RU2670130C1 - Contactless hydrostatic seal for rotary shaft - Google Patents
Contactless hydrostatic seal for rotary shaft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670130C1 RU2670130C1 RU2017128365A RU2017128365A RU2670130C1 RU 2670130 C1 RU2670130 C1 RU 2670130C1 RU 2017128365 A RU2017128365 A RU 2017128365A RU 2017128365 A RU2017128365 A RU 2017128365A RU 2670130 C1 RU2670130 C1 RU 2670130C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- annular bath
- seal
- walls
- bath
- partitions
- Prior art date
Links
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 title claims description 13
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 76
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 25
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 claims description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 101100327917 Caenorhabditis elegans chup-1 gene Proteins 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- JWVAUCBYEDDGAD-UHFFFAOYSA-N bismuth tin Chemical compound [Sn].[Bi] JWVAUCBYEDDGAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнению вращающихся валов в машинах и аппаратах, работающих под незначительным давлением газа, и может быть преимущественно использовано в главных циркуляционных насосах для ядерных энергетических установок с жидкометаллическим теплоносителем (натрий, свинец, свинец-висмут).The invention relates to a sealing technique, in particular to the sealing of rotating shafts in machines and apparatuses operating under low gas pressure, and can be mainly used in main circulation pumps for nuclear power plants with a liquid metal coolant (sodium, lead, lead-bismuth).
Известно бесконтактное гидростатическое уплотнение вращающегося вала (Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др.; Под общ. Ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986. - 464 с., ил., стр. 406-407), представляющее собой классический гидравлический затвор (далее -гидрозатвор), в котором для создания противодавления рабочей среде (жидкости, газу) используется гидростатическое давление затворной жидкости. Такие гидрозатворы применяются лишь на малых перепадах давлений сред.Non-contact hydrostatic sealing of a rotating shaft is known (Seals and sealing technique: Handbook / L.A. Kondakov, A.I. Golubev, V.B. Ovander, et al .; Ed. By A.I. Golubev, L.A. Kondakova. - M.: Mechanical Engineering, 1986. - 464 p., Ill., Pp. 406-407), which is a classic hydraulic shutter (hereinafter referred to as a hydraulic lock), in which a hydrostatic is used to create a backpressure of the working medium (liquid, gas) fluid pressure. Such hydraulic locks are used only at small pressure drops.
Известно уплотнение вращающегося вала (Патент № US 6464227 В1, опубл. 15.10.2002), представляющее собой гидрозатвор, состоящий из неподвижного и подвижного элементов. Неподвижным элементом является установленный на неподвижной поверхности кольцевой контейнер, выполненный в форме чашеобразного цилиндра, заполненный затворной жидкостью с вязкостью, не отличающейся от вязкости воды, а подвижным элементом - установленный на вращающемся валу контейнер, выполненный в форме перевернутого вверх дном стакана, стенки которого частично погружены в затворную жидкость. Гидрозатвор образован стенками этих контейнеров и затворной жидкостью. Ввиду возможности утечки через столб жидкости в виде пузырьков газа кольцевой контейнер имеет горизонтальные и вертикальные перегородки. Наличие горизонтальных перегородок позволяет уменьшать перемешивание затворной жидкости и утечку через столб жидкости пузырьков газа. Наличие вертикальных перегородок позволяет предотвращать вращение затворной жидкости и образование вследствие этого турбулентного потока затворной жидкости, способствующего дополнительной утечке газа через уплотнение.A known rotation shaft seal (Patent No. US 6464227 B1, publ. 10/15/2002), which is a water seal, consisting of a fixed and movable elements. The fixed element is an annular container mounted on a fixed surface, made in the shape of a cup-shaped cylinder, filled with a shut-off fluid with a viscosity not different from the viscosity of water, and a movable element is a container mounted on a rotating shaft, made in the form of a glass turned upside down, the walls of which are partially submerged into the barrier fluid. A water seal is formed by the walls of these containers and the barrier fluid. Due to the possibility of leakage through a liquid column in the form of gas bubbles, the annular container has horizontal and vertical partitions. The presence of horizontal partitions reduces the mixing of the gate fluid and the leakage of gas bubbles through the liquid column. The presence of vertical partitions prevents the rotation of the barrier fluid and the formation of a turbulent flow of the barrier fluid, thereby contributing to additional gas leakage through the seal.
