ДВОЙНОЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ, ЕГО СТАЦИОНАРНОЕ СКОЛЬЗЯЩЕЕ КОЛЬЦО И КОРПУС НАСОСА В ЦЕНТРОБЕЖНОМ НАСОСЕ
DOUBLE MECHANICAL SEAL, ITS STATIONARY SLIDING RING AND PUMP HOUSING IN CENTRIFUGAL PUMP

[001] Настоящее изобретение относится к новому типу двойного механического уплотнения и его стационарному скользящему кольцу. Изобретение относится также к корпусу насоса в центробежном насосе. Механические уплотнения используют, например, для уплотнения вала поточной машины, такой как центробежный насос, смеситель, мешалка или турбина. В частности, настоящее изобретение предназначено для решения проблем, связанных с циркуляцией затворной текучей среды, т.е. жидкости, используемой для смазки трущихся поверхностей.
Уровень техники
[002] В предшествующем уровне техники известны различные типы уплотнений, используемые для уплотнения вала поточной машины, такие как сальниковое уплотнение, скользящее кольцевое уплотнение (известное также как механическое уплотнение) и динамическое уплотнение. Первые два упомянутых типа уплотнения основаны на закрытии зазора, через который может возникать утечка, а принцип действия динамического уплотнения основан на создании разности давлений, способной предотвращать утечку. Динамическое уплотнение специально предназначено для волокнистых суспензий, а также пригодны для чистых, вязких, неволокнистых суспензий и жидкостей, содержащих большие твердые частицы. Динамическое уплотнение не требует наружной уплотняющей воды и не протекает.
[003] Настоящее изобретение относится к первым упомянутым типам уплотнения. В некоторых условиях эксплуатации без какой-либо специальной уплотняющей жидкости может быть использовано сальниковое уплотнение вала, при котором допускается незначительная утечка перекачиваемой жидкости для обеспечения надлежащей работы сальникового уплотнения посредством смазки трущихся поверхностей уплотняющих колец. В некоторых других условиях эксплуатации, например, при перекачке вязких, волокнистых и неволокнистых суспензий и жидкостей, содержащих большие твердые частицы, сальниковое уплотнение требует наружной уплотняющей/смазывающей жидкости, чтобы предотвратить попадание перекачиваемой жидкости в участок уплотнения. В настоящее время в таких более тяжелых условиях эксплуатации сальниковое уплотнение заменяют скользящим кольцевым уплотнением, называемым также механическим уплотнением.
[004] Существует два основных типа механических уплотнений, т.е. одинарное механическое уплотнение (содержащее пару скользящих колец) и двойное механическое уплотнение (содержащее две пары уплотнительных колец). Одинарное механическое уплотнение обычно используют, например, при перекачки волокнистых суспензий с консистентностью до 8%. Данное уплотнение можно использовать без затворной текучей среды, т.е. промывочной воды, когда высота всасывания насоса положительная и рабочее колесо оснащено специальными уравновешивающими отверстиями. Одинарное механическое уплотнение, конечно, пригодно также для использования с чистыми и вязкими жидкостями и жидкостями, содержащими большие твердые частицы. Вследствие своей относительно простой конструкции одинарное механическое уплотнение имеет некоторые ограничения в области его применения.
[005] Двойное механическое уплотнение применяют в наиболее тяжелых условиях эксплуатации, т.е. его можно использовать для уплотнения вала центробежного насоса, используемого для перекачки жидкостей и суспензии при всех консистентностях и концентрациях. Другими словами, можно осуществлять перекачку чистых, вязких, волокнистых суспензий, неволокнистых суспензий и жидкостей, содержащих большие твердые частицы. Высота всасывания насоса может быть отрицательной или положительной и рабочее колесо может содержать или быть без уравновешивающих отверстий.
[006] Двойное механическое уплотнение состоит из двух уплотнений, расположенных последовательно. Внутреннее или основное уплотнение, расположенное ближе к рабочему колесу насоса, удерживает перекачиваемую среду внутри корпуса насоса. Внешнее или вспомогательное уплотнение, расположенное дальше от рабочего колеса насоса, предотвращает утечку промывочной жидкости или затворной текучей среды в атмосферу.
[007] Двойные механические уплотнения выпускают в двух конструкциях, т.е. так называемых типов «спина к спине» («back-to-back») и «лицом к лицу» («face-to-face»). В конструкции типа «спина к спине» два вращающихся уплотняющих кольца выполнены обращенными в стороны друг от друга. Смазывающая пленка образуется посредством затворной текучей среды. Данная конструкция обычно используется в химической промышленности. В случае утечки затворная текучая среда проникает в перекачиваемую среду. В конструкции типа «лицом к лицу» вращающиеся уплотняющие поверхности расположены навстречу друг другу и скользят с противоположного направления к одному или двум стационарным частям уплотнения. Такая конструкция широко используется, например, в пищевой промышленности, в частности для продуктов, которые склонны к прилипанию. В случае утечки затворная текучая среда проникает в перекачиваемую среду. Если продукт считается «горячим», то затворная текучая среда действует как охлаждающий агент для механического уплотнения.
