Торцовое уплотнение вращающегося вала

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

yg q F 16 J 15/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 11

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2839781/25-08 (22) 14;11.79 (46) 15.01.86. Бюл. № 2 (72) В. П. Черных (53) 62-762 (088.8) (56) 1. Патент Великобритании № 1137197, кл. F 2 В, опублик. 1974.

2. Патент США № 4088330, кл. 277 — 52, опублик. 1978. (54) (57) ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА, содержащее под„,Я0„„1204848 д пружиненный вал, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения под действием уплотняемого давления, комплекты уплотняющих элементов между выступами вала и корпуса, отличающееся тем, что, с целью обеспечения разгрузки вала от осевых усилий, в корпусе образована герметическая камера, в которую помещен конец вала со стороны низкого давления, при этом в валу выполнены каналы для сообщения герметической камеры с уплотняемой полостью.

1204848

Изобретение относится к технике герметизации и может быть применено для уплотнения вращающихся валов в машинах и аппаратах для проведения физико-химических процессов под давлением.

Известно уплотнение вала, включающее корпус, два комплекта герметизирующих элементов, установленных на валу внутри корпуса, пружину для плотного прижатия этих комплектов, устройство для гидравлического регулирования давления запирающей жидкости и устройство для механического регулирования силы осевого прижатия герметизирующих элементов (1).

Данное уплотнение вследствие конструктивных недостатков деталей, предназначенных для герметизации колец, скольжения не обладает необходимой надежностью и работоспособностью в условиях высоких давлений. Устройство для механического регулирования силы прижатия герметизирующих элементов обеспечивает такое регулирование периодически и в узких пределах давлений.

Известно также многосту пенчатое торцовое уплотнение для аппаратов, работающих под давлением, содержащее многоступенчатый корпус, внутри которого последовательно размещены комплекты герметизирующих элементов, расположенные в камерах, образованных между торцовыми поверхностями кольцевых уступов вала н корпуса. Первая ступень герметизации торцового уплотнения со стороны рабочего пространства аппарата осуществлена одним антифрикционным кольцом из углеграфита, установленным между торцовыми поверхностями кольцевых уступов вала и корпуса уплотнения. Вал подпружинен с целью осевого перемешения под действием давления рабочей среды аппарата, при этом обеспечивается плотное прижатие комплектов герметизирующих элементов, а также вышеупомянутого антифрикционного кольца к уплотняемым торцовым поверхностям (2) .

Конструкция известного уплотнения обладает хорошей герметичностью и работоспособностью под давлением до 100 кгс/см .

При более высоких параметрах рабочего давления, например свыше 100 кгс(см, на торцовых поверхностях скольжения развивается значительное удельное давление и сила трения достигает больших значений, при . этом происходит увеличение расхода энергии на вращение вала. Особенно большую перегрузку при высоких давлениях испытывает антифрикционное кольцо первой ступени уплотнения, которое кроме герметизации выполняет также функцию упорного под— шипника, ограничивающего осевое перемегцение вала в сторону низкого давления.

Все это делает затруднительным применение известного уплотнения для работы при высоких параметрах давления в аппарате.

Зо

Цель изобретения — обеспечение разгрузки вала и герметизирующих элементов от осевых усилий, повышение надежности работы уплотнения в условиях высоких давлений, снижение расхода энергии на преодоление внутренних сопротивлений.

Поставленная цель достигается тем, что в торцовом уплотнении предусмотрено пневмогидравлическое устройство, выполненное в виде герметичной камеры, охватывающей конец вала на стороне низкого давления, которая сообщена с рабочим пространством аппарата через осевой и радиальный каналы, выполненные на валу.

На фиг. 1 изображено торцовое уплотнение вращающегося вала, продольный раз— рез; на фиг. 2 герметичная камера, выполненная в виде сильфона.

Уплотнение вра гцающегося вала в аппаратах, предназначенное для работы под высоким давлением, представляет сооой комплектное многоступенчатое торцовое уплотнение, в состав которого входит многоступенчатый вал 1, помещенный внутри многоступенчатого корпуса 2, и комплекты герметизирующих элементов, установленных на валу последовательно и заключенных в камерах, которые образуются при сборке уплотнения между торцовыми поверхностями кольцевых уступов вала 1 и корпуса 2. Каждый комплект рабочих элементов включает антифрикционное кольцо 3, металлическое кольцо 4 и уплотнительное упругое кольцо 5, изготовленное из эластомера, например резины. Вал 1 установлен в корпусе 2 с возможностью осевого перемещения под действием рабочей среды в аппарате, т.е. с возможностью вращения в плавающем режиме.