Недостатком вышеуказанных гидрозатворов является весьма ограниченный диапазон рабочих давлений, обусловленный значительными массогабаритными характеристиками. Предельная величина перепада давления для гидрозатворов зависит от плотности затворной жидкости и размеров уплотнения. По практическим причинам высота уплотнения, описанного выше, редко превышает 1 м. Например, при применении воды в качестве затворной жидкости для компенсации избыточного давления более 0,01 МПа потребуется уплотнительный узел более 1 м высотой.The disadvantage of the above hydraulic locks is a very limited range of operating pressures, due to significant weight and size characteristics. The maximum differential pressure for hydraulic locks depends on the density of the barrier fluid and the size of the seal. For practical reasons, the height of the seal described above rarely exceeds 1 m. For example, when using water as a barrier fluid to compensate for excess pressures of more than 0.01 MPa, a sealing assembly more than 1 m high will be required.
Задачей, положенной в основу изобретения, является дальнейшее усовершенствование уплотняющего устройства, устранение недостатков аналогов, в том числе улучшение массогабаритных характеристик при одновременном повышении технологичности конструкции, а также надежности и эффективности уплотнения.The task underlying the invention is the further improvement of the sealing device, the elimination of the disadvantages of analogues, including the improvement of weight and size characteristics while improving the manufacturability of the design, as well as the reliability and efficiency of the seal.
Для решения поставленной задачи предлагается конструкция бесконтактного гидростатического уплотнения вращающегося вала (далее - уплотнение), выполненная из двух частей: установленной на корпусе аппарата подвижной кольцевой ванны с затворной жидкостью и неподвижного стакана, которые в собранном уплотнении своими стенками To solve this problem, we propose a design of non-contact hydrostatic sealing of a rotating shaft (hereinafter referred to as the seal), made of two parts: a movable annular bath with a shutter fluid mounted on the device body and a fixed cup, which in the assembled seal have their own walls
образуют две смежные гидрозатворные камеры с подкупольной полостью между ними с возможностью нагнетания и поддержания в ней давления сжатого газа. Уплотнение представляет собой комбинированный гидрозатвор, состоящий из гидрозатвора с наддувом, который препятствует прохождению внутренней среды аппарата в окружающую среду, и гидрозатвора гравитационного, который в свою очередь герметизирует полость наддува.form two adjacent hydrolock chambers with a domed cavity between them with the possibility of forcing and maintaining the pressure of the compressed gas in it. The seal is a combined hydraulic lock, consisting of a pressurized hydraulic lock, which prevents the internal environment of the apparatus from passing into the environment, and a gravitational hydraulic lock, which in turn seals the pressurization cavity.
Согласно изобретению:According to the invention:
неподвижная кольцевая ванна выполнена с внутренней емкостью, разделенной на две части промежуточной цилиндрической стенкой;the fixed annular bath is made with an internal tank divided into two parts by an intermediate cylindrical wall;
стенки неподвижной кольцевой ванны имеют множество вертикальных и/или горизонтальных перегородок, предотвращающих вращение и перемешивание затворной жидкости, и образование вследствие этого турбулентного потока затворной жидкости, способствующего дополнительной утечке газа через уплотнение;the walls of the fixed annular bath have many vertical and / or horizontal partitions that prevent rotation and mixing of the gate fluid, and the formation of a turbulent flow of the gate fluid as a result of this, which contributes to additional gas leakage through the seal;
в дне кольцевой ванны выполнено отверстие и соответствующая полость для возможности подвода и отвода сжатого инертного газа, а внутри промежуточной цилиндрической стенки кольцевой ванны равномерно по окружности выполнены отверстия для перепуска газа;a hole and a corresponding cavity are made in the bottom of the annular bath for the possibility of supplying and discharging compressed inert gas, and inside the intermediate cylindrical wall of the annular bath, holes for gas bypass are made uniformly around the circumference;
подвижный стакан жестко и герметично закреплен перевернутым вверх дном на вращающемся валу;the movable cup is rigidly and hermetically fixed with the bottom turned upside down on a rotating shaft;
подвижный стакан выполнен заедино с промежуточной цилиндрической стенкой, разделяющей его внутреннюю емкость на две части;the movable cup is made integrally with an intermediate cylindrical wall dividing its inner container into two parts;
трубчатые электронагреватели размещены равномерно по окружности внутри внешней стенки кольцевой ванны;tubular electric heaters are placed evenly around the circumference inside the outer wall of the annular bath;
имеются две теплозащиты, одна размещена равномерно по окружности внутри внутренней стенки кольцевой ванны, а другая - внутри внешней стенки кольцевой ванны.There are two heat shields, one placed evenly around the circumference inside the inner wall of the annular bath, and the other inside the outer wall of the annular bath.
