НАСОСНАЯ СИСТЕМА, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ СНАБЖЕНИЯ СИСТЕМЫ КОНТАКТНОГО КОЛЬЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК F04D29/12 F04D13/02 F04D1/04 

Изобретение касается насосной системы, в частности для системы контактного кольцевого уплотнения, для снабжения этой системы контактного кольцевого уплотнения текучей средой, которая подводится к уплотнительному зазору между контактными кольцами контактного кольцевого уплотнения. Далее, настоящее изобретение касается системы контактного кольцевого уплотнения, имеющей такую насосную систему.

Системы контактного кольцевого уплотнения известны из уровня техники в различных вариантах осуществления. При этом применяется газообразная или жидкая уплотняющая среда, которая подводится в уплотнительный зазор на контактных поверхностях между вращающимся контактным кольцом и стационарным контактным кольцом. При этом для нагнетания уплотняющей среды может применяться, в принципе, любой вид насоса, так как обычно между давлением уплотняемого продукта и давлением уплотняющей среды имеется только небольшое разностное давление для поддержания как можно более низкой утечки через уплотнительный зазор системы контактного кольцевого уплотнения. При этом до сих пор для создания давления уплотняющей среды применялись поршневые насосы или шестеренные насосы. При более высоких разностных давлениях между уплотняющей средой и уплотняемым продуктом до сих пор просто создается редундантная система, имеющая второй насос. Однако это приводит к несоразмерно высокой стоимости всего устройства для уплотняющей среды.

Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставление насосной системы, которая при простой конструкции и возможности простого, экономичного изготовления может создавать также более высокие давления. Далее, задачей настоящего изобретения является предоставление контактного кольцевого уплотнения, имеющего улучшенное устройство для снабжения текучей средой для системы контактного кольцевого уплотнения.

Эта задача решается с помощью насосной системы с признаками п.1 формулы изобретения и системы контактного кольцевого уплотнения с признаками п.14 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения показаны предпочтительные усовершенствования изобретения.

Предлагаемая изобретением насосная система системы контактного кольцевого уплотнения для подвода текучей среды к контактному кольцевому уплотнению имеет то преимущество, что возможна особенно компактная конструкция насосной системы. При этом в насосную систему могут интегрироваться несколько насосных ступеней. Насосная система включает в себя при этом ровно один привод, имеющий приводной вал, первый и второй осевой насос, а также радиальный насос. Таким образом, предусмотрены всего три насоса, при этом первый и второй осевой насос нагнетают текучую среду в осевом направлении приводного вала, а радиальный насос нагнетает текучую среду в радиальном направлении приводного вала. При этом первый и второй осевой насос в направлении протекания текучей среды через насосную систему расположены перед радиальным насосом. При этом единственный привод одновременно приводит в движение как первый и второй осевой насос, так и радиальный насос. Таким образом, предусмотрен только один общий привод для всех трех насосных ступеней. Благодаря этому может предоставляться особенно простая и экономичная конструкция компактной насосной системы.

Предпочтительно насосная система включает в себя магнитную муфту, имеющую ведущую часть, которая имеет первый постоянный магнит, неподвижный полый цилиндр и ведомую часть, которая имеет второй постоянный магнит. При этом полый цилиндр расположен между ведущей частью и ведомой частью и, например, соединен с корпусом насоса. При этом варианте осуществления, имеющем магнитную муфту, возможно простое разделение между текучей средой и атмосферой. Тем самым удается избежать загрязнений текучей среды системы контактного кольцевого уплотнения снаружи.

Предпочтительно ведущей частью магнитной муфты является приводной вал привода насосной системы. Благодаря этому может сокращаться количество конструктивных элементов и реализовываться еще более компактная конструкция.

Также предпочтительно первые постоянные магниты в направлении средней оси приводного вала сдвинуты на расстояние A относительно вторых постоянных магнитов на ведомой части. Благодаря этому получается только частичное перекрытие между первыми и вторыми постоянными магнитами. При этом первые и вторые постоянные магниты в осевом направлении имеют предпочтительно одинаковую длину.

