Узел уплотнения вала ротора центробежного компрессора

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к уплотнениям валов центробежных компрессоров общего назначения для сжатия воздуха или технологических компрессоров для сжатия инертных газов.
Узел уплотнения вала ротора, ограничивающий или исключающий утечки рабочего газа и попадание смазки в проточную часть является одним из основных узлов компрессоров с принудительной смазкой.
Известен узел уплотнения вала ротора центробежного компрессора, содержащий установленное в корпусе подшипника между его опорной втулкой и проточной частью компрессора газовое уплотнение, включающее уплотнительные кольца и проставки, жестко закрепленный на газовом уплотнении гидростатический масляный затвор, состоящий из внутренней и внешней стенок, ограничивающих внутреннюю кольцевую полость, открытую в сторону вала и сообщенную с внутренней полостью корпуса подшипника через дренажное отверстие, выполненное во внешней стенке, и с проточной частью компрессора через отверстие, выполненное во внутренней стенке (Патент РФ №2614297, опубл. 24.03.2017).
В указанной конструкции масляного затвора отвод масла из радиального зазора по валу производится через смачивание маслом только двух внутренних поверхностей стенок затвора, что на определенных режимах работы насоса оказывается не достаточно эффективным.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эффективности отвода масла из радиального зазора по валу, за счет повышения капиллярности гидростатического масляного затвора, а также за счет повышения интенсивности отвода масла из его внутреннего пространства.
Технический результат достигается тем, что узел уплотнения вала центробежного компрессора, содержащий установленное в корпусе подшипника между его опорной втулкой и проточной частью компрессора газовое уплотнение, включающее уплотнительные кольца и проставки, и жестко прикрепленный к корпусу уплотнения гидростатический масляный затвор, состоящий из внутренней и наружной стенок, выполненных с дренажными отверстиями, дополнительно содержит кольцевой элемент из материала с высокой гидрофильностью, размещенный между стенками масляного затвора коаксиально уплотняемому валу, при этом дренажное отверстие во внутренней стенке выполнено с большим диаметром, чем диаметр дренажного отверстия, выполненного во внешней стенке.
Установка между стенками масляного затвора коаксиально уплотняемому валу кольцевого элемента из материала с высокой гидрофильностью позволяет повысить капиллярность масляного затвора, повышая тем самым эффективность отвода масла из радиального зазора по валу.
Выполнение дренажного отверстия во внутренней стенке с большим диаметром, чем диаметр дренажного отверстия, выполненного во внешней стенке, способствует повышению эффективности отвода масла через каппиляры между стенками масляного затвора при равных кольцевых зазорах между валом и внутренними радиальными расточками стенок.
Полезная модель поясняется графически, где на фиг.1 представлен узел уплотнения вала ротора центробежного компрессора.
Узел уплотнения содержит газовое уплотнение 1, размещаемое в корпусе подшипника 2 между опорной втулкой 3 и проточной частью 4, которое представляет собой размещенный в корпусе пакет из уплотнительных колец и проставков, а также гидростатический масляный затвор, состоящий из внутренней и наружной стенок 5 и 6 и дистанционной шайбы, образующих пакет уплотнения. Данный пакет жестко закреплен на газовом уплотнении 1. Благодаря дистанционной шайбе между стенками 5 и 6 образован зазор 6, в котором со стороны вала 7 коаксиально ему установлен кольцевой элемент 8, выполненный и материала с высокой гидрофильными свойствами. Во внутренней стенке 5 выполнено дренажное отверстие 9, а в наружной стенке 6 выполнено дренажное отверстие 10, при этом отверстие 9 выполнено с большим диаметром, чем отверстие 10.
Работа масляного затвора осуществляется следующим образом.
При подготовке к пуску компрессора или его останове маслосистемой компрессора осуществляется подача масла, которая попадает на поверхность вала 7 и под действием смачивания распространяется в направлении газового уплотнения 1. Попадая в радиальный кольцевой зазор а, между цилиндрической поверхностью вала 7 и внутренними расточками стенок 5 и 6, масло за счет капиллярности в зазоре, а стремится заполнить весь его объем. Гидравлическое сопротивление зазора а и капиллярность зазора 6 препятствует продвижению масла в сторону проточной части. Дополнительная защита от пропусков масла в сторону проточной части обеспечивается на счет силы поверхностного натяжения жидкости с внешней стороны внутренней стенки 5.
На режиме, когда давление в проточной части и во внутренней полости корпуса подшипника 2, находящейся со стороны втулки 3, относительно равны, масло удерживается в радиальном зазоре, а за счет силы поверхностного натяжения по внешним торцевым поверхностям стенок 5 и 6, и капиллярности в зазоре б.
В случае, когда давление газа в проточной части выше, чем давление со стороны втулки 3, избыточное давление проточной части вытесняет масло из зазора, а в сторону втулки 3, обеспечивая защищенность проточной части от попадания масла.
На режиме, при котором давление газа со стороны втулки 3 больше, чем в проточной части и поверхностного натяжения масла на внешних торцах стенок 5 и 6 для предотвращения перемещения масла в сторону проточной части становится недостаточным, герметичность в масляном затворе обеспечивается усилением отвода масла из радиального зазора, а за счет разности давлений в отверстиях 9 и 10 в стенках 5 и 6, связанного с повышением эффекта капиллярности в зазоре 6 (разница в диаметрах отверстий 9 и 10 обуславливает различное гидравлическое сопротивление в них, что способствует эффективному отводу масла через капилляры между стенками масляного затвора).
Из зазора 6 масло по капиллярам кольцевого элемента 8 попадает в пространство между стенками 5 и 6, где под действием гравитации перемещается в нижнюю часть масляного затвора к дренажному отверстию 10.
Таким образом, полезная модель, за счет увеличения капиллярности масляного затвора, позволяет повысить эффективность отвода масла от поверхности вала.