В частном случае реализации в качестве затворной жидкости целесообразно использовать расплавленные эвтектические сплавы, т.к. такая затворная жидкость имеет большую плотность и позволяет компенсировать большее избыточное давление в аппарате. Применение эвтектических сплавов также позволяет использовать предлагаемое уплотнение в аппаратах, имеющих значительно большую рабочую температуру газа.In the particular case of implementation, it is advisable to use molten eutectic alloys as a gate fluid, since such a barrier fluid has a higher density and allows to compensate for a greater excess pressure in the apparatus. The use of eutectic alloys also allows you to use the proposed seal in devices having a significantly higher operating temperature of the gas.
В частном случае реализации в конструкцию уплотнения может входить оборудование для контроля и обеспечения параметров затворной жидкости.In the particular case of implementation, the design of the seal may include equipment for monitoring and ensuring the parameters of the barrier fluid.
В частном случае реализации конструкция уплотнения может быть выполнена без электронагревателей и теплозащиты.In the particular case of implementation, the seal design can be performed without electric heaters and thermal protection.
В частном случае реализации конструкция уплотнения может быть выполнена без перегородок, или только с вертикальными перегородками, или только с горизонтальными перегородками.In the particular case of implementation, the seal design can be performed without partitions, or only with vertical partitions, or only with horizontal partitions.
В частном случае реализации конструкция уплотнения может быть выполнена и для уплотнения неподвижных соединений.In the particular case of implementation, the seal design can be performed to seal fixed joints.
В альтернативном варианте исполнения конструкция уплотнения может быть выполнена также из двух частей: кольцевой ванны, частично заполненной затворной жидкостью, но жестко и герметично насаженной на вращающийся вал, и стакана, неподвижно и герметично установленного перевернутым вверх дном на корпусе аппарата.In an alternative embodiment, the seal design can also be made of two parts: an annular bath partially filled with a shutter fluid, but rigidly and tightly mounted on a rotating shaft, and a cup fixedly and tightly installed with its bottom turned upside down on the apparatus body.
Технический результат заключается в снижении высоты столбов затворной жидкости (по отношению к классическому устройству) и, соответственно, увеличении диапазона давлений в аппарате, при котором целесообразно применять предлагаемое уплотнение.The technical result consists in reducing the height of the columns of the barrier fluid (relative to the classical device) and, accordingly, increasing the pressure range in the apparatus, in which it is advisable to use the proposed seal.
При использовании настоящего изобретения одновременно достигаются следующие дополнительные технические результаты:When using the present invention, the following additional technical results are simultaneously achieved:
- повышение технологичности конструкции;- improving the manufacturability of the design;
- повышение надежности и эффективности уплотнения.- improving the reliability and effectiveness of the seal.
Технический результат достигается за счет:The technical result is achieved due to:
- выполнения неподвижной кольцевой ванны и подвижного стакана разделенными каждый на две емкости, которые в собранном устройстве образуют обращенными друг к другу внутренними полостями две уплотнительные гидрозатворные камеры комбинированного гидрозатвора, что позволяет снизить высоту столбов затворной жидкости (по отношению к классическому устройству) в два раза и соответственно, расширить диапазон рабочих давлений, тем самым улучшая массогабаритные характеристики устройства;- execution of a fixed annular bath and a movable glass, each divided into two containers, which in the assembled device form two sealing water-tight chambers of the combined water seal in the internal cavities, which reduces the column height of the barrier fluid (relative to the classical device) by half and accordingly, expand the range of operating pressures, thereby improving the overall dimensions of the device;
- наличия отверстия и полости в дне и отверстий в промежуточной стенке неподвижной кольцевой ванны для подвода/отвода сжатого газа, что обеспечивает возможность поддержания избыточного давления инертного газа в газовой полости, образованной между двумя гидрозатворными камерами;- the presence of holes and cavities in the bottom and holes in the intermediate wall of a fixed annular bath for supplying / discharging compressed gas, which makes it possible to maintain an inert gas overpressure in a gas cavity formed between two hydrolock chambers;
- установки трубчатых электронагревателей и теплозащиты, что позволяет использовать в качестве затворной жидкости еще и эвтектические сплавы, что позволяет компенсировать большее избыточное давление в аппарате и одновременно повышает технологичность устройства;- installation of tubular electric heaters and thermal protection, which allows the use of eutectic alloys as a barrier fluid, which makes it possible to compensate for the greater excess pressure in the apparatus and at the same time increase the manufacturability of the device;
- наличия вертикальных перегородок, которые препятствуют вращению затворной жидкости и уменьшают образование вследствие этого турбулентного потока затворной жидкости (образование завихрений), способствующего дополнительной утечке газа через уплотнение, что одновременно повышает надежность и эффективность герметизации;- the presence of vertical partitions that prevent the rotation of the barrier fluid and reduce the formation of a turbulent flow of the barrier fluid (the formation of vortices), which contributes to additional gas leakage through the seal, which simultaneously increases the reliability and efficiency of sealing;
- наличия горизонтальных перегородок, которые позволяют уменьшать перемешивание затворной жидкости и утечку через гидравлический затвор в виде пузырьков газа, что опять же одновременно повышает надежность и эффективность уплотнения;- the presence of horizontal partitions, which can reduce the mixing of the barrier fluid and leakage through the hydraulic shutter in the form of gas bubbles, which again at the same time increases the reliability and efficiency of the seal;
- отсутствия какого-либо механического контакта между элементами уплотнения, что повышает его технологичность и эффективность.- the absence of any mechanical contact between the elements of the seal, which increases its manufacturability and efficiency.
