UA120883C2

UA120883C2 - Торцеве ущільнення

Info

Publication number: UA120883C2
Application number: UAA201713089A
Authority: UA
Inventors: Андрєй Ніколаєвіч Агрінскій; Андрей Николаевич Агринский; Тімур Дмітрієвіч Воронов; Тимур Дмитриевич Воронов; Андрєй Владіміровіч Горонков; Андрей Владимирович Горонков; Родіон Пєтровіч Казанцев; Родион Петрович Казанцев; Сєргєй Юрьєвіч Шуцкій; Сергей Юрьевич Шуцкий; Алєксєй Міхайловіч Кузьмін; Алексей Михайлович Кузьмин
Original assignee: Акционєрноє Общєство "Центральноє Конструкторскоє Бюро Машиностроєнія"; Акционерное Общество "Центральное Конструкторское Бюро Машиностроения"; Акционєрноє Общєство "Наука І Інновациі"; Акционерное Общество "Наука И Инновации"
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2020-02-25
Also published as: CN107923537A; EP3473897A4; WO2017222404A1; ZA201800091B; JP6908584B2; BR112017028612A2; CA2991118C; JP2019518173A; CA2991118A1; EP3473897A1; KR20190046589A; US20180195614A1

Abstract

Винахід належить до торцевих ущільнень роторів насосних агрегатів для поділу середовищ або перепаду тисків. Винахід може бути використаний в конструкції насосів, що застосовуються на АЕС, зокрема у головних циркуляційних насосах. Винахід направлено на підвищення надійності вузла, а також підвищення технологічності деталей і складання ущільнення. Для отримання відповідних технічних результатів запропонована конструкція багатоступінчастого торцевого ущільнення, яка містить послідовно встановлені робочі ступені і кінцевий ступінь, кожен з яких включає розташований на валу роторний елемент і в контакті з ним - підпружинений аксіально рухомий статорний елемент, ущільнений відносно корпусу ущільнювальними кільцями, причому порожнини високого і низького тиску робочих ступенів послідовно з'єднані дросельними отворами в статорному елементі, виконаному так, щоб виконувати функції аксіально рухомого ущільненого відносно корпусу ступеневого поршня. Зовнішні діаметри ступенів поршня статорного елемента виконані зі співвідношенням , де - діаметр більшого циліндра поршня, - діаметр меншого циліндра поршня. Дане співвідношення забезпечує відсутність додаткового зусилля на статорний елемент за його нормальної роботи, при цьому дозволяючи, в разі розкриття ущільнення, посилити вплив на статорний елемент, спрямований на закриття ущільнення, за рахунок гідростатичних сил, що діють на поршень.

Description

більшого циліндра поршня, 7! - діаметр меншого циліндра поршня. Дане співвідношення забезпечує відсутність додаткового зусилля на статорний елемент за його нормальної роботи, при цьому дозволяючи, в разі розкриття ущільнення, посилити вплив на статорний елемент, спрямований на закриття ущільнення, за рахунок гідростатичних сил, що діють на поршень.

Ше одну зрив ви п В 0 . і ее в По кі не ний ше

Й Жорж ПК ПЕ Ж КК, ях ЩІ : Й нан я. 1 я йо и ТЕ. Б Яке г Я І т. Я х НН, рик ЗНА НА Я З І Ех . с рі Тк ши ТК КК Я п | ї По « ря, ння ЕЙ я Й вн хкхх В ше

Ж ле Й д ї . . Я нй - ни а З НН - не о. - ; а ОНИ ма їк КІ - їх Еш т. - Що Ж ВК В " що и У

Х а п В у В НКУ і Я т Я 3 ШОВ ника ОКО пе і . я ї ще ДО, окре в КО. с. ї і г. : Ох з В ПЕ КК я - ще С УЗаНЯ З о КК іа ЗШ опти г: . . З ДК КОН ї о, . іч ся о СХ, Й їх . Я і ни КН ЕК НЕ Я рин Я пд и в КУ ї Й пон вин дея 1 нн А КИ ол Н - мя її их . пк ня М МОМ КЕ я п КК, х тему от НЯ - - т. с пух До о ЗИ ШУ ї у «ох печене з МА З З А о а с ЗНО ЯКУ НЯ хо ї

