Ущільнення вала

1 Ущільнення вала, що містить встановлене герметично в корпусі і розділяюче між собою порожнини високого і низького тиску аксіальне пересувне ущільнювальне кільце з натискною пружиною і вторинним ущільненням, розміщеним у кільцевій проточці корпусу, і закріплене на валу обертове ущільнювальне кільце, на торцевій поверхні якого виконана ущільнювальна перегородка і розташовані на периферії канавки, яке відрізняється тим, що між обертовим ущільнювальним кільцем, на ЗОВНІШНІЙ периферії якого виконані канавки, і аксіальне пересувним ущільнювальним кільцем встановлене проміжне кільце 2 Ущільнення вала за п 1, яке відрізняється тим, що канавки виконані у формі трапеції 3 Ущільнення вала за пп 1, 2, яке відрізняється тим, що канавки додатково обладнані щонайменше одним заглибленням і/або виступом, виконаним у вигляді трапеції 4 Ущільнення вала за п 1, яке відрізняється тим, що канавки виконані у формі рівнобічної трапеції 5 Ущільнення вала за пп 1, 4, яке відрізняється тим, що канавки додатково обладнані щонайменше одним заглибленням і/або виступом, виконаним у вигляді рівнобічної трапеції 6 Ущільнення вала за п 1, яке відрізняється тим, що канавки виконані у формі прямокутника 7 Ущільнення вала за пп 1, 6, яке відрізняється тим, що канавки додатково обладнані щонайменше одним заглибленням і/або виступом, виконаним у вигляді прямокутника 8 Ущільнення вала за одним з пунктів 1-7, яке відрізняється тим, що проміжне кільце виконане з вугл є графіту Корисна модель стосується ущільнювальної техніки і може бути використана у турбокомпресорах і насосах різноманітного призначення для ущільнення обертових валів Найбільш близькою до тієї, що заявляється, за технічною суттю і позитивним техніко-економічним ефектом, що досягається, є конструкція ущільнення вали яка прийнята як прототип і містить встановлене герметично в корпусі і розділяючи між собою порожнини високого і низького тиску аксіально-пересувне ущільнювальне кільце з натискною пружиною і вторинним ущільненням, розміщеним в кільцевій проточці корпусу, і закріплене на валу обертове ущільнювальне кільце (Патент України № 21905 F16J15/16 від 28 02 95) Однак така конструкція ущільнення вала має низьку надійність, тому що у процесі роботи при високих тисках ущільнення вала втрачає самоцентруючу здатність На практиці трапляються випадки, коли у процесі роботи компресора може змінюватися склад газу, який перекачується У цих випадках ущільнення працює не на розрахункових параметрах, що також знижує надійність ущільнювального вузла В основу корисної моделі поставлена задача підвищення надійності роботи ущільнення вала за різних режимах шляхом поліпшення триботехнічних властивостей тертьової пари "аксіальне пересувне ущільнювальне кільце - обертове ущільнювальне кільце", а також за рахунок використання канавок на периферії обертового ущільнювального кільця зі східчастими ділянками різної глибини та геометричної форми Поставлена задача вирішується тим, що ущільнення вала що містить встановлене герметично в корпусі і розділяючи між собою порожнини високого і низького тиску аксіальне пересувне ущільнювальне кільце з натискною пружиною і вторинним ущільненням, розміщеним у кільцевій проточці корпусу, і закріплене на валу обертове ущільнювальне кільце, на торцевій поверхні якого виконана ущільнювальна перегородка і розташовані на (О ю 1156 периферії канавки, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, між обертовим ущільнювальним кільцем, на ЗОВНІШНІЙ периферії якого виконані канавки, і аксіальнопересувним ущільнювальним кільцем встановлене проміжне кільце Канавки виконані у формі трапеції Канавки додатково обладнані щонайменше одним заглибленням і/або виступом у вигляді трапеції Канавки виконані у формі рівнобічної трапеції Канавки додатково обладнані щонайменше одним заглибленням і/або виступом у вигляді рівнобічної трапеції Канавки виконані у формі прямокутника Канавки додатково обладнані щонайменше одним заглибленням і/або виступом, виконаним у вигляді прямокутника Проміжне кільце виконане з вуглеграфіту Таким чином, запропонована конструкція ущільнення вала має наступні ВІДМІТНІ ознаки між обертовим ущільнювальним кільцем, на ЗОВНІШНІЙ периферії якого виконані канавки, і аксіальне пересувним ущільнювальним кільцем встановлене проміжне кільце Це передбачено для зниження коефіцієнта тертя між аксіально пересувним ущільнювальним кільцем і обертовим ущільнювальним кільцем, що дозволяє використовувати аксіально-пересувне ущільнювальне та обертове ущільнювальне кільця, виготовлені з твердосплавних матеріалів, що, у свою чергу, дозволяє зменшити величину деформацій цих кілець і зберегти самоцентруючу здатність ущільнення вала, канавка виконана у формі рівнобічної трапеції Призначена для захоплення газу Конструкція канавки дозволяє захоплювати однакову КІЛЬКІСТЬ газу при звичайному і реверсивному обертанні вала Це забезпечується рівністю кутів нахилу бічних сторін