RU1772383C - Face seal for turbine shaft - Google Patents

Face seal for turbine shaft

Info

Publication number
RU1772383C
RU1772383C SU894744845A SU4744845A RU1772383C RU 1772383 C RU1772383 C RU 1772383C SU 894744845 A SU894744845 A SU 894744845A SU 4744845 A SU4744845 A SU 4744845A RU 1772383 C RU1772383 C RU 1772383C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ring
shaft
seal
stator
spring
Prior art date
Application number
SU894744845A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Николаевич Далаков
Вячеслав Алексеевич Ищенко
Владимир Константинович Кривонос
Григорий Моисеевич Алтухер
Original Assignee
Всесоюзное Научно-Производственное Объединение Турбохолодильной Газоперекачивающей И Газотурбинной Техники "Союзтурбогаз"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всесоюзное Научно-Производственное Объединение Турбохолодильной Газоперекачивающей И Газотурбинной Техники "Союзтурбогаз" filed Critical Всесоюзное Научно-Производственное Объединение Турбохолодильной Газоперекачивающей И Газотурбинной Техники "Союзтурбогаз"
Priority to SU894744845A priority Critical patent/RU1772383C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1772383C publication Critical patent/RU1772383C/en

Links

Landscapes

  • Mechanical Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Использование: газотурбостроение, в частности з сухих газовых торцевых уплотнени х валов турбомашины. Сущность изобретени : уплотнение состоит из вращающегос  кольца 1. подпружиненного осевой пружиной 2, статорного кольца 3, подпружиненного осевой пружиной 4. Уплотнение снабжено специально спрофилированными шпонками 5. Шпонки 5 расположены в радиальной плоскости в пазах во вращающемс  коаьце 1 и во втулке 6 вала 7. Шпонки 5 служат как дл  передачи вращающего момента от вала 7 на вращающеес  кольцо 1, так и дл  создани  осевого зазора между уплотн ющими торцевыми поверхност ми вращающегос  кольца 1 и статорного кольца 3 путем осевого смещени  вращающегос  кольца 1 в противоположную сторону от статорного кольца 3. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. J Ы 4Usage: gas turbine engineering, in particular with dry gas mechanical seals of turbomachine shafts. SUMMARY OF THE INVENTION: A seal consists of a rotary ring 1. Spring-loaded with an axial spring 2, a stator ring 3, Spring-loaded with an axial spring 4. The seal is equipped with specially profiled keys 5. The keys 5 are located in the radial plane in the grooves in the rotary shaft 1 and in the sleeve 6 of the shaft 7. The dowels 5 serve both to transmit torque from the shaft 7 to the rotary ring 1, and to create an axial clearance between the sealing end surfaces of the rotary ring 1 and the stator ring 3 by axial displacement audio rotary ring 1 to the opposite side of the stator ring 3. 2 ly z.p.f-2-yl. J s 4

Description

Изобретение относитс  к области газовой промышленности, в частности к сухим газовым торцевым уплотнени м вала турбо- машины,The invention relates to the field of the gas industry, in particular to dry gas mechanical seals of a turbo-machine shaft,

Известны торцевые уплотнени  валов трубомашин, недостатком которых  вл ютс  большие потери мощности на работу уплотнени , значительные эксплуатационные затраты, большие размеры и вес уплотнени .Mechanical seals of pipe shaft machines are known, the disadvantage of which is a large loss of power for the operation of the seal, significant operating costs, large dimensions and weight of the seal.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  сухое газовое торцевое уплотнение, которое содержит графитовое статорное кольцо, нагруженное пружинами, торцева  уплотн юща  поверхность которого контактирует с торцевой уплотн ющей поверхностью вращающегос  кольца из карбида вольфрама, жестко сид щего на валу турбомашины. На его торцевой поверхности со стороны статорного кольца в районе внутреннего диаметра имеетс  уп- лотнительный кольцевой по сок, к которому на сто ночном режиме трубомашины прижимаетс  подпружиненное статорное кольцо . По периферии вращающегос  кольца имеютс  спиральные канавки, с помощью которых образуютс  ребра, выполн ющие роль компрессорных лопаток.The closest technical solution to the invention is a dry gas mechanical seal, which contains a graphite stator ring loaded with springs, the mechanical sealing surface of which is in contact with the mechanical sealing surface of the tungsten carbide rotating ring, which sits rigidly on the shaft of the turbomachine. On its end surface, on the side of the stator ring, in the region of the inner diameter, there is a sealing annular juice to which a spring-loaded stator ring is pressed against the tube machine in a one hundred night operation. Along the periphery of the rotating ring there are spiral grooves with which ribs are formed which act as compressor blades.

