Торцовое уплотнение вращающегося вала Советский патент 1983 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к торцовым уплотнениям вращающихся валов.

Известны торцовые уплотнения с подводом уплотняющей среды от периферии к центру, содержащие корпус и установленные в нем неподвижную и вращающуюся втулки и плавающее кольцо, расположенное по наружному диаметру вращающейся втулки.

В таких уплотнения протечки уплотняющей среды (масла) в сторону атмосферы ограничиваются плавающим кольцом, радиальный зазор в котором можно выполнить примерно в 2 раза меньще, чем в опорном подщипнике того же диаметра 1.

Недостаток такого уплотнения заключается в том, что при больщих давлениях уплотняющей жидкости (масла) плавающее кольцо своим торцовым уплотнительным буртом прижимается к корпусу с больщим усилием и теряет свою подвижность. При этом нарущаются динамические характеристики системы «ротор турбомашины - опорный подщипник - уплотнение, в системе могут возбуждаться вибрационные явления, а плавающее кольцо, контактные поверхности уплотнения или опорные поверхности подщипников могут при этом разрущаться. Кроме того, вследствие действующих на плавающее кольцо больщих перепадов давления «масло-атмосфера протечки масла в этой конструкции имеют значительную величину, что создает трудности при удержании заданной величины перепада «масло- газ.

Целью изобретения является повыщение уплотняющей способности торцового уплотнения и уменьщение величины протечек уплотняющей жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в торцовом уплотнении вращающегося вала с подводом уплотняющей среды от периферии к центру, содержащем корпус и установленные в нем неподвижную и вращающуюся втулки, контактирующие между собой уплотнительными поясками, и плавающее кольцо, сопрягающееся с вращающейся втулкой с радиальным зазором, между вращающейся втулкой и корпусом образована полость и плавающее кольцо установлено в этой полости с осевым зазором относительно вращающейся втулки, а сопрягаемый диаметр плавающего кольца и вращающейся втулки выполнен меньще наружного диаметра этой втулки.

Такое выполнение торцового уплотнения позволяет уменьшить величину перепада «масло - атмосфера, действующего на плавающее кольцо, и повысить величину давления уплотняющей жидкости. Это дает возможность использовать торцовое уплотнение при высоких давлениях сжимаемого газа. Опорный подщипник при этом при любых давлениях уплотняемого газа функционально развязывается с торцовым уплотнением и его наладка может производиться индивидуально с обеспечением оптимального маслоснабжения.

На чертеже изображено предлагаемое уплотнение, общий вид.

В корпусе 1 уплотнения расположены неподвижная втулка 2 с контактирующей торцовой поверхностью 3, вращающаяся втулка 4 с контактирующей торцовой поверхностью 5 и плавающее кольцо 6 с уплотнительным торцовым буртом 7, размещенное в полости 8, образованной ступенчатой расточкой 9 втулки 4 и поверхностями 10 элементов корпуса 1. Плавающее кольцо 6 установлено в полости 8 с заданным осевым зазором относительно вращающейся втулки 4. Сопрягаемый диаметр DJ плавающего кольца 6 выполнен меньще наружного диаметра DZ вращающейся втулки 4. Диаметр DJ плавающего кольца 6 сопрягается с вращающейся втулкой 4 с радиальным зазором S. Втулка 4 насажена на вал И турбомащины и закреплена гайкой 12. Пружины 13 прижимают неподвижную втулку 2 к подвижной втулке 4. Штифт 14 предотвращает проворот плавающего кольца 6 в окружном направлении и его осевой сдвиг. Корпус 1 уплотнения установлен в статоре 15 турбомащины и уплотнен по посадочному диаметру резинками 16 и 17. Стальное кольцо 18 предотвращает сдвиг уплотнения вдоль оси турбомащины. Стрелка 19 показывает направление подачи уплотняющей жидкости (масла). При работе такого уплотнения уплотняющее масло, подаваемое в пространство А, имеет давление превыщающее давление газа в полости Б на заданную величину, определяемую перепадом «масло - газ. Чем выще давление газа в полости Б, тем выще давление масла в полости А. Незначительная часть масла при этом перетекает через зазоры между контактирующими поверхностями 3 и 5 соответственно неподвижной втулки 2 и вращающейся втулки.4 из полости А в полость Б в направлении от периферии к центру уплотнения и отводится из полости Б на реге нерацию (отделения от газа и восстановления свойств).

Давлением м-асла в полости А плавающее кольцо 6 прижимается уплотнительным буртом 7 к сопрягаемой поверхности элемента 10 корпуса 1. Так как в зазоре S между плавающим кольцом 6 и вращающейся втулкой 4 масло вовлекается во вращение, на участке между диаметрами D, и D. создается радиальный перепад давления, пропорциональный произведению w(), гдеУ/-угловая скорость вращения вала. Это приводит к тому, что давление масла в зазоре S сопряжения диаметров плавающего

кольца и втулки существенно понижается, что уменьшает протечки масла через зазор S. Существенно уменьшается также равнодействующая давления в зазоре. Это уменьшает силу прижатия плавающего кольца 6 к корпусу 1 и увеличивает радиальную подвижность плавающего кольца 6 при высоких давлениях в полости А, повышает - надежность системы «ротор турбомашины - уплотнение - опорный подшипник, упрощает конструкцию маслопроводов уплотнительной системы, уменьшает мощность, потребляемую маслонасосами высокого давления, создающими циркуляцию масла для охлаждения уплотнения и компенсации протечек масла через зазор S между плавающим кольцом 6 и валом 11.

Величина радиального перепада в зазоре f регулируется подбором величины зазора и выбором необходимой радиальной протяженности участка вращающейся втулки 4.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в упрощении конструкции уплотнительной системы, в повышении надежности и экономичности работы уплотнения за счет сохранения при любых давлениях в полости А минимально необходимой величины силы прижатия плавающего кольца, к корпусу.

ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА с подводом уплотняющей среды от периферии к центру, содержащее корпус и установленные в нем неподвижную и вращающуюся втулки, контактирующие между собой уплотнительными поясками, и плавающее кольцо, сопрягающееся с вращающейся втулкой с радиальным зазором, отличающееся тем, что, с целью повышения уплотняющей способности торцового уплотнения и уменьшения величины протечек уплотняющей среды, между вращающейся втулкой и корпусом образована полость и плавающее кольцо установлено в этой полости с осевым зазором относительно вращающейся втулки, а сопрягаемый диаметр плавающего кольца и вращающейся втулки выполнен меньше наружного диаметра этой втулки.. J //f