Уплотнение вала

 

Сущность изобретения: динамический элемент установлен в корпусе и закреплен на валу. Система изменения давления выполнена в виде сорбера с каналами всасывания и нагнетания, один из к-рых соединен с полостью герметизации между динамическим элементом и концевым контактным уплотнением . Система теплоотвода динамического элемента выполнена в виде взаимосвязанных магистралей отвода среды из полости корпуса, прохода через сорбер и возврата в полость герметизации. В магистрали отвода среды из полости корпуса установлен распределитель режима работы сорбера. Концевое контактное уплотнение выполнено многоступенчатым с образованием полости между ступенями со свободным каналом нагнетания или всасывания сорбера. Генератор с обратными клапанами всасывания и нагнетания выполнен в виде емкости, заполненной сорбентом рабочего вещества, с системой нагрева и охлаждения . 3 з.п.ф-лы, 4 ил. bs Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 16 J 15/40

1

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ОСПАТЕНТ СССР) 1 (21) 4840509/29 (22) 19.06.90 (46) 15,12.92. Бюл. ¹ 46 (71) Самарский филиал Научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей (72) С.Л.Александров и В,А.Матвеева (56) Краев М.В. и др. Гидродинамические радиальные уплотнения высокооборотных валов, M. Машиностроение, 1976 r., с.104. (54) УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА (57) Сущность изобретения: динамический элемент установлен в корпусе и закреплен на валу. Система изменения давления выполнена в виде сорбера с каналами всасывания и нагнетания, один из к-рых соединен с полостью герметизации между динамичеИзобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для герметизации вращающегося вала.

Известно уплотнение вала, содержащее корпус и установленный в нем на валу динамический элемент, систему изменения давления в полости герметизации между динамическим элементом и концевым контактным уплотнением, а также систему теплоотвода динамического элемента. Причем с помощью системы изменения давления в полости герметизации между динамическим элементом и концевым контактным уплотнением для повышения герметичности динамического элемента давление повыша- . Ы, 1781494 Al ским элементом и концевым контактным уплотнением, Система теплоотвода динамического элемента выполнена в виде взаимосвязанных магистралей отвода среды из полости корпуса, прохода через сорбер и возврата в полость герметизации. В магистрали отвода среды из полости корпуса установлен распределитель режима работы сорбера. Концевое контактное уплотнение выполнено многоступенчатым с образованием полости между ступенями со свободным каналом нагнетания или всасывания сорбера. Генератор с обратными клапанами всасывания и нагнетания выполнен в виде емкости, заполненной сорбентом рабочего вещества, с системой нагрева и охлаждения. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

ОО ют, осуществляя наддув полости подачей д дополнительного газа..а для охлаждения ди- д намического элемента давление понижают, осуществляя вакуумирование полости отсосом газа.

Недостатками известного уплотнения являются низкая надежность, значительные потери энергии, а также возможность утечки уплотняемой среды по валу. Пониженная надежность уплотнения вала объясняется наличием постоянной циркуляции уплотняемой среды в полости герметизации, что приводит к ее загрязнению продуктами износа. изменению физических и химических свойств в условиях повышенных темпера1781494

4 тур. При уплотнении динамическим элементом имеет место значительное тепловыделение, при этом тепло. или отводится потоком среды в полость роторной машины, что снижает, например, кавитационные свойства насосов. Утечка жидкости на валу роторной машины возможна в паровой фазе через контактное уплотнение.

Известны также конструкции концевых контактных- уплотнений многоступенчатого

mba, в кбторых межс гуйенчатая полость либо йадуваемая или аакуумируется.

Недостатком этих уплотнений является

- --: -наличие догфлнительных потерь энергии на создание давления наддува или вакуумирования межступенной полости, Целью изобретения является повышение надежности, уменьшение йотерь энергии и повышение герметичности уплотнения вала.

