Система уплотнений вращающегося вала

(я)5 Г 16 ) 15/40 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ч ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ КНТ СССР(54) СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЙ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА(57) Изобретение м.б. использовано в уплотнениях устр-в с агрессивными, взрывоопасными или токсичными средами. Цельизобретения - повышение надежности системы уплотнений вращающегося вала эасчет предотвращения перетечек рабочейсреды из полости (П) высокого давления в Пнизкого давления. В корпусе 1 размещен вал 2 с диском 3, образующий со стороны П 9 высокого давления пару трения торцового уплотнения, в виде поджатого к диску 3 уп20 ня.Я 2 ан 1 б 8797 б А 1 ругим элементом 5 прижимного кольца 4. Промежуточная П образована герметично закрепленным элементом 5, поверхностью корпуса 1, диском 3 и выступом 6 корпуса 1 и заполнена затворной жидкостью. В выступе 6 выполнена радиально расположенная П, связанная с источником 14 затворной жидкости и сообщенная отверстия с зазором между диском 3 и выступом 6. К П 1 низкого давления подключен источник 16 подачи газа. Промежуточная П и П 10 связаны между собой датчиком 18 разности давления, подключенным к устр-ву 22 регулирования источника 16. На корпусе 1 выполнен приемник 13 рабочей среды, сообщенной с одной стороны с промежуточной П, с другой - через предохранительный клапан 20 с дренажным устройством 21. На поверхности диска 3 и выступа 6 со стороны зазора выполнены кольцеобразные участки иэ несмачиваемого затворной жидкостью материала, 1 з,п,ф-лы, 5 ил.10 15 20 25 30 45 50 Изобретение относится к системам упдотнений вращающихся валов и можетбыть ИСПОЛЬЭОВЗНО В ХИМИЧ 8 СКОЙ ПРОМЫШЛЕННО- сти, машиностроении и т.д. в качестве уплотнений устройств с агрессивными, взрцвоопаснцми или токсичными средами. Целью изобретения является повышение надежности за счет предотвращения перетечек рабочей среды из полости высокого,цавления в полость низкого давления,На фиг.1 представлена принципиальная схема системы уплогнений Вращаюиагося вала; на фиг.2 - 5 - положения затворной жидкости на типичных режимах работы,Система уплотнений вращающе ося вала (фиг,1) содержит корпус 1 и размещенный в нем вал 2 с диском 3, К диску 3 вала 2 поДжато прижимное кОльЦО 4 торЦОВОго уплотнения герметичным упругим элементом 5, который крепится к корпусу 1 и прижимному кольцу 4, Корпус 1 содержит выступ 6 с радиальной 7 полостью и сообщающими отверстиями 8. Между полостями 9 и 10 высокого и низкого давления находится промежуточная полос 1 ь, образованная упругим элементом 5 крепления прижимного кольца 4, корпусом 1, диском 3 вала 2 и выступом 6 корпуса 1. Зысгуп 6 корпуса 1 и диск 3 вала 2 содержат кольцевые участки 11 из несмачиваемого жидкостью материала. Между диском 3 и выстуг 1 ом 6 находится мениск 12 жидкости, На корпусе 1 расположен приемник 13 рабочей среды (например,газа), Вне корпуса 1 расположены источник 14 затворной жидкос;ти, корпус которого выполнен упругим, обратный клапан 15, источник 16 подачи газа, отсечной клапан 17, датчик 18 разности давлений, сбросной клапан 19, предохранительный клапан 20, дренажное устройство 21, устройство 22 регулирования источника подачи газа,Сист 8 ма работает сг едующим обра" зом.Со сторо по ос 9 а сокого да ения герметичнцм упругим элементом 5 крепления (например, сил ьфоном) производится поджатие прижимного кольца 4 к диску 3 вада 2, которые образуют пару трения торцОВого уплотнения, Е 5 начальный момент затворная жидкость из исгочника 14 поступает в полость 7 выступа 6 корпуса 1 и через сообщающи 8 Отверсти 5 8 заполняют всю промежуточную полость, После з гого в прс" мекуточной полости постоянно находится жидкость. При испарении жидкости и утечке ее в полость 10 низкого давления происходит постоянная подпитка промежуточной полости затворной жидкотью. Для этсго источник 14 затворной жидкости имеет постоянное избыточное давление на величину Р 1, равную капиллярному давлению Раап, определяемому следующим образом:2 сгР 1.= Ркзп =где сг - коэффициент поверхностного напряжения;д - ширина щели между,цисками,При условии, что давление в промежуточной полости Р 2 больше Р 1, происходит срабатывание обратного клапана 11, что препятствует перетеканию жидкости из промежуточной полости в источник 10 и осушению промежуточной полости.