SU1120140A1

SU1120140A1 - End seal

Info

Publication number: SU1120140A1
Application number: SU833555703A
Authority: SU
Inventors: Владимир Викторович Архипов; Ханафи Ибрагимович Муратов; Кир Борисович Саранцев
Original assignee: Производственное объединение "Невский завод" им.В.И.Ленина
Priority date: 1983-02-18
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1984-10-23

Abstract

1. ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ, содержащее вращающуюс и неподвижную металлические обоймы с пазами и с закрепленными в них графитовыми кольцами, образующими пару трени , отличающеес тем, что, с целью повыщени надежности его в работе и стабильности характеристик уплотнени , по периметру наружной и внутренней стенок паза металлических обойм выполнены расположенные с равным щагом канавки, глубина которых не менее глубины посадки графитового кольца в паз обоймы. 2. Уплотнение по п. 1., отличающеес тем, что канавки на внутренней стенке паза смещены на полщага относительно канавок на наружной стенке паза.1. MECHANICAL SEAL, containing rotating and stationary metal holders with grooves and with graphite rings fixed in them, forming a pair of friction, characterized in that, in order to increase its reliability in operation and stability of the sealing characteristics, along the perimeter of the outer and inner walls of the metallic groove the cages are made with grooves located with equal schag, the depth of which is not less than the depth of fit of the graphite ring in the groove of the cage. 2. A seal according to claim 1., characterized in that the grooves on the inner wall of the groove are offset by half a step relative to the grooves on the outer wall of the groove.

