Торцевое уплотнение вращающегося вала

 

Торцевое уплотнение вращающегося вала относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации вращающихся валов насосов, перекачивающих высокотемпературные, взрыво- и пожароопасные, токсичные жидкости. Торцевое уплотнение вращающегося вала состоит из вращающегося уплотнительного элемента, закрепленного на валу, и невращающегося уплотнительного элемента, установленного в корпусе. Для охлаждения элементов торцевого уплотнения используется охлажденная перекачиваемая среда. Подача охлажденной среды осуществляется через каналы, выполненные во фланце, закрепленном на корпусе уплотнения, затем охлажденная среда попадает в полость, образованную проточкой во фланце и опорным кольцом. Через перепускные каналы и дросселирующий зазор среда поступает в полость уплотнения и по каналам и цилиндрическим отверстиям втулки, установленной в корпусе и разделяющей полость насоса и полость уплотнения, а также через дросселирующий зазор, образованный внутренней поверхностью втулки и наружной поверхностью вала, поступает в полость насоса. Таким образом осуществляется равномерное и эффективное охлаждение элементов уплотнения, исключается влияние на температурный режим в полости уплотнения высокотемпературной перекачиваемой среды, исключаются температурные перекосы антифрикционных колец, разрушения вторичных и вспомогательных уплотнений, повышается надежность и срок службы торцевого уплотнения. 2 ил.

Изобретение относится к уплотнительной технике, а именно к торцевым уплотнениям, и может быть использовано для герметизации валов насосов, перекачивающих высокотемпературные, взрыво- и пожароопасные, токсичные, химически агрессивные и другие жидкости.

Торцевые уплотнения хорошо известны и широко применяются в условиях нормальных температур перекачиваемой среды (20-90^oC). Однако при высоких температурах (150-300^oC) надежность и долговечность уплотнений резко снижается, и они выходят из строя задолго до выработки необходимого ресурса. Из уровня техники известны конструкции торцевых уплотнений для насосов, перекачивающих высокотемпературные жидкости, разработанные ВНИИ нефтяного машиностроения [1] . В указанных уплотнениях пару трения образуют вращающееся кольцо, установленное во втулке с вторичным уплотнением, и невращающееся кольцо, расположенное в корпусе. Подачу охлаждающей жидкости, в качестве которой используют охлажденный нефтепродукт, осуществляют в полость уплотнения через отверстие в корпусе уплотнения.

Известно охлаждаемое комбинированное уплотнение, содержащее манжету с выступом над уплотняющей кромкой, торцевое уплотнение, состоящее из опорной и подпружиненной втулок, одна из которых установлена на валу, а другая в корпусе, и систему охлаждения, соединяющую источник давления с полостью торцевого уплотнения. В этом уплотнении на выходе после одной из ступеней насоса отбирается часть компонента и по специальным каналам поступает в замкнутую полость, заполняя ее, а затем по отверстиям и радиальным пазам в уплотнительном кольце выходит в полость корпуса уплотнения [2].

Известно также охлаждаемое торцевое уплотнение насоса для нефтепровода, содержащее уплотнительный узел, состоящий из вращающегося уплотнительного кольца, закрепленного в уплотнительной втулке, и невращающегося уплотнительного кольца, установленного с натягом в стакане, скользящем аксиально в направляющей втулке, и уплотненное по наружному диаметру круглым кольцом и опорным кольцом. С целью охлаждения поверхностей скольжения в крышке корпуса предусмотрен трубопровод для подачи охлаждающей среды, проходящей через кольцевую полость - паз. У места входа в паз неподвижно установлен сменный отражательный кожух (щиток), преломляющий прямую нагнетательную струю охлаждающей среды и обеспечивающий радиальное смывание поверхностей скольжения [3].

Недостатками вышеуказанных уплотнений является неравномерное охлаждение элементов торцевого уплотнения, так как охлаждающая жидкость омывает в основном поверхности скольжения, что приводит к температурному перекосу элементов пары трения и снижению надежности уплотнений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является торцевое уплотнение вращающегося вала, содержащее пару трения, состоящую из вращающегося и невращающегося элементов, установленных герметично на валу и в корпусе и поджатых друг к другу, и систему охлаждения, включающую каналы для подвода охлаждающей запирающей среды, выполненные в корпусе, расположенные с тыльной стороны невращающегося элемента, перепускные каналы, выполненные в невращающемся уплотнительном элементе, прорези, выполненные на наружной поверхности элементов пары трения. Перепускные каналы, прорези и каналы для подвода охлаждающей среды сообщены между собой.

В указанном уплотнении элементы уплотнения охлаждаются неравномерно, т. к.: неравномерно распределяется по полости уплотнения охлаждаемая среда; количество охлаждаемой среды по сравнению с объемом перекачиваемой среды слишком мало для того, чтобы исключить влияние высокотемпературной перекачиваемой среды на элементы уплотнения; вал перекачивающего агрегата от перекачиваемой среды нагревается, что вносит свою долю температурного дискомфорта в температурное поле полости уплотнения.

Указанные недостатки не позволяют получить равномерную температуру в полости уплотнения и исключить температурный перекос пары трения, а также разрушение вторичных и вспомогательных уплотнений. Вторичные уплотнения предотвращают протечки уплотняемой среды через радиальный зазор между элементами уплотнения, подвижного в осевом направлении, и сопряженной с ним деталью. Вспомогательные уплотнения предотвращают протечки между деталями уплотнения и выход уплотняемой среды по валу. Как правило, вторичные и вспомогательные уплотнения изготавливают из эластомерного материала, например в виде резиновых колец. От воздействия на них высокой температуры они разрушаются, что снижает надежность и срок службы торцевого уплотнения.