Капиллярнь,е силь 1, возникающие в зазоре между диском 3 и выступом 6, удерживают жидкость. 08 рхняя граница заявляемого диапазона отношения зазора между диском 3 и выступом 6 к диаметру диска (д /О) определяется из условия удержания жидкости В зазор 8,Известно, что размер О диаметра диска не превосходит величины порядка 0,1 М. С учетом того, что в большинстве случаев в качестве затворной среды используется вода с о = 728 10 з Н/и и р= 10 кг/мз (плотность жидкости) верхний предел отношения д И не превосходит 1,5 - 10 м. Нижняя граница д И обеспечивает технологическими требованиями, которые определяются предельным значением торцового биения, осевым смещением подшипников, изгибом вала и т.п, Напримерцля узлов, работающих в тяжелых режимах (высокие давления, нагрузки, скорости), д /Е ддя того Ж 84 циаметра диска составляет, примерно 5 10Диск 3 и выступ 6 выполняются из смачиваемого затворной жидкостью материала (например, из металла, если в качестве затворной едкости используется Вода).На поверхности диска 3 и выступа 6 со стороны зазора располокены кольца 11 из несмачиваемого затворной жидкостью материала (например, фторопласта), Эти кольца выполняют следующие функции, При повышении давления в промежуточной полости и увеггичен ии разности давлений между полостями промекутачной :. Низкого давления (Р," - Р) мениск 12 жидкости в зазоре между диском 3 и выступом 6 принимает положение, представленное на фиг.2, Мениск 12 смешается, находясь на кольце 11 из материала, несмг-лваемого жидкостью. Б этом случае капиллярные силы противодействуют повышению давления в промежуточной полости, При усг Овии, когда происходит повышение давления в полости10 15 20 30 35 40 45 55 10 низкого давления и увеличении разности давлений между полостью 10 низкого давления и промежуточной полостью (Рн - Р 2) мениск 12 принимает положение, представленное на фиг.3. Мениск 12 находится на материале диска 3 и выступа б, смачиваемых жидкостью, тогда капиллярные силы противодействуют возрастанию давления в полости низкого давления. В случае наиболее опасной ситуации, когда промежуточная полость частично заполнена рабочей средой, жидкость все же остается в зазоре между диском 3 и выступом б за счет капиллярных сил. При повышении давления в промежуточной полости и увеличении разности давлений между полостью 10 низкого давления и промежуточной полостью периферийный мениск находится на материале, смачиваемом жидкостью, а центральный мениск на кольце 11 из материала, несмачиваемом жидкостью (фиг.4), Такое положение менисков дает увеличение капиллярного давления, противодействующего повышению давления в промежуточной полости, в два раза по сравнению со случаем, представленным на фиг.2. Если же повышение давления в такой ситуации происходит в полости 10 низкого давления, то мениски располокены, как показано на фиг,5, Такое положение менисков обеспечивает увеличение капиллярного давления,противодействующего повышению давления в полости 10 низкого давления, в два раза по сравнению со случаем, представленным на фиг,3, Отсюда следует, что выполнение диска 3 и выступа б указанным образом обеспечивает, во-первых, создание Р,п, во всех случаях, направленного против давлений Р = Рг - Р т.е. реализует отрицательную обратную связь, а, во-вторых, обеспечивает в наиболее опасных случаях, когда промежуточная. полость заполнена жидкостью лишь частично, увеличение Ркап в 2 раза, что повышает надежностью уплотнения,Работа приведенного выше механизмавозможна при условии, когда разность давлений между промежуточной полостью иполостью 10 низкого давления не превышает капиллярного давления, т.е.И Р/ Ркап,где Р=Р 2-Рн,Р 2 - давление в промежуточной полости;Рн - давление в полости низкого давления.Если Р 2 больше Ркп, то для обеспечения работоспособности производится подача в полость 10 низкого давления газа иэисточника 16 с целью разгрузки работы уплотнения, образованного диском 3 и выступом 6. Отметим, что под полостью 10 низкого давления в данной конструкции подразумевают либо непосредственно полость устройства, в которую входит уплотняемый вал 4 (например, полость редуктора, подключенного к турбине), либо же специал ь но созданную полость (нап ример, в виде кольцевого зазора, как показано на фиг.1), сквозь которую проходит уплотняемый вал 2. В последнем случае зазор между валом 3 и выходным отверстием указанной полости 10 должен быть меньше, чем зазор между валом 2 и выступом 6 корпуса 1, что обеспечивает нарастание давления в полости 10 низкого давления при подаче газа от источника 16. Датчик 18 разности давления сообщен с промежуточной полостью и полостью 10 низкого давления. Сигнал от датчика 18, преобразованный, например, в электрический, поступает на устройство 22 регулирования источника подачи газа, которое может буть выполнено, например, на основе компаратора, сравнивающего образцовое напряжение с напряжением на датчике 18. В случае, когда разность давлений между промежуточной полостью и полостью низкого давления больше капиллярного (т.