RU2162975C2

RU2162975C2 - End seal

Info

Publication number: RU2162975C2
Application number: RU99100728A
Authority: RU
Inventors: Евгений Дмитриевич Роговой; Михаил Михайлович Смирнов; Виктор Александрович Левашов; Евгений Данилович Наумов; Василий Романович Пшик
Original assignee: Акционерное общество "Сумское машиностроительное научно-производственное объединение им. М.В. Фрунзе"
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2001-02-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: end seal relates to seals of rotating shafts. Shaft end seal has a thrust ring with pressure spring mounted in body and supporting ring positioned on shaft. End surface of supporting ring is provided with sealing band and pressure section. Circular magnets facing each other with similar poles are arranged in rings. Different poles of circular magnets removed from working end surfaces of rings are closed by magnetic cores. Interaction of circular magnets with their similar poles ensures self-setting of rings and uniform load over the entire contact surface. In this case, occurring resulting gas dynamic force increases force opening the end butt joint. Thrust ring takes some equilibrium position forming optimal sealing assembly along with supporting ring. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнениям вращающихся валов, и может быть использовано в насосах, компрессорах, газовых турбинах и турбоагрегатах. The invention relates to a sealing technique, in particular to seals of rotating shafts, and can be used in pumps, compressors, gas turbines and turbine units.

Известна конструкция торцового уплотнения, опорное кольцо которого расположено на валу, а в корпусе с помощью мембраны установлено упорное кольцо, причем в кольцах размещены постоянные магниты с чередующимися на поверхности трения разноименными полюсами [1]. A known design of the mechanical seal, the support ring of which is located on the shaft, and a thrust ring is installed in the housing with the help of a membrane, with the permanent magnets placed in the rings with opposite poles alternating on the friction surface [1].

Однако применение таких конструкций для уплотнения газовых сред ограничено, так как из-за малых усилий, создаваемых магнитами, при повышении давления кольца прижимаются друг к другу, создавая сухое трение, что приводит к быстрому износу пары трения и, как следствие, к разрушению уплотнения. However, the use of such structures for sealing gas media is limited, since due to the small forces created by the magnets, with increasing pressure, the rings are pressed against each other, creating dry friction, which leads to rapid wear of the friction pair and, as a consequence, to the destruction of the seal.

Наиболее близкой по назначению, технической мощности и достигаемому результату является конструкция торцового уплотнения, принятая в качестве прототипа и содержащая установленное на валу опорное кольцо и установленное в корпусе упорное кольцо с нажимным устройством. Рабочий торец одного из колец снабжен уплотнительным пояском и напорным участком, а в рабочих торцах обоих колец размещены постоянные магниты, при этом магниты в упорном кольце и магниты в опорном кольце обращены друг к другу одноименными полюсами [2]. Однако, в данной конструкции, из-за неоднородной структуры магнитов, не обеспечивается параллельности рабочих поверхностей колец пары трения. The closest in purpose, technical power and the achieved result is the mechanical seal design adopted as a prototype and containing a support ring mounted on the shaft and a support ring mounted in the housing with a pressure device. The working end of one of the rings is equipped with a sealing girdle and a pressure section, and permanent magnets are placed in the working ends of both rings, while the magnets in the thrust ring and the magnets in the support ring face each other with the same poles [2]. However, in this design, due to the heterogeneous structure of the magnets, the parallelism of the working surfaces of the friction pair rings is not ensured.

В основу изобретения поставлена техническая задача повышения надежности и расширения эксплуатационных возможностей торцевого уплотнения. The basis of the invention is the technical task of increasing the reliability and expanding the operational capabilities of the mechanical seal.

Поставленная задача решается тем, что в известной конструкции торцового уплотнения, содержащей установленное на валу опорное кольцо и установленное в корпусе упорное кольцо с нажимным устройством, при этом рабочий торец одного из конец снабжен уплотнительным пояском и имеет напорный участок, а в рабочих торцах обоих колец размещены постоянные магниты, причем магниты в упорном кольце и магниты в опорном кольце обращены друг к другу одноименными полюсами, согласно заявляемому изобретению, в рабочих торцах колец размещено, по меньшей мере, по паре кольцевых постоянных магнитов, разнесенных по радиусу и установленных таким образом, что полюса каждой пары магнитов, удаленные от рабочих торцовых поверхностей колец, разноименны и соединены друг с другом магнитопроводом. The problem is solved in that in the known design of the mechanical seal comprising a support ring mounted on the shaft and a support ring installed in the housing with a pressure device, while the working end of one of the ends is equipped with a sealing girdle and has a pressure section, and are placed in the working ends of both rings permanent magnets, with the magnets in the thrust ring and the magnets in the support ring facing each other with the same poles, according to the claimed invention, at least at the working ends of the rings , for a pair of ring permanent magnets spaced along the radius and installed in such a way that the poles of each pair of magnets, remote from the working end surfaces of the rings, are heterogeneous and connected to each other by a magnetic circuit.

