RU23937U1 - Торцовое газодинамическое уплотнение - Google Patents

Description

ТОРЦОВОЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ УПЛОТИЕИИЕ

Полезная модель относится к уплотнительной технике, а именно к торцовым уплотнениям компрессорных турбомашин.

Известно торцовое уплотнение 1, устройство регулирования зазора которого выполнено в виде клиновидных канавок на рабочей торцовой поверхности вращающегося кольца, создающих насосный эффект и нагнетающих газ в уплотнительную щель. Уплотнительный эффект обеспечивается гладкой щелью, расположенной ниже внутреннего диаметра зоны расположения канавок.

Недостатком данного уплотнения является то, что уплотнительный узел компонуется из двух одинаковых ступеней и их установка в корпус требует наличие опорной поверхности с тыльной стороны узла для восприятия осевой силы. Однако в консольных компрессорных мащинах опорная поверхность должна располагаться в передней части уплотнения.

Этими же недостатками обладают другие известные торцовые уплотнения с газодинамическими камерами 2, 3.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объекту является торцовое бесконтактное уплотнение 4, состоящее из последовательно установленных в едином корпусе ограничителя расхода рабочего газа в виде лабиринта и двух одинаковых ступеней уплотнения,

каждая из которых содержит зафиксированное от проворота подвижное в осевом направлении уплотнительное кольцо с выступом, образованным ступенчатым изменением толщины кольца со стороны внутреннего диаметра, которое установлено герметично посредством вторичного резинового уплотнения в корпусе на упругих элементах и образует уплотнительную щель с упруго установленным на валу вращающимся кольцом, и устройство

2001128401

j |i{lljlllpilMI

МПК: F16 J 15/34

регулирования зазора, при этом устройство регулирования зазора выполнено в виде уплотнительной кольцевой поверхности ступенчатой формы с углублением со стороны периферии на торцовой рабочей поверхности вращающегося кольца с ребрами, расположенными в зоне углубления ступенчатой поверхности от ступеньки до периферии кольца и выполненными меньщей высоты по сравнению со ступенькой, направленными в сторону полости высокого давления и наклоненными в направлении вращения вала, а также в виде кольцевых проточек на наружной цилиндрической поверхности вращающегося кольца, тонкостенного выступа на уплотнительном кольце с проточкой у его основания с обратной стороны кольца, установленного под вторичное резиновое уплотнение со стороны уплотнительного кольца и корпуса подвижного кольцевого элемента из полимера с повышенными антифрикционными свойствами и с разгрузкой по внутренней цилиндрической опорной поверхности элемента.

Недостатком известного устройства является его низкая надежность. На основной ступени уплотнения срабатывается весь перепад давления, а резервная ступень уплотнения работает при незначительном перепаде давления. Для обеспечения высокой надежности работы основной ступени уплотнения необходимо увеличить размеры уплотнительного кольца, так как оно выдерживает высокий перепад давления. Охлаждение основной пары трения происходит газом высокого давления. Резервная ступень уплотнения охлаждается лищь утечками газа через основную ступень уплотнения. Мощность трения в уплотнительнойщели напрямую зависит от ее

щирины, поэтому для обеспечения высокой надежности, то есть для организации достаточного охлаждения резервной ступени уплотнения необходимо уменьщить щирину уплотнительной щели. Иначе температурные деформации приведут к искажению формы зазора и может наступить контактный режим работы, что снизит ресурс всего уплотнения. В одном уплотнении с одинаковыми ступенями уплотнения (основной и резервной) эти

требования одновременно выполнить невозможно.

В основу полезной модели поставлена задача повышения надежности торцового газодинамического уплотнения за счет выполнения основной и резервной ступеней разной размерности.

Поставленная задача решена тем, что в торцовом газодинамическом уплотнении, состоящем из последовательно установленных в корпусе уплотнения ограничителя расхода рабочего газа в виде лабиринта, основной и резервной ступеней уплотнения, каждая из которых содержит зафиксированное от проворота подвижное в осевом направлении уплотнительное кольцо, которое установлено в корпусе ступени герметично посредством вторичного резинового уплотнения на упругих элементах и образует уплотнительную ш;ель с установленным на валу вращающимся кольцом, и устройство регулирования зазора, выполненное на торцовой уплотнительной поверхности вращающегося кольца в виде газодинамических канавок, корпус уплотнения имеет форму грибка в его передней части, опирающегося своей тыльной частью на корпус турбомашины, ширина уплотнительного кольца резервной ступени в 2 раза меньше, чем у основной ступени.

На фиг. 1 показан уплотнительный узел в разрезе.

