RU2106556C1

RU2106556C1 - Multi-stage contactless sealing device

Info

Publication number: RU2106556C1
Application number: RU96103030/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Петров
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Ленинградский Металлический завод"
Priority date: 1996-02-20
Filing date: 1996-02-20
Publication date: 1998-03-10

Abstract

FIELD: sealing of machines handling aggressive media. SUBSTANCE: device includes the following components located in succession after space to be sealed up: slotted seal, unloading cavity with drain hole and profiled contactless seal fitted with bush secured on shaft. Baffle disk is located at end of second unloading chamber provided with drain hole and is mounted on shaft. Sealing ring made from stiff material is pressed between baffle disk and end of bush. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к общему машиностроению, а его объектом является многоступенчатое бесконтактное уплотнительное устройство, предназначенное в основном для уплотнения валов насосов, используемых для перекачки агрессивных жидких сред. The invention relates to general mechanical engineering, and its object is a multi-stage non-contact sealing device, intended mainly for sealing pump shafts used for pumping aggressive liquid media.

Известно, что контактные уплотнительные устройства, обеспечивая высокую степень герметизации, подвержены трению и износу, что ограничивает их долговечность, а также является причиной энергетических потерь и повышения температуры уплотняемых элементов. Бесконтактные уплотнительные устройства таких недостатков не имеют, но их степень герметизации значительно ниже. Известны комбинированные уплотнительные устройства, включающие бесконтактные уплотнения, выполняющие свои функции во время работы машины или двигателя, и контактные уплотнения, предназначенные в качестве стояночного уплотнения. Одно из таких устройств содержит в качестве бесконтактного уплотнения лабиринтно-винтовое уплотнение между втулкой и буксой корпуса и упругое кольцо между втулкой и валом, а в качестве контактного уплотнения - торцевое стояночное уплотнение, отжимаемое в процессе работы давлением рабочей среды [1]. Это устройство обеспечивает высокую степень герметизации только во время простоя машины или двигателя, а в процессе работы его эффективность соответствует эффективности одноступенчатого бесконтактного уплотнения. Вместе с тем настройка указанного устройства относительно сложна, а уплотнение между втулкой и валом может быть осуществлено только с использованием резинового кольца, что ограничивает температурный диапазон использования такого уплотнительного устройства и не позволяет его применять при агрессивных рабочих средах. It is known that contact sealing devices, providing a high degree of sealing, are subject to friction and wear, which limits their durability, and is also the cause of energy losses and an increase in the temperature of the elements being sealed. Contactless sealing devices do not have such drawbacks, but their degree of sealing is much lower. Known combination sealing devices, including non-contact seals that perform their functions during operation of the machine or engine, and contact seals, designed as a parking seal. One of such devices contains a labyrinth-screw seal between the sleeve and the axle box of the housing and an elastic ring between the sleeve and the shaft as a non-contact seal, and an end parking seal pressed during operation by the pressure of the working medium as a contact seal [1]. This device provides a high degree of sealing only during downtime of a machine or engine, and during operation, its effectiveness corresponds to the efficiency of a single-stage non-contact seal. However, the adjustment of the specified device is relatively complicated, and the seal between the sleeve and the shaft can only be carried out using a rubber ring, which limits the temperature range of the use of such a sealing device and does not allow it to be used in aggressive environments.

Более простыми и также обладающими комбинированным действием являются уплотнительные устройства бесконтактного типа с разгрузочными полостями, сообщенными дренажным отверстием с системой циркуляции рабочей среды. Очевидно, что и в таких устройствах необходимо обеспечить возможно более высокую степень герметизации уплотняющих элементов, чтобы свести к минимуму затраты энергии на возврат протечек в систему циркуляции рабочей среды. More simple and also possessing a combined effect are non-contact type sealing devices with discharge cavities communicated by a drainage hole with a working medium circulation system. It is obvious that in such devices it is necessary to provide the highest possible degree of sealing of the sealing elements in order to minimize the energy costs of returning leaks to the system of circulation of the working medium.