Технической задачей изобретения является осуществление равномерного охлаждения элементов уплотнения, исключение перекосов уплотнительных элементов, исключение разрушения вторичных и вспомогательных уплотнений, повышение надежности и долговечности торцевого уплотнения.

Поставленная задача решается следующим образом.

В торцевом уплотнении вращающегося вала, содержащем пару трения, состоящую из вращающегося и невращающегося уплотнительных элементов, установленных герметично на валу и в корпусе и поджатых друг к другу, причем невращающийся элемент пары трения установлен с дросселирующим зазором относительно корпуса, систему охлаждения, включающую каналы для подвода охлажденной перекачиваемой среды, расположенные с тыльной стороны невращающегося элемента, перепускные каналы, в корпусе уплотнения установлена втулка, разделяющая полость уплотнения и полость насоса, полость уплотнения соединена с полостью насоса посредством каналов и цилиндрических отверстий, выполненных во втулке, а также через дросселирующий зазор, образованный внутренней поверхностью втулки и наружной поверхностью вала, при этом каналы для подвода охлаждающей среды выполнены во фланце, закрепленном на корпусе уплотнения.

Такое распределение охлаждающей среды позволяет осуществить равномерное и эффективное охлаждение элементов уплотнения, исключить разрушение вторичных и вспомогательных уплотнений, повысить надежность и увеличить срок службы торцевого уплотнения.

На фиг. 1 изображен продольный разрез торцевого уплотнения, на фиг. 2 - поперечное сечение А-А.

Через корпус 1 проходит вращающийся вал 2. Пару трения образуют вращающийся и невращающийся уплотнительные элементы. Вращающийся уплотнительный элемент состоит из антифрикционного кольца 3 и опорной втулки 4, вращающейся вместе с валом. Невращающийся элемент состоит из антифрикционного кольца 5 и аксиально подвижного опорного элемента 6, подпружиненного упругим элементом. Для предотвращения протечки между антифрикционными и опорными элементами установлены эластомерные уплотнительные кольца 7, 8. Герметизация щели между аксиально подвижным в осевом направлении опорным элементом и взаимодействующей с ним в радиальном направлении деталью установлено вторичное уплотнение в виде эластомерного кольца 9, для предотвращения выхода уплотняемой среды между поверхностью вала 1 и втулкой опорного элемента 4 установлено уплотнительное эластомерное кольцо 10. Система охлаждения включает фланец 11, закрепленный на корпусе 1, каналы 12 для подачи охлажденной среды, выполненные во фланце, кольцевую полость 13, образованную проточкой во фланце 11 и опорным кольцом 5 невращающегося уплотнительного элемента, перепускные каналы 14, расположенные равномерно по окружности дросселирующего зазора 15, полость уплотнения 16, втулку 17, установленную в корпусе без зазора и расположенную между полостью насоса и полостью уплотнения для создания теплового барьера и предотвращения перегрева и разрушения вторичных уплотнений и других элементов уплотнения, дросселирующий зазор 18, образованный внутренней поверхностью втулки 17 и наружной поверхностью вала 2. Для увеличения поверхности охлаждения во втулке 17 выполнены каналы 19 и цилиндрические отверстия 20.

Торцевое уплотнение работает следующим образом.

Охлажденная перекачиваемая среда подается по каналам 12 фланца 11 в кольцевую полость 13, далее по каналам 14 и через дросселирующий зазор 15 поступает в полость уплотнения 16, обеспечивая равномерное распределение охлажденной среды в полости уплотнения и соответственно равномерное охлаждение элементов уплотнения. По отверстиям 19 и 20 втулки 17, а также через дросселирующий зазор 18 охлажденная среда поступает в полость насоса 21. По всему пути следования охлажденная среда равномерно омывает элементы уплотнения, отбирая тепло, равномерно и эффективно охлаждая их.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получить равномерное температурное поле в полости уплотнения за счет равномерного распределения охлажденной перекачиваемой среды, создать тепловой барьер между полостью насоса и полостью уплотнения, устранить перекосы в уплотняющем контакте и термическое разрушение вторичных и вспомогательных уплотнений.

Литература 1. Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник под редакцией А.И. Голубева, Л.А.Кондакова. - М., Машиностроение, 1994, с. 323-327.

2. Авторское свидетельство СССР N 1122849, заявка N 3579067/25-08 от 14.04.83, МПК 3 F 16 J 15/34, опубл. 07.11.84, Бюл. N 41.

3. Авторское свидетельство СССР N 1441130, заявка N 2439817/25-08 от 18.01.77, МПК 4 F 16 J 15/34, опубл. 30.11.88, Бюл. N 44.

4. Авторское свидетельство СССР N 1753134, заявка N 4900525/29 от 08.01.91, МПК 5 F 16 J 15/34, опубл. 07.08.92, Бюл. N 29 - прототип.

Формула изобретения

Торцевое уплотнение вращающегося вала, содержащее пару трения, состоящую из вращающегося и невращающегося уплотнительных элементов, установленных герметично на валу и в корпусе и поджатых друг к другу, причем невращающийся элемент пары трения установлен с дросселирующим зазором относительно корпуса, систему охлаждения, включающую каналы для подвода охлажденной среды, расположенные с тыльной стороны невращающегося элемента, перепускные каналы, отличающееся тем, что в корпусе уплотнения установлена втулка, разделяющая полость уплотнения и полость насоса, полость уплотнения соединена с полостью насоса посредством каналов и цилиндрических отверстий, выполненных во втулке, а также через дросселирующий зазор, образованный внутренней поверхностью втулки и наружной поверхностью вала, при этом каналы для подвода охлаждающей среды выполнены во фланце, закрепленном на корпусе уплотнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2