Заявляемое изобретение, в частном случае реализации, поясняется следующими чертежами, представленными на фиг. 1-4:The invention, in the particular case of implementation, is illustrated by the following drawings, presented in FIG. 1-4:
фиг. 1 - общий вид (осевой разрез) предлагаемого уплотнения;FIG. 1 - General view (axial section) of the proposed seal;
фиг. 2 - схематичное изображение (осевой разрез) предлагаемого уплотнения, иллюстрирующее его работу;FIG. 2 is a schematic representation (axial section) of the proposed seal, illustrating its operation;
фиг. 3 - схематичное изображение (осевой разрез) гидрозатвора, иллюстрирующее его работу;FIG. 3 is a schematic illustration (axial section) of a water seal, illustrating its operation;
фиг. 4 - схематичное изображение (осевой разрез) альтернативного исполнения предлагаемого уплотнения, иллюстрирующее его работу.FIG. 4 is a schematic representation (axial section) of an alternative embodiment of the proposed seal, illustrating its operation.
Бесконтактное гидростатическое уплотнение вращающегося вала (фиг. 1) содержит подвижный стакан 1, неподвижную кольцевую ванну 2 с затворной жидкостью 3 и 4, трубчатые электронагреватели 5 и теплозащиты 6 и 7.The non-contact hydrostatic seal of the rotating shaft (Fig. 1) contains a
Подвижный стакан 1 жестко и герметично насажен перевернутым вверх дном на вращающемся валу 8. Подвижный стакан 1, выполненный заедино, имеет внешнюю и промежуточную цилиндрические стенки, соединенные между собой общим дном. Подвижный стакан 1 имеет осевое отверстие под вал 8, поверхность которого выполняет функцию внутренней стенки. Промежуточная цилиндрическая стенка расположена на некотором расстоянии от внешней и разделяет внутреннюю емкость подвижного стакана 1 на две части.The
Неподвижная кольцевая ванна 2 герметично установлена на корпусе 9 аппарата. Кольцевая ванна 2 имеет внутреннюю, внешнюю и промежуточную цилиндрические стенки, равные по высоте и соединенные между собой общим дном. Кольцевая ванна 2 выполнена с осевым отверстием, предназначенным для ее сопряжения с зазором с вращающимся валом 8 аппарата. Промежуточная цилиндрическая стенка размещена на некотором расстоянии от внешней стенки и разделяет внутреннюю емкость кольцевой ванны 2 на две части, которые частично заполнены затворной жидкостью 3 и 4. Таким образом, кольцевая ванна 2 в осевом сечении имеет фасонный Ш-образный профиль. Для подвода и отвода сжатого инертного газа в дне кольцевой ванны 2 выполнены отверстие 10 и соответствующая полость 11, а внутри промежуточной цилиндрической стенки кольцевой ванны 2 равномерно по окружности выполнены отверстия 12.Fixed
На всех поверхностях цилиндрических стенок кольцевой ванны 2, которые соприкасаются с затворной жидкостью 3 и 4, выполнено множество прямоугольных вертикальных 13 перегородок, равномерно распределенных по окружности, и кольцевых горизонтальных 14 перегородок, равномерно распределенных по высоте цилиндрических стенок. Вертикальные 13 перегородки предназначены для предотвращения вращения затворной жидкости 3 и 4 и образования вследствие этого турбулентного потока затворной жидкости, способствующего дополнительной утечке газа через уплотнение. Горизонтальные 14 перегородки предназначены для предотвращения перемешивания затворной жидкости 3 и 4, и для уменьшения утечки через гидрозатворы в виде пузырьков газа.On all surfaces of the cylindrical walls of the
Трубчатые электронагреватели 5 размещены равномерно по окружности внутри внешней стенки кольцевой ванны 2 и предназначены для расплавления эвтектического сплава и поддержания его в жидком состоянии.Tubular
Уплотнение имеет, в частном случае, две теплозащиты, теплозащиту 6 и теплозащиту 7.The seal has, in the particular case, two thermal shields,
Теплозащита 6 установлена равномерно по окружности внутри внутренней стенки кольцевой ванны 2 и предназначена для тепловой защиты вала 8.