Для обеспечения вышеуказанного режима вал 1 расположен в ступенчатой втулке 6, которая вращается в подшипниках 7 и 8 качения, запрессованных в корпусе 9. Внутри втулки 6 вал подвешен на пружине 10 и закреплен от проворачивання шпонкой 11.

Конец вала на стороне низкого давления входит в герметичную камеру, образуемую цилиндром 12, в котором он может перемешаться в осевом направлении в обе сторо;-,ы. С целью герметизации подвижного сопряжения конец вала 1 выполнен в виде поршня, снабженного круглыми уплотнительными кольцами !3 и 14 из резины. Цилиндр 12 имеет ограничение осевого перемегцения в сторону низкого давления. С этой целью он закреплен с помощью кулачковой полумуфты 15, навинченной на ступенчатую втулку 6, от самопроизвольного отвинчивания муфта 15 закреплена стопором 16.

В валу 1 выполнены осевой канал 17 и радиальный канал 18, через которые камера

19 цилиндра 12 соединена с рабочим пространством аппарата. Первая ступень герметизации торцового уплотнения осуществлена одним антифрикционным кольцом

1204848

/7

Риг2

ВНИИПИ Заказ 8510/36 Тираж 880 Подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

20, выполняющим кроме герметизации также функцию упорного подшипника, который ограничивает осевое перемещение вала 1 и, следовательно, в необходимых пределах осевое сжатие упругих уплотнительных колец рабочих комплектов на всех ступенях торцового уплотнения.

В тех случаях, когда рабочая среда в аппарате является агрессивной по отношению к уплотнительным резиновым кольцам 13 и 14, устройство для разгрузки вала от осевого усилия может быть выполнено в виде сильфона 21 с приваренным к нему донышком 22 и гайкой 23, с помощью которой он крепится на валу 1 и уплотняется прокладкой 24.

Сильфон 21, как и цилиндр 12, размещен внутри кулачковой полумуфты 15 (см. фиг. 2).

Торцовое уплотнение снабжено также устройством для подачи запирающей жидкости в камеры, где расположены рабочие комплекты, и системой охлаждения рабочих комплектов (показаны только штуцеры для подачи и отвода запирающей жидкости и охлаждающей воды) .

Торцовое уплотнение работает следующим образом.

При атмосферном давлении поджатие герметизируюгцих элементов к торцовым поверхностям корпуса 2 осушествляется пру жиной 10, которая подтягивает вал 1 к торцовым поверхностям корпуса вместе со всеми комплектами рабочих элементов. При нал r÷èè давления в рабочем пространстве аппарата давление по радиальному каналу 18 и осевому каналу 17 проникает в камеру 19 цилиндра 12 (или сильфона 21) и давит на торцовую поверхность вала, уравновешивая частично или полностью силу, действуюшую на вал В осевом направлении в сторону низкого давления. Сила, действуюшя на вал 1 в осевом направлении, зависит от соотношения величины плогцадей поперечного сечения вала в месте его герметизации комплектом рабочих элементов и торца вала 1. При равенстве этих площадей вал 1 будет полностью разгружен от действия осевой силы, которая возникает вследствие давления рабочей среды в аппарате.

B этом случае перемешение Вяля 1 В осевом направлении будет происходить только под действием силы пружины IO, на которой подвешен Ba,1 I. Изменяя соотношение указанных плошадей, можно регулировать величину осевой силы, действующей на вал 1, 20 работающий в плавающем режиме.

Таким образом, предлагаемое торцовое уплотнение обеспечивает разгрузку вала и герметизирующих элементов от осевых усилий, позволяет исключить нежелательное влияние высокого давления на антифрикционное кольцо 20, обеспечивает надежную герметизацию вращающегося вала в условиях высоких давлений, температур и скорости вращения. Кроме того, значительно снижается расход энергии, затрачиваемой на вращение вала.