Торцовое уплотнение вала

Торцовое уплотнение вала
Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к устройствам охлаждения торцовых уплотнений вала.
Охлаждаемые торцовые уплотнения состоят из уплотнительного узла с ограниченной температурой эксплуатации, в основном, до 180° С и системы, обеспечивающей понижение температуры в зоне уплотнения до приемлемой температуры.
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. F04D 29 / 06,1977).
Известны торцовые уплотнения с независимыми (основным и предварительным) контурами охлаждения, в вертикально или горизонтально расположенных теплообменниках которьк установлены змеевики (Э.Майер, Торцовые уплотнения. Машиностроение, М., 1978, с.226 - 228).
Недостатком выщеуказанных устройств является низкая степень охлаждения торцового уплотнения из-за слабо организованного потока охлаждающей жидкости.
,...,..,......JBPP)||j|||i - МПК: F04D 29 / 10
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является торцовое уплотнение для нефтяных насосов с системой охлаждения с замкнутым контуром, содержащем уплотнительный узел и систему охлаждения с встроенным холодильником, 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 вьшолнены винтовые канавки, увеличивающие теплообмен (А. И. Голубев, справочник. Уплотнения и уплотнительная техника. Машиностроение, М., 1986, с. 444, рис. 13.18, см приложение).
Недостатком данной системы охлаждения является низкая степень охлаждения торцового уплотнения из-за слабо организованного потока охлаждающей жидкости, особенно при ограниченной (малой) длине холодильника.
Технический результат от использования полезной модели заключается в интенсификации охлаждения торцового уплотнения вала и повышение надежности работы торцового уплотнения.
Указанный технический результат достигается тем, что в торцовом уплотнение вала, содержащем )шлотнительный узел и установленный на валу и включенный в замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости встроенный холодильник (теплообменник), корпус которого вьшолнен из
коаксиально расположенных относительно вала двук втулок с загерметизированным межвтулочным торцом, внутри корпуса холодильника расположена цилиндрическая перегородка, на внутренней поверхности корпуса холодильника со стороны вала выполнены винтовые канавки, в корпусе холодильника за цилиндрической перегородкой размещена вторая цилиндрическая перегородка, на внешней поверхности которой вьшолнены винтовые канавки..
В варианте выполнения уплотнения в корпусе холодильника со стороны загерметизированного торца размещено, по меньщей мере, одно кольцо.
Целесообразно вьшолнение поверхности кольца неровной, например, с выступами.
В вариантах выполнения торцового зшлотнения вала охлаждающая среда подается в полость между цилиндрическими перегородками или в полости, образованные корпусом (втулками) холодильникаи
цилиндрическими перегородками.
На фиг. 1 показан общий вид торцового уплотнения с встроенным холодильником (продольный разрез);
на фиг. 2 - вариант выполнения холодильника с кольцами;
на фиг. 3 - общий вид кольца;
на фиг. 4 - поперечное сечение кольца.
Через корпус 1 проходит вал 2, на котором размещены уплотняющий узел 3 торцового уплотнения и встроенный холодильник 4, включенный в замкнутый контур тщркулящан охлаждающей жидкости с помощыо каналов 5. Корпус холодильника 4, выполненный в виде коаксиадьно расположенных относительно вала двух втулок 6 (по типу втулка во втулке) с загерметизированным межвтулочным торцом 7, установлен на валу 2 с минимальным зазором. Внутри корпуса холодильника коаксиально установлены две цилиндрические перегородки 8 и 9. Ш внутренней поверхности корпуса холодильника (со стороны вала) и на внешней поверхности перегородки 9 вьшолнены винтовые канавки 10 (фиг. 1). Со стороны загерметизированного торца 7 в корпусе холодильника размещены кольца 11, образующие не участвующие в цир1 ляции охлаждающей среды застойные зоны (фиг. 2). Поверхность колец покрыта выступами 12 (СМ.ФИГ. 3-4).
Торцовое уплотнение работает следующим образом.
Под действием перепада давлений, созданное внешним источником, охлаждающая жидкость поступает в холодильник 4, проходит поступательно вдоль вала, одновременно закручиваясь по винтовым канавкам 6, касаясь каждой точки охлаждаемой поверхности. Когда поток воды доходит до торца 7 корпуса холодильника, он, не меняя направления в торцовой полости, снова, но уже по винтовым канавкам на цилиндрической перегородке 9 возвращается в контур циркуляции через один из каналов 5. Винтовые
канавки интенсифицируют охлаждение внешней поверхности корпуса холодильника и рабочих поверхностей агрегата, обеспечивая нормальный температурный режим работы торцового уплотнения.
Учитывая, что холодильник встречается с самой горячей средой перекачиваемой жидкости своей торцовой частью, кольца 11 создают тепловой барьер, отделяя часть воды от завизфенного потока, превращая ее в нециркулирующую. Неровная поверхность колец не позволяет им слипаться, усиливая мощность теплового барьера.
Введение второй перегородки 9 в полость корпуса холодильника позволяет создать еще один канал для циркуляции воды, увеличивая эффективность охлаждения при ограничении длины холодильника. При этом интенсивность охлаждения может быть разной в зависимости от пути подачи охлаждающей среды.
Когда охлаждающая жидкость под напором подается через канал 13 между перегородками 8 и 9, доходя до полости торца 7 она нагревается слабо, так как не проходит через сильно нагретые поверхности, а разворачиваясь у торца 7 жидкость разделяется на два потока, которые проходят между корпусом холодильника и перегородками 8 и 9, охлаждая сильно нагретые участки слабо нагретой жидкостью. Интенсивность теплообмена Q, которая связана зависимостью Q  k At F, увеличивается (при постоянной площади охлаждения F) за счет
увеличения разности температур At нагретых поверхностей и охлаждаемой среды.
Когда же жидкость под напором подается в каналы 14, образованные корпусом (втулками 6) холодильника и перегородками 8 и 9, то по пути следования она соприкасается с сильно нагретыми поверхностями вала и корпуса агрегата и, соответственно, сильнее нагревается, эффективнее охлаждая вал и корпус агрегата, препятствуя поступления тепла к торцовому )шлотнению.
По сравнению с прототипом полезная модель даже при ограниченных размерах холодильника позволяет усилить эффект охлаждения контактирующих с агрегатом поверхностей торцового уплотнения, улучщшъ условия его работы и повысить надежность, что особенно важно при работе торцовых уплотнений в насосах, перекачивающих высокотемпературные среды. Опытные испытания, проведенные заявителем, доказали эффективность предлагаемого рещения.
Перечисленные признаки отличают техническое рещение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям полезной модели.