Гидродинамическое уплотнение вертикального вала Советский патент 1982 года по МПК F16J15/40 

(5t) ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВАЛА

Изобретение относится к уплотнительной технике.

По основному авт. св. N известно гидродинамическое уплотнение вертикального вала, используемое, преимущественно, для герметизации быстроходных вращающихся валов, например, в химической промышленности, выполненное в виде соединенной с валом кольцевой обоймы со сливной кромкой и расположенным внутри обоймы неподвижным диском, образующими уплотнительную полость, и имеющее циркуляционную систему. Диск снабжен соединенной с циркуляционной системой охлаждающей камерой, а уплотнительная полость соединена с подпитывающим баком, выходное отверстие которого размещено в диске на радиусе,, большем радиуса сливной кромки обоймы.

Известное устройство применяется для герметизации вращающихся валов

И отделяет реакционную зону аппарата с токсичными газами от внешней среды 1..

Однако возможности уплотнения в большой степени зависят от того, где размещается на неподвижном диске выходное отверстие канала, соединяющего уплотнительную полость с подпитывающим баком.

Если выходное отверстие канала выполняется в диске на радиусе, близком к радиусу сливной кромки обоймы, то уплотнитель заполняет всю уплотни5 тельную полость и может удержать максимально возможное давление в реакционной зоне, возникающее при аварийной ситуации. В этом случае уплотнитель, раскрученный обоймой,- соприкасается с наибольшей поверхностью неподвижного диска и для обеспечения гидрозатвора затрачивается максимальная энергия. Однако, как показали опытно-промышленные испытания, аварийные ситуации возникают крайне редко и нет необходимости все время герметизировать вал на максимальное давление, т.е. можно уменьшить энергетические затраты на создание гидрозатво ра в нормальных условиях (в реакционной зоне нет давления). Если выходное отверстие канала выполнить на наибольшем радиусе неподвижного диска, то количество уплотнителя в уплотнительной полости значи тельно меньше, чем в рассмотренном случае, поверхность трения вращающегося уплотнителя о неподвижный диск также уменьшается, уменьшается и потребляемая электрическая энергия. Однако в этом случае при возникновении аварийной ситуации происходит разгерметизация гидродинамического уплотнения. Токсичные газы, находящиеся в реакционной зоне, прорывают гидрозатвор, передавливая уплотнитель со стороны реакционной зоны в подпитывающий бак, и попадают во внеш нюю среду. Целью изобретения является уменьшение энергетических затрат при сохранении надежности работы уплотнения . Поставленная цель достигается тем, что в гидродинамическом уплотнении вертикального вала уплотнительная полость дополнительно сообщена с верхней частью подпитывающего бака. Такое конструктивное решение позволяет резко сократить потребляемую на создание уплотнения мощность при работе в нормальных условиях, и обеспечить уплотнение при аварийных ситуа циях. На чертеже изображено описываемое гидродинамическое уплотнение. Устройство содержит кольцевую обой му 1, закрепленную на валу 2 и размещенную в корпусе 3 с расположенным внутри нее неподвижным диском k, образующим с кольцевой обоймой 1 уплотнительную полость 5. Неподвижный диск охлаждается с помощью циркуляционной системы 6. Уплотнительная полость 5 соединена каналом 7 через запорное устройство 8 с подпитывающим баком 9. 3 также дополнительно соединена через трубу 10 с верхней частью подпитывающего бака 9. Для предотвращения попадания токсичных газов в подпитывающий бак 9 на трубе 10 может быть установлена камера 11 с размещенной в ней эластичной диафрагмой 12. Уплотнитель, например водопроводная вода, делит уплотнительную полость 5 на две зоны: верхнюю (поз. 5 слева от оси симметрии устройства), сообщающуюся с реакционной зоной (не показана) расположенной ниже корпуса 3, и нижнюю - (поз. 5 справа от оси симметрии устройства), сообщающуюся с внешней средой выше корпуса 3. Справа от оси показано положение уплотнителя при нормальных условиях, слева - при аварийной ситуации. Знаком t Р показано давление в реакционной зоне при аварийной ситуации. Уплотнение работает следуюцим образом. С началом вращения вала 2 открывается запорное устройство 8, и уплотнитель из подпитывающего бака 9 поступает по каналу 7 в уплотнительную полость 5 где и раскручивается кольцевой обоймой 1. Уплотнитель поступает в уплотнительную полость 5 до тех пор, пока не наступит равновесие: давление столба уплотнителя Н равно давлению, создаваемому вращающимся уплотнителем. В этом случае затрачиваемая на создание уплотнения мощность незначительна из-за небольшой поверхности трения вращающегося уплотнителя о неподвижный диск . При аварийной ситуации (на чертеже слева от оси), т.е. появление в реакционной зоне повышенного давления Р, давление газов воздействует на уплотнитель в верхней зоне уплотнительной полости 5 а также через эластичную диафрагму 12, которая растягивается, сверху на уплотнитель в подпитывающем баке 9. Уплотнитель из подпитыйающего бака 9 поступает толь,ко в нижнюю зону уплотнительной полости 5 ДО тех пор, пока вращающийся уплотнитель в нижней зоне уплотни,тельной полости 5 не уравновесит давление верхней зоны уплотнительной полости 5 и из подпитывающего бака 9С уменьшением давления в реакционной зоне до нормального диафрагма 12 занимает исходное положение, давление Р над уплотнением в подпитывающем баке 9 и в верхней зоне уплотнительной полости 5 исчезает, и уплотнитель из нижней зоны уплотнительной полости 5 передавливается в подпитывающий бак 9 до исходного положения (на чертеже справа от оси).

Мощность, потребляемая на создание гидрозатвора, при этом резко уменьшается.

Таким образомi в известном устройстве в уплотнительной полости постоянно находится уплотнитель, соприкасающийся с наибольшей поверхностью неподвижного диска независимо от ситуации в реакционной зоне, т.е. все время потребляется максимальная мои ность на создание уплотнения, рассчитанного на обеспечение гидрозатвора при аварийной ситуации в реакционной зоне.

|редпагаемое устройство позволяет уменьшить количество уплотнителя в уплотнительной полости до минимального при нормальной ситуации в реакционной зоне и-обеспечивает гидрозатвор (увеличивается количество уплотнителя) при аварийных ситуациях.

что позволяет уменьшить энергетические затраты на создание уплотнения, так как аварийные ситуации возникают редко. При этом достигается дополнительный положительный эффект - при тех же геометрических размерах уплотнение может создавать гидрозатвор, ,удерживающий большее давление, появляющееся в реакционной зоне при аварийной ситуации.

Формула изобретения

Гидродинамическое уплотнение вертикального вала по авт. св. N 903б 2, отличающееся тем, что, с целью уменьшения энергетических затрат, уплотнительная полость дополнительно сообщена с верхней частью подпитывающего бака.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Ь Авторское свидетельство СССР

N- 903б 2, кл. F 15 J IS/tO, 1969.