[008] В вышеприведенном общем обсуждении упомянута затворная жидкость или текучая среда. Использование такой жидкости очень важно для работы двойного механического уплотнения, поскольку, с одной стороны, она смазывает и охлаждает поверхности скольжения, а с другой стороны, предотвращает попадание перекачиваемой среды между поверхностями скольжения. Для обеспечения надежности двойного механического уплотнения в самых тяжелых условиях эксплуатации особое внимание уделяется циркуляции затворной текучей среды. Другими словами, затворная текучая среда не только вводится в полость между основным и вспомогательным уплотнениями, но и предусмотрено также выпускное устройство для затворной текучей среды. Такая циркуляция жидкости особенно необходима, когда уплотняющие поверхности нуждаются в охлаждении, при этом затворная текучая среда действует как теплопередающая среда.
[009] В патенте US 4,466,619 описано двойное механическое уплотнение типа «лицом к лицу», содержащее два вращающихся скользящих кольца и расположенное между ними одно стационарное скользящее кольцо, при этом последнее содержит поверхности скольжения в своих противоположных осевых концах. Упомянутое стационарное скользящее кольцо содержит тангенциальный впускной канал и тангенциальный выпускной канал для циркуляции затворной текучей среды. Упомянутые два канала сообщаются с соответствующими каналами в сальнике уплотнения. Циркуляция затворной текучей среды обеспечивается посредством размещения на валу нагнетающих средств, причем упомянутые нагнетающие средства представляют собой аксиально ориентированные канавки, расположенные на внешней поверхности втулки вала. Циркуляция текучей среды осуществляется таким образом, что текучая среды входит (или в действительности нагнетается в) узкий кольцевой зазор между втулкой вала и сальником вдоль упомянутого тангенциального впускного канала. Втулка вала и в частности ее аксиально ориентированные канавки, при вращении, поддерживают затворную текучую среду в окружном перемещении в упомянутом кольцевом зазоре до тех пор, пока вращающаяся текучая среда не достигает тангенциального выпускного канала или, конечно, его тангенциально ориентированного выпускного отверстия. Часть затворной текучей среды проходит в выпускной канал и удаляется из уплотнения.
[0010] В принципе идея циркуляции затворной текучей среды из впускного канала в выпускной канал в сальнике посредством нагнетающих канавок, расположенных на валу или втулке вала, неплохая. Однако выяснилось, что количество затворной текучей среды, вытекающей вдоль тангенциального выпускного канала конструкции в соответствии с вышеупомянутым патентом США, довольно ограниченное и соответственно не способно, например, отводить достаточное тепло из уплотнения в тяжелых условиях эксплуатации.
[0011] Другой проблемой, возможно связанной с конструкцией, раскрытой в вышеупомянутом патенте США, является образование тангенциальных каналов в реальном материале скользящего кольца. Такое образование проточных каналов практически означает, что оптимально доступные материалы не могут быть использованы для скользящего кольца, поскольку такие материалы очень твердые и хрупкие и соответственно не могут подвергаться механической обработке. В результате могут быть использованы только такие материалы, которые обладают худшими скользящими свойствами по сравнению с оптимально доступными материалами.
[0012] В патенте US 5,217,234 описана довольно простая конструкция механического уплотнения. В ней предусмотрены два стационарных скользящих кольца, снабженные группой пружин, поджимающих упомянутые скользящие кольца друг от друга. Между стационарными уплотнительными кольцами предусмотрена кольцевая пластина сальника для поддержки упомянутых пружин и для введения и выведения затворной текучей среды в и из уплотнения.
[0013] Однако упомянутая конструкция уплотнения такова, что затворная текучая среда вынуждена протекать вдоль узкого канала между кольцевой пластиной сальника и валом или втулкой вала от впуска к выпуску, при этом скорость потока, и вместе с тем теплопередающая способность, остается ограниченной.
Сущность изобретения
[0014] Задачей настоящего изобретения является решение по меньшей мере одной из вышеупомянутых проблем посредством новой конструкции уплотнения.
[0015] Другой задачей настоящего изобретения является создание нового двойного уплотнения, которое может быть использовано в самых тяжелых условиях эксплуатации.
[0016] Другой задачей настоящего изобретения является создание нового двойного механического уплотнения, которое снабжено такой эффективной системой циркуляции затворной текучей среды, что при необходимости может быть использована закрытая циркуляция затворной текучей среды.
[0017] Отличительные особенности упомянутого двойного механического уплотнения, стационарного скользящего кольца двойного механического уплотнения и корпуса насоса в центробежном насосе станут очевидными из прилагаемой формулы изобретения.
[0018] Настоящее изобретение обеспечивает ряд преимуществ, например, такие как
- Более эффективная циркуляция затворной текучей среды,
- Простая конструкция механического уплотнения,
- Экономичная конструкция,
- Многофункциональное уплотнение, которое может быть использовано во всех возможных условиях эксплуатации поточной машины,
- Возможность использования закрытой системы циркуляции затворной текучей среды,
- Повышенная эффективность поточной машины и
- Благодаря простой конструкции и, как следствие, низкой стоимости двойного механического уплотнения настоящего изобретения, данное двойное механическое уплотнение может быть использовано во всех применениях уплотнения без необходимости детальной оценки типа уплотнения.
