ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2025 года по МПК F16J15/34 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области уплотнений и предназначено для обеспечения герметизации концевых участков валов магистральных и подпорных насосных агрегатов, основных и подпорных насосов передвижных насосных установок, перекачивающих нефть и нефтепродукты. Уровень техники

Из уровня техники известно уплотнение возвратно-поступательно перемещающегося штока по патенту на изобретение SU 653467 А1 (МПК F16J 15/32, опубл. 25.03.1979). Возвратно поступательно перемещающийся шток герметизирован установленными в корпусе внутренним уплотнительным элементом, состоящим из охваченной резиновым кольцом П-образной фторопластовой манжеты и внешним уплотнительным элементом в виде резинового кольца. Уплотнительные элементы разделены кольцевой полостью, образованной поверхностями уплотнительных элементов, штока и корпуса, объем которой выполнен больше объема уплотняемой среды, вносимой в эту полость через внутренний уплотнительный элемент штоком при его прямом ходе.

Уплотнение возвратно-поступательно перемещающегося штока содержит установленные в корпусе и разделенные кольцевой полостью внутренний уплотнительный элемент в виде охваченной резиновым кольцом П-образной фторопластовой манжеты и внешний уплотнительный элемент в виде резинового кольца. Объем кольцевой полости между уплотнительными элементами выполнен больше объема уплотняемой среды, вносимой в эту полость через внутренний уплотнительный элемент штоком при его прямом ходе. Таким образом, выполнение в таком уплотнении полости между уплотнительными элементами позволяет использовать его без дренирования этой полости.

Раскрытое в патенте SU 653467 А1 уплотнение содержит внешний уплотнительный элемент в виде резинового кольца, а также внутренний уплотнительный элемент в виде П-образной фторопластовой манжеты, что позволяет повысить герметичность уплотняемой среды, однако данное изобретение не может быть использовано для обеспечения герметизации концевых участков валов насосных агрегатов.

Из уровня техники известно торцевое уплотнение по заявке на изобретение RU 94033506 А1 (МПК F16J 15/16, опубл. 27.05.1997). Торцевое уплотнение для подвижного соединения содержит резиновое кольцо круглого сечения и манжету из фторопласта, которые установлены между подвижными уплотнительными деталями, отличающееся тем, что манжета в торцевом уплотнении выполнена в сечении U-образной формы, боковые параллельные стенки которой перекрывают кольцо и прижаты им к торцевым стенкам уплотняемых деталей, а соединяющая их средняя часть манжеты выполнена упругой в виде наружной части тора и охватывает кольцо снаружи, при этом на концах боковых стенок манжеты образованы торцевые кольцевые выступы жесткости, пропущенные в заходные фаски уплотняемых деталей.

Раскрытое в заявке на изобретение RU 94033506 А1 торцевое уплотнение обладает простотой реализации, однако совокупность и наличие указанных в патенте конструктивных элементов, составляющих данное торцевое уплотнение, не обеспечивает необходимый уровень герметичности при перекачке нефти и нефтепродуктов насосными агрегатами.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является известное из уровня техники торцевое уплотнение по патенту на полезную модель RU 43323 U1 (МПК F04D 29/08, опубл. 10.01.2005), состоящее из гильзы, установленной на валу насоса и обращенной к насосу пятой, корпус уплотнения, аксиально-подвижную обойму, не менее чем одно резиновое кольцо уплотнительное круглого сечения и пару трения в виде колец, выполненных из износостойкого материала, контактирующих между собой плоскими торцевыми рабочими поверхностями, одно из которых установлено в гильзу, второе - в аксиально-подвижной обойме. В пяте гильзы выполнена под углом 45° фаска с возможностью плотного установления под пятой резинового кольца уплотнительного круглого сечения, а в корпусе уплотнения с торцевой стороны, удаленной от насоса выполнена кольцевая канавка с возможностью установки захвата съемника. Также в данной конструкции торцевого уплотнения используются кольца пары трения, выполненные из износостойкого карбида кремния.

