Уплотнение вала Советский патент 1982 года по МПК F16J15/453 

(54) УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в уплотнительных узлах валов турбомашин. Основным недостатком уплотнений с плавающими кольцами является их существенное влияние на динамические характернотики системы «вал-смазочные слои-подщипники. С другой стороны, ротор оказывает возбуждающее воздействие на плавающие кольца, которое может привести к возникновению опасных колебательных состояний, приводящих к контакту вала с кольцом. Известны конструкции уплотнений с плавающими кольцамн, в которых используют упругодемпферные устройства, выполненные в виде радиальных пружинящих лопастей, лепестков н т.д. 1 и 2. Однако известные уплотнения с плавающими кольцами характеризуются сложностью конструкции и изготовления; трудностью установки при монтаже плавающих колец с заданным эксцентриситетом относительно вала; недостаточной прочностью и долговечностью пружинящих элементов, работающих в сложных условиях знакопеременных напряжений. Наиболее близким к предлагаемому является уплотнение вращающегося вала, в котором центрирование плавающего кольца и демпфирование его колебаний достигается тем, что концентрична кольцу с зазором, соизмеримым с зазором между кольцом и валом, установлена охватывающая его плавающая втулка. Кроме того, в кольце выполнены каналы, выход каждого из которых на внещнюю поверхность кольца расположен в зазоре между кольцом и втулкой в зоне равного или более низкого давления, чем давление у выхода на внутреннюю поверхность, и смещен относительно него на 180°. Демпфирование радиальных высокочастотных колебаний осуществляется а зазоре между втулкой и кольцом, заполненном уп лотняемой средой 3. Однако конструкция известного устройства сложна по изготовлению и имеет ограничения по применению, например при больщих радиальных смещениях вала. В этом случае потребуются больщие радиальные зазоры между плавающей втулкой и кольцом, что приведет к существенному снижению жесткости несущего слоя и, следовательно, к снижению демпфирующих свойств устройства.

Одновременно известная конструкция неработоспособна в случае уплотнения газовой среды, так как плавающая втулка, охватывающая кольцо, не обладает при таком исполнении несущей способностью, учитывая также, что кольцо при работе не вращается.

Цель изобретения - повыщение надежности за счет улучщения демпфирования колебаний кольца.

Эта цель достигается тем, что плавающее кольцо снабжено внутренней кольцевой камерой, частично заполненной вязкой средой.

На фиг. 1 показан уплотнительный узел с плавающим кольцом газостатического типа, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Уплотнение включает газостатическое кольцо 1 со ступенчатой формой смазочного слоя, установленное с зазором 2 на вращающемся валу 3 в корпусе 4 с крыщкой 5. Со стороны полости 6 высокого давления в корпусе 4 выполнен паз 7, в котором расположен заправочно-сливной щтифт 8, служащий для заливки средой 9 внутренней камеры 10 кольца 1 и фиксирующий кольцо 1 от проворачивания. Камера 10 заправляется средой 9 при монтаже не полностью, таким образом, чтобы у жидкости имелась свободная поверхность И. В качестве среды могут использоваться масла высокой консистентности и жидкие металлы.,

Для разгрузки плавающего кольца от осевых сил в корпусе 4 со стороны торцового бурта 2 расположены равномерно по окружности отверстия 13, соединенные каналом 14 с источником высокого давления.

Устройство работает следующим обра: зом.

Под действием перепада давления на уплотнение плавающее кольцо за счет газодинамических сил, развивающихся в рабочем зазоре ступенчатой формы, всплывает относительно вала даже при отсутствии его вращения. С ростом частоты вращения несущая способность кольца повыщается и оно занимает по отнощению к валу положение, близкое к концентричному. Благодаря подаче в зону контакта бурта 12 кольца 1 с боковой стенкой корпуса 4 через отверстия 13 среды повыщенного давления происходит разгрузка кольца от осевого прижатия

и оно свободно отслеживает на рабочих режимах радиальные перемещения вала 3. Обычно в процессе длительной эксплуатации компрессорных мащин происходит существенная разбалансировка ротора, приводящая к росту колебаний вала, а следовательно, и плавающих колец, расположенных на нем. При этом амплитуда колебаний кольца может превысить радиальный зазор, вызвать сухое трение кольца о вал и привести к отказу уплотнительного устройства.

В предлагаемой конструкции при колебаниях кольца на свободной поверхности 11 жидкости образуются волны. Частичное преобразование энергии колебаний кольца в волновую энергию жидкости, размещенной во внутренней камере, демпфирует колебания плавающего кольца.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает более простой и технологичной конструкцией, повыщенной надежностью за счет использования демпфирующего уст.ройства и способностью работать как при уплотнении жидкостей, так и газов.

Формула изобретения

Уплотнение вала, содержащее плавающее гидростатическое кольцо, охватывающее вращающийся вал и средство фиксации кольца от проворота, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности уплотнения за счет улучщения демпфирования колебаний кольца, последнее имеет внутреннюю кольцевую камеру, частично-,заполненную вязкой средой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР № 594380, кл.. F 16 J 15/44, 1977.