FI68713C

FI68713C - MANUFACTURING EQUIPMENT AND ROTARY AXEL

Info

Publication number: FI68713C
Application number: FI820513A
Authority: FI
Inventors: Leonid Fedorovich Medvedev; Vladimir Georgievich Snetkov; Nikolai Evgenievich Tikhonov; Vladislav Sergeevic Chekhovich
Original assignee: Leonid Fedorovich Medvedev; Vladimir Georgievich Snetkov; Nikolai Evgenievich Tikhonov; Vladislav Sergeevic Chekhovich
Priority date: 1982-02-16
Filing date: 1982-02-16
Publication date: 1985-10-10
Also published as: FI68713B; FI820513L

Description

ι 68713ι 68713

Kalvosintiiviste pyörivää akselia varten Tämä keksintö liittyy koneenrakennusalaan ja koskee erityisesti pyörivien akseleiden kalvosintiivisteitä.This invention relates to the field of mechanical engineering and relates in particular to cuff seals for rotating shafts.

5 Po. keksintöä voidaan hyödyntää parhaiten pumpuissa, jotka pumppuavat hyvin kuumaa nestettä paineen alaisena, kuten ydinvoimalaitosten ensiösilmukan pumpuissa.5 Po. the invention can be best utilized in pumps that pump very hot liquid under pressure, such as primary loop pumps in nuclear power plants.

Kuumaa nestettä paineen alla pumppuavien pumppujen tiivisteille syötetään jäähdytys- ja voiteluneste yleensä 10 ulkoisesta lähteestä ja tämän nesteen paine ylittää pumpatun nesteen paineen 2-10 kg/cm^:lla. Jotta estettäisiin sekä jäähdytys- ja voitelunesteen vuotaminen pumpputilaan että kuuman nesteen vuotaminen tiivisteeseen jäähdytys-ja voitelunesteen ulkoisen lähteen poistkytkennän aikana, 15 on käytettävä pyörivän akselin tiivistettä, joka toimii sekä tiivistetyn pumpputilan puolella että syötetyn jäähdytys- ja voiteluanesteen puolella. Ts. tarvitaan kaksitoi-mista tiivistettä, joka estää tiivistetyn nesteen vuodon kahdessa vastakkaisessa suunnassa. Tässä tapauksessa ei-20 vät tunnetut kaksitoimiset sokkelotiivisteet kelpaa niiden tiivistetyn nesteen huomattavan vuodon takia.Coolant and lubricating fluid is generally supplied to the seals of pumps pumping hot liquid under pressure from 10 external sources, and the pressure of this fluid exceeds the pressure of the pumped fluid by 2-10 kg / cm 2. To prevent both coolant and lubricant from leaking into the pump chamber and hot fluid from leaking into the seal during disconnection of the external source of coolant and lubricant, a rotating shaft seal must be used that operates on both the sealed pump chamber side and the supplied coolant and lubricant. Ts. a double-acting seal is required to prevent leakage of the sealed fluid in two opposite directions. In this case, the non-known double-acting labyrinth seals are suitable due to the considerable leakage of their sealed fluid.

Nykyään tunnetaan muutamia kalvosintiivisteitä, jotka estävät tiivistetyn nesteen vuodon yhdessä suunnassa. Erityisesti tunnetaan alalla ennestään pyörivän akselin kalvo-25 sintiiviste (ks. A.I. Golubevin kirjaa "Pyörivien akseleiden kalvosintiivisteetV , Moskova, julk. "Mashinostrojeniä" 1974, s. 20, kuvio 14), joka käsittää kiinteän tiivistysren-kaan ja akselin kanssa pyörivän tiivistysrenkaan, jotka renkaat ovat keskenään kosketuksessa rengasmaista tiivistys-30 ulkonemaa pitkin. Kiinteä tiivistysrengas on asennettu kuoreen, jolla on jousikuormitus suhteessa tiivistekoteloon, joka yhdellä ulkopinnallaan koskettaa kuorta vasten. Kiinteä tiivistysrengas on tiivistetty suhteessa kuoreen joustavalla tiivistysosalla, joka on sijoitettu pitkin sen 35 kosketuspinnan kehäosaa.Today, a few cuff seals are known that prevent the leakage of compacted fluid in one direction. In particular, a diaphragm seal for a rotating shaft diaphragm is already known in the art (see AI Golubev's book "Diaphragm seals for rotating shafts V, Moscow, published by Mashinostrojen" 1974, p. 20, Fig. 14), which comprises a fixed sealing ring and a rotating sealing ring with a shaft, which rings are in contact with each other along the annular sealing protrusion 30. The fixed sealing ring is mounted on a housing having a spring load relative to the seal housing which contacts one of its outer surfaces against the shell.

