ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ВАЛА НАСОСА С ПОМОЩЬЮ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ КОЛЕЦ И СИЛЬФОНА ДЛЯ УДЕРЖАНИЯ СМАЗКИ ПОДШИПНИКОВ
SEALING PUMP SHAFT USING SEALING RINGS AND BELLOWS FOR HOLDING BEARING LUBRICATION

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка испрашивает преимущество заявки на патент США серийный №13/207,917 (досье №: 911-002.042-1 (FGI-1101US)), поданной 11 августа 2011 г., которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к насосу или насосному агрегату, установке или их комбинации и более конкретно относится к новому методу герметизации вала в таком насосе или насосном агрегате, установке или их комбинации, например, включая вертикальный насос с двусторонним всасыванием.
2. Краткое описание смежной области
Методы герметизации валов известны специалистам в данной области.
Например, известны технологии герметизации гребных валов, где используется механический торцевой уплотнитель сильфонного типа для предотвращения попадания воды в корпус судна через пропеллерный вал. В данном известном варианте герметизации пропеллерного вала уплотняющие поверхности удерживают воду вне судна, при этом уплотнения охлаждаются водой, поступающей через внутренний диаметр аксиального зазора между уплотнениями.
Кроме того, известны существующие промышленные технологии герметизации вала насоса, в которых для изоляции смазочного масла от насосной части используются серийно выпускаемые манжетные уплотнения. При этом для существующей промышленной технологии герметизации вала насоса характерны следующие недостатки:
1) В процессе эксплуатации серийно выпускаемые манжетные уплотнения обеспечивают лишь временную герметизацию, поскольку в них задействован радиальный зазор между неподвижным резиновым элементом и вращающимся валом. Резиновые элементы манжетных уплотнений быстро изнашиваются под воздействием трения, в результате масло начинает подтекать из охватывающей трубки.
2) В состоянии простоя новое манжетное уплотнение удерживает смазочное масло внутри охватывающей трубки. Но после нескольких недель работы насоса масло начинает подтекать через открытый зазор изношенного манжетного уплотнения, и в охватывающую трубку по закону Архимеда начинает поступать грязная жидкость из отстойника.
3) При использовании манжетных уплотнений требуется непрерывный впрыск нового смазочного масла для вытеснения и предотвращения попадания грязной жидкости из отстойника в охватывающую трубку. Масло постоянно вытекает в окружающую среду, что является следствием открытого радиального зазора между резиновым элементом и валом.
Кроме того, в данной области техники существуют системы герметизации вала, в которых по крайней мере частично задействована пружина, например см. патент США №5,562,406. Известны и системы герметизации сильфонного типа, см., например, патент США №6,422,822.
Ввиду вышеизложенного в сфере производства промышленных насосов давно ощущается потребность в усовершенствованной конструкции или способе, которые решали бы проблемы, связанные с герметизацией вала в промышленном насосе или насосном агрегате, установке или их комбинации, включая вертикальный насос с двусторонним всасыванием.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении известная технология герметизации гребных валов инновационным и уникальным образом применяется в отношении промышленных насосов. Например, настоящее изобретение предлагает новый способ охватывания уплотнения трубки устройства, такого как вертикальный насос с двусторонним всасыванием. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения в устройстве используется комбинация узла корпуса, вала и интегрального механического торцевого уплотнителя сильфонного типа. Узел корпуса включает часть узла корпуса и охватывающую трубку, выполненную с возможностью размещения неподвижной опоры и содержания смазочного масла. Вал выполнен с возможностью вращения относительно неподвижной опоры и включает вращающийся уплотнитель с вращающейся уплотняющей поверхностью. Интегральный механический торцевой уплотнитель сильфонного типа выполнен таким образом, что один его конец накладывается и соединяется с неподвижной опорой, размещенной в охватывающей трубке, а другой конец имеет неподвижную уплотняющую поверхность, соединяющуюся с вращающейся уплотняющей поверхностью вала; при этом он оснащен промежуточной частью сильфонного типа, конструкция которой позволяет при сжатии прижимать неподвижную уплотняющую поверхность к вращающейся уплотняющей поверхности и компенсировать большие изменения расстояния между неподвижной уплотняющей поверхностью и вращающейся уплотняющей поверхностью для обеспечения герметизации смазочного масла, содержащегося внутри охватывающей трубки, так чтобы предотвратить утечку смазочного масла, а также изолировать и сохранить чистоту смазочного масла.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящее изобретение может включать один или более из следующих элементов:
Интегральный механический торцевой уплотнитель сильфонного типа может быть выполнен с возможностью обеспечения саморегулирующегося малого аксиального зазора между неподвижной уплотняющей поверхностью и вращающейся уплотняющей поверхностью для достижения герметичного уплотнения.