Теплозащита 7 установлена равномерно по окружности внутри внешней стенки кольцевой ванны 2 с внешней стороны от трубчатых электронагревателей 5 и предназначена для поддержания допустимой температуры на внешней поверхности кольцевой ванны 2.
В собранном уплотнении цилиндрические стенки подвижного стакана 1 оказываются погруженными в неподвижную кольцевую ванну 2 между ее стенками таким образом, что перемежающимися цилиндрическими стенками образованы две смежные гидрозатворные камеры, представляющие собой U-образные в осевом сечении кольцевые секции, частично заполненные затворной жидкостью 3 и 4, и представляющие собой отдельные гидрозатворы. Гидрозатвор, образованный затворной жидкостью 3, представляет собой гидрозатвор с наддувом, а гидрозатвор, образованный затворной жидкостью 4, представляет собой гидрозатвор гравитационный. При этом между этими двумя гидрозатворами образована подкупольная газовая полость А, в которую через отверстие 10, полость 11 и отверстия 12 имеется возможность нагнетать и поддерживать избыточное давление инертного газа. Таким образом, находящаяся в кольцевой ванне 2 затворная жидкость 3 и 4 с газовой полостью А образуют комбинированный гидрозатвор, препятствующий утечке газовой среды из внутренней полости Б аппарата в окружающую среду В.In the assembled seal, the cylindrical walls of the
В данном частном случае выполнения полость кольцевой ванны 2 заполнена эвтектическим сплавом, а именно сплавом висмут-олово, край которой от окислений со стороны окружающей среды защищен в частности слоем защитной жидкости ПФМС-4. Для лучшего сцепления рабочих поверхностей кольцевой ванны 2 и цилиндрических стенок подвижного стакана 1 со сплавом рабочая часть цилиндрических стенок подвижного стакана 1 выполнена из никелевого листа, а внутренняя поверхность кольцевой ванны 2 облицована никелевыми листами. Надежность сцепления сплава висмут-олово с никелем подтверждена стендовыми испытаниями.In this particular case, the cavity of the
Альтернативный вариант осуществления изобретения (схематичное изображение которого представлено на фиг. 4) может быть выполнен в виде комбинированного гидрозатвора, в котором стакан 15 герметично и неподвижно установлен перевернутым вверх дном на корпусе 9 аппарата, а кольцевая ванна 16, частично заполненная затворной жидкостью 17 и 18, жестко и герметично насажена на вращающийся вал 8.An alternative embodiment of the invention (a schematic representation of which is shown in Fig. 4) can be made in the form of a combined water seal, in which the
Стакан 15 выполнен без промежуточной цилиндрической стенки и имеет отверстие в дне, предназначенное для подвода и отвода инертного газа в полость А.The
Кольцевая ванна 16, выполненная заедино, имеет внешнюю и промежуточную цилиндрические стенки, равные по высоте и соединенные между собой общим дном. Кольцевая ванна 16 имеет осевое отверстие под вал 8, поверхность которого выполняет функцию внутренней стенки. Промежуточная цилиндрическая стенка расположена на некотором расстоянии от внешней и разделяет внутреннюю емкость кольцевой ванны 16 на две части.The
В частных случаях реализации на всех поверхностях цилиндрических стенок кольцевой ванны 16, которые соприкасаются с затворной жидкостью 17 и 18, выполнены аналогично описанным в предлагаемом изобретении прямоугольные вертикальные 13 перегородки, равномерно распределенные по окружности, и/или кольцевые горизонтальные 14 перегородки, равномерно распределенные по высоте цилиндрических стенок.In particular cases of implementation on all surfaces of the cylindrical walls of the
В собранном уплотнении альтернативного варианта цилиндрические стенки стакана 15 оказываются погруженными в неподвижную кольцевуюIn the assembled alternative seal, the cylindrical walls of the
ванну 16 между ее стенками таким образом, что перемежающимися цилиндрическими стенками образованы две смежные гидрозатворные камеры, представляющие собой U-образные в осевом сечении кольцевые секции, частично заполненные затворной жидкостью 17 и 18, и представляющие собой отдельные гидрозатворы. Гидрозатвор, образованный затворной жидкостью 17, представляет собой гидрозатвор с наддувом, а гидрозатвор, образованный затворной жидкостью 18, представляет собой гидрозатвор гравитационный. При этом между этими двумя гидрозатворами образована подкупольная газовая полость А, в которую через отверстие в дне стакана 15 имеется возможность нагнетать и поддерживать избыточное давление инертного газа. Таким образом, находящаяся в кольцевой ванне 16 затворная жидкость 17 и 18 с газовой полостью А образуют комбинированный гидрозатвор, препятствующий утечке газовой среды из внутренней полости Б аппарата в окружающую среду В.a
Уплотнение работает следующим образом.Sealing works as follows.
