Гидродинамическое уплотнение

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в высокоскоростных насосных агрегатах. Гидродинамическое уплотнение содержит установленный на валу в кольцевой проточке корпуса импеллер с радиальными каналами на рабочей поверхности. В радиальных каналах размещен динамический уплотняющий элемент, выполненный из ячейкообразных перегородок, образующих диффузоры и конфузоры, расположенные относительно соседних ячеек в шахматном порядке и заполненные проницаемым адсорбентом. Изобретение повышает надежность герметизации как в условиях изменяющихся температур уплотняемой жидкости и внешней среды, так и изменяющегося качества жидкостей, обусловленных насыщенностью загрязнениями, находящимися в уплотняющей жидкости и перекачиваемой внешней среде. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в высокоскоростных насосных агрегатах.

Известно динамическое уплотнение роторной машины (см. а.с. 1645692, Мкл F 16 i 15/42 Бюл. N 16, 1991) содержащее установленный на валу, помещенный в кольцевой полости между подвижным корпусом и валом, взаимодействующий с уплотняемой средой динамический уплотняющий адсорбирующий пористый элемент.

Недостатком является невысокая надежность герметизации при изменяющихся условиях эксплуатации, обусловленная наличием температурного градиента по толщине адсорбирующего элемента в процессе очистки среды от вредных токсичных и т.п. включений.

Известно гидродинамическое уплотнение (см а. с. 1702043, Мкл F 16 i 15/42, Бюл. N 48, 1991), содержащее установленный на валу в кольцевой проточке корпуса импеллер с радиальными каналами на рабочей поверхности, а обращенная к рабочей стороне импеллера стенка проточки выполнена в виде упругой пластины с зубчатыми выступами и установленными на тыльной ее стороне пьезоэлектрическими элементами.

Недостатком является невысокая герметизация, связанная с возможностью наличия в уплотняемой жидкости вредных токсичных и т.п. включений, приводящих к снижению герметизирующих свойств гидродинамического уплотнения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности герметизации как в условиях изменяющихся температур уплотняемой жидкости и внешней среды, так и изменяющегося качества жидкостей, обусловленных насыщенностью загрязнениями, находящихся в уплотняющей жидкости и перекачиваемой внешней среде, путем использования динамического элемента, выполненного из проницаемого адсорбента и обеспечивающего устранение, сопутствующего процессу очистки, температурного градиента за счет включения ячейкообразных перегородок в динамическом элементе с образованием чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров.

Технический результат достигается тем, что гидродинамическое уплотнение содержит установленный на валу в кольцевой проточке корпуса импеллер с радиальными каналами на рабочей поверхности и включает размещенный в радиальных каналах динамический уплотняющий элемент, выполненный из ячейкообразных перегородок, образующих диффузоры и конфузоры, расположенные относительно соседних ячеек в шахматном порядке и заполненные проницаемым адсорбентом.

На фиг. 1 изображено гидродинамическое уплотнение с импеллером, продольный разрез.

Гидродинамическое уплотнение содержит импеллер 1, установленный на валу 2 в кольцевой проточке 3 корпуса 4 упругой пластины 5, расположенной напротив радиальных каналов 6 импеллера. На поверхности упругой пластины 5, обращенной к импеллеру 1, выполнены зубчатые выступы 7 с острыми кромками и имеющие различные конструктивные решения. На тыльной стороне упругой пластины 5 установлены пьезокерамические элементы 8 с нанесенными электродами для соединения с генератором электрических сигналов (не показано). В радиальных канавках 6 размещен динамический элемент 9, закрепленный определенным образом на диске импеллера 1 и выполненный из проницаемого адсорбента, имеющего форму динамического элемента в виде кольца или радиального сегмента, или стержней. Динамический элемент 9 состоит из ячейкообразных перегородок 10, образующих диффузоры 11 и конфузоры 12, расположенные относительно соседних ячеек в шахматном порядке и заполненных проницаемым адсорбентом.

Гидродинамическое уплотнение работает следующим образом.