Tällaisessa tiivisteessä on iso kosketusala tiivistysrenkaan ja sen kuoren kesken. Kuoren muodon muuttuminen saa aikaan tiivistysrenkaan muodonmuutoksen ja sen seu- 2 6871 3 rauksena rengasmaisen tiivistysulkoneman muodonmuutoksen, mikä johtaa joko tiivisteen aukeneraiseen tiivistysulkone -maa pitkin tai tiivisteen nopeaan kulumiseen ja rikkoutumiseen.Such a seal has a large contact area between the sealing ring and its housing. The deformation of the shell causes a deformation of the sealing ring and consequently a deformation of the annular sealing protrusion, which either leads to an open sealing protrusion along the ground or to rapid wear and breakage of the seal.

5 Tällainen tiiviste kykenee toimimaan akseliin suuntau tuvan suuren nestepaineen kanssa. Se ei sitä vastoin voi toimia suuren nestepaineen esiintyessä poispäin akselista. Tämä johtuu siitä, että kiinteä rengas tulee painetuksi taaksepäin kuoresta, kun ylipaineen alainen neste syötetään 10 taaksepäin akselista, jolloin akselin tiivistys huononee.5 Such a seal is capable of operating with high fluid pressure on the shaft. On the other hand, it cannot operate in the presence of high fluid pressure away from the shaft. This is because the fixed ring is pressed back from the shell when the overpressure fluid is fed 10 back from the shaft, whereby the shaft seal deteriorates.

Toinen akselin kalvosintiiviste (ks. neuvostol.pat. hakemusta nro 542 869) poistaa muutamat mainituista haitoista. Tämä tiiviste käsittää kiinteän tiivistysrenkaan ja akselin kanssa pyörivän tiivistysrenkaan, jotka renkaat 15 ovat keskenään kosketuksessa rengasmaista tiivistysulkone-maa pitkin. Ainakin toinen tiivistysrengas asennetaan kuoreen, jossa on rengasmainen kosketusulkonema. Tämän ulko-neman ulkopuolella on kuoren ja tiivistysrenkaan välisessä raossa joustava tiivistysosa, joka on tarkoitettu tiivist-20 mään kiinteän renkaan suhteessa kuoreen. Kuoren rengasmainen kosketusulkonema on sijoitettu korkeussuunnassa suunnilleen rengasmaisen tiivistysulkoneman keskiosan tasolle.The second shaft cuff seal (see Council Patent Application No. 542 869) eliminates some of these disadvantages. This seal comprises a fixed sealing ring and a shaft-rotating sealing ring, which rings 15 are in contact with each other along the annular sealing outer earth. At least a second sealing ring is mounted in a housing having an annular contact protrusion. Outside this projection is a resilient sealing member in the gap between the shell and the sealing ring, which is intended to seal the fixed ring relative to the shell. The annular contact protrusion of the shell is located in the height direction approximately at the level of the central part of the annular sealing protrusion.

Tämän tiivistemallin etu verrattuna edellä kuvattuun on se, että kuoren muodonmuutos ei aihe ta siihen asenne-25 tun renkaan muodonmuutosta. Tämä johtuu .siitä, että rengas koskettaa rengasmaiseen kosketusulkonemaan, jolla on pieni kosketusala. Tämän ansiosta estetään tiivisteen avautuminen tiivistysulkonemaa pitkin ja tiivisteen nopea kuluminen. Mutta tämä tiiviste samoin kuin sen edellä kuvattu ky-30 kenee toimimaan vain suuren nestepaineen kohdistuessa akseliin. Kun ylipaineen alainen neste syötetään taaksepäin akselista, se tunkeutuu kiinteän renkaan ja kuoren kosketus-ulkoneman väliin ja painaa joustavan tiivistysosan taakse, mikä johtaa huonoon tiivistykseen.The advantage of this seal design over that described above is that the deformation of the shell does not cause a deformation of the ring attached to it. This is because the ring contacts the annular contact protrusion with a small contact area. This prevents the seal from opening along the sealing protrusion and rapid wear of the seal. But this seal, as well as its ky-30 described above, can only function when high fluid pressure is applied to the shaft. When the overpressure fluid is fed back from the shaft, it penetrates between the fixed ring and the shell contact protrusion and presses behind the resilient sealing member, resulting in poor sealing.

