УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА Российский патент 2003 года по МПК F16J15/16 

Уплотнение вращающегося вала относится к машиностроению, в частности в конструкциям высокоскоростных турбомашин.

Известно уплотнение вращающегося вала плавающего типа (В.А. Максимов, Г. С. Баткинс. Трибология подшипников и уплотнений жидкостного трения высокоскоростных трубомашин. Казань: ФЭН с.200-239), которое содержит корпус, два плавающих кольца и вал. Одно плавающее кольцо ограничивает утечки масла в сторону газовой полости, другое в сторону полости слива масла.

К недостатку этого уплотнения следует отнести неравномерное тепловое расширение вала и плавающих колец, которое при стремлении уменьшить утечки масла в газовую полость приводит к снижению зазора между валом и плавающим кольцом до критического значения и выходу из строя уплотнения по причине выплавления антифрикционного покрытия.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности уплотнения вращающегося вала при минимальных утечках уплотняющего масла в газовую полость турбомашины. Для осуществления этой цели взамен двух плавающих колец в уплотнении вращающегося вала устанавливается втулка, которая выполнена в виде тонкостенной цилиндрической оболочки с жесткими фланцами на концах, соединенных между собой при помощи крепежа с упругими элементами. Масло подводится в зазор между валом и втулкой по каналам, расположенным на одном из фланцев, где оно уплотняет газовую полость и отводится в полость слива турбомашины. Крепежные соединения между жесткими фланцами с упругими элементами, расположенные равномерно по периметру втулки, позволяют выставить минимальный равномерный зазор между валом и втулкой, уплотняющий газовую полость трубомашины. Коэффициент линейного расширения материала втулки выше коэффициента линейного расширения материала вала.

Втулка может быть изготовлена из алюминиевого сплава со слоем окиси алюминия на рабочей поверхности, образованным методом микродугового оксидирования, который обладает высокими триботехническими свойствами.

При нагревании уплотнения вращающегося вала во время работы зазор между валом и втулкой, уплотняющий газовую полость, остается практически постоянным благодаря компенсации теплового расширения втулки в радиальном направлении деформацией тонкостенной цилиндрической оболочки из-за ограничения увеличения зазора между фланцами крепежными соединениями с упругими элементами при тепловом расширении цилиндрической оболочки в аксиальном направлении.

Сущность настоящего изобретения поясняется чертежом, где представлен продольный разрез уплотнения вращающегося вала.

Уплотнение вращающегося вала помещено в корпусе 1 и содержит втулку 2, уплотняющую вал 3. Втулка 2 состоит из тонкостенной цилиндрической оболочки 4 с жесткими фланцами на концах 5 и 6, соединенных между собой крепежом 7 с упругими элементами 8. Во фланце 5 выполнены питательные каналы 9 с карманами 10 и разгрузочная кольцевая канавка 11с каналами 12. На рабочей поверхности втулки 2 имеется износостойкий слой окиси алюминия 13. Контакт втулки 2 с корпусом 1 осуществляется за счет деформации резинового уплотнения 14. Втулка 2 имеет свободу радиальных помещений, но зафиксирована от проворота шпонкой 15. Минимальный равномерный зазор между втулкой 2 и валом 3, уплотняющий газовую полость обеспечивается деформацией тонкостенной цилиндрической оболочки 4 при затяжке крепежных соединений 7 с упругими элементами 8.

Уплотнение вращающегося вала действует следующим образом.

Масло под давлением, несколько превышающим давление газа, по питательным каналам 9 поступает в зазор между втулкой 2 и валом 3, при этом фланец 5 втулки 2 ограничивает утечки масла в сливную полость с атмосферным давлением, а тонкостенная цилиндрическая оболочка 4 втулки 2 ограничивает утечки масла в газовую полость высокого давления.

Пленка уплотняющего масла в зазоре между тонкостенной цилиндрической оболочкой 4 втулки 2 и валом 3 препятствует утечке газа из турбомашины. При вращении вала 3 благодаря карманам 10 возникают радиальные центрирующие силы, которые позволяют втулке 2 самоустанавливаться относительно вращающегося вала 3. При нагреве уплотнения во время работы происходит тепловое расширение вала 3. Одновременно подвергается тепловому расширению втулка 2 как в радиальном, так и в аксиальном направлениях. Ограничение теплового расширения втулки 2 в аксиальном направлении крепежными соединениями 7 приводит к деформации тонкостенной цилиндрической оболочки 4 втулки 2 в сторону сохранения минимального зазора между валом 3 и втулкой 2.

Благодаря чему обеспечиваются минимальные утечки масла в газовую полость высокого давления турбомашины и надежность уплотнения вращающегося вала.

Изобретение может быть использовано в машиностроении. В уплотнении вращающегося вала втулка выполнена в виде тонкостенной цилиндрической оболочки с жесткими фланцами на концах, соединенных между собой при помощи крепежа с упругими элементами. Изобретение повышает надежность уплотнения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Уплотнение вращающегося вала, содержащее корпус, вал и втулку, отличающееся тем, что втулка выполнена в виде тонкостенной цилиндрической оболочки с жесткими фланцами на концах, соединенных между собой при помощи крепежа с упругими элементами. 2. Уплотнение вращающегося вала по п. 1, отличающееся тем, что втулка выполнена из алюминиевого сплава со слоем окиси алюминия на рабочей поверхности, образованным методом микродугового оксидирования.