RU2046232C1

RU2046232C1 - Shaft seal

Info

Publication number: RU2046232C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Алексеевич Холоднов
Original assignee: Анатолий Алексеевич Холоднов
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1992-02-10
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: sealing members are mounted inside the housing and are in contact with the shaft. Spaces are made in the housing in series and separated with walls. The outer wall of the space has the opening from the side of high pressure. The fluid separator is received in the opening for permitting axial movement. The spaces are interposed between the sealing members and filled with a neutral liquid. The system for controlling pressure drop between the spaces is constructed as check valves. The inlet and outlet is made in the wall of the spaces, excluding the end spaces. One part of the check valves is arranged at the inlet and the other part is arranged at the outlet. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике. The invention relates to a sealing technique.

Известно устройство, которое имеет многоступенчатую организацию понижения внешнего давления за счет независимых полостей, организованных концентрическими канавками корпусов уплотнения вала, в которых установлены уплотнительные кольца, и диск, установленный на валу, контактирующий с уплотнительными кольцам и разделяющий полости высокого и низкого давлений. Каждая из концентрических канавок корпуса уплотнения вала имеет свой независимый друг от друга объем, который, в свою очередь, через редукционный клапан соединен с внешней средой. Редукционный клапан срабатывает при определенном, заранее подобранном давлении [1]
В данном устройстве есть ряд недостатков, которые особенно сильно проявляются при использовании его в жидкой агрессивной среде под большим гидростатическим давлением, меняющим свой уровень в больших пределах как в сторону увеличения, так и уменьшения. Поскольку первая от вала концентрическая канавка, а также последовательно все остальные концентрические канавки имеют сообщение с внешней средой через клапан, возникают неблагоприятные условия для металлоконструкции как в целом, так и для диска вала. Контакт с внешней агрессивной средой приведет диск вала к быстрому коррозированию, а следовательно, к увеличению абразивности контактирующих с уплотнительными кольцами поверхностей и быстрому выходу уплотнения вала из строя.A device is known that has a multi-stage organization of lowering external pressure due to independent cavities organized by concentric grooves of the shaft seal housings in which the sealing rings are installed, and a disk mounted on the shaft in contact with the sealing rings and separating the high and low pressure cavities. Each of the concentric grooves of the shaft seal housing has its own independent volume, which, in turn, is connected to the external medium through a pressure reducing valve. The pressure relief valve is activated at a predetermined pressure [1]
This device has a number of disadvantages, which are especially pronounced when used in a liquid aggressive environment under high hydrostatic pressure, changing its level over large limits, both in the direction of increase and decrease. Since the first concentric groove from the shaft, as well as all other concentric grooves in series, are in communication with the external environment through the valve, adverse conditions arise for the metal construction as a whole and for the shaft disk. Contact with an external aggressive environment will cause the shaft disc to quickly corrode, and consequently, to increase the abrasiveness of surfaces in contact with the sealing rings and the quick failure of the shaft seal.

Ввиду того, что система клапанов работает в одном направлении перепуска, при снижении внешнего давления не происходит самопроизвольный сброс давления в концентрических канавках из-за отсутствия обратного перепуска клапанов, а следовательно, не снижается прижимающее усилие на уплотнительные кольца уплотнительного устройства. Большие перепады внешнего давления, а тем более если оно гидростатическое и достигает нескольких сотен атмосфер, приведут к немедленному поврежде- нию уплотнительных колец. Due to the fact that the valve system works in one direction of the bypass, when the external pressure decreases, spontaneous pressure relief in the concentric grooves does not occur due to the lack of reverse bypass of the valves, and therefore, the pressing force on the sealing rings of the sealing device does not decrease. Large differences in external pressure, and even more so if it is hydrostatic and reaches several hundred atmospheres, will lead to immediate damage to the sealing rings.

Цель изобретения повышение долговечности работы вала вращения путем повышения надежности герметизации вала. The purpose of the invention is to increase the durability of the rotation shaft by increasing the reliability of the shaft sealing.