В динамике, при вращении вала Турбо- машины, газ захватываетс  лопатками и нагнетаетс  к уплотнительному торцевому по ску. Увеличенное таким путем давление -перед уплотнительным по ском преодолевает сопротивление пружины статорного кольца и отодвигает его в осевом направлении до возникновени  рабочего зазора между статорным кольцом и вращающимс  кольцом. Таким способом возникает осевой зазор между уплотн ющими торцевыми поверхност ми колец, обеспечивающий безаварийную работу уплотнени  скоростных турбомашин.In dynamics, during the rotation of the shaft of the Turbo-machine, gas is captured by the blades and is pumped to the mechanical seal along the skew. The pressure increased in this way, before sealing, overcomes the spring resistance of the stator ring and pushes it in the axial direction until a working gap arises between the stator ring and the rotating ring. In this way, an axial clearance arises between the sealing end surfaces of the rings, ensuring trouble-free operation of the sealing of high-speed turbomachines.

Недостатками данной конструкции уплотнени   вл ютс  конструктивна  и техно- логическа  сложность изготовлени  уплотнени  из-за прин того принципа разделени  уплотн ющих колец путем нагнета- ни  газа в зазор между ними до преодолени  сопротивлени  пружины статорного кольца; недостаточна  надежность работы конструкции из-за жесткого соединени  вращающегос  кольца с валом, которое может привести к угловым отклонени м уплотн ющих торцевых поверхностей вследствие тепловых деформаций и возможных прогибов вала, что ухудшит услови  работы уплотнени ; увеличенный расход газа через зазор между торцами уплотнитель- ных колец, т.к. уплотнение работает по принципу нагнетани  газа лопатками вращающегос  кольца к уплотнительному торцевому по ску; расходование части мощности турбомашины на нагнетание газа лопаточным аппаратом .вращающегос The disadvantages of this seal design are the structural and technological complexity of making a seal due to the accepted principle of separating the sealing rings by pumping gas into the gap between them to overcome the resistance of the stator ring spring; insufficient reliability of the structure due to the rigid connection of the rotating ring with the shaft, which can lead to angular deviations of the sealing end surfaces due to thermal deformations and possible deflections of the shaft, which will worsen the working conditions of the seal; increased gas flow through the gap between the ends of the o-rings, because the seal operates on the principle of gas injection by the blades of a rotating ring to the end face of the seal; expenditure of a part of the power of a turbomachine for pumping gas with a spatula.

кольца к уплотнительному по ску; вследствие определенной профилировки лопаток нагнетател  вращающегос  кольца уплотнение конструктивно прив зано к определенной стороне вращени  вала, что не даетrings to the sealing ring; due to a certain profiling of the blades of a supercharger of a rotating ring, the seal is structurally attached to a certain side of rotation of the shaft, which does not allow

0 возможности выполнить унифицированное уплотнение.0 Opportunities to perform a unified seal.

Целью изобретени   вл етс  повышение экономичности и надежности работы уплотнени , а также создание унифициро5 ванной конструкции торцевого уплотнени  независимо от стороны вращени  вала турбомашины .The aim of the invention is to increase the economy and reliability of the seal, as well as the creation of a unified design of the mechanical seal, regardless of the direction of rotation of the shaft of the turbomachine.

Поставленна  цель достигаетс  новой конструкцией уплотнени , в которой разъ0 единение уплотн ющих колец осуществл етс  шпоночно-пружинным механизмом с помощью центробежных сил, действующих на шпонку, при большей степени свободы вращающегос  кольца относительно валаThe goal is achieved by a new design of the seal, in which the disengagement of the sealing rings is carried out by a spring-and-spring mechanism using centrifugal forces acting on the key, with a greater degree of freedom of the rotating ring relative to the shaft

5 турбомашины.5 turbomachines.

