Торцовое уплотнение вращающегося вала с гидравлическим затвором Российский патент 2017 года по МПК F16J15/34 F04D29/08 

Описание патента на изобретение RU2620621C1

Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к торцовым уплотнениям с гидравлическим затвором, и может быть использовано при проектировании насосных и компрессорных агрегатов.

В торцовых уплотнениях с гидравлическим затвором в качестве затворной жидкости обычно применяют минеральное масло. Масло, подводимое в камеру уплотнения под давлением, превышающим давление уплотняемой среды на 0,05-0,3 Мпа, герметизирует торцовую щель и снимает тепловой поток с пары трения.

Известно контактное торцовое уплотнение, содержащее неподвижное и подвижное уплотнительные кольца с плоскими (непрофилированными) трущимися рабочими поверхностями (Г.С. Баткис, В.А. Максимов «Торцовые бесконтактные уплотнения роторов компрессорных машин. Учебное пособие», Казанский государственный технологический университет. Казань, 2004. стр. 12, рис. 1). Режим трения в контакте данного типа уплотнений граничный или полужидкостный (зависит от соотношения величин контактного давления и перепада давлений между затворной жидкостью и рабочей средой). Преимуществом этого типа уплотнений являются минимальные утечки затворной жидкости в сторону полости с рабочей средой, а их недостатками являются недолговечность и малая надежность из-за высоких контактных давлений в трущейся паре.

Известно торцовое уплотнение, содержащее неподвижное уплотнительное кольцо и подвижное уплотнительное кольцо с частично профилированной рабочей поверхностью, выполненной с клиновыми сегментами и радиальными пазами для входа затворной жидкости (Г.С. Баткис, В.А. Максимов «Торцовые бесконтактные уплотнения роторов компрессорных машин. Учебное пособие», Казанский государственный технологический университет. Казань, 2004, стр. 24, рис. 2.3). При вращении вала в затворной жидкости, проходящей через зазоры, образованные клиновыми сегментами, возникает повышенное давление, под действием которого подвижное кольцо уплотнения отходит в осевом направлении, образуя гарантированный зазор «δ» между уплотняющими поверхностями. Данное уплотнение реализует жидкостный режим трения. Соответственно, в связи с исчезновением контакта между уплотняющими поверхностями правильно спроектированное и грамотно эксплуатируемое уплотнение практически не имеет износа. Вместе с тем, недостатком этого типа уплотнений являются повышенные протечки затворной жидкости в полость рабочей среды, что не всегда приемлемо с точки зрения технологии и чистоты рабочей среды.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение надежности работы торцового уплотнения и увеличение его ресурса, при минимальных утечках через уплотнение затворной жидкости, за счет обеспечения разгрузки контактирующих поверхностей уплотнительных колец от осевого усилия.

Технический результат достигается тем, что в торцовом уплотнении вращающегося вала с гидравлическим затвором, содержащем образующие пару трения неподвижное и аксиально-подвижное уплотнительные кольца с частично профилированной рабочей поверхностью аксиально-подвижного уплотнительного кольца, выполненной с клиновыми сегментами и радиальными пазами для входа затворной жидкости, профилированная часть рабочей поверхности аксиально-подвижного кольца относительно ее непрофилированной части выполнена с кольцевой проточкой с глубиной, равной толщине гидродинамического слоя затворной жидкости, выходящей из клиновых сегментов в зазор между рабочими поверхностями аксиально-подвижного и неподвижного уплотнительных колец. Кроме того, радиальные пазы для входа масла в клиновые сегменты аксиально-подвижного уплотнительного кольца могут быть прорезаны насквозь на всю толщину кольца, а нерабочая поверхность аксиально-подвижного уплотнительного кольца, расположенная с обратной стороны профилированной части его рабочей поверхности, может быть выполнена с проточкой, уменьшающей толщину кольца в этой зоне.

