ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВАЛА Советский патент 1995 года по МПК F16J15/40 

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть применено для уплотнения быстроходных вращающихся валов, например, в химической промышленности.

Известно гидродинамическое уплотнение вертикального вала, в котором диск снабжен камерой, соединенной с циркуляционной системой, а уплотнительная полость соединена с каналом с подпитывающим баком через запорное устройство, причем выходное отверстие канала размещено на диске по радиусу, большему радиуса сливной кромки обоймы. В данной конструкции охлаждающая камера и уплотнительная полость разобщены. В охлаждающей камере постоянно циркулирует чистая жидкость, не контактирующая с уплотнителем.

Возможности уплотнения в большой степени зависят от того, где размещается на неподвижном диске выходное отверстие канала, соединяющего уплотнительную полость с подпитывающим баком. Если выходное отверстие канала выполняется в диске на радиусе, близком к радиусу сливной кромки обоймы, то уплотнитель заполняет всю уплотнительную полость и может удержать максимально возможное в реакционной зоне давление, возникающее при аварийной ситуации. В этом случае уплотнитель раскрученный обоймой соприкасается с наибольшей поверхностью неподвижного диска и для обеспечения гидрозатвора затрачивается максимальная энергия.

Если выходное отверстие выполнить на наибольшем радиусе неподвижного диска, то количества уплотнителя в уплотнительной полости значительно меньше, чем в рассмотренном случае, поверхность трения вращающегося уплотнителя о неподвижный диск также уменьшается, уменьшается и потребляемая энергия. Однако в этом случае при возникновении аварийной ситуации происходит разгерметизация гидродинамического уплотнения.

Также известно гидродинамическое уплотнение вертикального вала, содержащее жестко соединенную с валом кольцевую обойму, неподвижный диск, циркуляционную систему, заполненный жидкостью, подпитывающий бак, упругий разделительный элемент и трубопроводы, соединяющие подпитывающий бак с уплотнительной полостью.

Недостатком известного устройства является то, что упругий элемент в данном случае нестойкий в некоторых специфических средах, а также при максимальных давлениях тонкие стенки упругого элемента при сильном растяжении могут прорваться, что приведет к загрязнению уплотнителя и выходу из строя уплотнителя.

Целью изобретения является повышение надежности уплотнения.

Цель достигается тем, что в гидродинамическом уплотнении вертикального вала, содержащем жестко соединенную с валом кольцевую обойму, неподвижный диск, циркуляционную систему, заполненный жидкостью подпитывающий бак, упругий разделительный элемент и трубопроводы, соединяющие подпитывающий бак с уплотнительной полостью, упругий разделительный элемент помещен в подпитывающий бак и снабжен жестко связанным с ним телом, уравновешивающим давление столба жидкости, действующего на упругий разделительный элемент. При этом кромка разделительного элемента закреплена в донной части подпитывающего бака, а вес связанного с разделительным элементом тела меньше веса вытесненного этим теплообъема жидкости.

На чертеже изображено гидродинамическое уплотнение вертикального вала в разрезе.

Гидродинамическое уплотнение вертикального вала содержит кольцевую обойку 1, жестко соединенную с валом 2 и размещенную в корпусе 3, с расположенным внутри нее неподвижным диском 4, образующим с кольцевой обоймой 1 уплотнительную полость 5. Неподвижный диск 4 охлаждается с помощью циркуляционный системы 6. Уплотнительная полость 5 соединена каналом 7 через запорное устройство 8 с подпитывающим баком 9. Уплотнитель, например водопроводная вода, делит уплотнительную полость 5 на две зоны: верхнюю (поз. 5 слева от оси симметрии устройства), сообщающуюся с реакционной зоной (не показана), расположенной ниже корпуса 3, и нижнюю (поз.5 справа от оси симметрии устройства), сообщающуюся с внешней средой выше корпуса 3.

