Система уплотнений вращающегося вала

 

Изобретение м.б. использовано в уплотнениях устр-в с агрессивными, вэрывоопасными или токсичными средами. Цель изобретения - повышение надежности системы уплотнений вращающегося вала за счет предотвращения перетечек рабочей среды из полости (П) высокого давления в П низкого давления. В корпусе 1 размещен вал 2 с диском 3, образующий со стороны П 9 высокого давления пару трения торцового уплотнения, в виде поджатого к диску 3 упругим элементом 5 прижимного кольца 4. Промежуточная П образована герметично закрепленным элементом 5, поверхностью корпуса 1, диском 3 и выступом 6 корпуса 1 и заполнена затворной жидкостью. В выступе 6 выполнена радиально расположенная П, связанная с источником 14 затворной жидкости и сообщенная отверстия с зазором между диском 3 и выступом 6. К П 1 низкого давления подключен источник 16 подачи газа. Промежуточная П и П 10 связаны между собой датчиком 18 разности давления , подключенным к устр-ву 22 регулирования источника 16. На корпусе 1 выполнен приемник 13 рабочей среды, сообщенной с одной стороны с промежуточной П, с другой - через предохранительный клапан 20 с дренажным устройством 21. На поверхности диска 3 и выступа 6 со стороны зазора выполнены кольцеобразные участки из несмачиваемого затворной жидкостью материала. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. у Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э F 16 J 15/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

21

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ! КНТ СССР (21) 4708940/29 (22) 20.03,89 (46) 30.10,91. Бюл. %40 (71) МГТУ им. Н.Э.Баумана (72) А.В.Гуринов и В,Ф.Сухоставец (53) 62-762 (088,8) (56) Голубев А,И, Современные уплотнения вращающихся валов. М.: Машгиэ, 1962, с. 18 — 21. (54) СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЙ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА (57) Изобретение м.б. использовано в уплотнениях устр-в с агрессивными, взрывоопасными или токсичными средами. Цель изобретения — повышение надежности системы уплотнений вращающегося вала эа счет предотвращения перетечек рабочей среды из полости (П) высокого давления в П низкого давления. В корпусе 1 размещен вал 2 с диском 3, образующий со стороны fl

9 высокого давления пару трения торцового уплотнения, в виде поджатого к диску 3 уп20

„„ Ц „„1687976 А1 ругим элементом 5 прижимного кольца 4.

Промежуточная П образована герметично закрепленным элементом 5, поверхностью корпуса 1, диском 3 и выступом 6 корпуса 1 и заполнена затворной жидкостью. В выступе 6 выполнена радиально расположенная

П, связанная с источником 14 затворной жидкости и сообщенная отверстия с зазором между диском 3 и выступом 6. К П 1 низкого давления подключен источник 16 подачи газа. Промежуточная П и П 10 связаны между собой датчиком 18 разности давления, подключенным к устр-ву 22 регулирования источника 16. На корпусе 1 выполнен приемник 13 рабочей среды, сообщенной с одной стороны с промежуточной П, с другой — через предохранительный клапан 20 с дренажным устройством 21. На поверхности диска 3 и выступа 6 со стороны зазора выполнены кольцеобразные участки иэ несмачиваемого затворной жидкостью материала. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системам yllлотнений вращающихся валов и можетбыть

ИСГ ОЛЬЗОВЗНО В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОсти, машиностроении и T.ä. В качестве уплотнений устройств с агрессивными, взрывоопасными или токсичными средами.

Целью изобретения является повышение надежности за счет предотвращения перетечек рабочей среды из полости высокого,цавления в полость низкого давления, На фиг.1 представлена принципиальная схема системы уплотнений вращающегося вала; на фиг.2 — 5 — положеHèë затворной жидкости на типичных режимах работы.