В предлагаемой конструкции за счет проточки профилированной части рабочей поверхности подвижного кольца на глубину, равную толщине гидродинамического слоя затворной жидкости, выходящей из клиновых сегментов в зазор между рабочими поверхностями подвижного и неподвижного колец, сохраняется контакт уплотнительных колец (не происходит раскрытие стыка трущейся пары), но при этом обеспечивается полная разгрузка поверхностей трения уплотнительных колец от контактных давлений (осевого усилия, прижимающего кольца друг к другу). Причем, разгрузка происходит лишь во время работы машины, когда и происходит трение колец друг об друга, приводящее к их износу. В стояночном режиме осевое прижимное усилие действует на кольца полностью своим номинальным значением.

Выполнение радиальных пазов подвижного уплотнительного кольца сквозными на всю толщину кольца обеспечивает увеличение отбора тепла циркулирующей затворной жидкостью, что повышает надежность работы уплотнения. Увеличение отбора тепла циркулирующей затворной жидкостью обеспечивает также уменьшение толщины профилированной части аксиально-подвижного кольца за счет проточки его нерабочей поверхности.

Изобретение поясняется графически, где:

- на фиг. 1 представлена общая схема уплотнения;

- на фиг 2 - общий вид трущейся пары;

- на фиг. 3 - сечение А-А фиг. 2;

- на фиг. 4 сечение Б-Б фиг. 2;

- на фиг. 5 - сечение А-А фиг. 2 для подвижного уплотнительного кольца со сквозными радиальными пазами в профилированной зоне;

- на фиг. 6 - сечение Б-Б фиг. 2 для подвижного уплотнительного кольца со сквозными радиальными пазами в профилированной зоне;

- на фиг. 7 - сечение А-А фиг. 2 для подвижного уплотнительного кольца со сквозными радиальными пазами и проточкой с нерабочей стороны;

- на фиг. 8 - сечение Б-Б фиг. 2 для подвижного уплотнительного кольца со сквозными радиальными пазами и проточкой с нерабочей стороны.

Торцовое уплотнение содержит установленные на роторе 1 в корпусе 2 аксиально-подвижное кольцо 3 и упорное кольцо 4, образующее торцовую пару трения. Подвод затворной жидкости осуществляется через канал 5. Для проточной циркуляции масла предусмотрен кольцевой зазор между упорным кольцом 4 и статорным кольцом 6. Кольцо 3 прижимается к упорному кольцу 4 пружинами 7. У аксиально-подвижного кольца 3 часть 8 рабочей поверхности выполнена профилированной с клиновыми сегментами 9 и радиальными пазами 10, через которые осуществляется подача затворной жидкости в клиновые сегменты 9. Профилированная часть 8 рабочей поверхности подвижного кольца 3 относительно ее непрофилированной части 11 выполнена с кольцевой проточкой 12 с глубиной «δ*», равной толщине смазочного слоя затворной жидкости, выходящей из клиновых сегментов 9 в зазор между рабочими поверхностями подвижного и неподвижного уплотнительных колец 3 и 4. На нерабочей поверхности кольца 3 также выполнена проточка 13, уменьшающая толщину профилированной части 8 кольца 3.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Через канал 5 в уплотнение подается затворная жидкость (масло), которая через радиальные пазы 10 попадает в клиновые сегменты 9 аксиально-подвижного кольца 3, которое прижимается пружинами 7 к упорному кольцу 4, вращающемуся совместно с ротором 1.

Масло, подводимое в камеру уплотнения под давлением, превышающим давление уплотняемой среды на 0,05-0,3 МПа, герметизирует торцовую щель и снимает тепловой поток с пары трения за счет циркуляции масла через кольцевой зазор между кольцом 6 и упорным кольцом 4.