Цель достигается путем дискретного понижения вдоль вала вращения действия внешнего гидростатического давления со стороны его действия к защищаемому объему. Это дает возможность на каждой ступени понижения давления снизить нагрузку на каждый в отдельности уплотнительный герметизирующий элемент и создать благоприятные условия их работы, за счет чего повысится долговечность работы уплотнительного устройства в целом. При таком подходе появляется возможность решить проблему герметизации валов вращения подводных аппаратов, работающих на больших глубинах, что увеличит их автономность самоперемещения. The goal is achieved by discrete lowering along the rotation shaft of the action of external hydrostatic pressure from the side of its action to the protected volume. This makes it possible at each stage of pressure reduction to reduce the load on each individual sealing sealing element and create favorable conditions for their work, thereby increasing the durability of the sealing device as a whole. With this approach, it becomes possible to solve the problem of sealing the shafts of rotation of underwater vehicles operating at great depths, which will increase their autonomy of self-movement.

На фиг.1 показано устройство в разрезе; на фиг.2 уплотнительный узел. In Fig.1 shows a device in section; figure 2 sealing unit.

Уплотнение вала представляет собой встроенные в тело подводного аппарата 1 и наклоненные нейтральной средой 2 полости между уплотнительными узлами 3, контактирующими с валом 4 вращения по посадке скольжения. Полости располагаются вдоль продольной оси вала 4. Полость, контактирующая с внешней средой одной из своих стенок, имеет в этой стенке отверстие, в котором установлен с возможностью осевого перемещения разделитель 5 сред. Полость, являющаяся последней в наборе корпусов и контактирующих своей стенкой, через которую проходит вал вращения, не сопрягается по среде с защищаемым объемом. Между каждой парой прилегающих друг к другу полостей во входе и выходе из полости установлено по два обратных клапана 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11, отрегулированных, организующих перепады давления в корпусах и представляющих собой систему регулирования. Уплотнительный узел 3 может быть любой конфигурации, например, как показано на фиг.2, и состоять из обоймы 12 и вмонтированных в него уплотнительных элементов 13 скольжения. В качестве уплотнительных элементов могут быть применены сальниковые набивки, сальники и т.д. Вал приводится во вращение двигателем, который подсоединен к валу с внутренней стороны герметичного корпуса как через редуктор, так и напрямую. The shaft seal is a cavity embedded in the body of the underwater vehicle 1 and tilted by the neutral medium 2 between the sealing units 3 in contact with the rotation shaft 4 along the slip fit. The cavities are located along the longitudinal axis of the shaft 4. The cavity in contact with the external environment of one of its walls has a hole in this wall in which the media separator 5 is mounted with the possibility of axial movement. The cavity, which is the last in the set of housings and in contact with its wall, through which the rotation shaft passes, does not mate in the medium with the protected volume. Between each pair of adjacent cavities in the inlet and outlet of the cavity, two non-return valves 6 and 7, 8 and 9, 10 and 11 are installed, adjusted, organizing the pressure drops in the bodies and representing a control system. The sealing assembly 3 can be of any configuration, for example, as shown in FIG. 2, and consist of a cage 12 and sliding sealing elements 13 mounted therein. As packing elements, stuffing boxes, gaskets, etc. can be used. The shaft is driven by a motor that is connected to the shaft from the inside of the sealed enclosure, both through the gearbox and directly.

