Уплотнение вала Советский патент 1992 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к уплотнительной технике, и может быть использовано в кон- струкциях турбин, насосов и компрессоров для уплотнения вращающихся валов, работающих при больших окружных скоростях и высоких давлениях рабочей среды.

Цель изобретения - повышение надежности в работе уплотнения путем повышения жесткости несущего слоя и улучшения амплитудно-частотных характеристик, а также снижение утечек рабочей среды.

На фиг.1 представлена конструкция уплотнения вала, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1.

Уплотнение вала содержит размещенное в корпусе 1 аксиально-подвижное уплотнительное кольцо 2 с нажимной пружиной 3 и установленное на валу 4 вращающееся уплотнительное кольцо 5. Торцовая рабочая поверхность 6 вращающегося уплотнительного кольца 5 выполнена с уплотнительной перегородкой 7 и непроточными спиральными канавками 8, расположенными с наклоном (под острым углом) к направлению вращения вала 4 и разделенными между собой ребрами 9. Соосно с вращающимся уплотнительным кольцом бис зазором 10 относительно его тыльной поверхности на валу 4 установлен стакан 11 с фланцем 12. На тыльной стороне

v| Л

СО

OJ СА

13 вращающегося уплотнительного кольца 5 выполнены наклонные против вращения вала 4 пазы 14, соединенные между собой кольцевым коллектором 15, расположенным ближе к оси вала 4 Во фланце 12 вы- полнены под острым углом к оси 16 вала 4 наклонные каналы 17, выходное сечение 18 которых расположено на большем диаметре напротив кольцевого коллектора 15. Между вращающимся уплотнительным кольцом 5 и фланцем 12 стакана 11 установлено вторичное уплотнение 19, например в виде эластичного кольца, расположенного на диаметре, меньшем диаметра кольцевого коллектора 15. Вращающееся уплотнитель- ное кольцо 5 установлю о жестко на стакане 12 при помощи дистанционной втулки 20. Для предотвращения чрезмерного прижатия аксиально-подвижного кольца 2 к вращающемуся 5 в начальный период пуска и конечный период останова и обеспечения гарантированного зазора 21 между кольцами 2 и 5 в корпусе 1 установлено стопорное кольцо 22. Аксиально-подвижное кольцо 2 уплотнено относительно корпуса 1 уплотне- ния при помощи вторичного уплотнения 23.

Уплотнение вала работает следующим образом.

При работе турбомашины, например центробежного компрессора высокого дав- ления, рабочая среда (компримируемый газ) попадает из проточной части компрессора в камеру корпуса 1, в котором размещены уплотнительные кольца 2 и 5. При вращении вала 4 газовая среда попадает в уплотни- тельный зазор 21 и, тем самым, несколько разжимает между собой уплотнител ьные кольца 2 и 5, сжимая пружину 3. При этом спиральные канавки 8, быполненные на торцовой поверхности б вращающегося уп- лотнительного кольца 5, воздействуют на газовую среду как насос, повышают ее давление, что приводит к созданию несущего слоя газовой среды с давлением большим, чем давление компримируемого газа над кольцами 2 и 5.

Кроме того, компримируемый газ при движении к центру встречает сопротивление уплотнительной перегородки 7

Указанные силовые факторы позволяют установить стабильную величину торцового уплотнительного зазора 21 порядка 3 мкм или близкую к ней. Стабильная величина торцового уплотнительного зазора 21 поддерживается равенством газостатических сил, действующих на наружные поверхности уплотнительных колец 2 и 5, усилия от нажимной пружины 3 и газодинамической уравновешивающей силой, возникающей за счет воздействия спиральных канавок 8 на

газовую среду, которая при этом разделяет между собой уплотнительные поверхности колец 2 и 5 и при минимальной утечке исключает их контакт между собой. Предотвращению их контакта между собой способствует также установка в корпусе 1 уплотнения стопорного кольца 22, обеспечивающего гарантированную величину торцового зазора 21. Предотвращению утечек газовой среды в атмосферу (полость низкого давления турбомашины) препятствует также установка вторичных уплотнений 19 и 23.

Для улучшения условий охлаждения уплотнительного узла на тыльной стороне кольца 5 выполняются наклонные пазы 14, обеспечивающие циркуляцию газа и снижение температурного градиента по высоте кольца 5 и, тем самым, предотвращению тепловых деформаций в последнем, что в целом повышает надежность работы уплотнительного узла при улучшении его амплитудно-частотных характеристик Из-за предотвращения перекоса вращающегося уплотнительного кольца 5 повышается жесткость несущего слоя газовой среды и снижаются утечки компримируемого газа Подвод циркулирующего газа в зазор 10 между фланцем 12 и кольцом 15 осуществляется за счет наклонных каналов 17,выходное сечение которых расположено напротив кольцевого коллектора 15. Последний способствует выравниванию распределения слоя газовой среды по окружности вращающегося уплотнительного кольца 5.

Формула изобретения 1. Уплотнение вала, содержащее размещенное в корпусе подпружиненное нажимной пружиной аксиально-подвижное уплотнительное кольцо и установленное на валу вращающееся уплотнительное кольцо, на торцевой рабочей поверхности которого выполнены уплотнительная перегородка и непроточные спиральные канавки расположенные с наклоном в сторону вращения вала, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе уплотнения путем повышения жесткости несущего слоя и снижения утечек рабочей среды, со- осно с вращающимся уплотнительным кольцом на валу установлен стакан с фланцем, причем фланец размещен с зазором относительно тыльной стороны вращающегося уп- лотнительного кольца, на которой выполнены наклонные против вращения вала пазы, соединенные между собой кольцевым коллектором, расположенным ближе к оси вала, а вофланце выполнены наклонные каналы,выходное сечение которых расположено на большем диаметре напротив кольцевого коллектора.

2. Уплотнение поп.1,отличающее- с я тем, что между фланцем стакана и вращающимся уплотнительным кольцом установлено вторичное уплотнение, расположенное на диаметре меньшего диаметра кольцевого коллектора.

Использование: для уплотнения валов, работающих при больших окружных скоростях и высоких давлениях рабочей среды. Сущность изобретения: в корпусе размещено подпружиненное нажимной пружиной аксиально-подвижное уп лотнительное кольцо. На валу установлено вращающееся уплотнительное кольцо, на торцевой рабочей поверхности к-рого выполнены уплотни- тельная перегородка и непроточные спиральные канавки, расположенные с наклоном в сторону вращения вала. Соосно вращающемуся кольцу на валу установлен стакан с фланцем. Фланец размещен с зазором относительно тыльной стороны вращающегося кольца, на к-рой выполнены наклонные против вращения вала пазы. Пазы соединены между собой кольцевым коллектором, расположенным ближе к оси вала. Выходное сечение выполненных в фланце каналов расположено на большем диаметре напротив коллектора. Между фланцем и вращающимся кольцом установлено вторичное уплотнение, расположенное на меньшем диаметре коллектора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. w ё

Я 8 В 9 21

Ш1

М

13