Реакционная зона сообщена с подпитывающим баком 6 трубой 10, к которой внутри бака 9 герметично подсоединен упругий разделительный элемент (например, сильфон) 11, снабженный жестко связанным с ним телом 12, уравновешивающим давление столба жидкости h, действующего на упругий разделительный элемент 11.

К верхней части бака 9 подведена труба 13 с обратным клапаном.

Справа от оси показано положение уплотнителя при нормальных условиях, слева - при аварийной ситуации. Знаком P показано давление в реакционной зоне при аварийной ситуации.

Уплотнение работает следующим образом.

С началом вращения вала 2 открывается запорное устройство 8 и уплотнитель из подпитывающего бака 9 поступает по каналу 7 в уплотнительную полость 5, где и раскручивается кольцевой обоймой 1. Уплотнитель поступает в уплотнительную полость 5 до тех пор, пока не наступит равновесие: давление столба уплотнителя Н равно давлению, создаваемому вращающимся уплотнителем. При нормальных условиях мощность, затрачиваемая на создание уплотнения, незначительна из-за небольшой поверхности трения вращающегося уплотнителя о неподвижный диск 4. Через трубу 13 в баке 9 постоянно поддерживается максимальный уровень уплотнителя (бак полностью заполнен).

При аварийной ситуации, т.е. появлении в реакционной зоне повышенного давления Р, давление газов воздействует на уплотнитель в верхней зоне уплотнительной полости 5, а также на упругий разделительный элемент 11, уравновешенный от действия выталкивающей силы жестко связанным с ним телом 12. Так как жидкость практически несжимаема, а воздушного слоя в баке нет, при перемещении сильфона (обратный клапан на трубе 13 не пропускает уплотнитель из бака 9) происходит непосредственное вытеснение уплотнителя из подпитывающего бака 9 в нижнюю зону уплотнительной полости 5 до тех пор, пока вращающийся уплотнитель в нижней зоне уплотнительной полости 5 не уравновесит давления верхней зоны уплотнительной полости 5 и из подпитывающего бака 9. Мощность, потребляемая на создание уплотнения, при этом повышается.

С уменьшением давления в реакционной зоне до нормального сильфон занимает исходное положение, и уплотнитель из нижней зоны уплотнительной полости 5 передавливается в подпитывающий бак 9 до исходного положения. Мощность, потребляемая на создание гидрозатвора, при этом резко уменьшается.

Устранение воздуха между упругим разделительным элементом и уплотнителем за счет размещения упругого разделительного элемента непосредственно в уплотнителе, а также обеспечение полного заполнения уплотнителем подпитывающего бака позволяет осуществить при появлении давления в реакционной зоне прямое вытеснение уплотнителя в нижнюю зону уплотнительной полости, так как жидкость практически несжимаема. В этом случае ход (перемещение) упругого разделительного элемента резко уменьшается, потому что объем уплотнителя в подпитывающем баке значительно больше объема нижней зоны уплотнительной полости.

Устройство позволяет улучшить санитарные условия труда обслуживающего персонала того оборудования, где применено гидродинамическое уплотнение вертикального вала, а также защитить окружающую среду от вредных паров и газов.

Применение гидродинамического уплотнения на центрифугах типа ЦРПТ позволяет увеличить ресурс работы таких машин за счет исключения их вывода из технологической цепочки для ремонта подшипникового узла.

1. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВАЛА, содержащее жестко соединенную с валом кольцевую обойму, неподвижный диск, циркуляционную систему, заполненный жидкостью подпитывающий бак, упругий разделительный элемент и трубопроводы, соединяющие подпитывающий бак с уплотнительной полостью, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности уплотнения, упругий разделительный элемент помещен в подпитывающий бак и снабжен жестко связанным с ним телом, уравновешивающим давление столба жидкости, действующего на упругий разделительный элемент. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что кромка упругого разделительного элемента закреплена в донной части подпитывающего бака, а вес связанного с разделительным элементом тела меньше веса вытесненного этим телом объема жидкости.