Уплотнение вала Советский патент 1993 года по МПК F16J15/44 F04D29/10 

Предлагаемое изобретение относится к гидро- и турбомашиностроению. а именно к уплотнениям вращающихся валов.

Цель изобретения - повышение надежности работы уплотнения вала путем улучшения стабильности положения вращающегося кольца в дросселирующих щелях невращающихся уплотнительных колец.

Указанная цель достигается тем. что в иевестной конструкции уплотнения вала, содержащей установленные в корпусе основное и дополнительное невращающиеся и на валу вращающееся уп лотнительные кольца, причем последнее размещено в расточке между невращающимися кольцами в сборе и образует с ними первую и вторую по ходу

рабочей среды дросселирующие щели, и карманы, выполненные на торцовой поверхности вращающегося кольца перед второй дросселирующей щелью и сообщенные каналами с первой дросселирующей щелью, согласно изобретению, невращающиеся уп- лотнительные кольца установлены в корпусе с возможностью осевого перемещения и образуют с ним со стороны полости низкого давления разгрузочную камеру, в которой размещен пружинный элемент, и связанную с полостью высокого давления посредством периферийных каналов, выполненных на наружных поверхностях невращающихся колец, а на уплотнительных поверхностях дроссельных щелей выполнены глухие карманы.

00

ю ч

Јъ

оо ч

Таким образом, предлагаемая конструкция уплотнения вала обладает следующим существенными отличительными признаками:

-невращающиеся упло тнительные кольца установлены в корпусе с возможностью осевого перемещения, что позволяет стабилизировать положение вращающегося уплотните льного кольца в процессе эксплуатации и выдержать оптимальную величину первой и второй дросселирующих щелей;

-невращающиеся уплотнительные кольца образуют с корпусом со стороны полости низкого давления разгрузочную камеру, в которой размещены пружинные элементы, что позволяет осуществить гидравлическую разгрузку пары невращаю- щихсп колец и. тем самым, упростить регулировку величины зазоров дросселирующих щелей, т.е. улучшить быстродействие уплотнения;

-разгрузочная камера связана с полостью высокого давления посредством периферийных каналов, выполненных на наружных поверхностях невращающихся колец, что позволяет осуществить подвод рабочей среды высокого давления к противоположному торцу пары невращающихся уплотнительных колец и обеспечить гидравлическую разгрузку уплотнения;

-между проточными карманами на торцовой поверхности вращающегося уплотни- тельногокольцавыполнены дополнительные глухие карманы, что позволяет усилить демпфирующую роль уплотни- тельного зазора и позволяет осуществить самоустановку вращающегося уплотнитель- ного кольца в процессе эксплуатации:

-на уплотнительных кольцах в районе 1-й дросселирующей щели выполнены глухие карманы, причем их конструкция выбрэ- на таким.образом, что увеличением диаметра суммарная площадь дроссельной щели уменьшается,

На фиг.1 изображена предлагаемая конструкций уплотнения вала, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Уплотнение вала содержи установленные в корпусе 1 основное 2 и дополнительное 3 невращающиеся на валу 4 и вращающееся 5 уплотнительные кольца, причем последнее размещено в расточке 6 между невращающимися кольцами 2 и 3 в сборе и образует с ними первую 7 и вторую 8 по ходу рабочей среды дросселирующие щели, и карманы 9, выполненные на торцовой поверхности 10 вращающегося кольца 5 в районе агорой дросселирующей щели 8 и сообщенные каналами 11 с пераой дросселирующей щелью 7. Невращающие кольца 2 и 3 установлены в корпусе 1 с возможностью осевого перемещения и образуют с ним со стороны полости 12 низкого давления разгрузочную камеру 13, связанную-с полостью 14 высокого давления посредством периферийных каналов 15, выполненных на наружных поверхностях 16 невращающихся колец 2м 3. В разгрузочной

камере 13 размещены пружинные элементы 17, например, в виде винтовых пружин, поджимающие дополнительное невращающееся кольцо 3 к торцовой поверхности 10 вращающегося кольца 5. Передача вращающегося момента от вала 4 к кольцу 5 осуществляется штифтом 18, а герметизация этого кольца относительно вала - вторичным уплотнителем 20.

Кроме того, на торцовых поверхностях, образующих 1-ю дроссельную щель, вращающегося 5 и основного невращающегося 2 колец или по меньшей мере на одной из них выполнены глухие карманы 19, причем их конфигурация выбрана таким образом, что с увеличением диаметра высота дроссельной щели уменьшается, т.е. выполняется условие

я- d -до + n (bi hi)Jif(d +Ad) 5о + n ( bt+1 hi + 1 )

где d и Ad - текущий диаметр и его приращение; n - количество карманов; bi и Ьи-1 - ширина кармана, соответственно, на диаметрах d и d I- Ad; h и ы + 1 - глубина карманов. При этом между проточными кармамами 9 на торцовой поверхности 10 вращающегося уплотнительного кольца 5 выполнены дополнительные глухие карманы 21 (не показаны).