Раскрытое в патенте RU 43323 U1 торцевое уплотнение удобно при его демонтаже, однако конструкция данного торцевого уплотнения не исключает возможности залипания (заедания) резинового уплотнительного кольца между корпусом насоса и корпусом торцевого уплотнения вследствие длительного неиспользования торцевого уплотнения, что способно привести к нарушению герметичности перекачиваемой среды при установке торцевого уплотнения и пуске насосного агрегата после продолжительного простоя.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание торцевого уплотнения, предотвращающего утечки перекачиваемой нефти и нефтепродуктов в окружающую среду через зазор между вращающимся валом насоса и его корпусом.

Техническими результатами настоящего изобретения, достигаемыми при осуществлении заявляемого изобретения, являются:

- повышение надежности аксиального - подвижного соединения торцевого уплотнения и увеличение срока его эксплуатации;

- предотвращение утечки перекачиваемой насосом нефти и нефтепродуктов при разрушении (отказе) неподвижного или подвижного контактных колец трения торцевого уплотнения.

Указанная задача решается, а вышеуказанные технические результаты обеспечиваются за счет того, что заявленное торцевое уплотнение содержит корпус с установленными в нем пружинами, обойму, устанавливаемую в корпусе, гильзу, выполненную с возможностью установки на вал ротора насоса, по меньшей мере одно резиновое уплотнительное кольцо круглого сечения, пару трения, образованную подвижным и неподвижным контактными кольцами, выполненными из антифрикционного материала, причем подвижное контактное кольцо установлено на гильзе посредством поводков, а неподвижное контактное кольцо установлено в обойме, при этом торцевое уплотнение также содержит дополнительное уплотнительное кольцо круглого сечения, установленное между корпусом и обоймой, а также кольцеобразное резервное уплотнение, установленное между корпусом и гильзой и состоящее из трех равных плавающих секторов, выполненных из антифрикционного материала.

Для плотного прилегания резервного уплотнения к поверхности гильзы в кольцеобразном резервном уплотнении с наружной стороны выполнена технологическая канавка, в которой установлена кольцевая пружина сжатия, а с внутренней стороны выполнено лабиринтное уплотнение.

Краткое описание чертежей

Заявленное изобретение поясняется чертежами (фигуры 1-5), на которых показаны: на фиг. 1 - общий вид торцевого уплотнения, на фиг. 2 - резервное уплотнение, на фиг. 3 - аксиально-подвижное соединение торцевого уплотнения, на фиг. 4 - устройство крепления торцевого уплотнения относительно вала ротора насоса (вид А на фиг. 1), на фиг. 5 - устройство крепления подвижного и неподвижного контактных колец (разрез В-В на фиг. 1), где числовыми позициями обозначены:

1 - уплотнительное кольцо;

2 - гильза;

3 - прижимная пружина;

4 - подвижное контактное кольцо;

5 - неподвижное контактное кольцо;

6 - кольцеобразное резервное уплотнение;

7 - корпус;

8 - обойма;

9 - уплотнительные кольца;

10 - штифт;

11 - кольцевая пружина сжатия;

12 - шпонка;

13 - дополнительное уплотнительное кольцо;

14 - вал ротора насоса;

15 - фторопластовая манжета;

16 - гайка;

17 - гайка;

18 - шпонка;

19 - поводок;

20 - винт.

Осуществление изобретения

Торцевое уплотнение служит для обеспечения герметизации концевых участков вращающихся валов магистральных и подпорных насосных агрегатов, основных и подпорных насосов передвижных насосных установок, перекачивающих нефть и нефтепродукты. Конструктивно торцевое уплотнение представляет собой блок, поставляемый потребителям в состоянии монтажной готовности, обеспечивая тем самым возможность блочной установки торцевого уплотнения на насос.

Торцевое уплотнение состоит из корпуса 7, гильзы 2 и обоймы 8 (фиг. 1). Гильза 2 и обойма 8 прижаты друг к другу притертыми подвижным контактным кольцом 4 и неподвижным контактным кольцом 5, выполненными из антифрикционного материала. При этом неподвижное контактное кольцо 5 размещено в обойме 8 и уплотнено резиновым уплотнительным кольцом 9.

