Ущільнення вала

1. Ущільнення вала, що містить встановлене на валу з можливістю обертання кільце з живильними каналами на поверхні тертя і закріплене в корпусі з можливістю переміщення в аксіальному напрямку ущільнювальне кільце з виконаними на поверхні тертя замкнутими камерами і окружною канавкою, що їх замикає, до якої через отвір в ущільнювальному кільці підведено затворне середовище, яке відрізняється тим, що окружна замикаюча канавка поділяє поверхню тертя ущільнювального кільця на ущільнювальні пояски, при цьому замкнуті камери виконані, принаймні, на одному з них, живильні канали мають різні геометричні розміри, а замкнуті камери розрізняються, принаймні, одним з геометричних параметрів, що характеризує розміри, радіальне і окружне розташування замкнутих камер на ущільнювальному пояску, а саме - глибину, ширину, окружну довжину, радіус розташування, відстань між камерами в окружному напрямку, при цьому площа замкнутих камер визначається з наступного співвідношення: C2 (54) УЩІЛЬНЕННЯ ВАЛА 29897 жим роботи ущільнювальної пари при високих швидкостях обертання ротору і малому тискові ущільнюваного середовища, крім того воно працює тільки на ущільнюваному середовищі і для його використання як затворного необхідно використати дві пари таких ущільнень. Одна пара обмежує витоки затворного середовища до порожнини машини, а інша - в робоче приміщення. Таким чином ущільнення стає громіздким, загальна надійність такої конструкції ущільнення незначна. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, за технічною суттю і кінцевому результатові є затворне торцове імпульсне ущільнення валу, прийняте за прототип [2]. Це ущільнення містить встановлене на валу з можливістю обертання кільце з живильними каналами на поверхні тертя і закріплене в корпусі з можливістю переміщення в аксіальному напрямку ущільнювальне кільце з виконаними на поверхні тертя замкнутими камерами. Однак таке торцове імпульсне ущільнення має недостатню надійність, оскільки не забезпечує надійну роботу ущільнення при високих швидкостях обертання ротору і малому тискові ущільнюваного середовища, таке ущільнення має малу несучу здатність, недостатню статичну жорсткість, що призводить до порушення безконтактного режиму роботи торцової пари, при цьому в торцевій парі не відбувається ефективного замикання ущільнюваного середовища. В основу даного винаходу поставлена задача створення конструкції затворного торцового імпульсного ущільнення, в якому за рахунок розподілу поверхні тертя ущільнювального кільця на ущільнювальні пояски замикаючою окружною канавкою, виконання замкнутих камер і живильних каналів особливим чином за розмірами і розташуванням при варіюванні їхніми геометричними параметрами у певному порядку, забезпечується збільшення несучої здатності, статичної жорсткості ущільнення і, в результаті, підвищуються надійність затворного торцового імпульсного ущільнення при роботі на малих тисках, високих швидкостях обертання ротору, а також ефективність замикання ущільнюваного середовища. Поставлена задача вирішується тим, що затворне торцове імпульсне ущільнення містить встановлене на валу з можливістю обертання кільце з живильними каналами на поверхні тертя і закріплене в корпусі з можливістю переміщення в аксіальному напрямку ущільнювальне кільце, на поверхні тертя якого виконані замкнуті камери і окружна замикаюча канавка, до якої через отвір в ущільнювальному кільці підведене затворне середовище. Відповідно до винаходу в запропонованому затворному торцовому імпульсному ущільненні замикаюча окружна канавка поділяє поверхню тертя ущільнювального кільця на ущільнювальні пояски, а замкнуті камери виконані, принаймні, на одному з поясків, при цьому живильні канали мають різноманітні геометричні розміри (довжину і ширину). Замкнуті камери на ущільнених поясках розрізняються, принаймні, одним із геометричних параметрів, що характеризує розміри, радіальне і окружне розташування замкнутих камер на ущільнювальному пояску, а саме - глибину, ширину, окружну довжину, радіус розташування, відстань між камерами в окружному напрямку. Площа замкну тих камер визначається з наступного співвідношення: Sк 2 2 p(Rн - Rвн ) < 0,97, де Sк - площа, яку займають камери на ущільнювальному пояску поверхні тертя ущільнювального кільця; Rн - зовнішній радіус ущільнювального пояска поверхні тертя, на якому розміщені замкнуті камери; Rвн - внутрішній радіус ущільнювального пояска поверхні тертя, на якому розміщені замкнуті камери. Замкнуті камери на поверхні тертя одного з кілець затворного торцового імпульсного ущільнення виконані на обох ущільнювальних поясках (зовнішньому і внутрішньому). Живильні канали, що підводять затворне середовище до замкнутих камер, розташованих на зовнішньому ущільнювальному пояску, чергуються з живильними каналами, що підводять затворне середовище до замкнутих камер, розташованих на внутрішньому ущільнювальному пояску. Живильні канали сполучаються з замкнутими камерами, розташованими на зовнішньому і внутрішньому ущільнювальних поясках одночасно. Замкнуті камери, що розрізняються принаймні одним геометричним