При вращении вала 2 с импеллером 1 вращаются расположенный в радиальных каналах 6 динамический элемент 9, выполненный из проницаемого адсорбента, и жидкость, находящаяся между динамическим элементом 9 и пластиной 5. Динамический элемент 9 взаимодействует с уплотняемой средой и создает противодавление путем образования в полости герметизации импеллера 1 замкнутого вихревого движения вдоль вращающейся поверхности динамического элемента 9 в тракт роторной машине под действием динамических, в данном случае центробежных сил, действующих на среду, находящуюся в полости герметизации 1 и вдоль неподвижной поверхности корпуса 4 из тракта под действием сил давления уплотняемой среды.

Вследствие обтекания потоком жидкости выступов 7 возникают отрывные течения, характеризующиеся появлением возвратных потоков и вихрей. Вихревые движения жидкости в свою очередь способствуют возникновению газового вихря. В области раздела между жидкостью и газом образуется зона двухфазного подслоя, в который попадают капли жидкости, отрывающиеся от поверхности динамического элемента 9. В дальнейшем эти капли жидкости могут быть увлечены либо газовым потоком к центру, либо по инерции в окружном направлении обратно к поверхности жидкости. Некоторые капли, достигнув поверхности пластины 5, в результате соударения к которой одна часть капель, дробясь, отразится от ее поверхности, а другая часть капель прилипнет к поверхности пластины 5, что вызывает появление пленки жидкости, текущей по поверхности пластины 5 под действием радиального газового вихря от границы раздела фаз к центру вращения. Воздействие капель жидкости приводит к деформации упругой пластины 5, разрыву пленки жидкости и мелкому дроблению капель посредством зубчатых выступов 7 с острыми кромками, работающими в простеночном слое. Регулирование зубчатых выступов 7 осуществляется с помощью пьезокерамических элементов 8, связанных посредством электродов с генератором (не показано).

Уплотняемая среда, находящаяся в полости герметизации между динамическим элементом 9 и выступами 7 гибкой пластины 5, заполняет поры проницаемого адсорбента. Проходя последовательно проницаемый адсорбент, находящийся в ячейкообразных перегородках, выполненных в виде диффузоров 11 и конфузоров 12, уплотняемая среда очищается, непрерывно меняет свою скорость, что приводит к цикличному изменению процесса тепломасообмена в ячейках динамического элемента 9. Шахматное расположение диффузоров 11 и конфузоров 12 обеспечивает достижение теплового равновесия по толщине динамического элемента 9, так как расположение на одном уровне диффузора одной ячейки и конфузора другой ячейки компенсирует возрастание в одной ячейке и уменьшение в другой ячейке скорости очищаемого потока, что в конечном итоге приводит к созданию равномерной эпюры скоростей адсорбции с оптимальным тепловым равновесием (см. , например, Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел. Джайлс Ч. и др. Перевод с англ. Тарасевич Б.Н. -М.: 1986 - 488 с.).

Оригинальность технического решения заключается в том, что выполнение гидродинамического уплотнения с динамическим элементом из проницаемого адсорбента с ячейкообразными перегородками не только обеспечивает герметизацию с очисткой как уплотняющей, так и внешней среды, но и повышает надежность герметизации на различных режимах работы путем поддержания теплового равновесия в адсорбирующем динамическом элементе, при контакте его с двухфазным подслоем уплотняющей среды.

Формула изобретения

Гидродинамическое уплотнение, содержащее установленный на валу в кольцевой проточке корпуса импеллер с радиальными каналами на рабочей поверхности, а обращенная к рабочей поверхности импеллера стенка проточки выполнена в виде упругой пластины с зубчатыми выступами и установленными на тыльной ее стороне пьезокерамическими элементами, отличающееся тем, что в радиальных каналах размещен динамический уплотняющий элемент, выполненный из ячейкообразных перегородок, образующих диффузоры и конфузоры, расположенные относительно соседних ячеек в шахматном порядке и заполненные проницаемым адсорбентом.

РИСУНКИ

Рисунок 1