Уплотнение вала Советский патент 1990 года по МПК F16J15/16 

.д

Изобретение относится к уплотнитель- Ной технике и может быть использовано в| турбомашинах различного назначения для у плотнения вращающихся валов.

Цель изобретения - повыщение надежности работы за счет повышения стабильности радиального слоя рабочей среды в торцовом зазоре и, соответственно, повыще- ния эффективности работы за счет снижения перепуска газа и уплотнительной способности уплотнения.

; На фиг. 1 представлена предлагаемая конструкция уплотнения вала, продольный р:азрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; Н;а фиг. 3 - вариант испытания канавки.

; Уплотнение вала содержит кольцевой уЬлотнительный элемент 1 с нажимной пру- Линой 2 и вращающееся уплотнительное кольцо 3, торцовая поверхность 4 которого снабжена уплотнительной перегородкой 5 и рядом спиральных канавок 6 на периферии кольца 3, выполненных под острым углом а к направлению вращения вала 7 и разделенных между собой ребрами 8, причем торцовая поверхность последних снабжена закрытыми с периферии кольца 3 малораз- м:ерными полостями 9, каждая из которых соединена поворотным каналом 10 с канавкой 6, расположенной впереди полости по ходу вращения вала. При этом полости 9 могут соединяться с каналами 10 по дуге одного радиуса (фиг. 2). Вход канала 10 в полость 9 может располагаться на больщем радиусе, чем выход из канавки 6 (фиг. 3). Уплотнение вала работает следующим образом.

При работе турбомащины рабочая среда, например компримируемый газ, поступает в камеру над вращающимся 3 и неподвижным 1 уплотнительными элементами. При вращении вала перекачиваемый газ поступает в спиральные канавки 6, где при движении к центру, встречая сопротивление уплотнительной перегородки 5, сжимается с повышением давления, что позволяет установить стабильную величину уплотнительного зазора 6 обычно равной 3 мкм или близкой к ней.

Стабильная величина уплотнительного торцового зазора б пбддерживается равенством гидростатических сил, действующих на уплотнительные поверхности элементов 1 и 3, малого усилия от нажимной пружины 2 и гидродинамической уравновешивающей силой, возникающей за счет воздействия спиральных канавок 6 на рабочую

среду. Для дополнительного воздействия на кольцевой уплотнительный элемент 1 часть газа, поступающего в спиральную канавку 6 по поворотному каналу 10, поступает в непроточные (закрытые с периферии) кольца 3.

В малоразмерных полостях 9 газ под действием сил трения нагревается, что приводит к увеличению его воздействия на элемент

Q 1 за счет расширения газа при нагревании и уменьщении утечек через уплотняемый зазор.

Другим положительным моментом является синусоидальный характер воздействия температурного расширения газа в застойных зонах на величину зазора между уплот- нительным элементом 1 и вращающимся кольцом 3, причем торцовая поверхность 4 кольца 3 приобретает синусоидальную форму, что повыщает стабильность слоя рабо- чей среды в зазоре, а также надежность работы уплотнения.

При этом даже небольшие изменения уплотнительного зазора приводят к значительной неуравновешенности сил, действующих в уплотнении, что повышает нечув5 ствительность уплотнения к колебаниям давления и к другим механическим помехам, например, осевым усилиям, так как между уплотнительными элементами 1 и 3 отсутствует прямой контакт.

30

Формула изобретения

1. Уплотнение вала, содержащее кольцевой уплотнительный элемент с нажимной пружиной и вращающееся уплотнительное кольцо, на торцовой поверхности которого

выполнены уплотнительная перегородка и ряд спиральных канавок на периферии кольца, выполненных под острым углом к направлению вращения вала и разделенных между собой ребрами, отличающееся

тем, что, с целью повышения надежности и эффективности работы, на торце ребер выполнены закрытые с периферии малоразмерные полости, каждая из которых соединена каналом с канавкой, размещенной перед полостью по ходу вращения вала.

2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что канал соединяет полость с канавкой по дуге одного радиуса.

3. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что канал соединяет выход из канавки, лежащий на меньшем радиусе,с входом в

полость на большем диаметре.

Изобретение может быть использовано в турбомашинах различного назначения для уплотнения вращающихся валов. Цель - повышение надежности. Уплотнение содержит кольцевой уплотнительный элемент с нажимной пружиной и вращающееся уплотнительное кольцо 3, торцовая поверхность которого снабжена перегородкой 5 и рядом спиральных канавок 6 на периферии кольца, выполненных под острым углом α к направлению вращения вала и разделенных между собой ребрами 8. В ребрах 8 выполнены малоразмерные полости 9, соединенные каналами с канавками 6. Полости 9 могут соединяться каналами 10 с канавками 6 по дуге одного радиуса. Вход канала в полость 9 может располагаться на большем радиусе, чем выход из канавки 6. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг. 1