Система уплотнений вращающегося вала (фиг,1) содержит корпус 1 и размещенный в нем вал 2 с диском 3, К диску 3 вала 2 поДжато прижимное кОльЦО 4 торЦОВОГО уплотнения герметичным упругим злементом

5, который крепится к корпусу 1 и прижимному кольцу 4, Корпус 1 содержит выступ 6 с радиальной 7 полость3о и сообщающими

ОтВерстиями 8. Ме>кдit! полостями 9 и 10

ВысокОГО и низкого даВления нахОдится промежуточная полос1 ь, образованная упругим элементом 5 крепления прижимного кольца 4, корпусом 1, диском 3 вала 2 и выступом 6 корпуса 1. Зысгуп 6 корпуса 1 и диск 3 вала 2 содержат кольцевые участки

11 из несмачиваемого жидкостью материала. Между диском 3 и выстугIOM 6 находится мениск 12 жидкости. Нв корпусе 1 расположен приемник 13 рабе ей среды (например, газа), Вне корпуса «I расположены источник

14 затворной жидкости, корпус которого выполнен упругим, обратный клапан 15, источник 16 подачи газа, отсечной клапан 17, датчик 18 разности давлений, сбросной клапан 19, предохранительный клапан 20, дренажное устройство 21, устройство 22 регулирования источника подачи газа, СМсТ8МВ работае1 cf ВДующим 06pB" зом.

Со стороны полос3 и 9 высокоГО давления герметичным упругим элементом 5 крепления (например, сил ьфоном) производится поджатие прих<имного кольца 4 к диску 3 вала 2,,<оторые образуют пару трения торцОВОГО уплотнения, В начальный момент затворная жидкость из ис.гочника 14 г3оступает в полость 7 выступа 6 корпуса 1 и через сообщающие отверстия 8 эаполня3от вс о промежуточную полость, После этого в прс" ме>куточной полости постоянно находится жидкОсть. При испарении жидкости и утечке ее в полость 10 низкого давления L3poMc> дит постоянная подпитка промежуточной полости затворной жидко.:тью. Для зтсга источник 14 затворной жидкости имеет постоянное избыточное давление на величину

Р1, равную капиллярному давлению P„„, определяемому следующим образом:

2 0

Р1 = Ркзп = где сг — коэффициент поверхностного напряжения; д — ширина щели между,цисками, При условии, что давление в промежутОчнОЙ пОлОсти Р2 больше Р1, происхОДит срабатывание обратного клапана 11, что препятствует перетеканию жидкости из промежуточной полости В источник 10 и осушению промежуточной полости.

Капиллярные силь1, возникающие в зазоре между диском 3 и выступом 6, удерживают жидкость. верхняя Граница заявляемого диапазон- отношения зазора между диском 3 и выступом 6 к диаметру диска (д /3.>) определяется из условия удержания жидкости В зазоре.

Известно, что размер l3 диаметра диска не превосходит величины порядка 0,1 М. С учетом того, что В большинстве случаев в качестве затворной среды используется вода с <т=-726 10з Н/м и о=1ОЗ кг/мз (плотность жидкости) верхний предел отношения д И не превосходит 1,5 - 1О м.

Нижняя граница д /D обеспечивает технологическими требованиями, которые определяются предельным значением торцового биения, осевым смещением подшипников, изгибом вала и т.п, Например,,цля узлов, работающих в тяжелых режимах (высокие давления, нагрузки, скорости), д /Э для того же циаметра диска составляет, примерно

5 10

Диск 3 и выступ 6 выполняются из смачиваемого затворной жидкостью материала (например, из металла, если в . .ачестве затворнОЙ жидкОсти используется ВОдя).

HB поверхности диска 3 и = bicT - ïB 6 со стороны зазора располо>кены кольца 11 из несмачиваемого затворной жидкостью магериала (например, фторопласта). Эти кольца выполняют следующие функции, При повышении давления в промежуточной полости M увеличении разности давлений между полостями проме>куточной :. Низкого давления (Р; - PH) мениск 12 жидкости В зазоре между диском 3 и выступам 6 принимает положение, представленное на фиг.2, Мениск 12 cмешается, HBõoäÿcü на кольце

11 из материала, несмг-иваемого жидкостью. В зтом случае капиллярные силы протИВОДЕйСТВУЮТ ПОВЫШЕНИЮ ДаВЛЕНИЯ Bпромежуточной полости. При условии, когда происходит повышение давления в полости

