RU2037756C1

RU2037756C1 - Shaft seal

Info

Publication number: RU2037756C1
Authority: RU
Inventors: Михаил Владимирович Голуб; Валерий Давыдович Черняев; Владимир Васильевич Косьянчук
Original assignee: Брестский политехнический институт
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: flexible collar of reserve seal is fitted on shaft sleeve at spaced relation over housing of reverse seal for axial displacement forming chamber brought in communication with leakage drain line. Fixed contact ring is mounted in reserve seal housing. Flexible collar is fitted on shaft sleeve in plane of end contact with sleeve at linear contact. Leakage drain line is provided with sensor which stops the pump at excessive pressure. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для герметизации выхода вала из корпуса центробежного насоса, предназначенного для перекачки нефти и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам, а также может быть использовано для уплотнения валов гидросистем, заполненных горючим или токсичными средами под давлением. The invention relates to a device for sealing the shaft exit from a centrifugal pump casing, designed for pumping oil and oil products through pipelines, and can also be used to seal hydraulic shafts filled with combustible or toxic pressurized media.

Известно уплотнение с резервным торцовым уплотнительным узлом, содержащее основное торцовое уплотнение с вращающимся и неподвижным уплотнительными кольцами и резервное уплотнение, выполненное в виде дополнительной пары трения. Резервное уплотнение снабжено неподвижной в осевом направлении эластичной манжетой, которая имеет гибкую торцовую уплотнительную кромку, поджимаемую аксиально-подвижным кольцом. A seal with a backup mechanical seal assembly is known, comprising a main mechanical seal with rotating and stationary sealing rings and a backup seal made in the form of an additional friction pair. The backup seal is provided with an axially stationary elastic cuff, which has a flexible end sealing lip pressed by an axially movable ring.

Недостатком данной конструкции является низкая работоспособность при высоком давлении уплотняемой среды, поскольку на контактную поверхность будут действовать большие нагрузки от давления уплотняемой среды, аварийный узел уплотнения находится в замкнутой камере и поступающая жидкость не имеет теплообмена, что вызывает интенсивное выделение фрикционного тепла на контакте резервной пары и быстрое ее разрушение. The disadvantage of this design is the low working capacity at high pressure of the medium being sealed, since large loads from the pressure of the medium being sealed will act on the contact surface, the emergency sealing unit is in a closed chamber and the incoming liquid does not have heat transfer, which causes intense frictional heat at the contact of the reserve pair and its rapid destruction.

Известно торцовое уплотнение с резервным герметизатором, состоящее из основной уплотнительной пары и контактного кольца аварийного уплотнения. Аварийное уплотнение постоянно находится под давлением затворной среды, превышающим давление уплотняемой среды. Камера с затворной средой по валу уплотняется манжетным уплотнением. Наличие такого уплотнения, работающего под постоянным высоким давлением, значительно усложняет конструкцию уплотнения, приводит к быстрому износу ее элементов и снижает надежность работы уплотнения. A mechanical seal with a backup sealant is known, consisting of a main sealing pair and a slip ring of an emergency seal. The emergency seal is constantly under pressure from the barrier medium, which is higher than the pressure of the medium being sealed. The chamber with the shutter medium is sealed on the shaft with a lip seal. The presence of such a seal, operating under constant high pressure, greatly complicates the design of the seal, leads to rapid wear of its elements and reduces the reliability of the seal.

Известна механическая уплотнительная система, содержащая основное торцовое уплотнение и резервное в виде упругой манжеты, посаженной на аксиально-подвижную втулку. Known mechanical sealing system containing a main mechanical seal and a backup in the form of an elastic cuff, mounted on an axially movable sleeve.

Недостатком данного уплотнения являются неравномерное распределение нагрузки от давления уплотняемой среды по ширине как радиального, так и торцового контактов, а также постоянное прижатие манжеты к гильзе, что снижает ресурс его работы и ограничивает возможность применения его при высоком давлении уплотняемой среды. The disadvantage of this seal is the uneven distribution of the load from the pressure of the medium being sealed over the width of both the radial and the end contacts, as well as the constant pressing of the cuff to the sleeve, which reduces its working life and limits the possibility of using it at high pressure of the medium being sealed.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уплотнение вала, которое состоит из основного уплотнения и резервного в виде упругой манжеты с торцовой поверхностью, наклоненной под углом к оси вала. The closest to the invention in technical essence is a shaft seal, which consists of a main seal and a backup in the form of an elastic sleeve with an end surface inclined at an angle to the axis of the shaft.

Недостатком данного устройства является большая площадь контакта манжеты по гильзе вала, в результате чего образуется интенсивное тепловыделение с низким отводом тепла уплотняемой средой, что ограничивает его применение по величине давления. The disadvantage of this device is the large contact area of the cuff along the shaft sleeve, as a result of which intense heat is generated with low heat dissipation by the compressed medium, which limits its use in terms of pressure.

