КОНТАКТНОЕ КОЛЬЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ С ГАЗОВОЙ СМАЗКОЙ, ИМЕЮЩЕЕ УЛУЧШЕННУЮ ЗАЩИТУ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
CONTACT RING SEAL WITH GAS LUBRICANT, HAVING IMPROVED PROTECTION AGAINST CONTAMINATION

Изобретение касается системы контактного кольцевого уплотнения с газовой смазкой, которая применяет в качестве затворной среды газообразную текучую среду, причем эта система контактного кольцевого уплотнения имеет улучшенную защиту от загрязнения.
Контактные кольцевые уплотнения с газовой смазкой применяются, например, у компрессоров для уплотнения приводного вала компрессора. В качестве затворной среды для уплотнения уплотнительного зазора между вращающимся и стационарным контактным кольцом у контактных колец с газовой смазкой применяется газообразная текучая среда, например, воздух или азот. При работе системы контактного кольцевого уплотнения частички грязи в виде мелких твердых тел или т.п. могут попадать в уплотнительный зазор и повреждать поверхности скольжения вращающегося и/или стационарного контактного кольца. Из-за этого снижается срок службы контактного кольцевого уплотнения.
Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставить систему контактного кольцевого уплотнения, которая при простой конструкции и возможности простого, экономичного изготовления обеспечивает возможность улучшенной защиты от загрязнений. Далее, задачей изобретения является предоставить компрессор, имеющий систему контактного кольцевого уплотнения с продленным сроком службы.
Эта задача решается с помощью системы контактного кольцевого уплотнения с признаками п.1 формулы изобретения и компрессора с признаками п.11 формулы изобретения. В каждом из зависимых пунктах формулы изобретения показаны соответственно предпочтительные усовершенствования изобретения.
Предлагаемая изобретением система контактного кольцевого уплотнения с признаками п.1 формулы изобретения имеет то преимущество, что возможна улучшенная защита от загрязнения, так что можно избежать поступления твердотельных частичек, таких как пыль или мелкие твердые частицы или т.п., в уплотнительный зазор между вращающимся и стационарным контактным кольцом. Благодаря этому может достигаться значительно более надежная работа системы контактного кольцевого уплотнения, вследствие чего также увеличивается срок службы системы контактного кольцевого уплотнения. В соответствии с изобретением это достигается за счет того, что система контактного кольцевого уплотнения с газовой смазкой имеет контактное кольцевое уплотнение, имеющее вращающееся контактное кольцо и стационарное контактное кольцо, которые задают между собой уплотнительный зазор. Далее, предусмотрено подтягивающее устройство (устройство для предварительного напряжения), которое подтягивает (предварительно напрягает) стационарное контактное кольцо в направлении вращающегося контактного кольца. Также предусмотрена камера для текучей среды, в которую может вводиться газообразная текучая среда, причем эта газообразная текучая среда применяется в качестве затворной среды для контактного кольцевого уплотнения и подается в уплотнительный зазор. Также система контактного кольцевого уплотнения включает в себя первый держатель контактного кольца для удерживания вращающегося контактного кольца, причем этот первый держатель контактного кольца имеет первую осевую поверхность, и второй держатель контактного кольца для удерживания стационарного контактного кольца, причем этот второй держатель контактного кольца имеет вторую осевую поверхность. При этом второй держатель контактного кольца и стационарное контактное кольцо вместе расположены с возможностью смещения в осевом направлении системы контактного кольцевого уплотнения на поверхности смещения. Также осевой зазор ограничивается первой и второй осевой поверхностью. При этом осевой зазор ориентирован перпендикулярно средней оси системы контактного кольцевого уплотнения. Также у уплотнительного зазора контактного кольцевого уплотнения выполнена предкамера, причем эта предкамера через осевой зазор соединена с камерой для текучей среды. Таким образом, благодаря наличию дополнительного осевого зазора на пути течения газообразной текучей среды из камеры для текучей среды в направлении уплотнительного зазора предотвращается возможность попадания частичек грязи, которые могут иметься в газообразной текучей среде, в уплотнительный зазор. Так как первый держатель контактного кольца, который удерживает вращающееся контактное кольцо, вращается вместе с вращающимся контактным кольцом, при работе системы контактного кольцевого уплотнения проникновение твердых веществ в осевой зазор заметно затрудняется, так как вследствие вращения создаются центробежные силы по существу наружу, благодаря чему частички грязи и т.п. откидываются прочь от осевого зазора. Тем самым заметно затруднен путь твердотельных частичек в направлении уплотнительного зазора.