Краткое описание чертежей
[0019] Двойное механическое уплотнение, стационарное скользящее кольцо двойного механического уплотнения и корпус насоса в центробежном насосе более подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, из которых
Фиг. 1 схематично показывает радиальный разрез двойного механического уплотнения в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения,
Фиг. 2 показывает аксонометрическую проекцию опорного кольца двойного механического уплотнения, показанного на Фиг. 1,
Фиг. 3 схематично показывает вид сбоку опорного кольца двойного механического уплотнения, показанного на Фиг. 1,
Фиг. 4 показывает другую аксонометрическую проекцию опорного кольца двойного механического уплотнения, показанного на Фиг. 1,
Фиг. 5 схематично показывает поперечный разрез двойного механического уплотнения по линии А-А, показанной на Фиг. 1,
Фиг. 6 схематично показывает радиальный разрез двойного механического уплотнения в соответствии с вторым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по линии В-В, показанной на Фиг. 8,
Фиг. 7 показывает аксонометрическую проекцию опорного кольца двойного механического уплотнения, показанного на Фиг. 6,
Фиг. 8 схематично показывает поперечный разрез двойного механического уплотнения настоящего изобретения по линии С-С, показанной на Фиг. 6,
Фиг. 9 показывает частичный поперечный разрез двойного механического уплотнения настоящего изобретения по линии D-D, показанной на Фиг. 8,
Фиг. 10 показывает аксонометрическую проекцию варианта опорного кольца двойного механического уплотнения, показанного на Фиг. 6,
Фиг. 11 показывает аксонометрическую проекцию другого варианта опорного кольца двойного механического уплотнения, показанного на Фиг. 6, и
Фиг. 12 показывает аксонометрическую проекцию еще одного варианта опорного кольца двойного механического уплотнения, показанного на Фиг. 6.
Подробное описание изобретения
[0020] Фиг. 1 схематично показывает радиальный разрез двойного механического уплотнения 10 в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Двойное механическое уплотнение 10 показано в соединении с втулкой 12 вала, которая должна быть размещена на валу так, что она вращается вместе с валом. Двойное механическое уплотнение содержит ось Х, и двойное механическое уплотнение 10 расположено соосно с втулкой 12 вала и самим валом. Однако двойное механическое уплотнение 10 настоящего изобретения может быть также использовано или установлено прямо на вращающемся валу. Втулка 12 вала на своей внешней поверхности 16 содержит аксиально продолжающиеся канавки 14. Если использование втулки вала невозможно или нежелательно, то подобные канавки могут быть предусмотрены на поверхности вала. Двойное механическое уплотнение 10 содержит основное вращающееся уплотняющее кольцо 18, которое в данном варианте осуществления поддерживается на втулке 12 вала посредством уплотнительных колец 20 и 22, вспомогательное вращающееся уплотняющее кольцо 24, поддерживаемое на втулке 12 вала посредством уплотнительного кольца 26, и основное стационарное уплотняющее кольцо 28, поддерживаемое на сальнике 30, как в данном чертеже, посредством прижимного кольца 34, причем прижимное кольцо 34 поддерживает основное стационарное уплотняющее кольцо 28 снаружи, например, посредством уплотнительного кольца 36. Ось прижимного кольца совпадает с осью Х двойного механического уплотнения. Прижимное кольцо 34, со своей стороны, поддерживается снаружи в сальнике 30, содержащем выпускной канал 32 для затворной текучей среды, посредством уплотнительного кольца. Сальник 30, разумеется, содержит также впускной канал (не показанный) в дополнение к выпускному каналу 32 для затворной текучей среды. Двойное механическое уплотнение 10 содержит также вспомогательное стационарное уплотняющее кольцо 38, поддерживаемое прямо в сальнике 30 посредством уплотнительного кольца 40. Вспомогательное стационарное уплотняющее кольцо 38 содержит опорное кольцо 39, которое расположено между прижимным кольцом 34 и сальником 30. Опорное кольцо 39 может проходить перед выпускным отверстием для затворной текучей среды, так что опорное кольцо 39 или его край должен быть снабжен отверстием или пазом для обеспечения прохода затворной текучей среды в выпускной канал 32. Неподвижность основного и вспомогательного стационарных уплотняющих колец 28, 38 обеспечивается, например, посредством по меньшей мере одного приводного штифта (не показанного) или соответствующего закрепленного или удаляемого элемента, продолжающегося от сальника 30 к по меньшей мере одному из стационарных уплотняющих колец 28, 38. При этом оба стационарных уплотняющих кольца могут содержать, например, зубчатые выступы, входящие в зацепление друг с другом, так что достаточно, если только одно из стационарных уплотняющих колец, т.е. на Фиг. 1 вспомогательное стационарное уплотняющее кольцо, снабжено приводным штифтом, при этом упомянутые зубчатые выступы предотвращают вращение другого стационарного уплотняющего кольца. Таким образом, вспомогательное стационарное уплотняющее кольцо 38 содержит по меньшей мере один паз или отверстие для приводного штифта или подобного элемента в или вблизи его края, противоположного краю, содержащему уплотняющую поверхность. Кроме того, данный край, т.е. край, противоположный краю, содержащему уплотняющую поверхность, может быть снабжен пазами или отверстиями для сообщения впускного и выпускного каналов для затворной текучей среды в сальнике, если упомянутый край продолжается в осевом направлении перед упомянутыми отверстиями в впускной и выпускной каналы в сальнике. И наконец, пружина или группа пружин (в зависимости от типа пружины) 42 расположена между основным и вспомогательным стационарными уплотняющими кольцами 28, 38 для прижима стационарных уплотняющих колец 28, 38 к вращающимся уплотняющим кольцам 18, 24, так что уплотняющие поверхности находятся в постоянном контакте друг с другом. Пружина (пружины) 42 может быть либо в прямом сообщении с стационарными уплотняющими кольцами, либо посредством какого-либо другого элемента, например, посредством прижимного кольца 34, как показано на Фиг. 1.