К такому высокоэффективному уплотнительному устройству относится устройство, являющееся ближайшим аналогом изобретения и содержащее расположенные последовательно за герметизируемым пространством щелевое уплотнение, в частности, опору вращения вала, разгрузочную полость с дренажным отверстием, профилированное бесконтактное уплотнение с закрепленной на валу втулкой, вторую разгрузочную полость с дренажным отверстием и расположенный у ее конца отбойный элемент [2] . Такое двухступенчатое уплотнительное устройство сочетает в себе элементы статического и динамического бесконтактных уплотнений и обладает относительно высокой степенью герметизации. Однако в подобном известном устройстве отсутствует уплотнение по валу, а поэтому между ним и втулкой в процессе работы может сползти пленка рабочей среды, в частности масла. Вместе с тем конструкция устройства позволяет использовать в качестве уплотнения по валу только резиновое кольцо в канавке на внутренней поверхности втулки. Such a high-performance sealing device includes a device that is the closest analogue of the invention and containing a gap seal located in series behind the sealed space, in particular, a shaft rotation support, an unloading cavity with a drainage hole, a profiled non-contact seal with a sleeve fixed to the shaft, a second unloading cavity with a drainage hole and a bump element located at its end [2]. Such a two-stage sealing device combines the elements of static and dynamic non-contact seals and has a relatively high degree of sealing. However, in such a known device there is no seal on the shaft, and therefore, between it and the sleeve during operation, a film of the working medium, in particular oil, can slip. However, the design of the device allows you to use as a seal on the shaft only a rubber ring in the groove on the inner surface of the sleeve.

В основу изобретения поставлена задача создания такого многоступенчатого бесконтактного уплотнительного устройства, которое полностью перекрывало бы пути возможных протечек рабочей среды из герметизируемого пространства наружу и при этом могло бы работать в условиях высокой температуры и агрессивной рабочей среды. The basis of the invention is the task of creating such a multi-stage non-contact sealing device that would completely block the paths of possible leaks of the working medium from the sealed space to the outside and could work in high temperature and aggressive working environments.

Эта задача решена в уплотнительном устройстве, содержащем расположенные последовательно за герметизируемым пространством щелевое уплотнение, разгрузочную полость с дренажным отверстием, профилированное бесконтактное уплотнение с закрепленной на валу втулкой, вторую разгрузочную полость с дренажным отверстием и отбойным элементом у ее конца на выходе устройства, в котором в соответствии с сущностью изобретения отбойный элемент, выполненный в виде диска, установлен на валу у торца втулки и между ними зажато установленное также на валу кольцевое уплотнение из жесткого материала. This problem is solved in a sealing device containing a gap seal located successively behind a sealed space, a discharge cavity with a drainage hole, a profiled non-contact seal with a sleeve fixed to the shaft, a second discharge cavity with a drainage hole and a breaker element at its end at the outlet of the device, in which in accordance with the essence of the invention, a baffle element made in the form of a disk is mounted on a shaft at the end face of the sleeve and between them is also clamped mounted on the shaft O-ring of a rigid material.

Указанное расположение элементов уплотнительного устройства позволило применить кольцевое уплотнение из любого подходящего жесткого материала, что позволяет обеспечить работу устройства при высокой температуре и/или в условиях агрессивной среды с надежным уплотнением по валу. При этом для увеличения степени герметизации по валу предпочтительно, чтобы материал, из которого изготовлено кольцевое уплотнение, имел коэффициент температурного расширения меньше чем у стали, из которой изготовлен вал. Таким материалом может быть, в частности, материал на основе графитовой композиции, например силицированный графит. The specified location of the elements of the sealing device allowed the use of an annular seal of any suitable rigid material, which allows the device to operate at high temperature and / or in an aggressive environment with reliable sealing on the shaft. Moreover, to increase the degree of sealing along the shaft, it is preferable that the material from which the annular seal is made has a coefficient of thermal expansion less than that of the steel from which the shaft is made. Such a material may be, in particular, a material based on a graphite composition, for example, siliconized graphite.

На чертеже показано предлагаемое устройство, продольный разрез. The drawing shows the proposed device, a longitudinal section.

Изображенный на чертеже узел относится к концевому уплотнительному устройству многовинтового насоса, предназначенного для перекачки агрессивных огнестойких масел и работающего с высокой степенью нагрева вала 1. Опорой вращения вала 1 является подшипник скольжения 2, выполняющий также функцию щелевого уплотнения, способствуя герметизации внутреннего пространства насоса. The assembly shown in the drawing refers to the end sealing device of a multi-screw pump designed for pumping aggressive flame-retardant oils and working with a high degree of heating of the shaft 1. The shaft 1 is supported by a sliding bearing 2, which also performs the function of a gap seal, thereby sealing the internal space of the pump.

