RU2484343C1

RU2484343C1 - Shaft seal

Info

Publication number: RU2484343C1
Application number: RU2012112357/06A
Authority: RU
Inventors: Григорий Семенович Баткис; Наум Михайлович Лившиц; Владимир Константинович Хайсанов; Евгений Александрович Новиков; Рамиль Наилевич Зиннатуллин; Алмаз Рафикович Батыршин
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-06-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: gas machine seal comprises, at least, two rings fixed in casing and interconnected to make sealing chamber between casing end and inner surfaces to communicate with seal fluid feed chamber. One of said rings has annular ledge on sealing chamber side provided with regular radial grooves to house band that forms with radial grooves the channels communicating sealing chamber with seal fluid feed chamber.

EFFECT: higher reliability.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к устройствам для уплотнения вала центробежного компрессора, и может найти применение в других областях машиностроения, использующих уплотнение с гидрозатвором.The invention relates to the field of compressor engineering, and in particular to devices for sealing the shaft of a centrifugal compressor, and may find application in other areas of mechanical engineering using a seal with a water seal.

Известно уплотнение вала газовой машины, содержащее неподвижно установленные в корпусе два кольца, связанные между собой и образующие между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями и поверхностью корпуса уплотнительную полость, сообщенную с полостью для подачи уплотнительной жидкости (см. Патент US 3020053, опубл. 06.02.1962).A shaft seal of a gas machine is known, comprising two rings fixedly installed in the housing, interconnected and forming between the end surfaces facing each other and the surface of the housing a sealing cavity in communication with a cavity for supplying sealing liquid (see US Pat. No. 3020053, publ. 06.02. 1962).

Основным недостатком уплотнений данного типа является низкая надежность работы и значительный расход жидкости через зазор плавающего кольца в газовую полость машины вследствие повышенной температуры жидкости в этом зазоре. Контакт жидкости с газом приводит к ухудшению ее кондиционных свойств и, следовательно, к частой смене жидкости, а высокая температура приводит к износу поверхностей трения.The main disadvantage of this type of seals is the low reliability of operation and a significant flow of fluid through the gap of the floating ring into the gas cavity of the machine due to the increased temperature of the fluid in this gap. The contact of a liquid with a gas leads to a deterioration of its conditioning properties and, consequently, to a frequent change of liquid, and high temperature leads to wear of friction surfaces.

Для уменьшения температуры жидкости в зазоре и снижения ее протечек в сторону газовой полости плавающее кольцо, примыкающее к этой полости, выполнено с теплоотводящими ребрами. Так, например, известно кольцо компрессора центробежного gc811 bc1-425 nuovo pignone, содержащее теплоотводящие ребра, равномерно расположенные на внешней его цилиндрической поверхности.To reduce the temperature of the liquid in the gap and reduce its leakage towards the gas cavity, the floating ring adjacent to this cavity is made with heat-removing ribs. So, for example, the centrifugal compressor ring gc811 bc1-425 nuovo pignone is known, containing heat-removing fins uniformly located on its outer cylindrical surface.

Однако это уплотнение обладает следующими недостатками:However, this seal has the following disadvantages:

- теплоотводящие ребра увеличивают только поверхность теплообмена;- heat sink fins increase only the heat transfer surface;

- скорость обтекания ребер жидкостью мала из-за больших зазоров между ними и корпусом, поэтому незначителен их коэффициент теплоотдачи;- the speed of fluid flow around the ribs is small due to the large gaps between them and the body, therefore their heat transfer coefficient is insignificant;

- попытка увеличить скорость обтекания ребер приводит к росту расходов жидкости через уплотнение, следовательно, увеличивается вся система уплотнения - насосы, фильтры, охладители, арматура, трубопроводы и т.д.;- an attempt to increase the speed of flow around the ribs leads to an increase in fluid flow through the seal, therefore, the entire sealing system increases - pumps, filters, coolers, fittings, pipelines, etc .;

- подвод жидкости к теплоподводящим ребрам неравномерен, что также снижает коэффициент теплоотдачи.- the fluid supply to the heat-supplying ribs is uneven, which also reduces the heat transfer coefficient.

Техническим результатом изобретения является уменьшение расходов уплотняющей жидкости и, как следствие, повышение надежности работы уплотнения.The technical result of the invention is to reduce the cost of sealing fluid and, as a result, improving the reliability of the seal.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что уплотнение вала газовой машины содержит неподвижно установленные в корпусе, по меньшей мере, два кольца, связанные между собой и образующие между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями и внутренней поверхностью корпуса уплотнительную полость, сообщенную с полостью для подачи уплотнительной жидкости, при этом одно из колец имеет со стороны уплотнительной полости кольцевой уступ, в котором равномерно по его окружности выполнены радиальные пазы и в котором установлен бандаж, образующий с радиальными пазами каналы, сообщающие уплотнительную полость с полостью для подачи уплотнительной жидкости.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the shaft gas seal of the gas machine contains at least two rings fixedly mounted in the housing, interconnected and forming a sealing cavity between the end surfaces facing each other and the inner surface of the housing, connected to the supply cavity sealing liquid, one of the rings having an annular ledge on the side of the sealing cavity, in which radial grooves are made uniformly around its circumference and in which flax bandage, forming with radial grooves channels communicating the sealing cavity with a cavity for supplying sealing fluid.

