SU732607A1

SU732607A1 - Shaft seal

Info

Publication number: SU732607A1
Application number: SU782679466A
Authority: SU
Inventors: Юрий Алексеевич Митькин
Original assignee: Ивановский энергетический институт им.В.И.Ленина
Priority date: 1978-10-31
Filing date: 1978-10-31
Publication date: 1980-05-05

Description

(54) УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА(54) SHAFT SEAL

II

Изобретение относитс к жидкостным уплотнени м , примен емым дл герметизации вращающихс элементов конструкций, работающих в услови х вакуума, газовых сред под давлением и т. п.The invention relates to fluid seals used for sealing rotating elements of structures operating under vacuum conditions, gaseous media under pressure, etc.

Известно уплотнение вращающегос вала , в котором перепад давлений удерживаетс феррожидкостью, наход щейс в рабочем зазоре в магнитном поле 1.It is known to seal a rotating shaft in which the pressure drop is held by ferrofluid which is in the working gap in the magnetic field 1.

Известно также уплотнение вала с электротехническим устройством, обеспечивающим удерживание запирающей жидкости - диэлектрика в рабочем зазоре в электрическом поле. Электротехническое устройство выполнено в виде конденсатора, состо щего из двух металлических обкладок, одна из которых разделена на несколько колец, соединенных с одним и тем же полюсом источника электрического тока. Дл больщей надежности обкладки конденсатора покрыты изол цией. Благодар взаимодействию пол ризованного жидкого диэлектрика с электрически зар женными обкладками конденсатора диэлектрик удерживаетс в зазоре 2.It is also known to seal the shaft with an electrical device that ensures the retention of the barrier fluid - a dielectric in the working gap in an electric field. The electrical device is made in the form of a capacitor consisting of two metal plates, one of which is divided into several rings connected to the same pole of the source of electrical current. For greater reliability, capacitor plates are covered with insulation. Due to the interaction of the polarized liquid dielectric with the electrically charged capacitor plates, the dielectric is kept in the gap 2.

Недостатком этого уплотнени вл етс то, что изол ци обкладок конденсатора в процессе работы подвергаетс старению, которое сопровождаетс по влением трещин. Особенно интенсивно эти процессы происход т при повыщенных температурах. В этом случае возможно также дополнительное образование трещин в изол ции за счет различных температурных коэффициентов расщирени металлической фольги и сло изол ции . Трещины, а также воздущные включени в изол ции обкладок могут образовыватьс и в процессе технологического изготовлени электродных систем. Эти трещи0 вы будут заполнены жидким диэлектриком, наход щимс в рабочем зазоре. Наличие трещин в поверхностном слое изол ции уменьщает электрическую прочность промежутка между электродами в этих местах. Она определ етс уже только слоем жидкого диэлектрика между электродами. При случайном пробое жидкого диэлектрика в этих местах, например при попадании в жидкий диэлектрик провод щих частиц примесей из окружающей среды, уплотнение выходит изThe disadvantage of this seal is that the insulation of the capacitor plates in the process of work is subject to aging, which is accompanied by the appearance of cracks. These processes are particularly intense at elevated temperatures. In this case, additional formation of cracks in the insulation is also possible due to different temperature coefficients of expansion of the metal foil and the insulation layer. Cracks as well as air inclusions in the insulation of the plates can also form during the technological manufacturing of electrode systems. These cracks will be filled with a liquid dielectric located in the working gap. The presence of cracks in the surface layer of insulation reduces the dielectric strength of the gap between the electrodes in these places. It is already determined only by the layer of liquid dielectric between the electrodes. In case of accidental breakdown of a liquid dielectric in these places, for example, when conductive particles of impurities from the environment enter the liquid dielectric,

20 стро . Это происходит потому, что любой пробой между электродами закорачивает рабочий зазор, т. е. напр жение на нем резко снижаетс , а жидкий диэлектрик при этом не удерживаетс в рабочем зазоре. Это вление существенно снижает надежность унлотнени , особенно если учесть, что дл повышени удерживаемого уплотнением перепада давлений необходимо увеличивать напр женность электрического пол в зазоре .20 build. This is because any breakdown between the electrodes short circuits the working gap, i.e., the voltage across it sharply decreases, and the liquid dielectric is not kept in the working gap. This phenomenon significantly reduces the reliability of the seal, especially when you consider that to increase the pressure drop held by the seal, it is necessary to increase the intensity of the electric field in the gap.