35 Po. keksinnön päätavoitteena on kehittää pyörivän akselin kalvosintiiviste, jossa kuoreen asennettu tiivistys- 3 68713 rengas koskettaisi kuoreen ja estäisi tiivistyksen menetyksen, kun ylipaineen alainen neste syötetään kohti akselia ja siitä pois.35 Po. The main object of the invention is to develop a cuff seal for a rotating shaft, in which a sealing ring mounted on the housing would contact the housing and prevent the loss of the seal when the pressurized fluid is fed towards and out of the shaft.

Tätä tavoitetta silmälläpitäen on kehitetty pyörivän 5 akselin kalvosintiiviste, joka käsittää kiinteän tiivistys- renkaan ja akselin kanssa pyörivän tiivistysrenkaan, jotka renkaat koskettavat toisiaan pitkin rengasmaista tiivistys-ulkonemaa ja joista renkaista toinen on asennettu kuoreen, jossa on rengasmainen tukiulkonema päätypinnassa, jonka ulko-10 neman ulkopuolelle on sijoitettu joustava osa ja jossa keksinnön mukaisesti kuoren päätypinta on varustettu toisella rengasmaisella tukiulkonemalla, joka on sovitettu joustavan tii-vistysosan ulkopuolelle, jolloin rengasmaisten tukiulkonemien keskihalkaisija on valittu rengasmaisen tiivistysulkoneman 15 sisä- ja ulkoreunan halkaisijoiden rajojen väliltä. Kuoren toisen tukiulkoneman ja kahden tukiulkoneman sijainnin ansiosta estetään joustavan tiivistysosan säteissiirtyminen, mikä estää tiivistyksen huononemisen, kun ylipaineen alaiset nesteet syötetään molempiin suuntiin, so. kohti akselia ja siitä 20 pois.To this end, a rotating 5-axis cuff seal has been developed comprising a fixed sealing ring and a rotating sealing ring with the shaft, the rings contacting each other along an annular sealing protrusion, one of which rings mounted on a housing with an annular support protrusion at the outer surface a resilient portion is provided on the outside and wherein according to the invention the end face of the shell is provided with a second annular support projection arranged outside the resilient sealing member, the central diameter of the annular support projections being selected between the inner and outer edge diameters of the annular sealing projection 15. Due to the location of the second support protrusion of the shell and the two support protrusions, the radial displacement of the flexible sealing part is prevented, which prevents deterioration of the seal when the pressurized liquids are fed in both directions, i. towards the axis and 20 away from it.

Keksintöä kuvataan nyt lähemmin viitaten määrättyyn toteutusmuotoon ja oheisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 esittää kaaviomaista kuvantoa po. keksinnön mukaisesta pyörivän akselin kalvosintiivisteestä pitkittäis-25 leikkauksena; ja kuvio 2 esittää osaa 1 suuremmassa mittakaavassa.The invention will now be described in more detail with reference to a particular embodiment and the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows a schematic view po. a rotating shaft cuff seal according to the invention in longitudinal section; and Figure 2 shows part 1 on a larger scale.