В предлагаемом уплотнении контакт трущихся поверхностей пропадает, но, благодаря проточке на рабочей профилированной поверхности кольца 3, выполненной с глубиной, равной толщине гидродинамического слоя затворной жидкости, выходящей из клиновых сегментов в зазор между кольцами, смазочный слой лишь слегка покрывает шероховатости поверхностей скольжения, а коэффициент трения достигает минимума. Данные условия работы поддерживаются за счет эффекта саморегулирования при возможных отклонениях некоторых параметров от расчетных значений. Так, при некоторой избыточной глубине проточки зоны подпятника (более расчетного значения «δ*») гидродинамическая сила масляного слоя не может полностью компенсировать силу осевого прижатия колец 3 и 4 уплотнения друг к другу. Контактное давление на поверхности трения возрастет, и режим работы уплотнения будет соответствовать полужидкостному трению, когда рабочие поверхности колец 3 и 4 будут касаться друг друга. В результате данного касания и, как следствие, износа непрофилированных зон рабочих поверхностей колец уплотнения, будет происходить уменьшение зазора в профилированной зоне 8 кольца 3 до тех пор, пока гидродинамическая сила полностью не скомпенсирует силу прижатия колец 3 и 4 друг к другу. При этом произойдет возврат условий работы уплотнения к первоначальному режиму трения. Если же глубина проточки зоны подпятника окажется меньше расчетного значения «δ*», то в результате перехода режима работы уплотнения в зону жидкостного трения произойдет увеличение коэффициента трения и, соответственно, большее тепловыделение. При этом повышение температуры смазочного слоя обусловит снижение динамической вязкости смазки и, соответственно, уменьшение зазора между кольцами с возвратом условий работы уплотнения к первоначальному режиму трения. Процесс саморегулирования будет реально наблюдаться при отклонениях глубины проточки от расчетного не более чем на 20-25%. При отклонениях порядка расчетного зазора уплотнение практически будет работать или как контактное, или как бесконтактное.

С целью увеличения отбора тепла циркулирующей затворной жидкостью поверхность профилированного кольца развивается за счет прорезания радиальных пазов 10 на входе в клиновые сегменты 9 насквозь на всю толщину кольца 3 (фиг. 5, 6).

Похожие патенты RU2620621C1

название год авторы номер документа
ЗАТВОРНОЕ ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ 1999
  • Гафт Я.З.(Ru)
  • Марцинковский Владимир Альбинович
  • Марцинковский Василий Сигизмундович
  • Коваленко Сергей Александрович
  • Чернов Александр Евгеньевич
  • Пономаренко Владимир Вячеславович
RU2159374C2
ТОРЦОВОЕ ИМПУЛЬСНОЕ УПЛОТНЕНИЕ 2000
  • Громыко Б.М.
  • Каторгин Б.И.
  • Кириллов В.В.
  • Колпаков А.В.
  • Марцинковский Владимир Альбинович
  • Матвеев Е.М.
  • Постников И.Д.
  • Чернов Александр Евгеньевич
  • Степанова М.А.
RU2187727C2
Торцовое уплотнение 1984
  • Шатаев Евгений Викторович
  • Соколов Валентин Иванович
  • Сухарева Ольга Николаевна
SU1204849A1
Уплотнение вала 1988
  • Пшик Василий Романович
  • Марцинковский Василий Сигизмундович
  • Черепов Леонид Владимирович
  • Марцинковский Владимир Альбинович
SU1541451A1
УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА 1992
  • Голуб Михаил Владимирович[By]
  • Черняев Валерий Давыдович[Ru]
  • Косьянчук Владимир Васильевич[By]
RU2037756C1
ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО 2004
  • Машков Юрий Константинович
  • Овчар Зиновий Николаевич
RU2285172C2
Уплотнение вращающегося вала 1986
  • Марцинковский Василий Сигизмундович
  • Черепов Леонид Владимирович
  • Усенко Владимир Васильевич
SU1364813A1
Торцовое уплотнение вращающегося вала 1990
  • Перевозников Виктор Иосифович
  • Кашигин Евгений Николаевич
SU1737199A2
Торцовое уплотнение 1979
  • Рязанов Сергей Дмитриевич
  • Киселев Геннадий Федорович
  • Маслихов Геннадий Николаевич
SU850958A1
УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА 2000
  • Бородко А.Е.
  • Бородко Е.Е.
  • Игнатьев Е.А.
  • Кулдышев А.К.
  • Пронин И.К.
  • Шмыров Е.И.
RU2170864C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 620 621 C1