[0021] Двойное механическое уплотнение настоящего изобретения обычно собирают вместе с втулкой 12 вала, так что, ссылаясь на Фиг. 1, на втулку 12 вала устанавливают два самых левых уплотнительных кольца 20 и 22, после чего на втулку 12 вала устанавливают вращающееся уплотняющее кольцо 18 и стационарное уплотняющее кольцо 28. Затем прижимное кольцо 34 снабжают уплотнительным кольцом 36 и задвигают на основное стационарное уплотняющее кольцо 28. Далее сальник снабжают двумя уплотнительными кольцами и задвигают на прижимное кольцо 34. Затем вспомогательное стационарное уплотняющее кольцо 38 снабжают пружиной (пружинами) 42 и устанавливают внутри сальника 30, при этом пружина (пружины) опираются на прижимное кольцо 34. Затем вспомогательное вращающееся уплотняющее кольцо 24 снабжают уплотнительным кольцом 26 и задвигают на втулку 12 вала. И наконец стопорное кольцо устанавливают на втулку 12 вала и фиксируют на месте на втулке 12 вала посредством одного или более стопорных винтов. Вышеописанным способом образуют уплотняющий картридж, причем при использовании уплотнения картридж прикрепляют к торцу корпуса насоса, используя болты, проходящие через сальник 30.
[0022] Настоящее изобретение относится, в основном, к подробной конструкции основного стационарного уплотняющего кольца 28, которая содержит скользящее кольцо 44, прикрепленное к основному опорному кольцу 46. Основное опорное кольцо 46 обычно изготовлено из металла, который выбирают так, чтобы быть устойчивым к коррозии, вызываемой жидкостями, которые могут входить в контакт с основным опорным кольцом 46.
[0023] На Фиг. 2-4 подробно рассматривается конструкция опорного кольца 46 основного стационарного уплотняющего кольца 28. Опорное кольцо 46, в его большей части, вращательно симметричное и содержит два осевых конца, первый конец 48, содержащий гнездо (не показанное) для скользящего кольца (показанного на Фиг. 1), и второй конец 50 для прямого или непрямого сообщения с пружиной (пружинами) 42 (показанной на Фиг. 1). В данном варианте осуществления настоящего изобретения второй конец 50 опорного кольца 46 содержит кольцевой край с тремя аксиально полноразмерными участками 52, 54 и 56, продолжающимися дальше всего из первого конца 48 опорного кольца 46, для сообщения либо прямо, либо непрямо посредством, например, прижимного кольца 34 (см. Фиг. 1) с пружиной (пружинами), и три углубленных в осевом направлении участка 58, 60 и 62, выполняющих другие функции. По существу, узкий первый углубленный в осевом направлении участок 58, или аксиально продолжающийся паз, во втором конце 50 опорного кольца 46 предусмотрен для сообщения с вышеупомянутым приводным штифтом или подобным элементом для предотвращения вращения основного стационарного уплотняющего кольца 28 вместе с основным вращающимся уплотняющим кольцом. Такой паз 58 может быть заменен отверстием в опорном кольце 46, если приводной штифт или подобный элемент удаляемый и может быть установлен после размещения основного стационарного уплотняющего кольца 28 внутри сальника. Однако, как уже было упомянуто выше, основное стационарное уплотняющее кольцо необязательно должно содержать такой приводной штифт для удержания его стационарным, при этом углубленный участок 58 может быть вообще не нужен, или он может иметь другую форму и размер и расположение и находиться в сообщении с другими типами средств для удержания уплотняющего кольца стационарным. Более широкие, т.е. вытянутые в окружном направлении, второй и третий углубленные участки 60 и 62, облегчают циркуляцию затворной текучей среды, как будет описано ниже со ссылкой на Фиг. 5. Под словом «вытянутый» в данном случае следует понимать форму, у которой самый широкий размер по меньшей мере в 2, предпочтительно по меньшей мере в 3, 4, 5 или 6 раз больше ее самого узкого размера. Более широкие углубленные в осевом направлении участки 60 и 62 вместе занимают примерно от 60 до 300 градусов всего края второго конца 50 опорного кольца 46. Чем большую долю края второго конца 50 опорного кольца 46 занимают углубленные участки 60 и 62, тем большее количество относительно узких аксиально полноразмерных участков 56 (в данном случае показан только один), которые продолжаются по всей осевой длине опорного кольца 46, потребуется между углубленными участками для того чтобы гарантировать, что давление, оказываемое на опорное кольцо 46 пружиной (пружинами), либо непосредственно либо через некоторое промежуточное средство, такое как прижимное кольцо 34, показанное на Фиг. 1, распределяется равномерно вдоль всего края второго конца 50 опорного кольца 46. Благодаря равномерному распределению давления пружины на край опорного кольца 46 гарантируется, что опорное кольцо 46 и, разумеется, основное стационарное уплотняющее кольцо 28, сохраняет свое правильное положение, т.е. его ось проходит вдоль оси уплотняемого вала, и перемещается в осевом направлении при малом усилии. Если же окружная ширина углубленных участков мала, т.е. составляет порядка 60-90 градусов, и тип пружины (пружин), например, волнистая пружина, или промежуточный элемент (в данном случае прижимная пружина) является соответствующим, то может не потребоваться никакого полноразмерного участка 56, расположенного где-либо в пределах углубленных участков.
