Торцовое уплотнение

 

Изобретение м.б. использовано .в уплотнениях вращающихся валов компрессоров, газовых турбин. Цель изобретения повышение надежности и долговечности путем ликвидации износа при запусках и остановах. Вращающееся и невращающееся кольца (К) 1, 2 трения поджаты друг к другу упругиья олементами 3 и установ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

I 19) S U ((1) (g1) g F 1 Ь J 15/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ () гу упругими племен

gO 5 2 9

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4675123/29 (22) 1 3 ° 01 «89 (46) 15 ° 03 ° 91 ° Бюп«Ф 10 (71) Казанский химико-технологический институт им, С.М.Кирова (72) Е,П, Гаев, Г,А,Бондаренко, A B,Ïàëëàäèé и Н,И,Вербицкий (53) 62-762 (088,8) (56) Автор ское с виде тел ьс тво СССР

У 1013671, кл«F 16 J 15/34, 1981» (54) ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ

{57) Изобретение м,б, использовано . в уплотнениях вращающихся валов компрессоров, газовых турбин«Цель изобретения - повышение надежности и долговечности путем ликвидации износа при залусках и остановах.

Вращающееся и невращающееся кольца

К 1 2 трения поджаты друг к друтами 3 и у станов1634907!

О лены концентрично валу 4. Средство для создания газадинамического эф» фекта выполнено и виде К 6, закрепленного на торцовой поверхности 5

К 2, соединенного с генератором 7 электрических колеб аний через устрво 8 регулирования напряжения эле ктрических колебаний, Выход датчика 10 величины зазора соединен с входом

Изобретение относится к унлотнительной технике, в частности к уплотнениям вращающихся валов, и может быть использовано в компрессорах, газовых турбинах, турбаагрегатах и аналогичных машинах.

Цель изобретения - па вышение надежности и долговечности (ресурса работы) путем ликвидации износа при запусках, остановах, и малых скоростях вращения вала.

На фиг l показано уплотнение, осевой разрез; на фиг 2-4 - варианты закрепления пьезокерамического кольца на торцовой поверхности неподвижного кольца; на фиг,5-8 - вид

А на фиг,l (пьезокерамическае кольца, выполненное из пьезоэлементон); иа 35 фиг 9 - профиль волны деформации; на фиг ° 10-13 - варианты объединения кольцевых сегментов пьезоэлементов в группы (нид А на фиг.2).

Торцовое уплотнение содержит вра» 40 щающееся 1 и невращающееся 2 кольца, поджимаемые др уг к дру гу упругими элементами 3 и устанонпенные концентрично валу 4, На торцовой поверхности 5 невращающегося кольца 2 з акреп45 лена средство для создания газодинамического эффекта, ныло 1ненное в ви» де пьезокерамического кольца 6, соединенного с генератором 7 электриче ски х кол еб аний че рея у ст ройс тво 8

50 регулирования напряжения электрических колебаний, соециненное линией 9 обратной связи с датчикам 10 неличины зазора, !1ьезокерамическое кольцо

6 может быть установлено в кольцевой проточке 11, выполненной на торцовой поверхности 5 неIII) ш 1ющсгося кольца

2 са стороны нару+.III. га диаметра устр-ва 8, другой вход к-рого соединен с генератором 7, Выход устр-ва 8 соединен с К 6, выполненным из пьезокерамического материала ° К 6 м„б, установлено в ко.1ьцевой проточке, ныполненной на поверхности 5 со стороны наружного или внутреннего диаметра К 2 ° Имеет К 6 коническую или криволинейную рабочую торцовую поверхность 8 з п, ф-лы, 1 3 ил, 1

11ьезокерамическое кольцо 6 может быть установлено и кольцевой проточке 12, выполненной на торцовой поверхности 5 ненращающегося кольца 2 со стороны внутреннего диаметра, Пьезокерамические кольца 6 могут быть установлены в кольцевых проточках 11 и 12, выполненных на торцовой поверхности 5 невращающегося кольца

2 одновременно со стороны наружного и со стороны внутреннего диаметров, Ширина пьезокерамического кольца (размер Б) составляет 1/4-3/4 ширины рабочей поверхности невращающегося кольца (размер В), а расстояние между рабочей поверхностью 13 пьезокерамического кольца 6 и вращающимся кольцом l находится в пределах 0,2»

20 мкм Рабочая поверхность пьезокерамического кольца 6 может быть выпопнена криволинейной или коничес» кой (14 ), Пьезокерамическое кольцо 6 может быть выполнено в виде набора пьеза» кер амиче ских элем ен тон ° 1 1ь ез ок ер амические элементы могут быть выполнены в виде спиральных пластин 15, прямых пластин, расположенных наклонно (16) ипи радиально(17), в виде колец

18, размещенных одно н другом концентрично относительно оси вала, либо в виде кольцевых сегментов 19, Торцовое упло тнение вращающегося вала работает следующим образом, До начала вращения на»а на пьезокерамическое кольцо 6 ат г< нератора

7 электрических колебаний подается электрическое напряжение большой час" таты, изменяемое по сину социальному закону При этом н пье 1окерампческом кольце 6 C помощью пе)lt.мен1п го эл кт-

