ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к торцовым уплотнениям вала с встроенным холодильником, которые используются для герметизации вращающихся валов агрегатов в различных отраслях хозяйства.
Такие торцовые уплотнения обычно состоят из уплотнительного узла с ограниченной температурой эксплуатации и системы, обеспечивающей понижение температуры в зоне уплотнения до приемлемой температуры.
Известна конструкция двойного торцового уплотнения вращающегося вала типа ДНТ, производства Нальчинского машиностроительного завода, с теплообменным устройством (холодильник) открытого типа в сальниковой камере. Такая конструкция холодильника отличается компактностью и простотой, где охлаждающая жидкость поступает в полость охлаждения под давлением через имеющиеся в корпусе агрегата отверстия.
Известно торцовое уплотнение вала, содержащее расположенное в корпусе уплотнительное кольцо, установленную на валу цилиндрическую втулку и систему охлаждения с перекачивающим устройством, в качестве которого использована цилиндрическая
втулка, между корпусом и втулкой выполнены спиральный диффузор и тангенциальный отводной канал, сообщенный с диффузором и системой охлаждения (Авторское свидетельство СССР №734425, кл. F 04 D 29/06, 1977).
Известны торцовые уплотнения с независимыми (основным и предварительным) контурами охлаждения, в вертикально или горизонтально расположенных теплообменниках которых установлены змеевеки (Э.Майер, Торцовые уплотнения, Машиностроение, М., 1978, с.226-228).
Недостатком вышеуказанных систем охлаждения является низкая степень охлаждения торцового уплотнения из-за слабо организованного потока охлаждающей жидкости, особенно при ограниченной (малой) длине холодильника.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемым вариантам полезной модели является торцовое уплотнение для нефтяных насосов с системой охлаждения с замкнутым контуром, содержащее уплотнительный узел и встроенный холодильник, включающий коаксиально расположенные относительно вала две втулки с загерметизированным межвтулочным торцом, образующие корпус холодильника, и внутреннюю цилиндрическую перегородку, на внутренней поверхности корпуса холодильника со
стороны вала выполнены винтовые канавки, увеличивающие теплообмен (А.И.Голубев, Справочник, Уплотнения и уплотнительная техника, Машиностроение, М., 1986, с.444, рис.13.18, см. приложение).
Недостатком такого торцового уплотнения является недостаточная эффективность охлаждения элементов торцового уплотнения и нетехнологичность конструкции холодильника.
Технической задачей полезной модели является создание торцового уплотнения вала с эффективной системой охлаждения и технологичной конструкцией холодильника.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в торцовом уплотнение вала, содержащем уплотнительный узел и установленный на валу встроенный холодильник, включенный в замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости, корпус которого выполнен из коаксиально расположенных относительно вала двух втулок с загерметизированным межвтулочным торцом со стороны горячей среды, причем на внешней поверхности втулки с меньшим диаметром выполнены ребра, например, в виде концентрических колец, сквозь ребра параллельно продольной оси проходят, расположенные симметрично относительно друг друга, минимум
две перегородки, разделяющие концентрические кольца ребер на полуокружности, каждая из которых укорочена с одного из концов перед перегородками и расположены таким образом, что, например, у четных ребер укороченные, не доходящие до перегородки, концы полуокружности ребер находятся напротив друг друга по разные стороны первой перегородки, а неукороченные, доходящие до перегородки, концы соответствующих полуокружностей ребер находятся напротив друг друга по разные стороны второй перегородки, у нечетных ребер наоборот, неукороченные концы полуокружности ребер находятся напротив друг друга по разные стороны первой перегородки, укороченные же концы соответствующих полуокружностей ребер находятся напротив друг друга по разные стороны второй перегородки, при этом в одной из перегородок выполнено по меньшей мере одно отверстие для прохода охлаждающей жидкости.
Перегородки немного не доходят до загерметизированного торца корпуса холодильника и на этом участке ребра на внешней поверхности втулки с меньшим диаметром расположены почти вплотную друг к другу (на минимально возможном расстоянии друг от друга), создавая тепловой барьер.