L
L
L
L
[0024] Фиг. 5 показывает принцип действия опорного кольца 46 (показанного посредством его аксиально полноразмерных участков 52, 54 и 56) настоящего изобретения в поперечном разрезе по линии А-А (перпендикулярной оси двойного механического уплотнения, а также оси прижимного кольца) в соответствии с Фиг. 1. Опорное кольцо, как уже показано на Фиг. 1, расположено между втулкой 12 вала (или валом) и прижимным кольцом 34. Прижимное кольцо 34 содержит впускной канал 64 и выпускной канал 66 для затворной текучей среды. Впускной канал 64 сообщается с соответствующим впускным каналом 68 в сальнике 30, а выпускной канал 66 сообщается с выпускным каналом 32, расположенным в сальнике 30 (см. Фиг. 1). Выпускной канал 66 содержит осевую линию C, которая, предпочтительно, но необязательно, является общей с осевой линией выпускного канала 32. В конкретном варианте осуществления осевая линия C является также общей с осевой линией впускного канала 64 и впускного канала 68. Однако такая конструкция конечно же не является обязательной. В качестве других вариантов настоящего изобретения могут быть упомянуты такие конструкции, в которых впускной и/или выпускной канал (каналы) могут быть расположены под углом или по касательной. Такие же варианты применимы также к впускному и выпускному каналам. Предпочтительно, но необязательно, осевая линия C расположена в плоскости, проходящей через ось Х двойного механического уплотнения 10 или прижимного кольца 34 перпендикулярно оси Х. Втулка 12 вала вращается (вместе с валом) в направлении стрелки В, а остальные элементы в данном чертеже являются стационарными. Вращающаяся втулка 12 вала и стационарные элементы, помимо нее, образуют между собой кольцевую полость 70 для затворной текучей среды. Кольцевая полость 70 имеет первый радиальный размер Т1 между втулкой 12 вала и прижимным кольцом 34 и первый внешний радиус R1, который может также называться первым внутренним радиусом R1 прижимного кольца 34, и второй радиальный размер Т2 между втулкой 12 вала и полноразмерными участками 52, 54 и 56 опорного кольца 46 и второй внешний радиус R2, который может также называться вторым внутренним радиусом R2 прижимного кольца 34. Первый размер Т1, разумеется, больше чем второй размер Т2, при этом разница соответствует радиальной толщине опорного кольца 46. Такая же разница относится к внешним радиусам упомянутой полости, каковые радиусы могут также называться внутренними радиусами стационарных элементов, т.е. прижимного кольца и опорного кольца, двойного механического уплотнения 10. Тонкие стрелки и линии показывают циркуляцию затворной текучей среды в кольцевой полости 70. Затворная текучая среда заходит в кольцевую полость 70 через впускной канал 68 в сальнике 30 и впускной канал 64 в прижимном кольце 34, который приводит затворную текучую среду к углубленному участку 62 с первым радиальным размером Т1 и радиусом R1. Другими словами, впускной канал 64 находится в радиальном сообщении по потоку с углубленным участком 62, т.е. углубленный участок 62 расположен радиально внутри впускного канала 64. В углубленном и вытянутом, в окружном направлении, участке 62 затворная текучая среда смешивается с частью затворной текучей среды, входящей в область впускного отверстия 64 справа, т.е. из кольцевой полости между втулкой 12 вала и полноразмерным участком 52 опорного кольца 46. Затворная текучая среда перемещается вместе с вращающейся втулкой 12 вала (или валом) и нагнетается посредством канавок 14 втулки 12 вала (или вала) по часовой стрелке вперед. Если в пределах углубленного участка (участков) предусмотрен один или несколько полноразмерных участков, то затворная текучая среда перемещается до полноразмерного участка 56, где полноразмерный участок 56 вынуждает затворную текучую среду проходить через кольцевую полость с меньшим радиальным размером Т2 между полноразмерным участком 56 и втулкой 12 вала (валом) и радиусом R2. Затем затворная текучая среда может снова попадать в полость 70 с первым радиальным размером, т.е. в углубленный в осевом направлении участок 60, и перемещается, опять же по часовой стрелке до выпускного канала 66 в прижимном кольце 34. Выпускной канал 66 расположен относительно углубленного в осевом направлении участка 60 так, что осевая линия C выпускного канала проходит через углубленный и вытянутый, в окружном направлении, участок 60, при этом торец или передняя стенка 72 полноразмерного участка 54 опорного кольца 46 расположена перед выпускным каналом 66, по существу на его расположенной ниже, в направлении потока текучей среды, стороне, так что резкое уменьшение радиального размера кольцевой полости от первого радиального размера Т1 до второго радиального размера Т2 или радиуса прижимного кольца от R1 до R2 ниже по потоку от отверстия в выпускной канал 66 не позволяет затворной текучей среде продолжать ее окружное перемещение вдоль внутреннего края 74 или внутренней поверхности прижимного кольца 34 с радиусом R1. Другими словами, торец или стенка 72 приводит к увеличению давления перед или около впускного отверстия в выпускной канал 66 во внутренней поверхности 74 прижимного кольца, облегчая выпуск затворной текучей среды между втулкой 12 вала и прижимным кольцом 34. Таким образом, выпускной канал 66 находится в радиальном сообщении по потоку с углубленным участком 60. Выражение «перед выпускным каналом» следует понимать так, что предпочтительно торец 72 и выпускной канал 66 расположены взаимно таким образом, что линия, проведенная на последней или правой, в окружном направлении потока, стороне выпускного канала 66, показанного на Фиг. 5, совпадает с торцом 72. При этом необходимо понимать, что на практике такой же результат достигается даже в том случае, если положение торца 72 немного сдвинуто влево или вправо от положения, показанного на Фиг. 5 и описанного выше.