Pyörivän akselin kalvosintiiviste käsittää kotelon 1 (kuvio 1), kiinteän tiivistysrenkaan 2 ja pyörivän tiivistysrenkaan 3, joka on kiinnitetty akselille 4 jollakin tun-30 netulla tavalla. Kiinteä tiivistysrengas 2 ja pyörivä tiivis- tysrengas 3 ovat keskenään kosketuksessa pitkin rengasmaista tiivistysulkonemaa 5. Kiinteä tiivistysrengas 2 on asennettu kuoreen 6. Kuorella on rengasmainen tukiulkonema 7 ja rengasmainen tukiulkonema 8, joiden välissä on joustava tiivistys-35 osa 9. Rengasmaisten tukiulkonemien 7 ja 8 vastaavat keskihal kaisi jät dj^ ja d2 (kuvio 2) on valittu tiivistysulkoneman 5 sisäreunan 10 ja ulkoreunan 11 halkaisijoiden D·^ ja D2 rajojen , 68713 4 väliltä. Ontelo 12 (kuvio 1), jonka muodostavat kuori 6 ja kiinteä tiivistysrengas 2, on yhteydessä kotelon 1 sisäonte-lon 14 kanssa johdon 13 kautta. Ontelo 15 muodostuu akselin 4 ja kuoren 6 välissä. Kuorella 6 on jousikuormitus suhteessa 5 koteloon 1 jousen 16 avulla.The rotating shaft cuff seal comprises a housing 1 (Fig. 1), a fixed sealing ring 2 and a rotating sealing ring 3 fixed to the shaft 4 in some known manner. The fixed sealing ring 2 and the rotating sealing ring 3 are in contact with each other along the annular sealing protrusion 5. The fixed sealing ring 2 is mounted in a housing 6. The housing has an annular support protrusion 7 and an annular support protrusion 8 with a resilient sealing member 35 and the respective central diameters dj1 and d2 (Fig. 2) are selected between the limits of the diameters D1 and D2 of the outer edge 10 and the outer edge 11 of the sealing protrusion 5, 68713 4. The cavity 12 (Fig. 1) formed by the shell 6 and the fixed sealing ring 2 communicates with the inner cavity 14 of the housing 1 via a line 13. A cavity 15 is formed between the shaft 4 and the shell 6. The shell 6 has a spring load relative to the housing 1 by means of a spring 16.

On huomattava, että tarvittaessa voidaan pyörivä rengas 3 asentaa kuoreensa, joka on kiinnitetty akselille ja jolla on rengasmaiset tukiulkonemat ja niiden välissä joustava tiivistysosa, jotka ovat ehdottamasti samanlaiset kuin 10 kiinteän tiivistysrenkaan 2 kuoren 6 rengasmaiset tukiulkonemat 7 ja 8 ja joustava tiivistysosa 9.It should be noted that, if necessary, the rotating ring 3 can be mounted in its housing fixed to the shaft and having annular support projections and a resilient sealing part therebetween, which are preferably similar to the annular support projections 7 and 8 of the housing 6 of the fixed sealing ring 2 and the resilient sealing part 9.

Po. kalvosintiiviste toimii seuraavalla tavalla: Kun ylipaineen alainen neste syötetään ontelosta 14 (kuvio 1) kohti akselia 4, estää tiiviste nesteen vuotamisen onteloon 15 15 kiinteän tiivistysrenkaan 2 ja pyörivän tiivistysrenkaan 3 välisen vaikutuksen ansiosta, joka vaikutus on rengasmaista tiivistysulkonemaa 5 pitkin, sekä sen ansiosta, että joustava tiivistysosa 9 koskettaa rengasmaista tukiulkonemaa 7 vasten. Rengasmainen tukiulkonema 7 estää joustavan tiivis-20 tysosan 9 siirtymisen kohti onteloa 15.Po. the cuff seal operates as follows: When the pressurized liquid is fed from the cavity 14 (Fig. 1) towards the shaft 4, the seal prevents liquid leakage into the cavity 15 due to and between the fixed sealing ring 2 and the rotating sealing ring 3 along the annular sealing projection 5, that the resilient sealing member 9 contacts the annular support protrusion 7. The annular support projection 7 prevents the resilient sealing part 9 from moving towards the cavity 15.

Kun ylipaineen alainen neste syötetään ontelosta 15 taaksepäin akselista 4, estää tiiviste nestevuodon onteloon 14 sen ansiosta, että kiinteät tiivistysrengas 2 ja pyörivä tiivistysrengas 3 vaikuttavat keskenään pitkin rengasmaista 25 tiivistysulkonemaa 5 ja joustava tiivistysosa 9 koskettaa rengasmaiseen tukiulkonemaan 8. Rengasmainen tukiulkonema 8 estää joustavan tiivistysosan 9 siirtymisen kohti onteloa 14.When the overpressure fluid is fed from the cavity 15 back to the shaft 4, the seal prevents fluid leakage into the cavity 14 due to the fixed sealing ring 2 and the rotating sealing ring 3 interacting along the annular sealing projection 5 and the resilient sealing member 9 contacting the annular transition to cavity 14.

