CZ301133B6 - Labyrintové tesnení mezi axiálne upevnenými konstrukcními soucástmi otocnými relativne vuci sobe - Google Patents

Abstract

Labyrintové tesnení mezi axiálne upevnenými konstrukcními soucástmi (7, 8) otocnými relativne vuci sobe kolem jedné osy (14), je provedeno s alespon dvema axiálne za sebou usporádanými prstencovými, neprerušovanými tesnicími kruhovými šterbinami (12) mezi vždy jednou celní plochou (11) prstencového elementu (9) usporádaného na jedné konstrukcní soucásti (7) a bezdotykove tesne sousedící protilehlou tesnicí plochou (13) na druhé konstrukcní soucásti (8). Celní plocha (11) a tesnicí plocha (13) tvorí pláštové plochy príslušné tesnicí kruhové šterbiny (12). Alespon jedna pláštová plocha alespon jedné tesnicí kruhové šterbiny (12) je vytvorena kuželovite. Pro vytvorení opacného úcinku proti vnikání tekutin z obou koncu labyrintového tesnení jsou celní plochy (11) a/nebo tesnicí plochy (13) tesnicích kruhových šterbin (12) na jednom konci labyrintového tesnení vytvoreny s opacným sklonem k celním plochám (11) a/nebo tesnicím plochám (13) tesnicích kruhových šterbin (12) na druhém konci labyrintového tesnení.

Description

Labyrintové těsnění mezi axiálně upevněnými konstrukčními součástmi otočnými relativně vůči sobě

Oblast techniky

Vynález se týká labyrintového těsnění mezi axiálně upevněnými konstrukčními součástmi otočnými relativně vůči sobě kolem jedné osy, s alespoň dvěma axiálně za sebou uspořádanými prstencovými, nepřerušovanými těsnicími kruhovými Štěrbinami mezi vždy jednou Čelní plochou to prstencového elementu uspořádaného na jedné konstrukční součásti a bezdotykově těsně sousedící protilehlou těsnicí plochou na druhé konstrukční součásti, přičemž četní plocha a těsnicí plocha tvoří plášťové plochy příslušné těsnicí kruhové Štěrbiny, a přičemž alespoň jedna plášťová plocha alespoň jedné těsnicí kruhové štěrbiny je vytvořena kuželovité.

Dosavadní stav techniky

Ze spisu DE 44 03 776 Al známé labyrintové těsnění uvedeného druhuje využito v oblasti kuličkového ložiska na přechodu od poháněcího motoru, ke kterému je prostřednictvím příruby připo20 jen pohon. Přitom je z hlediska skříně pevná konstrukční součást opatřena radiálně dovnitř směřujícími, paralelně k sobě navzájem uspořádanými prstencovými elementy, které mají shodný vnitřní průměr. Na hřídeli kotvy poháněcího motoru je upravena další prstencová konstrukční součást, která má v oblasti čelních ploch jednotlivých prstencových elementů sousední válcové těsnicí plochy. Tato další konstrukční součást má navíc radiálně ven orientovaná odstředivá žebra, která zasahují mezi prstencové elementy. Čelní plochy prstencových elementů mají nepatrně větší průměr než průměr přiřazené válcové těsnicí plochy, takže je vytvořena obvodová dutá válcová úzká těsnicí prstencová Štěrbina mezi odpovídající celní plochou a přiřazenou těsnicí plochou. Čelní plocha a těsnicí plocha tak vytvářejí vnitrní a vnější plášťovou plochu příslušně těsnicí prstencové štěrbiny. V praxi se ukázalo, že nelze dosáhnout absolutního kruhového prů30 běhu těsnicích ploch. Na základě technicky nezanedbatelných tvarových a polohových chyb se tak mění jen velmi nepatrná šířka těsnicí prstencové štěrbiny dynamicky s frekvencí oběhu. Pokud se dostane například olej, například v podobě kapek nebo jako olejová pěna, od kuličkového ložiska do labyrintového těsnění, a tím také na těsnicí prstencovou Štěrbinu, potom působí excentricky obíhající těsnicí plocha jako čerpadlo a dopravuje tak vzniklé znečištění skrz těsnicí prstencovou štěrbinu, takže se může dostat až k motoru a způsobit tam poruchy. Aby se zabránilo těmto nedostatkům, je do labyrintového uspořádání integrována odlehčená oblast, která je prostřednictvím kanálu připojena na difuzor působící jako Venturiho trysku, který je spojen s okolním prostředím.

