Уплотнение роторного насоса

 

Изобретение позволяет повысить долговечность уплотнения путем снижения износа рабочей поверхности упругого выступа. Манжета 1 установлена между статором 3 и ротором 4 насоса. На манжете 1 выполнен упругий выступ 5. Поверхность 7 выступа 5 и статор 3 образуют рабочую камеру 8, сообщенную перепускными каналами 9 с зоной 10 высокого давления, а щелевым каналом - с уплотняемым зазором 2 до рабочей поверхности 6 выступа 5 по ходу потока. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1566089 д 1 (51)5 F 04 D 29/08

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4475320/24-29 (22) 11.08.88 (46) 23.05.90. Бюл. № 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной механики им. М. М. Федорова (72) Э. И. Антонов (53) 621.671 (088.8) (56) Уплотнения и уплотнительная техника. / Под ред. А. И. Голубева и Л. А. Кондакова. — М.: Машиностроение, 1986, с. 179, рис. 5.3.

Авторское свидетельство СССР № 1323757, кл. F 04 D 29/16, 1986. (54) УПЛОТНЕНИЕ РОТОРНОГО НАСОСА (57) Изобретение позволяет повысить долговечность уплотнения путем снижения износа рабочей поверхности упругого выступа.

Манжета 1 установлена между статором 3 и ротором 4 насоса. На манжете 1 выполнен упругий выступ 5. Поверхность 7 выступа 5 и статор 3 образуют рабочую камеру 8, сообщенную перепускными каналами 9 с зоной 10 высокого давления, а щелевым каналом — с уплотняемым зазором 2 до рабочей поверхности 6 выступа 5 по ходу потока. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1566089 з

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к конструкции уплотнений роторных насосов.

Цель изобретения — повышение долговечности путем снижения износа рабочей поверхности упругого выступа.

На фиг. 1 показано уплотнение с радиальным зазором, продольный разрез; на фиг. 2— то же, с осевым зазором; на фиг. 3 — уплотнение с дополнительными ступенями; иа фиг. 4 — уплотнение с уступом на роторе.

Уплотнение ротора насоса содержит манжету 1, установленную в уплотняемом зазоре 2 между статором 3 и ротором 4 насоса, упругий выступ 5 с рабочей и нерабочей поверхностями 6 и 7, выполненный на манжете 1, кольцевую рабочую камеру 8, образованную поверхностями выступа 5 и статора 3 насоса, перепускные каналы 9, сообщающие рабочую камеру 8 с зоной 10 высокого давления. Выступ 5 и статор 3 установлены с образованием щелевого канала 11, сообщающего уплотняемый зазор 2 с рабочей камерой 8. Рабочая камера 8 выполнена со стороны нерабочей поверхности 7 выступа 5, а щелевой канал 11 сообшен с уплотняемым зазором 2 до рабочей поверхности 6 выступа 5 по ходу потока среды.

По крайней мере часть 12 щелевого канала 11 (фиг. 1) может быть образована нерабочей поверхностью выступа 5 и статором 3, а уплотнительный зазор 2 образован рабочей поверхностью 6 выступа 5 и ротором 4, при этом поперечный размер щелевого канала 11 выполнен меньше ширины зазора 2 между выступом 5 и ротором 4, а манжета 1 установлена с возможностью осевого и радиального перемещения.

Уплотнение может быть снабжено перегородками 13 (фиг. 3), дополнительными манжетами 14 и рабочими камерами 15, разделенными между собой перегородками 13, при этом перегородки 13, манжеты 1 и 14 и рабочие камеры 8 и .15 размещены последовательно с образованием дополнительных ступеней, а перепускные каналы 9 выполнены в перегородках 13. На роторе 4 может быть выполнен уступ 16, обращенный к манжете 1 со стороны выступа 5, при этом манжета 1 подпружинена в направлении уступа 16.

Уплотнение работает следующим образом.

В уплотняемом зазоре 2 создается перепад давлений, вследствие чего через него возникает утечка жидкости из зоны 10. Одновременно же с помощью каналов 9 от источника высокого давления, которым может быть и сама полость 12 (фиг. 1 и 2), жидкость подводится в камеру 8. Под воздействием перепада давления между камерой 8 и зазором 2 выступ 5 прогибается (на расчетную величину), уменьшая тем самым величину зазора 2 и увеличивая зазор в канале 11.

ЗО

ЗБ

4Ц

Таким образом, с помошью последнего организуется параллельный утечке ток жидкости, в результате оба потока утечек приходят во взаимодействие в области соединения каналов 11 и зазора 2. При этом смешивание потоков происходит в области, расположенной ранее рабочей поверхности 6, снижая эрозионйое разрушение манжеты 1.

Далее описанный механизм течения можно использовать двояко.

В первом случае, когда камера 8 будет спроектирована с достаточно большим поперечным сечением, не оказывающим заметного сопротивления при растекании в ней жидкости между каналами 9, удается реализовать следующие положительные факторы: взаимодействие потоков, один из которых закручен, а другой нет, приводит к увеличению сопротивления. 3а счет резко повышаюшейся при этом турбулизации жидкости, начинающейся ранее рабочей поверхности 6, возникают пульсирующие знакопеременные усилия вдоль всего периметра края выступа 5, вызывая высокочастотные его колебания. Это усиливает турбулизацию потока непосредственно уже под рабочей поверхностью 6 в зазоре 2 и дополнительно повышает сопротивление, а также высокочастотные колебания одновременно уменьшают коэффициент трения и износ рабочей поверхности 6 манжеты 1. Благодаря самоцентрированию выступа 5 по ротору 4 указанные процессы протекают с максимальным эффектом.