Также предпочтительно система контактного кольцевого уплотнения включает в себя втулку, которая имеет цилиндрическую наружную поверхность, образующую поверхность смещения, на которой расположены с возможностью смещения вместе в осевом направлении второй держатель контактного кольца и стационарное контактное кольцо. Альтернативно предпочтительно поверхность смещения может быть также расположена на корпусе.
Также предпочтительно система контактного кольцевого уплотнения включает в себя камеру для уравнивания давления, которая через первый кольцевой зазор соединена с камерой для текучей среды. С помощью этой камеры для уравнивания давления может осуществляться уравнивание давления на стационарном контактном кольце. Благодаря этому, в частности, при начале движения контактного кольцевого уплотнения из неподвижного состояния может поддерживаться низкое давление, которое должно создаваться в уплотнительном зазоре.
Также предпочтительно система контактного кольцевого уплотнения имеет, кроме того, защитную кромку, которая расположена радиально снаружи и над осевым зазором. Благодаря этому дополнительно предотвращается возможность попадания частичек твердого вещества, которые могут иметься в газообразной текучей среде, служащей затворной средой, в направлении уплотнительного зазора контактного кольцевого уплотнения. Защитная кромка предусмотрена предпочтительно на первом держателе контактного кольца или на втором держателе контактного кольца или как на первом, так и на втором держателе контактного кольца.
По другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения отношение длины L осевого зазора к ширине B осевого зазора больше или равно 2:1. Тем самым гарантируется, что длина осевого зазора всегда будет заметно больше ширины, благодаря чему затрудняется проникновение частичек твердого вещества в осевой зазор.
Предпочтительно система контактного кольцевого уплотнения включает в себя также сливной желоб, который расположен на наружном периметре второго держателя контактного кольца. Причем этот сливной желоб гарантирует, что при неподвижном состоянии устройства, в котором расположена система контактного кольцевого уплотнения, среда, в частности происходящий из газообразной текучей среды конденсат, может стекать по наружному периметру в сливном желобе вниз. Благодаря этому конденсат может надежно выпускаться, например, на выпуске.
Особенно предпочтительно подтягивающее устройство для подтягивания стационарного контактного кольца в направлении вращающегося контактного кольца представляет собой пружинный элемент. Этот пружинный элемент может получаться просто и экономично. Особенно предпочтительно пружинный элемент расположен между корпусом и вторым держателем контактного кольца, который удерживает стационарное контактное кольцо.
Камера для уравнивания давления имеет, кроме того, то преимущество, что в случае осевых движений вращающегося вала, на котором, например, через втулку вала или прямо на котором расположено вращающееся контактное кольцо, возможно непосредственное подталкивание стационарного контактного кольца. Так как осевой зазор образован между первой и второй осевой поверхностью на первом и втором держателе контактного кольца, даже при осевом движении вращающегося контактного кольца вследствие толчка или т.п. предотвращается контакт между первым и вторым держателем контактного кольца возле осевого зазора. Осевой зазор может также поддерживаться при работе в каждой рабочей ситуации.
Для особенно простой и компактной конструкции второй держатель контактного кольца имеет предпочтительно чашеобразную конфигурацию. Также предпочтительно система контактного кольцевого уплотнения включает в себя, кроме того, вспомогательное уплотнение, которое уплотняет на поверхности смещения. Поэтому вспомогательное уплотнение предпочтительно выполнено таким образом, что возможно совместное движение на поверхности смещения второго держателя контактного кольца и стационарного контактного кольца.
По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения между осевым зазором и предкамерой возле уплотнительного зазора контактного кольцевого уплотнения расположен второй радиальный зазор. Этот второй радиальный зазор представляет собой предохранительное устройство от загрязнения уплотнительного зазора частичками твердого вещества. Благодаря этому система контактного кольцевого уплотнения может еще лучше защищаться от грязи.
Особенно предпочтительно вторая ширина радиального зазора равна первой ширине осевого зазора.