В варианте выполнения торцового уплотнения, содержащем уплотнительныи узел и установленный на валу встроенный холодильник, включенный в замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости, корпус холодильника выполнен из коаксиально расположенных относительно вала двух втулок с загерметизированным межвтулочным торцом со стороны горячей среды, внутри корпуса холодильника коаксиально относительно вала расположена третья средняя втулка, на внешней, со стороны вала, поверхности втулки с меньшим диаметром и средней втулки выполнены ребра, например, в виде концентрических колец, сквозь ребра на втулке с меньшим диаметром и на средней втулке параллельно продольной оси проходит минимум по одной перегородке, разделяющие концентрические кольца ребер, которые укорочены с одного из концов перед перегородкой и расположены таким образом, что, например, у четных ребер напротив укороченного, не доходящего до перегородки, конца ребра по одну сторону перегородки по другую сторону перегородки находится неукороченный, доходящий до перегородки, конец данного ребра, а у нечетных ребер наоборот, напротив неукороченного конца ребра по данную сторону перегородки по другую сторону перегородки находится укороченный конец данного ребра, при этом, в
цилиндрической поверхности и в перегородке средней втулки выполнены по меньшей мере по одному отверстию для прохода охлаждающей жидкости.
Перегородки немного не доходят до загерметизированного торца корпуса холодильника и на этом участке ребра на внешней поверхности втулки с меньшим диаметром и средней втулки расположены почти вплотную друг к другу (на минимально возможном расстоянии друг от друга), создавая тепловой барьер.
Для облегчения сборки и разборки уплотнения в нем средняя втулка в торце со стороны уплотнительного узла выполнена с кольцевым выступом, направленным к валу, который заходит за торцевое ребро втулки с меньшим диаметром и фиксируется на нем, а втулка с большим диаметром в торце со стороны уплотнительного узла выполнена с кольцевым выступом, направленным от вала, и закреплена этим выступом на корпусе торцового уплотнения, например с помощью винтов.
На фиг.1 показан общий вид торцового уплотнения (продольный разрез), первый вариант; на фиг.2 и 3 - общий вид втулки с меньшим диаметром с ребрами корпуса холодильника торцового уплотнения по первому варианту; на фиг.4 - общий вид торцового уплотнения (продольный разрез), второй вариант; на фиг.5 - общий
вид средней втулки с ребрами корпуса холодильника торцового уплотнения по второму варианту; на фиг.6 - общий вид разборной конструкции холодильника (продольный разрез).
Через корпус 1 (фиг.1) проходит вал 2, на котором размещены уплотняющий узел 3 торцового уплотнения и холодильник 4, включенный в замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости с помощью отводящего и подводящего каналов (на рисунке не показано). Корпус холодильника 4 состоит из коаксиально расположенных относительно вала двух втулок 5 и 6 с загерметизированным межвтулочным торцом 7 со стороны горячей среды. На внешней поверхности (со стороны вала 2) втулки 5 выполнены ребра в виде концентрических колец 8, сквозь которые (фиг.2 и 3) параллельно продольной оси проходят, расположенные симметрично относительно друг друга, две перегородки 9 и 10, разделяющие концентрические кольца ребер 8 на полуокружности, каждая из которых укорочена с одного из концов перед перегородками и расположены так, что у четных ребер укороченные, не доходящие до перегородки, концы 11 полуокружности ребер находятся напротив друг друга по разные стороны первой перегородки 9, а неукороченные, доходящие до перегородки, концы 12 соответствующих полуокружностей ребер
находятся напротив друг друга по разные стороны второй перегородки 10. У нечетных ребер наоборот, неукороченные концы 12 полуокружности ребер находятся напротив друг друга по разные стороны первой перегородки 9, укороченные же концы 11 соответствующих полуокружностей ребер находятся напротив друг друга по разные стороны второй перегородки 10. В перегородке 9 выполнено отверстие 13 для прохода потока охлаждающей жидкости с одной половины цилиндрической поверхности втулки 5 на другую.
Перегородки 9 и 10 немного (на 3 мм) не доходят до загерметизированного торца корпуса холодильника и на этом участке ребра 14 на внешней поверхности втулки с меньшим диаметром расположены почти вплотную друг к другу (через 2 мм), создавая тепловой барьер.
