RU2177572C2 - Contact-free end sealing (variants) - Google Patents
Contact-free end sealing (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2177572C2 RU2177572C2 RU2000128918/06A RU2000128918A RU2177572C2 RU 2177572 C2 RU2177572 C2 RU 2177572C2 RU 2000128918/06 A RU2000128918/06 A RU 2000128918/06A RU 2000128918 A RU2000128918 A RU 2000128918A RU 2177572 C2 RU2177572 C2 RU 2177572C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grooves
- sealing
- ring
- gas
- shaft
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в многорежимных турбомашинах в качестве торцовых уплотнений. The invention relates to the field of hydraulic engineering and can be used in multi-mode turbomachines as mechanical seals.
Известно торцовое бесконтактное уплотнение [1], которое состоит из зафиксированного от проворота подвижного в осевом направлении уплотнительного кольца, установленного на упругих элементах герметично посредством вторичного резинового уплотнения в корпусе и образующего уплотнительную щель с установленным на валу вращающимся кольцом, и устройства регулирования зазора, которое выполнено на рабочей торцевой поверхности вращающегося кольца в виде соединенных с полостью высокого давления газодинамических клиновидных канавок с равным угловым расстоянием друг от друга. Канавки расположены под углом не менее 10 градусов к радиальной прямой, проходящей через ось вращения, направлены в противоположную вращению сторону, создают насосный эффект и нагнетают газ в уплотнительную щель. В конце канавки создается зона с высоким давлением газа, откуда газ стремится перетекать по окружности и по радиусу. Уплотнительный эффект обеспечивается гладкой щелью, расположенной ниже внутреннего диаметра зоны расположения канавок. В уплотнении создается газовый слой высокой жесткости, исключающий касание уплотнительных поверхностей при возможных биениях и перемещениях вала. A non-contact mechanical seal [1] is known, which consists of a rotary sealing ring that is axially movable and mounted on the elastic elements and sealed on the elastic elements by means of a secondary rubber seal in the housing and forms a sealing gap with a rotating ring mounted on the shaft, and a clearance control device, which is made on the working end surface of the rotating ring in the form of gas-dynamic wedge-shaped grooves connected to the high-pressure cavity with equal sexually-distance from each other. The grooves are located at an angle of at least 10 degrees to the radial line passing through the axis of rotation, directed in the opposite direction to the rotation, create a pumping effect and pump gas into the sealing gap. At the end of the groove, a zone with a high gas pressure is created, from where the gas tends to flow around the circumference and radius. The sealing effect is provided by a smooth gap located below the inner diameter of the grooves. A gas layer of high rigidity is created in the seal, eliminating the contact of the sealing surfaces with possible run-outs and shaft movements.
Недостатком данного уплотнения является ограниченное его применение из-за зависимости от направления вращения вала. Во всех турбомашинах имеется кратковременное вращение вала в противоположном направлении. При противоположном вращении вала канавки начинают выкачивать газ из уплотнительной щели. Величина давления в щели и жесткость газового слоя падает и происходит закрытие уплотнения с контактом уплотнительных поверхностей. Это является причиной ограниченного ресурса уплотнения. Кроме того, приходится для турбомашин, в которых необходима герметизация рабочей полости с двух сторон, изготавливать два одинаковых уплотнения, но с различным направлением газодинамических канавок, чтобы обеспечить нагнетание газа в уплотнительные щели при вращении вала. Это приводит к повышению номенклатуры изготавливаемых уплотнений. The disadvantage of this seal is its limited use due to the dependence on the direction of rotation of the shaft. All turbomachines have a short rotation of the shaft in the opposite direction. With the opposite rotation of the shaft, the grooves begin to pump gas from the sealing gap. The pressure in the gap and the rigidity of the gas layer decreases and the seal closes with the contact of the sealing surfaces. This causes a limited compaction life. In addition, it is necessary for turbomachines, in which it is necessary to seal the working cavity on both sides, to make two identical seals, but with different directions of the gas-dynamic grooves, in order to ensure gas injection into the sealing slots when the shaft rotates. This leads to an increase in the range of manufactured seals.