ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ

Полезная модель относится к области уплотнений и может быть использована для герметизации вращающихся валов насосов, перекачивающих нейтральные жидкости, нефтепродукты и нефть.
Известно торцовое уплотнение, содержащее установленное в корпусе неподвижное уплотнительное кольцо в виде диска и размещенное на валу вращающееся уплотнительное кольцо в виде диска поджатые друг к другу пружиной и контактирующие по коническим контактным поверхностям и вторичные уплотнения. В известном устройстве надежность уплотнения достигнута путем смещения зоны контакта по мере радиального износа уплотнительного кольца. Для достижения указанного технического результата вращающееся уплотнительное кольцо закреплено неподвижно на валу, а неподвижное уплотнительное кольцо в виде диска поджато пружиной к вращающемуся уплотнительному кольцу. Внутренняя поверхность диска выполнена конической, а само кольцо сделано из менее износостойкого материала, чем вращающееся уплотнительное кольцо. Плоскость торцевой поверхности неподвижного уплотнительного кольца, обращенная к вращающемуся уплотнительному кольцу проходит через коническую контактную поверхность [Ас. 1703770 БИ №3 от 23.01.92]. К недостаткам известного устройства следует отнести повышенный нагрев контактирующих уплотнительных колец за счет разницы линейных скоростей трущихся поверхностей по их конической длине.
Известно также двойное торцовое уплотнение по заявке №2000121239, содержащее корпус, вращающееся уплотнительное кольцо, посаженное на вал, два неподвижных уплотнительных кольца, контактирующих с обеими сторонами вращающегося уплотнительного кольца и образующих с корпусом уплотнительную плоскость, при этом неподвижные уплотнительные кольца закреплены в подвижных втулках, в пазах которых размещены концы штифтов, фиксирующих их от поворотов и закрепленных в корпусе. В
уплотненной полости размещена втулка с кольцевыми расточками на периферии и по внутреннему диаметру, в которых установлены демпфирующие элементы в виде колец из материалов с различной податливостью, при этом штифты фиксации неподвижных уплотнительных колец выполнены ступенчатыми с уплотненной частью, размещенной в пазах втулок. Демпфирующие кольца выполнены, например, из резины и фторопласта-4. К недостаткам устройства следует отнести тот факт, что данная конструкция не гарантирует надежный контакт между уплотняющими поверхностями колец трения и таким образом не обеспечивает герметичность внутренней полости насоса, так как отсутствуют дополнительные усилия прижатия неподвижных уплотнительных колец к подвижному (кроме гидростатического давления уплотняемой жидкости).
Наиболее близким по технической сущности аналогом, выбранном в качестве прототипа является используемое торцовое уплотнение (типа ТМ), являющееся герметизирующим устройством с контактирующими между собой плоскими торцевыми рабочими поверхностями на торцах вращающегося вместе с валом и неподвижного колец. При этом подвижное кольцо пары трения установлено на гильзе, а крутящий момент от вращающейся гильзы к этому кольцу передается двумя штифтами.
Второе кольцо пары трения установлено в аксиально-подвижной обойме. Аксиально-подвижная обойма установлена на корпусе уплотнения и собрана с корпусом уплотнения. Устройство также включает монтажную скобу, закрепленную винтом. Все места возможной утечки жидкости уплотнены кольцами уплотнения круглого сечения [ТУ26-06-968-75 от 25.12.75].
Контакт между плоскими торцевыми рабочими поверхностями колец пары трения, обеспечивающий герметичность внутренней полости насоса, создается за счет усилия пружин и гидростатического давления уплотняемой жидкости. Плановый межремонтный период составляет 8000 часов работы
для торцового уплотнения в средах нефть, нефтепродукты и 6000 часов - в средах: конденсат, пресная и сточная вода.
Недостатком прототипа является значительный износ колец пары трения, связанный со свойствами графита ГАКК 55/40, используемого в прототипе для изготовления этих колец.
Задачей создания заявляемой полезной модели является расширение арсенала торцовых уплотнений.
Техническими результатами, которые могут быть получены при реализации заявляемой полезной модели являются:
- создание торцового уплотнения, обеспечивающего герметичность внутренней полости насоса;
- повышение надежности уплотнения гильзы на валу;
- увеличение срока эксплуатации колец пар трения;
- увеличение планового межремонтного периода;
- повышение удобства демонтажа.