параметром, який характеризує розміри, радіальне і окружне розташування замкнутих камер на ущільнювальному пояску, впорядковано чергуються одна з одною в окружному напрямку. Групи замкнутих камер, що розрізняються принаймні одним геометричним параметром, який характеризує розміри, радіальне і окружне розташування замкнутих камер на ущільнювальному пояску, впорядковано чергуються одна з одною в окружному напрямку. Сукупність усіх ознак запропонованого технічного рішення дозволяє збільшити несучу здатність, статичну жорсткість ущільнення і, в результаті, підвищити надійність затворного торцового імпульсного ущільнення при роботі на малих тисках і високих швидкостях обертання ротору, а також ефективність замикання ущільнюваного середовища. За рахунок нових ознак винаходу, що заявляється, а саме, в результаті розподілу замикаючою окружною канавкою поверхні тертя кільця на ущільнені пояски відбувається відсікання ущільнюваної порожнини від навколишнього середовища, чим забезпечується ефективне замикання ущільнюваного середовища. Виконання живильних каналів, що розрізняються по довжині і ширині, дозволяє забезпечити вибірковість сполучення замкнутих камер з замикаючою окружною канавкою, що дозволяє створити при обертанні ротору принаймні один біжучий гідро(газо)динамічний клин, який підвищує несучу здатність ущільнення. Виконання замкнутих камер або їхніх груп, що розрізняються принаймні одним із геометричних параметрів, який характеризує розміри, радіальне і окружне розташування замкнутих камер на ущільнювальному пояску, а саме - глибину, ши 2 29897 рину, окружну довжину, радіус розташування, відстань між камерами в окружному напрямку, дозволяє оптимізувати в окружному напрямку розподіл тиску на торцовому пояску, зайнятому камерами, внаслідок чого підвищується несуча здатність ущільнення, його статистична жорсткість, в результаті чого відбувається підвищення надійності ущільнення, збільшується термін його служби, поширюється діапазон функціонування. Визначення сумарної площі замкнутих камер співвідношенням Sк 2 p(Rн 2 - Rвн ) на фіг. 3 - поверхня тертя ущільнювального кільця 4, що обертається, з живильними каналами 5; на фіг. 4 - фрагмент ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7 різної глибини, які згруповані в групи по дві, і ці групи виконані чергуються одна з одною в шаховому порядку; на фіг. 5 - фрагмент ущільнювального кільця 2, що не обертається з замкнутими камерами 7 різної глибини, які виконані таким чином, що їх глибина змінюється в окружному напрямку східчасто від мінімальної величини до максимальної; на фіг. 6 - фрагмент ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7 різної глибини, які виконані таким чином, що їх глибина плавно змінюється в окружному напрямку від мінімальної величини до максимальної і знову до мінімальної; на фіг. 7 - фрагмент ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7 різної глибини, які виконані таким чином, що їх глибина змінюється в окружному напрямку від мінімальної і досягає максимальної на діаметрально протилежній стороні кільця; на фіг. 8 - поверхня тертя ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7, розташованими на зовнішньому 8 і внутрішньому ущільнювальних поясках 9; на фіг. 9 - поверхня тертя ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7, розташованими на зовнішньому ущільнювальному пояску 8; на фіг. 10 - поверхня тертя ущільнювального кільця 4, що обертається, з живильними каналами 5 різної довжини в радіальному напрямку; на фіг. 11 - поверхня тертя ущільнювального кільця 4, що обертається, з живильними каналами 5, що можуть водночас підводити затворне середовище до замкнутих камер, розташованих на зовнішньому і внутрішньому ущільнених поясках кільця, що не обертається; на фіг. 12 - поверхня тертя ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7, розташованими на зовнішньому 8 і внутрішньому ущільнюючих поясках 9, при цьому замкнуті камери 7 на внутрішньому ущільнювальному пояску 9 виконані на різній відстані від центру кільця чергуються одна з одною через одну; на фіг. 13 - поверхня тертя ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7, розташованими на внутрішньому ущільнювальному пояску 9, при цьому замкнуті камери 7, виконані на однаковій відстані від центру кільця згруповані по дві, і ці групи чергуються через одну; на фіг. 14 - поверхня тертя ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7, розташованими на внутрішньому ущільнювальному пояску 9, при цьому замкнуті камери 7, виконані на різній відстані від центру кільця, чергуються східчасто (плавно від мінімальної відстані до максимального і т.