[0025] Исходя из вышеизложенного, необходимо понимать, что функция, аналогичная вышеописанной, может быть реализована также посредством размещения элементов, соответствующих углубленным участкам опорного кольца, на внутренней поверхности прижимного кольца. Другими словами, в таком случае опорное кольцо может быть сделано более коротким, т.е. его осевая длина будет соответствовать осевой длине опорного кольца, показанного на Фиг. 2-4, измеряемой от его углубленных участков, и либо первоначально цилиндрическая внутренняя поверхность прижимного кольца, имеющая второй внутренний радиус R2, может быть подвергнута механической обработке так, чтобы содержать радиальные выемки, соответствующие углубленным участкам опорного кольца, показанного на Фиг. 2-4, либо прижимное кольцо с первоначально цилиндрической внутренней поверхностью, имеющей первый внутренний радиус R1, может быть снабжено отдельным элементом, соответствующим полноразмерным участкам опорного кольца, показанным на Фиг. 2-4.
[0026] Фиг. 6 схематично показывает радиальный разрез двойного механического уплотнения 110 в соответствии с вторым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Второе вариант осуществления несколько отличается от первого варианта осуществления. Во-первых, если в первом варианте осуществления предусмотрен отдельный сальник, на котором поддерживаются основные стационарные уплотняющие кольца и посредством которого уплотнение прикрепляется или соединяется с корпусом насоса, то в варианте осуществления, показанном на Фиг. 6, стационарные уплотняющие кольца 128 и 138 размещены прямо на корпусе 80 насоса, т.е. без прижимного кольца и сальника. Во-вторых, отдельное прижимное кольцо, используемое в первом варианте осуществления, во втором варианте осуществления не требуется, поскольку пружина расположена непосредственно между опорными кольцами 146 и 139 стационарных уплотняющих колец 128 и 138. В-третьих, благодаря отсутствию прижимного кольца затворная текучая среда циркулирует вдоль внутренней поверхности опорного кольца 139 внешнего стационарного уплотняющего кольца 138.
[0027] Двойное механическое уплотнение 110 показано в соединении с втулкой 112 вала, которая должна быть размещена на валу так, что она вращается вместе с валом. Двойное механическое уплотнение содержит ось Х, и двойное механическое уплотнение 110 расположено соосно с втулкой 112 вала и с самим валом. Однако двойное механическое уплотнение 110 настоящего изобретения может быть также использовано или установлено прямо на вращающемся валу. Втулка 112 вала на своей внешней поверхности может содержать аксиально продолжающиеся канавки, но в благоприятных условиях поверхность втулки вала или вала может быть гладкой. Двойное механическое уплотнение 110 содержит основное вращающееся уплотняющее кольцо 118, которое в данном варианте осуществления поддерживается на втулке 112 вала посредством уплотнительных колец 120 и 122, вспомогательное вращающееся уплотняющее кольцо 124, поддерживаемое на втулке 112 вала посредством уплотнительного кольца 126, основное стационарное уплотняющее кольцо 128, поддерживаемое в возможностью скольжения в осевом направлении во вращательно симметричном отверстии для уплотнения и вала насоса в корпусе 80 насоса посредством уплотнительного кольца 82, и вспомогательное стационарное уплотняющее кольцо 138, поддерживаемое непосредственно и с возможностью скольжения в осевом направлении в том же отверстии в корпусе 80 насоса посредством уплотнительного кольца 84. Неподвижность основного и вспомогательного уплотняющих колец 128, 138 обеспечивается, например, посредством по меньшей мере одного зубчатого выступа (показанного на Фиг. 7), проходящего внутрь из корпуса 80 насоса в отверстие или паз, предусмотренный в по меньшей мере одном из стационарных уплотняющих колец 128, 138. Оба стационарных уплотняющих кольца могут содержать, например, зубчатые выступы, входящие в зацепление друг с другом, так что достаточно если только внешнее одно из стационарных уплотняющих колец, т.е. вспомогательное стационарное уплотняющее кольцо 138 будет снабжено отверстием или пазом для зубчатого выступа корпуса 80 насоса, при этом зубчатые выступы стационарных уплотняющих колец предотвращают вращение основного стационарного уплотняющего кольца 128. И наконец, пружина или группа пружин 142, предпочтительно так называемая волновая пружина, расположена между основным и вспомогательным стационарными уплотняющими кольцами 128, 138, чтобы прижимать стационарные уплотняющие кольца 128, 138 к вращающимся уплотняющим кольцам 118, 124 так, что уплотняющие поверхности находятся в постоянном контакте друг с другом. В данном варианте осуществления корпус 80 насоса содержит впускной канал 86 и выпускной канал 88 для затворной текучей среды.