Далее, настоящее изобретение касается компрессора для сжатия газообразной текучей среды, включающего в себя систему контактного кольцевого уплотнения в соответствии с настоящим изобретением. Этот компрессор является предпочтительно радиальным компрессором. При этом особенно предпочтительно газообразная текучая среда, которая была сжата компрессором, отводится и вводится в камеру для текучей среды. При этом уже имеющаяся газообразная текучая среда в компрессоре может также применяться в качестве затворной среды для работы системы контактного кольцевого уплотнения. Для этого невозможно отдельное снабжение затворной текучей средой. При этом имеется повышенная опасность загрязнения газообразной текучей среды. Однако следует заметить, что может быть также предусмотрено, чтобы газообразная текучая среда, которая применяется в качестве затворной среды контактного кольцевого уплотнения, предоставляется отдельным циркуляционным контуром затворной среды.
Ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи описываются в деталях предпочтительные примеры осуществления. На чертежах показано:
фиг.1: схематичный вид сечения компрессора, имеющего систему контактного кольцевого уплотнения с газовой смазкой по первому примеру осуществления изобретения;
фиг.2: увеличенный местный вид сечения системы контактного кольцевого уплотнения с фиг.1;
фиг.3: схематичный вид компрессора, имеющего систему контактного кольцевого уплотнения по второму примеру осуществления изобретения, и
фиг.4: схематичный вид компрессора, имеющего систему контактного кольцевого уплотнения по третьему примеру осуществления изобретения.
Ниже со ссылкой на фиг.1 и 2 в деталях описывается система 1 контактного кольцевого уплотнения по первому предпочтительному примеру осуществления изобретения. При этом система 1 контактного кольцевого уплотнения уплотняет камеру 6 для текучей среды относительно атмосферы 60.
Как явствует из фиг.1, контактное кольцевое уплотнение 1 расположено при этом на вращающемся валу 15 и осуществляет уплотнение на компрессоре 16. Компрессор сжимает газообразную текучую среду, которая по напорному трубопроводу 17 направляется к потребителю. От напорного трубопровода 17 ответвляется ответвленный трубопровод 18, который ведет к камере 6 для текучей среды в системе 1 контактного кольцевого уплотнения.
Система 1 контактного кольцевого уплотнения включает в себя контактное кольцевое уплотнение, имеющее вращающееся контактное кольцо 2 и стационарное контактное кольцо 3, которые задают между собой уплотнительный зазор 4.
При этом контактное кольцевое уплотнение уплотняет камеру 6 для текучей среды относительно атмосферы 60.
Вращающееся контактное кольцо 2 удерживается посредством первого держателя 20 контактного кольца. При этом первый держатель 20 контактного кольца через втулочный участок 20a закреплен прямо на валу 15. При этом первый держатель 20 контактного кольца частично окружает вращающееся контактное кольцо 2. Стационарное контактное кольцо 3 удерживается посредством второго держателя 30 контактного кольца. При этом предусмотрен кольцевой вспомогательный уплотнительный элемент 35, который расположен между вторым держателем 30 контактного кольца и стационарным контактным кольцом 3.
Как явствует из фиг.1, стационарное контактное кольцо 3 и вспомогательный уплотнительный элемент 35 расположены с возможностью скользящего движения на поверхности 32 смещения втулки 33. Втулка 33 неподвижно зафиксирована на корпусе 34. Поверхность 32 смещения в этом примере осуществления является цилиндрической поверхностью, благодаря чему обеспечивается возможность осевого подталкивания стационарного контактного кольца 3 при осевых движениях вращающегося контактного кольца 2.
С помощью подтягивающего устройства 5, которое в этом примере осуществления представляет собой пружинный элемент, стационарное контактное кольцо 3 подтягивается (предварительно напрягается) в осевом направлении X-X относительно вращающегося контактного кольца 2. При этом подтягивающее устройство 5 расположено между корпусом 34 и стационарным вторым держателем 30 контактного кольца.
Как явствует также из фиг.1, рядом с уплотнительным зазором 4 расположена предкамера 8. Далее, предусмотрена также камера 9 для уравнивания давления, которая, как явствует из фиг.1, проходит до задней стороны второго держателя 30 контактного кольца. В камере 9 для уравнивания давления в этом примере осуществления расположено подтягивающее устройство 5.