1634907 рического поля в результате обратного пьезоэлектрического эффекта происходит деформация пьезокерамического

1 кольца Ь в осевом направлении с частотой переменного поля °

Деформация пьезокерамического кольца 6 по синусоидальному закону с высокой частотой в направлении нормали к поверхности кольца приводит 1О к образованию между кольцом 1 и пьезокерамическим кольцом 6 сдавливаемой газовой или жидкостной пленки, обладающей уплотняющей способностью, пропорциональной амплитуде колебаний при сдавливании, Г!ри этом между пьезокерамическим кольцом 6 и кольцом 1 обра )уется зазор, величина которого пропорциональна амплитуде ко20 лебаний пьезокерамического кольца 6 и давление в котором выше давления окружающей среды.

По сл е обр аз о вания между пьезокерамическим кольцом b и кольцом 1

25 гарантированной газовой или жидкостной пленки уплотнение готово к работе. Включают электродвигатель магцины, и вал начинает вращаться. Эro позволяет ликвидировать износ уплотнения при запусках, остановак и м.-.лых скоростях вращения вала.

Если уплотнение дополнительно снабжено устройством 8 регулирования напряжения электрических колеб»ний, соединенным линией 9 обр; т:.эй 35 связи с датчиком 10 величины зазор», то датчик 10 вырабатывает п1)опорцпональный величине з азора между пьез окерамическим 6 и вращающимся кольцами сиги ш, который через линию 9 обратной сня3n подается на устройство 8 регулирования напряжения электриче ских кол е б аний. Это устрой ство изменяет сигнал, получаемый от генератора 7 электрических колебаний, 45 пропорционально величине сигнала, получаемого от датчика 10, и передает его на пьезокерамическое кольцо

6 ° При уменьшении величины зазора между кольцами 1 и 6 сигнал, вырабатываемыи датчиком 1G, увеличивается „

При этом сигнал, подаваемый устроиством 8 регулирования напряжения электрических колебаний на пьезокерамическое кольцо 6, возрастает, 55 что приводит к возрастанию амплитуды колебаний пьезокерамического кольца

6 и воссTàHовлению зазора. Это Ilî3» воляет устанавливать между пьезокерамическим 6 и вращающимся 1 кольцами оптимальную г)е )ичину зазора, а также регулировать зазор в Iipollecce работы уплотнения „

Если пьезокерамическое кольцо 6 закреплено на части невращаюшс) ося кольца 2, то повышенное давление, создаваемое пьезокерамическим кольцом 6, дросселируется в щелевом зазоре на участке 5, что повью)ает уплотняющие свойства торцового уплотнения ii

Закрепление пьезокерамиче ского кольца 6 в про:очке 11 невращающегосн кольца 2 так, что между пьезоке» рамическим 6 и вращающимся 1 кольцами имеется гарантированный зазор

Д .= 0,2-20 мкм, позволяет исключить случайный контакт между ними в процессе работы уплотнения при возникновении осевых колебаний вала и избежать разрушения пьезокерамического кольца 6 под действием случайных ударных нагрузок, Выполнение пьезокерамического кольца 6 с конической (14) или криволинейнс и рабочей поверхностью так, что со стороны боя< е высокого давления рабочий зазор между ",I,eзокерамин.ским II вращающимся Ko;Ibll!)M больше, ло )вольет улучшить упло.г)гнющие своиства торцового yll)los)-Ie)III)I за счет нагнетания упло тня емой среды при пульсациях в сторону большего зазnра, Это повышает надежноcTh и до lгл)в=чность уплотнения °

Рыло IIIe)II,e пьезокерамического кольп» 6 в ниде набора пьезокерамических элементов, каждый из которых соединен с генератором электрических колеС аний, позволяет подавать сигнал на любой из пьезокерамических эле» мен тон нез ав исимо от других элементов. Это обеспечивает получение раз» ноо,.разных форм деформации рабочей поверхности не вращающегося кольца, а

rawe позволяет изменять форму рабо« чей поверхности по любому заранее заданному закону, 11ри выпал не нии пь ез ок ер амич еского кольца в виде набора спиральных дье» зоэлементов 15 сигнал от устройства

8 регулирования напряже;;ия элек три ч е ски х колебаний и ода ет ся н а сосед» пие элементы 15, отличающиеся по фа» зе на определенную постоянную величину. В результате деформации на по»

I)ерхности пьезокерамического кольца

1634907

50

6 образуются спиральные пазы, глубина которых пропорциональна подаваемо» му напряжению, не зависит от температуры колец и может быть изменена в процессе работы уплотнения ° Так как деформация элементов 15 равна по амплитуде, но отличается по фазе, на поверхности пьеэокерамического кольца

6 образуется волна, вектор распространения которой перпендикулярен радиусу кольца. Скорость распространения волны Q пропорциональна частоте, выдаваемой генератором 7 электрических колебаний, причем волна дефор-15 мации может распространяться как в направлении, показанном стрелкои на фиг,8, так и и противоположном направлении ° Форма нолны показана на фиг.9.

