Торцовое уплотнение

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1611 5 2 УПЛОТНие м,бвр ащающгазовых 1 ИЕ использованихся валов турбин, Цель е надежности по вьпп еи путеусках вид аци и остановах.ающееся кольца нев я по ство СССР/3 1981,дру та нов ты др и 3 и ен ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ.в уплотнениях компрессоров,изобретенияи долговечнос износа при зал Вращающееся и(К) 1, 2 трени гу упругимн эл1634907 О лены концентрично ндлу 4. Средстводля создания газодиндмического эффекта выполнено и виде К 6, закрепленного на торцовой поверхности 5К 2, соединенного с генератором 7электрических колебаний через устрво 8 регулирования напряжения электрических колебаний, Выход датчика 10величины зазора соединен с входом Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнениям вращающихся валов, и можетбыть использовано в компрессорах,газовых турбинах, турбоагрегатах ианалогичных машинах.Цель из обр ет ения - по выше ние надежности и долговечности (ресурсаработы) путем ликвидации износа призапусках, остдновах, и малых скоростях вращения вала.На фиг показано уплотнение,осевой разрез; на фиг,2-4 - варианты закрепления пьезокердмическогокольца на торцовой поверхности неподвижного кольца; на фиг5-8 - видА на фиг,1 (пьезокерамическое кольцо,выполненное из пьезоэлементон); на 35фиг,9 - профиль волны деформации;на фиг 10-13 - варианты объединениякольцевых сегментов пьезоэлементовв группы (нид А нд ф г.г).Торцовое уплотнение содержит врдщающееся 1 и невращдющееся 2 кольца,поджимаемые друг к другу упругимиэлементами 3 и устднонпенные концентрично ндпу 4, На торцовой поверхности 5 неврашаюшегося кольца 2 здкреп45лена средство для создания гдзодинамического эффекта, выполненное в виде пьезокерамического кольца 6, соединенного с генератором 7 электрических колебаний через устройство 850регулирования напряжения электрических колебаний, соециненное линией 9обратной связи с датчиком 10 неличины зазора1 ьез оке 1 дмическое кольцо6 может быть установлено в кольцевойпроточке 11, выполненной нд торцовойповерхности 5 ненр шдющсгося кольца2 со стороны нару+,ного диаметраустр-ва 8, другой вход к-рого соединен с генератором 7, Выход устр-ва 8соединен с К 6, выполненным из пьезокердмического материалаК 6 мбустановлено в кольцевой проточке,ныполненной на поверхности 5 со стороны наружного или внутреннего диаметра К 2Имеет К 6 коническую иликриволинейную рабочую торцовую поверхность, 8 з,п, ф-ль, 1 3 ил,Ньезокерамическое кольцо 6 может быть установлено и кольцевой проточке 12, выполненной на торцовой поверхности 5 ненращающегося кольца 2 со стороны внутреннего диаметра,1 ьезокерамические кольца 6 могут быть установлены в кольцевых проточках 11 и 12, выполненных на торцовой поверхности 5 невращающегося кольца 2 одновременно со стороны наружного и со стороны внутреннего диаметров,Ширина пьезокерамического кольца (рдзмер Б) составляет 1/4-3/4 ширины рабочей поверхности невращающегося кольца (размер В), а расстояние между рабочей поверхностью 13 пьезокерамического кольца 6 и вращающимся кольцом 1 находится н пределах 0,2 20 мкм, Рабочая поверхность пьезокерамического кольца 6 может быть выпопнена криволинейной или конической (14) .11 ьезокерамическое кольцо 6 может быть выполнено в виде набора пьезо кер амиче ских элементов . Пь ез ок ер амические элементы могут быть выполнены в виде спиральных пластин 15, прямых пластин, расположенных наклонно (16) ипи радиально(17), н виде колец 18, размещенных одно н другом концентрично относительно оси вала, либо в виде кольцевых сегментов 19,Торцовое уплотнение вращающегося вала работает следующим образом,До начала вращения вдд на пьезокердмическое кольцо 6 от г нератора 7 электрических колебаний подается электрическое напряжение большой час" тоты, изменяемое по синусоилдльному закону, При этом н пьеокердмпческом кольце 6 с помощью перемень го эл кт 1634907рического поля в результате обратногопьезоэлектрического эффекта происходит деформация пьезокердмическогокольца Ь в осевом направлении с частотой переменного поляДеформация пьезокерамическогокольца 6 по сицусоиддльному законус высокой частотой в направлении нормали к поверхности кольца 1 приводит 10к образованию между кольцом 1 и пьезокерамическим кольцом 6 сдавливаемой газовой или жидкостной пленки,обладающей уплотцяющей способностью,пропорциональной амплитуде колебаний при сдавливании, При этом междупьезокерамическим кольцом 6 и кольцом 1 обрд обуется зазор, величина которого пропорциональна амплитуде ко 20лебаний пьезокерамического кольца 6и давление в котором выше давленияокружающей среды.