[0028] Двойное механическое уплотнение в соответствии с вторым вариантом осуществления настоящего изобретения обычно собирают вместе с втулкой 112 вала, ссылаясь на Фиг. 7, следующим образом. Вначале отверстие для вала в корпусе 80 насоса снабжают уплотнительным кольцом 84. Затем вспомогательное стационарное уплотняющее кольцо 138 снабжают пружиной 142, причем упомянутая пружина размещается аксиально напротив выступа 98 и проходит вдоль внутренней поверхности опорного кольца 139. После этого вспомогательное стационарное уплотняющее кольцо 138 устанавливают в отверстие для вала в корпусе 80 насоса в пределах уплотнительного кольца 84. Затем основное стационарное уплотняющее кольцо 128 снабжают уплотнительным кольцом 82 и устанавливают в отверстие для вала в корпусе 80 насоса так, что опорное кольцо 146 основного стационарного уплотняющего кольца 128 расположено внутри опорного кольца 139 вспомогательного стационарного уплотняющего кольца 138, а пружина 142 прижимается к краю опорного кольца 146 основного вращающегося уплотняющего кольца 118. Затем на втулку 112 вала устанавливают два самых левых уплотнительных кольца 120 и 122, на втулку 112 вала устанавливают основное вращающееся уплотняющее кольцо 118 и втулку 112 вала задвигают внутрь основного стационарного уплотняющего кольца 128 в корпусе 80 насоса так, что скользящие поверхности основных уплотняющих колец примыкают друг к другу. Затем вспомогательное вращающееся уплотняющее кольцо 124 продвигают на втулке 112 вала, при этом его уплотняющая или скользящая поверхность примыкает к уплотняющей или скользящей поверхности вспомогательного стационарного уплотняющего кольца 138. И наконец, на втулку 112 вала устанавливают стопорное кольцо, чтобы прижать вспомогательное вращающееся уплотняющее кольцо 124 к основным уплотняющим кольцам и обеспечить необходимое давление пружины между скользящими поверхностями, после чего стопорное кольцо фиксируют на втулке 112 вала посредством одного или более стопорных винтов. Вышеописанным способом двойное механическое уплотнение в соответствии с вторым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения соединяется непосредственно с корпусом 80 насоса.
[0029] Упомянутый второй предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения относится в основном к детальной конструкции основного стационарного уплотняющего кольца 128, которая содержит скользящее кольцо 144, прикрепленное к основному опорному кольцу 146. Основное опорное кольцо 46 обычно изготовлено из металла, который выбирают так, чтобы быть устойчивым к коррозии, вызываемой жидкостями, которые могут входить в контакт с основным опорным кольцом 146. Основное опорное кольцо 146 в соответствии с данным вариантом осуществления в основном такое же, как опорное кольцо, показанное на Фиг. 2-4. Другими словами, Фиг. 7 показывает основное опорное кольцо 146 основного стационарного уплотняющего кольца 128, при это опорное кольцо 146 содержит два осевых конца, первый конец 148, содержащий гнездо (не показанное) для скользящего кольца (показанного на Фиг. 6), и второй конец 150 для непрямого сообщения с пружиной (пружинами) 142 (показанной на Фиг. 6 и 9). В данном варианте осуществления настоящего изобретения второй конец 150 опорного кольца 146 содержит кольцевой край с тремя аксиально полноразмерными участками 152, 154 и 156, продолжающимися дальше всего от первого конца 148 опорного кольца 146, для сообщения непосредственно с пружиной (пружинами) 142, и тремя углубленными в осевом направлении участками 158, 160 и 162, выполняющими другие функции. Первый углубленный в осевом направлении участок 158, или аксиально продолжающийся паз, во втором конце 150 опорного кольца 146 предусмотрен для сообщения с элементом (более подробно показанным на Фиг. 8), используемым для предотвращения вращения основного стационарного уплотняющего кольца вместе с основным вращающимся уплотняющим кольцом. Такой паз 158 может быть заменен отверстием в опорном кольце 146, если приводной штифт или подобный элемент является удаляемым и может быть установлен после размещения основного стационарного уплотняющего кольца внутри корпуса насоса. Однако, как уже было упомянуто выше, основное стационарное уплотняющее кольцо необязательно должно содержать такой приводной штифт для удержания его неподвижным, а значит углубленный участок 158 может быть вообще не нужен, или он может иметь другую форму и размеры и расположение и находиться в сообщении с другими типами средств для удержания уплотняющего кольца стационарным. Более широкие второй и третий углубленные и протяженные, в окружном направлении, участки 160 и 162, облегчают циркуляцию затворной текучей среды, как было описано выше со ссылкой на Фиг. 5 и будет описано ниже со ссылкой на Фиг. 8. Более широкие в осевом направлении углубленные участки 160 и 162 вместе занимают примерно от 60 до 300 градусов всего края второго конца 150 опорного кольца 146. Чем большую долю края второго конца 150 опорного кольца 146 занимают углубленные участки 160 и 162, тем большее количество относительно узких аксиально полноразмерных участков 156 (в данном случае показан только один), которые продолжаются по всей осевой длине опорного кольца 146, потребуется между углубленными участками для того чтобы гарантировать, что давление, оказываемое на опорное кольцо 146 пружиной (пружинами), распределяется равномерно вдоль всего края второго конца 150 опорного кольца 146. Благодаря равномерному распределению давления на край опорного кольца 146 гарантируется, что опорное кольцо 146 и, разумеется, основное стационарное уплотняющее кольцо 128, сохраняет свое правильное положение, т.е. его ось проходит вдоль оси уплотняемого вала, и перемещается в осевом направлении при малом усилии. Если же окружная ширина углубленных участков мала, т.е. составляет порядка 60-90 градусов, и тип пружины (пружин), например, волнистая пружина, является соответствующим, то может не потребоваться никакого полноразмерного участка 156, расположенного где-либо в пределах углубленных участков 160 и 162.
