Безконтактне торцеве реверсивне ущільнення

Безконтактне торцеве реверсивне ущільнення, що має корпус з встановленими в ньому двома ущільнювальними кільцями, повернутими одне до одного поверхнями, які утворюють робочу щілину, причому одне з кілець аксіально рухоме і має гладку поверхню, а інше обертається з ротором і обернуте до робочої щілини поверхнею, на якій, крім замкненого ущільнювального пояска, є ділянка з регулярним мікрорельєфом, суміжна з порожни 3 12388 4 вих допоміжних ущільнювачів, що обмежує надійСила Fc утворюється за рахунок "протискуванність ущільнення. ня" газу, що зумовлює назву Fc - газостатична. Наявність на них тупикових місць (куточки Частота обертання мало впливає на її значення. профілів), як у випадку з трапецієвидними чи ТСухі ущільнення згаданих зарубіжних виробподібними канавками стимулює закоксовування ників орієнтовані на домінуючу роль газодинамічмікрорельєфу в таких тупикових зонах механічниної складової тиску, яка залежить від - частоти ми домішками які завжди є в технологічному газі, обертання ротора, що зумовлено спіральною фоущільнення поступово набуває газодинамічного рмою каналів на одному з кілець пари. Розклинюдебалансу, стимулюється перекіс пари тертя, інюча сила має значення: тенсивне нагрівання і термоудар. Зарубіжні консF' p r, , dS трукції не здатні до самоочищення при роботі внаs слідок недосконалого профілю. При запускові компресора в дію важливо "наВказані недоліки мають вирішальне значення, піввідкриття" ущільнення тиском газу в живильнобо знижують ресурс і наносять великі збитки, тому му трубопроводі. Саме така ситуація створює запропонована і захищена патентом нова констру"безконтактний пуск", який викликає газове макція, яка найбільш близька за технічною суттю та щення пари. Інша справа в тому, що "напіввідкритпрактичному результатові до заявляємої тепер тя" повинно наступити при регламентованому зна[Реверсивне торцеве ущільнення. Заявка ченні тиску. Відомо, що мінімальні витоки газу №20040806916, висновок про видачу деклараційчерез ущільнення перед запуском повинні складаного патенту на корисну модель довідка ти 6...20л/хв., а їх відсутність - нерегламентована 02.09.2004р., вих. №12571/4]. ситуація ("сухий" пуск). Домінуюча ідея конструкції ущільненняЯкщо покладатись тільки на домінуючу роль прототипу полягає у скороченні часу на виготовгазодинамічної складової розклинюючої сили, то лення та забезпечення при цьому належної точнотреба бути гарантованим, що всі спіральні профілі сті, що складає проблему технологічності при наабсолютно ідентичні, чисті і при обертанні ротора дійному забезпеченні ефекту розклинювання пари не буде газодинамічного перекошування ротора тертя з утворенням дроселюючої газ щілини. пари тертя. Екзотичні зарубіжні технології виготовлення В ущільненні-прототипі розклинююча сила незмінено простим шліфуванням, що відкриває мождостатня. Витік газу малий, а температура пари ливості застосування будь-яких матеріалів для висока. Це зумовлює низький ресурс допоміжних кілець пари тертя (зокрема карбіду кремнію, метагумових ущільнювачів-кілець і високу теплову налокераміки, тощо), але це зумовило потребу в мопруженість кілець пари тертя. дифікації самого профілю створюючого розклинюДля ілюстрації можна навести такі дані: при ючу силу. допустимому витокові газу 100л/хв. маємо З цією метою запропоновано реверсивне тор13...30л/хв., а температура кілець пари складає цеве ущільнення газостатичного типу, в якому ба100...120°С. Таким чином технічна задача полягає зові модулі мікрорельєфу реалізують практичні у збільшенні розклинюючої сили в парі тертя за результати газодинамічного та гідродинамічного рахунок модифікації мікрорельєфу. В результаті мащення: при наявності конфузорного профілю робоча щілина збільшиться, витік зросте, темпещілини розклинююча сила може значно перевиратура понизиться. щувати аналогічну характеристику для спіральних Другий недолік прототипу полягає в тому, що канавок. після шліфування скосів важко контролювати одеТаким чином, забезпечивши малу конусність ржаний мікрорельєф у зонах спряження з кільцеповерхні в напрямі витоку, можна позбавитись від вим пояском, де глибина повинна бути близькою трудоємних і недосконалих технологій, а для ущідо нуля. льнення неважливо яким способом забезпечено Технологи вимагають ширших допусків на вибезконтактний режим у парі тертя. готовлення, інакше виникає анізотропія скосів і В ущільненні, взятому за прототип, мікрорельперекіс пари тертя. єф виконаний у вигляді рівномірно розташованих Обидва недоліки прототипу ліквідуються у по коловій периферії ділянки, рівновіддалених і безконтактному торцевому реверсивному ущільвідкритих в порожнину ущільнювального середоненні, що має корпус з встановленими в ньому вища щонайменше тригранних клиновидних скосів двома ущільнювальними кільцями, звернутими змінної глибини, що безперервно зменшується в одне до іншого поверхнями, які