е, Р 2- - РнРкап) устройство 22 регулирования давления дает команду на открытие отсечного клапана 17, за счет чего гаэ из источника 16 подачи газа поступает в полость низкого давления до повышения в ней давления, при котором Р 2- Рн 5 Ркап. В случае, когда разность давлений между полостью 10 низкого давления и промежуточной полостью больше капиллярного давления (т,е. Рн - Р 2Ркзп) устройство 22 регулирования давления дает команду на сбрасной клапан 19 и происходит сброс наддувающего газа из полости 10 в дренажное устройство 21 до давления, при котором Р 2 - РнРкап. В случае, когда разность давлений между полостью 10 низкого давления и промежуточной полостью больше капиллярного давления (т.е, Рн - Р 2Ркрп) устройство 22 регулирования давления дает команду на сбросной клапан 19, и происходит сброс газа иэ полости 10 до давления, при котором Р 2- РнРкап, в дренажное устройство 21,Рабочая среда, прорвавшаяся через торцовое уплотнение и скопившаяся в промекуточной полости, собирается в приемнике 13 рабочей среды, который обеспечивает отвод ее из промежуточной полости, В уплотнениях стационарных наземных устройств, например в случаях, когда рабочая среда легче затворной жидкости, поиемник 12 рабочей среды расположен вВВРХНВЙ ЧЭСТИ ПРОМЗФ/ТОЧ.л ГГОЛОСТИ,В случаях, коГда рабочая сре,)э тя)келее затворной жидкости, пр 81 ник 1", рабочей среды расположен в нак Гей части поомежу- тОчнОЙ пОлОсти. Д)угими словами, прием" ник 13 рэбо-ей срег,ы Всег);:. Оэсположе Р НЭПРЭВЛЕНИИ От ОСИ У 1 ЛСтЯе)ОГО Вала 2, ПРОТИВОПОЛОЖНОМ НЭГ 1)ЭВ 1 ЕННЮ ВВКТО)3 земнОГО тяп)тения или Г:ер 8 грузки. 1 ри иэ 8 вы)Энии дэвл 8 ния Р щ)о,6)куточной полоСти больше Допустимого, например оавного давлению в источнике б подачи газа, при котооом н 8 Обеспечи Баг)тс 1-эД 8)кнэя )э бота системы уплОтнений, срабатывает 1 Эедохрэнительныл клэГЗн аЛЗ и рабОчэя со 8 дэ скопиви)эяся В и)Иеи)яке, "боэсьВэется з дренажное устройсво )1,ФОрмулэ изо)рет 8 ния1, ИСТема УГЛОТНЕ.ИУ ВРЭЩЭЮЩ 8 ГОСЯ Валс, содержащая р:,ЭмеВнный в кОрпусе вал с диском, образуо;.,: э сг) стороны поло- СТИ ВЫСОКО О ДЭВЛ 8 Н "1 Я ПЭ, ГОЕНИЯ ГООЦО- ваго уплотнения В з,.":е 1 о.:,жатого к диску упругим эгементо ;р 1)к 1;много кольц:1, промежутсчную галостьобразован)у)о герметично закреплен:. ы; упругим злемен- ТОМ П)ИЖИМНОГО КОЛЬ ПСВ 8 РХНОСТЬЮ КО пуса, диском зала и ы(,т 1 ом корпуса, О т личэю)цэясятем,"о сцльюповыш 8 ния надеудости за сче-, прзю";Вращения перетечек рэбоч 8 Й средь Нз и)лос"и ВьсОкОГО давления в полость низкоо давления, промежуточная полость заполнена затворной )кидкость)о, В выступе корпуса выполнена радиально расположенная полость, связан ная с истОчником затворной жидкОсти и соОбЩенная ПОсреДством Отверстий с зазором м 8)кду дискОм зала и Выступом корпуса, к гголости низкого давления подключен источник подачи газа, промежуточная 10 полос и полос низОГО давл 8 ния связаны между собой датчиком разности давления подкл)оченным к устройству регулирования источника подачи газа. на корпусе выполнен приемник рабочей сре ды, сообщенный с одной стороны с промежутОчной полОстью, с 1 с др)ГОЙ через предохранительный клапан - с дренажным устроЙстВом, при атом нз ПОВеохности диска Вала и Выст(Пэ корпуса со стороны зазора 20 между ними выполнены ксльцеобразныеучастки из несмэчиваемого затворной жидкость)о материала, расположенные концентрично друГ прОтив друга, э поверхности между участками Выполнены из смачивае мого затворной жидкостью материала,2, Система по П,1, отл и ч а ю ща я сятем, что, с цельо обеспечения подпитки за- творнОЙ жидкостью промежуточнОЙ пОлО- сти, корпус источника затворной жидкости ЗО выполнен упругим, а между ним и промежуточной полость)о установлен Обратный клапан.,Максимишинец каз 3696 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 7 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101