Указанная цель достигается тем, что уплотнение вала содержит корпус и установленный в нем на валу динамический элемент, систему изменения давления в полости герметизации между динамическим элементом и концевым контактйым уплотнеййем, а также систему теплоотвода динамического элемента, причем система изменения давления образована сорбером с каналами всасывания и нагнетания, один из которых соединен с полостью герметизацйй-между динамическим элементом и концевым койтактным уплотнением, а система теплоотвода динамического элемента выполнена в виде взаимосвязанных магистралей отвода среды из полости корпуса, прохода через сорбер.и возврата в полость герметизации, причем в магистрали отвода среды из полости корпуса ус-ыновлен распределитель режима работы сорбера. Для повышения степени герметизации вала кольцевое контактное уплотнение выполняется многоступенчатым с образованием межступенной полости, связанной со свободным каналом нагнетания или всасывания сорбера. Сорбер содержит. по меньшей

1 мере, один генератор с обратными клапанами всасывания и нагнетания, причем генератор выполнен в виде емкости, заполненной сорбентом рабочего вещества, с системой нагрева и охлаждения сорбента, На фиг.1 изображена схема уплотнения, в котором канал нагнетания сорбера связан с полостью герметизации; на фиг.2— схема уплотнения. в котором канал нагнетания сорбРра связан с полостью герметизации, а канал B(:ýñûâýíèÿ сорбера — с межступе пай поло,Tbto концевого контактног0 уплп п в бич: Но фиг.З вЂ” схема уплотнения, в котором канал всасывания сорбера связан с полостью герметизации, а канал нагнетаиия сорбера — с межступенной полостью концевого контактного уплотнения; на

5 фиг.4 — сорбер уплотнения вала.

Уплотнение вала содержит корпус 1, установленный в нем на валу 2 динамический элемент 3, например, в виде радиального импеллера, систему изменения давления в

10 полости герметизации 4 между динамическим элементом 3 и концевым контактным уплотнением 5, а также систему теплоотвода от дийамического элемента 3, причем система изменения давления образована

15 сорбером 6, включающим генераторы 7 и 8 с обратными клапанами 9, образующими ка, налы всасывания 10 и нагнетания 11, один из которых соединен с полостью герметизации 4, причем система теплоотвода от дина20 мического элемента 3 связана с системой теплообмена сорбера 6 и может быть выполнена в виде взаимосвязанных магйстралей отвода 12 среды из корпуса 1, магистралей теплообмена 13 сорбера 6 и магистралей

25 возврата 14 в полость герметизации 4, причем в пбследней установлен очиститель среды 15, например, фильтр. Концевое контактное уплотнение 5 может быть выполнено многоступенчатым с образованием

30 межступенной полости 16, связанной со свободным каналом нагнетания 11 или всасывания 10 сорбера 6. Между магистралями отвода 12 и прохода 13 установлен распределитель 17.

35 Сорбер содержит генераторы 7 и 8 с обратными клапанами всасывания 18 и нагнетания 19, каждый из генераторов выполнен в виде емкости 20, заполненной сорбентом рабочего вещества и снабжен40 ной системами нагрева и охлаждения сорбента. Причем система нагрева образована магистралью прохода 21 уплотняемой среды через сорбер, а система охлаждения выполнена в виде ребер 22 емкости 20, 45 взаимодействующих с окружающей средой.

Работа уплотнения осуществляется следующим образом.

При вращении вала 2 совместно с динамическим элементом 3 создается перепад

50 . давления уплотняемой среды в полости герметизации 4. При работе динамического элемента 3 происходит выделение тепла, которое с помощью системы теплоотвода. отводится циркуляцией уплотняемой среды.

55 Для утилизации тепла, выделяемого динамическим элементом 3, уплотняемую среду с помощью магистрали отвода 12 и распредепителя 17 подают попеременно с определенным периодом то B генератор 7, то по магистралям теплообмена 13 и магистралям

1781494

55 прохода 21 отдает тепло и по магистралям возврата 14 при пониженной температуре в полость герметизации 4. Такая циркуляция уплотняемой среды позволяет охлаждать динамический элемент 3. Утилизированное тепло от динамического элемента 3 в сорбере 6 преобразуется в энергию наддува или вакуумирования. Для повышения герметичности динамического элемента 3 полость герметизации 4 наддувается, для чего последняя соединяется с каналами:нагнетания 11 сорбера 6. Для увеличения теплоотвода от динамического элемента 3 за счет дополнительного парообразования в полости герметизации 4 последнюю вакуумируют, для чего она соединяется с каналами всасывания 10 сорбера 6. Работа сорбера 6 осуществляется следующим образом, При пропускании уплотняемой среды по каналам теплообмена 13 сорбера 6 в генератор, между последними осуществляется теплообмен. Например, при включении распределителя 17 таким образом, что уп „лотняемая среда повышенной температуры пропускается через генератор 7 и отсекается от генератора 8, то в первом при нагревании сорбента рабочее вещество, например, окружающий воздух выделяется в канал нагнетания 11, а во втором вследствие теплообмена с окружающей средой через ребра 22 сорбент охлаждается, поглощая через каналы всасывания 10 рабочее вещество, При переключении распределителя 12 режимы работы генераторов 7 и 8 меняются обеспечивая непрерывность процессов всасывания и нагнетания рабочего вещества.

