RU1822914C - Уплотнение вала - Google Patents

Abstract

Использование: дл  уплотнени  валов компрессоров, насосов, турбин. Сущность изобретени : в корпусе размещены аксиально-подвижные с нажимной пружиной и на валу вращающиес  уплотнительные кольца, Последнее кольцо выполнено с уп- лотнительным по ском и спиральными канавками , расположенными под острым углом к направлению вращени  вала, снабжено средством поджати  и зафиксировано от окружного проворота. Средство поджати  выполнено в виде опорных элементов, установленных в выполненных в валу радиальных сверлени х и поджатых к внутренней поверхности вращающегос  кольца пружиненными элементами. Опорные элементы выполнены с сферической поверхностью контакта, зафиксированы от выпадани  установленными герметично в теле вала гайками с центральными отверсти ми , поверхностью каждого из к-рых образовано коническое седло дл  опорного элемента. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. Ё

Description

Изобретение относитс  к уплотнитель- ной технике и может быть использовано в конструкци х концевых уплотнений валов турбомашин различного назначени , в частности компрессоров,насосов и турбин.

На фиг.1 показано уплотнение вала, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Уплотнение вала содержит размещенные в корпусе 1 аксиально подвижное 2 с нажимной пружиной 3 и на валу 4 вращающеес  5 уплотнительные кольца, последнее из которых выполнено с уплотнительным по ском 6 и спиральными канавками 7, расположенными под острым углом к направлению вращени  вала 4 установлено на валу

4 со средством поджати  8 и зафиксировано от окружного проворота. Средство поджати  8 выполнено в виде, по меньшей мере, трех опорных элементов 9Х установленных в выполненных в валу 4 радиальных сверлени х 10 и поджатых к внутренней поверхности 11 вращающегос  кольца 5 посредством пружинных элементов 12, причем опорные элементы 9 выполнены со сферической поверхностью контакта. Опорные элементы могут быть зафиксированы от выпадани  посредством установленных герметично в теле вала 4 гаек 13 с центральными отверсти ми 14, поверхностью которого образовано коническое седло 15 дл  onqpHoro элемента 9.

00

ю ю ч

Ј

Уплотнение вала работает следующим образом.

При работе турбомашины, например, центробежного компрессора высокого давлени , уплотн ема  газова  среда поступает в камеру корпуса 1 над аксиально-подвижным 2 и вращающимс  5 уплотнительными кольцами. При вращении вала 4 спиральный канавки 7 воздействуют на газовую среду, передава  ей кинетическую энергию от вращающегос  вала 4 и повыша  ее давление на некоторую величину , превышающую давление в камере корпуса 1 над уплотнительными кольцами 2 и 5, чго приводит к раскрытию торцового стыка между последними с образованием зазора, который позвол ет предотвратить касание колец 2 и 5 между собой минимизировать величину утечки газовой среды. Кроме того, газова  среда при движении к центру встречает сопротивление уплотнительного по ска б, что также уменьшает утечку газовой среды.

Таким образом, на уплотнительные коь- ца 2 и 5 в процессе работы воздействуют следующие силы: газодинамическа  сила, вызванна  действием спиральных канавок 7 на газовую среду, сила давлени  газовой среды, окружающей уплотнительные кольца 2 и 5 и сила упругости нажимной пружины .

Указанные силовые факторы позвол ют установить стабильную величину торцового уплотнительного зазора, близкую к 3 мкм. При изменении режимов эксплуатации возможно изменение величины уплотнительного зазора в сторону его уменьшени  или увеличени . Соответственно измен ютс  и силы в уплотнительном слое газовой среды. Но, в обоих случа х результирующа  сила остаетс  посто нной и равновесие быстро восстанавливаетс  при поддержании расчетной величины уплотнительного зазора. То есть, в данной конструкции уплотнени  вала, даже сравнительно небольшое изменение величины уплотнительного зазора приводит к по влению значительных неуравновешенных сил, стрем щихс  вернуть кольца 2 и 5 в первоначальное положение. При этом уплотнение становитс  нечувствительным к колебани м давлени  и другим механическим воздействи м, например, осевым усилени м, поскольку между уплотнительными кольцами 2 и 5 нет пр мого контакта.

Уплотнение вала обладает самоцентрирующейс  способностью, так как при угловом отклонении уплотнительного кольца 2 относительно вращающегос  кольца 5, на кольцо 2 действует крут щий момент, восстанавливающий параллельность ответных поверхностей уплотнительных колец 2 и 5. При этом за счет установки вращающегос  кольца 5 на опорных элементах 9 со сферической поверхностью контакта и возможности углового перемещени  относительно оси симметрии.

В процессе эксплуатации опорные элементы 9 поджимаютс  к внутренней поверхности 1 1 вращающегос  кольца 5 посредством пружинных элементов 12, например , в виде тарельчатых или витых пружин , что создает дополнительный стабилизирующий момент, действующий на

кольцо 5.

В предпочтительном варианте вращающеес  уплотнительное кольцо может быть из твердых сплавов, например, из карбида вольфрама, т.е. из материала с минимальными деформаци ми в процессе работы. Аксиально-подвижное кольцо 2 может быть изготовлено из материала - графита. Возможен вариант изготовлени  пары уплотнительных колец 2 и 5, одно из которых

выполнено из карбида кремни , а второе - из нитрита кремни .

Выполнение спиральных канавок 7 на торцовой поверхности уплотнительного кольца 5 может быть осуществлено ионным

травлением посредством использовани  масок, наносимых наторцовую поверхность кольца 5 или лазерной обработкой.

Claims (2)

1. Уплотнение вала, содержащее размещенные в корпусе аксиально-подвижные с нажимной пружиной и на валу вращающиес  уплотнительные кольца, последнее из которых выполнено с уплотнительным

по ском и спиральными канавками, расположенными под острым углом к направлению вращени  вала, снабжено средством поджати  и зафиксировано от окружного проворота, отличающеес  тем, что

средство поджати  выполнено в виде по меньшей мере трех опорных элементов, установленных в валу радиальных сверлени х и поджатых к внутренней поверхности вращающегос  кольца посредством пружинных элементов, причем опорные элементы выполнены со сферической поверхностью контакта.

2. Уплотнение по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что опорные элементы зафиксированы от выпадани  посредством установленных герметично в теле вала гаек с центральными отверсти ми, поверхностью каждого из которых образовано коническое седло дл  опорного элемента.

11

Фиг. 1