Уплотнение вала

 

Использование: для уплотнения валов компрессоров, насосов, турбин. Сущность изобретения: в корпусе размещены аксиально-подвижные с нажимной пружиной и на валу вращающиеся уплотнительные кольца, Последнее кольцо выполнено с уплотнительным пояском и спиральными канавками , расположенными под острым углом к направлению вращения вала, снабжено средством поджатия и зафиксировано от окружного проворота. Средство поджатия выполнено в виде опорных элементов, установленных в выполненных в валу радиальных сверлениях и поджатых к внутренней поверхности вращающегося кольца пружиненными элементами. Опорные элементы выполнены с сферической поверхностью контакта, зафиксированы от выпадания установленными герметично в теле вала гайками с центральными отверстиями , поверхностью каждого из к-рых образовано коническое седло для опорного элемента. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. Ё

сОюз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 16 J 15/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4896296/29 (22) 25.12.90 (46) 23.06.93. Бюл. № 23 (71) Сумское машиностроительное научнопроизводственное объединение им.М. 8. Фрунзе и Всесоюзное научно-производственное объединение турбохолодильной, газоперекачивающей и газотурбинной техники "Союэтурбогаэ" (72) В.Р,Пшик, Л,В.Черепов, Н.Д.Федоренко, В.К,Кривонос и В.И.Твердохлебов (56) Патент США N4212475,,кл. F 16 3 15/34, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1588966, кл. F 16 J 15/16, 1989. (54) УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА (57) Использование; для уплотнения валов компрессоров, насосов, турбин. Сущность изобретения: в корпусе размещены аксиИзобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в конструкциях концевых уплотнений валов турбомашин различного назначения, в частности компрессоров, насосов и турбин.

На фиг,1 показано уплотнение вала, продольный разрез; на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1.

Уплотнение вала содержит размещенные в корпусе 1 аксиально подвижное 2 с нажимной пружиной 3 и на валу 4 вращающееся 5 уплотнительные кольца, последнее иэ которых выполнено с уплотнительным пояском 6 и спиральными канавками 7, расположенными подострым углом к направлению вращения вала 4. установлено на валу

ЫЛ „„1822914 А1 ально-подвижные с нажимной пружиной и на валу вращающиеся уплотнительные кольца, Последнее кольцо выполнено с уплотнительным пояском и спиральными канавками, расположенными под острым углом к направлению вращения вала, снабжено средством поджатия и зафиксировано от окружного проворота, Средство поджатия выполнено в виде опорных элементов, установленных в выполненных в валу радиальных сверлениях и поджатых к внутренней поверхности вращающегося кольца пружиненными элементами. Опорные элементы выполнены с сферической поверхностью контакта, зафиксированы от выпадания установленными герметично в теле вала гайками с центральными отверстиями, поверхностью каждого из к-рых образовано коническое седло для опорного элемента, 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

4 со средством поджатия 8 и зафиксировано от окружного проворота. Средство поджатия 8 выполнено в виде, по меньшей мере, трех опорных элементов 9, установленных в выполненных в валу 4 радиальных сверлениях 10 и поджатых к внутренней поверхности 11 вращающегося кольца 5 посредством пружинных элементов 12, причем опорные элементы 9 выполнены со сферической поверхностью контакта. Опорные элементы могут быть зафиксированы от выпадания посредством установленных герметично в теле вала 4 гаек 13 с центральными отверстиями 14, поверхностью которого образовано коническое седло 15 для опорного элемента 9.

1822914

Уплотнение вала работает следующим образом.