Такой способ разъединени  уплотн ющих колец позвол ет повысить экономичность уплотнени .Such a method of disassembling the sealing rings improves the cost-effectiveness of the seal.

Вместо неэкономичного способа разъ0 единени  уплотн ющих колец при работе турбомашины с помощью нагнетател  газа на вращающемс  кольце, что увеличивает расход газа через уплотнение, разъединение осуществл етс  с помощью несколькихInstead of an uneconomical way to disconnect the sealing rings during operation of the turbomachine using a gas blower on a rotating ring, which increases the gas flow through the seal, disconnection is carried out using several

5 специально спрофилированных шпонок, размещенных между вращающимс  кольцом и валом турбомашины в радиальных плоскост х.5 specially profiled keys placed between the rotary ring and the shaft of the turbomachine in radial planes.

Данные шпонки служат одновременноThese keys serve simultaneously

0 дл  передачи вращающего момента от вала к вращающемус  кольцу, при этом повышаетс  надежность работы уплотнени .0 to transmit torque from the shaft to the rotating ring, thereby increasing the reliability of the seal.

Благодар  увеличению степени свободы вращающегос  кольца относительно ва5 ла турбомашины это кольцо в работе будет находитьс  в поле своих центробежных сил и не будет испытывать на себе вли ни  изменени  оси вращени  вала вследствие виб- рации и возможных погибов вала, чемDue to the increase in the degree of freedom of the rotating ring relative to the shaft of the turbomachine, this ring in operation will be in the field of its centrifugal forces and will not be affected by a change in the axis of rotation of the shaft due to vibration and possible shaft dying than

0 устран етс  возможность угловых перемещений торца вращающегос  кольца относительно статорного кольца. При этом создаетс  унифицированна  конструкци  уплотнени , не завис ща  от стороны вра5 щени , повышаетс  экологическа  чистота турбомашины вследствие меньших протечек газа через уплотнение вала в атмосферу .0 eliminates the possibility of angular displacements of the end face of the rotating ring relative to the stator ring. This creates a unified seal design, independent of the side of rotation, which improves the environmental friendliness of the turbomachine due to less gas leaks through the shaft seal into the atmosphere.

Уплотн ющие торцевые поверхностиSealing end faces

вращающегос  и статорного колец могутrotating and stator rings can

быть выполнены как коническими, так и перпендикул рными к оси вала.be made both conical and perpendicular to the axis of the shaft.

В случае конического торцевого уплотнени  осевой зазор между уплотн ющими торцевыми поверхност ми будет дополнительно создаватьс  за счет раст гивающих центробежных сил, действующих на вращающеес  кольцо,In the case of a conical mechanical seal, the axial clearance between the sealing mechanical surfaces will be additionally created by tensile centrifugal forces acting on the rotating ring.

На фиг.1 показан продольный разрез торцевого уплотнени  вала турбомашины с коническими уплотн ющими поверхност ми; на фиг,2 - продольный разрез торцевого уплотнени  вала турбомашины с уплотн ющими поверхност ми, перпендикул рными к оси вала,Fig. 1 shows a longitudinal section through a mechanical seal of a shaft of a turbomachine with conical sealing surfaces; Fig. 2 is a longitudinal section through a mechanical seal of a shaft of a turbomachine with sealing surfaces perpendicular to the axis of the shaft;

Торцевые уплотнени  вала турбомашины , показанные на фиг. 1 и 2, состо т из следующих деталей: вращающеес  уплот- нительное кольцо 1, осева  пружина 2 враща- ющегос  уплотнительного кольца 1, статорное уплотнительное кольцо 3, осева  пружина 4 статорного уплотнительногс кольца 3, специально спрофилированные шпонки 5 уплотнени , втулка б на валу турбомашины , вал 7 турбомашины.The mechanical shaft seals of the turbomachine shown in FIG. 1 and 2, consist of the following parts: a rotating sealing ring 1, an axial spring 2 of a rotating sealing ring 1, a stator sealing ring 3, an axial spring 4 of the stator sealing ring 3, specially profiled sealing keys 5, a sleeve b on the shaft turbomachines, shaft 7 turbomachines.

