Уплотнение вала Советский патент 1992 года по МПК F16J15/40 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для герметизации вращающегося вала.

Известно уплотнение вала, содержащее корпус и установленный в нем на валу динамический элемент, систему изменения давления в полости герметизации между динамическим элементом и кбнцевым контактным уплотнением, а также систему теплоотвода динамического элемента. Причем с помощью системы изменения давления в полости герметизации между динамическим элементом и концевым контактным уплотнением для повышения герметичности динамического элемента давление повышают, осуществляя наддув полости подачей дополнительного газа а для охлаждения динамического элемента давление понижают, осуществляя вакуумирование полости отсосом газа.

Недостатками известного уплотнения являются низкая надежность, значительные потери энергии, а также возможность утечки уплотняемой среды по валу. Пониженная надежность уплотнения вала объясняется наличием постоянной циркуляции уплотняемой среды в полости герметизации, что приводит к ее загрязнению продуктами износа изменению физических и химических свойств в условиях повышенных темпера-ч

00

Ј ю

N

тур. При уплотнении динамическим элементом имеет место значительное тепловыделение, при этом тепло или отводится потоком среды в полость роторной машины, что снижает, например, кавитационные свойства насосов. Утечка жидкости на валу роторной машины возможна в паровой фазе через контактное уплотнение.

Известны также конструкции концевых контактных уплотнений многоступенчатого , в которых ме1Шуг1е нчатая полость либо йадуваёмаядли Ёэкуу ируется.

Недостатком этих уплотнений является наличие дополнительных потерь энергии на создание давления наддува или вакуумиро- вания межступенной полости.

Целью изобретения является повышение надежности, уменьшение потерь энер- гии и повышение герметичности уплотнения вала.

Указанная цель достигается тем, что уплотнение вала содержит корпус и установ- ленный в нем на валу динамический элемент, систему изменения давления в полости герметизации между динамическим элементом и концевым контактйым уплотнением, а также систему теплоотвода динамического элемента, причем система изменения давления образована сорбером с каналами всасывания и нагнетания, один из которых соединен с полостью герметизаций между динамическим элементом и концевым контактным уплотнением, а система теплоотвода динамического элемента выполнена в виде взаимосвязанных магистралей отвода среды из полости корпуса, прохода через сорбер и возврата в полость герметизации, причем в магистрали отвода среды из полости корпуса усыновлен распределитель режима работы сорбера. Для повышения степени герметизации вала кольцевое контактное уплотнение выполняется многоступенчатым с образованием межступенной полости, связанной со свободным каналом нагнетания или всасыва- ния сорбера. Сорбер содержит, по меньшей мере, один генератор с обратными клапанами всасывания и нагнетания, причем генератор выполнен в виде емкости, заполненной сорбентом рабочего вещества, с системой нагрева и охлаждения сорбента.

На фиг.1 изображена схема уплотнения, в котором канал нагнетания сорбера связан с полостью герметизации; на фиг.2 - схема уплощения в котором канал нагнетания copfiepa связан с полостью герметизации, а канал всасывания сорбера - с межстут иной полостью концевого контактного угиогнрнич на фиг 3 -схемауплотнения, в котором канал всасывания сорбера связан с полостью герметизации, а канал нагнетания сорбера - с межступенной полостью концевого контактного уплотнения; на

фиг.4 - сорбер уплотнения вала.

