МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА Российский патент 2006 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации вращающихся валов машин, аппаратов и насосов химической, нефтехимической и других отраслей промышленности.

Известно торцовое уплотнение, состоящее из двух одинарных уплотнений. Одно из них - основное (внутреннее) контактирует с перекачиваемым продуктом, другое вспомогательное (внешнее) уплотнение отделено от основного полостью, в которую подается запирающая затворная жидкость, как правило, циркулирующая по замкнутому контуру, причем запирающая жидкость находится под более низким давлением, чем перекачиваемый продукт. По такой схеме выполнено, например, торцовое уплотнение вращающегося вала ДН 60 М, черт. Н 71.3.423.00.000 конструкции ВНИИ Гидромаш.

Однако такая конструкция уплотнения не предотвращает полностью выхода перекачиваемого продукта в атмосферу. В результате того, что давление перекачиваемого продукта выше давления запирающей жидкости, перекачиваемый продукт попадает в запирающую жидкость, а их смесь через внешнюю ступень уплотнения - в атмосферу.

С целью снижения количества выхода этой токсичной и агрессивной смеси в окружающую среду на том же предприятии ВНИИ Гидромаш было предложено другое техническое решение - многоступенчатое торцовое уплотнение (SU, авторское свидетельство № 1603115, F 16 J 15/34, 1990), в котором к уже существующим двум ступеням уплотнения конструкции ДН60М добавлена третья ступень уплотнения, которая имеет самостоятельный контур циркуляции запирающей жидкости. Но и в этом случае, несмотря на значительное усложнение конструкции уплотнения и его гидравлической схемы (введение еще одной ступени уплотнения, еще одного самостоятельного контура циркуляции запирающей жидкости, вакуумного отсоса и т.д.), это техническое решение лишь уменьшает, но не предотвращает полностью выход перекачиваемого продукта в окружающую среду, т.к. после первой вспомогательной ступени уплотнения перекачиваемый продукт, смешиваясь с запирающей жидкостью, попадает в полость между вспомогательными ступенями и может выходить из этой полости в окружающую среду. При этом вакуумный отсос удаляет только газообразную фазу перекачиваемого продукта, а жидкая фаза (как уже указывалось выше) выходит в окружающую среду через уплотняющий стык третьей (атмосферной) ступени.

В качестве прототипа предлагаемого технического решения принято многоступенчатое торцовое уплотнение вращающегося вала (патент RU № 2116536, F 16 J 15/34, 1998) содержащее основную ступень уплотнения, контактирующую с перекачиваемым продуктом в рабочей полости насоса, гидрозатвор, выполненный либо в виде одной ступени уплотнения с двумя уплотняющими поясками, либо в виде двух самостоятельных ступеней уплотнения, расположенных в осевом либо радиальном направлениях, разделенных полостью, соединенной каналом с источником запирающей жидкости через запорный вентиль, герметичную сливную камеру, соединенную с герметичными емкостями для сбора протечек жидкой и газообразной фазы, либо с устройством для сжигания газообразной фазы, причем на коммуникациях, соединяющих сливную камеру с этими емкостями, установлена запорно-регулирующая аппаратура и контрольно-измерительные приборы. Уплотнение исключает как выход в окружающую среду технологических (рабочих) продуктов (токсичных, вредных и т. п.), так и попадание в них запирающей жидкости.

Недостатком такой конструкции многоступенчатого торцового уплотнения является возможность попадания затворной (запирающей) жидкости в атмосферу при выходе из строя вспомогательной уплотняющей ступени, что может привести к загрязнению окружающей среды.

Предлагаемое техническое решение имеет своей задачей при исключении выхода в окружающую среду технологических (рабочих) продуктов (токсичных, вредных и т.п.), исключить возможность попадания затворной (запирающей) жидкости в атмосферу. Конструкция предлагаемого уплотнения более надежна и обладает большими функциональными возможностями, осуществляя эффективную смазку и охлаждение поверхностей узлов и деталей вспомогательной ступени уплотнения разделительной жидкостью.

Сущность решения технической задачи состоит в том, что в многоступенчатое торцовое уплотнение вала, содержащее основную и вспомогательную ступени, вращающиеся кольца пар трения которых расположены в гильзе уплотнения, источник и устройство для подачи затворной жидкости и герметичную сливную камеру, вводится источник и устройство для подачи разделительной жидкости, причем основная ступень уплотнения выполнена в виде гидрозатвора, состоящего из двойного уплотнения, а вспомогательная ступень уплотнения выполнена в виде одинарного уплотнения и включена в контур подачи разделительной жидкости, к которому подключена через запорно-регулирующую аппаратуру герметичная сливная камера (емкость) для вывода в нее протечек затворной и разделительной жидкостей. Двойное уплотнение основной ступени выполнено в виде одной ступени уплотнения с двумя уплотняющими поясками.

