РАДИАЛЬНОЕ ЩЕЛЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ РОТОРА С ПЛАВАЮЩИМ КОЛЬЦОМ

Полезная модель относится к щелевым уплотнениям с плавающими кольцами и может быть использована в качестве уплотнений роторов высокооборотных центробежных компрессоров и насосов для повышения экономичности при сохранении высокой надежности благодаря способности плавающих колец к самоцентрированию относительно вращающегося вала.
Известно радиальное щелевое уплотнение ротора с плавающим кольцом, содержащее деталь ротора, например, вал, размещенный в корпусе в котором выполнена окружающий вал кольцевая канавка с плавающим кольцом, установленным в канавке с возможностью перемещения в канавке плоскости перпендикулярной оси вращения ротора, плавно изменяющуюся внутреннюю поверхность отверстия кольца, образующую с валом конфузорную щель с уменьшающимся проходным сечением. Поверхность отверстия в кольце выполнена конической (см. например книгу: Марцинковский В.А. "Бесконтактные уплотнения роторных машин", М., Машиностроение, 1980 г., стр. 120, рис. 63б). В этой же книге отмечено, что существенно повышают устойчивость работы колец конфузорные зазоры (см. стр. 115, 7-8 строки снизу) не только конической формы.
Однако при конической форме отверстия в кольце очень трудно выдержать заданную величину угла конуса, измеряемого секундами, что также трудно проконтролировать и обеспечить стабильность величины угла формы и координат точек этой поверхности от детали к детали. Это является недостатком известного технического решения.
Целью полезной модели является устранение недостатка известной конструкции, что достигается тем, что плавающее кольцо выполнено составным и образовано двумя концентричными напрессованными с натягом одно на наружной поверхности другого кольцами с образованием
плавно изменяющейся внутренней поверхности кольца и конфузорной щели. Внутреннее кольцо выполнено с тонкостенным трубчатым кольцевым козырьком, а второе установлено с натягом на козырьке и выполнено с толщиной в радиальном направлении большей, чем толщина козырька, а ширина наружного кольца выполнена меньшей, чем ширина кольца, поверхность которого образует конфузорную щель.
Образование профиля поверхности отверстия - плавный профиль и конфузорный происходит за счет деформации элементов составного кольца, а не за счет механической обработки. Но величину натяга в соединении проконтролировать легче, чем угол.
На фиг. 1 изображено уплотнение с плавающим кольцом в разрезе, а на фиг. 2 - кольца до напрессовки, где:
1 - вал
2 - корпус
3 - кольцевая канавка
4 - кольцо
5 - ось вала
6 - крышка
7 - наружное кольцо
8 - внутреннее кольцо
9 - кольцевой козырек
10 - кольцевая конфузорная щель
11 - поверхность отверстия
12 - штифт
13 - плоский торец
14 - пружина
1
2
3
4
1
2
1
Z, Z, Z, Z - зазоры П - полость высокого давления П - полость низкого давления S - толщина наружного кольца
2
S - толщина козырька
1
H - ширина наружного кольца
2
Н - ширина внутреннего кольца
a
D - диаметр кольца в плоскости "а-а"
б
D - диаметр кольца в плоскости "б-б"
Δ - величина натяга.
Радиальное щелевое уплотнение содержит - вал
1
2
3
4
4
1, размещенный в корпусе 2, в котором выполнена кольцевая канавка 3, окружающая вал, в которой установлено кольцо 4, имеющее возможность перемещения в канавке в радиальном направлении - то есть в плоскости, перпендикулярной оси 5 вращения вала, для чего между кольцом и канавкой и кольцом и валом предусмотрены зазоры (Z, Z, Z, Z). Кольцо 4 закрыто крышкой 6, образующей с кольцом зазор Z.
1
1
1
2
2
1
1
2
1
2
Кольцо 4 выполнено сборным из двух колец 7 и 8, из которых одно кольцо 7 - наружное, с натягом "Δ" охватывает внутреннее кольцо 8. Заодно целое с кольцом 8 выполнен тонкостенный с толщиной "S" трубчатый козырек 9 шириной "H". Внутреннее кольцо 8 образует с валом конфузорную кольцевую щель 10 с поверхностью отверстия 11, разделяющую полость П с высоким давлением и полость П с низким давлением. Ширина "Н" внутреннего кольца выполнена большей, чем ширина "H" для того, чтобы сужение проходной щели до размера "Z" происходило на участке кольца 8 только со стороны полости "П". Штифт 12, установленный в корпусе 2, предотвращает проворот кольца, которое упирается в плоский торец 13 канавки. Пружина 14 прижимает кольцо 4 к торцу 13, предотвращая перетекание рабочей среды из полости "П" в полость "П". Усилие пружины подбирается таким образом, чтобы кольцо 4 могло перемещаться вдоль торца 13 в радиальном направлении.
При работе уплотнения, например, в составе насоса, перекачивающего жидкость, благодаря наличию конфузорной щели 10 появляется гидравлическая радиальная сила, стремящаяся при приближении вала к
поверхности 11 отверстия в радиальном направлении. сдвинуть кольцо 8, 7 так, чтобы не происходило касания кольца 8 о вал 1. С этой целью усилие прижатия кольца к торцу 13, создаваемое пружиной 14 должно быть рассчитано.
б
a
1
2
1
2
б
Должна быть рассчитана величина натяга "А", создаваемого кольцом 7, чтобы создать путем деформации кольца 8 в месте расположения козырька 9 осадку диаметра "D" внутренней поверхности кольца 8 до диаметра "D". Форма поверхности 11 отверстия кольца 8 может быть выбрана конической, параболической или какой-либо другой, но одинаковый контур этой поверхности между плоскостями "а-а" и "б-б" (то есть стабильность радиальной гидравлической силы, стремящейся сдвинуть кольцо 4 в сборе, не допуская касания кольца о вал) - будет обеспечен соотношением ширины колец "H" и "Н", толщин колец "S" и "S" величиной натяга "Δ" и формой колец - параметрами, которые легче обеспечить одинаковыми, чем угол конусности в известной конструкции плавающего кольца. А форма конфузора будет плавной, так как первоначальный диаметр "D" не имеет каких-либо уступов. Таким образом, преимуществом предложенной полезной модели является стабильность размеров и формы конфузорной щели и, следовательно, стабильность подъемной силы, не допускающей касания вала при его биении в процессе вращения, что позволяет осуществить "плавание" кольца вслед за биением вала.
1
2
2
1
Толщина "S" выбирается большей, чем толщина "S" козырька, чтобы обеспечить зазор " Z" меньше зазора "Z" за счет увеличения жесткости кольца 7, создающего натяг в соединении колец 7 и 8.