Решение указанной задачи и достижение вышеперечисленных технических результатов стали возможными благодаря тому, что в известном торцовом уплотнении, включающем гильзу, устанавливаемую на валу насоса и обращенную к насосу пятой, корпус уплотнения, аксиально-подвижную обойму, не менее чем одно резиновое кольцо уплотнительное круглого сечения и пару трения, составленную из двух колец, выполненных из износостойкого материала, контактирующих между собой плоскими торцевыми рабочими поверхностями, одно из которых установлено в гильзе, второе - в аксиально-подвижной обойме, кольца пары трения выполнены из износостойкого карбида кремния, в пяте гильзы выполнена под углом 45(фаска с возможностью плотного установления под пятой резинового кольца уплотнительного круглого сечения, а в корпусе уплотнения с торцевой стороны, удаленной от насоса, выполнена кольцевая канавка с возможностью установки захвата съемника.
В частном варианте использования при перекачке нефти износостойкий карбид кремния использован в форме самосвязанного Sic-si, а при перекачке нейтральных жидкостей - в форме горячепрессованного Sic-ГП.
Заявленная полезная модель иллюстрирована следующими фигурами:
Фиг.1. Общий вид торцового уплотнения в разрезе по А-А;
Фиг.2. Кольцевая канавка для установки захвата съемника. Заявленное торцовое уплотнение включает гильзу 1, устанавливаемую на вал 2 насоса; пята 3 этой гильзы 1 обращена к насосу и в ней выполнена фаска 4 под углом 45°, позволяющая перенести и плотно установить под пяту 3 кольцо резиновое уплотнительное 5 круглого сечения, что повышает эффективность ее уплотнения на валу 2. Торцовое уплотнение содержит также аксиально-подвижную обойму 6 и корпус 7 уплотнения. Корпус 7 уплотнения с установленными в нем пружинами 8 собирается с аксиально-подвижной обоймой 6, устанавливается на гильзу 1 и закрепляется скобой монтажной 9.
Пара трения, обеспечивающая герметичность уплотнения, выполнена контактирующими между собой плоскими торцевыми рабочими поверхностями на торцах кольца 10, вращающегося вместе с валом 2 и неподвижного кольца 11. Для обеспечения вращения кольцо 10 установлено в гильзе 1, а крутящийся момент от вращающейся гильзы передается к нему двумя штифтами 12. Неподвижное кольцо 11 установлено в аксиально-подвижной обойме 6. От поворота аксиально-подвижная обойма 6 фиксируется в корпусе 7 уплотнения двумя винтами 13.
Надежный контакт между плоскими торцевыми рабочими поверхностями кольца 10 и кольца 11 пары трения обеспечивается усилием пружин 8 и гидростатическим давлением уплотняемой жидкости, а возникающие в паре трения динамические силы препятствуют утечке уплотняемой среды.
Кольцо 10 и кольцо 11 пары трения выполнены из карбида кремния. При этом в частном случае исполнения при перекачке нефти карбид кремния использован в форме самосвязанного Sic-si, а при перекачке нефтепродуктов и нейтральных жидкостей карбид кремния использован в форме
горячепрессованного Sic-ГП, что позволяет увеличить срок службы и межремонтного периода торцового уплотнения.
Для удобства демонтажа торцового уплотнения с вала 2 насоса на корпусе 7 уплотнения выполнена кольцевая канавка 14 для захватов съемника (фиг.2).