Ze spisu US 5 029 876 je známé labyrintové těsnění, které se používá v souvislosti s chlazením komponent plynových turbin, přičemž tímto labyrintovým těsněním je veden definovaný proud chladicího vzduchu z vysokotlaké strany jako prosakující proud, aby se dosáhlo chladicího účinku na komponentě nacházející se na druhé straně labyrintového těsnění.

Ze spisu GB 274 049 A je známé labyrintové těsnění výše uvedeného druhu pro odstředivá čerpadla, parní nebo vodní turbíny, u něhož se prostřednictvím těsnicí kruhově Štěrbiny skloněné vůči ose otáčení vytváří čerpací účinek působící proti prosakujícímu proudu z vysokotlaké strany.

Ze spisu EP 0 608 672 Al je rovněž známé labyrintové těsněné výše uvedeného druhu pro uspořádání valivých ložisek mazaných olejem, u něhož se má rovněž prostřednictvím těsnicí kruhové štěrbiny skloněné vůči ose otáčení zabránit unikajícímu proudu z vnitřku tělesa ložiska.

U těchto známých labyrintových těsnění existuje ten problém, že musí být dodrženy zvlášť přesné provozní podmínky, zejména přesné tlakové podmínky na obou stranách labyrintového těsnění, aby se zajistilo, že médium, vůči němuž má být utěsnění provedeno, nemůže unikat z vnitřku tělesa směrem ven, aby se však stejnou měrou zabránilo vnikání nečistot do těsnění nebo dokon5 ce do vnitřku tělesa. To mimo jiné vyžaduje velmi nákladné přesné dimenzování konstrukčních součástí.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je na základě výše uvedených skutečností vytvořit labyrintové těsnění, které při střídajících se provozních podmínkách jednoduchým způsobem umožní spolehlivé oddělení prostorů uspořádaných na obou stranách těsnění.

ís Uvedený úkol splňuje labyrintové těsnění mezi axiálně upevněnými konstrukčními součástmi otočnými relativně vůči sobě kolem jedné osy, s alespoň dvěma axiálně za sebou uspořádanými prstencovými, nepřerušovanými těsnicími kruhovými štěrbinami mezi vždy jednou čelní plochou prstencového elementu uspořádaného na jedné konstrukční součásti a bezdotykově těsně sousedící protilehlou těsnicí plochou na druhé konstrukční součásti, přičemž čelní plocha a těsnicí plo20 cha tvoří plášťové plochy příslušné těsnicí kruhové štěrbiny, a přičemž alespoň jedna plášťová plocha alespoň jedné těsnicí kruhové Štěrbiny je vytvořena kuželovité, podle vynálezu, jehož podstatou je, že pro vytvoření opačného účinku proti vnikání tekutin z obou konců labyrintového těsnění jsou čelní plochy a/nebo těsnicí plochy těsnicích kruhových štěrbin na jednom konci labyrintového těsnění vytvořeny s opačným sklonem k čelním plochám a/nebo těsnicím plochám těsnicích kruhových štěrbin na druhém konci labyrintového těsnění.

U konstrukce labyrintového těsnění podle vynálezu je na základě kuželovitého uspořádání těsnicí kruhové štěrbiny z hlediska axiálního čerpacího účinku, ke kterému dochází na základě již zmíněných dynamických změn těsnicí štěrbiny v důsledku nekruhovitosti, vytvořena přídavně radiální komponenta v těsnicí kruhové štěrbině. Tato radiální komponenta čerpacího účinku je závislá na počtu otáček, průměru a radiálním prodloužení, jakož i sklonu kuželovité těsnicí kruhové štěrbiny v osovém směru. S výhodou je radiální šířka štěrbiny stejně velká v průběhu axiálního rozložení. Potom se vytvoří těsnicí kruhoví štěrbina v podobě dutého komolého kužele. Je však také možné sklonit jen jednu z plášťových ploch těsnicí kruhové štěrbiny, tedy buď čelní plochu prstencového elementu, nebo těsnicí plochu na přiřazené další konstrukční součásti, a to kuželovité. Obě uvedené plášťové plochy vsak také mohou byt vůči osovému směru skloněny opačně. Může být také účelné, když je sklon uvedených plášťových ploch upraven jen na části jejich axiálního rozložení. Pro velikost čerpacího účinku je přitom rozhodující zejména sklon vnější plášťové plochy těsnicí kruhové štěrbiny. Přitom je čerpací účinek nasměrován k tomu konci těsnicí kruhové štěrbiny, který má větší průměr. Větší průměr těsnicí kruhové štěrbiny je tak uspořádán k té straně, ze které mohou proudit rušivé tekutiny, zejména olej, voda nebo podobně, k labyrintovému těsnění. Pro čerpací účinek přitom může mít význam na zadržovanou tekutinu působící radiálně odstředivá síla, která dopravuje vnikající tekutinu do těsnicí kruhové štěrbiny navenek. Na skloněné vnější plášťové ploše potom vzniká komponenta proudění, která působí proti nekruhovým průběhům vytvářenému axiálnímu čerpacímu účinku ve vztahu k přitékající tekutině. Volbou sklonu kužele a počtu otáček přitom lze nastavit velikost protipůsobící silové složky. Aby bylo možné udržovat co nejmenší průměr těsnicími plochami opatřené konstrukční součásti, jsou axiálně za sebou následující těsnicí plochy ve tvaru komolého kužele přiřazeny v podélném řezu k sobě ve tvaru pilových zubů, což umožňuje upravit střední průměr alespoň přibližně zhruba stejně velký. Je také možné opatřit labyrintové těsnění těsnicími kruhovými Štěrbinami, které jsou skloněny navzájem opačně. Potom je například možné působit v centrální axiální oblasti odvětrávaného úseku labyrintového těsnění proti vnikání tekutiny z obou koncových oblastí. Mimoto mohou proti jedné společně těsnicí ploše být upraveny prstencové plochy i ve větším počtu. Je také účelné, a to zejména mezi některými sousedními