При этом предкамера 8 через осевой зазор 7 соединена с камерой 6 для текучей среды. Осевой зазор 7 в деталях явствует из фиг.2. При этом осевой зазор 7 образуется первой осевой поверхностью 21 первого держателя 20 контактного кольца и второй осевой поверхностью 31 стационарного второго держателя 30 контактного кольца. При этом осевой зазор 7 имеет первую ширину B1. Далее, осевой зазор 7 имеет длину L в радиальном направлении. Таким образом, осевой зазор 7 задает расстояние между первой осевой поверхностью 21 и второй осевой поверхностью 31, которое всегда больше, чем уплотнительный зазор 4 между вращающимся и стационарным контактным кольцом.
При этом отношение длины L к первой ширине B1 осевого зазора 7 больше или равно 2. Как явствует и фиг.2, осевой зазор 7 образован исключительно в радиальном направлении к осевому направлению X-X.
Как явствует также из фиг.1 и 2, между камерой 6 для текучей среды и камерой 9 для уравнивания давления предусмотрен также первый радиальный зазор 10. Этот первый радиальный зазор 10 имеет постоянную ширину B3. Эта ширина B3 предпочтительно меньше второй ширины B2 радиального зазора 12. При этом ширина B3 по возможности мала, чтобы минимизировать течение текучей среды в камеру 9 для уравнивания давления и достичь практического разобщения камеры 9 для уравнивания давления с камерой 6 для текучей среды. Тем самым, в частности, предотвращается подпадание частичек грязи или т.п. в камеру 9 для уравнивания давления.
Далее, на пути текучей среды из камеры 6 для текучей среды к предкамере 8 предусмотрен второй радиальный зазор 12, который проходит с постоянной второй шириной B2 в осевом направлении X-X. Причем эта вторая ширина B2 равна первой ширине B1 осевого зазора 7.
Как явствует также из фиг.1, осевой зазор 7 расположен в осевом направлении X-X со сдвигом относительно уплотнительного зазора 4.
При этом предкамера 8 через второй радиальный зазор 12 и осевой зазор 7 соединена с камерой 6 для текучей среды.
Так как и осевой зазор 7, и второй радиальный зазор 12 выполнен между первым держателем 20 контактного кольца и вторым держателем 30 контактного кольца, изготовление этой системы зазоров является особенно экономичным.
Итак, при работе вследствие определенных рабочих ситуаций система 1 контактного кольцевого уплотнения может испытывать осевые относительный движения, в частности вследствие тепловых расширений вала 15, что может приводить к относительным движениям в осевом направлении между валом 15 и корпусом 34. При этом вращающееся контактное кольцо 2, которое через первый держатель 20 контактного кольца соединено с валом 15, может совершать осевое движение F в осевом направлении X-X, которое, например, направлено в направлении компрессора 16. При этом уплотнительный зазор 4 между вращающимся контактным кольцом 2 и стационарным контактным кольцом 3 увеличивался бы. Но теперь, благодаря камере 9 для уравнивания давления и расположенному в ней подтягивающему устройству 5, а также поверхности 32 смещения на втулке 33, стационарное контактное кольцо 3 может сразу следовать движению вращающегося контактного кольца 2 и тоже двигаться в направлении осевого смещения вращающегося контактного кольца 2. Поэтому уплотнительный зазор 4 остается постоянным. Так как осевой зазор 7 образован двумя конструктивными элементами первого и второго держателя 20, 30 контактного кольца, может предотвращаться возникновение контакта между первой и второй осевыми поверхностями 21, 31, которые образуют осевой зазор 7, так как держатели 20, 30 контактных колец движутся вместе с контактными кольцами 2, 3.
Так как первая ширина B1 больше, чем ширина уплотнительного зазора 4, даже при осевом сдвиге вращающегося контактного кольца 2 в направлении стационарного контактного кольца 3 не возникал бы контакт между первой осевой поверхностью 21 и второй осевой поверхностью 31, так как сначала возникал бы контакт поверхностей скольжения на вращающемся контактном кольце 2 и на стационарном контактном кольце 3. Таким образом, ни в одном рабочем состоянии не может появляться контакт между первой осевой поверхностью 21 и второй осевой поверхностью 31, так что осевой зазор 7 имеется всегда, независимо от данной рабочей ситуации.