В варианте выполнения многоступенчатого торцового уплотнения (предпочтительнее для вертикальных аппаратов) основная ступень уплотнения выполнена в виде двух самостоятельных одинарных ступеней уплотнения, расположенных в осевом направлении, при этом в полости между валом и нижним фланцем (со стороны рабочей среды) корпуса уплотнения введена коаксиально расположенная относительно вала втулка, перекрывающая по высоте стык между трущимися поверхностями одинарного уплотнения основной ступени со стороны рабочей среды, основание втулки со стороны рабочей среды жестко закреплено на нижнем фланце корпуса многоступенчатого уплотнения, а полость (кольцевая щель) между внешней поверхностью втулки и корпусом уплотнения соединена с герметичной сливной камерой, например, через канал, выполненный во фланце со стороны рабочей среды корпуса уплотнения, обеспечивая слив возможных протечек затворной жидкости.

Полость (кольцевая щель) между гильзой многоступенчатого уплотнения и верхнем фланцем корпуса уплотнения соединена с герметичной сливной камерой, например, через канал, выполненный в верхнем фланце корпуса уплотнения, обеспечивая слив возможных протечек разделительной жидкости.

На фиг.1 изображен общий вид (продольный разрез) многоступенчатого уплотнения, содержащий основную ступень уплотнения 1 (гидрозатвор), контактирующую с рабочей (перекачиваемой, перемешиваемой и т.д.) средой (продуктом) в уплотняемой рабочей полости насоса 2. Основная ступень уплотнения (двойное уплотнение) состоит из двух колец, каждое из которых содержит концентрические уплотняющие пояски 3 и 4, разделенные кольцевой канавкой 5, соединенной каналом 6 с источником затворной жидкости 7. Вспомогательная ступень уплотнения 8, выполненная в виде одинарного уплотнения, включена в контур подачи разделительной жидкости, включающий каналы 9, 10 и источник разделительной жидкости 11, каналом 12 подключенный к герметической емкости 13 сбора возможных жидких протечек разделительной и затворной жидкостей.

На фиг.2 изображен вариант выполнения многоступенчатого уплотнения для вертикальных насосов, а на фиг.3 - элемент «А» фиг.2. В такой конструкции основная ступень 1 выполнена в виде двух отдельных самостоятельных ступеней уплотнения 14 и 15, расположенных в осевом направлении, что исключает попадание затворной жидкости в рабочую среду, а разделительной жидкости в атмосферу. Для этого в полости между валом и нижним со стороны рабочей среды фланцем 16 корпуса уплотнения введена коаксиально расположенная относительно вала втулка 17, перекрывающая по высоте стык между трущимися поверхностями нижнего уплотнения 14 основной ступени 1. Нижнее основание втулки 17 жестко закреплено (сваркой) на фланце 16 корпуса уплотнения, а полость (кольцевая щель) между внешней поверхностью втулки 17 и корпусом многоступенчатого уплотнения соединена с герметичной сливной камерой 13 через канал 18, выполненный во фланце 16 корпуса многоступенчатого уплотнения.

Полость между гильзой 19 (вращающиеся кольца пар трения уплотнений 8, 14, 15 расположены в гильзе многоступенчатого уплотнения), многоступенчатого уплотнения и верхним фланцем 20 корпуса многоступенчатого уплотнения также подключена к герметичной сливной камере 13 через канал 21 во фланце 20 корпуса уплотнения.

Работа многоступенчатого торцевого уплотнения осуществляется следующим образом. При описании подразумевается, что затворная (запирающая) жидкость имеет давление больше давления рабочей среды (технологических продуктов), а разделительная жидкость имеет давление меньше давления затворной жидкости и давления рабочей среды.

При выходе из строя основной ступени уплотнения 1 (аварийная ситуация) протечки рабочей среды (продукта) из рабочей полости 2 через основную ступень уплотнения 1 не будет, так как рабочая среда остается запертой более высоким давление затворной жидкости. При этом сама затворная жидкость может попасть в рабочую среду и в разделительную жидкость, но по условиям эксплуатации таких аппаратов затворная жидкость должна быть совместима с рабочей средой, а разделительная жидкость в большинстве случаев является нейтральной жидкостью. При выходе из строя вспомогательной ступени 2 разделительная жидкость может попасть в атмосферу, но ввиду ее нейтральности это не опасно.

