Уплотнение вращающегося вала турбомашины Советский патент 1983 года по МПК F16J15/44 

Изобретение относится к уггпотнениям вращающихся валов типа плавающих колец, предназначенных для удержания уплотняющих жидкостей высокого давления. В частности, уплотнения этого типа используются в компрессорных машинах для сжатия и перемещения токсичных и взрывоопасных газов. Известны уплотнения вала в виде плавающих колец, удерживающих уплотняющую жидкость. Истечение жидкости ограничивается кольцевой щелью между кольцами, валом и торцом кольца, при жатым перепадом давлений к неподвиж ной детали (корпусу) l . Однако с ростом перепада давлений осевая нагрузка, действующая на коль цо, увеличивается, в связи с чем повышается сила трения на торцовых поверхностях кольца, препятствующая его свободному перемещению в радиаль ном направлении. При достаточно высоких перепадах давлений прижатие кольца к корпусу приводит к чрезмерным перегрузкам в месте сопряжения кольца и вала и к отрицательному воздействию кольца на вал, В целях снижения осевой нагрузки, действующей на плавающее кольцо, стремятся к смещению торцового выступа кольца на меньший диаметр, т.е. к уменьшению среднего диаметра выступа до размера вала под кольцом. Для достижения разгрузки плавающего кольца средний диаметр торцового выступа выполняют близки) к диаметру его цилиндрической части, сопрягаемой с валом . Таким образом, вал под разгруженным плавающим кольцом имеет два участ ка с различными диаметрами, что препятствует использованию таких плавающих коле.ц в многоступенчатых уплотнениях с несколькими кольцами с целью снижения расхода уплотнительной жидкости. Цель изобретения - повышение эффективности работы уплотнения за счет снижения осевой нагрузки, действующей на плавающее кольцо. Поставленная цель достигается тем что в уплотнении вращающегося вала турбомашины, содержащем плавающее кольцо, имеющее уплотнительный торцовый выступ со стороны полости пониженного давления, контактирующий со статорной деталью, на плавающем кольце установлено разгрузочное кольцо с возможностью его радиального перемещения вместе с плавающим кольцом, между плавающим и разгрузочным кольцами образована замкнутая полость, а между плавающим кольцом, разгрузочным кольцом и статорной деталью образована разгрузочная полость, примем замкнутая и разгрузочная полости соединены с помощью выполненных в плавающем кольце отверстий, соответственно с полостями пониженного и повышенного давления. Кроме того, разгрузочное кольцо по торцам имеет уплотнительные манжеты, расположенные на разных диаметрах. Это позволяет использовать плавающее кольцо на большой перепад давлений и создать конструкцию многоступенчатого уплотнения с разгрузочными плавающими кольцами. На чертеже изображено предлагаемое устройство, .общий вид. На валу 1 установлено плавающее кольцо 2, имеющее торцовый выступ 3, стыкующийся со статорной деталью (корпусом «). Плавающее кольцо 2 выполнено с наружным радиальным кольцевым выступом 5. На плавающем кольце 2 установлено разгрузочное кольцо 6, выполненное с внутренним кольцевым радиальным выступом 7. Между кольцами 6 и 2 образована замкнутая кольцевая полость 8, соединенная с полостью 9 пониженного давления каналом 10. Между плавающим кольцом 2, статорной деталью А и разгрузочным кольцом 6 образована разгрузочная полость 11, соединенная каналом 12 с полостью 13 повышенного давления. Между разгрузочным кольцом 6 и корпусом k образована кольцевая полость И, соединенная каналом 15 с полостью 8 и каналом 10 с полостью 9 пониженного давления. От вращения плавающее кольцо 2 .удерживается штифтом 16. Торцовые поверхности разгрузочного кольца 6 уплотнены резиновыми манжетами 17, расположенными на разных диаметрах. Уплотняющая жидкость с давлением, превышающим давление уплотняемого газа, подводится в полость 13 высокого давления. В отличии от существующих конструкций, благодаря наличию полостей 8 и 11 и перепада давлений между ними, на плавающее кольцо 2 действует разгружающее усилие, направленное в сторону полости повышенного давления жидкости. Величина разгружающего усилия определяется положением торцового выступа 3 плавающего кольца и диаметрами цилиндрических уплотняющих поверхностей,ограничивающих полость 8, Отверстие 15 предназначено для поддержания равенства давлений в полостях 1Ц и 9.

Путем соответствующего выбора геометрических соотношений между элементами плавающего кольца 2 можно Нолучить необходимую степень разгрузки кольца 2 от осевого усилия, действующего на его торцовый выступ.

Учитывая специфику работы плавающих колец, производится неполная разгрузка их от действия осевого усилия

Разгрузочное кольцо 6 полностью разгружено от действия осевого усилия и не препятствует смещениюплавающего кольца 2 в радиальном направлении. При смещении колец 2 и 6 преодолевается лишь сравнительно небольшая сила трения по резиновым манжетам 17.

Разгрузка кольца 6 осуществляется за счет различия в величинах уплотняемых диаметров манжетами 17 в соответствии с внутренними диаметрами сопряжения с плавакхцим кольцом 2.

Технико-экономический эффект .заключается в том, что применение изобретения позволяет создать конструкцию герметичного концевого уплотнения типа плавающих колец, разгруженных от .перепада.давления и расположенных на гладком участке вала. Этим упрощается.конструкция вала, снижаются осевые габариты (для многоступенчатого уплотнения с несколькими кольцами) , увеличивается с.рок службы уплотнения и надежность работы турбомашины.

1. УПЛОТНЕНИЕ ВРА1;1АЮЩЕГОСЯ ВАЛА ТУРБРМАШИНЫ, содержащее плавающее кольцо, имеищее уплотнительный торцовый выступ со стороны полости пониженного давления, контактирующий со статорНой деталью, о т л и ч а ю щ е е с я тем,, что, с целью повышения эффективности работы уплотнения за счет снижения ос.евой нагрузки, действующей на плавающее кольцо, на плавающем кольце установлено разгрузочное кольцо с возможностью его радиального .перемещения вместе с плавающим кольцом, между плавающим и разгрузочным кольцами образована замкнутая полость, а между плавающим кольцом, разгрузочным кольцом и статорной деталью образована разгрузочная полость, причем замкнутая и разгрузочная полости соединены с помощью выполненных в плавающем кольце отi .верстий соответственно с полостями, пониженного и повышенного давления. (Л 2. Уплотнение по п.. 1, о т л и чающееся тем, что разгрузочное кольцо по торцам имеет упяотнительные манжеты, расположенные на разных диаметрах. :о 4