УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ТЕПЛОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2019 года по МПК F16J15/00 F02C7/28 

Изобретение относится к системам уплотнения на жидкой основе и может быть использовано для уплотнения валов центробежных насосов двигателей, в машиностроительной и приборостроительной технике, в частности для теплосиловых установок на фреоне.

Известно применение изобретения уплотнительного узла вала центробежного насоса Патент RU 2290556 С1 опубликовано 27.12.2006 г., представляющего собой корпус, втулку, установленную на вал насоса, опорный и нажимной элементы, размещенные в расточке корпуса и охватывающее втулку сальниковое уплотнение.

Недостатком данного патента является его узкий профиль использования, т.к. он рассчитан на уплотнительный узел только водного насоса в связи со сложностью его конструкторских свойств.

Известно решение RU 2470206 «СИСТЕМА МАСЛЯНОГО УПЛОТНЕНИЯ И ПАРОВАЯ ТУРБИНА» опубликовано 20.12.2012 МПК F16J 15/00 (2006.01), F02C 7/06 (2006.01), включающее корпус (202) для подшипников со смазочным маслом, насос (210), маслосборник (212), коллектор (208), сливные магистрали (214), (216). Изобретение направлено на повышение надежности уплотнения.

Недостатком данного решения является невозможность использования его с теплосиловой установкой, работающей на фреоне.

Кроме того существует общая проблема для ТСУ: возможна утечка рабочего тела.

Раскрытие изобретения.

Задачей заявленного изобретения является разработка конструкции уплотнительного узла для теплосиловой установки, далее ТСУ, для устранения утечки рабочего тела ТСУ. При этом конструкция уплотнительного узла должна быть простой и максимально герметичной и в частных случаях исполнения иметь возможность регулировки уплотнения без разбора конструкции и слива уплотнительной жидкости.

В рамках заявленного решения в качестве уплотнительной жидкости следует понимать - масло, в частном случае воду, являющуюся так же смазкой.

Конструктивное решение поставленной задачи заключается в том, что заявленный уплотнительный узел с уплотнительной жидкостью являющейся и смазочным веществом для подшипников (3) фиг. 1, служащих опорой вращающегося вала (1), включает неподвижный относительно подшипников (3) корпус (2), разделенный на две камеры: камеру с давлением, отличающимся от атмосферного, т.е. барокамеру (2.2) и камеру с атмосферным давлением (2.1). Так же узел может включать уплотнитель (4), расположенный концентрически относительно вала (1) в камере с атмосферным давлением (2.1). Он образует уплотнение между камерами (2.1), (2.2).

Уплотнитель (4) фиг. 1 состоит из муфты (4.1) с уплотнением, например, графитовым, и резьбовой втулки (4.2) фиг. 2 поджима уплотнения.

Следует заметить, что в частном случае исполнения втулка (4.2) фиг. 2, 3 уплотнителя (4) может быть выполнена: сопряженной с червячным колесом (4.2.1) или зубчатой и оснащенной червяком (4.3) на валу (4.3.1) фиг. 1, 2; или сопряженной с зубчатым колесом (ведомым) или выполненной зубчатой и оснащенной на дополнительном валу (4.3.1) зубчатым колесом (ведущим) фиг. 3. На фиг. 3 приведен вариант зубчатой передачи с гипоидным зацеплением.

Вал (4.3.1) червяка/зубчатого колеса выведен через корпус (2) с образованием основной опоры (2.3) фиг. 2, 3 для возможности управления степенью уплотнения при помощи червяка (4.3) или зубчатого колеса (4.4), который(ое) вращает втулку (4.2)фиг. 2, 3.

Такое исполнение позволяет регулировать уплотнение между камерами (2.1), (2.2) в процессе эксплуатации без разбора конструкции и слива уплотнительной жидкости, что соответственно упрощает эксплуатацию.

При этом в частном случае исполнения вал червяка (4.3.1) может иметь внутреннюю опору (2.3.1), например, выполненную непосредственно в корпусе (2), для снижения нагрузки на корпус в месте основной опоры (2.3) и на уплотнитель (4) фиг. 2.

Вал (1) проходит через корпус (2) уплотнительного узла через два отверстия, герметичность которых достигается уплотнением за счет манжет (2.1.2), (2.2.2) фиг. 1.

Барокамера (2.2) фиг. 1 через отверстие (2.2.1) сообщается с областью высокого давления/разрежения (7). Камера атмосферного давления (2.1) имеет отверстие (2.1.1) связи с атмосферой.