По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения конструкция насосной системы такова, что первый осевой насос нагнетает в первом осевом направлении, а второй осевой насос нагнетает во втором осевом направлении, которое противоположно первому осевому направлению. Благодаря этому может достигаться компенсация действующих на насосную систему осевых сил от первого и второго осевого насоса. При этом конструкция предпочтительно такова, что противодействующие друг другу осевые силы полностью взаимно устраняются. При этом предпочтительно конструкция первого и второго осевого насоса идентична.

Одна из особенно простых и компактных конструкций получается, когда первый и второй осевые насосы и радиальный насос расположены непосредственно на ведомой части магнитной муфты.

Особенно предпочтительно первый и второй осевой насос являются насосом с нагнетательной резьбой. Предпочтительно при этом нагнетательная резьба расположена как на вращающейся, так и на стационарной части. Альтернативно нагнетательная резьба расположена только на одной части, т.е. либо на вращающейся части, либо на стационарной части. Особенно предпочтительно насосы с нагнетательной резьбой имеют в осевом направлении одинаковую длину.

По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения насосная система включает в себя предпочтительно цельный корпус насоса, имеющий подвод и отвод. Цельный корпус насоса позволяет получить такой вариант осуществления, что первый и второй осевые насосы и радиальный насос могут предусматриваться в виде предварительно смонтированного конструктивного узла и могут просто вдвигаться в цельный корпус насоса.

Предпочтительно при этом направление подвода к подводу насосной системы и направление отвода в отводе насосной системы одинаковы. Благодаря этому минимизируются потери от перенаправления потока.

Предпочтительно насосная система включает в себя также делитель потока текучей среды, который делит подведенный поток текучей среды на два подпотока. При этом первый подпоток ведет к первому осевому насосу, а второй подпоток ко второму осевому насосу. Делитель потока текучей среды расположен в корпусе насоса предпочтительно непосредственно после подвода.

Предпочтительно насосная система включает в себя также блок управления, который предназначен для того, чтобы управлять приводной частотой вращения единственного привода, чтобы таким образом управлять количеством нагнетаемой жидкости насосной системы.

Предпочтительно насосная система включает в себя первый и второй радиальный подшипник для опоры ведомой части на полый цилиндр. Предпочтительно при этом текучая среда служит также в качестве смазочной среды для первого и второго радиального подшипника. Также предпочтительно предусмотрен только один единственный осевой подшипник, особенно предпочтительно рядом с одним из радиальных подшипников, для реализации осевой опоры ведомой части магнитной муфты. Это возможно особенно тогда, когда первые и вторые постоянные магниты магнитной муфты расположены в осевом направлении со сдвигом друг относительно друга, так что при этом расположении постоянных магнитов имеется осевая сила только в одном направлении между ведущей частью и ведомой частью.

Далее, настоящее изобретение касается системы контактного кольцевого уплотнения, включающей в себя по меньшей мере одно первое контактное кольцевое уплотнение, имеющее одно вращающееся и одно стационарное контактное кольцо, которые задают между своими контактными поверхностями уплотнительный зазор, и предлагаемую изобретением насосную систему. Система контактного кольцевого уплотнения предпочтительно спроектирована в виде тандемной конструкции, включающей в себя первое и второе контактное кольцевое уплотнение последовательно. Текучая среда у этой тандемной конструкции подводится в пространство между первым и вторым контактным кольцевым уплотнением.

Ниже в деталях описывается один из предпочтительных примеров осуществления изобретения со ссылкой на сопроводительный чертеж. На чертеже показано:

фиг.1: схематичный вид системы контактного кольцевого уплотнения, имеющей насосную систему по одному из предпочтительных примеров осуществления изобретения, и

фиг.2: вид сечения, на котором показана насосная система с фиг.1 в деталях.