д.); на фіг. 15 - поверхня тертя ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7, розташованими на зовнішньому 8 внутрішньому 9 ущільнених поясках, при цьому замкнуті камери на обох ущільнених поясках, виконані на різ < 0,97, де Sк - площа, яку займають камери на ущільнювальному пояску поверхні тертя ущільнювального кільця; Rн - зовнішній радіус ущільнювального пояска поверхні тертя, на якому розміщені камери; Rвн - внутрішній радіус ущільнювального пояска поверхні тертя, на якому розміщені камери, дозволяє при практичній реалізації забезпечити оптимальне поєднання несучої спроможності ущільнення, витікання затворного середовища і терміну служби затворного торцового імпульсного ущільнення. Виконання замкнутих камер на обох ущільнених поясках (зовнішньому і внутрішньому) сприяє підвищенню несучої здатності ущільнення на малих тисках. Чергування живильних каналів, що підводять затворне середовище до замкнутих камер, розташованих на зовнішньому ущільнювальному пояску, з живильними каналами, що підводять затворне середовище до замкнутих камер, розташованих на внутрішньому ущільнювальному пояску, дозволяє зменшити витікання затворного середовища при збереженні стабільного безконтактного режиму роботи ущільнюючих кілець. Одночасне сполучення кожного живильного каналу з замкнутими камерами, розташованими на зовнішньому і внутрішньому ущільнювальних поясках, сприяє підвищенню кутової жорсткості ущільнення. Впорядковане чергування замкнутих камер або їхніх груп, що розрізняються принаймні одним геометричним параметром, що характеризує розміри, радіальне і окружне розташування замкнутих камер на ущільнювальному пояску, оптимизує розташування по колу гідро(газо)динамічних клинів. Практична реалізація винаходу, що заявляється, забезпечує збільшення несучої здатності ущільнення, його статичної жорсткості, в результаті чого підвищується надійність, ефективність замикання ущільнюваного середовища. Проведені експерименти показали, що затворне торцеве імпульсне ущільнення, що заявляється, має термін служби на 2030% більше терміну служби прототипу. Сутність даного винаходу пояснюється кресленнями, де: на фіг. 1 показаний уявний поздовжній розріз ущільнення; на фіг. 2 - поверхня тертя ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7, розташованими на внутрішньому ущільнювальному пояску 9; 3 29897 номанітній відстані від центру кільця, чергуються через одну; на фіг. 16 - поверхня тертя ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7, розташованими на внутрішньому ущільнювальному пояску 9. При цьому замкнуті камери 7, виконані на різній відстані від центру кільця, чергуються між собою хвилеподібно (відстань від центру до камери плавно збільшується від мінімального до максимального значення і плавно зменшується до мінімального і т.д.); на фіг. 17 - поверхня тертя ущільнювального кільця 2, що не обертається, з замкнутими камерами 7, розташованими на різній відстані від центру кільця. При цьому замкнуті камери 7, виконані на однаковій відстані від центру кільця, згруповані по дві і їхні групи, виконані на різній відстані від центру кільця, чергуються через одну. Затворне торцове імпульсне ущільнення, відповідно до винаходу, містить герметично встановлені в корпусі 1 з можливістю переміщення в осьовому напрямку аксіально-рухливе 2 і на валу 3 з можливістю обертання 4 ущільненого кільця з живильними каналами 5 на кільці 4, що підводять затворне середовище від окружної замикаючої канавки 6 до замкнутих камер 7, розташованих на поверхні тертя кільця 2. Окружна замикаюча канавка 6 ділить поверхню тертя ущільнювального кільця на два ущільнювальних пояска зовнішній 8 і внутрішній 9, хоча б на одному з них розміщені замкнуті камери 7. В ущільнювальному кільці 2 виконані отвори 10, що підводять затворне середовище в окружну замикаючу канавку 6. Живильні канали 5 виконані з різною довжиною в радіальном напрямку і змінною по довжині площею поперечного перетину, а замкнуті камери 7 на поверхні тертя кільця 2 виконані принаймні з одним змінним геометричним параметром, що характеризують розміри, радіальне і кутове розташування замкнутих камер 7 на ущільнювальному пояску, а саме - глибину, ширину, окружну довжину, радіус розташування, відстань між замкнутими камерами 7 в окружному напрямку, при цьому сумарна площа замкнутих камер 7 на поверхні тертя кільця 2 вибрана з співвідношення Sк 2 2 p(Rн - Rвн ) ташованих на внутрішньому ущільнювальному пояску 9 (фіг. 10). Живильні канали 5, які підводять затворне середовище до розташованих на зовнішньому 8 ущільнювальному пояску замкнутим камерам 7, також підводять затворне середовище до замкнутих камер 7, розташованими на внутрішньому ущільнювальному пояску 9. Замкнуті камери 7, які розрізняються принаймні одним геометричним параметром, що характеризує розміри, радіальне і окружне розташування замкнутих камер на одному з ущільнених поясків (зовнішньому 8 або 9), впорядковано чергуються одна з одною в окружному напрямку. Під впорядкованістю маємо на увазі зміну означених геометричних параметрів в певній послідовності (через один, східчасто або хвилеподібно). Замкнуті камери 7, наприклад, виконуються глибиною h1 і h2 (h1 < h2), при цьому замкнуті камери 7 різноманітної глибини в окружному напрямку чергуються через одну. Замкнуті камери 7, наприклад, виконуються глибиною h1, h2 і h3 (h1 < h2 < h3), при цьому вони розташовуються на ущільнювальному пояску так, що їх глибина змінюється в окружному напрямку в послідовності h1, h2, h3, h1, h2, h3 і т.д., - східчаста послідовність. Замкнуті камери 7, наприклад, виконуються глибиною h1, h2 і h3 (h1