Paineen kasvun estämiseksi ontelossa 12 mikäli osan 9 tiivistys on huono on ontelo 12 yhteydessä ontelon 14 kans-30 sa johdon 13 kautta.In order to prevent an increase in pressure in the cavity 12, if the sealing of the part 9 is poor, the cavity 12 is connected to the cavity 14 via a line 13.

Kun rengasmaiset tukiulkonemat 7 ja 8 (kuvio 2) on suunniteltu niin, että niiden keskihalkaisijät d^ ja vast.When the annular support projections 7 and 8 (Fig. 2) are designed so that their mean diameters d 1 and 2

ovat tiivistysulkoneman 5 sisäreunan 10 ja ulkoreunan 11 halkaisijoiden ja välillä, saavutetaan kiinteän 35 tiivistysrenkaan 2 luotettava tiivistys joustavan tiivistysosan 9 avulla suhteessa kuoreen 6, kun ylipaineen alainen neste syötetään sekä kohti akselia että siitä poisare between the diameters of the inner edge 10 and the outer edge 11 of the sealing protrusion 5, a reliable sealing of the fixed sealing ring 2 is achieved by means of a flexible sealing part 9 relative to the housing 6 when the pressurized fluid is fed both towards and out of the shaft

IIII

s 68713 (kuvio 1). Jos sitä vastoin rengasmaiset tukiulkonemat 7 ja 8 suunniteltaisiin siten,että tukiulkoneman 8 keskihal-kaisija dj on suurempi kuin rengasmaisen UJvistysulkoneman 5 reunan 11 halkaisija Dj, niin kiinteä tiivistysrengas 5 menettää kosketuksen rengasmaisten tukiulkonemien 7 ja 8 kanssa, kun neste syötetään ylipaineen alaisena ontelosta 15, so. akselista 14, mikä johtaa nesteen vuotamiseen onteloon 14. Tämä johtuu siitä,että aksiaalinen voima, joka vaikuttaa kiinteän renkaan 2 ja kuoren 6 välisessä raossa, 10 pyrkii painamaan kuoren 6 poispäin renkaasta 2. Samoin tapahtuu nesteen vuotoa ontelosta 14 onteloon 15, jos rengasmaiset tukiulkonemat 7 ja 8 suunnitellaan siten, että tukiulkoneman 7 keskihalkaisija on pienempi kuin rengas maisen tiivistysulkoneman 5 sisäreunan 10 halkaisija .s 68713 (Figure 1). If, on the other hand, the annular support projections 7 and 8 are designed so that the average diameter dj of the support projection 8 is larger than the diameter Dj of the edge 11 of the annular support projection 5, the fixed sealing ring 5 loses contact with the annular support projections 7 and 8 when the liquid is pressurized. i. from the shaft 14, which results in fluid leakage into the cavity 14. This is because the axial force acting in the gap between the fixed ring 2 and the shell 6 tends to push the shell 6 away from the ring 2. Similarly, fluid leakage from the cavity 14 into the cavity 15 if annular support projections 7 and 8 are designed so that the central diameter of the support protrusion 7 is smaller than the diameter of the inner edge 10 of the annular sealing protrusion 5.

15 Jos pyörivä rengas 3 asennetaan akselille 4 kiinnitet tyyn kuoreensa, on tiivistystoiminta samanlainen kuin edellä kuvattu toiminta.15 If the rotating ring 3 is mounted on its shell attached to the shaft 4, the sealing operation is similar to the operation described above.

Tässä ehdotettu kalvosintiiviste saa aikaan pyörivän akselin luotettavan tiivistyksen, kun neste syötetään yli-20 paineen alaisena sekä kohti akselia että siitä pois. Tämä on erityisen tärkeää jäähdytys- ja voitelunesteen pumppuonte-loon tapahtuvan vuodon estämiseksi sekä estämään kuumaa, pumpattua nestettä vuotamasta tiivisteeseen, kun käytetään tiivistettä ydinvoimaloiden ensiösilmukan pumpuissa.The cuff seal proposed here provides a reliable seal for the rotating shaft when the fluid is fed under pressure both above and out of the shaft. This is particularly important to prevent leakage of coolant and lubricating fluid into the pump housing and to prevent hot, pumped fluid from leaking into the seal when the seal is used in nuclear power plant primary loop pumps.