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объекту является торцовое бесконтактное уплотнение [1], которое состоит из зафиксированного от проворота подвижного в осевом направлении уплотнительного кольца, установленного на упругих элементах герметично посредством вторичного резинового уплотнения в корпусе и образующего уплотнительную щель с установленным на валу вращающимся кольцом, и устройства регулирования зазора. Устройство регулирования зазора выполнено на уплотнительной торцевой поверхности вращающегося кольца в виде сдвоенных спиралеобразных газодинамических канавок, которые соединены единым входом с полостью высокого давления и направлены в окружном направлении в противоположные стороны. В этом случае одна из спиральных канавок, направленная против вращения вала, обеспечивает нагнетание газа в уплотнительную щель и создает зону с высоким давлением газа. Другая же канавка, направленная по вращению вала, выкачивает газ из уплотнительной щели, создавая зону с пониженным давлением газа. В эту зону засасывается газ из окружающей канавку уплотнительной щели. Эффект от нагнетания превышает эффект от выкачивания и уплотнение обладает положительной жесткостью газового слоя. Это обеспечивает реверсивность уплотнения, то есть уплотнение одинаково работоспособно при обоих направлениях вращения вала, что в свою очередь уменьшает опасность изнашивания контактирующих поверхностей во время работы турбомашины. The closest in technical essence to the proposed object is a non-contact mechanical seal [1], which consists of a sealing ring fixed in rotation from an axially movable sealing ring mounted on elastic elements through a secondary rubber seal in the housing and forming a sealing gap with a rotating ring mounted on the shaft , and clearance control devices. The clearance control device is made on the sealing end surface of the rotating ring in the form of double spiral-shaped gas-dynamic grooves, which are connected by a single entrance to the high-pressure cavity and are directed in the circumferential direction in opposite directions. In this case, one of the spiral grooves directed against the rotation of the shaft provides gas injection into the sealing gap and creates a zone with high gas pressure. Another groove, directed along the rotation of the shaft, pumps gas from the sealing gap, creating a zone with reduced gas pressure. Gas is sucked into this zone from the sealing gap surrounding the groove. The effect of injection exceeds the effect of pumping and the seal has a positive rigidity of the gas layer. This ensures the reversibility of the seal, that is, the seal is equally operable in both directions of rotation of the shaft, which in turn reduces the risk of wear of the contacting surfaces during operation of the turbomachine.
Недостатком известного устройства является его низкая эффективность, так как несущая способность и жесткость газовой пленки существенно ниже, чем у уплотнений с традиционными одиночными канавками. Это обусловлено тем, что газ из зоны повышенного давления интенсивно перетекает в зону пониженного давления, уменьшая газодинамический эффект. Все это может привести к тому, что на некоторых режимах работы турбомашины рабочие уплотнительные поверхности будут касаться. Кроме того, при низких давлениях уплотняемой среды перетекание в зону с пониженным давлением будет незначительно и в откачивающих канавках будет образовываться вакуум, что может привести к разрушению поверхностей уплотнительных колец. В частности, поверхность противоположного контактирующего кольца, которое обычно изготавливают из не обладающего высокими прочностными свойствами графита, будет испытывать чередующиеся с высокой скоростью воздействия от зон с высоким и очень низким давлением, что может привести к выкрашиванию материала. Это снижает ресурс уплотнения. A disadvantage of the known device is its low efficiency, since the bearing capacity and rigidity of the gas film is significantly lower than that of seals with traditional single grooves. This is due to the fact that the gas from the high pressure zone intensively flows into the low pressure zone, reducing the gas-dynamic effect. All this can lead to the fact that in some operating modes of the turbomachine the working sealing surfaces will touch. In addition, at low pressures of the medium to be sealed, overflowing into the zone with reduced pressure will be insignificant and a vacuum will form in the pumping grooves, which can lead to destruction of the surfaces of the sealing rings. In particular, the surface of the opposite contact ring, which is usually made of graphite that does not have high strength properties, will experience alternating high-speed impacts from areas with high and very low pressures, which can lead to chipping of the material. This reduces the compaction life.
Техническая задача, решаемая данным изобретением, - увеличение ресурса торцевого уплотнения за счет применения более эффективной формы газодинамических камер. The technical problem solved by this invention is to increase the life of the mechanical seal due to the use of a more efficient form of gas-dynamic chambers.