При вращении вала 7 шпонка 5 осуществл ет две функции: передает вращающий момент от вала 7 на вращающеес  кольцо 1, осуществл ет разъединение уплотн ющих колец, вращающегос  кольца 1 со статор- ным кольцом 3, до создани  осевого зазора между ними.When the shaft 7 rotates, the key 5 performs two functions: it transfers the torque from the shaft 7 to the rotary ring 1, disconnects the sealing rings, the rotary ring 1 and the stator ring 3, until an axial clearance is created between them.

Дл  этого соответственно сферическим торцевым поверхност м шпонок 5 во вращающемс  кольце 1 и во втулке 5 вала 7 выполнены ответные пазы, в которые вкладываютс  шпонки 5.To this end, correspondingly spherical end surfaces of the dowels 5 in the rotary ring 1 and in the sleeve 5 of the shaft 7 are mating grooves into which the dowels 5 are inserted.

В сто ночном режиме турбомашины уплотнительное вращающеес  кольцо 1 под давлением его осевой пружины 2 будет упиратьс  в статорное кольцо 3 и, преодолева  сопротивление осевой пружины 4, сдвинет статорное кольцо 3 в осевом направлении до образовани  расчетного осевого зазора б между статорным кольцом 3 и корпусом уплотнени . При этом ось шпонки 5 окажетс  в наклонном положении под углом / к оси вала.In the stand-by mode of the turbomachine, the sealing rotary ring 1 under pressure of its axial spring 2 will abut against the stator ring 3 and, overcoming the resistance of the axial spring 4, will move the stator ring 3 in the axial direction until a calculated axial clearance b is formed between the stator ring 3 and the seal housing. In this case, the axis of the key 5 will be in an inclined position at an angle / to the axis of the shaft.

В динамике с увеличением числа оборотов вала турбомашины на шпонки 5 будут действовать центробежные силы F, приложенные к центру т жести шпонки, которые относительно точки опоры шпонки в ответном пазу во втулке 6 ротора 7 создадут вращающий момент МВр.In dynamics, with an increase in the number of revolutions of the turbomachine shaft, the dowels 5 will act on the centrifugal forces F applied to the center of gravity of the dowels, which, relative to the pivot point of the dowels in the reciprocal groove in the sleeve 6 of the rotor 7, will create a MVr torque.

Вращающий момент МВр будет поворачивать шпонку в плоскости чертежа до его радиального положени , когда прекратитс  действие вращающего момента.Torque MVp will rotate the key in the plane of the drawing to its radial position when the torque ceases.

5При этом под давлением наружного5 In this case, under external pressure

конца шпонки 5 на вращающеес  кольцо 1 последнее, преодолева  сопротивление пружины 2, будет смещатьс  в осевом направлении в противоположную сторону отof the end of the key 5 to the rotary ring 1, the latter, having overcome the resistance of the spring 2, will be displaced axially in the opposite direction from

10 статорного кольца 3. Статорное кольцо 3 под давлением его осевой пружины 4 будет следовать в осевом направлении за вращающимс  кольцом 1, пока не будет выбран зазор д между статорным кольцом 3 и кор15 пусом уплотнени . После этого, к моменту выхода оси шпонки 5 в радиальное положение , возникнет рабочий осевой зазор между вращающимс  кольцом 1 и статорным кольцом 3, который предупредит повреждение10 of the stator ring 3. The stator ring 3, under the pressure of its axial spring 4, will follow in the axial direction the rotary ring 1 until a clearance is selected between the stator ring 3 and the seal housing. After that, by the moment the axis of the key 5 is in the radial position, there will be a working axial clearance between the rotating ring 1 and the stator ring 3, which will prevent damage

0 уплотнени  вала быстроходной турбомашины . При этом газ из зоны высокого давлени  А будет дросселироватьс  в зону низкого давлени  Б и далее в атмосферу.0 shaft seals of the high speed turbomachine. In this case, the gas from the high pressure zone A will be throttled to the low pressure zone B and further to the atmosphere.