Description

Изобретение относитс к уплотнительной технике, преимущественно к уплотнени м вращающихс валов центробежных компрессоров и нагнетателей. Известны торцовые уплотнени с подводом уплотн ющей жидкости, в которых боросилицированные графитовые кольца закреплены в пазах неподвижной и вращающейс металлических обойм пайкой или сваркой 1. Недостаток такого уплотнени заключаетс в том, что боросилицированное графитовое кольцо при работе подвергаетс силовому воздействию со стороны металлической обоймы вследствие разности в тепловых расширени х графитового кольца и сопр гающихс с ним стенок паза обоймы. Коэффициент линейного расщирени боросилицировачного графита меньше, чем у металла, поэтому наружна , охватывающа графитовое кольцо, стенка обоймы при повышении температуры стремитс увеличить графитовое кольцо по диаметру, создава в нем раст гивающие напр жени . Внутренн стенка обоймы охватываетс графитовым кольцом и при тепловом расширении также стремитс разорвать кольцо. Силовое взаимодействие стенок обоймы графитового кольца приводит к потере плоскости трущейс поверхности графитового кольца, в паре по вл етс повышенный неравномерный износ поверхностей трени , увеличиваютс протечки уплотн ющей жидкости в сторону уплотн емого пространства, ухудшаютс надежность и стабильность работы уплотнени , уменьшаетс ресурс его работы. Целью изобретени вл етс повышение надежности креплени боросилицированного графитового кольца в металлической обойме и повышение надежности в работе и стабильности характеристик уплотнени . Поставленна цель достигаетс тем, что в торцовом уплотнении, содержащем вращающуюс и неподвижную металлические обоймы с пазами и с закрепленными в них графитовыми кольцами, образующими пару трени , по периметру наружной и внутренней стенок паза металлических обойм выполнены расположенные с равным шагом канавки, глубина которых не менее глубины посадки графитового кольца в паз обоймы. Причем с целью более монолитного соединени графитового кольца с обоймой канавки на внутренней стенке паза смещены на полшага относительно канавок на наружной стенке паза. В таком торцово.м уплотнении разность между коэффициентами линейного расширени графитового кольца и металлической обоймы становитс благопри тным фактором . Как наружна , так и внутренн стенки паза металлической обоймы при креплении в предложенном уплотнении преп тствуют тепловому расширению графитового кольца по диаметру, при этом в меридиональном сечении кольца возникают напр жени сжати , исключающие возможность по влени радиальных трещин в кольце, обусловленных в известных уплотнени х тангенциальными напр жени ми раст жени . Тепловое расширение стенок металлической обоймы в предложенном торцовом уплотнении становитс пренебрежимо малым , так как определ етс толщиной, а не диаметром стенки, как это было в известных конструкци х. Отмеченна особенность приводит к уменьшению сил, действующих на графитовое кольцо со стороны стенок паза обоймы, причем труща с поверхность кольца сохран ет плоскостность, более чем на пор док уменьшаютс протечки уплотн ющей жидкости, повыщаетс равномерность распределени температуры по периметру кольца, уменьшаетс износ, улучшаетс стабильность характеристик уплотнени , уплотнение приобретает управл емость процессами образовани гидродинамического клина между трущимис поверхност ми . На фиг. 1 показано торцовое уплотнение, продольный разрез; на фиг. 2 - вращающа с обойма уплотнени ; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - вид В на фиг. 2; на фиг. 6 - графики распределени температур по периметру графитового кольца в известном уплотнении и в предлагаемом; на фиг. 7 - зависимость величины протечек уплотн ющей жидкости от частоты вращени вала в известном уплотнении и в предлагаемом; на фиг. 8 - зависимость величины протечек уплотн ющей жидкости от разности /ut между максимальной (1накс ) и минимальной (tNHH) температурами поверхноси трени (буквой Г обозначена зона рабоы предлагаемого уплотнени ). Боросилицированные графитовые кольца I (фиг. 1) закреплены пайкой в кольцевых пазах 2 неподвижной 3 и вращающейс 4 бойм уплотнени , установленных в корпусе . Вал 6 вращаетс со скоростью uj . Протранство 7 заполнено уплотн ющей жидостью , давление которой выше давлени уплотн емого газа в пространстве 8. Контактна поверхность S уплотнени раздел ет пространство 7 уплотн ющей жидкости от пространства 8 уплотн емого газа. Наружное уплотнение 9, выполненное, например, в виде опорного подшипника, ограничивает протечки уплотн ющей жидкости в сторону атмосферы. Уплотнение размещено в корпусе нагнетател 10.The invention relates to a sealing technique, mainly to the seals of the rotating shafts of centrifugal compressors and blowers. Mechanical seals with a supply of sealing fluid are known, in which borosilized graphite rings are fixed in the slots of fixed and rotating metal holders by soldering or welding 1. The disadvantage of such a seal is that the borosilicated graphite ring undergoes force action from the metal collar due to the difference in thermal expansions of the graphite ring and the groove walls of the cage which mate with it. Borosilicating graphite's linear loosening coefficient is less than that of metal; therefore, the outer, enveloping graphite ring, the wall of the shroud tends to increase the graphite ring in diameter as the temperature rises, creating tensile stresses in it. The inner wall of the cage is covered with a graphite ring and also tends to break the ring during thermal expansion. The force interaction of the walls of the graphite ring cage leads to a loss of the plane of the rubbing surface of the graphite ring, a pair of increased uneven wear of the friction surfaces appears, the leakage of sealing fluid increases towards the compacting area, the reliability and stability of the sealing are reduced, and its service life is reduced. The aim of the invention is to increase the reliability of fastening of a borosilicated graphite ring in a metal cage and to increase reliability in operation and stability of the sealing characteristics. The goal is achieved by the fact that in the mechanical seal containing rotating and stationary metal holders with grooves and with graphite rings fixed in them forming a pair of friction around the perimeter of the outer and inner walls of the groove of metal holders are made with equal pitch grooves which are not less than the depth of the landing of the graphite ring in the groove of the clip. Moreover, for the purpose of a more monolithic connection of the graphite ring with the groove collar on the inner wall of the groove, they are shifted by half a step relative to the grooves on the outer wall of the groove. In such a face seal, the difference between the linear expansion coefficients of the graphite ring and the metal clip becomes a favorable factor. Both the outer and inner walls of the groove of the metal cage prevent the thermal expansion of the graphite ring in diameter by the fastening in the proposed seal, while compressive stresses occur in the meridional section of the ring, eliminating the possibility of radial cracks in the ring caused by tangential joints in known seals tension mi stretch. The thermal expansion of the metal casing walls in the proposed mechanical seal becomes negligible, since it is determined by the thickness, and not the wall diameter, as was the case with the known constructions. The noted feature leads to a decrease in the forces acting on the graphite ring from the side of the groove of the cage, while rubbing the ring surface remains flat, the leakage of sealing fluid decreases more than an order of magnitude, the temperature distribution around the perimeter of the ring increases, wear decreases, and stability is improved compaction characteristics, compaction acquires controllability of the formation of a hydrodynamic wedge between rubbing surfaces. FIG. 1 shows the mechanical seal, a longitudinal section; in fig. 2 — rotating collar; in fig. 3 shows section A-A in FIG. 2; in fig. 4 shows a section BB in FIG. 2; in fig. 5 is a view of B in FIG. 2; in fig. 6 shows graphs of temperature distribution along the perimeter of a graphite ring in the known seal and in the proposed one; in fig. 7 shows the dependence of the leakage of the sealing fluid on the frequency of rotation of the shaft in the known seal and in the proposed one; in fig. 8 - dependence of the amount of leakage of sealing fluid on the difference / ut between the maximum (1 inc.) And minimum (tNHH) surface friction temperatures (the letter D designates the working zone of the proposed compaction). Borosilizirovanny graphite rings I (Fig. 1) are fixed by soldering in annular grooves 2 fixed 3 and rotating 4 boom seals installed in the housing. The shaft 6 rotates at a speed uj. The space 7 is filled with a sealing fluid whose pressure is higher than the pressure of the gas to be compacted in the space 8. The sealing contact surface S separates the space of the sealing liquid 7 from the space 8 of the gas to be condensed. An outer seal 9, made, for example, in the form of a thrust bearing, limits the leakage of the sealing fluid towards the atmosphere. The seal is placed in the housing of the blower 10.