Вариант 1. Поставленная задача решена тем, что в торцевом бесконтактном уплотнении, состоящем из зафиксированного от проворота подвижного в осевом направлении уплотнительного кольца, установленного на упругих элементах герметично посредством вторичного резинового уплотнения в корпусе, образуя уплотнительную щель с установленным на валу вращающимся кольцом, и устройства регулирования зазора, расположенного на уплотнительной торцевой поверхности вращающегося кольца и выполненного в виде сдвоенных спиралеобразных газодинамических канавок, которые соединены единым входом с полостью высокого давления и направлены в окружном направлении в противоположные стороны, от входа канавок вниз в радиальном направлении выполнен канал, глубина которого превышает глубину газодинамических канавок. Option 1. The problem is solved in that in the end contactless seal, consisting of an o-ring fixed in the direction of rotation, mounted on the elastic elements, sealed on the elastic elements by means of a secondary rubber seal in the housing, forming a sealing gap with a rotating ring mounted on the shaft, and devices regulation of the gap located on the sealing end surface of the rotating ring and made in the form of double spiral-shaped gas-dynamic to grooves, which are connected by a single entrance to the high-pressure cavity and directed in the circumferential direction in opposite directions, from the grooves inlet downward in the radial direction, a channel is made whose depth exceeds the depth of the gas-dynamic grooves.
Вариант 2. Поставленная задача решена тем, что в торцевом бесконтактном уплотнении, состоящем из зафиксированного от проворота подвижного в осевом направлении уплотнительного кольца, установленного на упругих элементах герметично посредством вторичного резинового уплотнения в корпусе, образуя уплотнительную щель с установленным на валу вращающимся кольцом, и устройства регулирования зазора, расположенного на уплотнительной торцевой поверхности вращающегося кольца и выполненного в виде сдвоенных спиралеобразных газодинамических канавок, которые соединены единым входом с полостью высокого давления и направлены в окружном направлении в противоположные стороны, от входа канавок вниз в радиальном направлении выполнен канал, который соединен с канавками по внутреннему диаметру их расположения перемычками, и глубина канала превышает глубину газодинамических канавок. Option 2. The problem is solved in that in the end contactless seal, consisting of an o-ring fixed in the direction of rotation, mounted on the elastic elements, sealed on the elastic elements by means of a secondary rubber seal in the housing, forming a sealing gap with a rotating ring mounted on the shaft, and devices regulation of the gap located on the sealing end surface of the rotating ring and made in the form of double spiral-shaped gas-dynamic to grooves, which are connected by a single inlet to the high-pressure cavity and directed in the circumferential direction in opposite directions, from the grooves inlet downward in the radial direction, a channel is made that is connected to the grooves by jumpers in the inner diameter of their location, and the channel depth exceeds the depth of the gas-dynamic grooves.
На фиг. 1 показан уплотнительный узел в разрезе; на фиг. 2 - рабочий торец вращающегося кольца с газодинамическими канавками и радиальным каналом (вариант 1); на фиг. 3 - рабочий торец вращающегося кольца с газодинамическими канавками, радиальным каналом и перемычками (вариант 2). In FIG. 1 shows a sealing assembly in section; in FIG. 2 - the working end face of the rotating ring with gas-dynamic grooves and a radial channel (option 1); in FIG. 3 - the working end face of the rotating ring with gas-dynamic grooves, a radial channel and jumpers (option 2).
Торцевое бесконтактное уплотнение, состоящее из невращающегося 1 и вращающегося 2 колец, которые разделены газовой тонкой пленкой, предназначено для разделения газовой (А) и внешней (Б) полостей (фиг. 1). Подвижное в осевом направлении уплотнительное кольцо 1 зафиксировано от проворота с помощью выступов на его наружной части, входящих в пазы в корпусе 3. Оно установлено на упругих элементах 5 герметично посредством вторичного резинового уплотнения 4 в корпусе 3. Уплотнительное кольцо 1 образует уплотнительную щель с вращающимся кольцом 2, которое установлено на втулке 6. Крутящий момент передается с помощью штифта 7. Статические уплотнения осуществляются резиновыми кольцами 8. Штифт 9 фиксирует кольцо 1 от проворота. The non-contact mechanical seal, consisting of non-rotating 1 and rotating 2 rings, which are separated by a thin gas film, is designed to separate the gas (A) and external (B) cavities (Fig. 1). The axially movable sealing ring 1 is fixed from turning by means of protrusions on its outer part entering grooves in the housing 3. It is mounted on the elastic elements 5 hermetically by means of a secondary rubber seal 4 in the housing 3. The sealing ring 1 forms a sealing gap with a rotating ring 2, which is mounted on the sleeve 6. The torque is transmitted using the pin 7. Static seals are carried out by rubber rings 8. The pin 9 fixes the ring 1 from the rotation.
