Гидродинамическое уплотнение вертикального вала

1. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВАЛА, содержащее жестко соединенную с валом кольцевую обойму, неподвижный диск, циркуляционную систему, заполненный жидкостью подпитывающий бак, упругий разделительный элемент и трубопроводы, соединяющие подпитывающий бак с уплотнительной полостью, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности уплотнения, упругий разделительный элемент помещен в подпитывающий бак и снабжен жестко связанным с ним телом, уравновешивающим давление столба жидкости, действующего на упругий разделительный элемент.
2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что кромка упругого разделительного элемента закреплена в донной части подпитывающего бака, а вес связанного с разделительным элементом тела меньше веса вытесненного этим телом объема жидкости.

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть применено для уплотнения быстроходных вращающихся валов, например, в химической промышленности.
Известно гидродинамическое уплотнение вертикального вала, в котором диск снабжен камерой, соединенной с циркуляционной системой, а уплотнительная полость соединена с каналом с подпитывающим баком через запорное устройство, причем выходное отверстие канала размещено на диске по радиусу, большему радиуса сливной кромки обоймы. В данной конструкции охлаждающая камера и уплотнительная полость разобщены. В охлаждающей камере постоянно циркулирует чистая жидкость, не контактирующая с уплотнителем.
Возможности уплотнения в большой степени зависят от того, где размещается на неподвижном диске выходное отверстие канала, соединяющего уплотнительную полость с подпитывающим баком. Если выходное отверстие канала выполняется в диске на радиусе, близком к радиусу сливной кромки обоймы, то уплотнитель заполняет всю уплотнительную полость и может удержать максимально возможное в реакционной зоне давление, возникающее при аварийной ситуации. В этом случае уплотнитель раскрученный обоймой соприкасается с наибольшей поверхностью неподвижного диска и для обеспечения гидрозатвора затрачивается максимальная энергия.
Если выходное отверстие выполнить на наибольшем радиусе неподвижного диска, то количества уплотнителя в уплотнительной полости значительно меньше, чем в рассмотренном случае, поверхность трения вращающегося уплотнителя о неподвижный диск также уменьшается, уменьшается и потребляемая энергия. Однако в этом случае при возникновении аварийной ситуации происходит разгерметизация гидродинамического уплотнения.
Также известно гидродинамическое уплотнение вертикального вала, содержащее жестко соединенную с валом кольцевую обойму, неподвижный диск, циркуляционную систему, заполненный жидкостью, подпитывающий бак, упругий разделительный элемент и трубопроводы, соединяющие подпитывающий бак с уплотнительной полостью.
Недостатком известного устройства является то, что упругий элемент в данном случае нестойкий в некоторых специфических средах, а также при максимальных давлениях тонкие стенки упругого элемента при сильном растяжении могут прорваться, что приведет к загрязнению уплотнителя и выходу из строя уплотнителя.
Целью изобретения является повышение надежности уплотнения.
Цель достигается тем, что в гидродинамическом уплотнении вертикального вала, содержащем жестко соединенную с валом кольцевую обойму, неподвижный диск, циркуляционную систему, заполненный жидкостью подпитывающий бак, упругий разделительный элемент и трубопроводы, соединяющие подпитывающий бак с уплотнительной полостью, упругий разделительный элемент помещен в подпитывающий бак и снабжен жестко связанным с ним телом, уравновешивающим давление столба жидкости, действующего на упругий разделительный элемент. При этом кромка разделительного элемента закреплена в донной части подпитывающего бака, а вес связанного с разделительным элементом тела меньше веса вытесненного этим теплообъема жидкости.
На чертеже изображено гидродинамическое уплотнение вертикального вала в разрезе.