Как явствует из фиг.1, система 1 контактного кольцевого уплотнения включает в себя первое контактное кольцевое уплотнение 2a и второе контактное кольцевое уплотнение 2b для уплотнения стороны 8 продукта, где находится уплотняемый продукт, от стороны 9 атмосферы. При этом показана тандемная система, у которой оба контактных кольцевых уплотнения 2a, 2b уплотняют в направлении средней оси Y-Y вала последовательно на одном общем валу 13.

Для эксплуатации двух контактных кольцевых уплотнений 2a, 2b предусмотрен циркуляционный контур 7 текучей среды, который использует текучую среду или, соответственно, уплотняющую среду, например, жидкое масло или т. п.

Первое и второе контактное кольцевое уплотнение 2a, 2b в этом примере осуществления имеют одинаковую конструкцию и включают в себя по одному вращающемуся контактному кольцу 3 и одному стационарному контактному кольцу 4, которые задают между своими контактными поверхностями уплотнительный зазор 5. Вращающиеся контактные кольца 3 зафиксированы на валу 13 посредством втулочного удерживающего элемента 14. Стационарные контактные кольца 4 зафиксированы в корпусе 6 уплотнения обычным образом.

Как явствует из фиг.1, циркуляционный контур 7 текучей среды включает в себя всасывающий трубопровод 70 и напорный трубопровод 71. В циркуляционном контуре 7 текучей среды расположена также насосная система 10 для перекачивания текучей среды в замкнутом циркуляционном контуре. Насосная система 10 включает в себя один единственный привод 11, который активируется посредством блока 12 управления.

Как явствует их фиг.1, циркуляционный контур 7 текучей среды ведет к пространству 15 между первым контактным кольцевым уплотнением 2a и вторым контактным кольцевым уплотнением 2b. При этом текучая среда подводится близко к уплотнительным зазорам 5 для обеспечения уплотнения на уплотнительных зазорах 5. При этом давление текучей среды несколько больше, чем давление продукта на стороне 8 продукта. Таким образом удается избежать утечки продукта в направлении стороны 9 атмосферы.

Насосная система 10 в деталях явствует из фиг.2. Как изображено на фиг.2, насосная система 10 включает в себя первый осевой насос 21, второй осевой насос 22 и радиальный насос 23. Первый и второй осевой насос 21, 22 выполнены в виде насосов с нагнетательной резьбой, при этом нагнетательная резьба предусмотрена как на вращающейся части, так и на стационарной части двух осевых насосов 21, 22.

Первый и второй осевой насос 21, 22 имеют одинаковую конструкцию, при этом направление нагнетания первого осевого насоса в первом осевом направлении X1, а направление нагнетания второго осевого насоса в противоположном направлении X2.

Как явствует также из фиг.2, в осевом направлении X-X насосной системы между первым и вторым осевым насосом 21, 22 расположен радиальный насос 23. Этот радиальный насос 23 нагнетает текучую среду в радиальном направлении R.

Как явствует также из фиг.2, насосная система 10 включает в себя магнитную муфту 30. Эта магнитная муфта 30 расположена между приводом 11 и двумя осевыми насосами 21, 22, а также радиальным насосом 23. При этом магнитная муфта служит для передачи приводного момента на три насосные ступени насосной системы 10.

Как показано на фиг.2, магнитная муфта 30 включает в себя множество первых постоянных магнитов 31 и множество вторых постоянных магнитов 32. Между постоянными магнитами 31, 32 расположен неподвижный полый цилиндр 33. Этот полый цилиндр 33 соединен с корпусом 38 насоса. Таким образом магнитная муфта 30 делает возможным разделение сред между текучей средой и атмосферой.

Магнитная муфта 30 включает в себя ведущую часть 30a и ведомую часть 30b. Ведущая часть 30a включает в себя приводной вал 24 привода 11, а также первые постоянные магниты 31. Ведомая часть 30b включает в себя вторые постоянные магниты 32, а также вращательную втулку 39. При этом вторые постоянные магниты 32 расположены на этой вращательной втулке 39.