Целью изобретени вл етс повышение надежности уплотнени .The aim of the invention is to improve the reliability of the seal.

Цель достигаетс тем, что в уплотнении вала кольца обкладки конденсатора соединены с одним и тем же полюсом источника электрического тока через ограничивающие резисторы. В этом случае пробой между электродами в любом элементарном конденсаторе приводит к сн тию напр жени только с рабочего зазора, наход щегос в зоне рассматриваемого элементарного конденсатора, а на всех других участках рабочего зазора напр жение остаетс без изменени , что и позвол ет им удерживать необходимый перепад давлений. Кроме того, такой способ выполнени электротехнического устройства уплотнени дает возможность увеличить напр женность электрического пол в рабочем зазоре и соответственно удерживаемый уплотнением перепад давлений .The goal is achieved by the fact that in the shaft seal the rings of the capacitor plate are connected to the same pole of the source of electrical current through limiting resistors. In this case, the breakdown between the electrodes in any elemental capacitor leads to the removal of voltage only from the working gap located in the zone of the elementary capacitor in question, and the voltage in all other parts of the working gap remains unchanged, which allows them to keep the necessary difference. pressures. In addition, this method of performing an electrical sealing device makes it possible to increase the intensity of the electric field in the working gap and, accordingly, the differential pressure maintained by the seal.

На чертеже изображено уплотнение вала, вертикальный разрез.The drawing shows the shaft seal, vertical section.

Уплотнительна электроизол ционна втулка 1, в которую вформована металлическа обкладка 2, закреплена на валу 3. Концентрично с втулкой 1 установлена уплотнительна электроизол ционна втулка 4, укрепленна на корпусе 5, в которую вформованы металлические кольца 6 с выводами 7. Втулки 1 и 4 образуют между собой рабочий зазор 8, заполненный запирающей жидкостью - диэлектриком. Каждое металлическое кольцо 6 через вывод 7 и резистор 9 присоедин етс с помощью проводников к одному полюсу источника 10 электрического тока, а к другому полюсу через щеточный контакт 11 и токосъемное кольцо 12 подключаетс обкладка 2. Технологически втулки 1 и 4, включающие соответствующие электроды - обкладку 2 и кольца 6, а также выводы 7, можно изготовить из изол ционного материала (полиэтилена, полистирола и т. д.), например, литьевым способом.The sealing insulating sleeve 1, into which the metal lining 2 is molded, is fixed on the shaft 3. Concentric with the sleeve 1, a sealing electrical insulating sleeve 4 is mounted, fixed on the housing 5, into which metal rings are formed with leads 7. The sleeves 1 and 4 form between a working gap 8, filled with a locking fluid - a dielectric. Each metal ring 6 through the pin 7 and the resistor 9 is connected with conductors to one pole of the electric current source 10, and the other pole is connected to the other pole through the brush contact 11 and the current collector ring 12. Technologically, the sleeves 1 and 4, including the corresponding electrodes - plate 2 and rings 6, as well as conclusions 7, can be made from an insulating material (polyethylene, polystyrene, etc.), for example, by injection molding.

Под действием напр жени , приложенного к обкладке 2 и кольцам 6, в рабочем зазоре, заполненном жидким диэлектриком, возникает электростатическое поле. В результате воздействи этого пол жидкий диэлектрик пол ризуетс , что сопровождаетс по влением на поверхности диэлектрика св занных зар дов. Взаимодействие пол ризованных зар дов жидкого диэлектрика с электрическими зар дами обкладок кондесатора обеспечивает удерживание жидкости в рабочем зазоре. Плотность св занных зар дов в диэлектрике пр мо пропорциональна напр женности электрического пол , что иUnder the action of a voltage applied to the plate 2 and the rings 6, an electrostatic field arises in the working gap filled with a liquid dielectric. As a result of the effect of this field, the liquid dielectric becomes polarized, which is accompanied by the appearance of associated charges on the surface of the dielectric. The interaction of polarized charges of a liquid dielectric with electric charges of the plates of the condenser ensures the retention of liquid in the working gap. The density of the associated charges in the dielectric is directly proportional to the intensity of the electric field, as

обуславливает возрастание удерживаемого уплотнением перепада давлений с увеличением напр женности пол . Удерживаемый уплотнением перепад давлений обеспечиваетс всеми элементарными конденсаторами, S т. е. определ етс при заданных услови х длиной рабочего зазора, заполненного жидким диэлектриком.causes an increase in the pressure differential held by the seal with an increase in the strength of the floor. The pressure differential held by the seal is provided by all elementary capacitors, S i.e. it is determined under given conditions by the length of the working gap filled with a liquid dielectric.

