ПЛАВАЮЩЕЕ УПЛОТНЕНИЕ
FLOATING SEAL

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к плавающим уплотнениям, и может быть использовано для герметизации вращающихся валов компрессоров, газовых и паровых турбин, насосов и других роторных центробежных машин.
Известно плавающее уплотнение вращающегося вала, включающее корпус, через который проходит вращающийся вал, на котором с уплотнительным зазором установлено внутреннее уплотнительное плавающее кольцо и наружное уплотнительное плавающее кольцо с зафиксированными в нем опорными самоустанавливающимися демпферными колодками [патент РФ на изобретение №2303731, F16J 15/34, 2006], прототип.
Демпфирующие свойства такого уплотнения не обеспечивают эффективного гашения вибраций, а недостаточная жесткость не гарантирует отстройки от резонансных колебаний в широком диапазоне, что создает угрозу протечек масла в полость, например, компрессора, и не обеспечивает достаточной надежности машины.
Таким образом, техническая задача, на которую направлено настоящее изобретение, состоит в создании уплотнения повышенной жесткости с возможностью отстройки от резонансных колебаний в широком диапазоне и с улучшенными демпфирующими свойствами. Использование предлагаемого технического решения обеспечивает снижение протечек масла в полость, в частности, компрессора и повышает его надежность.
Данная техническая задача решается за счет создания плавающего уплотнения вращающегося вала, которое, как и прототип, включает корпус, через который проходит вращающийся вал, на котором с уплотнительным зазором установлено внутреннее уплотнительное плавающее кольцо и наружное уплотнительное плавающее кольцо с зафиксированными в нем опорными самоустанавливающимися демпферными колодками, но в котором в отличие от прототипа, наружная поверхность внутреннего плавающего уплотнительного кольца выполнена рельефной, наружное плавающее уплотнительное кольцо зафиксировано от проворота относительно корпуса, благодаря наличию винтов-стопоров, фиксирующих демпферные колодки в наружном плавающем уплотнительном кольце, по крайней мере, один из которых обеспечивает фиксацию самого кольца от проворота относительно корпуса уплотнения за счет удлиненной головки, по крайней мере, у одного такого винта-стопора; на наружной поверхности наружного плавающего уплотнительного кольца и на внутренней поверхности корпуса выполнены выступы, смещенные относительно друг друга и имеющие возможность перемещения относительно друг друга в окружном направлении, между наружным плавающим уплотнительным кольцом и корпусом установлено добавочное упругое кольцо, причем в наружном уплотнительном плавающем кольце выполнен канал, соединяющий зону расположения демпфирующей пленки, примыкающую к наружной поверхности демпфирующей колодки, с зазором между наружным плавающим уплотнительным кольцом и корпусом уплотнения, кроме того, в наружную поверхность наружного плавающего уплотнительного кольца встроено эластичное кольцо, выполненное, например, из резины, а к наружной поверхности корпуса уплотнения примыкает кольцо из жесткого материала, например, из фторопласта, выполненное с продольным разрезом.
Существенными признаками, по которым изобретение отличается от прототипа, является следующее:
- наружная поверхность внутреннего плавающего уплотнительного кольца выполнена рельефной, что улучшает теплоотвод от кольца, способствует снижению вязкости в зазоре, за счет чего сводится к минимуму расход протечек в масло-газовую полость;
- по крайней мере, один винт-стопор дополнительно обеспечивает фиксацию наружного плавающего уплотнительного кольца от проворота относительно корпуса, обеспечивая монолитность всей конструкции уплотнения, что значительно упрощает его демонтаж;
- между наружным плавающим уплотнительным кольцом и корпусом установлено добавочное упругое кольцо, которое является механическим демпфером, повышающим жесткость уплотнения. Сущность использования данного добавочного кольца состоит в том, что в процессе работы данное кольцо поочередно контактирует своей наружной и внутренней поверхностями с выступами на наружной поверхности наружного плавающего уплотнительного кольца и на внутренней поверхности корпуса, соответственно. Сечение добавочного кольца рассчитано таким образом, что при воздействии на наружное плавающее уплотнительное кольцо нагрузки, превышающей силу его прижатия к крышке компрессора, добавочное кольцо прогибается в пределах зазора между наружным плавающим уплотнительным кольцом и корпусом уплотнения. При этом со стороны добавочного кольца возникает сила реакции, действующая на наружное плавающее уплотнительное кольцо и направленная в сторону, противоположную его смещению;
- в наружном уплотнительном плавающем кольце выполнен канал, соединяющий зону расположения демпфирующей пленки, примыкающую к наружной поверхности демпферной колодки, с зазором между наружным уплотнительным плавающим кольцом и корпусом уплотнения. От демпферных колодок из зоны расположения демпфирующей пленки производится отбор масла в зазор между наружным плавающим уплотнительным кольцом и корпусом уплотнения. Масло, находящееся в этом зазоре, является гидравлическим демпфером при воздействии нагрузки на наружное плавающее уплотнительное кольцо, что также улучшает демпфирующие свойства уплотнения и повышает его жесткость;
- в наружную поверхность наружного плавающего уплотнительного кольца встроено эластичное кольцо, а к наружной поверхности корпуса уплотнения примыкает кольцо из жесткого материала. Наличие эластичного кольца, в частности, резинового, и жесткого кольца из фторопласта способствует надежному удержанию масла в образовавшейся демпфирующей полости, при этом кольцо из жесткого материала имеет продольный разрез, обеспечивающий приток масла для охлаждения колец, что благоприятно влияет на обеспечение надежности уплотнения.