Интегральный механический торцевой уплотнитель сильфонного типа может быть выполнен с возможностью расширения по мере износа неподвижной уплотняющей поверхности и вращающейся уплотняющей поверхности, так что положение неподвижной уплотняющей поверхности будет регулироваться относительно вращающейся уплотняющей поверхности.
Интегральный механический торцевой уплотнитель сильфонного типа может быть выполнен с возможностью расширения и уменьшения аксиального зазора между его уплотняющими поверхностями во время простоя, так что в состоянии простоя утечки по существу будут отсутствовать.
Один конец механического торцевого уплотнителя сильфонного типа может быть прикреплен к концу охватывающей трубки, а вращающаяся уплотняющая поверхность может соединяться или фиксироваться с валом, например, стопорными винтами, расположенными в резьбовых отверстиях во вращающейся манжете.
Устройство может представлять собой вертикальный насос с двусторонним всасыванием и охватывающую трубку; вал с интегральным механическим торцевым уплотнителем сильфонного типа могут располагаться друг относительно друга вдоль вертикальной оси насоса.
Охватывающая трубка может располагаться над интегральным механическим торцевым уплотнителем сильфонного типа по отношению к вертикальной оси; масло при этом подается самотеком для смазывания вала.
Таким образом, в настоящем изобретении существующая технология герметизации гребных валов применяется к промышленным насосам посредством реализации данной технологии герметизации внутри узла корпуса промышленного вертикального насоса с двусторонним всасыванием для изоляции смазочного масла внутри охватывающей трубки, в которой размещены подшипники насоса. В результате смазочное масло остается чистым и не вытекает, что продлевает срок службы подшипников насоса. Настоящее изобретение позволяет улучшить существующую технологию изготовления промышленных насосов, в которой для изоляции смазочного масла используются серийно выпускаемые манжетные уплотнения, поскольку:
1) В процессе эксплуатации обеспечивается постоянное и долговечное уплотнение по крайней мере отчасти за счет использования механического торцевого уплотнителя сильфонного типа вместо ранее применявшегося манжетного уплотнения. Для обеспечения герметичности в механическом торцевом уплотнителе используется саморегулирующийся малый аксиальный зазор между неподвижной и вращающейся поверхностями. По мере износа уплотняющих поверхностей регулируется положение неподвижной поверхности относительно вращающейся поверхности за счет расширения сильфонного элемента механического торцевого уплотнителя. В результате существенно продлевается срок службы подшипников.
2) Саморегулирующийся элемент уплотняющих поверхностей в состоянии простоя позволяет уменьшить аксиальный зазор практически до нуля, за счет чего достигается по существу идеальная изоляция и удержание смазочного масла, что по крайней мере отчасти обеспечивается применением механического торцевого уплотнителя сильфонного типа вместо манжетного уплотнения.
3) Во время работы насоса удается добиться минимальной утечки масла в окружающую среду, а в состоянии простоя утечек не происходит, что по крайней мере отчасти обеспечивается применением механического торцевого уплотнителя сильфонного типа вместо манжетного уплотнения.
Сильфонный элемент механического торцевого уплотнителя сильфонного типа в соответствии с настоящим изобретением с механической точки зрения также имеет два преимущества для применения в промышленных насосах:
- Аксиальное перемещение вала насоса без необходимости регулировать уплотняющие поверхности. При этом можно будет установить уплотнение на валу до окончательной установки высоты колеса. После установки насоса не будет необходимости регулировать уплотнение (в некоторых случаях доступ к уплотнению после установки насоса будет невозможен).
- Снижение вибрации во время работы без повреждения уплотняющих поверхностей - графитовый элемент имеет большее по диаметру отверстие, чем диаметр вала, что создает эффект гидростатического подшипника между графитовым элементом и валом с постоянным центрированием элемента на валу. Эффект гидростатического подшипника позволяет подобному уплотнению компенсировать вибрацию и несоосность.
Применение существующей технологии герметизации гребных валов к промышленным насосам носит уникальный характер, поскольку подобная технология герметизации гребных валов, выраженная в виде механического торцевого уплотнителя сильфонного типа, до настоящего времени использовалась исключительно для герметизации пропеллерных валов судна. Применение механических торцевых уплотнителей сильфонного типа для уплотнения охватывающей трубки в промышленных вертикальных насосах носит инновационный характер, поскольку уплотняющие поверхности обеспечивают герметичность для различных жидкостей, перемещающихся в противоположных направлениях:
- В варианте герметизации пропеллерного вала уплотняющие поверхности удерживают воду вне судна, и поверхности охлаждаются водой, поступающей через внутренний диаметр аксиального зазора между поверхностями.
