Торцовое уплотнение вращающегося вала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 120 Л 9) 16 1 15/3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ Ц" ПИСА ЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕЛЬСТВ У АВТОРСК пружиненныи вал, се с возможностью о действием уплотняе ты уплотняющих эл ми вала и корпуса, с целью обеспечения вых усилий, в корп ческая камера, в к вала со стороны низ в валу выполнены ка метической камеры установленныи севого переме мого давления ементов между отличающеесяразгрузки ва усе образован оторую поме кого давления налы для сооб с уплотняемой(54) (57) ТОРЦОВОЩАЮЩЕГОСЯ ВА 1137197, 277 - 52, ИЕ ВРА- щее подв корпущения подкомплек- выступатем, что, ла от осеа герметишен конец , при этом щения гер полостью,Изобретение относится к технике герметизации и может быть применено для уплотнения вращающихся валов в машинах и аппаратах для проведения физико-химических процессов под давлением,Известно уплотнение вала, включающее корпус, два комплекта герметизирующих элементов, установленных на валу внутри корпуса, пружину для плотного прижатия этих комплектов, устройство для гидравлического регулирования давления запирающей жидкости и устройство для механического регулирования силы осевого прижатия герметизирующих элементов 1.Данное уплотнение вследствие конструктивных недостатков деталей, предназначенных для герметизации колец, скольжения не обладает необходимой надежностью и работоспособностью в условиях высоких давлений. Устройство для механического регулирования силы при жатия герметизирующих элементов обеспечивает такое регулирование периодически и в узких пределах давлений.Известно также многоступенчатое торцовое уплотнение для аппаратов, работаюгцих под давлением, содержащее многоступенчатый корпус, внутри которого последовательно размещены комплекты герметизирующих элементов, расположенные в камерах, образованных между торцовыми поверхностями кольцевых уступов вала н корпуса. Первая ступень герметизации торцового уплотнения со стороны рабочего пространства аппарата осуществлена одним антифрикционным кольцом из углеграфита, установленным между торцовыми поверхностями кольцевых уступов вала и корпуса уплотнения, Вал подпружинен с целью осевого перемещения под действием давления рабочей среды аппарата, при этом обеспечивается плотное прижатие комплектов герметизирующих элементов, а также вышеупомянутого антифрикционного кольца к уплотняемым торцовым поверхностям 2 .Конструкция известного уплотнения обладает хорошей герметичностью и работоспособностью под давлением до 100 кгс/см . При более высоких параметрах рабочего давления, например свыше 100 кгс/см, на торцовых поверхностях скольжения развивается значительное удельное давление и сила трения достигает больших значений, при . этом происходит увеличение расхода энергии на вращение вала, Особенно большую перегрузку при высоких давлениях испытывает антифрикционное кольцо первой ступени уплотнения, которое кроме герметизации выполняет также функцию упорного под -шипника, ограничивающего осевое перемегцение вала в сторону низкого давления. Все это делает затруднительным применение известного уплотнения для работы при высоких параметрах давления в аппарате. 5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 Цель изобретения - обеспечение разгрузки вала и герметизирующих элементов от осевых усилий, повышение надежности работы уплотнения в условиях высоких давлений, снижение расхода энергии на преодоление внутренних сопротивлений. Поставленная цель достигается тем, что в торцовом уплотнении предусмотрено пневмогидравлическое устройство, выполненное в виде герметичной камеры, охватывающей конец вала на стороне низкого давления, которая сообщена с рабочим пространством аппарата через осевой и радиальный каналы, выполненные на валу.На фиг. 1 изображено торцовое уплотнение вращающегося вала, продольный раз -рез; на фиг. 2 герметичная камера, выполненная в виде сильфона.