После образования между цьезокерамическим кольцом 6 и кольцом 125гарантированной газовой или жидкостной пленки уплотнение готово к работе. Включают электродвигатель машины, и вал начинает вращаться Этопозволяет ликвидировать износ уплотнения при запусках, остдцовдх ц мдлых скоростях вращения вала,Если уплотцецие дополнительноснабжено устройством 8 регулирования напряжения электрических колебаний, соединенным линией 9 обрдтцэй 35связи с датчиком 10 величины зд орд,то датчик 10 вырабатывает ц 11 опор 1 цональный величине зазора между пьеэокерамическим 6 и вращающимсякольцами сигиш, который через линию 9обратной связи подается на устройство 8 регулирования напряжения электриче ских кол е б аний. Э то устрой ствоизменяет сигнал, получаемый от генератора 7 электрических колебаний, 45пропорционально величине сигнала,получаемого от датчик 10, и передает его на пьезокерамическое кольцо6При уменьшении величины зазорамежду кольцами 1 и 6 сигнал, вырабдтываемыи датчиком 1 О, увеличиваетсяПри этом сиг.ал, подаваемый устроиством 8 регулирования напряженияэлектрических колебаний на пьезокерамическое кольцо 6, возрастает, 55что приводит к возрастанию амплитудыколебаний пьезокерамического кольца6 и восстановлению зазораЭто позволяет устанавливать между пьезокерамическим 6 и врдшающимся 1 кольцами оптимальную ве 1 ичину зазора, а также регулировать зазор в процессе работы уплотненияЕсли пьезокердмическое кольцо 6 закреплено ца части цеврдщаюшст ося кольца 2, то повышенное ддвлецие, создаваемое пьездкерамическим кольцом 6, дросселируется в щелевом зазоре на участке 5, что повышает уплотцяющие свойства торцового уплотне цияЗакрепление пьезокерамиче скогокольца 6 в про:очке 11 невращающегосн кольца 2 так, что между пьезокерамическим 6 и вращающимся 1 кольцами имеется гарантированный зазорД .= 0,2-20 мкм, позволяет исключитьслучайный контакт между ними в процессе работы уплотнения при возникновении осевых колебаний вала и избежать разрушения пьезокерамическогокольца 6 под действием случайныхударных нагрузок.Выполнение пьезокерамическогокольца 6 с конической (14) или криволицейцс Й ра бочей по верхнос тью так,что со стороны бол е высокого давления рабочий зазор между пьезокердмцч. ским и врдщдияимся кольцом больше, позволяет улучшить уплотцнющиесвоиства торцового уплотнения засчет нагнетания упло тня емой средыпри пульсациях в сторону большего3 дз орд Это по выш дет ц лдежцо сть идолгов чцость уплотненияРылолцецпе пьезокердмическогокольца 6 в ниде набора пьезокерамцческих элементов, каждый из которыхсоединен с генератором электричеСкихколебаний, позволяет подавать сигналнд любой из пьезокердмических элементов независимо от других элементовЭто обеспечивает получение разноо;разных форм деформации рабочейповерхности цевращающегося кольца, агакже позволяет изменять форму рабочей поверхности по любому заранее заданному закону,11 ри выполнении пьезокерамическогокольца в виде набора спирдльных льезоэлементов 15 сигнал от устройства8 регулирования напряжеия электривеских колебаний подается на соседцпе элементы 15, отличающиеся по фазе на определенную постоянную величину. В результате деформации на поверхности пьезокерамического кольца1634907 45 50 6 образуются спиральные пазы, глубина которых пропорциональна подаваемому напряжению, не зависит от температуры колец и может быть изменена впроцессе работы уплотненияТак какдеформация элементов 15 равна поамплитуде, но отличается по фазе, наповерхности пьеэокерамического кольца6 образуется волна, вектор распространения которой перпендикулярен радиусу кольца. Скорость распространения волны й пропорциональна частоте,выдаваемой генератором 7 электрических колебаний, причем волна дефор мации может распространяться как внаправлении, показанном стрелкои нафиг,8, так и в противоположном направлении Форма нолны показана нл фиг 9.