Также на наружном периметре вращательной втулки 39 расположены две неподвижные втулки 37a, 37b. При этом осевые насосы 21, 22 в виде нагнетательных резьб выполнены между этими неподвижными втулками 37a, 37b и вращательной втулкой 39. Между двумя неподвижными втулками 37a, 37b расположен радиальный насос 23. Радиальный насос на фиг.2 изображен только схематично и может включать в себя множество лопастей или т. п. для качания уплотняющей среды в радиальном направлении R относительно средней оси в выполненный в корпусе 38 насоса отвод 41.

В корпусе 38 насоса предусмотрен также подвод 42, при этом направление подвода в подводе 42 одинаково с направлением отвода в отводе 41, то есть радиальное. Как изображено на фиг.2, подвод 42 и отвод 41 лежат также на одной общей оси, перпендикулярной осевому направлению X-X.

Для опоры вращательной втулки 39 предусмотрен первый радиальный подшипник 34 и второй радиальный подшипник 35. При этом осуществляется радиальная опора вращательной втулки 39 на полый цилиндр 33. Как показано на фиг.2, при этом предусмотрены пазы 34a и 35a на торцевых сторонах двух радиальных подшипников 34 и 35 для подвода текучей среды в качестве смазочного средства для радиальных подшипников к поверхностям подшипников. Далее, предусмотрен ровно один осевой подшипник 36, который расположен рядом со вторым радиальным подшипником 35.

Осевой подшипник 36 расположен в закрывающем элементе 44, который закрывает корпус 38 насоса.

Как показано также на фиг.2, расположение первых постоянных магнитов 31 в осевом направлении сдвинуто относительно расположения вторых постоянных магнитов 32. При этом первые постоянные магниты 31 сдвинуты на расстояние A в осевом направлении X-X относительно вторых постоянных магнитов 32. Благодаря этому магнитными силами совершается осевой натяг вращательной втулки 39, так что необходим только ровно один осевой подшипник 36.

При этом функция насосной системы 10 следующая. Когда блоком 12 управления приводится в движение привод 11 вращается, приводной вал 24, и вместе с ним также постоянные магниты 31. Вследствие магнитных сил, которые действуют на вторые постоянные магниты 32, вращательная втулка 39 тоже начинает вращаться. Тем самым осуществляется всасывание текучей среды через подвод 42 к делителю 43 потока текучей среды. Как обозначено на фиг.2 стрелками, поток B текучей среды разделяется на первый подпоток B1 к первому осевому насосу 21 и второй подпоток B2 ко второму осевому насосу 22. Тогда текучая среда, как обозначено другими стрелками на фиг.2, течет от делителя 43 потока текучей среды влево и вправо и разворачивается на 180° и течет затем в первый и второй осевой насос 21, 22. Затем на выходе первого и второго осевого насоса 21, 22 расположен радиальный насос 23, который совершает перенаправление текучей среды на 90° и нагнетание в отвод 41.

Текучая среда нагнетается при этом двумя осевыми насосами 21, 22 к расположенному между двумя осевыми насосами 21, 22 радиальному насосу 23. Затем радиальный насос совершает перенаправление подведенной в осевом направлении текучей среды в радиальном направлении R и нагнетает текучую среду через отвод 41 в напорный трубопровод 71 и вместе с тем в направлении контактный кольцевых уплотнений 2a, 2b (сравн. фиг.1).

При этом в насосную систему интегрированы три насосные ступени, при этом предусмотрены две осевые насосные ступени и одна радиальная насосная ступень. При этом две осевые насосные ступени выполнены в противоходе и предпочтительно в виде нагнетательной резьбы. Благодаря расположению в противоходе первого и второго осевого насоса 21, 22 могут устраняться осевые силы, возникающие при нагнетании. Также сдвинутое в осевом направлении X-X расположение первых постоянных магнитов 31 относительно вторых постоянных магнитов 32 гарантирует, что на единственный осевой подшипник 36 будет непрерывно действовать сила F натяга. Причем при этом расположении эта сила F натяга независима от частоты вращения и независима от вязкости текучей среды.