Гильза 2 выполнена с возможностью установки на валу ротора насоса 14 и уплотнена резиновым кольцом 1 круглого сечения. Во избежание проворачивания гильза 2 фиксируется шпонкой 12.

Обойма 8 смонтирована в корпусе 7 торцевого уплотнения и уплотнена резиновыми уплотнительными кольцами 9 круглого сечения.

Три штифта 10, установленные в корпусе 7 равноудаленно друг от друга, предохраняют обойму 8 от проворачивания, но допускают ее перемещение только в осевом направлении.

Подвижное 4 и неподвижное 5 контактные кольца образуют пару трения и своими плоскими торцевыми рабочими поверхностями находятся в постоянном контакте за счет действия двенадцати прижимных пружин 3, а также за счет давления перекачиваемой жидкой среды (нефти и нефтепродуктов).

Между корпусом 7 и обоймой 8 установлено кольцеобразное резервное уплотнение 6, состоящее из трех равных плавающих секторов, выполненных из антифрикционного материала, которое предназначено для ограничения утечки перекачиваемой насосом жидкости (нефти или нефтепродукта) в случае отказа (разрушения) подвижного 4 и неподвижного 5 контактных колец. При смыкании торцевых поверхностей плавающих секторов кольцеобразное резервное уплотнение 6 образуется кольцо (фиг. 2), с внутренней стороны которого выполнено лабиринтное уплотнение, а по наружной части -технологическая канавка. В технологической канавке установлена кольцевой пружины сжатия 11, обеспечивая тем самым равномерное и надежное прижатие трех плавающих секторов к поверхности гильзы 2.

Герметизация зазоров между элементами торцевого уплотнения осуществляется резиновыми уплотнительными кольцами 9 круглого сечения. Кроме того, между корпусом 7 и обоймой 8 установлено дополнительное уплотнительное кольцо 13, выполненное из маслобензостойкой резины. С целью предотвращения возможного залипания дополнительного уплотнительного кольца 13, размещенного в аксиально-подвижном соединении между корпусом 7 и обоймой 8, предусмотрена фторопластовая манжета 15 для исключения непосредственного контакта между дополнительным уплотнительным кольцом 13 и обоймой 8 (фиг. 4). Указанное конструктивное решение позволяет повысить надежность аксиально-подвижного соединения, предупреждая его возможный перекос, и, как следствие, увеличить срок эксплуатации подвижного 4 и неподвижного 5 контактных колец, предупреждая их возможное раскрытие.

Заявленное торцовое уплотнение работает следующим образом. Предварительно посадочные поверхности корпуса насоса (на фиг. не показан) и вала ротора насоса 14 очищают и смазывают тонким слоем дисульфид молибденовой смазки. Далее торцевое уплотнение устанавливают на вал ротора насоса 14 с резиновым уплотнительным кольцом 1 круглого сечения. В корпусе торцового уплотнения 7 проверяют наличие уплотнительных колец 9. Перед тем, как установить торцевое уплотнение на вал ротора насоса 14 демонтируют гайки 16,17, а также шпонки 12, 18. Далее производится установка прижимного фланца насоса (на фиг. не показан), фиксирование торцевого уплотнения относительно корпуса насоса, а затем установка гаек 16, 17 и шпонок 12, 18. Фиксацию торцевого уплотнения относительно вала ротора насоса 14 выполняют посредством гаек 16, 17 и четырех соответствующих им винтов 20 (фиг. 4).

После запуска насоса крутящий момент от вала ротора насоса 14 передается на гильзу 2 торцового уплотнения посредством гаек 16 и 17, соединенных винтами 20. Совместно с гильзой 2 вращается подвижное контактное кольцо 4, которое уплотняется с одной стороны резиновым уплотнительным кольцом 9, а с другой стороны плотно примыкает к неподвижному контактному кольцу 5. Крутящий момент от гильзы 2 к подвижному контактному кольцу 4 передается посредством предварительно установленных в гильзе 2 поводков 19 (фиг. 5).