Заявленное торцовое уплотнение работает следующим образом. Поверхность вала 2 смазывают в месте установки торцового уплотнения и посадочную поверхность корпуса пастой ВНИИНП-232 ГОСТ 14068-79 или графитовой смазкой. Устанавливают на валу 2 насоса торцевое уплотнение с резиновым кольцом уплотнительным 5 круглого сечения на пяте 3 гильзы 1, установленном в фаске 4 и закрепляют гайкой (на фиг.не показана), снимают скобу монтажную 9. Заполняют насос перекачиваемой жидкостью, обеспечив выпуск воздуха из камеры уплотнения (на фиг.не показаны). Проверяют герметичность уплотнений. Запускают насос. Гильза 1 начинает вращаться вместе с валом 2 насоса и с ними начинает вращаться кольцо 10, установленное в гильзе 1 Крутящий момент от вращающейся гильзы 1 к кольцу 10 передают через штифты 12. Пару трения составляют из двух колец, в которой плоская торцевая рабочая поверхность кольца 10 трется о контактирующую с ней плоскую торцевую рабочую поверхность кольца 11, установленного в аксиально-подвижной обойме 6, удерживаемой от поворота двумя винтами 13. Герметичность внутренней полости насоса создают за счет надежного контакта между плоскими торцовыми поверхностями кольца 10 и кольца 11, который обеспечивают усилием пружин 8, установленных в корпусе 7 уплотнителя и гидростатического давления уплотняемой жидкости.
По окончании работы насос останавливают. Демонтаж торцевого уплотнения осуществляют с установленной скобой монтажной 9 путем захвата торцевого уплотнения в месте выполнения канавки 14 съемником (на фиг.не показан).
Практическая применимость и возможность достижения заявленных технических результатов показана на следующих примерах конкретного исполнения.
Пример 1.
Заявляемое торцовое уплотнение включает гильзу с пятой, одетую на вал насоса, аксиально-подвижную обойму, корпус уплотнения и пару трения. Пара трения, обеспечивающая герметичность, составлена из двух колец. Одно кольцо установлено в гильзе, вращающий момент которой передается кольцу через штифты. Второе кольцо установлено в аксиально-подвижной обойме, удерживаемой от поворота двумя винтами. Контакт между плоскими торцевыми рабочими поверхностями колец пары трения обеспечивает герметичность внутренней полости насоса. Кольца пары трения выполнены из карбида кремния в форме самосвязанного Sic-si. Под пяту гильзы установлено в фаску, выполненную под углом 45°, резиновое кольцо уплотнительное круглого сечения, устраняя возможность утечки жидкости. В корпусе уплотнения выполнена кольцевая канавка для установки захвата съемника при демонтаже.
Уплотняемая среда
нефть
Максимальный перепад давления, МПа(кг/см<sup>2</sup>), не более
5,5(55)
Температура, К(°С)
от 258(-15) до 353(80)
Частота вращения С<sup>-1</sup> (об/мин)
50(3000)
Утечка, м<sup>3</sup>/с (л/ч)
6,94·10<sup>-8</sup>(0,25)
Плановый межремонтный период, ч
12000
Пример 2.
По примеру 1.
Кольца пары трения выполнены из карбида кремния в форме горячепрессованного Sic-ГП.
Уплотняемая среда
пресная вода
Максимальный перепад давления, КГС/см), не более
5,5(55)
Температура, К (°С)
от 258(-15) до 353(80)
Частота вращения С<sup>-1</sup> (об/мин)
50(3000)
Утечка, м<sup>3</sup>/с (л/ч)
6,94·10<sup>-8</sup> (0,25)
Плановый межремонтный период, ч
15000
Пример 3 (прототип)
Кольца пары трения выполнены из графита ГАКК-55/40
Уплотняемая среда
нефть
Максимальный перепад давления, КГС/см), не более
5,5(55)
Температура, К°(С)
от 258(-15) до 353(80)
Частота вращения С<sup>-1</sup> (об/мин)
50(3000)
Утечка, м<sup>3</sup>/с (л/ч)
9,94·10<sup>-8</sup> (0,25)
Плановый межремонтный период, час
8000
Как видно из вышеприведенных примеров конкретного исполнения, создано работоспособное торцовое уплотнение, обеспечивающее герметичность внутренней полости насоса. Благодаря конструктивным особенностям повышена надежность уплотнения гильзы на валу, увеличен срок эксплуатации колец пар трения и, соответственно, увеличен срок планового межремонтного периода (например, при перекачке нефти на 50%) по сравнению с уплотнением торцовым по прототипу, а также за счет удобства установки захвата съемника повышено удобство демонтажа.
Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет создать работоспособное, конкурентоспособное торцовое уплотнение, удобное в эксплуатации и обладающее длительным сроком службы и межремонтного периода.
Достигнутые высокие потребительские свойства позволяют расширить арсенал торцовых уплотнений новым конкурентоспособным изделием.