Бесконтактное уплотнительное устройство

 

Использование: для уплотнения вращающихся валов гидромашин. Сущность изобретения: вал установлен с зазаром в кольцевой проточке корпуса. На валу герметично закреплен импеллер в форме диска с радиальными лопатками на торцевой поверхности, обращенной в сторону, противоположную уплотняемой полости. В торцевой стенке проточки корпуса со стороны лопаток выполнен ряд перепускных каналов с входными участками. Входные участки смещены к периферии импеллера, выходные - к его основанию. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к бесконтактным уплотнительным устройствам импеллерного типа вращающихся валов гидромашин.

Известны гидродинамические импеллерные уплотнения [1] Наиболее близким техническим решением к изобретению является уплотнение с импеллером в виде герметично закрепленного на валу диска с радиальными лопатками на торцевой поверхности, обращенной в сторону, противоположную уплотняемой полости [2] Недостатком указанного устройства является невысокая герметизирующая способность на режимах работы гидромашины с высоким перепадом давления на уплотнении и/или при низких оборотах вала.

Задача изобретения состоит в повышении эффективности герметизации.

Технический результат достигается тем, что в бесконтактном уплотнительном устройстве, включающем вал, корпус, а также установленный в корпусе и герметично закрепленный на валу импеллер в форме диска с радиальными лопатками на торцевой поверхности, обращенной в сторону, противоположную уплотняемой полости, в торцевой стенке проточки корпуса со стороны лопаток импеллера выполнен ряд перепускных каналов с входными и выходными участками, причем входные участки каналов смещены к периферии импеллера, а выходные к его основанию, при этом оси перепускных каналов расположены в сечениях, проходящих через ось импеллера, диаметры смежных перепускных каналов или их групп различны, центральные углы между смежными перепускными каналами или их группами различны, расстояния от входных и/или выходных участков смежных перепускных каналов или их групп до оси импеллера различны, выходные участки перепускных каналов в зоне пониженного давления направлены под углом к оси импеллера в сторону, противоположную направлению его вращения, а в выходных участках перепускных каналов установлены форсунки.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства; на фиг. 2 вид на торцевую стенку проточки корпуса по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 то же, варианты исполнения; на фиг. 5 развертка сечения по Б-Б на фиг. 1.

Устройство состоит из вала 1, корпуса 2 и импеллера 3, герметично закрепленного на валу 1 известными конструктивными способами. Импеллер 3 с лопатками 4 размещен с зазорами в кольцевой проточке 5 корпуса 2 лопатками в сторону, противоположную уплотняемой полости, охватывающей вал 1. В торцевой стенке 6 проточки 5 в корпусе 2 выполнен ряд перепускных каналов 7, включающих входные участки 8, радиальные каналы 9 и выходные участки 10. Входные участки 8 выполнены на большем радиусе, на периферии импеллера 3 в зоне повышенного давления, а выходные участки 10 на меньшем радиусе основания импеллера в зоне пониженного давления. На фиг. 1 корпус 2 схематично показан составным, однако выполнение каналов 7 и размещение в проточке 5 импеллера 3 может быть осуществлено различными известными приемами.

На фиг. 2 показан вариант решения с различными по диаметру выходными участками 10 смежных каналов или их групп 7 (d₁, d₂ и т.д.); на фиг. 3 вариант с одинаковыми по диаметру выходными участками 10, но размещенными с различными центральными углами между ними (α₁, α₂ и т.д.); на фиг. 4 вариант с размещением выходных участков 10 на разных расстояниях от оси импеллера 3 (R₁, R₂ и т. д.). Возможное размещение входных участков 8 на разных радиусах на фиг. 4 не показано. На фиг. 5 показан вариант выполнения выходных участков 10 под углом β к оси импеллера, направленных в сторону, противоположную направлению вращения импеллера 3 (показано стрелкой V). В выходных участках 10 предложено размещать форсунки 11 известных типов.

Устройство работает следующим образом.

При вращении импеллера 3 рабочая жидкость в зазорах между импеллером 3 и проточкой 5 корпуса 2 находится в сложном движении как в осевом, так и в радиальном направлениях, характеризующемся вихреобразованием, срывами потока, интенсивной турбулизацией жидкости. Известно также, что увеличение турбулизации приводит к увеличению гидравлического сопротивления движению жидкости в тракте. Наличие перепускных каналов 7 обеспечит перемещение жидкости в лопатках 4 импеллера на меньшем радиусе, т.е. из области повышенного давления в зону пониженного давления. Указанные различия в геометрических размерах выходных участков 10 каналов 7 (фиг. 2 и 4), а также различие в их размещении вдоль окружности (фиг. 3) обеспечивают впрыск жидкости через участки 10 на лопатки 4 с различной скоростью и расходом жидкости, что приведет к соударению струй, более сложному движению жидкости с возможным подсосом газа из дренажной полости (фиг. 1). В результате будет обеспечена дополнительная турбулизация жидкости. Направление выходных участков 10 против вращения импеллера 3 под углом к его оси, а также размещение в участках 10 форсунок 11 способствует увеличению турбулизации жидкости. В итоге увеличивается гидравлическое сопротивление тракта и повышается эффективность герметизации устройства.

Формула изобретения

1. БЕСКОНТАКТНОЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, включающее вал, установленный с зазорами в кольцевой проточке корпуса и герметично закрепленный на валу импеллер в форме диска с радиальными лопатками на торцевой поверхности, обращенной в сторону, противоположную уплотняемой полости, отличающееся тем, что в торцевой стенке проточки корпуса со стороны лопаток импеллера выполнен ряд перепускных каналов с входными и выходными участками, причем входные участки каналов смещены к периферии импеллера, а выходные к его основанию.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оси перепускных каналов расположены в сечениях, проходящих через ось импеллера.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что диаметры смежных перепускных каналов или их групп различны.

4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что центральные углы между смежными перепускными каналами или их группами различны.

5. Устройство по пп. 2 4, отличающееся тем, что расстояния от входных И/ИЛИ выходных участков смежных перепускных каналов или их групп до оси импеллера различны.

6. Устройство по пп. 1, отличающееся тем, что выходные участки перепускных каналов направлены под углом к оси импеллера в сторону, противоположную направлению его вращения.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в выходных участках перепускных каналов установлены форсунки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5