Во вращающуюс металлическую обойму 4 может быть впа но графитовое кольцо 1 (фиг. 2). Наружна и внутренн стенки И и 12 паза 2 под графитовое кольцо 1 в обойме 4. сопр гаютс с графитовым кольцом 1. Припой 13 (фиг. 3) заполн ет зазоры между стенками 11 и 12 и опорной поверхностью 14 паза 2 и графитовыми кольцами 1. Канавки 15 и 16 выполн ют на стенках И и 12 паза 2 после пайки.A graphite ring 1 can be hollowed into a rotating metal holder 4 (Fig. 2). The outer and inner walls And and 12 of the groove 2 under the graphite ring 1 in the cage 4. mate with the graphite ring 1. Solder 13 (Fig. 3) fills the gaps between the walls 11 and 12 and the support surface 14 of the groove 2 and graphite rings 1. The grooves 15 and 16 are formed on the walls I and 12 of the groove 2 after soldering.

Осева глубина канавок 15 и 16, равна h, выбираетс конструктивно и должна быть не менее глубины посадки кольца 1 в лаз 2. Ширина d канавок 15 и 16 определ етс технологией и радиусом инструмента RMHCT (фрезы). Шаг t между канавками 15 на стенке 11 и шаг t между канавками 16 на стенке 12 определ ют опытным путем с учетом величины диаметра кольца и из услови обеспечени разности (д1) между максимальной (tnaKc) и минимальной (1цин) температурами по периметру графитового кольца в диапазоне 20-30°С (фиг. 8, зона Г).The axial depth of the grooves 15 and 16, equal to h, is chosen constructively and should not be less than the depth of fit of ring 1 in manhole 2. The width d of grooves 15 and 16 is determined by the technology and radius of the tool RMHCT (milling cutter). The pitch t between the grooves 15 on the wall 11 and the pitch t between the grooves 16 on the wall 12 are determined empirically, taking into account the diameter of the ring and from the condition that the difference (d1) between the maximum (tnaKc) and minimum (1 chin) temperatures around the perimeter of the graphite ring in range of 20-30 ° C (Fig. 8, zone D).