Гидродинамическое уплотнение вертикального вала содержит кольцевую обойку 1, жестко соединенную с валом 2 и размещенную в корпусе 3, с расположенным внутри нее неподвижным диском 4, образующим с кольцевой обоймой 1 уплотнительную полость 5. Неподвижный диск 4 охлаждается с помощью циркуляционный системы 6. Уплотнительная полость 5 соединена каналом 7 через запорное устройство 8 с подпитывающим баком 9. Уплотнитель, например водопроводная вода, делит уплотнительную полость 5 на две зоны: верхнюю (поз. 5 слева от оси симметрии устройства), сообщающуюся с реакционной зоной (не показана), расположенной ниже корпуса 3, и нижнюю (поз.5 справа от оси симметрии устройства), сообщающуюся с внешней средой выше корпуса 3.
Реакционная зона сообщена с подпитывающим баком 6 трубой 10, к которой внутри бака 9 герметично подсоединен упругий разделительный элемент (например, сильфон) 11, снабженный жестко связанным с ним телом 12, уравновешивающим давление столба жидкости h, действующего на упругий разделительный элемент 11.
К верхней части бака 9 подведена труба 13 с обратным клапаном.
Справа от оси показано положение уплотнителя при нормальных условиях, слева - при аварийной ситуации. Знаком P показано давление в реакционной зоне при аварийной ситуации.
Уплотнение работает следующим образом.
С началом вращения вала 2 открывается запорное устройство 8 и уплотнитель из подпитывающего бака 9 поступает по каналу 7 в уплотнительную полость 5, где и раскручивается кольцевой обоймой 1. Уплотнитель поступает в уплотнительную полость 5 до тех пор, пока не наступит равновесие: давление столба уплотнителя Н равно давлению, создаваемому вращающимся уплотнителем. При нормальных условиях мощность, затрачиваемая на создание уплотнения, незначительна из-за небольшой поверхности трения вращающегося уплотнителя о неподвижный диск 4. Через трубу 13 в баке 9 постоянно поддерживается максимальный уровень уплотнителя (бак полностью заполнен).
При аварийной ситуации, т.е. появлении в реакционной зоне повышенного давления Р, давление газов воздействует на уплотнитель в верхней зоне уплотнительной полости 5, а также на упругий разделительный элемент 11, уравновешенный от действия выталкивающей силы жестко связанным с ним телом 12. Так как жидкость практически несжимаема, а воздушного слоя в баке нет, при перемещении сильфона (обратный клапан на трубе 13 не пропускает уплотнитель из бака 9) происходит непосредственное вытеснение уплотнителя из подпитывающего бака 9 в нижнюю зону уплотнительной полости 5 до тех пор, пока вращающийся уплотнитель в нижней зоне уплотнительной полости 5 не уравновесит давления верхней зоны уплотнительной полости 5 и из подпитывающего бака 9. Мощность, потребляемая на создание уплотнения, при этом повышается.
С уменьшением давления в реакционной зоне до нормального сильфон занимает исходное положение, и уплотнитель из нижней зоны уплотнительной полости 5 передавливается в подпитывающий бак 9 до исходного положения. Мощность, потребляемая на создание гидрозатвора, при этом резко уменьшается.
Устранение воздуха между упругим разделительным элементом и уплотнителем за счет размещения упругого разделительного элемента непосредственно в уплотнителе, а также обеспечение полного заполнения уплотнителем подпитывающего бака позволяет осуществить при появлении давления в реакционной зоне прямое вытеснение уплотнителя в нижнюю зону уплотнительной полости, так как жидкость практически несжимаема. В этом случае ход (перемещение) упругого разделительного элемента резко уменьшается, потому что объем уплотнителя в подпитывающем баке значительно больше объема нижней зоны уплотнительной полости.
Устройство позволяет улучшить санитарные условия труда обслуживающего персонала того оборудования, где применено гидродинамическое уплотнение вертикального вала, а также защитить окружающую среду от вредных паров и газов.
Применение гидродинамического уплотнения на центрифугах типа ЦРПТ позволяет увеличить ресурс работы таких машин за счет исключения их вывода из технологической цепочки для ремонта подшипникового узла.