ЩЕЛЕВОЕ РАДИАЛЬНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ МЕЖДУ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ И НЕВРАЩАЮЩЕЙСЯ ДЕТАЛЯМИ

Полезная модель относится к уплотнениям между вращающейся деталью и невращающимся корпусом и может быть использована в радиальных щелевых уплотнениях различных лопастных машин, насосов, перекачивающих жидкости с твердыми включениями, например, в нефтяной промышленности.
Известно щелевое радиальное уплотнение между невращающимся кольцом, установленным в корпусе насоса, и бандажом центробежного колеса, содержащее кольцевой радиальный зазор, разделяющий полости с различными давлениями (см. например, Малюшенко В.В. "Динамические насосы", Атлас, М., Машиностроение, 1984 г., лист 55, рис. 142, "Насос нефтяной магистральный типа НМ").
Для эффективной работы - уменьшения утечек рабочей среды (например, жидкости) из полости с повышенным давлением в полость, где давление меньше, желательно уменьшать величину радиального зазора в щелевом уплотнении. Однако, предельную величину минимального зазора назначают из условия не допущения касания поверхности вращающейся детали о невращающуюся во избежание износа деталей при случайном касании, а также с учетом избегания заклинивания вращающейся детали при попадании в радиальный зазор твердых частиц, которые могут содержаться в жидкости.
Щелевое уплотнение при протекании в зазоре жидкости с твердыми частицами (загрязненной жидкости) подвергается абразивному износу, что вызывает увеличение расхода рабочей среды при длительной работе уплотнения, например, в уплотнении рабочего колеса центробежного насоса и, следовательно, снижает срок службы уплотнения.
Износ щелевых уплотнений - основная причина сокращения межремонтных сроков насосов, перекачивающих жидкости с абразивными частицами. К таким насосам относятся насосы шахтного водоотлива и насосы для закачки нефтепромысловых сточных вод в скважины.
Кроме того, щелевое уплотнение представляет собой подшипник скольжения, влияющий на устойчивость по отношению к пульсациям давления в радиальном зазоре, а изменения геометрической формы деталей (и вращающейся и невращающейся) в результате абразивного износа изменяет параметры пульсаций давления в зазоре, что приводит к вибрациям машин, в которых это уплотнение установлено. Так, в книге В.А. Марцинковского "Бесконтактные уплотнения роторных машин", М. Машиностроение, 1980 г, на стр. 78 во 2-м и 3-м абзацах сверху, отмечено следующее:
Щелевые уплотнения применяются главным образом в центробежных насосах, где они должны выполнять свое основное назначение - сводить к минимуму объемные потери. Наряду с этим конструкции уплотнений должны удовлетворять некоторым специфическим требованиям, от выполнения которых в значительной мере зависит работоспособность всей машины. Остановимся кратко на этих требованиях.
Прежде всего нужно иметь в виду влияние щелевых уплотнений на вибрации ротора. Приведенный выше анализ радиальных гидростатических сил в щелевых уплотнениях показывает, что даже при малейших диффузорностях возникают силы, увеличивающие прогиб ротора, что в свою очередь, ухудшает его вибрационное состояние. Между тем, уровень вибрации - важнейший фактор, определяющий долговечность.
А появление диффузорности также может являться следствием абразивного износа поверхностей деталей, образующих щелевой зазор.
Иными словами, щелевое уплотнение при работе на загрязненных жидкостях с твердыми включениями (например, при работе на нефти) имеет серьезный недостаток - сравнительно низкий ресурс (при длительной работе) и склонны к вибрациям, что снижает надежность уплотнения.
Целью полезной модели является устранение недостатков известного технического решения за счет увеличения ресурса и повышения надежности.
Поставленная цель достигается тем, что щелевое радиальное уплотнение для загрязненных жидкостей между вращающейся и невращающейся деталями, содержащее невращающуюся деталь, образующую радиальную кольцевую щель с поверхностью вращающейся детали, разделяющую полости с различными давлениями, отличается тем, что на невращающейся детали со стороны полости с более высоким давлением закреплено кольцо с кольцевой проточкой, в которой по окружности вокруг вращающейся детали размещены пучки проволочек, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси вращения, одни концы которых скреплены с кольцом, а вторые концы проволочек расположены под углом к поверхности вращающейся детали, причем проволочки выполнены из упругого материала.
При этом концы проволочек скреплены с кольцом с помощью припоя.
На фиг. 1 изображен разрез предложенного уплотнения применительно к уплотнению рабочего колеса центробежного насоса, а на фиг. 2 изображена схема расположения концов проволочек, где:
1 - бандаж
2 - центробежное колесо
3 - невращающаяся деталь
4 - радиальная щель
5 - полость с более высоким давлением
6 - полость с меньшим давлением
7 - винт
8 - кольцо
9 - пучок
10 - проволочки
11 - припой
12- конец проволочки
α - угол наклона проволочки.
На фиг. 1 изображена вращающаяся деталь в виде бандажа 1 центробежного колеса 2 насоса, установленная внутри отверстия невращающейся детали 3 (корпус насоса, например), образующие кольцевую радиальную щель 4, разделяющую полости 5 и 6 с различными давлениями. Со стороны полости 5, на детали 3 винтами 7 закреплено кольцо 8, внутри которого размещены пучки 9 проволочек 10 по окружности вращающейся детали.
Пучки 9 проволочек 10 размещены равномерно по окружности в плоскости, перпендикулярной оси вращения бандажа и закреплены одним концом в кольце 8 с помощью припоя 11 (или спец-клея), а другим концом 12 касаются наружной цилиндрической поверхности бандажа (вращающейся детали). При этом проволочки 10 наклонены к поверхности бандажа в направлении вращения под углом "α", для чего проволочки выполняются из упругого материала, например, из стали. Диаметр проволочек составляет 0,4…1,0 мм. Угол "α" создается в направлении вращения бандажа. Благодаря упругим свойствам материала проволочек, концы 12 прижаты к поверхности бандажа 1.
Форма каждого пучка 9 и количество проволочек в нем определяется способом изготовления, освоенным на предприятии-изготовителе уплотнения.
Состав припоя 11, которым пучки крепятся к кольцу, подбирается опытно-экспериментальным путем.
Уплотнение разделяет полость 5 с высоким давлением от полости 6 с низким давлением рабочей среды. Пучки 9 проволочек 10 образуют щетку, которая перекрывает проходное сечение между бандажом 1 рабочего колеса и невращающейся детали 3, что приводит к уменьшению утечек из полости 5 и создает препятствия для того, чтобы твердые частицы, содержащиеся в рабочей жидкости, застревали между проволочками и прилипали к проволочкам. Чем плотнее расположены проволочки, тем меньше твердых частиц проникает в кольцевую радиальную щель 4 и тем меньше изнашиваются поверхности невращающейся детали 3 и бандажа 1 рабочего колеса и тем больше будет ресурс уплотнения.
То есть проволочки выполняют функции фильтра, уменьшающего количество твердых частиц, попадающих в кольцевую радиальную щель 3 уплотнения.
Следует отметить, что поскольку рабочей средой для уплотнения является жидкость, то охлаждение жидкостью концов проволочек, трущихся о поверхность бандажа, может быть легко осуществлено и не приведет к разрушению и выхода из строя проволочек.
При необходимости кольцо 7 может быть демонтировано и на детали 2 будет закреплено новое с новыми проволочками.
Использование предлагаемой полезной модели позволит увеличить ресурс щелевого уплотнения, сохраняя размеры и форму деталей, образующих щелевое уплотнение и повысить тем самым надежность его.