На торцевой уплотнительной поверхности вращающегося кольца 2 (фиг. 2) выполнены сдвоенные спиралеобразные газодинамические канавки 10 и 11, которые соединены единым входом с полостью высокого давления и направлены в окружном направлении в противоположные стороны. Канавки расположены в кольцевой зоне между наружным диаметром вращающегося кольца и диаметром, ниже которого находится поверхность, осуществляющая уплотнительный эффект. On the end sealing surface of the rotating ring 2 (Fig. 2) there are double spiral-shaped gas-
Вариант 1. От входа канавок вниз в радиальном направлении выполнен канал 12, глубина которого превышает глубину газодинамических канавок 10 и 11 (фиг. 2). Option 1. From the inlet of the grooves down in the radial direction, a
Вариант 2. От входа канавок вниз в радиальном направлении выполнен канал 12, который соединен с канавками по внутреннему диаметру их расположения перемычками 13 и 14, при этом глубина канала 12 превышает глубину газодинамических канавок 10 и 11 (фиг. 3). Option 2. From the inlet of the grooves downward in the radial direction, a
При определенном направлении вращения вала одна из канавок, например 10, обеспечивает нагнетание уплотняемого газа в уплотнительную щель, образуя газодинамическое усилие, препятствующее контакту колец 1 и 2. В этом случае другая канавка, в данном случае 11, выкачивает газ из уплотнительной щели. Этот газ выкачивается назад в уплотняемую полость и частично попадает на вход канавки 10. With a certain direction of rotation of the shaft, one of the grooves, for example 10, provides the injection of gas to be sealed into the sealing gap, creating a gas-dynamic force that prevents the contact of rings 1 and 2. In this case, the other groove, in this
Нагнетаемый канавкой 10 газ создает зону с повышенным давлением газа. Газ из этой зоны стремится утечь во внешнюю и уплотняемые полости, а также в окружном направлении за счет переносного движения. The gas injected by the
Вариант 1. Часть газа из канавки 10 будет перетекать через уплотнительную щель в окружном направлении в канал 12, но перетекание будет незначительным, так как из-за увеличенной глубины канала 12 в нем будет поддерживаться давление, практически равное давлению газа в уплотняемой полости. В конце канавки 11 создается зона с пониженным давлением. Это приводит к тому, что из канала 12 через уплотнительную щель в окружном направлении будет происходить подпитка канавки 11, что приводит к повышению уровня давления в канавке 11. Таким образом, за счет выполнения канала 12 осуществляется более эффективная подача газа в зону пониженного давления, но не за счет уменьшения уровня давления в зоне повышенного давления. Option 1. Part of the gas from the
Вариант 2. Часть газа из канавки 10 будет перетекать по перемычке 13 в канал 12, где находится газ с давлением, близким к давлению уплотняемой среды. Это обусловлено тем, что перемычка 13, расположенная между канавкой 10 и каналом 12, короче, чем канавка 10, и эффект нагнетания незначителен. То есть течение от перепада давления в перемычке 13 превышает переносное течение газа. Это относится также и к идентичной перемычке 14. В конце канавки 11 создается зона с пониженным давлением. Это приводит к тому, что по перемычке 14 происходит подпитка канавки 11 из канала 12, что приводит к повышению уровня давления в канавке 11. Option 2. Part of the gas from the
Выбором форм канала 12 и перемычек 13 и 14, в частности их ширины и глубины, можно регулировать величину перетекающего газа из канавки 10 в канавку 11. Так как эффект нагнетания превышает эффект выкачивания, то за счет незначительного снижения давления в конце канавки 10 можно существенно снизить падение давления в конце канавки 11. Это позволяет повысить несущую способность и жесткость газового слоя уплотнения. При смене направления вращения вала нагнетающую функцию будет выполнять канавка 11. By choosing the shapes of the
Таким образом, предлагаемая конструкция уплотнения обеспечит повышенные несущую способность и жесткость газового слоя и возможность регулирования величины зазора при работе турбомашины при любом направлении вращения вала, что и приводит к увеличению ресурса работы торцевого бесконтактного уплотнения. Thus, the proposed design of the seal will provide increased bearing capacity and rigidity of the gas layer and the ability to control the size of the gap during operation of the turbomachine in any direction of rotation of the shaft, which leads to an increase in the service life of the end contactless seal.
Данное уплотнение возможно применять в многорежимных турбомашинах. Особенно эффективно применение для машин, где возможна смена направления вращения вала. This seal can be used in multi-mode turbomachines. Especially effective is the application for machines where a change in the direction of rotation of the shaft is possible.
