ПЛАВАЮЩЕЕ КОЛЬЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2021 года по МПК F16J15/44 

Изобретение касается плавающего кольцевого уплотнения для уплотнения вращающегося конструктивного элемента, в частности вращающегося вала, которое имеет значительно уменьшенный вес и упрощенную конструкцию.

Плавающие кольцевые уплотнения известны из уровня техники в различных вариантах осуществления. Плавающие кольцевые уплотнения применяются, например, для уплотнения насосных валов у насосов, имеющих высокие частоты вращения. При этом плавающие кольцевые уплотнения плавающим образом расположены на валу и могут, в частности, при радиальных отклонениях вала следовать соответствующему радиальному отклонению. При этом проблемной зоной у плавающих кольцевых уплотнений является постоянно имеющийся зазор между плавающим кольцевым уплотнением и вращающимся конструктивным элементом, через который возникает относительно высокая утечка. Поэтому обычно несколько плавающих кольцевых уплотнений располагаются последовательно друг за другом. Однако это приводит к существенным конструктивным издержкам и, в частности, необходимому большому конструктивному пространству в осевом направлении уплотняемого конструктивного элемента, из-за чего общая конструктивная длина насоса и т.п. увеличивается, чего изготовители таких насосов хотят по возможности избегать.

Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставление плавающего кольцевого уплотнения для уплотнения вращающегося конструктивного элемента, которое при простой и экономичной конструкции может, в частности, уменьшить осевую конструктивную длину уплотнения. Далее, задачей настоящего изобретения является предоставление системы конструктивных элементов, имеющей предлагаемое изобретением плавающее кольцевое уплотнение.

Эта задача решается с помощью плавающего кольцевого уплотнения с признаками п.1 формулы изобретения и системы конструктивных элементов с признаками п.9 формулы изобретения. В каждом из зависимых пунктов формулы изобретения показаны предпочтительные усовершенствования изобретения.

Предлагаемое изобретением плавающее кольцевое уплотнение для уплотнения вращающегося конструктивного элемента, наряду с более простым монтажом/демонтажом, имеет также значительное преимущество в отношении веса. В соответствии с изобретением плавающее кольцевое уплотнение включает в себя цельное тело, имеющее первую и вторую направленную радиально внутрь дроссельную поверхность. Причем эти дроссельные поверхности отделены друг от друга посредством первого окружного паза на внутреннем периметре тела. Паз расположен между первой и второй дроссельной поверхностью. При варианте осуществления плавающего кольцевого уплотнения с двумя дроссельными поверхностями, которые направлены каждая к вращающемуся конструктивному элементу, и при этом между вращающимся конструктивным элементом и двумя дроссельными поверхностями имеется дроссельный зазор, получается заметное преимущество в отношении веса по сравнению с двумя отдельными плавающими кольцевыми уплотнениями, как в уровне техники. По сравнению с двумя отдельными плавающими кольцевыми уплотнениями общая масса предлагаемого изобретением плавающего кольцевого уплотнения может снижаться прибл. на 40%.

Предпочтительно ширина первой дроссельной поверхности в осевом направлении плавающего кольцевого уплотнения меньше или равна второй ширине дроссельной поверхности в осевом направлении плавающего кольцевого уплотнения. Благодаря этому дроссельное действие второй дроссельной поверхности увеличивается, поэтому в целом уменьшается утечка плавающего кольцевого уплотнения.

Другое большое преимущество предлагаемой изобретением системы, имеющей две дроссельные поверхности с расположенным между ними пазом, заключается в том, что поток утечки, который течет через первую дроссельную поверхность в направлении второй дроссельной поверхности, в пазе замедляется, так что тогда утечка через вторую дроссельную поверхность значительно уменьшается. При этом поток утечки может, в частности, образовывать встречное течение.

Особенно предпочтительно паз имеет ширину паза, которая меньше или равна первой ширине первой дроссельной поверхности и/или которая меньше или равна второй ширине второй дроссельной поверхности.

По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения цельное тело включает в себя также третью направленную радиально внутрь дроссельную поверхность. Причем эта третья дроссельная поверхность расположена последовательно после второй дроссельной поверхности. Также между второй и третьей дроссельной поверхностью на внутреннем периметре тела расположен второй окружной паз.

Также предпочтительно цельное тело включает в себя четвертую дроссельную поверхность. При этом между третьей и четвертой дроссельной поверхностью на внутреннем периметре цельного тела выполнен третий окружной паз. Таким образом, такое плавающее кольцевое уплотнение включает в себя четыре дроссельные поверхности и три окружных паза.