По второму варианту (фиг.4) выполнения торцовое уплотнение вала включает уплотнительный узел 3 и установленный на валу 2 встроенный холодильник 4, включенный в замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости с помощью отводящего и подводящего каналов. Корпус холодильника выполнен из коаксиально расположенных относительно вала двух втулок 5 и 6 с загерметизированным межвтулочным торцом со стороны горячей
среды, внутри корпуса холодильника (между втулками 5 и 6) коаксиально относительно вала расположена третья (средняя) втулка 15. На внешней поверхности (со стороны вала) втулки 5 и средней втулки 15 выполнены ребра 8 в виде концентрических колец. Сквозь ребра 8 на каждой из втулок 9 и 15, параллельно продольной оси проходит по одной перегородке 9 (фиг.5), разделяющая концентрические кольца ребер, которые укорочены с одного из концов перед перегородкой 9 и расположены таким образом, что у четных ребер напротив укороченного 11, не доходящего до перегородки, конца ребра по одну сторону перегородки 9 по другую сторону перегородки 9 находится неукороченный 12, доходящий до перегородки, конец данного ребра. У нечетных ребер наоборот, напротив неукороченного конца 12 ребра по данную сторону перегородки 9 по другую сторону перегородки 9 находится укороченный конец 11 данного ребра. В перегородке 9 выполнено отверстие 13 для прохода охлаждающей жидкости.
Перегородка 9 немного (на 10,5 мм) не доходит до загерметизированного торца корпуса холодильника и на этом участке ребра 14 (фиг.6) на внешней поверхности втулки 5 расположены почти вплотную друг к другу (через 1,5-2 мм),
образуя плотную структуру для потока охлаждающей жидкости, создавая тепловой барьер для горячей среды от загерметизированного торца.
Для облегчения сборки и разборки уплотнения (фиг.6) средняя втулка 15 в торце со стороны уплотнительного узла 3 выполнена с кольцевым выступом 16, который заходит за торцевое ребро 17 втулки с меньшим диаметром 5 и фиксируется на нем. Втулка с большим диаметром 6 в торце со стороны уплотнительного узла 3 выполнена с кольцевым выступом 18 и закреплена этим выступом на корпусе 1 уплотнения с помощью винтов 19.
Торцовое уплотнение работает следующим образом. Под действием перепада давлений, создаваемое внешним источником, вода (охлаждающая жидкость) поступает в холодильник, проходит поступательно и двигается «маятником» вдоль вала через все укорочения в канавки (межреберные пространства) одной полуокружности, касаясь каждой точки охлаждаемой поверхности. Когда поток воды доходит до загерметизированного торца холодильника, он через отверстие 13 в перегородке 9 проходит в канавки второй полуокружности втулки 5 и также «маятником» возвращается в контур циркуляции через один из каналов (откуда она поступает на выход). При этом за счет
турбулентности потока интенсифицируется охлаждение внешней поверхности корпуса холодильника и рабочих поверхностей агрегата, обеспечивая нормальный температурный режим работы торцового уплотнения.
Работа торцового уплотнения с встроенным холодильником по второму варианту аналогична первому варианту, но в ней поток охлаждаемой жидкости, пройдя по канавкам на втулке с меньшим диаметром, переходит через отверстие Х в канавки на средней втулке, проходя «маятником» по полной окружности канавок, поступая далее на выход.
Кроме того, такая конструкция торцового уплотнения быстро и легко разбирается и собирается при необходимости его очистки или замены.
Для обоих вариантов частое расположение ребер на цилиндрической поверхности втулки корпуса холодильника с меньшим диаметром перед загерметизированным торцом, где холодильник встречается с самой горячей средой перекачиваемой жидкости, позволяет создавать мощный тепловой барьер (за счет жесткой фиксации и близкого расположения ребер друг к другу), отделяя часть циркулирующей воды от завихренного потока и превращая ее в нециркулирующую.
Предлагаемые варианты позволяют усилить эффект охлаждения контактирующих с агрегатом поверхностей торцового уплотнения (даже при небольших размерах холодильника), улучшить условия работы торцового уплотнения, повысить его надежность и технологичность, так как винтовые канавки (как в прототипе) выполнять сложнее, чем цилиндрические (кольцевые, без угла наклона). При модернизации агрегатов (насосов, компрессоров и т.д.) холодильник размещается в сальниковой камере.
Полезная модель может быть особенно эффективно использована в торцовых уплотнениях насосов, перекачивающих высокотемпературные среды.