Уплотнение вала содержит корпус 1, установленный в нем на валу 2 динамический элемент 3, например, в виде радиального импеллера, систему изменения давления в

0 полости герметизации 4 между динамическим элементом 3 и концевым контактным уплотнением 5, а также систему теплоотвода от динамического элемента 3, причем система изменения давления образована

5 сорбером 6, включающим генераторы 7 и 8 с обратными клапанами 9, образующими каналы всасывания 10 и нагнетания 11, один из которых соединен с полостью герметизации 4, причем система теплоотвода от дина0 мического элемента 3 связана с системой теплообмена сорбера 6 и может быть выполнена в виде взаимосвязанных магистралей отвода 12 среды из корпуса 1, магистралей теплообмена 13 сорбера 6 и магистралей

5 возврата 14 в полость герметизации 4, причем в последней установлен очиститель среды 15, например, фильтр. Концевое контактное уплотнение 5 может быть выполнено многоступенчатым с образованием

0 межступенной полости 16, связанной со свободным каналом нагнетания 11 или всасывания 10 сорбера 6. Между магистралями отвода 12 и прохода 13 установлен распределитель 17.

5 Сорбер содержит генераторы 7 и 8 с обратными клапанами всасывания 18 и нагнетания 19, каждый из генераторов выполнен в виде емкости 20, заполненной сорбентом рабочего вещества и снабжен0 ной системами нагрева и охлаждения сорбента. Причем система нагрева образована магистралью прохода 21 уплотняемой среды через сорбер, а система охлаждения выполнена в виде ребер 22 емкости 20,

5 взаимодействующих с окружающей средой. Работа уплотнения осуществляется следующим образом.

При вращении вала 2 совместно с динамическим элементом 3 создается перепад

0 давления уплотняемой среды в полости герметизации 4. При работе динамического элемента 3 происходит выделение тепла, которое с помощью системы теплоотвода отводится циркуляцией уплотняемой среды

5 Для утилизации тепла, выделяемого динамическим элементом 3, уплотняемую среду с помощью магистрали отвода 12 и распределителя 17 подают попеременно с определенным периодом то в генератор 7, то по магистралям теплообмена 13 и магистралям

прохода 21 отдает тепло и по магистралям возврата 14 при пониженной температуре в полость герметизации 4. Такая циркуляция уплотняемой среды позволяет охлаждать динамический элемент 3. Утилизированное тепло от динамического элемента 3 з сорбе- ре 6 преобразуется в энергию наддува или вакуумирования. Для повышения герметичности динамического элемента 3 полость герметизации 4 наддувается, для чего последняя соединяется с каналами нагнетания 11 сорбера 6. Для увеличения теплоотвода от динамического элемента 3 за счет дополнительного парообразования в полости герметизации 4 последнюю ваку- умируют, для чего она соединяется с каналами всасывания 10 сорбера 6. Работа сорбера 6 осуществляется следующим образом. При пропускании уплотняемой среды по каналам теплообмена 13 сорбера 6 в генератор, между последними осуществляется теплообмен. Например, при включении распределителя 17 таким образом, что уп- лотняемая среда повышенной температуры пропускается через генератор 7 и отсекается от генератора 8, то в первом при нагревании сорбента рабочее вещество, например, окружающий воздух выделяется в канал нагнетания 11, а во втором вследствие теплообмена с окружающей средой через ребра 22 сорбент охлаждается, поглощая через каналы всасывания 10 рабочее вещество. При переключении распределителя 12 режимы работы генераторов 7 и 8 меняются обеспечивая непрерывность процессов всасывания и нагнетания рабочего вещества.

Количество генераторов в сорбере б может быть установлено как несколько, так и один, причем в последнем емкость генератора по рабочему веществу должна обеспечивать работу уплотнения вала в течение всего цикла работы роторной машины. Работу сорбера 6 с одним генератором наиболее просто осуществить в конструкции, реализующей наддув полости герметизации 4, так как в этом случае система практически безрасходная исорберобеспечиваеттолько компенсацию утечки рабочего вещества через концевое контактное уплотнение. Режим всасывания и нагнетания генератора определяется соотношением температур сорбента, размещенного в генераторе уплотняемой среды, протекающей по каналам теплообмена 13, так как уплотняемая среда для сорбента сорбера 6 может выполнять функции как повышения, так и понижения его температуры.

