Уплотнение вала
Изобретение относится к области уплотнительной техники, а именно к торцовым уплотнениям валов, и может быть использовано для уплотнения вращающихся валов насосов, турбин и компрессоров. Цель изобретения - увеличение надежности уплотнения за счет повышения динамической устойчивости уплотнительного кольца и саморегулирования зазора трения. Поверхность вращающегося уплотнительного кольца 2 снабжена камерами 6 каплевидной формы, сориентированными по направлению вращения, при этом их форма и поперечное сечение подобраны таким образом, что объем затворной жидкости в зазоре уменьшается к периферии. При вращении уплотнительного кольца 2, затворная жидкость отбрасывается к периферии и за счет уменьшения объема зазора ее давление повышается, что приводит к повышению несущей способности жидкостной пленки. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (19) (11) (51)5 F 16 J 15/34
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4383239/23-29 (22) 23.02 ° 88 (46) 07.02.90. Бюл. ¹ 5 . (71) Всесоюзный научно-исследовательский конструкторско-технологический институт компрессорного машиностроения им. М.В. Фрунзе (72) В.P. Пшик, В.С. Марцинковский, Л.В. Черепов и В.А. Марцинковский (53) 62.762(088.8) (56) Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник. — М.: Машиностроение, 1986, с. 267, рис. 8.35. (54) УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА
„(57) Изобретение относится к области
Ю о 2 4 у
2 уплотнительной техники, а именно к торцовым уплотнениям валов, к может быть использовано для уплотнения вращающихся валов насосов, турбин и компрессоров. Цель изобретения— увеличение надежности уплотнения за счет повышения динамической устойчивости уплотнительного кольца и саморегулирования зазора трения. Поверхность вращающегося уплотнительного кольца 2 снабжена камерами 6 каплевидной формы, сориентированными по направлению вр:мщения, при этом их форма и поперечное сечение подобраны таким образом, что объем затворной
1541451
2 25 где r и r;Ä у 2Tir;,о + S;„n, 3Î S; и S1.,l жидкости B зазоре уменьшается к периферии. При вращении уплотнительного кольца 2 затворная жидкость отбрасывается к периферии и за счет уменьИзобретение относится к уплотнительной технике, в частности к торцовым уплотнениям валов, и может быть использовано в турбомашинах различного назначения для уплотнения вращающихся валов, например, в компрессорах, насосах и турбинах. Цель изобретения — повышение на дежности уплотнения за счет повьппения его динамической устойчивости и саморегулирования зазора трения. На фиг. 1 изображено уплотнение вала, разрез; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — расчетная схема определения объемов затворной среды в торцовом стыке; на фиг. 5 — сечение В-В на фиг. 4; на фиг.бэпюра распределения давления при расчетном зазоре; на фиг, 7 — эпюра распределения давления с уменьшенным зазором; на фиг. 8 — эпюра распределения давления при увеличении зазора. Уплотнение вала содержит установленное на валу. 1 вращающееся уплотt йительное кольцо 2 и в корпусе. 3 акт сиально подвижное невращающееся ун1 лотнительное кольцо 4. На торцовой поверхности 5 вращающегося уплотнительного кольца 2 выполнены каплеобразные и сориентированные по направлению вращения вала 1 изолированные камеры 6. В поперечном сечении камеры б имеют треугольную форму с постепенно уменьшающейся к периферии глубиной. В уплотнительном кольце 4 выполнены питающие каналы 7, сообщенные с источником затворной среды, например, в виде емкости (не показана}, а на торцовой поверхности уплотнительного кольца 4 выполнена кольцевая канавка 8, расположенная на меньшем радиусе, чем питающие каналы 7, и сообщенная с ними каналами 9. При этом уплотнительное кольцо 4 удерживается от окружного перемещения штифтом 10 и герметизируется по корпусу 3 с помощью вторичных уплотнений 11 и 12. Предварительное поджатие шения объема зазора ее давление повы,шается, что приводит к повьппению несущей способности жидкостной пленки. 1 з.п.ф-лы, 8 ил. уйлотнительных колец 2 и 4 осуществляется с помощью пружин 13. Вращающееся уплотнительное кольцо 2 уплотнено вторичным уплотнением 14, а от проворота относительно вала 1 зафиксировано штифтом 15. Вращающееся и невращающееся уплотнительные кольца 2 и 4 установлены с зазором 16, причем суммарная площадь окружного сечения осевого зазора 16 с прилегающими камерами б уменьшается от центра к периферии уплотнительного кольца 4 и определяется соотношением — радиусы соответственно i-го и (i+1)-ro окружного сечения, считая от центра к периферии — площадь окружного сечения камеры 6 соответственно на i-м и (i+1)-м радиусах; величина зазора 16 между уплотнительными кольцами 2 и 4; — число камер 6. В случае использования камер 6 4р с поперечным сечением треугольной формы с постепенно уменьшающейся к периферии уплотнительного кольца 4 глубиной соотношение представляется s виде: 2T 1 ,„b;„n, где Ь„и bi i< — ширина камер в окружном сечении соответственно íà i-м и (1+1)-м оапиусах: h: и Ь;,» - глубина (высота треугольного сечения) камер 6 соответствен. но на i-м и (i+1)-м радиусах. 