Во втором случае, когда поперечное сечение камеры 8 выбирается таким, что оно начинает оказывать заметное сопротивление растекающемуся в ней потоку между каналами 9, картина работы заметно изменяется. Поскольку давление в камере 6 по окружности становится переменным (посредине между соседними каналами 9 оно минимально, а непосредственно под каждым каналом 9 — максимально), то и характер прогиба выступа 5 становится неравномерным: рабочая поверхность 6 становится волообразной — с минимальной величиной зазора 2 под каждым каналом 9. Благодаря действию при этом клинового эффекта обеспечивается дополнительное повышение износостойкости рабочей поверхности 6. Выполнение устройства в соответствии с п. 2 формулы изобретения позволяет с наибольшим эффектом выполнить манжету с возможностью рабочего перемещения в радиальном и осевом направлениях. Поскольку в статическом состоянии радиальный зазор части 12 канала 11 меньше, чем таковой в зазоре 2 (практически он может быть нулевым), то манжета 1 может быть спроектирована так, что перед пуском она нигде не будет касаться ротора 4. Благодаря этому исключаются явления износа, обусловленные трением покоя, во время пуска. После пуска насоса, в результате повышения давления

1566089

5 в камере 8 и некоторого отгиба выступа 5 с образованием канала 11, манжета 1 получает свободу перемещения и центрируется по ротору 4 за счет гидродинамических сил в зазоре 2. Процесс повышения сопротивления за счет смешивания потоков и возбуждения при этом высокочастотных колебаний края выступа 5 происходит так же, как и ранее. Однако к этому добавляется увеличение сопротивления за счет возможности минимизации зазора 2, вдоль всей 10 длины манжеты 1, что позволяет проектировать узел с минимальными утечками при высоких окружных скоростях ротора 4.

Выполнение уплотнения в соответствии с п. 3 формулы изобретения (фиг. 3) никак принципиально не изменяет функционирова ния каждой ступени в отдельности. Рассчитывая каждую ступень уплотнения на восприятие полного перепада давления, можно обеспечить,.чтобы каждая последующая ступень начинала воспринимать полную на- 20 грузку только после полного износа предыдущей ступени. Принципиальная возможность реализации такого эффекта обусловлена именно тем, что герметизация с помощью манжеты 1 в каждой ступени осуществляется под действием давления жидкости, поступающей в камеру 8 через перепускные каналы 9. При резком возрастании утечки через каждую предыдущую ступень, вызванной соответствующим износом рабочей поверхности 6, соответственно уве- 30 личивается давление в камере 8 последующей ступени с вводом в работу ее выступа 5. Данный вариант позволяет автоматически реализовать принцип резервирования, благодаря чему резко повышаются показатели надежности и долговечности уплотнения в целом.

Работа устройства по п. 4 формулы изобретения (фиг. 4) отличается тем, что за счет прижатия с помощью пружины манжеты 1 к уступу 16. с образованием торцового уплотнения узел может одновременно использоваться и как стояночное уплотнение (например, во время предпусковой заливки насоса) . После запуска последнего давление в камере 8 возрастает, за счет чего преодолевается усилие пружины и торцовое 46

6 уплотнение между поверхностями выступа 5 и уступа 13 раскрывается. После этого уплотнение переходит на функционирование в соответствии с описанным ранее режимом.

Формула изобретения

1. Уплотнение роторного насоса, содержащее манжету, установленную в уплотняемом зазоре между статором и ротором насоса, упругий выступ с рабочей и нерабочей поверхностями, выполненный на манжете, кольцевую рабочую камеру, образованную поверхностями выступа и статора насоса, перепускные каналы, сообщающие рабочую камеру с зоной высокого давления, при этом выступ и статор установлены с образованием щелевого канала, сообщающего уплотняемый зазор с рабочей камерой, отличающееся тем, что, с целью повышения долговечности путем снижения износа рабочей поверхности выступа, рабоча я камера выполнена со стороны нерабочей поверхности выступа, а щелевой канал сообщен с уплотняемым зазором до рабочей поверхности выступа по ходу потока среды.

2. Уплотнение по и. 1, отличающееся тем, что по крайней мере часть щелевого канала образована нерабочей поверхностью выступа и статором, а уплотняемый зазор образован рабочей поверхностью выступа и ротором, при этом поперечный размер щелевого канала выполнен меньше ширины зазора между выступом и ротором,. а манжета установлена с возможностью осевого и радиального перемещения.

3. Уплотнение по и. 1, отличающееся тем, что оно снабжено перегородками, дополнительными манжетами и рабочими камерами, разделенными между собой перегородками, при этом перегородки, манжеты и рабочие камеры размещены последовательно, с образованием дополнительных ступеней, а перепускные каналы выполнены в перегородках.

4. Уплотнение по и. 1, отличающееся тем, что на роторе выпол нен уступ, обращенный к манжете со стороны выступа, при этом манжета подпружинена в направлении уступа.

1566089

Фиа2

75 9

3 7Ф

873

Фиг.4

Составитель Ю. Никитченко

Редактор Е. Папп Техред И. Верее Корректор М. Максимишинец

Заказ 1209 Тираж 496 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101