СИСТЕМА ТОРЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ С БЛОКИРОВКОЙ ВЫКЛЮЧЕНИЯ
MECHANICAL SEAL WITH SHUTDOWN INTERLOCK

Данное изобретение относится к системе торцевого уплотнения с блокировкой выключения для вращающегося кольца скольжения, в частности при использовании с загрязненными средами.
Системы торцевого уплотнения известны из уровня техники в различных исполнениях. Для того чтобы предотвращать выключение кольца скольжения, они, как правило, насаживаются в горячем состоянии на втулку или тому подобное. Вследствие этого достигается соединение с силовым замыканием между кольцом скольжения и втулкой, предотвращающее осевое движение и выключение кольца скольжения в осевом направлении. В частности, при уплотнении загрязненных сред, например сырой нефти, обычно используются кольца скольжения с алмазным покрытием. Однако из-за покрытия подобное кольцо скольжения не может насаживаться в горячем состоянии на втулку или тому подобное. Кольца скольжения с алмазным покрытием предоставляют при загрязненных средах в частности преимущество более продолжительного срока службы. Подобные кольца скольжения должны в связи с этим располагаться свободно, то есть подвижно в осевом направлении системы торцевого уплотнения. Однако ввиду использования в загрязненных средах возможно, что частицы загрязнений могут попадать из среды в зазор на вращающемся кольце скольжения и приводить к смещению или перекосу на поверхности скольжения.
Исходя из этого, задача данного изобретения предоставить систему торцевого уплотнения, которая при простой конструкции и простой, экономичной реализуемости имеет свободно установленное кольцо скольжения, которое делает возможным надежную подгонку в осевом направлении и может без проблем использоваться в загрязненных средах.
Эта задача решается с помощью системы торцевого уплотнения с признаками пункта 1 формулы изобретения, зависимые пункты показывают предпочтительные усовершенствования изобретения.
Соответствующая изобретению система торцевого уплотнения с признаками пункта 1 формулы изобретения имеет вращающееся и неподвижное кольцо скольжения, которые между собой ограничивают уплотнительный зазор. Кроме того, предусмотрен сильфонный элемент, который делает возможной подгонку вращающегося кольца скольжения в осевом направлении торцевого уплотнения. Блокировка выключения предотвращает осевое выключение вращающегося кольца скольжения. Блокировка выключения включает в себя внутреннюю втулку с направленным в радиальном направлении наружу ребром. На кольце скольжения предусмотрен направленный в радиальном направлении внутрь выступ с контактной поверхностью. Вращающееся кольцо скольжения может при этом свободно перемещаться в осевом направлении и свободно расположено на внутренней втулке. Вследствие этого горячее насаживание вращающегося кольца скольжения больше не требуется. Блокировка выключения предотвращает нежелательное выключение вращающегося кольца скольжения при осевой подгонке кольца скольжения. Так как процесс горячей напрессовки не требуется для фиксации вращающегося кольца скольжения, вращающееся кольцо скольжения может иметь алмазное покрытие или другое покрытие. Кроме того, блокировка выключения расположена во внутренней области системы торцевого уплотнения, в которой она не вступает в контакт с загрязненной средой. Вследствие этого может обеспечиваться высокая эксплуатационная надежность системы торцевого уплотнения, соответствующей изобретению. К внутренней втулке прилегает таким образом чистая барьерная среда или тому подобное, и проникновение загрязнений между кольцом скольжения и внутренней втулкой исключено. Вследствие этого также не возникают во время эксплуатации перекосы или иные повреждения кольца скольжения вследствие загрязненной среды. Кроме того, могут создаваться условия для неразрушающего демонтажа вращающегося кольца скольжения, так как отсутствует горячая напрессовка или тому подробное на втулке.
Далее предпочтительно направленное наружу ребро внутренней втулки находится в непосредственном контакте с контактной поверхностью вращающегося кольца скольжения. Вследствие этого могут создаваться условия для надежного движения вращающегося кольца скольжения в осевом направлении. Кроме того, непосредственный контакт предотвращает нежелательное выключение вращающегося кольца скольжения.
Наиболее предпочтительно контактная поверхность на вращающемся кольце скольжения ориентирована перпендикулярно к осевому направлению. Вследствие этого может обеспечиваться простая конструкция.
Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления данного изобретения система торцевого уплотнения включает в себя пружинный элемент, который расположен между ребром внутренней втулки и контактной поверхностью вращающегося кольца скольжения. Пружинный элемент предоставляет при этом в осевом направлении усилие пружины и обеспечивает беззазорное соединение между внутренней втулкой и вращающимся кольцом скольжения. Пружинный элемент предпочтительно является волнистой пружиной.
Далее предпочтительно предусмотрена наружная втулка, которая соединена с внутренней втулкой. Вследствие этого возможно передавать крутящий момент с вращающегося конструктивного элемента, например, вала, через сильфонный элемент и наружную втулку на вращающееся кольцо скольжения. Для передачи крутящего момента между наружной втулкой и вращающимся кольцом скольжения предпочтительно предусмотрен один или несколько штифтов, в частности цилиндрических штифтов.
Далее предпочтительно между наружной втулкой и внутренней втулкой предусмотрено сварное соединение.
Согласно альтернативному варианту осуществления данного изобретения между наружной втулкой и внутренней втулкой предусмотрено стопорное соединение. Предпочтительно выполнены при этом два стопорных носика на наружной втулке, которые входят в зацепление с соответствующими выемками на внутренней втулке. Вследствие этого возможно, что наружная втулка и внутренняя втулка могут отсоединяться друг от друга без разрушения, а также вращающееся кольцо скольжения может извлекаться без разрушения.
Для наиболее компактной конструкции предпочтительно сильфонный элемент неподвижно соединен с наружной втулкой.
Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления данного изобретения наружная втулка охватывает вращающееся кольцо скольжения частично. Вследствие этого может достигаться защита отвернутого от уплотнительного зазора конца вращающегося кольца скольжения от загрязненной среды. Наиболее предпочтительно расположен при этом дополнительный уплотнительный элемент, в частности кольцо круглого сечения, между наружной втулкой и вращающимся кольцом скольжения. Дополнительный уплотнительный элемент расположен наиболее предпочтительно в пазе в наружной втулке, причем паз образован на внутренней окружной области наружной втулки, которая направлена к вращающемуся кольцу скольжения.
Далее предпочтительно предусмотрено между наружной втулкой и вращающимся кольцом скольжения контактное уплотнение. Контактное уплотнение предпочтительно предусмотрено на отвернутом от уплотнительного зазора конце вращающегося кольца скольжения и наружной втулки.
Вращающееся кольцо скольжения наиболее предпочтительно имеет алмазное покрытие. Вследствие этого возможно использовать вращающееся кольцо скольжения с алмазным покрытием, которое расположено в системе торцевого уплотнения без силового замыкания и в частности с возможностью подгонки в осевом направлении. Далее возможен неразрушающий демонтаж вращающегося кольца скольжения. Вследствие этого может заменяться только вращающееся кольцо скольжения, а остальные конструктивные элементы системы торцевого уплотнения, в частности сильфонный элемент, могут повторно использоваться.
Далее со ссылкой на приложенный чертеж подробно описывается система торцевого уплотнения согласно предпочтительным примерам осуществления изобретения. На чертеже идентичные или функционально идентичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. На чертеже показаны:
фиг. 1 - схематичный вид в разрезе системы торцевого уплотнения согласно первому предпочтительному примеру осуществления изобретения;
фиг. 2 - схематичный вид в разрезе системы торцевого уплотнения согласно второму предпочтительному примеру осуществления изобретения; и
фиг. 3 - увеличенное частичное изображение в разрезе показанной на фиг. 2 блокировки выключения.
Далее со ссылкой на фиг. 1 подробно описывается система 1 торцевого уплотнения согласно первому примеру осуществления изобретения.
Как видно из фиг. 1, система 1 торцевого уплотнения включает в себя вращающееся кольцо 2 скольжения и неподвижное кольцо 3 скольжения, которые между собой определяют уплотнительный зазор 4.
Неподвижное кольцо 3 скольжения зафиксировано на неподвижном конструктивном элементе 30, например, корпусе или тому подобном.
