Уплотнение вращающегося вала Советский патент 1993 года по МПК F16J15/44 

Предполагаемое изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения вращающихся валов насосов, компрессоров и турбин.

Цель изобретения - повышение надежности уплотнения вращающегося вала за счет увеличения осевого поджатия плавающего кольца к корпусу уплотнения, при ухудшении режима работы кольца, вызванного увеличением амплитуды и частоты колебаний вала.

На фиг.1, 2 показано предлагаемое уплотнение.

Уплотнение содержит корпус 1, камеру 2 подвода затворной среды, установленное с зазором относительно уплотняемого вала

3 плавающее кольцо 4, торцовая поверхность которого разделена кольцевой проточкой 5 на два участка, выполненных ступенчато, при этом близлежащий к валу 3 участок образует с корпусом 1 дросселирующий зазор 6, а на торцовой упорной поверхности 7 выполнены радиальные полуоткрытые каналы 8. При этом близлежащий к валу участок торцовой поверхности снабжен дополнительным кольцом 9, выполненным из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем коэффициент линейного расширения материала плавающего, и установленным в проточке 5 плавающего кольца с упором в торцовую поверхность этой проточки. На торцовой по00

о о ю

ГО

верхкости 11 дополнительного кольца 9 выполнен кольцевой полуоткрытый канал 12, концентрично проточке 5, полости которых сообщены между собой отверстием 13, а отверстие 14 сообщает полость полуоткрытого канала 12с полостью 15 низкого давления. При этом отверстие 14 перекрыто стенкой 10 плавающего кольца 4, на которой установлено дополнительное кольцо 9. Плавающее кольцо зафиксировано от поворота стопором 16 и предварительно прижато к торцовой поверхности корпуса пружиной 17 в сторону полости 15 низкого давления.

Уплотнение работает следующим образом.

При вращении вала 3 и подвода в камеру 2 затворной среды под давлением последняя, входя в зазор между валом 3 и плавающим кольцом 4, дросселируется в полость 15 низкого давления, где организован слив утечек через уплотнение. Под действием высокого давления затворной среды плавающее кольцо 4 прижимается торцовой упорной поверхностью 7 к ответной поверхности на корпусе 1. При этом часть затвор- ной среды проходит по радиальным полуоткрытым каналам 8, охлаждая поверхность 7, в кольцевую проточку 5, из которой дросселируются через зазор 6, в прлость 15 низкого давления. Гидродинамические силы, которые возникают в дросселирующем зазоре между плавающим кольцом 4 и валом 3 центрируют кольцо 4 относительно вала 3 и, при колебаниях последнего, воздействуют на .плавающее кольцо 4, совершающего радиальные перемещения. Во время работы вал 3 колеблется с частотой вращения, а это приводит к соответствующим угловым колебаниям кольца 4, создающие условия для периодического раскрытия и захлопывания торцового стыка, способные вызвать усталостное разрушение контактных поверхностей кольца 4. Ухудшение режима работы плавающего кольца 4, вызванное увеличением амплитуды колебаний вала 3, приводит к увеличению амплитуды радиальных перемещений кольца 4 и повышению его температуры, а также к периодическим раскрытием стыка. Затворная среда нагреваясь в каналах 8 и дросселируясь через зазор б передает тепло дополнительно- . му кольцу 9, который расширяется под действием тепла, изменяя свои геометрические размеры. Кольцо 9, выполненное из материала, коэффициент линейного расширения которого больше, чем коэффициент линейного расширения для материала-кольца 4, удлиняется по осевому размеру на некоторую величину больше кольца 4, уменьшая тем самым дросселирующий за

зор 6, что изменяет линейную эпюру давления в зазоре 6, уменьшающей суммарную силу и отжимающей кольцо 4 от корпуса 1 уплотнения, вследствии чего, сила осевого

поджатия кольца 4 увеличивается, а возможность раскрытого стыка, приводящее к разрушению контактных поверхностей кольца 4 и выходу из строя уплотнения уменьшается, что повышает надежность уплотнения. Максимальное усилие осевого поджатия плавающего кольца 4 обеспечивается тогда, когда дросселирующий зазор б станет равным нулю, а торцовая упорная поверхность 7 отжимается от корпуса 1 уплотнения. В этом случае часть затворной среды проходит верхний канал 13, кольцевой полуоткрытый канал 12 и дросселируется через нижний канал 14, открытый вследствие осевого удлинения дополнительного кольца 9 на некоторую величину больше, чем уступ 10 кольца 4, в полость 15 низкого давления, осуществляя тем самым тепловую разгрузку трущейся торцовой поверхности 11 дополнительного кольца 10,

что исключает возможность пригорания трущейся поверхности при работе кольца 4 в тяжелых условиях, повышая тем самым на- ° дежность уплотнения.

30

Форм ул а изобретения

1. Уплотнение вращающегося вала, содержащее корпус, камеру подвода затворной среды, установленное с

дросселирующим зазором относительно вала плавающее кольцо, торцевая поверхность которого разделена кольцевой проточкой на два участка, выполненных ступенчато, при этом близлежащий к валу участок образует с корпусом дросселирующий зазор, а на торцевой упорной поверхности выполнены радиальные полуоткрытые каналы, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным кольцом, установленным в кольцевой проточке плавающего кольца, выполненным из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала плавающего кольца, при этом торцевыми поверхностями

дополнительного кольца и корпуса образован дросселирующий зазор,

2. Уплотнение по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что на торцевой поверхности допол- нительного кольца концентрично кольцевой проточке выполнен кольцевой полуоткрытый канал, сообщенный выполненным в удаленной от вала стенке отверстием с кольцевой проточкой, а через выполненное в другой стенке дополнительного кольца

51810692 . 6

отверстие - с полостью низкого давления, стенкой кольцевой проточки плавающего при этом последнее перекрыто внутренней кольца.

Сущность изобретения: относительно вала с дросселирующим зазором установлено плавающее кольцо, торцовая поверхность к-poro разделена кольцевой проточкой на два участка, выполненных ступенчато. Близлежащий к валу участок образует с корпусом дросселирующий зазор, на торцовой упорной поверхности выполнены радиальные полуоткрытые каналы. Дополнительное кольцо установлено в кольцевой проточке плавающего кольца, выполнено из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала плавающего кольца. Торцовой поверхностью дополнительного кольца и корпуса образован дросселирующий зазор. На торцовой поверхности дополнительного кольца кон- центрично кольцевой проточке выполнен кольцевой полуоткрытый канал, сообщенный выполненным в удаленной от вала стенке отверстием с кольцевой проточкой, через выполненное в другой стенке отверстие - с полостью низкого давления. Отверстие перекрыто внутренней стенкой кольцевой проточки плавающего кольца. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

ПУУ1 //

Фиг. 1