1687976

30

40

10 низкого давления и увеличении разности давлений между полостью 10 низкого давления и промежуточной полостью (Р - Р2) мениск 12 принимает положение, представленное на фиг.3. Мениск 12 находится на материале диска 3 и выступа 6, смачиваемых жидкостью, тогда капиллярные силы противодействуют возрастанию давления в полости низкого давления. В случае наиболее опасной ситуации, когда промежуточная полость частично заполнена рабочей средой, жидкость все же остается в зазоре между диском 3 и выступом 6 за счет капиллярных сил. При повышении давления в промежуточной полости и увеличении разности давлений между полостью 10 низкого давления и nðoìå>Kóòo÷íoé полостью периферийный мениск находится на материале, смачиваемом жидкостью, а центральный мениск на кольце 11 из материала, несмачиваемом жидкостью (фиг.4), Такое положение менисков дает увеличение капиллярного давления, противодействующего повышению давления в промежуточной полости, в два раза по сравнению со случаем, представленным на фиг.2. Если же повышение давления в такой ситуации происходит в полости 10 низкого давления, то мениски располо>кены, как показано на фиг,5, Такое положение менисков обеспечивает увеличение капиллярного давления, противодействующего повышению давления в полости 10 низкого давления, в два раза по сравнению со случаем, представленным на фиг,3, Отсюда следует, что выполнение диска 3 и выступа 6 указанным образом обеспечивает, во-первых, создание Рк,, во всех случаях, направленного против давлений P = P2 — Р,, т.е. реализует отрицательную обратную связь, а, во-вторых, обеспечивает в наиболее опасных случаях, когда промежуточная . полость заполнена жидкостью лишь частично, увеличение Ркап в 2 раза, что повышает надежностью уплотнения.

Работа приведенного выше механизма возможна при условии, когда разность давлений между промежуточной полостью и полостью 10 низкого давления не превышает капиллярного давления, т.е.

И Р/ Ркап, где Р=Р2-Рн, Р2 — давление в промежуточной полости;

PH — давление в полости низкого давления.

Если Р2 больше Р,п, то для обеспечения работоспособности производится подача в полость 10 низкого давления газа иэ источника 16 с целью разгрузки работы уплотнения, образованного диском 3 и выступом 6. Отметим, что под полостью 10 низкого давления в данной конструкции подразумевают либо непосредственно полость устройства, в которую входит уплотняемый вал 4 (например, полость редуктора, подключенного к турбине), либо же специально созданную полость (например, в виде кольцевого зазора, как показано на фиг.1), сквозь которую проходит уплотняемый вал

2. В последнем случае зазор между валом 3 и выходным отверстием указанной полости

10 должен быть меньше, чем зазор между валом 2 и выступом 6 корпуса 1, что обеспечивает нарастание давления в полости 10 низкого давления при подаче газа от источника 16. Датчик 18 разности давления сообщен с промежуточной полостью и полостью

10 низкого давления. Сигнал от датчика 18, преобразованный, например, в электрический, поступает на устройство 22 регулирования источника подачи газа, которое может буть выполнено, например, на основе компаратора, сравнивающего образцовое напряжение с напряжением на датчике 18.

В случае, когда разность давлений между промежуточной полостью и полостью низкого давления больше капиллярного (т.е, Р2- Рн > Р ) устройство 22 регулирования давления дает команду на открытие отсечного клапана 17, за счет чего гаэ из источника 16 подачи газа поступает в полость низкого давления до повышения в ней давления, при котором Р2- Рн Ркап. В случае, когда разность давлений между полостью

10 низкого давления и промежуточной полостью больше капиллярного давления (т,е.

Рн Р2 > Ркзп) устройство 22 регулирования давления дает команду на сбрасной клапан

19 и происходит сброс наддувающего газа из полости 10 в дренажное устройство 21 до давления, при котором Р2 - Рн Ркап. В случае, когда разность давлений между полостью 10 низкого давления и промежуточной полостью больше капиллярного давления (т.е, Рн - P2 > Pxan) устройство 22 регулирования давления дает команду на сбросной клапан 19, и происходит сброс газа иэ полости 10 до давления, при котором

Р2 - Pv Paar, В ДРЕНажНОЕ УСтРОйСтВО 21.

