Газостатодинамическое уплотнение Советский патент 1992 года по МПК F16J15/16 

И

Использование: в турбокомпрессорах различного назначения для уплотнения вращающихся валов. Сущность изобретения: в А 1 корпусе 1 герметично установлено аксиально-подвижное уплотнительное кольцо 2 с нажимной пружиной 3. На валу 4 закреплено вращающееся уплотнительное кольцо 5, на торцевой поверхности к-рого выполнены уплотнительная перегородка и расположенные на периферии против направления вра- щения - спиральные канавки. На поверхности перегородки выполнена по меньшей мере одна кольцевая уплотнительная канавка 9, размещенная концентрично внутренней поверхности кольца 5 и выполненная с глубиной не менее глубины спиральных канавок 8. Часть канавок 8 соединена радиальными каналами с канавкой 9. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. w Ё ел GJ Ю 00

Фие.1

Изобретение относится к уплотнитель- ной технике и может быть использовано в турбокомпрессорах различного назначения для уплотнения вращающихся валов

Цель изобретения - повышение уплот- нительной способности за счет повышения гидравлического сопротивления торцовой щели в области уплотнительной перегородки и увеличения объема газа, находящегося в торцовом зйзоре/и соответственно, его демпфирующей способности

На фиг.1 представлена конструкция га- зостатодинамического уплотнения, продольный разрез, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - то же, вариант, на фиг.4 - то же, другой вариант

Газостатодинамическое уплотнение содержит установленные в корпусе 1 аксиаль- но-подвижное кольцо 2 с нажимной пружиной 3 и закрепленное на валу 4 вращающееся уплотнительное кольцо 5, при- чем торцовая поверхность 6 пдследйего выполнена с уплотнительной перегородкой 7 и рядом спиральных канавок 8 на периферии кольца 5, расположенных против направления вращения вала 4 На уплотнительной перегородке 7 вращающегося уплотнительного кольца 5 вьтолнена, по меньшей мере, одна кольцевая уплотни- тельная канавка 9, размещенная концент- рично внутренней поверхности расточки 10 кольца 5 и выполненной с глубиной не менее глубиньГ спиральных канаво б По меньшей мере часть спиральных канавок 8 может быть соединена радиальными каналами 11 с уплотнительной канавкой 9. При выполнении в уплотнительной перегородке 7 нескольких концентрично расположенных между собой уплотнительных канавок 9, последние могут быть соединены между собой радиальными каналами 12, равномерно размещенными по окружности кольца 5, причем радиальные каналы 12 соединяющие между собой последующие расположенные по радиусу уплотнительные канавки 9, выполнены с окружным смещением относительно радиальных каналов 12, соединяющих поедыдуще расположенные канавки 9

Газостатодинамическое уплотнение работает следующим образом

При работе турбокомпрессора компри- мируемый газ попадает в камеру корпуса 1 под вращающимся 5 и аксиально-подвижным 2 уплотнительными кольцами, и газостатические силы (давление комприми- руемого газа) действуют при этом на наружные поверхности обоих уплотнительных колец 2 и 5, в том числе на их торцовые, обращенные друг к другу поверхности в

процессе работы турбокомпрессора При вращении кольца 5 со спиральными канавками 8 газ, захваченный канавками 8, сжимается и встречает сопротивление

уплотнительной перегородки 7 Давление в торцовой щели повышается, вызывая отвод аксиально-подвижного кольца 2 и сжатие пружины 3 При этом образуется уплотни- тельный зазор около 3 мм Последний появляется, когда суммарная сила распределенного давления становится равной силе от газостатического давления и силе прижатия пружины 3.

Для обеспечения оптимальных характеристик уплотнения зазор поддерживается погтолнным, обычно равным 2-4 мкм, при этом контакта уплотнительных поверхностей не допускается

Во время нормальной работы уплотнения зазор между торцовыми поверхностями колец 2 и 5 остается постоянным При увеличении сил закрытия (например, при возрастании газостатической нагрузки) зазор уменьшается, при этом резко возрастает

сила, предотвращающая закрытие зазора за счет увеличения газостатического давления в зазоре , ,

Е случае увеличения зазора сила раскрытия уменьшается за счет снижения газодинамичесТс6г6 давления в зазоре. Благодаря автоматическому поддержанию равновесного положения сил в таком уплотнении быстро восстанавливается расчетный уплотнительный зазор

Преимущество таких уплотнений состоит в том, что они поддерживают оптимальный зазор не только при осевых изменениях зазора, но и при угловых деформациях от давления или от тепловой деформации.

Деформации колец 2 и 5 от давлений могут привести к возможности контакта по периферии уплотнительных колец 2 и 5, тепловые же деформации могут привести к воз- можности контакта по внутренней

поверхности уплотнительных колец 2 и 5. Однако изменение в распределении давления по уплотняемой поверхности в обоих случаях происходит так, что в каждом случае возникает крутящий момент относительно

центра масс кольца 2, восстанавливающий параллельность зазора.

Выполнение в уплотнительной перегородке 7 по меньшей мере одной кольцевой уплотнительной канавки 9 повышает уплотнительную способность, так как резко возрастает гидравлическое сопротивление торцовой уплотнительной щели, а соединение по крайней мере части спиральных канавок 8 с канавкой 9 позволяет увеличить

збъем газа, находящегося в торцовом зазоре, и, соответственно, демпфирующую силу. При этом повышается стабильность работы уплотнения за счет выравнивания по окружности распределения давления. Этой же це- ли служит соединение радиальными каналами 12 нескольких уплотнительных канавок 9. увеличение числа которых повышает уплотнительную способность, а соединение канавок 9 между собой посредством радиальных каналов 12 повышает де- мпфирующую способность слоя газа в торцовом зазоре.

Выполнение спиральных канавок 8 и кольцевых уплотнительных канавок 9 на торцовой поверхности вращающегося уп- лотнительного кольца 5 может быть осуществлено ионным травлением посредством использования масок, наносимых на поверхность 6 или же посредством лазерной обработки поверхности 6.

Формула изобретения 1. Газостатодинамическое уплотнение, содержащее установленное герметично в корпусе аксиально-подвижное уплотни- тельное кольцо с нажимяой пружиной и за- крепленное на валу вращающееся

8

уплотнительное кольцо, на торцовой поверхности которого выполнена уплотнительная перегородка и расположенные на периферии против направления вращения спиральные канавки, отличающееся тем, что, с целью повышения уплотнительной способности, на поверхности уплотнительной перегородки выполнена по меньшей мере одна кольцевая уплотнительная канавка, размещенная концентрично внутренней поверхности кольца и выполненная с глубиной не менее глубины спиральных канавок.

3,Уплотнение по пп.1 и 2, отличающее с я тем, что на поверхности уплотнительной перегородки выполнены дополнительные концентрично расположенные кольцевые уплотнительные канавки, соединенные между собой радиальными каналами, смещенными по окружности относительно каналов, соединяющих предыдущие кольцевые уплотнительные канавки.

фиг. Z

8

ФиаЗ

5