициент линейного расширения которого ниже коэффициента линейного расширения алюминиевого сплава.