Сущность изобретения заключается в том, что уплотнение вала преимущественно нефтяного насоса содержит основное уплотнение и резервное в виде манжетно-торцового уплотнения, манжета которого посажена на гильзу вала и с зазором по корпусу с возможностью осевого ее перемещения и образования камеры, сообщенной с линией дренажной утечки, в корпусе резервного уплотнения установлено неподвижное контактное кольцо, а упругая манжета в плоскости торцового контакта посажена по гильзе вала с линейным контактом, при этом в линии дренажной утечки установлен датчик, отключающий насос при предельном давлении. The essence of the invention lies in the fact that the shaft seal of a predominantly oil pump comprises a main seal and a backup one in the form of a mechanical seal, the cuff of which is seated on the shaft sleeve and with a clearance along the body with the possibility of axial movement and formation of a chamber in communication with the drainage leakage line, a fixed contact ring is installed in the backup seal housing, and an elastic cuff in the face contact plane is fitted along the shaft sleeve with a linear contact, while in the drainage leak line tanovlen sensor that disables the pump at the limiting pressure.

На фиг. 1 изображено уплотнение вала, общий вид; на фиг.2 резервное уплотнение в рабочем состоянии. In FIG. 1 shows a shaft seal, general view; figure 2 backup seal in working condition.

Уплотнение вала содержит гильзу 1, основное торцовое уплотнение и резервное манжетно-торцовое уплотнение. Основное торцовое уплотнение состоит из корпуса 2, вращающегося контактного кольца 3, установленного на резиновом уплотнительном кольце 4 в гильзе 1, и контактного кольца 5, установленного на уплотнительном резиновом кольце 6 в аксиально-подвижной втулке 7. Втулка 7 связана с корпусом 2 винтами 8. Винты 8 служат для предотвращения проворота аксиально-подвижной втулки 7, уплотнение которой к корпусу 2 осуществляется резиновым уплотнительным кольцом 9. Контактные кольца 3, 5 от проворота в гильзе 1 и втулке 7 удерживаются штифтами 10, 11 соответственно. В корпусе 2 расположены равномерно по окружности пружины 12, обеспечивающие прижатие контактных колец 3, 5 друг к другу. The shaft seal comprises a sleeve 1, a main mechanical seal and a backup lip seal. The main mechanical seal consists of a housing 2, a rotating contact ring 3 mounted on a rubber sealing ring 4 in a sleeve 1, and a contact ring 5 mounted on a rubber sealing ring 6 in an axially movable sleeve 7. The sleeve 7 is connected to the housing 2 by screws 8. The screws 8 serve to prevent the rotation of the axial-movable sleeve 7, the sealing of which to the body 2 is carried out by a rubber sealing ring 9. The contact rings 3, 5 from being rotated in the sleeve 1 and the sleeve 7 are held by the pins 10, 11, respectively . In the housing 2 are arranged uniformly around the circumference of the spring 12, providing a pressing of the contact rings 3, 5 to each other.

Резервное уплотнение включает упругую манжету 13, посаженную на гильзу 1 вала, и неподвижное контактное кольцо 14, установленное в корпусе 15 резервного уплотнения с резиновым уплотнительным кольцом 16, образуя камеру, связанную с линией дренажной утечки. Корпус 15 связан с корпусом 2 основного уплотнения при помощи винтов 17 и крепится на гильзе 1 монтажной гайкой 18. Упругая манжета 13 конструктивно выполнена таким образом, что между манжетой 13 и кольцом 14 в силу ее посадки на гильзу 1 образуется торцовый зазор 19. Наружный диаметр манжеты 13 с внутренним диаметром корпуса 15 образует радиальный зазор 20. Обратная сторона манжеты 13 от плоскости торцового контакта с кольцом 14 по внутреннему диаметру имеет конический скос 21, выполненный под углом 6-15^о. Для уменьшения площади контакта и осевой силы поджатия манжеты 13 с кольцом 14 по наружному диаметру манжеты 13 выполнена кольцевая проточка 22 в пределах 2/3 высоты манжеты.The backup seal includes an elastic sleeve 13 mounted on the shaft sleeve 1, and a fixed contact ring 14 mounted in the backup seal housing 15 with the rubber seal ring 16, forming a chamber associated with the drainage leakage line. The housing 15 is connected to the housing 2 of the main seal with screws 17 and is mounted on the sleeve 1 with a mounting nut 18. The elastic sleeve 13 is structurally designed so that an end clearance 19 is formed between the sleeve 13 and the ring 14 due to its fit on the sleeve 1. The outer diameter cuff 13 with an inner diameter of the housing 15 forms a radial clearance 20. The reverse side of the cuff 13 from the plane of the mechanical contact with the ring 14 has an inner diameter 21 of a conical bevel made at an angle of 6-15 ^about . To reduce the contact area and the axial force of the preload of the cuff 13 with the ring 14 along the outer diameter of the cuff 13, an annular groove 22 is made within 2/3 of the height of the cuff.