Реферат патента 2017 года Торцовое уплотнение вращающегося вала с гидравлическим затвором

Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к торцевым уплотнениям с гидравлическим затвором, и позволяет повысить надежность работы торцового уплотнения и увеличить его ресурс при минимальных утечках через уплотнение затворной жидкости за счет обеспечения разгрузки контактирующих поверхностей уплотнительных колец от осевого усилия. Торцовое уплотнение вращающегося вала с гидравлическим затвором содержит неподвижное и аксиально-подвижное уплотнительные кольца 4 и 3 с частично профилированной рабочей поверхностью 8 аксиально-подвижного уплотнительного кольца 3, выполненного с клиновыми сегментами 9 и радиальными пазами 10 для входа затворной жидкости. Профилированная часть 8 рабочей поверхности аксиально-подвижного кольца 3 относительно ее непрофилированной части 11 выполнена с кольцевой проточкой 12 с глубиной, равной толщине гидродинамического слоя затворной жидкости, выходящей из клиновых сегментов 9 в зазор между рабочими поверхностями аксиально-подвижного и неподвижного уплотнительных колец 3 и 4. Для увеличения отбора тепла циркулирующей затворной жидкостью радиальные пазы 10 кольца 3 прорезаны насквозь на всю толщину кольца 3, а также нерабочая поверхность кольца 3 выполнена с проточкой 13, уменьшающей толщину профилированной части кольца 3. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула изобретения RU 2 620 621 C1

1. Торцовое уплотнение вращающегося вала с гидравлическим затвором, содержащее неподвижное и аксиально-подвижное уплотнительные кольца с частично профилированной рабочей поверхностью аксиально-подвижного уплотнительного кольца, выполненной с клиновыми сегментами и радиальными пазами для входа затворной жидкости, отличающееся тем, что профилированная часть рабочей поверхности аксиально-подвижного кольца относительно ее непрофилированной части выполнена с кольцевой проточкой с глубиной, равной толщине гидродинамического слоя затворной жидкости, выходящей из клиновых сегментов в зазор между рабочими поверхностями аксиально-подвижного и неподвижного уплотнительных колец.

2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что радиальные пазы для входа масла в клиновые сегменты аксиально-подвижного уплотнительного кольца прорезаны насквозь на всю толщину этого кольца.

3. Уплотнение по п. 1 или 2, отличающееся тем, что нерабочая поверхность аксиально-подвижного уплотнительного кольца выполнена с проточкой, уменьшающей толщину профилированной части кольца.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2620621C1

Торцовое уплотнение 1986
  • Баранин Владимир Васильевич
  • Рязанов Сергей Дмитриевич
  • Киселев Геннадий Федорович
  • Щибров Борис Александрович
  • Илларионов Иван Васильевич
SU1366751A1
МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА 2004
  • Дорофеев Юрий Алексеевич
  • Бушуев Виктор Иванович
RU2282085C1
МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА 1996
  • Токарев Е.П.
RU2116536C1
ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ 2012
  • Баткис Григорий Семенович
  • Новиков Евгений Александрович
  • Хайсанов Владимир Константинович
  • Лившиц Наум Михайлович
  • Зиннатуллин Рамиль Наилевич
RU2494300C1
US 3941394 A1, 02.03.1976.

RU 2 620 621 C1

Авторы

Агзамов Ильдус Файзиханович

Новиков Евгений Александрович

Сибгатуллин Рашид Гиниятуллович

Хайсанов Владимир Константинович

Даты

2017-05-29Публикация

2016-04-14Подача