Металлические обоймы 3 и 4, в которых закрепл ют кольца 1, изготавливают таким образом, чтобы радиальный зазор между графитовым кольцом 1 и стенками 1 и 12 паза 2 до пайки был равен 0,5-0,8 мм. Это обеспечивает хорощее затекание припо 13 в зазоры при пайке и его высокую однородность. После пайки на стенках 11 и 12 паза 2 выполн ют канавки 15 и 16 высотой h, шириной d и с щагом t и tj Затем трущуюс поверхность S графитовых колец 1 обрабатывают до получени заданной плоскостности.The metal clips 3 and 4, in which the rings 1 are fixed, are made in such a way that the radial gap between the graphite ring 1 and the walls 1 and 12 of the groove 2 before soldering is 0.5-0.8 mm. This ensures good soldering of solder 13 into the gaps during soldering and its high uniformity. After soldering on the walls 11 and 12 of the groove 2, grooves 15 and 16 are made of height h, width d and with pin t and tj. Then, the rubbing surface S of graphite rings 1 is processed to obtain a given flatness.

Така последовательность креплени графитовых колец 1 в обой.мах 3 и 4 обуславливаетс тем, что после выполнени канавок 15 и 16 на стенках 11 и 12 обойм 3 и 4 внутренние напр жени , имеющие место в зоне креплени колец 1, перераспредел ютс . Это приводит к изменению первоначальной пространственной конфигурации графитовых колец 1 и увеличивает неплоскостность поверхности S. Последующа после выполнени канавок 15 и 16 обработка трущихс поверхностей устран ет эти отклонени .Such a fastening sequence for graphite rings 1 in both masses 3 and 4 is due to the fact that after making the grooves 15 and 16 on the walls 11 and 12 of the clips 3 and 4, the internal stresses in the area of the fastening of the rings 1 are redistributed. This leads to a change in the original spatial configuration of the graphite rings 1 and increases the flatness of the surface S. The subsequent treatment of the rubbing surfaces after the grooves 15 and 16 have been completed eliminates these deviations.

При работе уплотнени графитовые кольца 1 и стенки Пи 12 металлических обойм 3 и 4 разогреваютс от выдел ющегос тепла трени до 130-150°С и более. Вследствие того, что на стенках 11 и 2 пазов 2 обоймы 3 и 4 выполнены канавки 15 и 16, наружна 11 и внутренн 12 стенки пазовWhen compaction is in operation, the graphite rings 1 and the walls of the Pi 12 metal holders 3 and 4 are heated from the generated heat of friction to 130-150 ° C and more. Due to the fact that grooves 15 and 16 are made on the walls 11 and 2 of the grooves 2 of the cages 3 and 4, outer 11 and 12 of the inner walls of the grooves

2имеют тепловое расщирение, обусловленное лищь толщиной S стенок 11 и 12, а в диаметральном направлении тепловое расщирение стенок 11 и 12 отсутствует ИJJИ2 there are thermal expansion due to only the thickness S of the walls 11 and 12, and in the diametrical direction there is no thermal expansion of the walls 11 and 12.

5 очень мало. При таких услови х тепловое расщирение графитового кольца 1 по диаметру Д блокируетс стенками 11 и 12 обоймы. В графитовом кольце 1 создаютс напр жени сжати , более благопри тные с точки зрени надежности работы уплотнени , чем напр жени раст жени , возникающие в кольце от теплового расщирени стенок 11 и 12 в существующих конструкци х торцовых уплотнений. Теплосиловое взаимодействие графитового кольца 1 со 5 стенками 11 и 12 паза 2, например, обоймы5 is very small. Under such conditions, thermal expansion of the graphite ring 1 over the diameter D is blocked by the walls 11 and 12 of the sleeve. In the graphite ring 1, compressive stresses are more favorable from the point of view of the reliability of the compaction than the tensile stresses arising in the ring from thermal lamination of the walls 11 and 12 in the existing structures of the end seals. Thermal interaction of the graphite ring 1 with 5 walls 11 and 12 of the groove 2, for example, clips