Такие же волны образуются при вы- 20 полнении пьезокерамического кольца 6 в виде набора наклонных 6 или радиальных 17 пластин. Эти волны деформации характеризуются тем, что глубина пазов (спиральных, радиальных или

25 наклонных) зависит только от подаваемого на пьезоэлемент напряжения и не зависит от температуры или давления уплотняемой среды. Кроме того, они не засоряются н процессе работы yIIлотнения, тлк клк после прекращения подачи электрического сигнала на гьезоэлементы пазы исчезают, т е, пазы обладают способностью самоочищаться, что позволяет уплотнять за- 35 грязненные жидкос ги или газы, При выполнении кольца 6 н виде набора пьезокерлмических колец 18 вектор распространения волны деформации направлен вдол, радиуса кольца 40

6 н сторону наружного или внутреннего диаметра, указанные волны деформации способны переклчинать уплотняемую среду против направления утечки и создавать понышенпое давление в зазоре, что поньнцлет надежность и догонечпость торцового уплотненияя

Если нл торцовой поверхности 5 невращающегося ко.II цл 2 выполнены две кольцевые проточки 11 и 12, н каждои из которьlx установлено пьезокерамическое кольцо 6, то нл эти кольца сиги н ы о г генсрлторл электрических к лоб IIIIIII подаются так, что образующиеся вол I»; I. I(iopllolIII«перекачивают уплотнясмуII среду нлвстречу друг другу ° . 3тo приводит к резкому повышению д III IE нп i уllfloтняемой среды и зазоре между кольцами на участке 5. и, следовательно, к повышению надежности и долговечности

Выполнение пьезокерамического кольца 6 в виде набора кольцевых сегментов 19 позволяет получить на рабочей поверхности кольца большое количество микровыступов при подаче на кольцевые сегменты сигналов, отличающихся по фазе, Кроме того, эта конструкция позволяет объединять кольцевые сегмен ты 19 в группы 20-23, сигнал к кото« рым подается одновременно, причем сигнал, подаваемый к соседним группам, отличается по фазе. В зависимости от того, какие элементы 19 объединены и группы на поверхности пьезокерамического кольца, могут быть получены различные виды волн деформации, например волна деформации в ниде спиралей, загнутых по направлению вращения вала или против, радиапьная волна деформации, кольцевая нолна деформации, }!a рабочей поверхности пьезокерамического кольца может быть одновре»eIIIIo получено большое количество волн деформации (для наглядности выделена только одна), Для предотвращения выхода уплотнения из строя вследствие аварии, например, при внезапном отключении электрической энергии на поверхность пьезокерамического кольца нанесено покрытие иэ фторопластоного материала, которое, обладая хорошими антифрикционными свойствами, не препятствует деформации пьезокерамических элементов °

Фо р мул а и з о б р е т е н ия

l, Торцовое уплотнение вращающе

I.oc» вала, включающее вращающееся и ненращающееся кольца трения, поджимаемые друг к другу упругими элементами и установленные концентрично валу, средство для создания газодинамического эффекта, выполненное в виде кольца, закрепленного на торцовой поверхности невращающе г о ся кольца, отличающееся тем,что, с целью повышения надежности и долговечности путем ликвпдлции износа при запусках и остл онлх, оно снабжено генератором электрических колебаний, устройством регулирования нанря»

16349 жения и датчиком зазора, выход которого соединен с входом устройства регулирования напряжения, другой вход которого соединен с генератором электрических колебаний, а выход устройства регулирования - с кольцом, закрепленным на торцовой поверхности невращающегося кольца, причем кольцо выполнено из пьезокерамического материала, 2 ° Уплотнение по и ° 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что пьезокерамическое кольцо установлено в кольцевой проточке, выполненной на торцовой поверхности невращаншегося кольца со стороны наружного или со стороны внутреннего диаметра. .3 ° Уплотнение по пп ° 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что пьезо- 2р керамическое кольцо имеет коническую или криволинейную рабочую торцовую поверхность

4, Уплотнение по пп, l 3 о тличающееся тем, что пьезо«25 керамическое кольцо выполнено в ви07 о де набора пьезокерамических элементов, каждый из которых соединен с устройством регулирования напряжения электрических колебаний, 5 ° Уплотнение по п,4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что пьеэокера» мические элементы выполнены в виде спиральных пластин

6 ° Уплотнение по п,4, о т л ич а ю ш е е с я тем, что пьезокерамические элементы выполнены в виде прямых пластин, расположенных радиально или наклонно, - 7 Уплотнение по п,4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что пьезокерамические элементы выполнены в виде концентрично расположенных колец, 8 ° Уплотнение по п,4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что пьезокера» мические элементы выполнены в виде кольцевых сегментов °

9 ° Уплотнение по пп,1»8, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что на пьезокерамическое кольцо нанесено антифрикционное покрытие, Е 1f

1634907

1634907

Щг 10

Составитель 11.:Iаu

Техред К. Дидык Корректор М,Демчик

Редактор А,Огар

Заказ 743 Тираж 448 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, iri-35, Ра ч ская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат ".1атент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

ЩГ, 1Г доРА

pgg 11

®И