Количество генераторов в сорбере 6 может быть установлено как несколько, так и. один, причем в последнем емкость генера- тора по рабочему веществу должна обеспечивать работу уплотнения вала в течение всего цикла работы роторной машины, Работу сорбера 6 с одним генератором наиболее просто осуществить в конструкции, реализующей наддув полости герметизации

4, так как в этом случае система практически безрасходная и сорбер обеспечивает только компенсацию утечки рабочего вещества через концевое контактное уплотнение. Режим всасывания и нагнетания генератора определяется соотношением температур сорбента, размещенного в генераторе уплотняемой среды, протекающей по каналам теплообмена 13, так как уплотняемая среда для сорбента сорбера 6 может выполнять функции как повышения, так и понижения его температуры.

При проектировании уплотнения вала следует иметь в виду, что при охлаждении сорбента осуществляется сорбция вещества, а при нагревании — десорбция рабочего вещества. Например, если температура уплотняемой среды больше температуры сор5 бента генератора, что характерно для автономного размещения сорбера 6 от уплотнения вала когда температура рабочей среды соответствует температуре окружающей среды, то уплотняемая среда повышает

10 температуру сорбента, а это приводит.к десорбции рабочего вещества из генератора.

Вследствие десорбции рабочее вещество попадает в канал нагнетания, осуществляя наддув соединенной с нйм полости.

15 В том случае, если температура уплотняемой среды меньше температуры сорбента генератора, что возможно, если уплотняемая среда представляет собой криогенную жидкость, то температура сорбента

20 понижается, а это приводит к сорбции рабочего вещества в генераторе, Вследствие эгого рабочее вещество поступает в генератор h0 каналам всасывания, вакуумируя cоединенную с ними полость, 25 Предложенное решение позволяет повысить надежность работы, уменьшить потери энергии, а также повысить герметичность уплотнения вала.

Уплотнение вала может быть реализо30 вано не только применительно к гидродинамическим радиальным уплотнениям, а также в устройствах с динамическими винтовыми или дисковыми уплотнениями.

Системы теплоотвода и теплообмена

35 могут быть выполнены как автономно, так и непосредственно в корпусе уплотнения,что позволит сделать устройство более компактным, Для повышения эффективности работы

40 сорбера свободный теплообмен генераторов с окружающей средой может быть заменен на принудительный теплообмен с дополнительной средой, Это позволит увеличить диапазон рабо45 чих температур в генераторах, а, следовательно, и их поглощающую и выделяющую способность при минимальных габаритных раз,мерах.

Формула изобретения

1. Уплотнение вала, содержащее установленные в корпусе и закрепленные на валу динамический элемент, систему изменения давления в полости герметизации между динамическим элементом и концевым контактным уплотнением и систему теплоотвода динамического элемента, о т ли ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, система изменения давления

1781494

3: выполнена в виде сорбера с каналами всасывания и нагнетания, один из которых соединен с- полостью герметизации между динамическим элементом и концевым контактным уплотнением, при этом система 5 теплоотвода динамического элемента выполнена в виде взаимосвязанных магистралей отвода среды из полости корпуса, прохода через сорбер и возврата в полость герметизации. 10

2; Уплотнение по п.1, о т ri и ч а ю щ е ес я тем, что в магйстрали отвода среды из йолостй корпуса устайовлен распределитель режима работы сорбера.

3. Уплотнение по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я т ем, что, с целью повышения герметичности. концевое контактное уплотнение выполнено многоступенчатым с образованием полости между ступенями, связанной со свободным каналом нагнетания или всасывания сорбера.

4. Уплотнение по пп.1-3, о т л и ч а ю ще е с я тем, что сорбер содержит по крайней мере один генератор с обратными клапанами всасывания и нагнетания, причем генератор выполнен в виде емкости, заполненной сорбентом рабочего вещества, с системой нагрева и охлаждения сорбента.

1781494

1181494

Составитель И.Пащенко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор З.Салко

Редактор

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

Заказ 4265 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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