В корпусе 3 насоса непосредственно за подшипником 2 сформирована разгрузочная полость 4 с дренажным отверстием 5. За этой полостью расположено динамическое винтоканавочное уплотнение, состоящее из буксы 6 и втулки 7, закрепленной на валу 1. С помощью крышки 8 сформирована еще одна разгрузочная полость 9 с дренажным отверстием 10, в конце которой у выходного конца вала 1 расположен отбойный диск 11. In the pump housing 3, immediately behind the bearing 2, a discharge cavity 4 with a drainage hole 5 is formed. A dynamic screw-groove seal is located behind this cavity, consisting of an axle box 6 and a sleeve 7 mounted on the shaft 1. Another discharge cavity 9 with a drainage cavity is formed using the cover 8 hole 10, at the end of which at the output end of the shaft 1 is a baffle plate 11.

В торце втулки 7, обращенном к отбойному диску 11, выполнена кольцевая расточка и в ней размещено уплотнительное кольцо 12 из силицированного графита, который не подвержен разрушению от действия агрессивного огнестойкого масла. Это кольцо 12 вместе с отбойным диском 11 поджато к втулке 7 муфтой 13, проходящей через отверстия в крышке 8. An annular bore is made in the end face of the sleeve 7 facing the baffle plate 11 and the sealing ring 12 is made of siliconized graphite, which is not subject to destruction from the action of aggressive fire-resistant oil. This ring 12 together with the baffle plate 11 is pressed against the sleeve 7 by the coupling 13 passing through the holes in the cover 8.

Во время работы часть масла проходит через щелевое уплотнение 2 в первую разгрузочную полость 4 и вытекает из дренажного отверстия 5. В зависимости от давления подпора в дренажном отверстии 5 и расхода протечек через щелевое уплотнение 2 часть протечек проходит в винтоканавочное уплотнение и в результате динамического воздействия винтовой резьбы отбрасывается назад. Если какая-либо часть протечек пройдет через винтоканавочное уплотнение во вторую разгрузочную полость 9, то она либо стечет непосредственно через дренажное отверстие 10, либо будет отброшена к стенкам полости 9 отбойным диском 11 и затем уже в этом отверстие 10, после чего поступит в сборник, находящийся под атмосферным давлением. Масляная пленка, затягиваемая по вращающемуся валу 1, будет удерживаться уплотнительным кольцом 12, которое при тепловом расширении вала 1 будет надежно обжимать его. При остановке насоса достаточная степень герметизации будет обеспечена разгрузочными полостями 4 и 9. During operation, part of the oil passes through the gap seal 2 into the first discharge cavity 4 and flows out of the drain hole 5. Depending on the back pressure in the drain hole 5 and the leakage rate through the gap seal 2, part of the leakage passes into the screw-groove seal and, as a result of the dynamic action of the screw thread throws back. If any part of the leaks passes through the screw-groove seal into the second discharge cavity 9, then it either drains directly through the drainage hole 10, or will be discarded to the walls of the cavity 9 by the baffle plate 11 and then into this hole 10, after which it will enter the collector, under atmospheric pressure. The oil film drawn along the rotating shaft 1 will be held by a sealing ring 12, which, when the shaft 1 expands, expands it firmly. When the pump stops, a sufficient degree of sealing will be provided by discharge cavities 4 and 9.

Следует понимать, что изображенный на чертеже и описанный пример, служит только для пояснения существа изобретения, которые может иметь и другие конструктивные исполнения. В частности, при отсутствии перед первой разгрузочной полостью 4 опоры скольжения следует установить специальное щелевое уплотнение. Винтоканавочное уплотнение может быть заменено на лабиринтное. Уплотнительное кольцо 12 может быть расположено в кольцевой расточке ступицы отбойного диска 11 или без использования расточек размещено между торцом втулки 7 и диском 11, и т.п. It should be understood that the example depicted in the drawing and described only serves to explain the essence of the invention, which may have other designs. In particular, in the absence of sliding bearings before the first discharge cavity 4, a special gap seal should be installed. The screw seal can be replaced with a labyrinth seal. The o-ring 12 can be located in the annular bore of the hub of the baffle plate 11 or, without the use of bores, is placed between the end face of the sleeve 7 and the disk 11, and the like.

Claims

1. A multi-stage non-contact sealing device comprising a gap seal located sequentially behind the sealed space, an unloading cavity with a drainage hole, a profiled non-contact seal with a sleeve fixed to the shaft, a second unloading cavity with a drainage hole and a breaker element located at its end, characterized in that an element made in the form of a disk is mounted on the shaft opposite the end of the sleeve and between them is clamped ring mounted also on the shaft plotnenie of a rigid material.

2. The device according to claim 1, characterized in that the annular seal is made of a material having a coefficient of thermal expansion less than the material of the shaft, which is made of steel.