[0030] Фиг. 8 показывает поперечный разрез двойного механического уплотнения в соответствии с вторым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. В отношении принципа действия уплотнения - см. описание со ссылкой на вариант осуществления, показанный на Фиг. 5. Что касается признаков, отличающихся от признаков, показанных на Фиг. 5 или описанных со ссылкой на Фиг. 5, в поперечном сечении на Фиг. 8 показан зубчатый выступ 90, продолжающийся из корпуса 80 насоса внутрь в пазы 158 и 92, предусмотренные в опорных кольцах как основного, так и вспомогательного стационарных уплотняющих колец. В данном чертеже показано также, как между валом или втулкой 112 вала и вспомогательным стационарным уплотняющим кольцом 138 образована полость 170, в которой протекает затворная текучая среда от впускного канала 86 к выпускному каналу 88. Кроме того, на Фиг. 8 показан впускной паз или отверстие 94 и выпускной паз или отверстие 96 во вспомогательном опорном кольце 139 вспомогательного стационарного уплотняющего кольца 138 для обеспечения, для затворной текучей среды, сообщения по потоку между впускным каналом 86 и выпускным каналом 88 вдоль углубленных участков 160 и 162. Кроме того, как и в первом предпочтительном варианте осуществления, впускной и выпускной пазы или отверстия 94 и 96 находятся в радиальном сообщении по текуче среде с углубленными участками 162 и 160, т.е. упомянутые углубленные участки расположены радиально внутри впускного и выпускного пазов или отверстий.
[0031] Фиг. 9 показывает частичный поперечный разрез по линии D-D, показанной на Фиг. 8. Данный чертеж наглядно показывает как перекрываются опорные кольца 146, 139 основного и вспомогательного стационарных уплотняющих колец и как между втулкой 112 вала и вспомогательным стационарным уплотняющим кольцом 138 открывается углубленный участок 162. Показано также, что пружина 142, предпочтительно, но необязательно волновая пружина или так называемая спиральная волновая пружина, опирается на выступ 98 вспомогательного стационарного уплотняющего кольца 138. Пунктирной линией показано опорное кольцо 146 в его полной длине за пределами углубленных участков опорного кольца.
[0032] Фиг. 10 показывает вариант опорного кольца основного стационарного уплотняющего кольца 228. Опорное кольцо 246, в его крае 202, противоположном уплотняющему кольцу, содержит два противоположных паза 258 для элемента, выступающего из корпуса насоса, для предотвращения вращения основного стационарного уплотняющего кольца 228 вместе с основным вращающимся уплотняющим кольцом. Опорное кольцо 246 содержит также два вытянутых (в окружном направлении) отверстия 204 для затворной текучей среды. Вытянутые отверстия 204 занимают от примерно 60 до примерно 300 градусов окружности опорного кольца 246. Другими словами, опорное кольцо 246 выполнено так, чтобы продолжаться за отверстиями для затворной текучей среды в корпусе насоса, а значит край 202 опорного кольца 246 остается целым в большей части его окружности. Такой тип конструкции гарантирует равномерное давление пружины на опорное кольцо 246.
[0033] Фиг. 11 показывает другую модификацию опорного кольца 346 основного стационарного уплотняющего кольца 328. По сравнению с опорным кольцом, показанным на Фиг. 10, другой паз 258 устранен, так что край 302 может продолжаться почти по всей окружной длине опорного кольца 346. На практике это означает, что промежуточный участок между вытянутыми отверстиями 304 укорочен, что приводит к уменьшению потерь расхода в потоке затворной текучей среды. Другой вариант заключается в том, чтобы вообще устранить промежуточный участок посредством объединения двух вытянутых отверстие в одно вытянутое отверстие в опорном кольце. Вытянутое отверстие (отверстия) 304 занимает от примерно 60 до примерно 300 градусов окружности опорного кольца 346. Такая конструкция позволяет затворной текучей среде перемещаться от впуска до выпуска в корпусе насоса без каких-либо промежуточных затруднений.
[0034] Фиг. 12 показывает еще одну модификацию опорного кольца 446 основного стационарного уплотняющего кольца 428. По сравнению с опорным кольцом, показанным на Фиг. 10, можно видеть только разницу в форме вытянутого отверстия 404, которая в данном случае постепенно сужается к выпускному отверстию в корпусе насоса. Вытянутое отверстие (отверстия) 404 занимает от примерно 60 до примерно 300 градусов окружности опорного кольца 446. Данный тип конструкции дополнительно уменьшает сопротивление для потока затворной текучей среды в уплотнении. Разумеется, в данном случае могут быть также применимы конструкции, описанные со ссылкой на Фиг. 11, т.е. может быть устранен другой паз 458, а также промежуточный участок между вытянутыми отверстиями.
[0035] В отношении опорных колец, описанных со ссылкой на Фиг. 7, 10-12, необходимо понимать, что они применимы также в уплотнениях с прижимным кольцом, описанных со ссылкой на Фиг. 1-5.
[0036] Как можно понять из вышеприведенного описания, возможно создать скользящее кольцевое уплотнение, которое очень простое по своей конструкции и тем не менее способно выполнять свою функцию также как и любое другое, значительно более сложное механическое уплотнение. Хотя настоящее изобретение описано в данном документе в виде примеров со ссылкой на варианты осуществления, считающиеся на данный момент наиболее предпочтительными, необходимо понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, а должно охватывать различные комбинации и/или модификации его признаков и другие применения в пределах объема изобретения, определяемого в прилагаемой формуле изобретения. Что касается прилагаемой формулы изобретения, необходимо понимать, что в формуле использован термин «сальник», который охватывает все элементы, части, кожухи, корпуса или крышки корпусов, в широком смысле воспринимаемые как точки приложения, к которым должно быть прикреплено скользящее кольцевое уплотнение.