При проектировании уплотнения вала следует иметь в виду, что при охлаждении

сорбента осуществляется сорбция вещества, а при нагревании - десорбция рабочего вещества. Например, если температура уплотняемой среды больше температуры сор- 5 бента генератора, что характерно для автономного размещения сорбера б от уплотнения вала когда температура рабочей среды соответствует температуре окружающей среды, то уплотняемая среда повышает

0 температуру сорбента, а это приводит к десорбции рабочего вещества из генератора. Вследствие десорбции рабочее вещество попадает в канал нагнетания, осуществляя наддув соединенной с ним полости.

5 В том случае, если температура уплотняемой среды меньше температуры сорбента генератора, что возможно, если уплотняемая среда представляет собой криогенную жидкость, то температура сорбента

0 понижается, а это приводит к сорбции рабочего вещества в генераторе. Вследствие этого рабочее вещество поступает в генератор по каналам всасывания, вакуумируя соединенную с ними полость.

5 Предложенное решение позволяет повысить надежность работы, уменьшить потери энергии, а также повысить герметичность уплотнения вала.

Уплотнение вала может быть реализо0 вано не только применительно к гидродинамическим радиаль ным уплотнениям, а также в устройствах с динамическими винтовыми или дисковыми уплотнениями. Системы теплоотвода и теплообмена

5 могут быть выполнены как автономно, так и непосредственно в корпусе уплотнения, что позволит сделать устройство бол ее компактным.

Для повышения эффективности работы

0 сорбера свободный теплообмен генераторов с окружающей средой может быть заменен на принудительный теплообмен с дополнительной средой.

Это позволит увеличить диапазон рабо5 чих температур в генераторах, а, следовательно, и их поглощающую и выделяющую способность при минимальных габаритных размерах.

50

Формула изобретения

1. Уплотнение вала, содержащее установленные в корпусе и закрепленные на валу динамический элемент, систему изме- нения давления в полости герметизации между динамическим элементом и концевым контактным уплотнением и систему теплоотвода динамического элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, система изменения давления

выполнена в виде сорберэ с каналами всасывания и нагнетания, один из которых соединен с полостью герметизации между динамическим элементом и концевым контактным уплотнением, при этом система теплоотвода динамического элемента выполнена в виде взаимосвязанных магистралей отвода среды из полости корпуса, прохода через сорбер и возврата в полость герметизации.

2. Уплотнение по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем. что в магистрали отвода среды из полости корпуса установлен распределитель режима работы сорбера.

0

3.Уплотнение по п.1, от л и ч а ю щее- с я т ем, что, с целью повышения герметичности, концевое контактное уплотнение выполнено многоступенчатым с образованием полости между ступенями, связанной со свободным каналом нагнетания или всасывания сорбера.

4.Уплотнение по пп. 1-3, от л и ч а ющ- е е с я тем, что сорбер содержит по крайней мере один генератор с обратными клапанами всасывания и нагнетания, причем генератор выполнен в виде емкости, заполненной сорбентом рабочего вещества, с системой нагрева и охлаждения сорбента.

Сущность изобретения: динамический элемент установлен в корпусе и закреплен на валу. Система изменения давления выполнена в виде сорбера с каналами всасывания и нагнетания, один из к-рых соединен с полостью герметизации между динамическим элементом и концевым контактным уплотнением. Система теплоотвода динамического элемента выполнена в виде взаимосвязанных магистралей отвода среды из полости корпуса, прохода через сор- бер и возврата в полость герметизации. В магистрали отвода среды из полости корпуса установлен распределитель режима работы сорбера. Концевое контактное уплотнение выполнено многоступенчатым с образованием полости между ступенями со свободным каналом нагнетания или всасывания сорбера. Генератор с обратными клапанами всасывания и нагнетания выполнен в виде емкости, заполненной сорбентом рабочего вещества, с системой нагрева и охлаждения. 3 з.п.ф-лы, 4 ил. bs Ј

/7

S3

- fa

/7/3

ЙГ

/г

- fa

и s

Фиг А

/9

2/

22