- В случае промышленных насосов уплотняющие поверхности удерживают смазочное масло внутри охватывающей трубки, при этом поверхности охлаждаются маслом, поступающим через внутренний диаметр аксиального зазора между поверхностями.
Механический торцевой уплотнитель сильфонного типа может состоять из следующих компонентов: вращающийся элемент, стопорные винты, кольцевые прокладки, графитовая уплотняющая поверхность, сильфон и крепежные зажимы. В случае насоса сильфонный компонент может быть прикреплен к концу охватывающей трубки, при этом вращающаяся уплотняющая поверхность фиксируется на валу насоса стопорными винтами. Вращающийся элемент может размещаться на валу таким образом, чтобы при сжатии сильфона между двумя уплотняющимися частями создавалась контактная сила. Данная контактная сила обеспечивает уплотнение на неработающем насосе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ
В графический материал входят следующие рисунки, необязательно выполненные в масштабе:
На рисунке 1 представлен вид устройства в форме вертикального насоса с двусторонним всасыванием, имеющего механический торцевой уплотнитель сильфонного типа, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
На рисунке 2 представлен вид в поперечном разрезе устройства, показанного на рисунке 1.
Рисунок 3 состоит из рисунков 3a и 3b, где даны виды в перспективе механического торцевого уплотнителя сильфонного типа в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
На рисунке 4 приведена схема механического торцевого уплотнителя сильфонного типа в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Последующее описание примера варианта осуществления содержит ссылки на прилагаемые рисунки в графическом материале, который составляет неотъемлемую часть настоящего документа и в котором с целью иллюстрации показан вариант осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что, поскольку конструктивные и функциональные изменения могут быть внесены без отступления от объема настоящего изобретения, могут быть использованы и другие варианты осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На рисунках 1 и 2 приведено устройство, которое в общем случае обозначается номером 10, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения в форме вертикального насоса с двусторонним всасыванием. Хотя в качестве примера настоящее изобретение будет описано применительно к такому вертикальному насосу с двусторонним всасыванием, объем изобретения не ограничивается данным типом или видом насоса, насосного агрегата, установки или их комбинацией. Например, предполагаются варианты осуществления, в которых настоящее изобретение будет реализовано применительно к другим типам или видам насосов, насосных агрегатов, установок или их комбинаций, известных в настоящее время или разработанных в будущем.
Приведенный на рисунках 1 и 2 вертикальный насос с двусторонним всасыванием 10 состоит из узла корпуса 12 с внутренней частью узла корпуса 12a и охватывающей трубкой 14, выполненной с возможностью размещения неподвижной опоры 16 и содержания смазочного масла внутри охватывающей трубки 14. Вертикальный насос с двусторонним всасыванием 10 также содержит вал 18, выполненный с возможностью вращения относительно неподвижной опоры 16, причем вал 18 выполнен с вращающимся уплотнителем 20 с вращающейся уплотняющей поверхностью 20а. Вертикальный насос с двусторонним всасыванием 10 также включает интегральный механический торцевой уплотнитель сильфонного типа 22, имеющий один конец 24, выполненный с возможностью наложения и соединения с неподвижной опорой 16, размещенной в охватывающей трубке 14, имеющий другой конец 26 с неподвижной уплотняющей поверхностью 26a, выполненной с возможностью соединения с вращающейся уплотняющей поверхностью 20a вала 16; и при этом оснащенный промежуточной частью сильфонного типа 28, выполненной с возможностью при сжатии прижимать неподвижную уплотняющую поверхность 26a к вращающейся уплотняющей поверхности 20a и компенсировать большие изменения расстояния между неподвижной уплотняющей поверхностью 226a и вращающейся уплотняющей поверхностью 20а, чтобы обеспечить герметизацию смазочного масла, содержащегося внутри охватывающей трубки 14, так чтобы предотвратить утечку смазочного масла, а также изолировать и сохранить чистоту смазочного масла.