При увеличении внешнего гидростатического давления Р_вн происходит передача силы внешнего гидростатического давления в полость первого корпуса, контактирующего стенкой с внешней средой за счет разделителя сред. При дальнейшем увеличении внешнего гидростатического давления происходит прижатие клапана 6 за счет разности давлений с полостью второго корпуса чем достигается его герметичность. При дальнейшем увеличении внешнего гидростатического давления происходит срабатывание клапана 7 и начнется перепуск жидкого наполнителя в полость следующего корпуса. Как только разность в полостях соседних корпусов будет равна установочному уровню срабатывания клапана 7, клапан закроется, перепуск прекратится, тем самым процесс дискретного понижения давления стабилизируется и разность давлений между полостями первого и второго корпусов останется неизменной. При дальнейшем повышении внешнего гидростатического давления будет повышаться давление в полости первого корпуса до уровня внешнего гидростатического давления, а в полости второго корпуса с разницей, равной установочному давлению клапана 7. Повышение уровня давления в полости второго корпуса устройства вызовет аналогичные процессы во всех полостях последующих корпусов. Таким образом внешнее гидростатическое давление будет дискретно понижено, а действие силы гидростатического давления на каждый отдельный уплотнительный узел вала вращения будет снижено до желаемого уровня.With an increase in the external hydrostatic pressure P _int , the force of the external hydrostatic pressure is transferred to the cavity of the first casing, which contacts the wall with the external medium due to the medium separator. With a further increase in external hydrostatic pressure, the valve 6 is pressed due to the pressure difference with the cavity of the second body, which ensures its tightness. With a further increase in external hydrostatic pressure, valve 7 activates and the bypass of the liquid filler into the cavity of the next body begins. As soon as the difference in the cavities of the neighboring housings is equal to the installation level of valve 7 actuation, the valve closes, the bypass stops, thereby the process of discrete pressure reduction is stabilized and the pressure difference between the cavities of the first and second housings remains unchanged. With a further increase in external hydrostatic pressure, the pressure in the cavity of the first body will increase to the level of external hydrostatic pressure, and in the cavity of the second body with a difference equal to the set pressure of the valve 7. An increase in the pressure level in the cavity of the second body of the device will cause similar processes in all cavities of subsequent bodies. Thus, the external hydrostatic pressure will be discretely reduced, and the action of the hydrostatic pressure force on each individual sealing assembly of the rotation shaft will be reduced to the desired level.

Во время понижения внешнего гидростатического давления Р_ви произойдет перемещение разделителя 3 среды, что вызовет понижение давления в полости первого корпуса. Если давление в полости первого корпуса станет ниже, чем в полости второго корпуса, произойдет разгерметизация клапана 6 и перепуск жидкого наполнителя из второго корпуса в первый, тем самым произойдет снижение давления во втором корпусе. При дальнейшем понижении внешнего гидростатического давления произойдут аналогичные процессы во всех полостях устройства.During lowering of the external hydrostatic pressure P _VI , the separator 3 of the medium will move, which will cause a decrease in pressure in the cavity of the first body. If the pressure in the cavity of the first housing becomes lower than in the cavity of the second housing, the valve 6 will be depressurized and the liquid filler will be transferred from the second housing to the first, thereby reducing the pressure in the second housing. With a further decrease in external hydrostatic pressure, similar processes will occur in all cavities of the device.

При такой конструкции уплотнения вала резко снижается обводнение жидкого наполнителя за счет отсутствия разницы в давлениях на первый уплотнительный узел, что определяет долговечность работы вала. В качестве жидких наполнителей могут служить силиконовые и органические масла. With this design of the shaft seal, the flooding of the liquid filler is sharply reduced due to the absence of a difference in pressure on the first sealing assembly, which determines the durability of the shaft. Silicone and organic oils can serve as liquid fillers.

Claims

SHAFT SEAL, containing sealing elements installed in the housing and in contact with the shaft, and a pressure differential control system between the cavities made sequentially in the housing and separated by walls, characterized in that a hole is made in the outer wall of the cavity from the side of the high pressure region which is installed with the possibility of axial movement of the media separator, and said cavities are located between the sealing elements and are filled with a neutral medium, while the control system Differential pressure was made in the form of check valves, and in the walls of the cavities, except for the extreme walls, the cavity was entered and exited from the cavity, and one part of the check valves was placed in the inlet and the other in the outlet.