Результат интеллектуальной деятельности: УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к устройствам для уплотнения вала центробежного компрессора, и может найти применение в других областях машиностроения, использующих уплотнение с гидрозатвором.

Известно уплотнение вала газовой машины, содержащее неподвижно установленные в корпусе два кольца, связанные между собой и образующие между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями и поверхностью корпуса уплотнительную полость, сообщенную с полостью для подачи уплотнительной жидкости (см. Патент US 3020053, опубл. 06.02.1962).

Основным недостатком уплотнений данного типа является низкая надежность работы и значительный расход жидкости через зазор плавающего кольца в газовую полость машины вследствие повышенной температуры жидкости в этом зазоре. Контакт жидкости с газом приводит к ухудшению ее кондиционных свойств и, следовательно, к частой смене жидкости, а высокая температура приводит к износу поверхностей трения.

Для уменьшения температуры жидкости в зазоре и снижения ее протечек в сторону газовой полости плавающее кольцо, примыкающее к этой полости, выполнено с теплоотводящими ребрами. Так, например, известно кольцо компрессора центробежного gc811 bc1-425 nuovo pignone, содержащее теплоотводящие ребра, равномерно расположенные на внешней его цилиндрической поверхности.

Однако это уплотнение обладает следующими недостатками:

- теплоотводящие ребра увеличивают только поверхность теплообмена;

- скорость обтекания ребер жидкостью мала из-за больших зазоров между ними и корпусом, поэтому незначителен их коэффициент теплоотдачи;

- попытка увеличить скорость обтекания ребер приводит к росту расходов жидкости через уплотнение, следовательно, увеличивается вся система уплотнения - насосы, фильтры, охладители, арматура, трубопроводы и т.д.;

- подвод жидкости к теплоподводящим ребрам неравномерен, что также снижает коэффициент теплоотдачи.

Техническим результатом изобретения является уменьшение расходов уплотняющей жидкости и, как следствие, повышение надежности работы уплотнения.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что уплотнение вала газовой машины содержит неподвижно установленные в корпусе, по меньшей мере, два кольца, связанные между собой и образующие между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями и внутренней поверхностью корпуса уплотнительную полость, сообщенную с полостью для подачи уплотнительной жидкости, при этом одно из колец имеет со стороны уплотнительной полости кольцевой уступ, в котором равномерно по его окружности выполнены радиальные пазы и в котором установлен бандаж, образующий с радиальными пазами каналы, сообщающие уплотнительную полость с полостью для подачи уплотнительной жидкости.

Кроме того, рабочая поверхность кольца с радиальными пазами может иметь покрытие из антифрикционного материала.

Кроме того, кольца связаны между собой посредством шпонки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид уплотнения вала, осевой разрез; на фиг.2 изображено кольцо с радиальными пазами и бандажом, образующими каналы.

Уплотнение вала 1 газовой машины, например центробежного компрессора, содержит неподвижно установленные в корпусе 2 плавающие кольца 3 и 4, связанные между собой и зафиксированные от проворота посредством шпонки 5. Между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями колец 3, 4 и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 образована кольцевая уплотнительная полость 6. Кольцо 4 имеет со стороны уплотнительной полости 6 кольцевой уступ, в котором выполнены равномерно по его окружности радиальные пазы 7, при этом стенки, разделяющие соседние пазы 7, образуют теплоотводящие ребра 8, расположенные вдоль оси кольца 4. Для обеспечения необходимой скорости обтекания ребер 8 уплотнительной жидкостью по их наружной поверхности в уступе кольца 4 установлен бандаж 9 (фиг.2), образующий с радиальными пазами 7 каналы 10 (фиг.1), входные отверстия которых выполнены на внешней цилиндрической поверхности кольца 4, а выходные - на торцевой поверхности кольца 4, обращенной к полости 6. Каналы 10 сообщают уплотнительную полость 6 с кольцевой полостью 11 для подачи уплотнительной жидкости, выполненной в корпусе 2. Для подачи уплотнительной жидкости в полость 11, выполненную на внутренней поверхности корпуса 4, в теле корпуса 2 выполнено отверстие 12.

Кольцо 4 на другой торцевой поверхности, со стороны газовой полости 13, имеет кольцевую канавку 14, в которой расположен уплотнительный элемент 15, выполненный в виде резинового кольца.

Уплотнение вала 1 служит для предотвращения утечек газа из газовой полости 13 машины через камеру 17 свободного слива в атмосферу. Для исключения утечек жидкости по торцам предусмотрено предварительное поджатие колец 3, 4 к корпусу 2 и обойме 16, которое обеспечивается созданием осевого натяга на резиновое кольцо 15.

Плавающее кольцо 4 герметизирует газовую полость 13 от уплотнительной полости 6 благодаря тому, что резиновое кольцо 15 деформируется, т.е. прижимается к обойме 16 в процессе эксплуатации.

Кольца 3, 4 установлены по отношению к валу 1 с зазором, при этом рабочая поверхность кольца 4 имеет покрытие из антифрикционного материала.

Работает уплотнение следующим образом. Холодная уплотнительная жидкость через отверстие 12 поступает в кольцевую полость 11, равномерно заполняя ее, откуда с одинаковой скоростью протекает в межреберные каналы 10, отбирая основную часть тепла, выделившегося в зазоре между кольцом 4 и валом 1, и затем течет в двух направлениях. Основная часть жидкости (15-20 л/мин) протекает через зазор между кольцом 3 и валом 1 в камеру 17 свободного слива. Меньшее количество жидкости (0,03-0,05 л/мин) протекает через зазор между кольцом 4 и валом 1 в газовую полость 13, где смешивается с уплотняемым газом, а затем отводится через газоотделительное устройство (не показано).

Утечка уплотняемого газа из машины исключена, так как в полости 6 поддерживается давление жидкости несколько большее, чем давление газа в полости 13.

В результате выполнения ребер 8 вдоль оси кольца 6 увеличилась поверхность теплообмена и обеспечивается постоянный поток жидкости между ними. Подвод уплотнительной жидкости через кольцевую камеру 13 обеспечивает ее равномерный поток между ребрами 8. Благодаря наличию бандажа 15 существенно увеличилась скорость обтекания ребер 8 и коэффициент теплоотдачи. Увеличение поверхности теплообмена и коэффициента теплоотдачи снижает температуру уплотнительной жидкости в зазоре между валом 1 и уплотнительным кольцом 4, обеспечивая тем самым уменьшение расхода жидкости в сторону газовой полости 13 и увеличение надежности работы уплотнения.

Такая конструкция уплотнения позволит снизить температуру и количество утекаемой жидкости в сторону газовой полости 13 на 15-20% по сравнению с лучшими конструкциями плавающих уплотнений. Это повысит ресурс безостановочной работы машин, например центробежных компрессоров, для которых именно концевые уплотнения являются основным источником поломок и производственных потерь. Кроме того, уменьшение расхода уплотнительной жидкости в сторону газовой полости 13 сокращает ее безвозвратные потери и упрощает систему уплотнений.