Данные отверстия (2.2.1), (2.1.1) направлены на самопроизвольный контроль уровня высокого давления/разряжения газа внутри устройства.

Обе камеры (2.1) и (2.2) уплотнительного узла оснащены поплавковыми датчиками (2.1.3), (2.2.3), контролирующими уровень уплотнительной жидкости в камерах (2.1), (2.2) уплотнительного узла. Датчики работают независимо друг от друга и автоматически срабатывают при понижении уровня масла в каждой из камер (2.1), (2.2).

Камера атмосферного давления (2.1) оснащена дополнительно поплавковым датчиком уровня (2.1.4) и соединена через трубопровод (5.1) с резервной емкостью (5) фиг. 1 уплотнительной жидкости, служащей для доливки жидкости в камеру атмосферного давления (2.1). Трубопровод (5.1) оснащен клапаном (5.1.1). Емкость (5) имеет отверстие (5.2) для связи с атмосферой.

Дополнительный поплавковый датчик уровня (2.1.4) направлен на контроль небольшой утечки жидкости из уплотнительного узла через манжеты (2.1.2) и (2.2.2) в камере атмосферного давления (2.1).

Камера атмосферного давления (2.1) фиг. 1 соединена с барокамерой (2.2) через трубопровод (6), в котором встроены последовательно от камеры (2.1) обратный клапан (6.1) и насос (6.2).

В частном случае, например, в условиях Крайнего Севера, давление в камере (2.2) фиг. 3 ниже атмосферного, тогда уплотнительный узел снабжен дополнительным трубопроводом (8) соединяющим камеры (2.1) и (2.2), в котором встроены последовательно от камеры (2.2) с обратным клапаном (8.1) и насосом (8.2) фиг. 4.

Такое выполнение уплотнительного узла, содержащего две камеры предотвращает утечку рабочего тела из ТСУ.

В результате заявленный уплотнительный узел имеет простую конструкцию, универсален при работе в разных режимах, способен поддерживать уровень уплотнительной жидкости на необходимом уровне для стабильной работы установки. Так же в частном случае исполнения предусматривает конструктивное решение для быстрого, не требующего дополнительных усилий по разбору уплотнительного узла и сливу уплотнительной жидкости для регулировки степени уплотнения между камерами.

Краткое описание изображений:

Примечание: На всех изображениях представлен частный случай заявленного решения.

фиг. 1 - Схематичное изображение уплотнительного узла теплосиловой установки;

фиг. 2 - схематичное изображение части уплотнительного узла в разрезе в частном случае исполнения;

фиг. 3 - схематичное изображение части уплотнительного узла в разрезе в частном случае исполнения;

фиг. 4 - схематичное изображение варианта исполнения уплотнительного узла теплосиловой установки.

Описание конструктивных элементов:

1 - вал;

2 - корпус;

2.1 - камера с атмосферным давлением;

2.1.1 - отверстие связи с атмосферой;

2.1.2 - манжета;

2.1.3- датчик уровня уплотнительной жидкости;

2.1.4 - дополнительный датчик уровня уплотнительной жидкости;

2.2 - барокамера;

2.2.1 - отверстие уравнивания давления/разрежения;

2.2.2 - манжета;

2.2.3 - датчик уровня масла;

2.3 - опора вала;

2.3.1 - дополнительная опора вала;

3 - подшипник;

4 - уплотнитель;

4.1 - муфта;

4.2 - втулка;

4.2.1 - колесо червячное/зубчатое;

4.3 - червяк;

4.3.1 - вал;

4.4 - зубчатое колесо;

5 - резервная емкость уплотнительной жидкости;

5.1 - трубопровод резервной емкости;

5.1.1 - клапан;

6 - трубопровод соединительный;

6.1 - обратный клапан;

6.2 - насос;

7 - область высокого давления/разрежения;

8 - трубопровод соединительный;

8.1 - обратный клапан;

8.2 - насос;

Осуществление заявленного решения:

Работа уплотнительного узла (4) фиг. 1, 3 в режиме с высоким давлением барокамере (2.2) может осуществляться заявленным решением, как по варианту 1 (с трубопроводом 6), так и по варианту 2 (дополненный трубопроводом 8). При установленном уровне уплотнительной жидкости в обеих камерах насос (6.2) выключен. При понижении уровня жидкости барокамере (2.2) ниже допустимого срабатывает поплавковый датчик (2.2.3), включается насос (6.2) и жидкость перекачивается из камеры атмосферного давления (2.1) в барокамеру (2.2) до установленного уровня.

