RU2211974C1

RU2211974C1 - Hydrostatic end-face packing

Info

Publication number: RU2211974C1
Application number: RU2001133337/06A
Authority: RU
Inventors: расов А.К. Т; А.К. Тярасов; расов С.А. Т; С.А. Тярасов
Original assignee: Тярасов Анатолий Кириллович; Тярасов Сергей Анатольевич
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: axially movable packing ring is made with stepped axial joint and annular channel. Packing ring consists of sealing member and external bushing. Sealing member is made of aluminum alloy with layer of aluminum oxide on friction surface. Aluminum oxide is formed by method of microarc oxidation. EFFECT: increased packing reliability. 3 cl, 1 dwg

Description

Гидростатическое торцовое уплотнение относится к области машиностроения, в частности, к конструкциям высокоскоростных турбомашин. Hydrostatic mechanical seal refers to the field of engineering, in particular, to the design of high-speed turbomachines.

Известно гидростатическое торцовое уплотнение (В. А. Максимов, Г.С. Баткинс. Трибология подшипников и уплотнений жидкостного трения высокоскоростных турбомашин. Казань, ФЭН, 1998г., с.367-368), которое содержит аксиально-подвижное кольцо с камерами на поверхности трения, питательными и отводящими каналами. A hydrostatic mechanical seal is known (V. A. Maksimov, G. S. Batkins. Tribology of bearings and liquid friction seals of high-speed turbomachines. Kazan, FEN, 1998, p.367-368), which contains an axially movable ring with cameras on the surface friction, nutrient and discharge channels.

Такая конструкция гидростатического уплотнения используется в турбокомпрессорах при давлении газа до 30 МПа. This hydrostatic seal design is used in turbochargers at gas pressures up to 30 MPa.

Гидростатическое торцовое уплотнение предназначено для ограничения попадания масла в проточную часть турбомашин. The hydrostatic mechanical seal is designed to limit the ingress of oil into the flow part of the turbomachines.

При этом перепад давления между маслом и газом поддерживается автоматически и составляет 0,15...0,3 МПа. In this case, the pressure differential between oil and gas is maintained automatically and is 0.15 ... 0.3 MPa.

К недостатку этого уплотнения следует отнести значительное увеличение площади поверхности трения уплотнительных колец, которое приводит к дополнительному тепловыделению и высоким осевым нагрузкам. The disadvantage of this seal is a significant increase in the friction surface area of the sealing rings, which leads to additional heat generation and high axial loads.

Целью настоящего изобретения является снижение деформаций уплотнительных колец под действием давления масла и газа, а также неравномерного нагрева. The aim of the present invention is to reduce the deformation of the sealing rings under the influence of oil and gas pressure, as well as uneven heating.

Для осуществления этой цели аксиально-подвижное уплотнительное кольцо выполнено со ступенчатым аксиальным разъемом и кольцевым каналом. Внутренняя втулка аксиально-подвижного уплотнительного кольца является уплотнительным элементом пары трения. Наружная втулка аксиально-подвижного уплотнительного кольца образует кольцевой канал и воспринимает неуравновешенные нагрузки от действия давления масла и газа. В ней выполнены маслоотводящие каналы, позволяющие обеспечить охлаждение уплотнительного элемента. Уплотнительный элемент аксиально-подвижного уплотнительного кольца выполнен из материала с высокой теплопроводностью - алюминиевого сплава со слоем окиси алюминия на поверхности трения, образованным методом микродугового оксидирования. To achieve this, an axially movable sealing ring is made with a stepped axial connector and an annular channel. The inner sleeve of the axially movable sealing ring is the sealing element of the friction pair. The outer sleeve of the axially movable sealing ring forms an annular channel and receives unbalanced loads from the action of oil and gas pressure. Oil discharge channels are made in it, allowing to provide cooling of the sealing element. The sealing element of the axially movable sealing ring is made of a material with high thermal conductivity - an aluminum alloy with a layer of aluminum oxide on the friction surface formed by the microarc oxidation method.

Совокупность всех признаков предлагаемого технического решения позволяет снизить деформации и неравномерность нагрева уплотнительного элемента аксиально-подвижного уплотнительного кольца и в результате повысить надежность гидростатического торцового уплотнения. The combination of all the features of the proposed technical solution allows to reduce the deformation and uneven heating of the sealing element of the axially movable sealing ring and as a result to increase the reliability of the hydrostatic mechanical seal.

Сущность настоящего изобретения поясняется чертежом, где представлен продольный разрез гидростатического торцового уплотнения. The essence of the present invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of a hydrostatic mechanical seal.