трапеції, канавка, виконана у вигляді рівнобічної трапеції, працює однаково в обох напрямках обертання вала, що також є зручним при заміні деталей (ідентичність кілець для правого і лівого ущільнення) Ще однією з переваг використання даної канавки є запобігання поломці кілець при можливому аварійному обертанні вала у протилежний від звичайного напрямку бік, канавка додатково обладнана щонайменше одним заглибленням і/або виступом, виконаним у вигляді рівнобічної трапеції Східчаста структура канавки створює зони підвищеного тиску на кожній сходині канавки, що робить несучий шар більш жорстким, а ущільнювальний зазор більш стійким, форма виступу або заглиблення у вигляді рівнобічної трапеції призначена для того, щоб повторити геометрію початкової канавки, канавка виконана у формі трапеції Призначена для захоплення газу Дозволяє захоплювати різну КІЛЬКІСТЬ газу при звичайному та реверсивному обертанні вала, що забезпечується різницею кутів нахилу бічних сторін трапеції, канавка, виконана у формі довільної трапеції, працює не однаково в обох напрямках Кутом нахилу бічних сторін трапеції можна регулювати ефективність нагнітання газу і, ВІДПОВІДНО, витрату газу через ущільнення при різних напрямках обертання вала, канавка додатково обладнана заглибленням і/або виступом, виконаним у вигляді трапеції Східчаста структура канавки створює зони підвищеного тиску на кожній сходині канавки, що робить не сучий шар більш жорстким, а ущільнювальний зазор більш стійким, форма виступу або заглиблення виконується у вигляді трапеції для того, щоб повторити геометрію початкової канавки, канавка виконана у формі прямокутника Прямокутна канавка працює не так ефективно, як канавка трапецієподібної, але проста у виготовленні, що є основною її перевагою (за рахунок прямих кутів), канавка у формі прямокутника працює однаково в обох напрямках обертання вала, канавка додатково обладнана заглибленням і/або виступом, виконаним у вигляді прямокутника Східчаста структура канавки створює зони підвищеного тиску на кожній сходині канавки, що робить несучий шар більш жорстким, а ущільнювальний зазор більш стійким, форма виступу або заглиблення виконується у вигляді трапеції для того, щоб повторити геометрію початкової канавки, проміжне кільце виконане з вуглеграфіту Вуглеграфіт, просочений різними компонентами (сурма, кремній, фенол-формальдепдні смоли і т п), має добрі триботехнічні (антифрикційні) властивості, що необхідне при розміщенні проміжного кільця між аксіально пересувним ущільнювальним кільцем і обертовим ущільнювальним кільцем, які виготовлені з твердосплавних матеріалів (карбід кремнію, карбід вольфраму і т п ) Це забезпечує добрі триботехнічні властивості пари "твердий сплав по твердому сплаву" Східчаста структура канавки створює зони підвищеного тиску на кожній сходині канавки, що робить несучий шар більш жорстким, а ущільнювальний зазор більш стійким, форма виступу або заглиблення виконується у вигляді трапеції для того, щоб повторити геометрію початкової канавки Традиційно у вузлах сухих газових ущільнень обертове ущільнювальне кільце виконується з жорсткого і міцного матеріалу, як правило, з твердого сплаву (карбід кремнію, карбід вольфраму і т п), а аксіально пересувне ущільнювальне кільце виконується з матеріалу з меншими МІЦНІСНИМИ властивостями з добрими триботехнічними властивостями, як правило, з вуглеграфіту, просоченого різними компонентами (сурма, кремній, фенолформальдепдні смоли і т п) Головною умовою задовільної роботи ущільнення є умова збереження плоско-паралельності ущільнювального зазору між обертовим ущільнювальним кільцем і аксіально-пересувним ущільнювальним кільцем При порівняно незначних змінах величини газового зазору з'являється пара сил, що прагнуть відновити початковий зазор Тобто ущільнення має самоцентруючу здатність Однак у вузлах ущільнень, що працюють при високих тисках (понад 110кг/см2), відбуваються сильні деформації вуглеграфітового аксіально-пересувного ущільнювального кільця Величина деформацій перевищує величину ущільнювального зазору і, отже, ущільнення втрачає самоцентруючу здатність Щоб зменшити деформації аксіально-пересувного ущільнювального кільця, його, як й обертове ущільнювальне кільце, необхідно виготовляти з твердого сплаву Проте, тертьова пара "твердий сплав по твердому сплаву" має слабкі триботехнічні властивості Для зниження коефіцієнта тертя у даному технічному ви 1156 рішенні між обертовим ущільнювальним кільцем і аксіально-пересувним ущільнювальним кільцем, виконаними з твердого сплаву, встановлюють проміжне кільце, виконане з вуглеграфіту При цьому за рахунок газових сил, що діють в ущільнювальному зазорі, проміжне кільце буде щільно притиснуте до аксіально-пересувного ущільнювального кільця, причому для герметизації контактні поверхні торців обох кілець необхідно притерти Аксіально-пересувне ущільнювальне кільце буде забезпечувати малі деформації при високому тиску, а проміжне