Особенно предпочтительно плавающее кольцевое уплотнение представляет собой угольное плавающее кольцевое уплотнение. При цельном варианте осуществления плавающего кольцевого уплотнения может также достигаться значительное уменьшение затрат при изготовлении, в частности в виде угольного плавающего кольцевого уплотнения.

По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения плавающее кольцевое уплотнение включает в себя также держатель уплотнительного кольца. Этот держатель уплотнительного кольца является отдельным конструктивным элементом и при этом удерживает цельное плавающее кольцевое уплотнение. При этом держатель уплотнительного кольца предпочтительно расположен на противоположной дроссельным поверхностям стороне цельного тела.

Предпочтительно плавающее кольцевое уплотнение включает в себя также корпус, в частности титановый корпус, имеющий выемку для незакрепленного помещения цельного тела или, соответственно, цельного тела вместе с держателем уплотнительного кольца.

Далее, настоящее изобретение касается системы конструктивных элементов, включающей в себя предлагаемое изобретением плавающее кольцевое уплотнение, а также вращающийся конструктивный элемент, в частности вал. Этот вал особенно предпочтительно является насосным валом или компрессорным валом.

Система конструктивных элементов включает в себя первый дроссельный зазор между первой дроссельной поверхностью цельного тела плавающего кольцевого уплотнения и вращающимся конструктивным элементом, а также второй дроссельный зазор между второй дроссельной поверхностью цельного тела и вращающимся конструктивным элементом. Также предпочтительно дроссельные поверхности и поверхность вращающегося конструктивного элемента выполнены таким образом, что высота первого дроссельного зазора и/или второго дроссельного зазора в осевом направлении остается постоянной. При этом высота первого дроссельного зазора предпочтительно равна высоте второго дроссельного зазора.

Система конструктивного элемента предпочтительно представляет собой насос или компрессор, или турбину. При этом система конструктивных элементов предпочтительно эксплуатируется с очень высокими частотами вращения.

Ниже со ссылкой на сопроводительный чертеж описываются в деталях предпочтительные примеры осуществления систем конструктивных элементов, имеющих плавающие кольцевые уплотнения. На чертеже показано:

фиг.1: схематичный вид сечения системы конструктивного элемента, имеющей плавающее кольцевое уплотнение по первому примеру осуществления изобретения;

фиг.2: схематичный вид в перспективе системы конструктивного элемента, имеющей плавающее кольцевое уплотнение по второму примеру осуществления изобретения, и

фиг.3: схематичный вид в перспективе системы конструктивного элемента, имеющей плавающее кольцевое уплотнение по третьему примеру осуществления изобретения.

Ниже со ссылкой на фиг.1 описывается в деталях система 1 конструктивных элементов, имеющая плавающее кольцевое уплотнение 2 по первому примеру осуществления изобретения.

Как явствует из фиг.1, плавающее кольцевое уплотнение 2 включает в себя цельное тело 20 и держатель 6 уплотнительного кольца. Держатель 6 уплотнительного кольца предназначен для того, чтобы удерживать цельное тело 20.

Цельное тело 20 включает в себя первую дроссельную поверхность 21 и вторую дроссельную поверхность 22. Первая дроссельная поверхность 21 расположена радиально на направленной внутрь области цельного тела 20. Также вторая дроссельная поверхность 22 расположена на направленной радиально внутрь области цельного тела 20.

Как явствует из фиг.1, плавающее кольцевое уплотнение 2 уплотняет при этом на валу 3 область 10 продукта от области 11 атмосферы. При этом между первой дроссельной поверхностью 21 и поверхностью вала 3 выполнен первый дроссельный зазор 8, а между второй дроссельной поверхностью 22 и поверхностью вала 3 второй дроссельный зазор 9.

В осевом направлении X-X плавающего кольцевого уплотнения 2 между первой дроссельной поверхностью 21 и второй дроссельной поверхностью 22 расположен паз 23. Этот паз 23 предусмотрен на внутреннем периметре цельного тела 20 по кругу.

При этом первая ширина B1 первой дроссельной поверхности 21 в осевом направлении X-X меньше второй ширины B2 второй дроссельной поверхности 22. Также ширина N1 паза 23 в осевом направлении X-X меньше первой ширины B1 и второй ширины B2.

При этом первая высота первого дроссельного зазора 8 в осевом направлении X-X остается постоянной. Также вторая высота второго дроссельного зазора 9 в осевом направлении остается постоянной. Высоты первого и второго дроссельных зазоров предпочтительно выбраны таким образом, что вторая высота второго дроссельного зазора 9 равна первой высоте первого дроссельного зазора 8.