Система 1 торцевого уплотнения предусмотрена при этом для того, чтобы на вращающемся конструктивном элементе 14, например, валу, уплотнять область 12, в которой имеется загрязненная среда, от внутренней области 13 с уплотняющей средой, например барьерной средой, такой как масло или тому подобное.
Для того чтобы была возможность осуществлять осевые компенсирующие движения с вращающимся конструктивным элементом 14, далее предусмотрен сильфонный элемент 10, который через многоэлементный блок 11 фиксации сильфона неподвижно соединен с вращающимся конструктивным элементом 14 (см. фиг. 1). Вследствие этого осевые движения вала могут компенсироваться сильфонным элементом 10. Сильфонный элемент 10 состоит предпочтительно из металла.
Для того чтобы при подобных осевых движениях предотвращать выключение вращающегося кольца 2 скольжения, в частности при возвратно-поступательном движении в осевом направлении X-X, согласно изобретению предусмотрена блокировка 5 выключения.
Блокировка 5 выключения включает в себя внутреннюю втулку 6 и наружную втулку 7.
Вращающееся кольцо 2 скольжения установлено при этом свободно между внутренней втулкой 6 и наружной втулкой 7. Внутренняя втулка 6 расположена при этом на внутренней окружной частичной области вращающегося кольца 2 скольжения, а наружная втулка 7 на внешней окружной частичной области вращающегося кольца 2 скольжения. Наружная втулка 7 охватывает при этом внешнюю боковую область вращающегося кольца 2 скольжения.
Для передачи крутящего момента предусмотрены несколько цилиндрических штифтов 9, которые введены в выполненные соответствующим образом выемки на вращающемся кольце 2 скольжения и зафиксированы в наружной втулке 7 посредством посадки с натягом. Вследствие этого вращение вращающегося конструктивного элемента 14 может передаваться через многоэлементный блок 11 фиксации сильфона и сильфонный элемент 10 на наружную втулку 7 и от наружной втулки 7 на вращающееся кольцо 2 скольжения.
Дополнительное уплотнение 8 в виде кольца круглого сечения расположено далее между наружной втулкой 7 и вращающимся кольцом 2 скольжения. Для этого в наружной втулке 7 предусмотрена выполненная соответствующим образом выемка 71.
Сильфонный элемент 10 неподвижно соединен с наружной втулкой 7, например, посредством сварного соединения.
Кроме того, наружная втулка 7 и внутренняя втулка 6 также неподвижно соединены друг с другом. Предпочтительно здесь также предусмотрено сварное соединение 18.
Как видно далее из фиг. 1, на внутренней втулке 6 предусмотрено ребро 60, которое расположено на обращенном к уплотнительному зазору 4 конце внутренней втулки 6. Ребро 60 является проходящим по периметру в виде кольца ребром, которое прилегает к контактной поверхности 21 вращающегося кольца 2 скольжения. Контактная поверхность 21 выполнена на выступе 20 вращающегося кольца 2 скольжения. Вследствие этого возникает перпендикулярная к осевому направлению X-X контактная область 23 между ребром 60 и контактной поверхностью 21. Контактная область 23 между ребром 60 и контактной поверхностью 21 проходит таким образом в радиальном направлении системы торцевого уплотнения. Кроме того, внутренняя втулка 6 имеет несколько отверстий 61 на внутренней окружной области, для того чтобы подводить уплотняющую среду из внутренней области 13 во внутреннюю область 101 сильфонного элемента 10.
В отличие от уровня техники, в котором вращающееся кольцо 2 скольжения зафиксировано неподвижно на втулке при помощи горячего прессованного соединения, в данном изобретении вращающееся кольцо 2 скольжения расположено без силового замыкания между внутренней втулкой 6 и наружной втулкой 7. Вращающееся кольцо 2 скольжения таким образом перед монтажом свободно надевается на внутреннюю втулку 6, и затем внешняя втулка 7 неподвижно соединяется с внутренней втулкой 6, например, сварным соединением 18. Однако благодаря предусмотрению ребра 60 на внутренней втулке 6 выключение вращающегося кольца 2 скольжения из соединения между внутренней втулкой 6 и наружной втулкой 7 таким образом предотвращено. Тем самым в частности возможно, что на поверхности 22 скольжения вращающегося кольца 2 скольжения может предусматриваться покрытие, в частности алмазное покрытие.