Также на наружном периметре стационарного второго держателя 30 контактного кольца выполнен сливной желоб 11. Этот сливной желоб 11 проведен по меньшей мере по половине периметра второго держателя 30 контактного кольца, предпочтительно по всему периметру держателя 30 контактного кольца. Сливной желоб 11 служит для отвода конденсата, который может конденсироваться из газообразной текучей среды в разных рабочих ситуациях. Конденсат может направляться по сливному желобу 11 вниз в область системы контактного кольцевого уплотнения, в которой предусмотрен слив или т.п.
Как явствует также из фиг.1, между компрессором 16 и системой 1 контактного кольцевого уплотнения на валу 15 расположен также уплотнительный конструктивный элемент 50, имеющий лабиринтное уплотнение 51.
Таким образом, теперь благодаря наличию осевого зазора 7, можно избежать загрязнения предкамеры 8 и, в частности, уплотнительного зазора 4 между вращающимся и стационарным контактным кольцом 2, 3 и задней стороной контактных колец. Наличие осевого зазора 7 мешает частичкам твердого вещества или капелькам жидкости, которые могли бы иметься в отведенной от напорного трубопровода 17 газообразной текучей среде, двигаться к уплотнительному зазору 4. Так как в рабочем случае первый держатель 20 контактного кольца вращается вместе с вращающимся валом 15 и вращающимся контактным кольцом 2, возле осевого зазора 7 получается также еще направленное радиально наружу течение, которое дополнительно приводит к удерживанию твердых веществ вдали от осевого зазора 7. При этом осевой зазор 7 поддерживается и в таких рабочих случаях, в которых возникает осевое движение контактных колец. Даже в таком случае можно избежать возможности попадания твердых веществ к предкамере 8. Тем самым значительно продлевается срок службы системы контактного кольцевого уплотнения для контактных кольцевых уплотнений с газовой смазкой.
На фиг.3 показана система 1 контактного кольцевого уплотнения и компрессор 16 по второму примеру осуществления изобретения.
В отличие от первого примера осуществления, во втором примере осуществления дополнительно на вращающемся первом держателе 20 контактного кольца расположена еще защитная кромка 26. Как явствует из фиг.3, защитная кромка 26 расположена радиально снаружи над осевым зазором 7. Благодаря этому имеется дополнительное устройство, которое предотвращает возможность попадания загрязнений в осевой зазор 7 и при известных условиях в предкамеру 8 и, в частности, к уплотнительному зазору 4. Защитная кромка 26 имеет скос 27, который направлен в направлении осевого зазора 7. Благодаря этому можно избежать загрязнений на защитной кромке 26. При этом система 1 контактного кольцевого уплотнения по второму примеру осуществления становится еще более устойчивой к грязи, благодаря чему может еще больше увеличиваться срок службы системы контактного кольцевого уплотнения.
На фиг.4 показана система 1 контактного кольцевого уплотнения и компрессор 16 по третьему примеру осуществления изобретения. В отличие от второго примера осуществления, в третьем примере осуществления защитная кромка 36 расположена на стационарном втором держателе 30 контактного кольца. Как и во втором примере осуществления, защитная кромка 36 расположена радиально снаружи и над осевым зазором 7. При этом принцип действия такой же, как и во втором примере осуществления, так что может надежно предотвращаться возможность попадания частиц грязи в предкамеру 8 и, в частности, в уплотнительный зазор между вращающимся и стационарным контактным кольцом.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Система контактного кольцевого уплотнения
2 Вращающееся контактное кольцо
3 Стационарное контактное кольцо
4 Уплотнительный зазор
5 Подтягивающее устройство (устройство предварительного напряжения)
6 Камера для текучей среды
7 Осевой зазор
8 Предкамера
9 Камера для уравнивания давления
10 Первый радиальный зазор
11 Сливной желоб
12 Второй радиальный зазор
15 Вал
16 Компрессор
17 Напорный трубопровод
18 Ответвленный трубопровод
20 Первый держатель контактного кольца
20a Втулочный участок
21 Первая осевая поверхность
26 Защитная кромка
27 Скос
30 Второй держатель контактного кольца
31 Вторая осевая поверхность
32 Поверхность смещения
33 Втулка
34 Корпус
35 Вспомогательный уплотнительный элемент
36 Защитная кромка
50 Уплотнительный конструктивный элемент
51 Лабиринтное уплотнение
60 Атмосфера
B1 Первая ширина
B2 Вторая ширина
B3 Третья ширина
F Осевое движение
L Длина
X-X Осевое направление