Уплотнение в сборе устанавливают на вращающемся валу 8, приводимым в движение двигателем (не показан).The seal assembly is mounted on a
Перед началом работы вещество, которое будет использовано в качестве затворной жидкости 3 и 4 (в частном случае выполнения это эвтектический сплав), находится в твердом состоянии. Включают трубчатые электронагреватели 5, которые нагревают уплотнение, расплавляя эвтектический сплав, находящийся в обеих частях кольцевой ванны 2. Только после расплавления эвтектического сплава приводят вал 8 аппарата во вращение. Через отверстие 10 в полость 11 и отверстия 12 в полость А нагнетают и затем поддерживают избыточное давление инертного газа при помощи технологической газовой системы (не показана).Before starting work, the substance that will be used as the
Объем затворной жидкости 3 и 4 и давление инертного газа, поддерживаемое в полости А, выбирают таким образом, чтобы во всех режимах работы уплотнения не происходило переливание затворной жидкости 3 и 4 в окружающую среду или аппарат.The volume of the
Затворная жидкость 3 и 4 в полости уплотнения находится в сложном движении, как в осевом, так и в радиальном направлении. Вертикальные 13 перегородки и кольцевые горизонтальные 14 перегородки существенно изменяют картину ее течения.The
Гидростатическое уравновешивание столба затворной жидкости 3 гидрозатвора с наддувом происходит в соответствии с давлением газовой среды во внутренней полости Б аппарата и давлением инертного газа в полости А. В зависимости от давления газовой среды во внутренней полости Б аппарата распределение затворной жидкости 3 в данном гидрозатворе изменяется, то есть высоты столбов затворной жидкости в гидрозатворе меняются.Hydrostatic balancing of the column of
Гидростатическое уравновешивание столба затворной жидкости 4 гидрозатвора гравитационного происходит в соответствии с давлением окружающей среды В и давлением инертного газа в полости А. Так как давление окружающей среды В постоянное и давление в полости А поддерживают также постоянным, то распределение затворной жидкости 4 в данном гидрозатворе постоянное, то есть высоты столбов затворной жидкости в гидрозатворе не изменяются.The hydrostatic balancing of the column of the
При этом следует отметить, что при изменении распределения затворной жидкости 3 в уплотнении происходит или уменьшение или увеличение объема полости А, поэтому при поддержании давления в этой полости и предусмотрена как возможность нагнетания, так и возможность сброса давления инертного газа, осуществляемые через отверстие 10, полость 11 и отверстия 12.It should be noted that when the distribution of the
Таким образом надежно обеспечивается уплотнение вращающегося вала 8 и образованный затворной жидкостью 3 гидрозатвор с наддувом препятствует утечке газовой среды из внутренней полости Б через уплотнение в окружающую среду В, а образованный затворной жидкостью 4 гидрозатвор гравитационный препятствует утечке инертного газа, находящегося под избыточным давлением в полости А, в окружающую среду В.Thus, the sealing of the
Описанное гидростатическое уравновешивание и соответствующее ему распределение затворной жидкости 3 и 4 в предлагаемом уплотнении при отсутствии избыточного давления и при рабочем давлении в аппарате проиллюстрировано на фиг. 2.The described hydrostatic balancing and the corresponding distribution of the
Классическое гидростатическое уравновешивание и соответствующее ему распределение затворной жидкости при отсутствии избыточного давления и при рабочем давлении в аппарате проиллюстрировано на фиг. 3.The classical hydrostatic balancing and the corresponding distribution of the barrier fluid in the absence of overpressure and at the operating pressure in the apparatus are illustrated in FIG. 3.
Уплотнение альтернативного исполнения, представленное на фиг. 4, работает аналогично предлагаемому уплотнению.The alternative seal shown in FIG. 4, operates similarly to the proposed seal.
