СКОЛЬЗЯЩЕЕ КОЛЬЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ С ВРАЩАЮЩИМСЯ КОНТРКОЛЬЦОМ С ТОЧНО ОПРЕДЕЛЕННЫМ ЗАЖИМОМ
SLIDING RING SEAL WITH ROTATORY COUNTER-RING WITH WELL-SPECIFIED CLAMP

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к скользящему кольцевому уплотнению, содержащему вращающееся контркольцо и неподвижное кольцо скольжения, причем контркольцо и кольцо скольжения имеют соответственно уплотнительные поверхности, прилегающие друг к другу, причем уплотнительная поверхность контркольца противолежит уплотнительной поверхности кольца скольжения.
Уровень техники
Скользящие кольцевые уплотнения вышеуказанного вида уже известны из ЕР 1209386 А1.
Контркольцо может вращаться относительно неподвижного кольца скольжения со скоростями скольжения относительно среднего диаметра поверхности скольжения до 200 м/сек. При высоких скоростях скольжения в результате вязкого скольжения в уплотнительной щели в кольцо скольжения и в контркольцо возникает значительное тепловложение. Аксиальные градиенты температуры в кольце скольжения и контркольце приводят к сильным деформациям колец. При этом геометрия уплотнительной щели может изменяться нежелательным или недопустимым образом, а именно, в отношении высоты уплотнительной щели, а также ее V-образного расширения.
На этом фоне из ЕР 1209386 А1 известна закрепленная от проворота затяжка вращающегося контркольца на валу с помощью втулки и зажимного элемента.
Недостатком известных скользящих кольцевых уплотнений является то, что вращающееся контркольцо во время вращения может производить нежелательные перекосы. При этом могут произойти нежелательные изменения геометрии уплотнительной щели между уплотнительными поверхностями. В этом случае скользящее кольцевое уплотнение не может более обеспечивать надежное функционирование во всех рабочих режимах.
Тем не менее, в частности, при использовании скользящих кольцевых уплотнений в лопастных машинах, например в компрессорах или газовых турбинах с весьма изменчивыми условиями эксплуатации в отношении давления, числа оборотов и температуры, к функционированию и к эксплуатационной надежности скользящих кольцевых уплотнений предъявляются весьма высокие требования.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поэтому в основу изобретения положена задача создания и усовершенствования скользящего кольцевого уплотнения вышеупомянутого вида с таким расчетом, чтобы оно обеспечивало надежное функционирование и эксплуатационную надежность даже при изменчивых и различных числах оборотов, давлениях и температурах.
Настоящее изобретение решает вышеупомянутую задачу с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения.
Сообразно этому вышеупомянутое скользящее кольцевое уплотнение отличается тем, что контркольцо имеет две радиальные плоскости, которым соответствует по одному зажимному упору.
Согласно изобретению установлено, что с помощью аксиально выступающих зажимных упоров может быть обеспечен определенный зажим контркольца. Возникающие опрокидывающие моменты могут компенсироваться и предотвращаться неожиданно легко. При этом прежде всего установлено, что контркольцо, зажатое между зажимными элементами, может вступать с ними во фрикционный контакт. При этом вступают в действие силы трения, создающие опрокидывающие моменты. Отсюда понятно, что зажимные упоры могут быть установлены таким образом, чтобы действующие опрокидывающие моменты взаимно компенсировались. При этом конкретно установлено, что зажимные упоры определяют плоскости, на которые опрокидывающие моменты могут действовать определенно и компенсированно. Поэтому контркольцо неожиданно проявляет высокий уровень стабильности даже при весьма изменчивых нагрузках в отношении давления, числа оборотов и температуры. Благодаря этому оптимальная геометрия уплотнительной щели сохраняется даже при весьма изменчивых условиях эксплуатации.
Под установлением соответствия между зажимными упорами и радиальными плоскостями понимается выполнение зажимных упоров либо непосредственно на контркольце, либо на зажимных элементах вала.
Следовательно, вышеуказанная задача решена.
Контркольцо может иметь две радиальные плоскости, от которых в аксиальном направлении выступает по одному зажимному упору. Предпочтительно, чтобы зажимные упоры были выполнены на контркольце, а не на втулке и зажимном элементе. Это связано с тем, что материал, используемый для контркольца, мягче, чем материал для втулки или зажимного элемента. Кроме того, стремятся к равномерной амортизации зажимных упоров.
Зажимные упоры могут выполняться кольцеобразно и концентрично относительно контркольца. Благодаря этому контркольцо может закрепляться на валу посредством линейного прессования.
Зажимные упоры могут быть выполнены из контркольца и заодно с ним.
Зажимные упоры могут быть выполнены в радиальном направлении по обе стороны контркольца на одном уровне. Этим добиваются того, чтобы опрокидывающие моменты могли действовать на одном уровне и успешно взаимно компенсироваться.