Таким образом, заявляемое торцовое уплотнение отличается от прототипа и других технических решений следующими существенными признаками:
- размещение в рабочих торцах колец, по меньшей мере, по паре кольцевых постоянных магнитов;
- разнесением магнитов по радиусу кольца;
- установкой магнитов таким образом, что полюса каждой пары магнитов, удаленные от рабочих торцовых поверхностей колец, разноименны и соединены друг с другом магнитопроводом.Thus, the claimed mechanical seal differs from the prototype and other technical solutions by the following essential features:
- placement in the working ends of the rings, at least a pair of annular permanent magnets;
- spacing of the magnets along the radius of the ring;
- installation of magnets in such a way that the poles of each pair of magnets remote from the working end surfaces of the rings are heterogeneous and connected to each other by a magnetic circuit.

Перечисленные выше существенные отличительные признаки, совместно с известными, являются необходимыми и достаточными для решения поставленной технической задачи:
- размещение в рабочих торцах колец, по меньшей мере, по паре кольцевых постоянных магнитов обеспечивает параллельность их рабочих торцовых поверхностей, что способствует более надежной работе уплотнения при малых рабочих зазорах;
- установка кольцевых постоянных магнитов разнесенными по радиусу способствует возникновению дополнительного момента, стремящегося поддержать плоскопараллельность торцовых рабочих поверхностей колец;
- установка магнитов таким образом, что полюса каждой пары магнитов, удаленные от рабочих торцовых поверхностей колец, разноименны и соединены друг с другом магнитопроводов, значительно увеличивает магнитное поле и уменьшает рассеивание магнитного потока. При этом значительно увеличивается сила взаимодействия между обращенными друг к другу рабочими торцами колец, что в конечном счете расширяет эксплуатационные возможности уплотнения, благодаря обеспечению надежности работы при увеличенном диапазоне высоких давлений и скоростей вращения вала, например, турбокомпрессора.The essential distinguishing features listed above, together with the well-known, are necessary and sufficient to solve the technical problem:
- placement in the working ends of the rings, at least a pair of annular permanent magnets ensures parallelism of their working end surfaces, which contributes to a more reliable operation of the seal with small working gaps;
- the installation of ring permanent magnets spaced along the radius contributes to the emergence of an additional moment tending to maintain the plane parallelism of the end working surfaces of the rings;
- installation of magnets in such a way that the poles of each pair of magnets, remote from the working end surfaces of the rings, are heterogeneous and connected to each other by magnetic cores, significantly increases the magnetic field and reduces the dispersion of the magnetic flux. At the same time, the interaction force between the working ends of the rings facing each other significantly increases, which ultimately expands the operational capabilities of the seal, due to the reliability of operation at an increased range of high pressures and shaft speeds, for example, a turbocompressor.

Указанная выше причинно-следственная связь подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию изобретательского уровня. The above causal relationship confirms the conformity of the claimed technical solution to the criterion of inventive step.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез узла уплотнения и на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. The essence of the invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through a seal assembly, and in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Торцовое уплотнение содержит установленное в корпусе 1 упорное кольцо 2 с нажимной пружиной 3 и установленное на валу 4 опорное кольцо 5, на торцовой поверхности которого имеется уплотнительный поясок 6 и напорный участок 7. В упорном 2 и опорном 5 кольцах установлены кольцевые магниты 8, 9 и 10, 11 соответственно, причем они обращены друг к другу одноименными полюсами. В каждом из колец 2 и 5 разноименные полюса кольцевых магнитов 8, 9 и 10, 11, удаленные от торцовой рабочей поверхности, замкнутые магнитопроводы 12 и 13. The mechanical seal contains a thrust ring 2 installed in the housing 1 with a compression spring 3 and a support ring 5 mounted on the shaft 4, on the end surface of which there is a sealing girdle 6 and a pressure section 7. Ring magnets 8, 9 and 10, 11, respectively, and they are facing each other with the same poles. In each of the rings 2 and 5, the opposite poles of the ring magnets 8, 9 and 10, 11, remote from the end face of the working surface, closed magnetic circuits 12 and 13.