утворюють робочу межах ділянки за ходом витоку. Клиноподібність щілину, причому одне з кілець аксіальне рухоме і скосів зумовлює конфузорний вигляд робочої щімає гладку поверхню, а інше обертається з ротолини на локальних секторах робочого кільця. Така ром і звернуте до робочої щілини поверхнею, на її форма наповнює епюру тиску газу і робить локаякій, крім замкненого кільцевого ущільнювального льно випуклою. Це і забезпечує створення розклипояска є ділянка з непрямим мікрорельєфом, сунюючої сили рівної інтегралу по поверхні S кільця, міжна з порожниною ущільнювального середовиоберненої до дроселюючої щілини ща для створення розклинюючої сили між кільцяFc p r, dS ми. Пропоноване ущільнення відрізняється тим, s що мікрорельєф виконано у вигляді дискретних, де r - радіальна координата, - кутова координаізольованих поміж собою, рівномірно розміщених по коловій периферії ділянки впадин у формі кільта, р - функція тиску газу. цевих сегментів змінної глибини, що зменшується 5 12388 6 за ходом витоку, занурених в тіло кільця і утворюНа Фіг.1 показано загальний вигляд кільця з ючий похило-ступінчастий профіль робочої щілини мікрорельєфом. в межах кожної впадини за ходом витоку, при цьоНа Фіг.2 показано схематичне зображення му висота сходинки на кожній впадині у крайній від ущільнення. зовнішньої периферії кільця точці не перевищує На Фіг.3 показано аксонометричне зображення 5...8 мікронів, а середня глибина кожної впадини фрагменту кільця, що обертається з ротором і вибільша за робочу щілину в кілька разів. гляд одної з впадин. Суттєвими ознаками, що забезпечують досягУщільнення працює так. нення технічного результату у порівнянні з протоВ стані монтажу кільця 1 та 2 Фіг.2 пари прититипом є: снуті одне до іншого. З ростом тиску газу за раху- виготовлення похило-ступінчатого профілю; нок "протискування" його в радіальному напрямі - встановлення регламентованих розмірів схочерез клиновидні скоси, контактний тиск між кільдинки та середньої глибини впадин. цями зменшується. З'являється мікрощілина в парі Зазначені ознаки є новими, технічно здійснютертя, газ починає витікати. Результуюча сила ваними і мають винахідницький рівень, тобто завідтискає одне кільце від іншого. Початок обербезпечують якісно новий рівень - підвищення натання ротору зумовлює зростання динамічної дійності ущільнення, іншими словами, відповідає складової сили Fд, а газостатична залишається, критеріям патентоздатності, являючись достатніми практично, незмінною, бо вона визначається передля вирішення поставленої задачі. падом тиску. Таким чином, чим більша швидкість Аргументацію ознак почнемо, опираючись на обертання, тим більша загальна розклинююча класичний результат, одержаний в 1970 році і опусила. Починає збільшуватись розмір щілини між блікований в статті [Чау, Ченг, Уилкок "Оптималькільцями, газостатична складова сили зменшуєтьный профиль поверхности газодинамического пося, а газодинамічна майже незмінна. Росте витік дшипника с закрытыми карманами", Проблемы газу, падає температура зумовлена тертям. Натрения и смазки, Труды ASME, 1970, №2, с.148ступає рівновага між силою зовнішнього наванта154]. Там доведено (Фіг.12), що похиложення та розклинюючою. При вибігові ротора та ступінчатий профіль щілини значно перевищує зменшенні тиску схема набуває зворотнього наспіральні канавки і конфузорний профіль за розкпряму. линюючою силою. Таке перевищення досягає 22% Важлива і, (з точки зору заявників) акцентова(с.153) при різних числах стискування газу. Таким на вперше висота сходинки впадини в найвіддачином, пропоноване ущільнення буде мати більшу ленішій від периферії точці регламентована в меробочу щілину. жах до 5...8 мікронів тим, що окрім чисто Корисний ефект залежить і від величини схотехнологічних якостей та організації потрібного динки, що відображено на відповідних графіках. профілю щілини, вона грає роль "структури звороПриймаючи до уваги умови роботи сухого гатної течії", що покращує економічність ущільнення, зового ущільнення компресора, заявники регламеорганізуючи зворотній потік в порожнину ущільнюнтують мінімальну глибину впадини в указаних ваного середовища [Фалалеев С.В., Чегодаев Д.Е. межах і захищають її формулою корисної моделі. Торцевые бесконтактные уплотнения двигателей Розміри 5...8 мікронів легко контролюються летательных аппаратов: Основы теории и проекпрактично штатним інструментом, що дає високу тирования. -М.; изд. МАИ, 1998г., 276с.]. Такі струточність виготовлення. Застосування шліфувальктури почали рекламуватись, зокрема, фірмою них операцій для нанесення рельєфу забезпечує "Джон Крейн" (в проспекті Laser Face advanced належну чистоту. seal tehnology) як засіб протидії надмірним витоДалі показано приклад реалізації корисної мокам газу. делі з посиланням на умовне зображення. 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 12388 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601