При работе турбомвшины, например, центробежного компрессора высокого давления, уплотняемая газовая среда поступает в камеру корпуса 1 над аксиально-подвижным 2 и вращающимся 5 уплотнительными кольцами, При вращении вала 4 спиральный канавки 7 воздействуют на газовую среду, передавая ей кинетическую энергию от вращающегося вала 4 и повышая ее давление на некоторую величину, превышающую давление в камере корпуса 1 над уплотнител ьными кольцами 2 и 5, что приводит к раскрытию торцового стыка между последними с образованием зазора, который позволяет предотврагить касание колец 2 и 5 между собой минимизировать величину утечки газовой среды. Кроме того, газовая среда при движении к центру встречает сопротивление уплотнительного пояска 6, что также уменьшает утечку газовой среды, Таким образом, на уплотнительные коьца 2 и 5 в процессе работы воздействуют следующие силы: газодинамическая сила, вызванная действием спиральных канавок

7 на газовую среду, сила давления газовой среды, окружающей уплотнительные кольца 2 и 5 и сила упругости нажимной пружины.

Указанные силовые факторы позволяют установить стабильную величину торцового уплотнительного зазора, близкую к 3 мкм.

При изменении режимов эксплуатации возможно изменение величины уплотнительного зазора в сторону его уменьшения или увеличечия, Соогветственно изменяются и силы в уплотнительном слое газовой среды, Но, в обоих случаях результирующая сила остается постоянной и равновесие быстро восстанавливается при поддержании расчетной величины уплотнительного зазора. То есть, в данной конструкции уплотнения вала, даже сравнительно небольшое изменение величины уплотнительного зазора приводит к появлению значительных неуравновешенных сил, стремящихся вернуть кольца 2 и 5 в первоначальное положение. При этом уплотнение становится нечувствительным к колебаниям давления и другим механическим воздействиям, например, осевым усилениям. поскольку между уплотнительными кольцами

2 и 5 нет прямого контакта.

Уплотнение вала обладает самоцентрирующейся способностью, так как при угловом отклонении уплотнительного кольца 2 относительно вращающегося кольца 5, на кольцо 2 действует крутящий момент, вос5

55 станавливающий параллельность ответных поверхностей уплотнительных колец 2 и 5.

При этом за счет установки вращающегося кольца 5 на опорных элементах 9 со сферической поверхностью контакта и возможности углового перемещения относительно оси симметрии, В процессе эксплуатации опорные элементы 9 поджимаются к внутренней поверхности 11 вращающегося кольца 5 посредством пружинных элементов 12, например, в виде тарельчатых или витых пружин, что создает дополнительный стабилизирующий момент, действующий на кольцо 5, В предпочтительном варианте вращающееся уплотнительное кольцо может быть из твердых сплавов, например, из карбида вольфрама, т,е. из материала с минимальными деформациями в процессе работы. Аксиально-подвижное кольцо 2 может быть изготовлено из материала — графита. Возможен вариант изготовления пары уплотнительных колец 2 и 5, одно из которых выполнено иэ карбида кремния, а второе— из нитрита кремния, Выполнение спиральных канавок 7 на торцовой поверхности уплотнительного кольца 5 может быть осуществлено ионным травлением посредством использования масок. наносимых на торцовую поверхность кольца 5 или лазерной обработкой.

Формула изобретения

1. Уплотнение вала, содержащее размещенные в корпусе аксиально-подвижные с на>кимной пружиной и на валу вращающиеся уплотнительные кольца, последнее из которых выполнено с уплотнительным пояском и спиральными канавками, расположенными под острым углом к направлению вращения вала, снабжено средством поджатия и зафиксировано от окружного проворота, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что средство поджатия выполнено в виде по меньшей мере трех опорных элементов, установленных в валу радиальных сверлениях и поджатых к внутренней поверхности вращающегося кольца посредством пружинных элементов, причем опорные элементы выполнены со сферической поверхностью контакта, 2. Уплотнение по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что опорные элементы зафиксированы от выпадания посредством установленных герметично в теле вала гаек с центральными отверстиями, поверхностью каждого из которых образовано коническое седло для опорного элемента.

1822914

7 1

Фыг 7

Редактор А.Бер

Заказ 2175 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Составитель Л.Черепов

Техред М. Моргентал Корректор Н.Король