3приобретает больщую осесимметричность причём абсолютна величина деформации кольца 1 уменьщаетс , а количество волн деформаций на поверхности трени S увеличиваетс , что хорощо видно из приведенного сопоставлени кривых распределени температур по периметру кольца при известной (крива 1) и предлагаемой (крива 2) конструкци х креплени кольца (фиг. 6). Крива 1 имеет два пика температур, а крива 3 acquires a greater axisymmetry, with the absolute value of the deformation of ring 1 decreasing, and the number of deformation waves on the friction surface S increases, which is clearly seen from the comparison of temperature distribution curves around the perimeter of the ring with the known (curve 1) and proposed ring design ( Fig. 6). Curve 1 has two peaks of temperatures, and curve

5 2 - четыре пика температур. При этом существенно облегчаетс возможность реализации условий дл образовани стабильной гидродинамической пленки в зазоре между трущимис по поверхности S графитовыми кольцами 1.5 2 - four peak temperatures. In this case, the possibility of realizing the conditions for the formation of a stable hydrodynamic film in the gap between graphite rings 1 rubbing on the surface S is greatly facilitated.

В предлагаемом уплотнении протечки уплотн ющей .жидкости уменьщаютс (по фиг. 7 в 10-15 раз) и слабо завис т от увеличени частоты вращени . В то же врем , несмотр на такое сильное уменьщеj . ние величины протечек, температура поверхности трени повышаетс всего на 3-5°С. Это свидетельствует о том, что предлагаемое уплотнение обеспечивает лучшие, более благопри тные услови дл образовани сплошной гидродинамической пленки меж0 ду трущимис поверхност ми уплотнени , а деформации трущихс поверхностей S графитовых колец 1 имеют малую (несколько мкм) величину. In the proposed sealing, the leakage of the sealing liquid decreases (in Fig. 7 by 10-15 times) and is weakly dependent on the increase in the rotation frequency. At the same time, despite such a strong decrease. The increase in leakage values, the surface temperature of the friction rises by only 3-5 ° C. This indicates that the proposed seal provides better, more favorable conditions for the formation of a continuous hydrodynamic film between the rubbing surfaces of the seal, and the deformation of the rubbing surfaces S of graphite rings 1 are small (several microns) in size.

Технико-экономический эффект, полуг чаемый от использовани предлагаемого изобретени , заключаетс в уменьшении -потерь уплотн ющей жидкости, повыщении надежности работы центробежных компрессоров и нагнетателей, увеличении ресурса (долговечности) уплотнений и уменьшенииThe technical and economic effect, half the result of the use of the proposed invention, is to reduce the loss of sealing fluid, increase the reliability of operation of centrifugal compressors and blowers, increase the life (durability) of the seals and reduce

стоимости эксплуатации мащин на 2000- 3000 руб/год.the cost of operating the machine for 2000- 3000 rubles / year.

22

fS-fS-

Фиг. 2FIG. 2

A-AA-A

5five

//

Фиг.ЗFig.Z

ВидеVideo

9090

/ /

16sixteen

7,27.2

0,80.8

0,40.4

60006000

т270 360 rt270 360 r

Фиг.66

. .

2L2L

//

7П50°%ан7P50 °% en

22

°7ffv/f° 7ffv / f

rooooroooo

8000 Фиг. 78000 FIG. 7

ггyy

0.80.8

0404

оabout

Ю20JO40U20JO40

М°M °

66

Фиг. 8FIG. eight

Claims

1. END SEAL, containing rotating and fixed metal clips with grooves and with graphite rings fixed in them, forming a friction pair, characterized in that, in order to increase its reliability and stability of the seal characteristics, along the perimeter of the outer and inner walls of the metal groove the grooves are made with equal pitch grooves, the depth of which is not less than the depth of the graphite ring in the groove of the ferrule.

2. Seal by π. 1., characterized in that the grooves on the inner wall of the groove are offset by half a step relative to the grooves on the outer wall of the groove.

FIG. 1