При случайном пробое между электродами в любом элементарном конденсаторе, происход щем главным образом из-за по падани провод щих частиц в жидкий диэлектрик во врем работы уплотнени , напр жение с рабочего зазора этого конденсатора снимаетс , а все напр жение, поступающее от источника тока, прикладываетс In case of accidental breakdown between electrodes in any elementary capacitor, mainly due to the incidence of conductive particles in the dielectric liquid during the operation of the seal, the voltage from the working gap of this capacitor is removed, and all the voltage supplied from the current source is applied

j к последовательно включенному резистору 9. На всех других элементарных конденсаторах напр жение остаетс без изменени , поэтому жидкий диэлектрик будет удерживатьс в рабочем зазоре.j to the series-connected resistor 9. On all other elementary capacitors, the voltage remains unchanged, so the liquid dielectric will be held in the working gap.

Пробой жидкого диэлектрика при боль0 щом сопротивлении в разр дной цепи длитс в течение времени, измер емого микросекундами . При пробое жидкого диэлектрика частицы примеси выгорают, разрущаютс на более мелкие частицы и разлетаютс в разные стороны, в результате чего разр д гаснет, а рассматриваемый участок рабочего зазора восстанавливает свою работоспособность . Пробои жидкого диэлектрика в рабочем зазоре редки (например один пробой за 100 часов и реже), что достигаетс соответствующим выбором напр женности электрического пол в зазоре, а длительность пробо мала, поэтому пробой жидкого диэлектрика в рабочем зазоре всегда будет формироватьс только в одном элементарном конденсаторе.The breakdown of a liquid dielectric with a high resistance in the discharge circuit lasts for a time measured by microseconds. During the breakdown of a liquid dielectric, the impurity particles burn out, break up into smaller particles and fly apart in different directions, as a result of which the discharge goes out and the section of working gap under consideration restores its working capacity. Breakdowns of a liquid dielectric in the working gap are rare (for example, one breakdown per 100 hours or less), which is achieved by an appropriate choice of the electric field strength in the gap, and the duration is slow, therefore a breakdown of the liquid dielectric in the working gap will always be formed in only one elementary capacitor.

Следовательно, в предлагаемом уплотнении саучайный пробой между электродами в одном элементарном конденсаторе при достаточно больщом их числе, которое выбираетс из условий надежности дл конкретных случаев, практически не сказываетс на удерживаемом уплотнениием перепаде давлений. Это означает, что в рабочем зазоре с жидким диэлектриком можно выбрать больщую напр женность электрического пол , повысив тем са.мым удерживае мый уплотнением перепад давлений. Consequently, in the proposed seal, the rubber breakdown between the electrodes in one elementary capacitor with a sufficiently large number, which is selected from the reliability conditions for specific cases, has practically no effect on the pressure drop maintained by the seal. This means that in a working gap with a liquid dielectric, a greater electric field strength can be chosen, thereby increasing the pressure drop held by the seal.

Таким образом, выполнение электротехнического устройства предлагаемого уплотнени в виде концентрического конденсатора , у которого одна обк тадка разделенаThus, the implementation of the electrical device of the proposed seal in the form of a concentric capacitor, in which one orbit is divided

на несколько колец, соединенных с одним и тем же полюсом источника электрического тока через ограничивающие резисторы, позвол ет повысить надежность уплотнени , а также увеличить удерживаемый перепад давлений.for several rings connected to the same pole of the source of electric current through limiting resistors, it allows to increase the reliability of the seal, as well as to increase the pressure drop retained.

Claims

1. USSR author's certificate 420836, cl. F 16 j 15/54, 1974.

2. Authors certificate of the USSR 339708, cl. F 16 j 15/54, 1970.