-7 CZ 301133 B6 těsnicími plochami upravit radiálně směrem ven orientované kroužky, které zasahují mezi příslušně sousední prstencové elementy a prostřednictvím těsnicí kruhové štěrbiny přicházející tekutinu odstřeďují radiálně do zachycovacích drážek, upravených mezi příslušnými prstencovými elementy. Takto lze odstředěnou tekutinu potom odvádět skrz společný sběrný kanál,

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším blíže vysvětlen ve spojení s příkladem provedení labyrintového těsnění zná10 zorněného na výkrese.

Na obr. 1 je znázorněn podélný řez labyrintovým těsněním pevně uloženým na ložiskovém štítu motoru.

Na obr. 2 je ve větším měřítku znázorněno prstencové těsnění v oblasti těsnicí kruhové Štěrbiny.

Příklady provedení vynálezu

Podle obr. 1 je ve vnitřním prostoru I pevné skříně elektromotoru pevně umístěna kotva 2 na hřídeli 3. Tento hřídel 3 je prostřednictvím valivého ložiska 4 otočně uložen v ložiskovém štítu 5 skříně. Z vnitřního prostoru I skříně navenek vyčnívající konec hřídele 3 je v poháněcím spojení s mechanickým pohonem, který bezprostředně navazuje na ložiskový štít 5 a ze kterého je znázorněno jen uspořádání ozubených kol 6 převodu. Ozubená kola 6 převodu se otáčejí v neznázor25 něné olejové lázni. Množství oleje dopravované ozubenými koly 6 převodu slouží také pro mazání valivého ložiska 4. Aby se přitom zabránilo, že by provozní olej, který prochází axiálně skrz valivé ložisko 4, vnikal do valivého prostoru 1 skříně motoru, je v axiální návaznosti na valivé ložisko 4 uspořádáno v axiálním směru ke kotvě 2 vícekomorové labyrintové těsnění. Toto labyrintové těsnění sestává z objímkové vnitřní konstrukční součásti 8, která je pevně nasazena na hřídel 3 a otáčí se s tímto hřídelem 3, jakož i z vnější konstrukční součásti 7, která obklopuje vnitřní konstrukční součást 8 a která je pevně spojena s ložiskovým štítem 5. Na vnitrní stěně vnější konstrukční součásti 7 jsou upraveny radiálně dovnitř směřující prstencové elementy 9, které jsou uspořádány ve vzájemném axiálním odstupu a mezi nimiž jsou upraveny dutiny ]_0 s průměrem ve tvaru písmene U. Jak je patrné z obr. 2, jsou upraveny radiálně dovnitř směřující čelní plochy JJ. prstencových elementů 9 při vytvoření těsnicí kruhové štěrbiny J2 v těsném sousedství a bezdotykově vždy proti plášťové těsnicí ploše J3, která je vytvořena na vnější stěně objímkové, s hřídelem 3 obíhající vnitřní konstrukční součásti 8. Protože těsnicí plocha 13 při praktických provozních podmínkách neobíhá přesně kruhově, mění se v radiálním směru měřená šířka těsnicí kruhové štěrbiny J2 s frekvencí otáčení hřídele 3. To způsobuje v těsnicí kruhové štěrbině 12, že například od valivého ložiska 4 přiváděný mazací olej je navzdory šířce štěrbiny, která je udržována velmi malá, čerpán skrz těsnicí kruhovou štěrbinu 12.