Торцовое бесконтактное уплотнение, состоящее из последовательно установленных в едином корпусе 1 ограничителя расхода рабочего газа в виде лабиринта 2 и двух ступеней уплотнения 3 и 4, предназначено для разделения газовой (А) и масляной (Д) полостей (фиг. 1). Полость А образована корпусом 5 турбомашины и тыльной стороной центробежного колеса. Уплотнение является единым блоком и имеет модульную конструкцию. Вращающиеся детали закреплены на втулке 7, которая закрепляется на валу 8 с помощью гайки 9. Крутящий момент передается с помощью штифта 10. Ступени уплотнения закреплены в корпусе 1 крышками 11 и 12. Ступень 3 является основной, а ступень 4 - резервной. Они образуют четыре промежуточных

полости, в полость Б по каналу 13 в корпусе подается газ с выхода центробежной ступени через фильтры тонкой очистки. Часть его просачивается через ступень 3 в полость В. Остальной же газ через лабиринт 2 возвращается обратно в центробежную ступень. Утечки газа из основной ступени, попавшие в полость В, посредством системы каналов 14 выбрасываются в атмосферу. Резервная ступень 4 работает при небольшом перепаде давления, утечки из нее попадают в полость Г и через канал 15 выбрасываются в атмосферу. Винтоканавочное уплотнение 16 разъединяет полость Г и масляную полость Д.

Каждая из ступеней содержит подвижное в осевом направлении уплотнительное кольцо (17 и 18) с выступом, образованным ступенчатым изменением толш;ины кольца со стороны внутреннего диаметра. Кольцо 17 зафиксировано от проворота с помош,ью выступов на его наружной части, входящих в штифты 19. Кольцо 18 зафиксировано от проворота с помощью выступов на его наружной части, входящих в пазы в корпусе 20. КольцО 17 установлено герметично посредством вторичного резинового уплотнения 21 в корпусе 22 на упругих элементах 23. Уплотнительное кольцо 17 образует уплотнительную щель с вращающимся кольцом 3, которое упруго установлено на втулке 7. Это позволяет произвести центрирование кольца 3 и компенсацию технологических перекосов (самоустановку кольца) при вращении ротора. Крутящий момент передается с помощью штифта 24. Статические уплотнения осуществляются резиновым кольцом 25.

На торцовой поверхности вращающегося кольца 3 выполнены газодинамические канавки, которые при вращении вала обеспечивают нагнетание рабочей среды в зону зазора, образуя газодинамическое усилие, препятствующее контакту колец 3 и 17. Уплотнительное кольцо основной ступени 17 имеет щирину уплотнительной поверхности в два раза больше, чем уплотнительное кольцо 18 резервной ступени. Это приводит к обеспечению высокой надежности каждой ступени.

Основная ступень уплотнения (более широкая) обладает высокой изгибной жесткостью уплотнительного кольца и обеспечивает постоянство формы уплотнительной щели при высоких перепадах давления во время эксплуатации турбомашины. Выделяющееся в уплотнительной щели тепло уносится газом, поступающим в полость Б после фильтра тонкой очистки. Резервная ступень уплотнения (более узкая) обеспечивает нормальный температурный режим уплотнительного кольца во время работы, так как мощность трения и, соответственно, количество выделяющегося тепла в ней меньше. При разрушении основной ступени уплотнения срабатывает защита компрессора и кратковременную функцию разделения газовой и масляной полостей выполнит более узкая резервная ступень уплотнения.

Пара трения с узким уплотнительным кольцом имеет меньшую стоимость и требует меньшего монтажного пространства.

Таким образом, предлагаемая конструкция уплотнения обеспечит высокую надежность уплотнения, снижает габариты и стоимость уплотнительного узла.

Данное уплотнение возможно применять в многорежимных турбомашинах с высокими давлениями рабочей среды. Особенно эффективно применение для консольных компрессорных машин.

Источники информации принятые во внимание:

1.Патент ФРГ 3722303, кл.Р 16 J 15/34, 19.01.89;

2.Патент США N 2623357, кл. F 16 J 15/34, 1952;

3.Европейский патент N 0037210, кл. Р 16 J 15/34, 18.03.81;

4.Патент RU N 2099618, кл. Р 16 J 15/34, БИ 35, 1997.

Патентный поверенный УЗг- /-Л.Т.Бусоргина

Claims (1)

1. Торцовое газодинамическое уплотнение, состоящее из последовательно установленных в корпусе уплотнения ограничителя расхода рабочего газа, выполненного в виде лабиринта, основной и резервной ступеней уплотнения, каждая из которых содержит зафиксированное от проворота подвижное в осевом направлении уплотнительное кольцо, установленное в корпусе ступени герметично посредством вторичного резинового уплотнения на упругих элементах и образует уплотнительную щель с установленным на валу вращающимся кольцом, и устройство регулирования зазора, выполненное на торцовой уплотнительной поверхности вращающегося кольца в виде газодинамических канавок, отличающееся тем, что корпус уплотнения имеет форму грибка в его передней части, опирающегося своей тыльной частью на корпус турбомашины, а ширина уплотнительного кольца резервной ступени в 2 раза меньше, чем у основной ступени.