Хинт ши шен З Шк і її й

Я ГУ й. ря РОМАН ко ; г. її й. н не Кт и поки ЗАВ ЗИ ЗІ Я ї ше оси ОВК КОЖ и В, . ше 2 . нн не ее ШИНИ і і ди. мМ ш ЦЕ, го, ха вне З и 4 НУ и поки, я ОВУ ох г й ш: кн и МК ЕХ. ОТ . . т НА : г. ши КК и В Кия й Я. в . . НН НК КО ИУ це Н би Ж кт ди ВК Он : - ї а . : З лях Ж ї т ВЕ СЯ шо З х : хе Пи Іо ж Н Н оф й Щ пон КЕ й Ан ВН А Її З ол вже их пт ВОМККХК ООН : й іх : ! и ОО ВВЕ св о В ї юю й Ж «У Кох шо ПК 53 Кв КО : сн ї: що - Ж г УТ Же й « Ії г : Жаби м ВО ТІ ВК КУ ЯК Я : х : Й З жк ок ЖЕ НЕ ї т е еще : ка КОХ ок ек НІЙ ПИ. й шк Соня ПЕТ А ке жи М й ЕЕ ВМННЯ КЕ Яй х ї Що 0 кри ти МК ВК с Ге 1 - ЖОВ м р Ко пиши Я

Моя КО, ОК Ми 5 Н . - Я В. М о ди Я - : ть щі на ще: ее Ніни х ї В М сх КЗ : Н : СА и З що е с нн КТ й ВУ ши Н я

Й ЖЕ. М й ши АН : с й ПОН За «Ж КИ в КО . . Е ние

СУ «го ЖЕ КВ кромок дХ : нин З .

В НН и аа З КО НЯ . їх НН : діння Б о пот В З : г. не Кай о Кузов ОО КУ г : - их НУ Ве о я У НН НН . - ї - п. шу сен ша ИН я не ис нн ЗНЗ ЕЕ У а ЕК я - й : Я. :

Бен 20 Бохохоююю ШО ВМ, На : ї яко З о НИ ВЕ : 2 Я - пн ва Ек УНя У ПЕК ЗЕ г 7 й шк шо

ЛУ Кк с КВ В ІЗ З - Я Її х : ЗТ и Ех х мя

І Мох І. КМ ак шу ї : - НН і: й паж і Й ши ВІ НИ Хот І Ж. Й - ї х ше ! Ше Я ши о о і. - - о КУ Й ЕД ДНК вк . Не У . - уран ЗІ ТАНЕ пол о Ко . їя ї

Єолуж вин Ми НА лик о тя Ї Ух днк х я їду - . Я ї пи Е В Пежо ІВ Ок - х ї 0 Іжа шви и КК : :

Я ге о . Ж ОО ЖИ дов У т, Ох сито я ре не и їх.

Я ПЕ у ІЖ ОН и ньо Я о ких, : Елі кана КЕЙ ОН я і. п. нн ее вч Ж ШЕ ВО ВК В Ве ок ПК и НИ и Ж В ЕЕ КТ Х КЕМТМКХ

Сн ИН В ОК АВК ЗННН о

Ши ПюМянщУКТІ - ЕЗ ет 5 ОО В я шах пт ЖИ НОТИ ШТ о й пен аня КМ я ОВ У З ЗВ З ЯК КЗ пн ях мех з я и ох : ЯН ОЗ ЗИ ї КУ Б н шу КИ

Не ОК: Кен хх С вини ЕМ Ка КО: ТО ї

В сн ше ше; ЩА ої

Ти . Во Фо Кк ЗОН ГЕО. х й - ни - . - нини нд КВ в Не Зх Кот :

Я ск ВИ и ВО, г ДОК п . п тей : рова ЗМУ Й ЗЕ р на о а З ти т : маш НЕ ЗК Во ЕК В, ще ЕЯ На но и йди ВИ М г. ке ши Ло о.

