Уплотнение роторного насоса

(51)5 . 04 Р 29/08 ИСАНИЕ РЕТ ОРНОГО НАследоим. М тельскии едоотнительная техбева и Л, А. Кондание, 1986, с. 179,етельство ССС 04 0 29/16, 19 Авторское св1323757, кл. ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение позволяевечность уплотнения путеса рабочей поверхности уМанжета 1 установлена ми ротором 4 насоса. На маупругий выступ 5. Пове5 и статор 3 обмеру 8, сообщенную плами 9 с зоной 10 выа щелевым каналом - сзором 2 до рабочей поверхпо ходу потока. 3 з. п. фт повысить долгом снижения изнопругого выступа, ежду статором 3 нжете 1 выполнен рхность 7 высту- разуют рабочую ерепускными касокого давления, уплотняемым заности 6 выступа 5 лы, 4 ил.зИзобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к конструкции уплотнений роторных насосов.Цель изобретения - повышение долговечности путем снижения износа рабочей поверхности упругого выступа.На фиг. 1 показано уплотнение с радиальным зазором, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, с осевым зазором; на фиг. 3 - уплотнение с дополнительными ступенями; иа фиг. 4 - уплотнение с уступом на роторе.Уплотнение ротора насоса содержит манжету 1, установленную в уплотняемом зазоре 2 между статором 3 и ротором 4 насоса, упругий выступ 5 с рабочей и нерабочей поверхностями 6 и 7, выполненный на манжете 1, кольцевую рабочую камеру 8, образованную поверхностями выступа 5 и статора 3 насоса, перепускные каналы 9, сообщающие рабочую камеру 8 с зоной 1 О высокого давления. Выступ 5 и статор 3 установлены с образованием шелевого канала 11, сообщающего уплотняемый зазор 2 с рабочей камерой 8. Рабочая камера 8 выполнена со стороны нерабочей поверхности 7 выступа 5, а щелевой канал 11 сообшен с уплотняемым зазором 2 до рабочей поверхности 6 выступа 5 по ходу потока среды.По крайней мере часть 12 щелевого канала 11 (фиг. 1) может быть образована нерабочей поверхностью выступа 5 и статором 3, а уплотнительный зазор 2 образован рабочей поверхностью 6 выступа 5 и ротором 4, при этом поперечный размер шелевого канала 11 выполнен меньше ширины зазора 2 между выступом 5 и ротором 4, а манжета 1 установлена с возможностью осевого и радиального перемещения.Уплотнение может быть снабжено перегородками 13 (фиг. 3), дополнительными манжетами 14 и рабочими камерами 15, разделенными между собой перегородками 13, при этом перегородки 13, манжеты 1 и 14 и рабочие камеры 8 и 15 размещены последовательно с образованием дополнительных ступеней, а перепускные каналы 9 выполнены в перегородках 13, На роторе 4 может быть выполнен уступ 16, обращенный к манжете 1 со стороны выступа 5, при этом манжета 1 подпружинена в направлении уступа 16.Уплотнение работает следующим образом.В уплотняемом зазоре 2 создается перепад давлений, вследствие чего через него возникает утечка жидкости из зны 10. Одновременно же с помощью каналов 9 от источника высокого давления, которым может быть и сама полость 12 (фиг. 1 и 2), жидкость подводится в камеру 8. Под воздействием перепада давления между камерой 8 и зазором 2 выступ 5 прогибается (на расчетную величину), уменьшая тем самым величину зазора 2 и увеличивая зазор в канале 11,5 10 15 20 25 ЗО ЗБ 40 50 55 Таким образом, с помошью последнего организуется параллельный утечке ток жидкости, в результате оба потока утечек приходят во взаимодействие в области соединения каналов 11 и зазора 2. При этом смешивание потоков происходит в области, расположенной ранее рабочей поверхности 6, снижая эрозионйое разрушение манжеты 1,Далее описанный механизм течения можно использовать двояко.В первом случае, когда камера 8 будет спроектирована с достаточно большим поперечным сечением, не оказывающим заметного сопротивления при растекании в ней жидкости между каналами 9, удается реализовать следующие положительные факторы: взаимодействие потоков, один из которых закручен, а другой нет, приводит к увеличению сопротивления, За счет резко повышаюшейся при этом турбулизации жидкости, начинающейся ранее рабочей поверхности 6, возникают пульсирующие знакопеременные усилия вдоль всего периметра края выступа 5, вызывая высокочастотные его колебания. Это усиливает турбулизацию потока непосредственно уже под рабочей поверхностью 6 в зазоре 2 и дополнительно повышает сопротивление, а также высокочастотные колебания одновременно уменьшают коэффициент трения и износ рабочей поверхности 6 манжеты 1, Благодаря самоцентрированию выступа 5 по ротору 4 указанные процессы протекают с максимальным эффектом.