RU190277U1

RU190277U1 - Радиальное щелевое уплотнение ротора с плавающим кольцом

Info

Publication number: RU190277U1
Application number: RU2018132518U
Authority: RU
Inventors: Александра Александровна Трофимова; Александр Григорьевич Давыденко
Original assignee: Акционерное общество (АО) "Научно-исследовательский институт "Лопастных машин" ("НИИ ЛМ")
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2019-06-25

Abstract

Полезная модель относится к щелевым уплотнениям с плавающими кольцами и может быть использована в качестве уплотнений роторов высокооборотных центробежных компрессоров и насосов для повышения экономичности при сохранении высокой надежности благодаря способности плавающих колец к самоцентрированию относительно вращающегося вала. Радиальное щелевое уплотнение содержит плавающее кольцо, установленное в окружающей вал кольцевой канавке корпуса с возможностью перемещения в канавке в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала. Плавающее кольцо образовано двумя концентричными, напрессованными с натягом одно на наружной поверхности другого кольцами с образованием плавно изменяющейся внутренней поверхности кольца и конфузорной щели с уменьшающимся проходным сечением. Обеспечивается стабильность размеров и формы конфузорной щели, обусловленная натягом "Δ" и, следовательно, стабильность подъемной силы, не допускающей касания вала при его биении в процессе вращения, что позволяет осуществить "плавание" кольца вслед за биением вала. 2 з.п ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к щелевым уплотнениям с плавающими кольцами и может быть использована в качестве уплотнений роторов высокооборотных центробежных компрессоров и насосов для повышения экономичности при сохранении высокой надежности благодаря способности плавающих колец к самоцентрированию относительно вращающегося вала.

Известно радиальное щелевое уплотнение ротора с плавающим кольцом, содержащее деталь ротора, например, вал, размещенный в корпусе в котором выполнена окружающий вал кольцевая канавка с плавающим кольцом, установленным в канавке с возможностью перемещения в канавке плоскости перпендикулярной оси вращения ротора, плавно изменяющуюся внутреннюю поверхность отверстия кольца, образующую с валом конфузорную щель с уменьшающимся проходным сечением. Поверхность отверстия в кольце выполнена конической (см. например книгу: Марцинковский В.А. "Бесконтактные уплотнения роторных машин", М., Машиностроение, 1980 г., стр. 120, рис. 63б). В этой же книге отмечено, что существенно повышают устойчивость работы колец конфузорные зазоры (см. стр. 115, 7-8 строки снизу) не только конической формы.

Однако при конической форме отверстия в кольце очень трудно выдержать заданную величину угла конуса, измеряемого секундами, что также трудно проконтролировать и обеспечить стабильность величины угла формы и координат точек этой поверхности от детали к детали. Это является недостатком известного технического решения.

Целью полезной модели является устранение недостатка известной конструкции, что достигается тем, что плавающее кольцо выполнено составным и образовано двумя концентричными напрессованными с натягом одно на наружной поверхности другого кольцами с образованием

плавно изменяющейся внутренней поверхности кольца и конфузорной щели. Внутреннее кольцо выполнено с тонкостенным трубчатым кольцевым козырьком, а второе установлено с натягом на козырьке и выполнено с толщиной в радиальном направлении большей, чем толщина козырька, а ширина наружного кольца выполнена меньшей, чем ширина кольца, поверхность которого образует конфузорную щель.

Образование профиля поверхности отверстия - плавный профиль и конфузорный происходит за счет деформации элементов составного кольца, а не за счет механической обработки. Но величину натяга в соединении проконтролировать легче, чем угол.

На фиг. 1 изображено уплотнение с плавающим кольцом в разрезе, а на фиг. 2 - кольца до напрессовки, где:

1 - вал

2 - корпус

3 - кольцевая канавка

4 - кольцо

5 - ось вала

6 - крышка

7 - наружное кольцо

8 - внутреннее кольцо

9 - кольцевой козырек

10 - кольцевая конфузорная щель

11 - поверхность отверстия

12 - штифт

13 - плоский торец

14 - пружина

Z₁, Z₂, Z₃, Z₄ - зазоры П₁ - полость высокого давления П₂ - полость низкого давления S₁ - толщина наружного кольца

S₂ - толщина козырька

H₁ - ширина наружного кольца

Н₂ - ширина внутреннего кольца

D_a - диаметр кольца в плоскости "а-а"

D_б - диаметр кольца в плоскости "б-б"

Δ - величина натяга.