Так как блокировка 5 выключения расположена по существу на внутреннем периметре вращающегося кольца 2 скольжения, система 1 торцевого уплотнения может использоваться в частности также в загрязненных средах, например, при вращающихся конструктивных элементах в нефтедобыче. В частности, может при этом предотвращаться то, что частицы из добываемой среды могут попадать из области 12 в контактную область 23 между ребром 60 и контактной поверхностью 21 и там приводить к отклонениям вращающегося кольца 2 скольжения из его выровненного в осевом направлении X-X положения. Подобные неправильные положения могли бы привести к нежелательному износу или контакту (торцевому биению) между вращающимся кольцом 2 скольжения и неподвижным кольцом 3 скольжения в области уплотнительного зазора 4. Кроме того, возможно, что вращающееся кольцо 2 скольжения может демонтироваться и заменяться без разрушения. И хотя для этого неразъемное соединение между внутренней втулкой 6 и наружной втулкой 7 должно устраняться, тем не менее свободно надетое кольцо скольжения может просто извлекаться, и новое вращающееся кольцо 2 скольжения может без внутренних напряжений располагаться в блокировке 5 выключения.
Кроме того, благодаря предусмотрению контактной области 23 между ребром 60 и контактной поверхностью 21 перпендикулярно к осевому направлению X-X может предотвращаться заклинивание конструктивных элементов.
Сверх этого, соответствующая изобретению система торцевого уплотнения может также использоваться для процессов с реверсом давления.
Фиг. 2 и 3 показывают систему 1 торцевого уплотнения согласно второму примеру осуществления изобретения.
В отличие от первого примера осуществления во втором примере осуществления предусмотрена блокировка 5 выключения, в которой предусмотрено неразрушаемое, разъемное соединение между внутренней втулкой 6 и наружной втулкой 7.
В этом примере осуществления между внутренней втулкой 6 и наружной втулкой 7 предусмотрено стопорное соединение 16. При этом внутренняя втулка 6 включает в себя стопорные носики 62, которые введены в зацепление с выполненными соответственно в ответной форме стопорными выемками 70 в наружной втулке 7. Это подробно видно на фиг. 3. Стопорное соединение 16 выполнено таким образом на отвернутом от уплотнительного зазора 4 конце внутренней втулки 6. Предпочтительно предусмотрен при этом проходящий по периметру стопорный носик 62 и соответственно проходящая по периметру стопорная выемка 70.
Кроме того, в отличие от первого примера осуществления предусмотрена волнистая пружина 15 между ребром 60 и контактной поверхностью 21 вращающегося кольца 2 скольжения. Волнистая пружина оказывает при этом усилие в осевом направлении X-X. Волнистая пружина 15 имеет волнистость в окружном направлении и прилегает попеременно к ребру 60 и контактной поверхности 21. Таким образом, приложенное волнистой пружиной 15 осевое усилие распределено в окружном направлении по существу равномерно.
Далее вместо использованного в первом примере осуществления уплотнения из эластомера в виде дополнительного уплотнения 8, во втором примере осуществления предусмотрено контактное уплотнение 17 между наружной втулкой 7 и вращающимся кольцом 2 скольжения. Вследствие этого в частности возможно, что торцевое уплотнение 1 второго примера осуществления может быть очень малогабаритным в радиальном направлении, то есть перпендикулярно к осевому направлению X-X.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 система торцевого уплотнения
2 вращающееся кольцо скольжения
3 неподвижное кольцо скольжения
4 уплотнительный зазор
5 блокировка выключения
6 внутренняя втулка
7 наружная втулка
8 дополнительное уплотнение
9 цилиндрический штифт
10 сильфонный элемент
11 блок фиксации сильфона
12 область
13 внутренняя область
14 вращающийся конструктивный элемент
15 пружинный элемент, волнистая пружина
16 стопорное соединение
17 контактное уплотнение
18 сварное соединение
20 выступ
21 контактная поверхность
22 поверхность скольжения
23 контактная область
30 корпус
60 ребро
61 отверстие в осевом направлении
62 стопорный носик
70 стопорная выемка
71 выемка
101 внутренняя область
X-X осевое направление