На приведенных чертежах жирнымиIn the drawings, bold

5 точками показаны места эластичного уплотнени  в конструкции уплотнени  дл  устранени  обходных проточек газа.5 dots indicate the locations of the elastic seal in the seal structure to eliminate bypass gas flows.

Claims (3)

Формула изобр.етени Shadow Formula Formula 0 1. Торцевое уплотнение вала турбомашины , содержащее втулку, закрепленную на валу, с установленным на ней вращающимс  кольцом, корпус с закрепленным в нем с образованием осевого зазора статор5 ным кольцом, контактирующим уплотни- тельной торцевой поверхностью с ответной торцевой поверхностью вращающегос  кольца, пружину, поджимающую статорное кольцо, отличающеес  тем, что, с целью0 1. The mechanical seal of the shaft of the turbomachine, comprising a sleeve mounted on the shaft, with a rotating ring mounted on it, a housing with a stator ring fixed in it to form an axial clearance, contacting the sealing end face with the counter end surface of the rotating ring, a spring, a pressing stator ring, characterized in that, with the aim of 0 повышени  экономичности и надежности, уплотнение снабжено шпонкой, дополнительной пружиной, поджимающей вращающеес  кольцо, во втулке и во вращающемс  кольце выполнены пазы, а шпокка установ5 лена в последних с возможностью поворота относительно ее вертикальной оси.In order to increase economy and reliability, the seal is equipped with a key, an additional spring compressing the rotating ring, grooves are made in the sleeve and in the rotating ring, and the flange is installed in the latter with the possibility of rotation about its vertical axis. 2.Уплотнение поп.1,отличающее- с   тем, что уплотнительные торцевые поверхности вращающегос  и статорного ко0 лец выполнены коническими.2. Seal pop. 1, characterized in that the sealing end surfaces of the rotating and stator rings are conical. 3.Уплотнение поп.1,отличающее- с   тем, что уплотнительные торцевые поверхности вращающегос  и статорного колец выполнены перпендикул рными к оси3. Seal pop. 1, characterized in that the sealing end surfaces of the rotating and stator rings are made perpendicular to the axis 5 вала.5 shaft. Фиг. 2FIG. 2
SU894744845A 1989-10-03 1989-10-03 Face seal for turbine shaft RU1772383C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894744845A RU1772383C (en) 1989-10-03 1989-10-03 Face seal for turbine shaft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894744845A RU1772383C (en) 1989-10-03 1989-10-03 Face seal for turbine shaft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1772383C true RU1772383C (en) 1992-10-30

Family

ID=21472420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU894744845A RU1772383C (en) 1989-10-03 1989-10-03 Face seal for turbine shaft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1772383C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент US № 4212475, кл. F 16 J 15/34. опублик. 1980 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4370094A (en) Method of and device for avoiding rotor instability to enhance dynamic power limit of turbines and compressors
CN100451297C (en) Horizontal joint sealing system for steam turbine diaphragm assemblies
US20050194745A1 (en) Sealing arrangement in turbine machinery
US4482303A (en) Turbo-compressor apparatus
US2908516A (en) Circumferential shaft seal
US8206140B2 (en) Revolving vane compressor
CN101418796B (en) Screw fluid machine
JP4485729B2 (en) Device for compensating axial thrust in turbomachines
US8882446B2 (en) Bearing system for rotor in rotating machines
US1033237A (en) Packing for shafts and the like.
KR100723040B1 (en) Bearing assembly for high speed rotary body
RU1772383C (en) Face seal for turbine shaft
EP3382154A1 (en) Rotating unit and steam turbine including the same
CN216767490U (en) Turning device and gas turbine
CN102449267A (en) Rotor for a turbomachine
US3773430A (en) Gas compressor
US11560900B2 (en) Compressor driveshaft assembly and compressor including same
CN211287798U (en) Self-adaptive high-durability floating sealing structure suitable for extreme conditions
JPS58180831A (en) Gas bearing structure
EP3436703B1 (en) Impeller-type liquid ring compressor
CN111089000A (en) Self-adaptive high-durability floating sealing structure suitable for extreme conditions
RU1815428C (en) Seal for turbomachine
RU2817259C1 (en) Rotary vane supercharger
RU2257493C2 (en) Compressor of gas-turbine engine
JPH09273636A (en) Mechanical seal