Такие же волны образуются при выполнении пьезокерамического кольца 6в виде набора наклонных 6 или радиальных 17 пластин. Эти волны деформации характеризуются тем, что глубина пазов (спиральных, радиальных или25наклонных) зависит только от подаваемого на пьезоэлемент напряжения и независит от температуры или давленияуплотняемой среды. Кроме того, онине засоряются в процессе работы уплотнения, тлк клк после прекращенияподачи электрического сигнала нагьезоэлементы пазы исчезают, т,епазы обладают способностью самоочищаться, что позволяет уплотнять загрязненные жидкости или газы,При выполнении кольца 6 в виденабора пьезокерлмических колец 1 8вектор распространения волны деформации направлен вдолрадиуса кольца 406 н сторону наружного или внутреннего диаметра, Указанные волны деформации способны перекачивать уплотняемую среду против направленияутечки и создавать повышенное давление в зазоре, что повышает надежность и догонечность торцового уплотнения,Если нл торцовой поверхности 5невращающегося кольца 2 выполненыдве кольцевые проточки 11 и 12, нкаждои из которых установлено пьезокерамическое кольцо 6, то на этикольца сигналы ог генератора электрических колеблнпи подаются так, что 55образующиеся воли деформации перекачивают уплотнясмун среду нлвстречу друг другу, .3 то приводит к резкому повышению д влепи ч уплотняемой среды в зазоре между кольцами научастке 5 и, следовательно, к повышению надежности и долговечности,Выполнение пьезокерамическогокольца 6 в ниде набора кольцевыхсегментов 9 позволяет получить нарабочей поверхности кольца большоеколичество микровыступов при подачена кольцевые сегменты сигналов, отличающихся по фазе,Кроме того, эта конструкция позволяет объединять кольцевые сегменты 19 в группы 20-23, сигнал к которым подается одновременно, причемсигнал, подаваемый к соседним группам, отличается по фазе. В зависимости от того, какие элементы 19 объединены в группы на поверхности пьезокерамического кольца, могут бытьполучены различные виды волн деформации, например волна деформации вниде спиралей, загнутых по направлению вращения вала или против, радиальная волна деформация, кольцеваянолна деформации,На рабочей поверхности пьезокерамического кольца может быть одновременно получено большое количествоволн деформации (для наглядностивыделена только одна),Для предотвращения выхода уплотнения из строя вследствие аварии,например, при внезапном отключенииэлектрической энергии на поверхностьпьезокерамического кольца нанесенопокрытие иэ фторопластоного материала, которое, обладая хорошими антифрикционными свойствами, не препятствует деформации пьезокерамическихэлементовФормул а изобретения 1, Торцовое уплотнение вращающе гося вала, включающее вращающееся и невращающееся кольца трения, поджимаемые друг к другу упругими элементами и установленные канцентрично валу, средство для создания газодинамического эффекта, выполненное в виде кольца, закрепленного на торцовой поверхности невращающео ся кольца, отличающее ся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности путем ликвидации износа при запусках и останонлх, оно снабжено генератором электрических колебаний, устройством регулирования нанря 16349 жения и датчиком зазора, выход которого соединен с входом устройства регулирования напряжения, другой вход которого соединен с генератором электрических колебаний, а выход устройства регулирования - с кольцом, закрепленным на торцовой поверхности невращающегося кольца, причем кольцо выполнено из пьезокерамического материала2Уплотнение по и1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что пьезокерамическое кольцо установлено в кольцевой проточке, выполненной на торцовой поверхности невращаншегося кольца со стороны наружного или со стороны внутреннего диаметра.,3Уплотнение по пп1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что пьезо керамическое кольцо имеет коническую или криволинейную рабочую торцовуюпо верхно сть,4, Уплотнение по пп 1 3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что пьезо 25 керамическое кольцо выполнено в ви 07 оде набора пьезокерамических элементов, каждый из которых соединен сустройством регулирования напряженияэлектрических колебаний,5Уплотнение по п 4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что пьеэокерамические элементы выполнены в видеспиральных пластин,6Уплотнение по п,4, о т л ич а ю ш е е с я тем, что пьезокерамические элементы выполнены в видепрямых пластин, расположенных радиально или наклонно,- 7Уплотнение по п,4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что пьезокерамические элементы выполнены в видеконцентрично расположенных колец,8Уплотнение по п,4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что пьезокерамические элементы выполнены в видекольцевых сегментов,9Уплотнение по пп1 8, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что напьезокерамическое кольцо нанесеноантифрикционное покрытие,1 Ь 34907 пь 11 :1 ащенкД ггдь р став орррктор М немчик х ред гар а Заказ 743 Тираж 448 Подпи сноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям ц открытиям при113035, Москва, Ж, Распекая наб., д, 4/5 венно-издательский комбинат ",1 дтент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 Произ