кільце буде забезпечувати добрі триботехнічні властивості тертьової пари При проектуванні ущільнення однією з величин, що розраховуються, є глибина динамічних канавок Параметром, що впливає на розрахункову глибину канавки, є в'язкість газу, який ущільнюється В'язкість, як відомо, залежить від складу газу, який ущільнюється, та його параметрів (температура, тиск) На практиці, однак, трапляються випадки, коли компресор працює не тільки на різних режимах (за температурою і тиском), але у процесі роботи може змінюватися склад газу, який перекачується У цих випадках ущільнення працює не на розрахункових параметрах, що знижує надійність ущільнювального вузла Запропонована конструкція ущільнення вала дозволяє здійснювати реверсивний напрямок обертання вала, і за рахунок динамічних канавок з східчастими ділянками різної глибини одержати стійку роботу ущільнення на різних режимах (за температурою і тиском) та для різного складу газу, який ущільнюється Східчаста структура динамічної канавки створює зони підвищеного тиску на кожній сходині канавки, що робить несучий шар більш жорстким, а ущільнювальний зазор більш стійким Таким чином, всі суттєві ознаки даного технічного вирішення спрямовані на вирішення поставленої задачі, а саме на підвищення надійності роботи ущільнення вала Суть даного винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 поданий поздовжній розріз ущільнення вала, фіг 2 - вигляд канавки у формі рівнобічної трапеції, фіг 3 - вигляд канавки у формі трапеції, фіг 4 - вигляд канавки у формі прямокутника Ущільнення вала містить наступні деталі На валу 1 встановлені корпус 2, втулка основна 3, обертове ущільнювальне кільце 4, на торцевій поверхні якого виконана ущільнювальна перегородка (не показана) і розташовані на периферії канавки (не показані), на валу 1 також встановлене аксіальне пересувне ущільнювальне кільце 5, розміщене в кільцевій проточці корпусу 1, з L подібною обоймою 6, натискною пружиною 7 Над аксіальне пересувним ущільнювальним кільцем 5 встановлений штифт 8 Між обертовим ущільнювальним кільцем 4 і аксіальне пересувним ущільнювальним кільцем 5 встановлене проміжне кільце 9, виконане з вуглеграфіту Ущільнення вала працює наступним чином Газ або рідина, що перекачуються, які знаходяться в порожнині високого тиску (не показана), надходить у канавки (не показані), виконані на периферії обертового ущільнювального кільця 4 При обертанні вала 1 канавки діють на газове середовище або рідину і підвищують їх тиск, що призводить до створення ущільнювального шару з більшою ЩІЛЬНІСТЮ, ніж в порожнині низького тиску (не показано) Крім того, компримований газ при русі до центру зустрічає опір донної частини канавок (не показані) і ущільнювальної перегородки (не показана) Зазначені силові фактори дозволяють встановити і підтримати стабільну величину торцевого ущільнювального зазору на основі рівності гідростатичних сил, що діють на ЗОВНІШНІ поверхні обертового ущільнювального кільця 4, і аксіальне пересувного ущільнювального кільця 5, зусилля від натискної пружини 7 і гідродинамічної зрівноважувальної сили, що виникає за рахунок дії канавок (не показані) на газове середовище У більш прийнятному варіанті обертове ущільнювальне кільце 4 і аксіальне пересувне ущільнювальне кільце 5 виготовляються з твердих сплавів, наприклад, з карбіду вольфраму або металокераміки, тобто з матеріалу з мінімальними деформаціями у процесі роботи Між обертовим ущільнювальним кільцем 4 і аксіальне пересувним ущільнювальним кільцем 5 встановлене проміжне кільце, виконана з вуглеграфіту, яке при обертанні вала 1 поліпшує триботехнічні властивості ущільнювальних кілець, виконаних з твердосплавних матеріалів Можливі декілька варіантів виготовлення канавок (не показані) В залежності від мети, якої досягають, канавки можуть бути виконані у вигляді рівнобічної трапеції, довільної трапеції або у формі прямокутника Канавки виконані як східчасті ділянки різної глибини, що дозволяє отримати стійку роботу ущільнення на різних режимах (за температурою і тиском) та для різного складу газу, який ущільнюється Крім цього, східчаста структура динамічної канавки створює зони підвищеного тиску на кожній сходині канавки, що робить несучий шар більш жорстким, а ущільнювальний зазор більш стійким Виконання канавок (не показані) на периферії торцевої поверхні обертового ущільнювального кільця 4 може бути здійснене кількома способами, наприклад, іонним травленням з використанням масок, що наносяться на торцеву поверхню обертового ущільнювального кільця, лазерною обробкою, або ж канавки можуть бути виконані механічним шляхом, наприклад, з використанням традиційних методів металообробки, зокрема фрезерування Таким чином, дане технічне вирішення забезпечує надійність роботи ущільнення вала на різних режимах за температурою і тиском та для різного складу газу, який ущільнюється 1156 Фіг. З Фіг. 2 Фіг. 4 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90