Уплотнение вала, согласно изобретению, работает следующим образом.

На пусковом режиме эксплуатации невращающееся дополнительное кольцо 3 поджимается при помощи пружинных элементов 17 к торцовой поверхности 10 вращающегося кольца 5. Невращающиеся

кольца 2 и 3 в сборе при этом разгружены, т.к. давление рабочейсреды в разгрузочной камере 13 и давление в полости 14 высокого давления выраанены за счет свободного перетока ее из полости 14 в камеру 13 по

периферийным каналам 15.

С повышением давления в полости 14 рабочая среда проходит через первую дросселирующую щель 7 и каналы 11 поступает в карманы 9 и 21, а затем через дроеселирующую щель 8 поступает в полость 12 низкого давления. При этом кольца 3 в сборе с кольцом 2 перемещается в сторону полости

12 низкого давления, сжимая пружинные элементы 17. до установления стабильного положения колец 2 и 3 относительно вращающегося уплотнительного кольца 5 и,соответственно, достижения оптимального (расчетного) соотношения величины зазоров в первой 7 и второй 8 по ходу потока рабочей среды дросселирующих щелях. При любом изменении сил, воздействующих на кольца 2 и 3, уплотнительные зазоры в щелях 7 и 8 автоматически поддерживаются за счет восстанавливающей силы, возвращающей кольца 2 и 3 в исходное положение и обеспечивающей их гидравлическую разгрузку.

Для обеспечения устойчивости течения рабочей среды в первой дроссельной щели 7 (течение от центра к периферии) на торцовой поверхности кольца 5 или (и) основного невращающегося кольца 2 выполнены глухие карманы 19, причем их геометрия подобрана таким, образом, что с увеличением диаметра суммарная площадь дроссельной щели уменьшается. Это можно достичь или за счет уменьшения ширины Ы кармана или за.счет уменьшения его глубины hi, или совместно.

Поддержанию оптимальной величины уплотнительных зазоров в первой 7 и второй 8 дросселирующих щелях способствует выполнение на торцовой поверхности 10 вращающегося уплотнительного кольца 5

0

5

дополнительных глухих карманов 21, выполняющих демпфирующую роль. Формула изобретения

1.Уплотнение вала, содержащее установленные в корпусе основное и дополнительное невращающиеся и на валу вращающееся уплотнительные кольца, причем последнее размещено в расточке между невращающимися кольцами и образует с ними первую и вторую по ходу рабочей ере ды дросселирующие щели, и гидрокамеры, выполненные на торцерой поверхности вращающегося кольца перед второй дросселирующей щелью к сообщенные каналами с первой дросселирующей щелью, отличающееся тем, что неврзщающиесч уплотнительные кольца установлены в корпусе с возможностью осевого перемещения и образованием с корпусом со стороны полости низкого давления разгрузочную камеру, в которой размещен пружинный элемент, причем разгрузочная камера связана с полостью высокого давления посредством выполненных на наружных поверхностях невращающихся колец периферийных каналов.

2.Уплотнение вала по п. 1, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что на уплотнительных поверхностях дроссельных щелей выполнены глухие карманы, причем высота первой

Q дроссельной щели выполнена уменьшающейся С увеличением диаметоа.

0

5

Использование: в гидро- и турбомаши- ностроении. Сущность изобретения: в корпусе установлены основное и дополнительное неврэщающиеся и на валу вращающееся уплотнителькые кольца Вращающееся кольцо размещено в расточке между невращающимися кольцами и образует с ними первую и вторую по ходу рабочей среды дросселирующие щели, Гидрокамеры выполнены на торцевой поверхности вращающегося кольца перед второй дросселирующей щелью и сообщены каналами с первой щелью. Неаращающиеся кольца установлены в корпусе с возможностью осевого перемещения и образованием с ним со стороны полости низкого давления разгрузочной камеры, в которой размещен пружинный элемент. Разгрузочная камера связан с полостью высокого давления выполненными на наружных поверхностях невращающихся колец периферийными каналами. Науплотнительных поверхностях щелей выполнены глухие карманы, Высота первой щели выполнена уменьшающейся с увеличением диаметра. 1 з,п.ф-лы, 2 ил. СП

фие /

16

I

- &

(pt/s.2.