41451 5 15 Кроме того, вращающееся уплотнительное кольцо 2 может быть снабжено лопатками 17, выход которых расположен в полости 18, сообщенный с источником затворной среды. например, в виде емкости (не показана) и с камерой 19 подвода затворной среды. Уплотнение вала работает следующим образом. При вращении вала 1 затворная среда от источника с давлением, несколько превышающим давление уплотняемого газа, подается в камеру 19, а из нее по питающим каналам 7 в камеры 6 и по каналам 9 в кольцевую канавку 8. Поскольку число питающих каналов 7 меньше числа камер 6, а размеры кольцевой канавки 8 и каналов 9 невелики, то усилие от давления затворной среды недостаточно для раскрытия торцового стыка. С началом вращения вала 1 при совмещении питающего канала 7 и камеры 6 давление в ней повышается до максимума. При прохождении камерой 6 участка торцовой поверхности между питающими каналами 7 давление уменьшается со скоростью, зависящей от плотности затворной среды, величины зазора 16 и других факторов. Одновременно затворная среда, попавшая в камеры 6, под действием центробежной силы устремляется к периферии вращающегося уплотнительного кольца 2, преодолевая сопротивление конфузорной щели зазора 16. Кроме того, боковые поверхности карманов выполнены так, что при вращении кольца стенки карманов действуют на затворную среду, как лопатки центробежного насосного или компрессорного колеса, при этом создается перепад давления, под действием которого жидкость устремляется от центра к периферии. Форма и поперечное сечение камер 6 подобраны таким образом, что объем затворной среды с увеличением диаметра уменьшается. Этим обеспечивается динамическая устойчивость вращающегося уплотнительного кольца 2. При вращении в уплотнительном стыке между уплотнительными кольцами 2 и 4 действуют гидростатические и гидродинамические силы, стремящиеся раскрыть уплотнительный стык. В то же время на аксиально подвижное уплотнительное кольцо 4 действуют силы, стремящиеся закрыть этот стык. К этим силам относятся гидростатическая 1сила от давления затворной среды в :камере 19 и сила сжатия пружин 13, 5 а также гидростатическая сила от давления уплотняемой среды. При работе уплотнения вала с расчетным уплотнительным зазором 16 равновесие обеспечивается условием, когда результирующая от рассмотренных выше сил равна нулю. В случае изменения соотношения сил, действующих на аксиально подвижное уплотнительное кольцо 4, которое приводит к уменьшению уплотнительного зазора 16, силы в уплотннтельном ctbl ке эа счет увеличения обеих составляющих — гидродинамической и гидроста2О тической — возрастают, что приводит к увеличеныо зазора 16 и восстановлению утраченного силового равновесия. А в случае увеличения осевого зазора 16 силы в уплотнительном стыке уменьшаются под действием гидростатической силы от давления затворной среды в камере 19, гидростатической силы от давления уплотняемой среды и силы сжатия пружин 13, что, в свою очередь, приводит к уменьшению осевого уплотнительно"o зазора 16 до расчетной величины. Изменение расчетной величины осевого уплотнительного зазора 16 приводит к неравнове35 сию сил, действующих на аксиально подвижное уплотнительное кольцо 4 и стремящихся восстановить расчетную величину зазора 16, что гарантирует отсутствие контакта между вращающимО ся и аксиально подвижным уплотнительными кольцами 2 и 4. Ввиду дискретности подвода затворной среды в камеры 6 аксиально подвижное уплотнительное кольцо 4 подвер45 жено слабым высокочастотным импульсам, препятствующим развитию облитерации в зазоре 16 и значительно повышающим статическую и динамическую устойчивость работы уплотнения. Повышению надежности способствует также саморегулирование величины зазора 16, обеспечивающееся эа счет дискретных импульсов давления, соэдаяцих в момечт соединения камер 6 с питающими каналами 7 гидростатическую силу, раэжнмающую уплотнительные кольца 2 и 4. При этом осредненное давление между подводами затворной среды в камеры 6 тем больше, чем 1541451 меньше осевой зазор 16 и чем больше частота вращения вала 1. Устойчивая работа уплотнения вала имеет место в случае, если элементарный объем затворной среды, заключенный между уплотнительньюи кольца-. мн 2 и 4, в сумме с элементарными объемами камер 6 с треугольной формой сечения при приращении радиуса уменьшается согласно соотношению 8+ 2 h,b;n 2Tr;,„3 + 1 + 2 Ь;+(Ь; 1 пь определяемому по расчетной схеме (фиг, 4). Формула изобретения 1. Уплотнение вала, содержащее вращающееся уплотнительное кольцо, на поверхности трения которого выполнены изолированные камеры, сооб- 25 щающиеся с областью повышенного давления каналами, выполненными в невра" щающемся уплотнительном кольце, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем повышения динамической устойчивости уплотнения, поверхность трения невращающегося уплотнительного кольца снабжена кольцевой полостью с наружным диаметром меньшим, чем диаметр расположения изолированных камер, сообщенной с областью повышенного давления, а изолированные камеры вы/ полнены каплевидной формы и сориентированы по направлению вращения, при этом суммарная площадь окружного сечения изолированных камер и зазора между уплотнительными кольцами уменьшается к периферии уплотнительных колец, 2. Уплотнение вала по п. 1, о тлич ающе е с я тем, что изолиро ванные камеры в окружном сечении выполнены треугольной формы, с глубиной, уменьшающейся к периферии уплотнительного кольца. 1541451 1541451 Составитель В. Красильников Редактор В. Петраш Техред Л.Сердюкова Корректор .Т. Малец ;Заказ 273 тираж 567 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьпиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