Гидростатическое уравновешивание столба затворной жидкости 17 гидрозатвора с наддувом происходит в соответствии с давлением газовой среды во внутренней полости Б аппарата и давлением инертного газа в полости А. В зависимости от давления газовой среды во внутренней полости Б аппарата распределение затворной жидкости 17 в данном гидрозатворе изменяется, то есть высоты столбов затворной жидкости в гидрозатворе меняются.Hydrostatic balancing of the column of the
Гидростатическое уравновешивание столба затворной жидкости 18 гидрозатвора гравитационного происходит в соответствии с давлением окружающей среды В и давлением инертного газа в полости А. Так как давление окружающей среды В постоянное и давление в полости А поддерживают также постоянным, то распределение затворной жидкости 18 в данном гидрозатворе постоянное, то есть высоты столбов затворной жидкости в гидрозатворе не изменяются.Hydrostatic balancing of the column of the
При изменении распределения затворной жидкости 17 в уплотнении происходит или уменьшение или увеличение объема полости А, и поэтому для поддержания давления в этой полости предусмотрена как возможность нагнетания, так и возможность сброса давления инертного газа, осуществляемые через отверстие в дне стакана 15.When the distribution of the
Преимущество выбора предлагаемого технического решения подтверждается следующим расчетом.The advantage of choosing the proposed technical solution is confirmed by the following calculation.
От величины давления наддува рн зависит распределение затворной жидкости в гидрозатворах. Для одинакового распределения затворной жидкости в обоих гидрозатворах при рабочем давлении в аппарате давление наддува рн целесообразно выбрать равным:From the magnitude of the boost pressure p n the distribution of the gate fluid in the hydraulic locks depends. For the same distribution of the gate fluid in both hydraulic locks at the operating pressure in the apparatus, it is advisable to choose the boost pressure p n equal to:
где р - максимальное избыточное давление в аппарате.where p is the maximum overpressure in the apparatus.
Пусть:Let be:
Ро=0,P o = 0,
где рo - избыточное давление снаружи аппарата.where p o - excess pressure outside the apparatus.
Максимальное избыточное давление в аппарате при работе с предлагаемым уплотнением:The maximum overpressure in the apparatus when working with the proposed seal:
где: Δh=h2-h1 - разница высот столбов затворной жидкости для комбинированного гидрозатвора;where: Δh = h 2 -h 1 - the difference in the heights of the columns of the barrier fluid for the combined water seal;
h1 - высота малых столбов затворной жидкости для комбинированного гидрозатвора;h 1 - the height of the small columns of the barrier fluid for the combined water seal;
h2 - высота больших столбов затворной жидкости для комбинированного гидрозатвора;h 2 - the height of the large columns of the barrier fluid for the combined water seal;
ρ - плотность затворной жидкости;ρ is the density of the gate fluid;
g - ускорение свободного падения.g is the acceleration of gravity.
Подставляем (1) в (2) и получаем:Substitute (1) in (2) and get:
Максимальное избыточное давление в аппарате при работе с гидрозатвором:Maximum overpressure in the apparatus when working with a water seal:
где: р' - максимальное избыточное давление в аппарате при работе с гидрозатвором;where: p 'is the maximum overpressure in the apparatus when working with a water seal;
При Δh=Δh' из формул (3) и (4) имеем:When Δh = Δh 'from formulas (3) and (4) we have:
При р=р' из формул (3) и (4) имеем:When p = p 'from formulas (3) and (4) we have:
Таким образом, при одинаковой высоте столбов затворной жидкости использование предложенного уплотнения с комбинированным гидрозатвором позволяет компенсировать вдвое большое избыточное давлении в аппарате по отношению к устройству с гидрозатвором. Соответственно с другой стороны, использование предлагаемого уплотнения позволяет почти вдвое снизить разницу высот столбов затворной жидкости (а соответственно и снизить высоту всего уплотнения) по отношению к устройству с гидрозатвором для компенсации такого же избыточного давления.Thus, with the same height of the columns of the barrier fluid, the use of the proposed seal with a combined water seal allows you to compensate for twice as much excess pressure in the apparatus with respect to the device with a water seal. Accordingly, on the other hand, the use of the proposed seal can almost halve the difference in height of the columns of the barrier fluid (and, accordingly, reduce the height of the entire seal) with respect to the device with a water seal to compensate for the same overpressure.