В случае небольшой утечки жидкости из уплотнительного узла через манжеты (2.1.2) и (2.2.2) в камере атмосферного давления (2.1) срабатывает поплавковый датчик (2.1.4), открывается клапан (5.1), и уплотнительная жидкость из дополнительной емкости (5) подается самотеком через трубопровод (5.1) в камеру атмосферного давления (2.1). до установленного уровня.

Работа уплотнительного узла в варианте исполнения для условий Крайнего Севера фиг. 4 в барокамере (2.2). При нормальном уровне уплотнительной жидкости насос (8.2) выключен. При понижении уровня жидкости в камере (2.1) ниже допустимого уровня срабатывает поплавковый датчик (2.1.3), включается насос (8.2) и уплотнительная жидкость через трубопровод (8) и обратный клапан (8.1) перекачивается из камеры (2,2) в камеру (2.1) до установленного уровня.

В случае выполнения заявленного решения в любом варианте исполнения с втулкой (4.2) фиг. 2, выполненной сопряженной с червячным колесом (4.2.1) или зубчатой оснащенным червяком (4.3). Регулировка уплотнения между камерами (2.1) и (2.2) осуществляется вращением вала (4.3.1) червяка (4.3) через втулку (4.2) сопряженную с червячным колесом (4.2.1) или зубчатую втулку, которая поджимает уплотнение (4).

В случае выполнения заявленного решения в любом варианте исполнения с втулкой (4.2) фиг. 3, выполненной сопряженной с зубчатым колесом (4.2.1) или выполненной зубчатой, оснащенной на валу (4.3.1) ведущим зубчатым колесом (4.4). Регулировка уплотнения между камерами (2.1) и (2.2) осуществляется вращением вала (4.3.1) зубчатого колеса (4.4) через втулку (4.2), сопряженную с зубчатым колесом (4.2.1), или зубчатую втулку, которая поджимает уплотнение (4).

Изобретение относится к уплотнительному узлу теплосиловой установки, которая относится к системе уплотнения на жидкой основе, а именно для уплотнения валов центробежных насосов двигателей в машиностроительной и приборостроительной технике. Уплотнительный узел содержит корпус со смазочным веществом для подшипников, служащих опорой для барокамер, соединенных через трубопровод с клапаном и насосом. Камера атмосферного давления соединена через трубопровод и клапан с резервной емкостью уплотнительной жидкости. Барокамера имеет отверстие в область высокого давления/разрежения для выравнивания давления, а камера атмосферного давления имеет отверстие связи с атмосферой. Камеры оснащены поплавковыми датчиками. Уплотнительный узел обеспечивает возможность поддержания уровня уплотнительной жидкости в необходимом объеме для функционирования установки и предотвращает утечку фреона в окружающую среду при простоте конструкции. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Уплотнительный узел теплосиловой установки, включающий корпус со смазочным веществом для подшипников, служащих опорой вращающегося вала, отличающийся тем, что корпус разделен на две камеры: камеру атмосферного давления и барокамеру, камера атмосферного давления соединена с барокамерой через трубопровод, в который встроены последовательно от камеры атмосферного давления обратный клапан и насос, камера атмосферного давления соединена через трубопровод и клапан с резервной емкостью уплотнительной жидкости, барокамера имеет отверстие в область высокого давления/разрежения для выравнивания давления, камера атмосферного давления имеет отверстие связи с атмосферой, камеры оснащены поплавковыми датчиками.

2. Уплотнительный узел по п. 1, отличающийся тем, что барокамера дополнительно соединена с камерой атмосферного давления через трубопровод, в который последовательно от барокамеры встроены обратный клапан и насос.

3. Уплотнительный узел по п. 1 или 2, отличающийся тем, что включает уплотнитель, расположенный концентрически относительно вала в камере с атмосферным давлением.

4. Уплотнительный узел по п. 3, отличающийся тем, что уплотнитель состоит из муфты с уплотнением и резьбовой втулки.

5. Уплотнительный узел по п. 4, отличающийся тем, что втулка выполнена сопряженной с червячным или зубчатым колесом червячной или зубчатой пары и оснащена червяком или зубчатым колесом на дополнительном валу.

6. Уплотнительный узел по п. 5, отличающийся тем, что втулка выполнена зубчатой.

7. Уплотнительный узел по п. 5, отличающийся тем, что вал червяка выведен через корпус.

8. Уплотнительный узел по п. 5, отличающийся тем, что вал червяка имеет две опоры.

9. Уплотнительный узел по п. 1 или 2, отличающийся тем, что резервная емкость имеет отверстие.