Ки ем З На ЕЕ ЗА : пен В повної бр їй я З и Ечи той в нн В М М ВИ : й юю Да а ВИН НН М - не : В : дкедеиутт фл т Жив ВК оШнН нин не .

Й - я КК КК НК ЕК ЕК я Й х : я : Н

Винахід належить до торцевих ущільнень роторів насосних агрегатів для поділу середовищ або перепаду тисків.

Винахід може бути використаний в конструкції насосів, що застосовуються на АЕС, зокрема, у головних циркуляційних насосах.

Відомий блок торцевих ущільнень (Патент РФ Мо 2084730 опуб. 20.07.1997, МПК Е16.15/34).

Дана конструкція являє собою багатоступінчате торцеве ущільнення, яке містить послідовно встановлені робочі ступені і кінцевий ступінь, кожен з яких включає в себе розташований на валу роторний елемент і в контакті з ним - підпружинений аксіально рухомий статорний елемент, ущільнений відносно корпусу ущільнювальним кільцем, причому порожнини високого і низького тиску робочих ступенів послідовно з'єднані дросельними отворами в корпусі статора. У корпусі паралельно осі вала виконані ступінчасті циліндричні розточення, які сполучаються меншим діаметром з порожниною високого тиску, а більшим - з порожниною низького тиску, в які встановлено аксіально рухомі ступінчасті циліндричні поршні, ущільнені в розточеннях по більшому і меншому діаметрах з можливістю взаємодії кінця поршня меншого діаметру зі статорним елементом. Дана конструкція слугує примусовому закриттю кожного ступеня ущільнення, в разі її розкриття, шляхом забезпечення блока на додаток до пружин силовими ступінчастими поршнями. Недолік конструкції полягає в наявності додаткового механічного вузла - поршня, який може вплинути на працездатність виробу в разі його заклинювання, наприклад, в крайньому нижньому положенні. Це може призвести до руйнування пари тертя ущільнення. Також в конструкції торцевого ущільнення існує конструктивне недоопрацювання, пов'язане з роботою поршня. У зв'язку з тим, що поршень виконаний ступінчастим, під час його роботи між торцевою поверхнею, обмеженою діаметрами більшого і меншого його циліндрів, а також відповідною торцевою поверхнею в корпусі утворюється порожнина зі змінним об'ємом. У зв'язку з повною герметичністю порожнини, в ній будуть утворюватися розрідження: або стиснення середовища, яке міститься в об'ємі порожнини. Даний ефект буде перешкоджати вільному переміщенню поршня і, як наслідок, його коректній роботі.

Задачі, які вирішуються винаходом: - підвищення надійності торцевого ущільнення за рахунок зменшення кількості рухомих вузлів;

Зо - підвищення технологічності за рахунок спрощення складання і зменшення кількості деталей у виробі.

При виконанні винаходу можуть бути отримані, зокрема, такі технічні результати: - скорочення термінів на технічне обслуговування торцевого ущільнення; - скорочення металоємності за рахунок зменшення кількості деталей.

Як рішення задачі, що дозволяє досягти технічного результату, пропонується конструкція торцевого ущільнення, що відрізняється від прототипу таким.

Багатоступінчасте торцеве ущільнення, що містить послідовно встановлені робочі ступені і кінцевий ступінь, кожен з яких включає в себе розташований на валу роторний елемент і в контакті з ним - підпружинений аксіально рухливий статорний елемент, ущільнений відносно корпусу ущільнювальними кільцями, причому порожнини високого і низького тиску робочих ступенів послідовно з'єднані дросельними отворами, виконаними в статорному елементі.