Радиальное щелевое уплотнение содержит - вал

1, размещенный в корпусе 2, в котором выполнена кольцевая канавка 3, окружающая вал, в которой установлено кольцо 4, имеющее возможность перемещения в канавке в радиальном направлении - то есть в плоскости, перпендикулярной оси 5 вращения вала, для чего между кольцом и канавкой и кольцом и валом предусмотрены зазоры (Z₁, Z₂, Z₃, Z₄). Кольцо 4 закрыто крышкой 6, образующей с кольцом зазор Z₄.

Кольцо 4 выполнено сборным из двух колец 7 и 8, из которых одно кольцо 7 - наружное, с натягом "Δ" охватывает внутреннее кольцо 8. Заодно целое с кольцом 8 выполнен тонкостенный с толщиной "S₁" трубчатый козырек 9 шириной "H₁". Внутреннее кольцо 8 образует с валом конфузорную кольцевую щель 10 с поверхностью отверстия 11, разделяющую полость П₁ с высоким давлением и полость П₂ с низким давлением. Ширина "Н₂" внутреннего кольца выполнена большей, чем ширина "H₁" для того, чтобы сужение проходной щели до размера "Z₁" происходило на участке кольца 8 только со стороны полости "П₂". Штифт 12, установленный в корпусе 2, предотвращает проворот кольца, которое упирается в плоский торец 13 канавки. Пружина 14 прижимает кольцо 4 к торцу 13, предотвращая перетекание рабочей среды из полости "П₁" в полость "П₂". Усилие пружины подбирается таким образом, чтобы кольцо 4 могло перемещаться вдоль торца 13 в радиальном направлении.

При работе уплотнения, например, в составе насоса, перекачивающего жидкость, благодаря наличию конфузорной щели 10 появляется гидравлическая радиальная сила, стремящаяся при приближении вала к

поверхности 11 отверстия в радиальном направлении. сдвинуть кольцо 8, 7 так, чтобы не происходило касания кольца 8 о вал 1. С этой целью усилие прижатия кольца к торцу 13, создаваемое пружиной 14 должно быть рассчитано.

Должна быть рассчитана величина натяга "А", создаваемого кольцом 7, чтобы создать путем деформации кольца 8 в месте расположения козырька 9 осадку диаметра "D_б" внутренней поверхности кольца 8 до диаметра "D_a". Форма поверхности 11 отверстия кольца 8 может быть выбрана конической, параболической или какой-либо другой, но одинаковый контур этой поверхности между плоскостями "а-а" и "б-б" (то есть стабильность радиальной гидравлической силы, стремящейся сдвинуть кольцо 4 в сборе, не допуская касания кольца о вал) - будет обеспечен соотношением ширины колец "H₁" и "Н₂", толщин колец "S₁" и "S₂" величиной натяга "Δ" и формой колец - параметрами, которые легче обеспечить одинаковыми, чем угол конусности в известной конструкции плавающего кольца. А форма конфузора будет плавной, так как первоначальный диаметр "D_б" не имеет каких-либо уступов. Таким образом, преимуществом предложенной полезной модели является стабильность размеров и формы конфузорной щели и, следовательно, стабильность подъемной силы, не допускающей касания вала при его биении в процессе вращения, что позволяет осуществить "плавание" кольца вслед за биением вала.

Толщина "S₁" выбирается большей, чем толщина "S₂" козырька, чтобы обеспечить зазор " Z₂" меньше зазора "Z₁" за счет увеличения жесткости кольца 7, создающего натяг в соединении колец 7 и 8.

Claims

1. Радиальное щелевое уплотнение с плавающим кольцом, содержащее плавающее кольцо, установленное в окружающей вал кольцевой канавке корпуса с возможностью перемещения в канавке в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала, образующее с валом конфузорную щель с уменьшающимся проходным сечением, отличающееся тем, что плавающее кольцо образовано двумя концентричными, напрессованными с натягом одно на наружной поверхности другого кольцами с образованием плавно изменяющейся внутренней поверхности кольца и конфузорной щели.

2. Радиальное щелевое уплотнение с плавающим кольцом по п. 1, отличающееся тем, что внутреннее кольцо выполнено с тонкостенным трубчатым кольцевым козырьком, а второе установлено с натягом на козырьке и выполнено с толщиной в радиальном направлении, большей чем толщина козырька.

3. Радиальное щелевое уплотнение с плавающим кольцом по п. 1, отличающееся тем, что ширина наружного кольца выполнена меньше, чем ширина внутреннего кольца, поверхность которого образует конфузорную щель.