Aby se zabránilo průchodu tekutiny skrz těsnicí kruhovou štěrbinu 12, je tato vytvořena kuželovité. K tomu účelu je s výhodou kuželovité vytvořena jak čelní plocha H na prstencovém ele45 mentu 9, tak také přiřazená těsnicí plocha 13- Sklon na čelní ploše 11 a na těsnicí ploše JJ jsou vůči vyznačené ose 14 hřídele 3 zvoleny stejně velké a ve stejném směru. Těsnicí kruhová štěrbina J2 přitom má tvar dutého komolého kužele, jehož průměr se rozšiřuje proti tomu směru, ze kterého přichází zadržovaná tekutina, tedy především mazací olej. Pří otáčejícím se hřídeli 3 a unášené těsnicí ploše JJ je až na těsnicí kruhovou štěrbinu 12 vytlačovaná tekutina při vnikání do těsnicí kruhové štěrbiny 12 radiálně navenek zrychlována a získává na přiřazené skloněné čelní ploše JJ. vychýlení, které má vůči přítokovému směru tekutiny směřující silovou komponentu. Prostřednictvím volby sklonu lze se zřetelem na počet otáček hřídele 3 volit tuto silovou komponentu tak, že nekruhovým průběhem vytvářený čerpací účinek v těsnicí kruhové štěrbině J2 působí proti a nejméně částečně je kompenzován. Prostřednictvím vícenásobného vytvoření

-3CZ 301133 B6 takto uspořádaného labyrintového štěrbinového těsnění lze průchod tekutiny skrz příslušně vytvořené labyrintové těsnění redukovat nejméně do té míry, že nejsou potřebná přídavná opatření vzhledem ke shodnému těsnicímu účinku oproti uspořádání se zcela válcovou těsnicí kruhovou štěrbinou a že je potřebný jen zmenšený počet těsnicích kruhových štěrbin J2 vytvořených z prstencového elementu a těsnicí plochy J_3.

Odlišně od znázorněného příkladu provedení, u kterého mají plášťová celní plocha J_L a plášťová těsnicí plocha J3, těsní kruhové štěrbiny J2 stejný sklon, může byt také dostačující vytvořit ve tvaru kužele jen Čelní plochu J_L nebo těsnicí plochu 13, přičemž je však třeba brát v úvahu směr io z toho vyplývající silové komponenty ve vztahu na zdokonalený požadovaný těsnicí poměr.

Aby se udržovala radiální síla stěny vnitřní konstrukční součásti 8 co nejmenší, zvolí se střední průměr nejméně dvou v sousedství uspořádaných, kuželovitých těsnicích kruhových štěrbin J2 alespoň přibližně stejně velký. Příslušné, axiálně vedle sebe na otočně uložení vnitřní konstrukě15 ní součásti 8 upravené těsnicí plochy B ve tvaru komolého kužele přitom vytvářejí v axiálním podélném řezu tvar pilových zubů.

Aby se dále zdokonalilo odstřeďování stále ještě skrz těsnicí kruhovou štěrbinu 12 protlačované tekutiny, jsou v oblasti špiček pilových zubů vždy mezi dvěma sousedními těsnicími plochami JJ upraveny směrem ven orientované odstřeďovací kroužky 15, které zasahují mezi příslušné sousední prstencové elementy 9.

Pokud je možné vytlačovat nežádoucí tekutinu od obou stran těsnění, je účelné upravit těsnicí kruhovou štěrbinu 12 s opačným sklonem na axiálních koncových oblastech labyrintového těsně25 ní. U daného příkladu provedení je koncový úsek vnitřní konstrukční součásti 8, který je přivrácený ke kotvě 2, opatřen v souladu s tím plášťovou těsnicí plochou 13, jejíž sklon je vůči ose 14 upraven opačně ke sklonu těsnicí plochy J3 na protilehlém konci labyrintového těsnění, kterýje přivrácen k převodu. V souladu s tím jsou ale také plášťové čelní plochy JJ. přiřazených prstencových elementů 9 skloněny opačně. Mezi oblastmi s opačným sklonem těsnicí kruhové Štěrbiny

J_2 je labyrintové těsnění s výhodou zapojena neutrální komora 16, ze které se navenek odvádí vnikající tekutina. Na rozdíl od toho může být z dutiny 10, která je přivrácena k převodu, zde odloučená tekutina přiváděna nazpět s výhodou jako provozní olej opět k valivému ložisku 4, případně do převodu.