Корпус у свою чергу складається із зовнішнього циліндра, в який послідовно встановлені ступінчасте і стопорне кільця по одному на ступінь. Стопорне кільце слугує для упору пружини між ним і статорним елементом. Статорний елемент і ступінчасте кільце корпусу виконані так, щоб статорний елемент виконував функції аксіально рухомого ступінчастого поршня, ущільненого гумовими ущільнювачами, при цьому частина поршня з меншим діаметром розташована в зоні високого тиску - перед ущільненням, а інша частина з більшим зовнішнім діаметром - з боку меншого тиску або за ущільненням. В зоні переходу меншого циліндра в більший на статорному елементі виконана обнизка. У свою чергу в ступінчастому кільці, відповідному статорному елементу, в зоні переходів діаметрів циліндрів відповідних поршню статорного елемента виконано наскрізний отвір, так, щоб за будь-якого положення статорного елемента не виходити за межі обнизки на ньому. Даний отвір слугує компенсації розрядження- стиснення в об'ємі порожнини, яка утворюється при переміщеннях статорного елемента.

Ущільнення отвору в корпусі реалізоване між зовнішнім циліндром і ступінчастим кільцем за допомогою двох гумових кілець, між якими воно розташоване.

Робота ущільнення полягає в наступному. За нормальної роботи блоку торцевих ущільнень за допомогою дросельних отворів на кожному робочому ступені ущільнення спрацьовує частина робочого тиску, в залежності від пропускної здатності дроселя. У результаті на поршень статорного елемента з боку перед ущільненням діє сила кеВ хи - , де 01 - менший бо діаметр поршня статорного елемента, Оо - внутрішній діаметр статорного елемента, Рі - тиск перед ущільненням, з боку за ущільненням на поршень статорного елемента діє сила

ЕЕ. - г. хх д---3 . - . ї ї з, де 02 - більший діаметр поршня статорного елемента, Ро - тиск за ущільненням, рівний КР:і, де К (О«К«1) - коефіцієнт зниження тиску за рахунок дроселя в статорному елементі. Для того щоб в робочому положенні на статорний елемент діяла тільки сила пружини, необхідно, щоб сили НЕ. і 2 були рівними, дія цього Сх х . У разі, коли ущільнення розкривається, тиск за ущільненням, Р» вирівнюється за значенням з тиском перед ущільненням Рі, у результатідчокю на поверхню поршня статорного елемента за ущільненням . В; бух суті . . . починає діяти сила "7 25-82, більша ніж перед ущільненням, що змушує його рухатися в бік закриття роз'єму. Для компенсації змін об'єму в камері поршня при його переміщеннях, зона, утворена обнизкою на статорному елементі, відповідною частиною ступінчастого кільця й наскрізним отвором з'єднана з розширювальною ємністю.

Винахід пояснюється кресленням, на якому зображений загальний вид (осьовий розріз) торцевого ущільнення.

Багатоступінчасте торцеве ущільнення складається з корпусу 10, виконаного у вигляді зовнішнього циліндра, в якому послідовно встановлені ступінчасті 11 і стопорні 12 кільця по одному на ступінь, а також розташовані на валу роторні елементи З з контактними поверхнями 1 ї контактуючі з ними підпружинені аксіально рухомі статорні елементи 4 з контактними поверхнями 2.

Між стопорними кільцями 12 і рухомими статорними елементами 4 встановлені пружини 13, які забезпечують зусилля підтиснення між контактними поверхнями 1 і 2.

Порожнини високого тиску 7, утворені ступінчастими кільцями 11, статорними елементами 4 і роторними елементами 3, з'єднані з порожнинами низького тиску 8, утвореними між стопорними кільцями 12, ступінчастими кільцями 11, статорними елементами 4 і роторними елементами 3, дросельними отворами 9, виконаними в статорних елементах 4.

Порожнина високого й низького тиску розділені гумовими кільцями 6.

Статорний елемент 4 і ступінчасте кільце 11 виконані так, щоб статорний елемент виконував функції аксіально рухомого ступінчастого поршня, при цьому частина поршня з меншим діаметром розташована в зоні високого тиску - перед ущільненням, а інша частина з великим зовнішнім діаметром - з боку меншого тиску або за ущільненням. У зоні переходу

Зо меншого циліндра в більший на статорному елементі 4 виконана обнизка 14. У свою чергу в ступінчастому кільці 11, відповідному статорному елементу 4, у зоні переходів діаметрів циліндрів виконано наскрізний отвір 15, так, щоб за будь-якого положення статорного елемента не виходити за межі обнизки на ньому. Даний отвір слугує компенсації розрядження-стиснення в об'ємі між ступінчастим кільцем 11 і статорним елементом 4, обмеженому гумовими кільцями б порожнини, яка утворюється при переміщеннях статорного елемента 4.