Торцовое уплотнение работает следующим образом. В исходном положении сила упругости пружины 3 и давление уплотняемой среды прижимают упорное кольцо 2 к опорному кольцу 5. Кольца 2 и 5 соприкасаются своими торцовыми поверхностями, при этом уплотнительный поясок 6 обеспечивает герметизацию уплотняемой среды. Постоянные кольцевые магниты, разнесенные по радиусу и взаимодействующие между собой одноименными полюсами, обеспечивают самоустановку колец 2 и 5 и равномерную нагрузку по всей поверхности взаимодействия. Mechanical seal works as follows. In the initial position, the spring force 3 and the pressure of the medium to be sealed press the thrust ring 2 against the support ring 5. Rings 2 and 5 are in contact with their end surfaces, while the sealing girdle 6 provides sealing of the medium being sealed. Permanent ring magnets spaced in radius and interacting with the same poles provide self-installation of rings 2 and 5 and a uniform load over the entire interaction surface.

При вращении вала 4 газ захватывается напорным участком 7 и подается к центру торцовых поверхностей колец 2 и 5, где, встречая сопротивление уплотнительного пояска 6, сжимается, образуя зоны повышенного давления. Возникающая при этом результирующая газодинамическая сила увеличивает силу, раскрывающую торцовый стык, и при определенной частоте вращения вала происходит отделение торцовой поверхности кольца 2 от торцовой поверхности кольца 5. При этом кольцо 2 займет некоторое равновесное положение, образуя с кольцом 5 оптимальный уплотнительный зазор. When the shaft 4 rotates, gas is captured by the pressure section 7 and fed to the center of the end surfaces of the rings 2 and 5, where, meeting the resistance of the sealing girdle 6, it is compressed, forming zones of high pressure. The resulting gas-dynamic force that arises in this case increases the force that opens the end joint, and at a certain frequency of rotation of the shaft, the end surface of the ring 2 is separated from the end surface of the ring 5. In this case, the ring 2 will occupy some equilibrium position, forming an optimal sealing gap with the ring 5.

Конусность между торцовыми поверхностями колец 2 и 5 приводит к тому, что там, где больший зазор, сила взаимодействия между постоянными магнитами уменьшается. При этом, благодаря взаимодействию магнитов возникает дополнительный момент, стремящийся восстановить плоскопараллельность торцовых поверхностей колец 2 и 5. The taper between the end surfaces of rings 2 and 5 leads to the fact that where there is a larger gap, the interaction force between the permanent magnets decreases. In this case, due to the interaction of the magnets, an additional moment arises, which tends to restore the plane parallelism of the end surfaces of rings 2 and 5.

Таким образом, предлагаемое техническое решение, по сравнению с прототипом и другими техническими решениями, обладает значительными технико-экономическими преимуществами, заключающимися в повышении надежности и расширении эксплуатационных возможностей торцового уплотнения за счет самоустановки колец 2 и 5, а также плоскопараллельности торцового зазора при бесконтактной работе на режимах расширенного диапазона давлений и скоростей. Все это обеспечивает широкое промышленное применение торцовых уплотнений такой конструкции в качестве концевых уплотнительных узлов насосов и центробежных компрессоров, перекачивающих агрессивные, взрывоопасные, токсичные и другие газы. Thus, the proposed technical solution, in comparison with the prototype and other technical solutions, has significant technical and economic advantages, which include improving the reliability and expanding the operational capabilities of the mechanical seal due to the self-installation of rings 2 and 5, as well as the plane parallelism of the end gap during contactless operation modes of the extended range of pressures and speeds. All this provides wide industrial use of mechanical seals of this design as end sealing assemblies for pumps and centrifugal compressors pumping aggressive, explosive, toxic and other gases.

Источники информации
1. Авт.св. СССР N 602729, МПК⁶ F 16 J 15/34, БИ 14, 1978.Sources of information
1. Auto USSR N 602729, IPC ⁶ F 16 J 15/34, BI 14, 1978.

2. Авт.св. СССР N 1404724, МПК⁶ F 16 J 15/34, БИ 23, 1988.2. Auto USSR N 1404724, IPC ⁶ F 16 J 15/34, BI 23, 1988.

Claims

A mechanical seal containing a support ring mounted on the shaft and a support ring installed in the housing with a pressure device, while the working end of one of the rings is equipped with a sealing girdle and a pressure section, and permanent magnets are placed in the working ends of both rings, with the magnets in the thrust ring and magnets in the support ring are facing each other with the same poles, characterized in that at least a pair of annular permanent magnets spaced along the radius and installed by That the poles of each pair of the magnets remote from the working end surfaces of rings and oppositely coupled to each other yoke.