Оно помещено в корпусе 1 и содержит вращающееся уплотнительное кольцо 2 и аксиально-подвижное уплотнительное кольцо, которое состоит из уплотнительного элемента 3 и наружной втулки 4, зафиксированной от смещений штифтами 5. It is placed in the housing 1 and contains a rotating sealing ring 2 and an axially movable sealing ring, which consists of a sealing element 3 and an outer sleeve 4, fixed from displacement by pins 5.

Между уплотнительным элементом 3 и наружной втулкой 4 имеется кольцевой канал 6. Уплотнительный элемент 3 выполнен из алюминиевого сплава со слоем окиси алюминия, образованным методом микро дугового оксидирования. На уплотнительном элементе 3 имеются два уплотнительных пояска 7 и 8, разделяющих масляную, газовую и сливную полости, один ряд камер 9 и питательные каналы 10 и 11. В наружной втулке 4 выполнены маслоотводящие каналы 12. Between the sealing element 3 and the outer sleeve 4 there is an annular channel 6. The sealing element 3 is made of aluminum alloy with a layer of aluminum oxide formed by the method of micro-arc oxidation. On the sealing element 3 there are two sealing belts 7 and 8, separating the oil, gas and drain cavities, one row of chambers 9 and the feed channels 10 and 11. In the outer sleeve 4 there are oil discharge channels 12.

Уплотнительный элемент 3, наружная втулка 4 и вращающееся кольцо 2 загерметизированы относительно корпуса 1 и вала 13 посредством эластичных прокладок 14, 15 и 16. The sealing element 3, the outer sleeve 4 and the rotating ring 2 are sealed relative to the housing 1 and the shaft 13 by means of elastic gaskets 14, 15 and 16.

Упругие элементы 17 обеспечивают контакт в паре трения. The elastic elements 17 provide contact in a pair of friction.

Гидростатическое торцовое уплотнение действует известным образом, при котором уплотнительное кольцо 2 и эластичная прокладка 16 вращаются вместе с валом 13. При этом масло под давлением, несколько превышающим давление газа, из масляной полости поступает в кольцевой канал 6, далее по питательным каналам 10 поступает в торцовый зазор и по каналам 11 - в камеры 9. The hydrostatic mechanical seal acts in a known manner, in which the sealing ring 2 and the elastic gasket 16 rotate together with the shaft 13. At the same time, oil under pressure slightly higher than the gas pressure from the oil cavity enters the annular channel 6, then through the feed channels 10 it enters the mechanical the gap and through channels 11 into the chambers 9.

Осевая сила, действующая со стороны торцового зазора, преодолевает усилие упругих элементов 17 и разделяет вращающееся уплотнительное кольцо 2 и уплотнительный элемент 3. The axial force acting from the side of the end gap overcomes the force of the elastic elements 17 and separates the rotating sealing ring 2 and the sealing element 3.

Торцовое уплотнение функционирует в бесконтактном режиме при утечках масла в газовую и сливную полости. The mechanical seal operates in non-contact mode when oil leaks into the gas and drain cavities.

Величина торцового зазора зависит от давления масла в камерах 9, которое регулируется выбором проходного сечения каналов 11. The size of the end gap depends on the oil pressure in the chambers 9, which is controlled by the choice of the passage section of the channels 11.

На уплотнительный элемент 3 при незначительном превышении давления масла над давлением газа практически не действуют неуравновешенные силы, которые могли бы его деформировать. The sealing element 3 with a slight excess of the oil pressure over the gas pressure practically does not act unbalanced forces that could deform it.

Высокая теплопроводность алюминиевого сплава и дополнительная циркуляция масла через кольцевой канал 6 и каналы 12 обеспечивают интенсивный теплоотвод от уплотнительного элемента 3. High thermal conductivity of the aluminum alloy and additional oil circulation through the annular channel 6 and channels 12 provide intensive heat dissipation from the sealing element 3.

Совокупность всех признаков технического решения значительно повышает надежность торцового уплотнения. The combination of all the features of a technical solution significantly increases the reliability of the mechanical seal.

При остановке турбомашины гидростатическое торцовое уплотнение выполняет роль стояночного, то есть препятствует протечкам газа в атмосферу. When the turbomachine stops, the hydrostatic mechanical seal acts as a parking seal, that is, prevents gas leaks into the atmosphere.

Claims

1. Hydrostatic mechanical seal containing a housing, an axially movable sealing ring with sealing belts separating the oil, gas and drain cavities, with chambers on the friction surface and the feed channels, a rotating sealing ring, characterized in that the axially movable sealing ring is made with stepped axial connector and annular channel.

2. The hydrostatic mechanical seal according to claim 1, characterized in that the sealing element of the axially movable sealing ring is made of aluminum alloy with a layer of aluminum oxide on the friction surface formed by the microarc oxidation method.

3. The hydrostatic mechanical seal according to claim 1, characterized in that the annular channel of the axially movable sealing ring is in communication with the drain cavity by channels made in the outer sleeve of the axially movable sealing ring.