Во втором случае, когда поперечное сечение камеры 8 выбирается таким, что оно начинает оказывать заметное сопротивление растекающемуся в ней потоку между каналами 9, картина работы заметно изменяется. Поскольку давление в камере 6 по окружности становится переменным (посредине между соседними каналами 9 оно минимально, а непосредственно под каждым каналом 9 - максимально), то и характер про. гиба выступа 5 становится неравномерным: рабочая поверхность 6 становится волообразной - с минимальной величиной зазора 2 под каждым каналом 9. Благодаря действию при этом клинового эффекта обеспечивается дополнительное повышение износостойкости рабочей поверхности 6. Выполнение устройства в соответствии с п. 2 формулы изобретения позволяет с наибольшим эффектом выполнить манжету с возможностью рабочего перемещения в радиальном и осевом направлениях. Поскольку в статическом состоянии радиальный зазор части 12 канала 11 меньше, чем таковой в зазоре 2 (практически он может быть нулевым), то манжета 1 может быть спроектирована так, что перед пуском она нигде не будет касаться ротора 4. Благодаря этому исключаются явления износа, обусловленные трением покоя, во время пуска, После пуска насоса, в результате повышения давления5в камере 8 и некоторого отгиба выступа 5 с образованием канала 11, манжета 1 получает свободу перемещения и центрируется по ротору 4 за счет гидродинамических сил в зазоре 2, Процесс повышения сопротивления за счет смешивания потоков и возбуждения при этом высокочастотных колебаний края выступа 5 происходит так же, как и ранее. Однако к этому добавляется увеличение сопротивления за счет возможности минимизации зазора 2, вдоль всей 1 О длины манжеты 1, что позволяет проектировать узел с минимальными утечками при высоких окружных скоростях ротора 4.Выполнение уплотнения в соответствии с п. 3 формулы изобретения (фиг. 3) никак принципиально не изменяет функционирования каждой ступени в отдельности, Рассчитывая каждую ступень уплотнения на восприятие полного перепада давления, можно обеспечить, чтобы каждая последующая ступень начинала воспринимать полную на грузку только после полного износа предыдушей ступени. Принципиальная возможность реализации такого эффекта обусловлена именно тем, что герметизация с помошью манжеты 1 в каждой ступени осушествляется под действием давления жидкости, поступающей в камеру 8 через перепускные каналы 9. При резком возрастании утечки через каждую предыдущую ступень, вызванной соответствуюшим износом рабочей поверхности 6, соответственно уве- ЗО личивается давление в камере 8 последуюшей ступени с вводом в работу ее выступа 5. Данный вариант позволяет автоматически реализовать принцип резервирования, благодаря чему резко повышаются показатели надежности и долговечности уплотнения в целом.Работа устройства по п. 4 формулы изобретения (фиг. 4) отличается тем, что за счет прижатия с помощью пружины манжеты 1 к уступу 16, с образованием торцового уплотнения узел может одновременно использоваться и как стояночное уплотнение (например, во время предпусковой заливки насоса). После запуска последнего давление в камере 8 возрастает, за счет чего преодолевается усилие пружины и торцовое 45 буплотнение между поверхностями выступа 5 и уступа 13 раскрывается. После этого уплотнение переходит на функционирование в соответствии с описанным ранее режимом.Формула изобретения1. Уплотнение роторного насоса, содержащее манжету, установленную в уплотняемом зазоре между статором и ротором насоса, упругий выступ с рабочей и нерабочей поверхностями, выполненный на манжете, кольцевую рабочую камеру, образованную поверхностями выступа и статора насоса, перепускные каналы, сообщающие рабочую камеру с зоной высокого давления, при этом выступ и статор установлены с образованием шелевого канала, сообшаюшего уплотняемый зазор с рабочей камерой, отличающееся тем, что, с целью повышения долговечности путем снижения износа рабочей поверхности выступа, рабочая камера выполнена со стороны нерабочей поверхности выступа, а шелевой канал сообщен с уплотняемым зазором до рабочей поверхности выступа по ходу потока среды.2. Уплотнение по и. 1, отличающееся тем, что по крайней мере часть шелевого канала образована нерабочей поверхностью выступа и статором, а уплотняемый зазор образован рабочей поверхностью выступа и ротором, при этом поперечный размер шелевого канала выполнен меньше ширины зазора между выступом и ротором,. а манжета установлена с возможностью осевого и радиального перемещения.3. Уплотнение по и. 1, отличающееся тем, что оно снабжено перегородками, дополнительными манжетами и рабочими камерами, разделенными между собой перегородками, при этом перегородки, манжеты и рабочие камеры размешены последовательно, с образованием дополнительных ступеней, а перепускные каналы выполнены в перегородках.4. Уплотнение по и. 1, отличающееся тем, что на роторе выполнен уступ, обращенный к манжете со стороны выступа, при этом манжета подпружинена в направлении уступа.1566089 иа 2 7 Фаг 4 итченко орректор М, Максимишинеодписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и от 113035, Москва, Ж - 35, Раущская на Производственно-издательский комбинат Патент, г. Уж Редактор Е. ПаппЗаказ 1209 Составитель Ю. НТехред И. ВерееТираж 496 крытиям при ГКНТ СССРд. 4/5город, ул. Гагарина, 101