Jinak je také možné přiřadit nejméně dva prstencové elementy 9 k jedné společné těsnicí ploše U Jak je to v příkladu provedení podle obr. 1 znázorněno po obou stranách neutrální komory J6.

Celkově se prostřednictvím kuželovitého uspořádání těsnicí kruhové štěrbiny J2 dosáhne zdokonalení těsnicího účinku bez přídavného konstrukčního prostoru nebo jiných pomocných prostřed40 ků. Mimoto mohu být prostřednictvím takto využitelné silové komponenty zmenšeny požadavky na škrticí působení těsnicí kruhové štěrbiny J2 a tak je možné případně zvětšit radiální šířku štěrbiny, takže se může uskutečnit výroba konstrukčních součástí se zmenšenou přesností. Při zvětšené Šířce štěrbiny se také zmenšuje její relativní dynamická změna při rotujícím hřídeli 3, což opět vede ke zmenšení nežádoucího čerpacího efektu z hlediska přitékajícího oleje z proti45 lehlé strany. Přitom není potřebné zvětšovat průměr vnitřní konstrukční součásti 8 navzdory kuželovitému uspořádání těsnicí plochy 13, pokud jsou těsnicí plochy J3 při pohledu v podélném řezu pilově ozubené axiálně na sebe připojeny. Vnější konstrukční součást 7 společně s prstencovými elementy 9 je z montážních důvodů provedena dělené, zatímco vnitřní konstrukční součást 8 tvoří s těsnicími plochami Bas odstředivými kroužky B jednodílnou konstrukční jednot50 ku. Obě konstrukční součásti 7 a 8 jsou proti sobě navzájem otočné, ale v axiálním směru jsou upevněny až na přemístění podmíněná provozem. Také ta část odpovídající těsnicí plochy B, která je přiřazená bezprostředně k celní ploše JT, je v axiálním směru vytvořena bez přerušení.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   5 1. Labyrintové těsnění mezi axiálně upevněnými konstrukčními součástmi (7, 8) otočnými relativně vůči sobě kolem jedné osy (14), s alespoň dvěma axiálně za sebou uspořádanými prstencovými, nepřerušovanými těsnicími kruhovými štěrbinami (12) mezi vždy jednou čelní plochou (ll) prstencového elementu (9) uspořádaného na jedné konstrukční součásti (7) a bezdotykově těsně sousedící protilehlou těsnicí plochou (13) na druhé konstrukční součásti (8), to přičemž čelní plocha (11) a těsnicí plocha (13) tvoří plášťové plochy příslušné těsnicí kruhové štěrbiny (12), a přičemž alespoň jedna plášťová plocha alespoň jedné těsnicí kruhové štěrbiny (12) je vytvořena kuželovité, vyznačující se tím, že pro vytvoření opačného účinku proti vnikání tekutin z obou konců labyrintového těsnění jsou čelní plochy (11) a/nebo těsnicí plochy (13) těsnicích kruhových štěrbin (12) na jednom konci labyrintového těsnění vytvořeny

   15 s opačným sklonem k Čelním plochám (11) a/nebo těsnicím plochám (13) těsnicích kruhových štěrbin (12) na druhém konci labyrintového těsnění.
2. 2. Labyrintové těsnění podle nároku 1, vyznačující se tím, že čelní plocha (11) je vytvořena kuželovité.
3. 3. Labyrintové těsnění podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že těsnicí plocha (13) je vytvořena kuželovité.
4. 4* Labyrintové těsnění podle alespoň jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím,

   25 že obě plášťové plochy těsnicí kruhové štěrbiny (12) jsou vytvořeny kuželovité a mají stejný sklon.
5. 5. Labyrintové těsnění podle alespoň jednoho z nároků laž4, vyznačující se tím, že střední průměry nejméně dvou v sousedství uspořádaných kuželových těsnicích kruhových

   30 štěrbin (12) jsou alespoň přibližně stejně velké.
6. 6. Labyrintové těsnění podle alespoň jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že proti jedné průchozí společné těsnicí ploše (13) jsou upraveny alespoň dva prstencové elementy (9).
7. 7. Labyrintové těsnění podle alespoň jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že na jedné konstrukční součásti (8) je axiálně za sebou uspořádáno více kuželových těsnicích ploch (13).

   40 8. Labyrintové těsnění podle nároku 7, vyznačující se tím, že mezi sousedními těsnicími plochami (13) jsou uspořádány odstředivé kroužky (15) orientované směrem ven, které zasahují mezi přiřazené sousední prstencové elementy (9).