Кроме того, рабочая поверхность кольца с радиальными пазами может иметь покрытие из антифрикционного материала.In addition, the working surface of the ring with radial grooves may have a coating of antifriction material.

Кроме того, кольца связаны между собой посредством шпонки.In addition, the rings are interconnected by means of dowels.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид уплотнения вала, осевой разрез; на фиг.2 изображено кольцо с радиальными пазами и бандажом, образующими каналы.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the shaft seal, axial section; figure 2 shows a ring with radial grooves and a bandage forming channels.

Уплотнение вала 1 газовой машины, например центробежного компрессора, содержит неподвижно установленные в корпусе 2 плавающие кольца 3 и 4, связанные между собой и зафиксированные от проворота посредством шпонки 5. Между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями колец 3, 4 и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 образована кольцевая уплотнительная полость 6. Кольцо 4 имеет со стороны уплотнительной полости 6 кольцевой уступ, в котором выполнены равномерно по его окружности радиальные пазы 7, при этом стенки, разделяющие соседние пазы 7, образуют теплоотводящие ребра 8, расположенные вдоль оси кольца 4. Для обеспечения необходимой скорости обтекания ребер 8 уплотнительной жидкостью по их наружной поверхности в уступе кольца 4 установлен бандаж 9 (фиг.2), образующий с радиальными пазами 7 каналы 10 (фиг.1), входные отверстия которых выполнены на внешней цилиндрической поверхности кольца 4, а выходные - на торцевой поверхности кольца 4, обращенной к полости 6. Каналы 10 сообщают уплотнительную полость 6 с кольцевой полостью 11 для подачи уплотнительной жидкости, выполненной в корпусе 2. Для подачи уплотнительной жидкости в полость 11, выполненную на внутренней поверхности корпуса 4, в теле корпуса 2 выполнено отверстие 12.The shaft seal 1 of a gas machine, for example a centrifugal compressor, comprises floating rings 3 and 4 fixed in the housing 2, interconnected and fixed against rotation by means of a key 5. Between the end surfaces of the rings 3, 4 facing each other and the inner cylindrical surface of the housing 1 an annular sealing cavity is formed 6. The ring 4 has an annular ledge on the side of the sealing cavity 6, in which radial grooves 7 are made uniformly around its circumference, with walls separating the bottom grooves 7 form heat-removing ribs 8 located along the axis of the ring 4. To provide the necessary speed for the ribs 8 to flow around the sealing fluid along their outer surface, a band 9 is installed in the ledge of the ring 4 (Fig. 2), which forms channels 10 with radial grooves 7 (Fig. .1), the inlet openings of which are formed on the outer cylindrical surface of the ring 4, and the outlet openings on the end surface of the ring 4 facing the cavity 6. The channels 10 communicate a sealing cavity 6 with an annular cavity 11 for supplying a sealing liquid, made minutes in the housing 2. To supply a sealing fluid in cavity 11, formed on the inner surface of the housing 4 in the housing body 2 provided with an opening 12.

Кольцо 4 на другой торцевой поверхности, со стороны газовой полости 13, имеет кольцевую канавку 14, в которой расположен уплотнительный элемент 15, выполненный в виде резинового кольца.The ring 4 on the other end surface, from the side of the gas cavity 13, has an annular groove 14, in which the sealing element 15, made in the form of a rubber ring, is located.

Уплотнение вала 1 служит для предотвращения утечек газа из газовой полости 13 машины через камеру 17 свободного слива в атмосферу. Для исключения утечек жидкости по торцам предусмотрено предварительное поджатие колец 3, 4 к корпусу 2 и обойме 16, которое обеспечивается созданием осевого натяга на резиновое кольцо 15.The shaft seal 1 serves to prevent gas leakage from the gas cavity 13 of the machine through the free discharge chamber 17 into the atmosphere. To prevent fluid leaks at the ends, preliminary preloading of the rings 3, 4 to the housing 2 and the cage 16 is provided, which is ensured by the creation of an axial interference on the rubber ring 15.

Плавающее кольцо 4 герметизирует газовую полость 13 от уплотнительной полости 6 благодаря тому, что резиновое кольцо 15 деформируется, т.е. прижимается к обойме 16 в процессе эксплуатации.The floating ring 4 seals the gas cavity 13 from the sealing cavity 6 due to the deformation of the rubber ring 15, i.e. pressed against the clip 16 during operation.