При выполнении основной ступени уплотнения в виде одной ступени уплотнения с двумя уплотняющими поясками 3 и 4 при выходе из строя верхней ступени 3 затворная жидкость может попасть в рабочую среду. При выходе из строя нижней ступени 4 двойного уплотнения затворная жидкость попадает в контур циркуляции разделительной жидкости, в источник 11, а оттуда через канал 12 в герметичную емкость 13. Таким образом, в насосе, перекачивающего токсичные, взрыво- и пожароопасные продукты, исключается не только попадание (выход) этих продуктов в окружающую среду, но и затворной жидкости.

В случае работы вертикального аппарата (фиг.2), в котором недопустимо попадание затворной жидкости в рабочую среду, при выходе из строя пары 14 основной ступени уплотнения 1 возможные протечки затворной жидкости через кольцевую щель, образованную фланцем 16 и втулкой 17, и по каналу 18 попадут в емкость 13, т.е. не попадут в рабочую среду. При выходе из строя пары 15 основной ступени уплотнения 1 возможные протечки затворной жидкости попадут через контур циркуляции разделительной жидкости 9,10 в герметичные емкости 11 и далее 13, повышая давление разделительной жидкости и сигнализируя о неисправностях. При выходе из строя вспомогательной ступени 8 разделительная жидкость поднимается по кольцевой щели, образованной пространством между гильзой 19 и фланцем 20, и дальше по каналу 21 в емкость 13. Таким образом, исключается попадание разделительной жидкости в атмосферу при выходе из строя одинарного уплотнения вспомогательной ступени.

Итак, решая главную задачу торцового уплотнения вращающегося вала аппарата, перекачивающего токсичные, взрыво- и пожароопасные продукты, а именно полное исключение попадания (выхода) этих продуктов в окружающую среду, а также запирающей жидкости, заявляемое техническое решение значительно повышает надежность уплотнения.

Техническое решение может быть использовано для надежной герметизации вращающихся валов аппаратов (горизонтальных и вертикальных) химической, нефтехимической промышленности.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации валов насосов, перекачивающих легковоспламеняющиеся, токсичные и т. п. жидкости. Торцовое уплотнение содержит основную и вспомогательную ступени, вращающиеся кольца пар трения которых расположены в гильзе, источник и устройство для подачи затворной жидкости, герметичную сливную камеру. В устройство введены источник и устройство для подачи разделительной жидкости, причем основная ступень уплотнения выполнена в виде гидрозатвора, состоящего из двойного уплотнения, а вспомогательная ступень уплотнения выполнена в виде одинарного уплотнения и включена в контур подачи разделительной жидкости. К последнему подключена через запорно-регулирующую аппаратуру герметичная емкость для вывода протечек затворной и разделительной жидкостей. Технический результат заключается в повышении надежности уплотнения. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Многоступенчатое торцовое уплотнение вала, содержащее корпус, в котором размещены основная и вспомогательная ступени уплотнения, вращающиеся кольца пар трения которых расположены в гильзе уплотнения, источник и устройство для подачи затворной жидкости, и герметичную сливную камеру, отличающееся тем, что уплотнение снабжено источником и устройством для подачи разделительной жидкости, причем основная ступень уплотнения выполнена в виде гидрозатвора, состоящего из двойного уплотнения, а вспомогательная ступень уплотнения выполнена в виде одинарного уплотнения и включена в контур подачи разделительной жидкости, к которому подключена через запорно-регулирующую аппаратуру герметичная сливная камера.2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что двойное уплотнение основной ступени выполнено в виде одной ступени уплотнения с двумя уплотняющими поясками.3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что двойное уплотнение основной ступени выполнено в виде двух одинарных ступеней уплотнения, расположенных в осевом направлении.4. Уплотнение по п.3, отличающееся тем, что в полости между валом и нижнем со стороны рабочей среды фланцем корпуса уплотнения введена коаксиально расположенная относительно вала втулка, перекрывающая по высоте стык между трущимися поверхностями нижнего уплотнения основной ступени, нижнее основание втулки жестко закреплено на нижнем фланце корпуса уплотнения, а полость между внешней поверхностью втулки и корпусом уплотнения подключена к герметичной сливной камере, например, через канал, выполненный в нижнем фланце корпуса уплотнения.5. Уплотнение по п.3 или 4, отличающееся тем, что полость между гильзой многоступенчатого уплотнения и верхним фланцем корпуса уплотнения подключена к герметичной сливной камере, например, через канал, выполненный в верхнем фланце корпуса уплотнения.