Для регулировки предельного давления в камере резервного уплотнения, при котором насосный агрегат отключается и выводится из работы, камера резервного уплотнения сообщена с линией дренажной утечки через датчик давления, вмонтированный в отверстие 23 или 24 корпуса 15 резервного уплотнения. To adjust the maximum pressure in the backup seal chamber, at which the pump unit is switched off and put out of operation, the backup seal chamber is connected to the drainage line through a pressure sensor mounted in an opening 23 or 24 of the backup seal housing 15.

Гильза 1 связана с валом насоса посредством шпонки 25. The sleeve 1 is connected to the pump shaft by means of a key 25.

Уплотнение вала работает следующим образом. При вращении вала насоса с гильзой 1 вращающееся контактное кольцо 3 основного уплотнения скользит рабочей поверхностью по кольцу 5, установленному в аксиально-подвижной втулке 7, обеспечивая герметизацию уплотняемой среды. Прижатие кольца 5 к кольцу 3 происходит под воздействием пружин 12, равномерно расположенных в корпусе 2 основного уплотнения. Капельная утечка (до 300 см³/ч) через основное уплотнение, т.е. через щелевой радиальный зазор между аксиально-подвижной втулкой 7, корпусом 2 и гильзой основного уплотнения и радиальный зазор 20 между манжетой 13 и внутренним диаметром корпуса 15, вытекает через торцовый зазор 19 между манжетой 13 и неподвижным контактным кольцом 14 резервного уплотнения.The shaft seal operates as follows. When the pump shaft with the sleeve 1 rotates, the rotating contact ring 3 of the main seal slides with the working surface along the ring 5 installed in the axially movable sleeve 7, providing sealing of the medium being sealed. The pressing of the ring 5 to the ring 3 occurs under the influence of springs 12, evenly spaced in the housing 2 of the main seal. Drip leak (up to 300 cm ³ / h) through the main seal, i.e. through the radial gap between the axially movable sleeve 7, the housing 2 and the main seal sleeve and the radial clearance 20 between the sleeve 13 and the inner diameter of the housing 15, flows through the end gap 19 between the sleeve 13 and the stationary contact ring 14 of the backup seal.

При нарушении герметичности основного уплотнения утечка через кольца 3 и 5 повысится, увеличится скорость истечения уплотняемой среды через щелевой радиальный зазор, образованный между втулкой 7, корпусом 2 и гильзой 1. In case of violation of the tightness of the main seal, the leakage through the rings 3 and 5 will increase, the flow rate of the medium to be sealed through the radial slotted gap formed between the sleeve 7, the housing 2 and the sleeve 1 will increase.

Увеличивающийся скоростной напор струи утечки воздействует на поверхность манжеты 13 и осевая составляющая сила от давления прижимает ее к торцовой поверхности контактного кольца 14, герметизируя тем самым торцовый зазор 19. Радиальная составляющая сила на манжету 13 определяется величиной давления, упругостью материала манжеты и положением радиального контакта манжеты относительно торцового контакта манжеты. Чем ближе линейный радиальный контакт к торцу, тем меньше радиальное усилие на манжету. При достижении предельного давления в камере резервного уплотнения срабатывает датчик давления, отключающий насосный агрегат, а утечка отводится в дренажную линию. The increasing velocity head of the leakage jet acts on the surface of the cuff 13 and the axial component pressure forces it against the end surface of the contact ring 14, thereby sealing the end gap 19. The radial component force on the cuff 13 is determined by the pressure, the elasticity of the cuff material and the position of the radial contact of the cuff relative to the end contact of the cuff. The closer the linear radial contact to the end face, the less radial force on the cuff. When the maximum pressure in the backup seal chamber is reached, a pressure sensor is triggered, which turns off the pump unit, and the leak is diverted to the drain line.

Такой режим обеспечивает минимальные силы трения манжеты 13 по гильзе 1 и по торцу контактного кольца 14 и минимальную величину фрикционного тепла на контактах, увеличивает ресурс и надежность резервного уплотнения в момент разгерметизации основной пары трения. This mode provides the minimum friction forces of the cuff 13 along the sleeve 1 and along the end of the contact ring 14 and the minimum amount of frictional heat at the contacts, increases the resource and reliability of the backup seal at the moment of depressurization of the main friction pair.

Технико-экономическая эффективность заключается в обеспечении надежной герметизации выхода вала из корпуса насоса и предотвращении выброса перекачиваемой среды в насосное помещение, а также в устранении загазованности и загрязнения окружающей среды. Technical and economic efficiency consists in ensuring reliable sealing of the shaft exit from the pump casing and preventing the discharge of the pumped medium into the pump room, as well as in eliminating gas contamination and environmental pollution.

Claims

SHAFT SEAL of a predominantly oil pump, consisting of a main mechanical seal and a backup in the form of a mechanical seal, the elastic sleeve of which is seated on the shaft sleeve and with a clearance in the backup seal housing with the possibility of axial movement and the formation of a chamber connected to the drainage leakage line, characterized in that a fixed contact ring is installed in the backup seal housing, and an elastic sleeve in the plane of the end contact with the latter is fitted along the shaft sleeve with a linear contact, When this drainage line leak detector installed, disabling the pump at the limit pressure.