Ущільнення даного об'єму між зовнішнім циліндром 10 і ступінчастим кільцем 11 виконане двома гумовими кільцями 5.

Робота ущільнення полягає в наступному. За нормальної роботи блоку торцевих ущільнень за допомогою дросельних отворів У на кожному робочому ступені ущільнення спрацьовує частина робочого тиску, в залежності від пропускної здатності дроселя. В результаті на . ЕЕ - В, жх т й поршень статорного елемента 4 з боку порожнини високого тиску 7 дієсила 5 з ,де рі менший діаметр поршня статорного елемента, Оо - внутрішній діаметр статорного елемента,

Рі - тиск з боку порожнини високого тиску: Ззбоку порожнини низького тиску 8 на поршень . Ех» - Рух . о. статорного елемента діє сила г 277773, де 0» - більший діаметр поршня статорного елемента, Р2 -тиск з боку порожнини низького тиску, рівний КР:, де К (О«Ке1) - коефіцієнт зниження тиску за рахунок дроселя в статорному елементі. Для того щоб в робочому положенні на статорний елемент 4 діял па тільки сила пружини 13, необхідно щоб сили Н.; і Ег2 були рівними, ро- ІН-А-- ЗО І І для цього 70 Кк - У разі, коли ущільнення розкривається, тиск в порожнинах вирівнюєтьря: ще результаті чого на поверхню поршня статорного елемента починає діяти сила

Бі - Вих Іов . 2:-55, що змушує його рухатися в бік закриття роз'єму.

Для компенсації змін тиску в об'ємі, утвореному між ступінчастим кільцем 11, статорних елементом 4 і обмеженому гумовими кільцями 6, які утворюються при переміщеннях статорного елемента 4, він з'єднаний з розширювальної ємністю за межею торцевого ущільнення наскрізним отвором 15.

Claims

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Торцеве ущільнення, яке містить послідовно встановлені робочі ступені, кожний з яких включає розташований на валу роторний елемент і в контакті з ним - підпружинений аксіально рухомий статорний елемент, ущільнений відносно корпусу ущільнювальними кільцями, причому порожнини високого і низького тиску робочих ступенів послідовно з'єднані дросельними отворами, яке відрізняється тим, що корпус складається з зовнішнього циліндра і послідовно встановлених в нього ступінчастого і стопорного кілець, по одному на ступінь, при цьому ступінчасте кільце ущільнене відносно циліндра і є відповідним статорному елементу, а стопорне кільце виконує функції упору для пружини між ним і статорним елементом, дросельні отвори виконані в статорному елементі, який, в свою чергу, виконаний так, щоб виконувати функції аксіально рухомого ступінчастого поршня, ущільненого відносно ступінчастого кільця корпусу, при цьому частина поршня з меншим діаметром розташована в зоні високого тиску - перед ущільненням, а інша частина з більшим зовнішнім діаметром - з боку меншого тиску або за ущільненням, також у зовнішньому циліндрі корпусу і ступінчастому кільці, в зоні переходів діаметрів циліндрів, відповідних поршню статорного елемента, виконано наскрізний отвір, який з'єднує утворену порожнину між корпусом і статорних елементом з розширювальної ємністю.

2. Торцеве ущільнення згідно з п. 1, яке відрізняється тим, з» зи Доні діаметри ступенів О» - -ВЖВ о У поршня статорного елемента виконані зі співвідношенням К ,де 2. діаметр більшого циліндра поршня, б. діаметр меншого циліндра поршня, бо. внутрішній діаметр статорного елемента; К- коефіцієнт зниження тиску за рахунок дроселя в статорному елементі.