Весь комплекс перечисленных выше существенных признаков, в сравнении с прототипом, является необходимым и достаточным для решения поставленных технических задач, а именно, для создания удобного в работе надежного уплотнения повышенной жесткости с улучшенными демпфирующими свойствами.
Изобретение поясняется чертежами примера его конкретного осуществления.
На фиг.1 изображен продольный разрез уплотнения вращающегося вала компрессора.
На фиг.2 дан разрез по А-А фиг.1.
На фиг.3 дано схематическое изображение расположения выступов на наружной поверхности наружного плавающего уплотнительного кольца и выступов на внутренней поверхности корпуса уплотнения.
Уплотнение вращающегося вала компрессора состоит из корпуса 1, фиг.1, внутреннего плавающего уплотнительного кольца типа «масло-газ» 2 с рельефной наружной поверхностью, обеспечивающего минимальное проникновение масла в полость компрессора; наружного плавающего уплотнительного кольца 3 с шестью опорными демпферными колодками 4, которые обеспечивают центрирование кольца относительно оси вращения ротора, а также обеспечивают его динамическую устойчивость. Колодки 4 в кольце 3 фиксируются от проворота винтами-стопорами 5, 6, фиг.2, причем диаметрально противоположно размещенные винты-стопоры 6 фиксируют кольцо 3 от проворота относительно корпуса 1, благодаря наличию у винта-стопора 6 удлиненной головки. Между наружным плавающим уплотнительным кольцом 3 и корпусом 1 установлено добавочное упругое кольцо 7, являющееся механическим демпфером, повышающим жесткость уплотнения. На наружной поверхности наружного уплотнительного плавающего кольца 3 и на внутренней поверхности корпуса 1 предусмотрены выступы 8, 9, соответственно, смещенные относительно друг друга в окружном направлении (фиг.3). В наружном плавающем уплотнительном кольце 3 выполнен канал 10, соединяющий зону расположения демпфирующей пленки, примыкающую к наружной поверхности демпферной колодки 4, с зазором 11 между наружным плавающим уплотнительным кольцом 3 и корпусом уплотнения 1, а также крышкой корпуса компрессора 12. Масло в данном зазоре является гидравлическим демпфером при нагрузке на наружное плавающее кольцо 3. Масло удерживается в зазоре 11 за счет торцовой поверхности наружного плавающего уплотнительного кольца 3, резинового кольца 13 и фторопластового кольца 14. Фторопластовое кольцо 14 имеет продольный разрез 15, обеспечивающий проток масла для охлаждения колец.
Уплотнение работает следующим образом.
Масло из корпуса компрессора через отверстия в корпусе 1 уплотнения подается под давлением в полость между внутренним 2, наружным 3 плавающими уплотнительными кольцами. Далее часть масла дросселируется через внутреннее уплотнительное плавающее кольцо 2 в масло - газовую полость, другая же часть масла дросселируется через отверстия в наружном плавающем уплотнительном кольце 3 на слив в маслобак. При этом масло поступает из зоны расположения демпфирующей пленки, примыкающей к наружной поверхности демпферных колодок 4, установленных в наружном уплотнительном плавающем кольце 3, в зазор между наружным уплотнительным плавающим кольцом 3 и корпусом 1 уплотнения, а также крышкой корпуса компрессора 12.