Торцовое гидростатическое уплотнение с регулируемым зазором Советский патент 1991 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к уплотнитель- ной технике, а именно к торцовым уплотнениям многорежимных энергомашин с высокими давлениями рабочих сред.

Цель изобретения - упрощение конструкции уплотнения.

На фиг.1 показано торцовое гидростатическое уплотнение с регулируемым зазором; на фиг.2 - схема деформирования кольца под действием перепада давления на уплотнении; на фиг.З и 4 - схема кольца с эпюрами действующих на него сил при различных значениях давления уплотняемой среды (Wy3 - усилие упругого элемен- та).

Уплотнение (фиг.1) состоит из вращающегося кольца 1, установленного на ротоое 2, и невращающегося кольца 3, установленного в корпусе 4, пружины 5 и вторичного уплотнения 6.Вторичное уплотнение 6 установлено в канавке 7 на цилиндрической поверхности корпуса 4. В канавку 7 установлен упругий элемент 8, взаимодействующий одним торцом с вторичным уплотнением 6, а другим торцом - с торцовой поверхностью 9 канавки, сообщенной с полостью 10 низкого давления. Невращающееся кольцо 3 имеет на уплотнительной поверхности гидростатическую камеру 11, соединенную дросселями 12 с напорной камерой 13 и уплотняемой полостью 14. Напорная камера образована пружиной, корпусом, невращающимся кольцом и вто- ричным уплотнением.

Уплотнение работает следующим образом.

При работе энергомашины гидростатическая камера 11 обеспечивает бесконтакт- ную работу торцового уплотнения с гарантированным зазором между кольцами 1 и 3. Повышение давления в уплотняемой полости 14 (при переходе на более напряженный режим) вызывает раскрытие уплотнения. Величина зазора определяется гидростатической силы, возникающей в щели уплотнения, и закрывающей силы, рав- ной сумме усилия от пружины 5 и гидравлической силы от давления уплотняемой среды, определяемой диаметром расположения вторичного уплотнения. Повышение уплотняемого давления в бесконтактном торцовом уплотнении вызывает преобладающий рост гидростатического усилия в щели, что и приводит к раскрытию уплотнения,

Кольцо 3 при больших перепадах давления на уплотнении будет испытывать деформацию. На фиг.2 показана типичная картина изменения формы уплотнителыного кольца под воздействием перепада давления. Для определения перемещений, возникающих в кольцах под действием давления рабочей жидкости, применяют теорию осе- симметричной деформации кольцевых деталей Биценю, в которой перемещения поперечного сечения кольца представляют в виде поворота сечения на угол относительно нейтральной точки С (фиг.2), напряжения в которой равны нулю. Координата

0 точки Zc определяется только геометрией поперечного сечения, угол прямопропорци- онален изгибающему моменту относительно точки Zc. На фиг.З приведены эпюры действующих на кольцо сил от перепада

5 давления Pi, которые создают момент М относительно точки Zc. Момент М в случае внешнего расположения уплотняемой среды направлен против часовой стрелки (фиг.2). Это приводит к созданию

0 диффузионного (расширяющегося) зазора между кольцами 1 и 3. Наличие диффу- зорности зазора вызывает уменьшение гидростатической силы в щели и, как следствие, величины зазора. При дальнейшем

5 повышении перепада давления на уплотнении (например, с Pi до Р2) вторичное уплотнение 6 будет перемещаться влево, сжимая упругий элемент 8 (фиг.1), и займет положение, показанное на фиг.4. Величина

0 его осевого перемещения будет определяться величиной перепада давления, видом и жесткостью элемента 8. Изменение положения вторичного уплотнения (фиг.4) приведет к появлению дополни5 тельной силы, которая будет создавать момент, направленный против часовой стрелки и увеличивающий диффузор- ность рабочего зазора.

Таким образом, повышение перепада

0 давления будет приводить к росту гидростатической силы в щели, вызванная перепадом давления диффузорность щели позволит снизить интенсивность роста гидростатической силы и избежать раскрытия

5 уплотнения. Приуменьшении перепада давления на уплотнении вторичное уплотнение 6 будет перемещаться вправо и кольцо 3 будет принимать первоначальную форму. Таким образом будет осуществляться авто0 матическое регулирование величины зазора уплотнения.

Подбором жесткостной характеристики элемента 8 и геометрии уплотнительного кольца 3 можно обеспечить требуемые вели5 чины зазоров в широком диапазоне изменения перепада давления на уплотнении.

Применение предлагаемой конструкции в качестве уплотнений многорежимной эьергомашины автоматически обеспечит на всех режимах требуемую герметичность при

надежной работе, а также упростит его конструкцию.

Формула изобретения

Торцовое гидростатическое уплотнение с регулируемым зазором, содержащее установленное на роторе вращающееся кольцо и размещенное в корпусе невращающееся кольцо, пружину и вторичное уплотнение, расположенное в канавке на цилиндрической поверхности корпуса, напорную камеру для регулирования зазора, отличающееся тем. что, с целью упрощения

конструкции уплотнения, оно снабжено упругим элементом, установленным в канавке на цилиндрической поверхности корпуса и контактирующим одним торцом с вторичным уплотнением, а другим - торцовой поверхностью канавки, сообщенной с полостью низкого давления, при этом напорная камера образована невращающимся кольцом, пружиной, корпусом и вторичным уплотнением, а на уплотнительной поверхности не- вращающегося кольца выполнена гидростатическая камера, сообщенная с напорной камерой дросселями и с уплотняемой полостью.

15

Изобретение может быть использовано в торцовых уплотнениях многорежимных энергомашин с высокими давлениями рабочих сред. Цель изобретения - упрощение конструкции уплотнения. На роторе 2 установлено вращающееся кольцо 1. В корпусе 4 размещено невращающееся кольцо 3. Вторичное уплотнение 6 расположено в канавке 7 на цилиндрической поверхности корпуса 4. Упругий элемент 8 установлен в канавке 7 и контактирует одним торцом с уплотнением 6, а другим с торцовой поверхностью 9 канавки 7, сообщенной с полостью 10 низкого давления. Напорная камера 13 образована кольцом 3, пружиной 5, корпусом 4 и уплотнением 6. На уплотнительной поверхности кольца 3 выполнена гидростатическая камера 11, сообщенная с камерой 13 дросселями 12 и с уплотняемой полостью 14. Подбором жесткостной характеристики элемента 8 и геометрии кольца 3 обеспечивают требуемые величины зазоров в широком диапазоне изменения перепада давления. 4 ил.

-п

Г

X

м

Фиг. г

JK

вн