Источники информации
1. Патент ФРГ N 3722303 "Торцевое бесконтактное уплотнение", МПК F 16 J 15/34, 19.01.89.Sources of information
1. The Federal Republic of Germany patent N 3722303 "Face non-contact seal", IPC F 16 J 15/34, 01/19/89.
2. Статья I. Goldswain. Enhancing the performance of dry gas seals// Presentation given to the 6th Technical Conference on the Reliability of Centrifugal Machinery (Труды VI научно-технической конференции "Уплотнения и вибрационная надежность центробежных машин"), г. Сумы, 17-20 сентября 1991. - С.295-313., фиг. 1, стр.296, фиг. 16, стр. 310к2. Article I. Goldswain. Enhancing the performance of dry gas seals // Presentation given to the 6 th Technical Conference on the Reliability of Centrifugal Machinery (Proceedings of the VI scientific and technical conference "Seals and vibration reliability of centrifugal machines"), Sumy, September 17-20, 1991. - S.295-313., FIG. 1, p. 266, FIG. 16, p. 310k
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000128918/06A RU2177572C2 (en) | 2000-11-20 | 2000-11-20 | Contact-free end sealing (variants) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000128918/06A RU2177572C2 (en) | 2000-11-20 | 2000-11-20 | Contact-free end sealing (variants) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000128918A RU2000128918A (en) | 2001-05-10 |
RU2177572C2 true RU2177572C2 (en) | 2001-12-27 |
Family
ID=20242310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000128918/06A RU2177572C2 (en) | 2000-11-20 | 2000-11-20 | Contact-free end sealing (variants) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2177572C2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2443921C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-02-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" | End gas dynamic seal of shaft of centrifugal compressor |
RU2598966C1 (en) * | 2015-07-03 | 2016-10-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | End gas dynamic seal of turbomachine rotor support |
CN108506494A (en) * | 2018-04-23 | 2018-09-07 | 西安交通大学 | A kind of imitative fish bone well dry gas sealing structure |
RU2704145C1 (en) * | 2019-02-12 | 2019-10-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Non-contact taper-flat seal with active clearance control |
-
2000
- 2000-11-20 RU RU2000128918/06A patent/RU2177572C2/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Труды VI научно-технической конференции "Уплотнения и вибрационная надежность центробежных машин". - Сумы, 17-20 сентября 1991, с. 295-313. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2443921C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-02-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" | End gas dynamic seal of shaft of centrifugal compressor |
RU2598966C1 (en) * | 2015-07-03 | 2016-10-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | End gas dynamic seal of turbomachine rotor support |
CN108506494A (en) * | 2018-04-23 | 2018-09-07 | 西安交通大学 | A kind of imitative fish bone well dry gas sealing structure |
CN108506494B (en) * | 2018-04-23 | 2020-03-17 | 西安交通大学 | Fish bone-like dry gas sealing structure |
RU2704145C1 (en) * | 2019-02-12 | 2019-10-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Non-contact taper-flat seal with active clearance control |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102049256B1 (en) | Sliding parts | |
CN110168264B (en) | Sliding component | |
EP3299684B1 (en) | Sliding component | |
CN107735604B (en) | Sliding component | |
CA2903849C (en) | Mechanical face seal with a reverse trapezoidal face pattern | |
KR102033410B1 (en) | Sliding parts | |
EP3540275B1 (en) | Sliding component | |
EP3540274B1 (en) | Sliding component | |
KR20180004798A (en) | Sliding parts | |
RU2177572C2 (en) | Contact-free end sealing (variants) | |
JP7273849B2 (en) | Seal structure | |
RU2173423C2 (en) | Contactless end seal | |
JPH045846B2 (en) | ||
RU2196254C2 (en) | Centrifugal pump | |
RU2191296C1 (en) | Seal for revolving parts of centrifugal pump | |
KR100965978B1 (en) | Groove pattern structure of mechanical face seal | |
RU2168087C2 (en) | Hydrodynamic end seal | |
KR960031806A (en) | Dynamic Seal Structure of a Closed Centrifugal Pump | |
KR102360995B1 (en) | Oil seal ring | |
RU2176036C1 (en) | Self-adjusting sealing of rotating parts of volute centrifugal pump | |
RU2105201C1 (en) | Centrifugal pump | |
SU1064063A1 (en) | Sliding bearing | |
RU2118711C1 (en) | Variable-capacity lobe-rotary hydraulic pump | |
JPH1030730A (en) | Non-contact sealing device | |
RU2118729C1 (en) | End seal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031121 |
|
NF4A | Reinstatement of patent | ||
PD4A | Correction of name of patent owner |