При этом плавающее кольцевое уплотнение 2 расположено в выемке 5 в корпусе 4. Корпус 4 выполнен составным, чтобы обеспечивать возможность монтажа в осевом направлении вала 3. Как явствует из фиг.1, плавающее кольцевое уплотнение 2 расположено при этом плавающим образом в выемке 5. Благодаря этому плавающее кольцевое уплотнение 2 при радиальных отклонениях вала 3, которые могут возникать при эксплуатации, следуют движению вала. Причем при радиальном движении вала может происходить короткий контакт между валом 3 и цельным телом 20.

Плавающее кольцевое уплотнение 2 включает в себя также арретир 7, чтобы обеспечивать возможность фиксации в корпусе 4. Арретир 7 включает в себя болт 70, имеющий головку 71. Как явствует из фиг.1, болт 70 расположен в держателе 6 уплотнительного кольца. Головка 71 выступает в осевом направлении X-X и расположена в боковом углублении в выемке 5. При этом в боковом углублении 50 для головки 71 предусмотрен радиальный зазор, чтобы плавающее кольцевое уплотнение 2 могло совместно совершать вышеописанные радиальные отклонения вала. Это обозначено двойной стрелкой A.

Чтобы при вышеописанных радиальных отклонениях обеспечит возможность направления плавающего кольцевого уплотнения 2, на корпусе 4 выполнен выступающий в осевом направлении X-X выступ 40. При этом плавающее кольцевое уплотнение может надежно направляться в выемке 5. Далее, при этом выступ 40 препятствует тому, чтобы среда обходила дроссельные зазоры 8, 9 по пути позади плавающего кольцевого уплотнения 2.

Выступ 40 предусмотрен в направлении периметра, проходя по всему кругу.

При этом предлагаемым изобретением плавающим кольцевым уплотнением 2 можно заменять два отдельных плавающих кольцевых уплотнения, применявшихся до сих пор в уровне техники. При этом, в частности, может получаться значительное уменьшение веса в пределах прибл. до 40%. Далее, благодаря цельности плавающего кольцевого уплотнения 2 заметно упрощен монтаж и демонтаж при необходимой замене плавающего кольцевого уплотнения 2. Так как также арретир 7 предусмотрен исключительно в держателе 6 уплотнительного кольца, цельное тело 20 плавающего кольцевого уплотнения может выполняться без ослабляющих выемок, пазов или т.п. для помещения арретира. Благодаря этому вес тела 20 дополнительно уменьшается, и срок службы цельного тела 20 заметно продлевается.

Правда, при эксплуатации возникает некоторая утечка через первый дроссельный зазор 8, однако благодаря наличию окружного паза 23 скорость течения утечки в области паза 23 заметно замедляется. Благодаря этому дальнейшая утечка через второй дроссельный зазор 9 в направлении области 11 атмосферы еще раз заметно уменьшается или, соответственно, может при необходимости полностью предотвращаться.

При этом глубина паза 23 выбирается таким образом, что в области паза 23 осуществляется по меньшей мере частичное обратное течение C утечки, которая попала в паз 23 через первый дроссельный зазор 8. Благодаря этому дополнительно уменьшается скорость течения утечки через плавающее кольцевое уплотнение и минимизируется дальнейшая утечка через второй дроссельный зазор 9.

На фиг.2 показана система 1 конструктивных элементов по второму примеру осуществления изобретения, при этом одинаковые или, соответственно, функционально одинаковые части обозначены одинаковыми ссылочными обозначениями.

Как явствует из фиг.2, система 1 конструктивных элементов включает в себя два отдельных предлагаемых изобретением плавающих кольцевых уплотнения 2. При этом принципиальная конструкция плавающих кольцевых уплотнений 2 такая же, как и в первом примере осуществления. Однако, как явствует из фиг.2. плавающие кольцевые уплотнения 2 расположены на валу 3 зеркально-симметрично друг другу. Таким образом, предусмотрено всего четыре дроссельных зазора от области 10 продукта до области 11 атмосферы. Кроме того, как явствует из фиг.2, в корпусе 4 в области между первым и вторым плавающим кольцевым уплотнением 2 предусмотрен окружной паз 41. В этом окружном пазу 41 собирается утечка, поступившая через первое плавающее кольцевое уплотнение 2, и образует обратное течение C и дополнительно уменьшает утечку к области 11 атмосферы, возникающую через второе плавающее кольцевое уплотнение.