При этом предлагаемая изобретением насосная система 10 очень компактна и прочна и, в частности, также рассчитана на высокие давления до 200 х 10⁵ Па. Когда два осевых насоса 21, 22 выполнены в виде нагнетательной резьбы, и имеется замкнутый циркуляционный контур текучей среды, не должны предусматриваться никакие другие предохранительные системы или, соответственно, уплотнительные системы. Помимо этого, выполненные в виде нагнетательной резьбы первый и второй осевые насосы, а также радиальный насос гарантируют, что в текучей среде во время эксплуатации будет возникать низкое трение, так что здесь получается также только небольшое выделение тепла. Другое большое преимущество предлагаемой изобретением насосной системы 10 заключается в том, что регулирование количества качаемой текучей среды зависит только от частоты вращения привода и, таким образом, может легко реализовываться посредством блока 12 управления. Благодаря цельному, U-образному в сечении корпусу 38 насоса возможна также реализация легко монтируемого конструктивного узла. Альтернативно может также предусматриваться составной корпус насоса.

Благодаря применению нагнетательных резьб в качестве первого и второго осевого насоса 21, 22 при выходе из строя насосной системы может также гарантироваться циркуляция текучей среды до полного останова устройства.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Система контактного кольцевого уплотнения

2a Первое контактное кольцевое уплотнение

2b Второе контактное кольцевое уплотнение

3 Вращающееся контактное кольцо

4 Стационарное контактное кольцо

5 Уплотнительный зазор

6 Корпус уплотнения

7 Циркуляционный контур текучей среды

8 Сторона продукта

9 Сторона атмосферы

10 Насосная система

11 Привод

12 Блок управления

13 Вал

14 Удерживающий элемент для вращающегося контактного кольца

15 Пространство

21 Первый осевой насос

22 Второй осевой насос

23 Радиальный насос

24 Приводной вал

30 Магнитная муфта

30a Ведущая часть

30b Ведомая часть

31 Первые постоянные магниты

32 Вторые постоянные магниты

33 Неподвижный полый цилиндр

34 Первое радиальное уплотнение

34a Паз

35 Второе радиальное уплотнение

35a Паз

36 Осевой подшипник

37a Неподвижная втулка

37b Неподвижная втулка

38 Корпус насоса

39 Вращательная втулка

41 Отвод

42 Подвод

43 Делитель потока текучей среды

44 Закрывающий элемент

70 Всасывающий трубопровод

71 Напорный трубопровод

A Расстояние

B Направление протекания насосной системы

B1, B2 Первый и второй подпоток в насосной системе

F Сила натяга

R Радиальное направление

X1 Первое осевое направление

X2 Второе осевое направление

X-X Осевое направление (средняя ось) насосной системы

Y-Y Средняя ось вала

Изобретение относится к системе контактного кольцевого уплотнения. Система включает контактное кольцевое уплотнение (2a, 2b), имеющее вращающееся и стационарное контактные кольца (3, 4), задающие уплотнительный зазор (5). Также система имеет циркуляционный контур (7) текучей среды с насосной системой подвода среды к уплотнению (2a, 2b). Насосная система включает один привод (11) с приводным валом (24), радиальный насос (23) и первый и второй осевые насосы (21, 22), которые нагнетают текучую среду в осевом направлении (X-X) и расположены перед насосом (23), который нагнетает среду в радиальном направлении (R). Привод (11) одновременно приводит в движение насосы (21, 22, 23). Насосная система имеет магнитную муфту (30) с ведущей частью (30a) и первыми постоянными магнитами (31), неподвижным полым цилиндром (33) и ведомой частью (30b) со вторыми постоянными магнитами (32). Магниты (31) в осевом направлении (X-X) сдвинуты на расстояние (A) относительно магнитов (32), при этом магниты (31) частично перекрывают магниты (32) в радиальном направлении (R). Изобретение направлено на создание при простой конструкции и простого, экономичного изготовления высокого давления текучей среды для системы контактного кольцевого уплотнения. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система контактного кольцевого уплотнения, включающая в себя контактное кольцевое уплотнение (2a, 2b), имеющее одно вращающееся контактное кольцо (3) и одно стационарное контактное кольцо (4), которые противолежащими контактными поверхностями задают уплотнительный зазор (5), и циркуляционный контур (7) текучей среды, имеющий насосную систему для подвода текучей среды к контактному кольцевому уплотнению (2a, 2b), включающая в себя:

- ровно один привод (11), имеющий приводной вал (24),

- первый осевой насос (21), который нагнетает текучую среду в осевом направлении (X-X) приводного вала,

- второй осевой насос (22), который нагнетает текучую среду в осевом направлении приводного вала, и

- радиальный насос (23), который нагнетает текучую среду в радиальном направлении (R) приводного вала,

- при этом первый осевой насос (21) и второй осевой насос (22) в направлении (B) протекания текучей среды через насосную систему расположены перед радиальным насосом (23), и

- при этом привод (11) одновременно приводит в движение первый осевой насос (21), второй осевой насос (22) и радиальный насос (23), и

- дополнительно включающая в себя магнитную муфту (30), имеющую ведущую часть (30a), которая имеет первые постоянные магниты (31), неподвижный полый цилиндр (33) и ведомую часть (30b), которая имеет вторые постоянные магниты (32),

- при этом первые постоянные магниты (31) в осевом направлении (X-X) приводного вала (24) сдвинуты на расстояние (A) относительно вторых постоянных магнитов (32), при этом первые постоянные магниты частично перекрывают вторые постоянные магниты в радиальном направлении (R).

2. Система контактного кольцевого уплотнения по п. 1, при этом ведущая часть (30a) включает в себя приводной вал (24) привода.

3. Система контактного кольцевого уплотнения по п. 1 или 2, при этом первый осевой насос (21) нагнетает текучую среду в первом осевом направлении (X1), а второй осевой насос (22) нагнетает текучую среду во втором осевом направлении (X2), которое противоположно первому осевому направлению (X1).

4. Система контактного кольцевого уплотнения по одному из предыдущих пунктов, при этом первый осевой насос (21), второй осевой насос (22) и радиальный насос (23) расположены непосредственно на ведомой части (30b) магнитной муфты.

5. Система контактного кольцевого уплотнения по одному из предыдущих пунктов, при этом первый осевой насос (21) и второй осевой насос (22) выполнены в виде насосов с нагнетательной резьбой.

6. Система контактного кольцевого уплотнения по одному из предыдущих пунктов, включающая в себя также цельный корпус (38) насоса, который имеет подвод (42) и отвод (41).

7. Система контактного кольцевого уплотнения по п. 6, при этом направление подвода в подвод (42) одинаково с направлением отвода в отвод (41).

8. Система контактного кольцевого уплотнения по одному из предыдущих пунктов, включающая в себя также делитель (43) потока текучей среды, который делит подведенный поток текучей среды на два подпотока (B1, B2), при этом первый подпоток (B1) течет к первому осевому насосу (21), а второй подпоток (B2) течет ко второму осевому насосу (22).

9. Система контактного кольцевого уплотнения по одному из предыдущих пунктов, при этом ведомая часть (30b) имеет вращательную втулку (39), на которой расположены первый осевой насос (21), второй осевой насос (22), радиальный насос (23) и вторые постоянные магниты (32).

10. Система контактного кольцевого уплотнения по одному из предыдущих пунктов, включающая в себя также блок (12) управления, который предназначен для того, чтобы управлять приводной частотой вращения привода (11), чтобы таким образом определять количество нагнетаемой жидкости насосной системы (10).

11. Система контактного кольцевого уплотнения по одному из предыдущих пунктов,

- при этом ведомая часть (30b) включает в себя первый радиальный подшипник (34) и второй радиальный подшипник (35) и

- включающая в себя ровно один осевой подшипник (36) для осевой опоры ведомой части (30b).

12. Система контактного кольцевого уплотнения по одному из предыдущих пунктов, включающая в себя первое контактное кольцевое уплотнение (2a) и второе контактное кольцевое уплотнение (2b), которые расположены последовательно, при этом в пространство (15) между первым и вторым контактными кольцевыми уплотнениями подается уплотняющая среда.