Уплотнение вра гцающегося вала в аппаратах, предназначенное для работы под высоким давлением, представляет сооой комплектное многоступенчатое торцовое уплотнение, в состав которого входит многоступенчатый вал 1, помещенный внутри многоступенчатого корпуса 2, и комплекты герметизирующих элементов, установленных на валу последовательно и заключенных в камерах, которые образуются при сборке уплотнения между торцовыми поверхностями кольцевых уступов вала 1 и корпуса 2. Каждый комплект рабочих элементов включает антифрикционное кольцо 3, металлическое кольцо 4 и уплотнительное упругое кольцо 5, изготовленное из эластомера, например резины. Вал 1 установлен в корпусе 2 с возможностью осевого перемещения под действием рабочей среды в аппарате, т.е. с возможностью вращения в плавающем режиме. Для обеспечения вышеуказанного режима вал 1 расположен в ступенчатой втулке 6,которая вращается в подшипниках 7 и 8 качения, запрессованных в корпусе 9. Внутри втулки 6 вал подвешен на пружине 10 и закреплен от проворачивання шпонкой 11. Конец валана стороне низкого давления входит в герметичную камеру, образуемую цилиндром 12, в котором он может перемещаться в осевом направлении в обе стороны. С целью герметизации подвижного сопряжения конец вала 1 выполнен в виде поршня, снабженного круглыми уплотнительными кольцами 3 и 14 из резины. Цилиндр 12 имеет ограничение осевого перемещения в сторону низкого давления. С этой целью он закреплен с помощью кулачковой полумуфты 15, навинченной на ступенчатую втулку 6, от самопроизвольного отвинчивания муфта 15 закреплена стопором 16. В валу 1 выполнены осевой канал 17 и радиальный канал 18, через которые камера 19 цилиндра 12 соединена с рабочим пространством аппарата. Первая ступень герметизации торцового уплотнения осуществлена одним антифрикционным кольцом1204848 ВНИИПИ Заказ 8510/36 Тираж 880 Подписноефилиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 20, выполняющим кроме герметизации также функцию упорного подшипника, который ограничивает осевое перемещение вала 1 и, следовательно, в необходимых пределах осевое сжатие упругих уплотнительных колец рабочих комплектов на всех ступенях торцового уплотнения.В тех случаях, когда рабочая среда в аппарате является агрессивной по отношению к уплотнительным резиновым кольцам 13 и 14, устройство для разгрузки вала от осевого усилия может быть выполнено в виде силь- фона 21 с приваренным к нему донышком 22 и гайкой 23, с помощью которой он крепится на валу 1 и уплотняется прокладкой 24. Сильфон 21, как и цилиндр 12, размещен внутри кулачковой полумуфты 15 (см. фиг. 2).Торцовое уплотнение снабжено также устройством для подачи запирающей жидкости в камеры, где расположены рабочие комплекты, и системой охлаждения рабочих комплектов (показаны только штуцеры для подачи и отвода запирающей жидкости и охлаждающей воды).Торцовое уплотнение работает следующим образом.При атмосферном давлении поджатие герметизирующих элементов к торцовым поверхностям корпуса 2 осуществляется пру жиной 10, которая подтягивает вал 1 к торцовым поверхностям корпуса вместе со всеми комплектами рабочих элементов. При наличии давления в рабочем пространстве аппарата давление по радиальному каналу 18 и осевому каналу 17 проникает в камеру 19 цилиндра 12 (или сильфона 21) и давит на торцовую поверхность вала, уравновешивая частично или полностью силу, действующую на вал в осевом направлении в сторону низкого давления. Сила, действующя на вал 1 в осевом направлении, зависит от соотношения величины площадей поперечного сечения вала в месте его герметизации комплектом рабочих элементов и торца вала 1. При равенстве этих площадей вал 1 будет полностью разгружен от действия осевой силы, которая возникает вследствие давления рабочей среды в аппарате, В этом случае перемещение вала 1 в осевом направлении будет происходить только под действием силы пружины 1 О, на которой подвешен вал 1. Изменяя соотношение указанных площадей, можно регулировать величину осевой силы, действующей на вал 1, 20 работающий в плавающем режиме.Таким образом, предлагаемое торцовоеуплотнение обеспечивает разгрузку вала и герметизирующих элементов от осевых усилий, позволяет исключить нежелательное влияние высокого давления на антифрикционное кольцо 20, обеспечивает надежную герметизацию вращающегося вала в условиях высоких давлений, температур и скорости вращения. Кроме того, значительно снижается расход энергии, затрачиваеЗ 0 мой на вращение вала.