Предлагаемая конструкция уплотнения позволяет существенно снизить высоту столба затворной жидкости, что обеспечивает улучшение массогабаритных характеристик устройства, и соответственно расширяет диапазон рабочих давлений, при котором целесообразно применять такого типа уплотнения. В сравнении с аналогами предлагаемое устройство более технологично в конструктивном исполнении при одновременном обеспечении эффективной и надежной герметизации вращающегося вала.The proposed design of the seal can significantly reduce the height of the column of barrier fluid, which improves the overall dimensions of the device, and accordingly expands the range of operating pressures at which it is advisable to use this type of seal. Compared with analogs, the proposed device is more technologically advanced in design while ensuring effective and reliable sealing of the rotating shaft.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017128365A RU2670130C1 (en) | 2017-08-08 | 2017-08-08 | Contactless hydrostatic seal for rotary shaft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017128365A RU2670130C1 (en) | 2017-08-08 | 2017-08-08 | Contactless hydrostatic seal for rotary shaft |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2670130C1 true RU2670130C1 (en) | 2018-10-18 |
Family
ID=63862399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017128365A RU2670130C1 (en) | 2017-08-08 | 2017-08-08 | Contactless hydrostatic seal for rotary shaft |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2670130C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112121656A (en) * | 2020-08-31 | 2020-12-25 | 江苏创程环境科技有限公司 | Generation equipment for generating oxygen bubble water capable of dissolving multiple gases into nanoscale |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU976175A2 (en) * | 1980-01-25 | 1982-11-23 | за витель B.C. Гриднев | Hydrodynamic seal of vertical shaft |
| SU1800179A1 (en) * | 1990-12-04 | 1993-03-07 | Kamenskij Khimkombinat Rossiya | Seal of vertical shaft in dust-laden gaseous medium |
| SU1124657A1 (en) * | 1983-03-10 | 1995-01-20 | В.А. Лысцев | Hydraulic seal of vertical shaft |
| US6142478A (en) * | 1998-02-06 | 2000-11-07 | John Crane Inc. | Gas lubricated slow speed seal |
| US6464227B1 (en) * | 2001-06-19 | 2002-10-15 | Philadelphia Gear Corporation | Manometric fluid barrier seal |
-
2017
- 2017-08-08 RU RU2017128365A patent/RU2670130C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU976175A2 (en) * | 1980-01-25 | 1982-11-23 | за витель B.C. Гриднев | Hydrodynamic seal of vertical shaft |
| SU1124657A1 (en) * | 1983-03-10 | 1995-01-20 | В.А. Лысцев | Hydraulic seal of vertical shaft |
| SU1800179A1 (en) * | 1990-12-04 | 1993-03-07 | Kamenskij Khimkombinat Rossiya | Seal of vertical shaft in dust-laden gaseous medium |
| US6142478A (en) * | 1998-02-06 | 2000-11-07 | John Crane Inc. | Gas lubricated slow speed seal |
| US6464227B1 (en) * | 2001-06-19 | 2002-10-15 | Philadelphia Gear Corporation | Manometric fluid barrier seal |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112121656A (en) * | 2020-08-31 | 2020-12-25 | 江苏创程环境科技有限公司 | Generation equipment for generating oxygen bubble water capable of dissolving multiple gases into nanoscale |
| CN112121656B (en) * | 2020-08-31 | 2021-06-11 | 江苏创程环境科技有限公司 | Generation equipment for generating oxygen bubble water capable of dissolving multiple gases into nanoscale |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2498113C2 (en) | Underwater production assembly | |
| US6655932B1 (en) | Pressure impacted cooling and lubrication unit | |
| US20150270768A1 (en) | Sealed Magnetic Drive for Rotary Machine | |
| RU2670130C1 (en) | Contactless hydrostatic seal for rotary shaft | |
| RU2609899C1 (en) | Protection of hydraulic submersible motor gages (versions) | |
| CN104696267A (en) | Method for performing emergency shaft seal on reactor coolant pump as well as shaft seal assembly | |
| GB1248677A (en) | Submersible pump motor seal section | |
| WO2020134918A1 (en) | Energy-storage-type high-temperature molten salt pump with mechanical seal | |
| CN101860108B (en) | Metal bellow type high-temperature motor protector | |
| CN106930957A (en) | A kind of single-shaft vertical submerged pump | |
| CN103629144A (en) | Vertical submerged pump bearing protection device | |
| CN104265700A (en) | Novel technology for replacing liner pressure accumulator and piston pressure accumulator by metal bellows pressure accumulator | |
| US3272136A (en) | Rotary pump unit | |
| CN104006137B (en) | Liquid type fluid coupling device is filled in a kind of open type valve control | |
| CN104696266B (en) | Liquid metal pool type driving device sealing assembly | |
| US3785753A (en) | Electric drives for centrifugal pumps | |
| GB1037747A (en) | Submersible motor seal section | |
| CN203641072U (en) | Vertical submerged pump bearing protection device | |
| CN212627439U (en) | Metal bag type protector for high-temperature submersible motor | |
| CN105422861B (en) | A kind of packing seal structure of built-in enhancing ring | |
| CN209920256U (en) | Two monitoring chambeies of cutting machine drive unit | |
| CN109654031B (en) | Thrust bearing system and high-lift multi-stage electric pump | |
| RU6650U1 (en) | LIQUID SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTOR | |
| CN106246129B (en) | Multifunctional polish rod sealing device | |
| CN213392732U (en) | Heavy liquid isolated protector based on semiconductor ring temperature control |