А именно, как только контркольцо и вал переместятся относительно друг друга в радиальном направлении, в действие вступают опрокидывающие моменты. Эти опрокидывающие моменты компенсируются за счет того, что зажимные упоры установлены на одном радиальном уровне.
Конструкция может содержать скользящее кольцевое уплотнение описанного здесь вида и вал, причем контркольцо соединено с валом посредством зажимного элемента и втулки без возможности проворота, причем первый зажимной упор прилегает к втулке, а второй зажимной упор - к зажимному элементу. Благодаря втулке и зажимному элементу контркольцо может быть зажато на валу в определенном положении.
Описанное здесь скользящее кольцевое уплотнение особенно удобно для использования в лопастных машинах, например, в компрессорах или газовых турбинах, поскольку оно обеспечивает надежное функционирование даже при изменчивых и различных числах оборотов, давлениях и температурах.
Описанное здесь скользящее кольцевое уплотнение уплотняет газ или смесь газа с жидкостью, причем уплотнительные поверхности имеют газовую смазку.
В настоящее время существуют различные возможности предпочтительного формирования и совершенствования идеи настоящего изобретения. Для этого, с одной стороны, рекомендуется нижеприведенная формула изобретения, с другой стороны, последующее пояснение предпочтительного примера выполнения настоящего скользящего кольцевого уплотнения согласно изобретению со ссылкой на чертежи.
В сочетании с пояснением предпочтительного примера выполнения со ссылкой на чертежи в общем случае поясняются предпочтительные и усовершенствованные варианты осуществления идеи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах
Фиг.1 изображает разрез скользящего кольцевого уплотнения согласно уровню техники, в котором вращающееся контркольцо не содержит в аксиальном направлении никаких зажимных упоров, а
Фиг.2 разрез части скользящего кольцевого уплотнения со стороны вала, в котором контркольцо содержит выступающие по обе стороны зажимные упоры.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 изображено скользящее кольцевое уплотнение согласно уровню техники.
Скользящее кольцевое уплотнение, изображенное на фиг.1, содержит вращающееся контркольцо 1 и неподвижное кольцо 2 скольжения, причем контркольцо 1 и кольцо 2 скольжения имеют соответственно прилегающие друг к другу уплотнительные поверхности 1а, 2а, причем уплотнительная поверхность 1а контркольца 1 противолежит уплотнительной поверхности 2а кольца 2 скольжения.
Вращающееся контркольцо 1 жестко присоединено к вращающемуся валу 5 и вращается вместе с ним. Неподвижное кольцо 2 скольжения свободно установлено по центру в корпусе 6.
На фиг.2 изображена часть скользящего кольцевого уплотнения со стороны вала со структурой, аналогичной скользящему кольцевому уплотнению на фиг.1, содержащая вращающееся контркольцо 1 и неподвижное кольцо 2 скольжения, причем контркольцо 1 и кольцо 2 скольжения имеют соответственно уплотнительные поверхности 1а, 2а, прилежащие друг к другу, причем уплотнительная поверхность 1а контркольца 1 аксиально противолежит уплотнительной поверхности 2а кольца 2 скольжения. Контркольцо 1 имеет две аксиально противолежащие радиальные плоскости 1b и 1с, относительно которых в аксиальном направлении выступают соответствующие зажимные упоры 1d, 1е. Зажимные упоры 1d, 1е выступают по обе стороны от контркольца 1.
Зажимные упоры 1d, 1е выполнены кольцеобразно и концентрично относительно контркольца 1. Однако они могут быть также выполнены на радиальных плоскостях 1b и 1с лишь частично.
Радиальные плоскости 1b и 1с смещены аксиально внутрь относительно уплотнительной поверхности 1а, а также относительно радиальной плоскости, противолежащей уплотнительной поверхности 1а.
Зажимные упоры 1d, 1е выполнены в радиальном направлении по обе стороны контркольца 1 на одном уровне относительно оси вращения вала 5.
Конкретно на фиг.2 изображена часть конструкции со стороны вала, ей вал 5, причем контркольцо 1 соединено к валом 5 посредством зажимного элемента 5а и втулки 5b без возможности проворота, причем первый зажимной упор 1d прилегает к втулке 5b, а второй зажимной упор 1е - к зажимному элементу 5а.
Предпочтительно, чтобы зажимные упоры 1d, 1е были выполнены на контркольце 1, а не на втулке 5b и зажимном элементе 5а. Это связано с тем, что материал, используемый для контркольца 1, мягче, чем материал для втулки 5b или зажимного элемента 5а. Кроме того, стремятся к равномерной амортизации зажимных упоров 1d, 1е.
Контркольцо 1 изготовлено из металла и имеет в диаметре (внутренний размер) 300 мм.
Кольцо 2 скольжения изготовлено из угольного материала.
В отношении других предпочтительных и усовершенствованных вариантов осуществления идеи изобретения рекомендуются, с одной стороны, общая часть описания, а, с другой стороны, приложенная формула изобретения.