Кольца 3, 4 установлены по отношению к валу 1 с зазором, при этом рабочая поверхность кольца 4 имеет покрытие из антифрикционного материала.Rings 3, 4 are installed in relation to the shaft 1 with a gap, while the working surface of the ring 4 is coated with antifriction material.

Работает уплотнение следующим образом. Холодная уплотнительная жидкость через отверстие 12 поступает в кольцевую полость 11, равномерно заполняя ее, откуда с одинаковой скоростью протекает в межреберные каналы 10, отбирая основную часть тепла, выделившегося в зазоре между кольцом 4 и валом 1, и затем течет в двух направлениях. Основная часть жидкости (15-20 л/мин) протекает через зазор между кольцом 3 и валом 1 в камеру 17 свободного слива. Меньшее количество жидкости (0,03-0,05 л/мин) протекает через зазор между кольцом 4 и валом 1 в газовую полость 13, где смешивается с уплотняемым газом, а затем отводится через газоотделительное устройство (не показано).The seal works as follows. Cold sealing fluid through the hole 12 enters the annular cavity 11, uniformly filling it, from where it flows at the same speed into the intercostal channels 10, taking the main part of the heat released in the gap between the ring 4 and the shaft 1, and then flows in two directions. The main part of the liquid (15-20 l / min) flows through the gap between the ring 3 and the shaft 1 into the free discharge chamber 17. A smaller amount of liquid (0.03-0.05 l / min) flows through the gap between the ring 4 and the shaft 1 into the gas cavity 13, where it is mixed with the gas to be sealed and then discharged through a gas separation device (not shown).

Утечка уплотняемого газа из машины исключена, так как в полости 6 поддерживается давление жидкости несколько большее, чем давление газа в полости 13.The leak of the gas to be sealed from the machine is excluded, since the fluid pressure in the cavity 6 is slightly higher than the gas pressure in the cavity 13.

В результате выполнения ребер 8 вдоль оси кольца 6 увеличилась поверхность теплообмена и обеспечивается постоянный поток жидкости между ними. Подвод уплотнительной жидкости через кольцевую камеру 13 обеспечивает ее равномерный поток между ребрами 8. Благодаря наличию бандажа 15 существенно увеличилась скорость обтекания ребер 8 и коэффициент теплоотдачи. Увеличение поверхности теплообмена и коэффициента теплоотдачи снижает температуру уплотнительной жидкости в зазоре между валом 1 и уплотнительным кольцом 4, обеспечивая тем самым уменьшение расхода жидкости в сторону газовой полости 13 и увеличение надежности работы уплотнения.As a result of the implementation of the ribs 8 along the axis of the ring 6, the heat exchange surface has increased and a constant fluid flow between them is ensured. The supply of the sealing fluid through the annular chamber 13 ensures its uniform flow between the ribs 8. Due to the presence of the bandage 15, the flow around the ribs 8 and the heat transfer coefficient have significantly increased. An increase in the heat transfer surface and heat transfer coefficient reduces the temperature of the sealing fluid in the gap between the shaft 1 and the sealing ring 4, thereby reducing the flow of fluid toward the gas cavity 13 and increasing the reliability of the seal.

Такая конструкция уплотнения позволит снизить температуру и количество утекаемой жидкости в сторону газовой полости 13 на 15-20% по сравнению с лучшими конструкциями плавающих уплотнений. Это повысит ресурс безостановочной работы машин, например центробежных компрессоров, для которых именно концевые уплотнения являются основным источником поломок и производственных потерь. Кроме того, уменьшение расхода уплотнительной жидкости в сторону газовой полости 13 сокращает ее безвозвратные потери и упрощает систему уплотнений.This design of the seal will reduce the temperature and the amount of fluid leaking towards the gas cavity 13 by 15-20% compared with the best designs of floating seals. This will increase the resource of non-stop operation of machines, such as centrifugal compressors, for which end seals are the main source of breakdowns and production losses. In addition, reducing the flow rate of the sealing fluid towards the gas cavity 13 reduces its irretrievable loss and simplifies the sealing system.

Claims

1. The seal of the shaft of a gas machine, comprising at least two rings fixedly mounted in the housing, interconnected and forming between the facing surfaces and the inner surface of the housing a sealing cavity in communication with a cavity for supplying a sealing liquid, characterized in that one of the rings has an annular ledge on the sealing cavity side, in which radial grooves are uniformly made around its circumference and in which a bandage is installed, forming a channel with radial grooves The holes connecting the sealing cavity with the cavity for supplying the sealing fluid.

2. The seal according to claim 1, characterized in that the working surface of the ring with radial grooves has a coating of antifriction material.

3. The seal according to claim 1, characterized in that the rings are interconnected by means of a key.