Интегральный механический торцевой уплотнитель сильфонного типа 22 может быть выполнен с возможностью обеспечения саморегулирующегося малого аксиального зазора между неподвижной уплотняющей поверхностью 26a и вращающейся уплотняющей поверхностью 20a для достижения герметичного уплотнения; расширения по мере износа неподвижной уплотняющей поверхности 26a и вращающейся уплотняющей поверхности 20a, так что положение неподвижной уплотняющей поверхности 26a регулируется относительно вращающейся уплотняющей поверхности 20a; и/или расширения и уменьшения аксиального зазора между его уплотняющими поверхностями 20a, 26a во время простоя, так что в состоянии простоя устройства утечки по существу будут отсутствовать. Интегральный механический торцевой уплотнитель сильфонного типа 22 можно изготовить целиком или частично из множества различных типов или видов материалов, а также комбинаций материалов, которые либо уже известны в настоящее время, либо будут разработаны в будущем, включая углеродные, термопластичные или металлические материалы, таким образом, чтобы он был гибким и расширяемым для выполнения функций, изложенных в настоящем документе. Промежуточная часть сильфонного типа 28 в настоящем документе показана в форме двух расширенных частей 28a, 28b (см. рисунок 3a); однако предполагается, что объем настоящего изобретения включает другие промежуточные части сильфонного типа, выполненные с иным количеством расширенных частей, включая одну или более двух расширенных частей, без отступления от существа настоящего изобретения.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, например, как показано на рисунках 3a, 3b, один конец 24 механического торцевого уплотнителя сильфонного типа 22 может быть соединен с концом охватывающей трубки 14, например, одним или более зажимами 30a, 30b, а вращающаяся уплотняющая поверхность 20 может быть закреплена на валу 18 одним или более стопорными винтами (на рисунках не показано), расположенными в резьбовых отверстиях 40 вращающегося уплотнителя 20. Предполагается, что объем настоящего изобретения также включает другие типы или виды способов соединения одного конца 24 механического торцевого уплотнителя сильфонного типа 22 с концом охватывающей трубки 14, которые либо уже известны в настоящее время, либо будут разработаны в будущем. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления конец 26 механического торцевого уплотнителя сильфонного типа 22 также может быть выполнен с одним или более зажимами 32a, 32b.
Как показано на рисунках, охватывающая трубка 14, вал 18 и интегральный механический торцевой уплотнитель сильфонного типа 22 расположены друг относительно друга вдоль вертикальной оси A.
Охватывающая трубка 14 может быть расположена над интегральным механическим торцевым уплотнителем сильфонного типа 22 по отношению к вертикальной оси A, смазочное масло при этом подается самотеком.
Механический торцевой уплотнитель сильфонного типа 22 показан на рисунках и описан на конкретном примере как один интегральный элемент для взаимодействия с вращающимся уплотнителем 20. Однако предусматриваются и другие варианты осуществления, в которых механический торцевой уплотнитель сильфонного типа 22 может быть выполнен в виде нескольких элементов, например, когда конец 24, конец 26 и промежуточная часть 28 сформированы, например, в виде двух или более отдельных элементов, соединенных друг с другом с помощью зажимов или других соответствующих средств, которые либо уже известны в настоящее время, либо будут разработаны в будущем.
В соответствии с приведенным в настоящем документе описанием использование механического торцевого уплотнителя сильфонного типа 22 в соответствии с настоящим изобретением, например, вместо известного манжетного уплотнения сводит к минимуму утечку масла в окружающую среду во время эксплуатации насоса и обеспечивает по существу отсутствие утечек в состоянии простоя. Настоящее изобретение также включает в себя данную технологию герметизации внутри узла корпуса промышленного вертикального насоса с двусторонним всасыванием 10 для изоляции смазочного масла внутри охватывающей трубки 14, в которой размещены подшипники насоса. В результате смазочное масло остается чистым и не вытекает, что продлевает срок службы подшипников.
Устройство 10, например, как показано на рисунках 1 и 2, также включает в себя другие элементы или компоненты, которые не составляют часть раскрываемого изобретения, как будет понятно специалисту в данной области, и поэтому не описываются подробно в настоящем документе, включая трубопроводы, фланцы, закрепленное на валу колесо, болты и гайки и т.п. Специалист в данной области также определит, что вал 18 может быть соединен с электродвигателем (на рисунках не показано), расположенным в верхней части насоса 10, показанного на рисунках 1 и 2.
Объем изобретения
Следует понимать, что, если в настоящем документе не предусмотрено иное, любые признаки, характеристики, альтернативные варианты или модификации, описанные в настоящем документе в связи с конкретным вариантом осуществления, могут также применяться, использоваться или включаться в любой другой описанный в настоящем документе вариант осуществления. Кроме того, приведенные в настоящем документе чертежи выполнены не в масштабе.
Хотя изобретение описано и проиллюстрировано со ссылкой на примеры его осуществления, упомянутые выше и различные другие дополнения и удаления могут быть сделаны в нем и по отношению к нему без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.