На фиг.3 показана система конструктивных элементов по третьему примеру осуществления изобретения. Как явствует из фиг.3, плавающее кольцевое уплотнение 2 третьего примера осуществления включает в себя третью дроссельную поверхность 25. При этом между первой и второй дроссельной поверхностью 21, 22 предусмотрен первый паз 23, а между второй дроссельной поверхностью 22 и третьей дроссельной поверхностью 25 предусмотрен второй паз 26. Как и в первом примере осуществления, первый паз 23 и второй паз 26 выполнены, проходя по всему кругу. Благодаря этому предоставляется цельное тело 20, имеющее три дроссельные поверхности, поэтому дополнительно уменьшается утечка от области 10 продукта к области 11 атмосферы.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Система конструктивных элементов

2 Плавающее кольцевое уплотнение

3 Вал

4 Корпус

5 Выемка

6 Держатель уплотнительного кольца

7 Арретир

8 Первый дроссельный зазор

9 Второй дроссельный зазор

10 Область продукта

11 Область атмосферы

20 Цельное тело

21 Первая дроссельная поверхность

22 Вторая дроссельная поверхность

23 Первый паз

24 Выступ

25 Третья дроссельная поверхность

26 Второй паз

40 Выступ

41 Паз

50 Боковое углубление

70 Болт

71 Головка

A Двойная стрелка

B1 Первая ширина

B2 Вторая ширина

C Обратное течение

N1 Ширина первого паза 23

X-X Осевое направление

Изобретение касается плавающего кольцевого уплотнения для уплотнения вращающегося конструктивного элемента, которое включает в себя цельное тело (20), имеющее первую направленную радиально внутрь дроссельную поверхность (21), вторую направленную радиально внутрь дроссельную поверхность (22) и первый окружной паз (23) на внутреннем периметре цельного тела (20), причем этот первый паз (23) расположен в осевом направлении (X-X) плавающего кольцевого уплотнения между первой дроссельной поверхностью (21) и второй дроссельной поверхностью (22). При этом цельное тело (20) включает в себя также третью направленную радиально внутрь дроссельную поверхность (25), при этом в осевом направлении (X-X) плавающего кольцевого уплотнения между третьей дроссельной поверхностью (25) и второй дроссельной поверхностью (22) расположен второй паз (26). Изобретение упрощает конструкцию уплотнения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Плавающее кольцевое уплотнение для уплотнения вращающегося конструктивного элемента, включающее в себя:

- цельное тело (20), имеющее

- первую направленную радиально внутрь дроссельную поверхность (21),

- вторую направленную радиально внутрь дроссельную поверхность (22) и

- первый окружной паз (23) на внутреннем периметре цельного тела (20),

- причем этот первый паз (23) расположен в осевом направлении (X-X) плавающего кольцевого уплотнения между первой дроссельной поверхностью (21) и второй дроссельной поверхностью (22),

при этом цельное тело (20) включает в себя также третью направленную радиально внутрь дроссельную поверхность (25), при этом в осевом направлении (X-X) плавающего кольцевого уплотнения между третьей дроссельной поверхностью (25) и второй дроссельной поверхностью (22) расположен второй паз (26).

2. Плавающее кольцевое уплотнение по п. 1, при этом первая ширина (B1) первой дроссельной поверхности (21) меньше или равна второй ширине (B2) второй дроссельной поверхности (22).

3. Плавающее кольцевое уплотнение по п. 2, при этом первый паз (23) имеет ширину (N1) паза, которая меньше или равна первой ширине (B1) и которая меньше или равна второй ширине (B2).

4. Плавающее кольцевое уплотнение по одному из предыдущих пунктов, при этом цельное тело (20) изготовлено из материала, включающего в себя уголь.

5. Плавающее кольцевое уплотнение по одному из предыдущих пунктов, включающее в себя также держатель (6) уплотнительного кольца, который удерживает цельное тело (20).

6. Плавающее кольцевое уплотнение по п. 5, при этом держатель (6) уплотнительного кольца расположен на противоположной дроссельным поверхностям (21, 22) стороне цельного тела (20).

7. Плавающее кольцевое уплотнение по одному из предыдущих пунктов, включающее в себя также корпус (4), имеющий выемку (5) для плавающего помещения цельного тела (20).

8. Устройство с плавающим кольцевым уплотнением, включающее в себя по меньшей мере одно плавающее кольцевое уплотнение (2) по одному из предыдущих пунктов и вращающийся конструктивный элемент (3).

9. Устройство по п. 8, при этом первая высота первого дроссельного зазора (8) между первой дроссельной поверхностью (21) и поверхностью вращающегося конструктивного элемента (3) остается постоянной и/или при этом вторая высота второго дроссельного зазора между второй дроссельной поверхностью (22) и поверхностью вращающегося конструктивного элемента (3) остается постоянной.

10. Устройство по п. 9, при этом первая высота зазора равна второй высоте зазора.