Двенадцать прижимных пружин 3, которые поджимают обойму 8, обеспечивают смыкание рабочих поверхностей контактных колец 4 и 5 в момент набора (возрастания) оборотов вала ротора насоса 14. Таким образом, обойма 8 и неподвижное контактное кольцо 5 образуют аксиально-подвижное соединение, которое уплотнено по корпусу 7 торцевого уплотнения дополнительным уплотнительным кольцом 13 и фторопластовой манжетой 15.

Кроме того, надежное смыкание контактных колец 4 и 5 в рабочем режиме насоса дополнительно производится посредством гидростатического давления перекачиваемой жидкой среды насоса (нефти или нефтепродуктов), герметизируя тем самым концевой участок вала ротора насоса 14.

По окончании работы насос останавливают. Демонтаж торцевого уплотнения осуществляют в обратном порядке.

Основные технологические параметры и показатели применимости заявленного торцевого уплотнения должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 1.

Показатели надежности заявляемого торцевого уплотнения должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 2.

Таким образом, благодаря своему конструктивному выполнению заявленное торцевое уплотнение обеспечивает при осуществление и последующей работе достижение заявленных технических результатов - ограничение утечки перекачиваемой насосом нефти и нефтепродуктов в случае отказа (разрушения) неподвижного или подвижного контактных колец торцевого уплотнения за счет наличия кольцеобразного резервного уплотнения, а также повышение надежности аксиально-подвижного соединения торцевого уплотнения за счет наличия фторопластовой манжеты, предотвращающей залипание (заедание) дополнительного уплотнительного кольца в аксиально-подвижном соединении.

Изобретение относится к области уплотнений и предназначено для обеспечения герметизации концевых участков валов магистральных и подпорных насосных агрегатов, основных и подпорных насосов передвижных насосных установок, перекачивающих нефть и нефтепродукты. Изобретение повышает надежность аксиального-подвижного соединения торцевого уплотнения и увеличивает срок его эксплуатации, а также предотвращает утечки перекачиваемой насосом нефти и нефтепродуктов при разрушении (отказе) неподвижного или подвижного контактных колец трения торцевого уплотнения. Торцевое уплотнение содержит корпус с установленными в нем пружинами, обойму, устанавливаемую в корпусе, гильзу, выполненную с возможностью установки на вал ротора насоса, по меньшей мере одно резиновое уплотнительное кольцо круглого сечения, пару трения, образованную подвижным и неподвижным контактными кольцами, выполненными из антифрикционного материала. Подвижное контактное кольцо установлено на гильзе посредством поводков, а неподвижное контактное кольцо установлено в обойме, при этом торцевое уплотнение также содержит дополнительное уплотнительное кольцо круглого сечения, установленного между корпусом и обоймой, а также кольцеобразное резервное уплотнение, установленное между корпусом и гильзой и состоящее из трех равных плавающих секторов, выполненных из антифрикционного материала. Для плотного прилегания резервного уплотнения к поверхности гильзы в кольцеобразном резервном уплотнении с наружной стороны выполнена технологическая канавка, в которой установлена кольцевая пружина сжатия, а с внутренней стороны выполнено лабиринтное уплотнение. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

1. Торцевое уплотнение, содержащее корпус с установленными в нем пружинами, обойму, устанавливаемую в корпусе, гильзу, выполненную с возможностью установки на вал ротора насоса, по меньшей мере одно резиновое уплотнительное кольцо круглого сечения, пару трения, образованную подвижным и неподвижным контактными кольцами, выполненными из антифрикционного материала, при этом подвижное контактное кольцо установлено на гильзе посредством поводков, а неподвижное контактное кольцо установлено в обойме, отличающееся тем, что торцевое уплотнение содержит дополнительное уплотнительное кольцо круглого сечения, установленное между корпусом и обоймой, а также кольцеобразное резервное уплотнение, установленное между корпусом и гильзой и состоящее из трех равных плавающих секторов, выполненных из антифрикционного материала.

2. Торцевое уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что для плотного прилегания резервного уплотнения к поверхности гильзы в кольцеобразном резервном уплотнении с наружной стороны выполнена технологическая канавка, в которой установлена кольцевая пружина сжатия, а с внутренней стороны выполнено лабиринтное уплотнение.