Рабочая среда, прорвавшаяся через торцовое уплотнение и скопившаяся в проме>куточной полости, собирается в приемнике 13 рабочей среды, который обеспечивает отвод ее из промежуточной полости, В уплотнениях стационарных наземных устройств, например в случаях, когда рабочая среда легче затворной жидкости, приемник 12 рабочей среды расположен в

В6РХНВЙ ЧВСТИ ПРОМЗФ "IO !& . л ГЮЛОСТИ, а В случаях, когда рабе-:ая cp&,. :3 тя>келее 33тварной жидкости, прие::.1иик 1 „ . раба ей среды расположен в )4и>я-гей частя проме>куТОЧНОЙ ПОЛОСТИ. Д()УГИМИ СЛОВВМИ, П РИЕМ ник 13 раба -:ей Oper.,ы В àr, pacr!ono>f<8! в наг)РВВлении QT аси Уплотнлеь)ОГО 83il3 2, противополо>кном направлению Ве)(то()а земнаГО тЯГОтенил или Г:8Рег(>Узки. 1Р!4 п08Выщении давления в rflj)!qsr(,;х<уточнай полаСти 50riblLI8 допустимого, например оавного давлению в источни)(6 !5 подачи Газа, при котооам Н8 Обеспечява()т(:": наче>кная аабата системы чплатнений, саабатывает паеЦОхранительный клаГ!ан а, .(и рабОчая са8да, скапиишаяся в п )и(-. м)4яке i -бг)асывается 3 дренажное ус )райс " о

ФQ!" Mула и заl>рет8БИЯ (истема уп»лотн(:. H_#_l врагцаюгцеГося

Вала, содержагцая раз)меьц(4)4ный в кОрпусЯ вал с Дис)<ом, абра -ьло!., I9 00 сщааflb! Полости Выс01(ага давления и= .":,.: т08ния таацсБОГО )I ÏËOTH8HÈß В 3)i„":8 .f0 I::,ЖЗТОГО К ДИСКУ упругим злементс прп>к.:,много кольца, промежутсчную полость„образованную герметично закреплен-- ы ., упругим злеменТОМ П()и>КИМНОГО I<0ËÜ- Л!1 ПС:i6PXH JCTb!0 KQP пуса, диском зала и !bl!;т :10м корпуса, От ли ч а ю LL(а я с я те м, - i о с ц::-, л ь ю и о в ы ш е н и я наде>кност» и за сче-; прз ;0";вращен и»» пер(».. течек рабач8Й средь! Из полос и Высокого давления в полость низко о давления, промежуточная полость заполнена затворной

>)<идкасть)о, в выступе корпуса выполнена радиально расположенная полость, связан5 ная с источником затворной жидкости и соОбЩенная ПОсреДствoM Отверстий с зазором м8>кду дискОм зала и Выступом KQpnyca, к пОлОсти низкОГО даВления падклюЧ8Н источник подачи Газа, промежуточная

10 rfoi!QcTb и Io!locTb низкаг0 давления cBRBBны между собой датчиком разности давления подкл)аченным к устройству регулирования истачHNI(3 подачи Газа. на кОрпусе ВыпОлнен приемник рабочей ср815 ды, саабгценный с одной стороны с промежутОчнай полОстью, а с друГОЙ чбр83 предохранительный клапан — с дренажным устройством, при этом HiB ПОВерхнасти дисI(B Вяля и в IOTA QB корпуса са стороны зазора

20 между ними выполнены ксльцеобразные участки из несмачиваемо o затворной жидкостью материала, расположенные концентрично друГ прОтив дауГ3, 3 поверхности между участками выполнены из смачивае25 мого затворной жидкостью материала.

2, (McT6MB Ifo r!,1, o T Jl и H а !0 (ц а я с я тем, что, с целью обеспечения подпитки заТВОРНОй ЖИДКОСТЬЮ ПРОМ8ЖУТОЧНОЙ ПОЛО сти, корпус источника затворной жидкости

ЗО выполнен упругим, а между ним и промежуточной nonocTbfo установлен обратный клапан.

1687976

11 Ю

11 fZ 11 2

Фиг. 4

Составитель И.Пащенко

Техред M.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор Ю.Середа

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

Заказ 3696 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5